DE2857591A1 - Umschaltventil, vorzugsweise fuer ein schienenfahrzeug - Google Patents
Umschaltventil, vorzugsweise fuer ein schienenfahrzeugInfo
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Description
Umschaltventil;vorzugsweise für ein Schienenfahrzeug.
Die Erfindung betrifft ein Umschaltventil, vorzugsweise für ein Schienenfahrzeug, mit einer Ventilanordnung zum Abgeben
von einem von zwei unterschiedlichen pneumatischen Drücken bei einem konstanten Einlassdruck, in Abhängigkeit von der
Stellung eines mechanischen Betätigungssystems, das bei Erhöhung der Last des Fahrzeuges betätigt wird.
Viele derartige Wechselventile sind bekannt. Gute Beispiele für dicisen Stand der Technik sind die US-PS 32 91 265 und
US-PS 40 10 771.
Die früheren Beispiele eines Betätigungssystems für die Ventilanordnung
haben eine axial bewegbare Betätigungsstange, die axial in Reihe mit der Ventilanordnung angeordnet ist.
Dies bedeutet, dass grosse Kräfte auf die Ventilanordnung von dem Fahrzeugunterrahmen über die Schubstange übertragen
werden können, wobei die Kräfte zerstörend auf die Ventilanordnung wirken können. Es ist auch scnwierig, diese Art
von Umschaltventilen gegen äunsere Einflüsse, z.B. Schmutz,
V/asser, Eis und Wärme geschützt zu montieren.
Die Axialbewegungen der Schubstange iu. diesem Umschaltventil
bringen auch eine Verstärkung von bestimmten Dichtungs-und Verschleissproblemen. Es ist daher vorteilhaft, diese Axialbewegung
durch eine Drehbewegung gegen das Umschaltventil selbst zu ersetzen. Sine derartige Änderung, die z.B. aus
der zweiten oben erwähnten Patentschrift bekannt ist, macht es möglich, das Umschaltventil gegen äussere Einflüsse besser
geschützt zu montieren.
Ein beiden bekannten Umschaltventilen gemeinsamer Nachteil ist, dass nur vergleichsweiue geringe Bewegungen der axial
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bewegbaren Betätigungsstange bzw. des drehbaren Betätigungsarmes möglich sind. Ein anderer Mangel ist eine'nur wenig
zufriedenstellende Genauigkeit im Hinblick auf den Umschaltpunkt des Ventils.
Es ist die wesentliche Aufgabe der Erfindung, diese und weitere Mangel zu beseitigen, und eine billige und zuverlässige
Vorrichtung mit geringer G-rösse zu schaffen, die eine Wartung
nur nach langen Zeitperioden erfordert.
Dies wird gemäss der Erfindung dadurch erreicht, dass das
Betätigungssystem als Kraftübertragungskette einschliesst, einen äusseren Betätigungsarm an einer drehbar in
einem Ventilgehäuse gelagertenWelle, sowie eine Betätigungadruckfeder,
die, im wesentlichen rechtwinklig zu der Welle, zwischen einer an dieser liegenden Brücke und dem ersten Arm
eines Winkelhebels angeordnet ist, der um seinen Winkel schwenkbar gelagert ist, und der mit seinem zweiten Arm so
angeordnet ist, dass er auf eine Ventilbetätigungsstange
wirkt, die im wesentlichen parallel zu dem ersten Winkelhebelarm und der Brücke liegt.
Um eine Einstellung der Spiele zwischen der Brücke und der Betätigungsstange möglich zu nachen, ist die Betätigungsfeder
durch eine Federstange geführt, welche durch die Brücke verläuft und deren wirksame Länge einstellbar ist.
Vorzugsweise wird eine Bewegung nur in Abhängigkeit von einor
Änderung der Last auf das Fahrzeug zur Übertragung auf die Ventilanordnung zugelassen. Andere kurzzeitige Bewegungen
können in bestimmten Fällen unter Betriebsbedingungen infolge des normalen Durchfederns des Fahrzeuges oder Schwingen
des Fahrzeuges übertragen werden. G-emäss der Erfindung ist
daher die Ventilbetätigungsstange mit einem Dämpfer versehen, der schnelle Bewegungen der Stiinge verhindert.
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In einer praktischen Ausführungsform ist die Ventilbetätigungsstange
mit einem membranarigen Kolben versehen, der in einem dichten Dämpfergehäuse bewegbar ist und eine gedrosselte
Durchgangsöffnung aufweist, die im Gehäuse eingeschlossene Luft langsam von einer Seite des Kolbens auf die
andere Seite durchtreten lässt. Die öffnung ist vorzugsweise zwischen einer Bohrung im Kolben unö einem lose im Gehäuse
sitzenden Stift gebildet.
Bs ist wichtig, dass der Dämpfereffekt nur durch Luft bewirkt wird. Auf diese T/eise wird eine einfache aber s-ähr
wirkungsvolle Ausbildung erreicht.
Bei einer praktischen Ausführungsform ist eine Stangenrückstell-Druckfeder
zv/ischen einem Plansch an der Ventilbetätigungsstange und dem Ventilgehäuse vorgesehen, welche die
Stange auf ihre Ruhestellung zu, in der der Kolben gegen das Dämpfergehäuse anliegt, vorspannt.
Es kann ferner eine Brückenrückstellfeder zwischen dem Gehäuse und der Brücke vorgesehen sein, welche die Brücke auf
eine Ruhestellung zu vorspannt, in der sie gegen Anschläge am Ventilgehäuse anliegt.
Die Bemessung der unterschiedlichen Teile des Betätigungssystems ist vorzugsweise derart, dass das Gesamtverhältnis
zwischen einer Rolle am Ende des Betätigungsarmes und der Ventilbetatigungsstange im Bereich von 2 s 1 liegt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen an
einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigen J
Pig. 1 eine Seitenansicht auf ein Umschaltventil,
Fig. 2 eine schematische Darstellung des Arbeitsprinzips des Ventils,
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Fig. 3 teilweise im Schnitt eine Ansicht auf das Ventil
mit abgenommenem Deckel, und
Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV - IV in Fig. 3.
Das Umschaltventil 1 ist an einer Stützkonsole 2 befestigt, welche ihrerseits an einem Schienenfahrzeugrabmen 3 befestigt
ist. Ein Betätigungsarm 4 ist schwenkbar mit dem Umschaltventil
1 verbunden und läuft auf einem Seitenrahmen 5 des Fahrzeugdrehgestells zu. Der Arm 4 ist mit einer Rolle 6
versehen, die mit dem Seitenrahmen 5 zusammenwirkt. In der dargestellten Ruhestellung, wobei das Fahrzeug leer ist, besteht
ein bestimmter Abstand, z.B. 20 mm zwischen dem Seitenrahmen 5 und der Rolle 6, um zu verhindern, dass geringe
Bewegungen des Seitenrahmens das Umschaltventil beeinflussen.
Wenn das Fahrzeug belastet ist, wird der Abstand zv/ischen dem Fahrzeugrahmen 3 und dem Seitenrahmen 5 vermindert, was
bedeutet, dass der Arm 4 nach Aufheben des dargestellten Abstandes zwischen dem Seitenrahmen 5 und der Rolle 6( entgegen
dem Uhrzeigersinn schwenkt. Eine maximale Bewegung des Armes
4 und seiner Rolle 6 ir die strichpunktierten Linien dargestellte
Stellung von IuO mm (in vertikaler Richtung) sollte
möglich sein. Im dargestellten Fall ist der Vertikaläbstand in der Ruhestellung zwischen den Teilen 3 und 5 260 um.
Wie aus Fig. 1 zu ersehen, kann die wirksame Länge des Armes 4 durch seine lösbare Verbindung mit seiner Y/elle 7 eingestellt
werden.
In der schematischen Darstellung des Ventils 1 in Fig. 2 sind die Teile 4-7 aus Fig. 1 zu entnehmen. Die anderen
Teile, die nun anhand der Fig. 2 behandelt werden, sind nachfolgend in Verbindung mit Fig. 3 und 4 beschrieben.
Der Betätigungsarm 4 ist Teil eines Doppelarmhebels, dessen anderer Arm eine Brücke 8 ist, die auf eine vorgespannte
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Schraubendruckfeder nach unten in Fig. 2 wirkt,,die Betätigungs;'f:der
genannt wird. Die Feder 9 ist um eine Federstange 10 angeordnet, deren wirksame Länge mittels einer Einstellmutter
11 einstellbar ist, und deren unteres Ende ein Widerlager für die Feder 9 trägt. Ferner ist ein Anschlag
12 vorgesehen, der die Winkelruhestellung für den Betätigungsarm 4 und die Brücke 8 begrenzt.
Die Kraft der Feder 9 wirkt auf den horizontalen Arm eines
Winkelhebels 13, dessen vertikaler Arm auf eine Yentilbetätigungsstange
14 wirkt, die im wesentlichen rechtv/inklig zur Federstange 10 liegt. Es ist offensichtlich, dass diese Ventilbetätigungsstange
14 bei einem Verschwenken des Betätigungsarmes 4 entgegen dem Uhrzeigersinn unter dem Einfluss
der Aufwärtsbewegung des Seitenrahmens 5 des Drehgestells
sich nach rechts in der Zeichnung bewegt.
Die Ventilbetätigungsstange H ist an ihrem linken Ende mit einem Dämpfer 15 versehen, der im einzelnen unten in Verbindung
mit Fig. 3 und 4 beschrieben ist. An ihrem rechten Ende ist die Ventilbetätigungsstange H so ausgebildet, dass
sie mit einem Dreiwegeventil 16 zusammenwirkt, das in seine dargestellte Ruhestellung federvorgespannt ist, in welcher
ein durch einen Einlass 17 zugeführtes Medium gegen den
Auslass 18 abgesperrt ist, der seinerseits zur Atmosphäre gelüftet ist. In der nicht dargestellten Betriebsstellung ers
möglicht das Ventil 16 den Durchgang des Mediums vom Einlass 17 zum Auslass 18. Dies bedeutet, dass "bei der dargestellten
Ruhestellung des Umschaltventils 1, entsprechend einem leeren
Fahrzeug, atmosphärischer Druck am Auslass 18 herrscht, während
am Auslass 18 der gleiche · m «>... Druck, wie am
Einlass 17 herrscht, wenn das Fahrzeug in einem bestimmten Umfang beladen ist oder in anderen Worten, wenn der Betätigungsarm
4 entgegen dem Uhrzeigersinn um einen bestimmten Winkel verschwenkt ist.
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Eine Rückstellfeder 19 ist für die Ventilbetätigungsstange
14 vorgesehen.
Anhand von Pig. 3 und 4 wird nunmehr im einzelnen ein Umschaltventil
1 beschrieben, das ein Gehäuse 20 mit einem daran befestigten Deckel 21 hat.
Die Welle 7 des Betätigungsariaos ist in dem Gehäuse gelagert
und steht aus dem Gehäuse an dessen in Pig. 3 rechter Seite vor. Die Brücke 8 ist an der Y/elle 7 durch Schrauben 22 befestigt.
Die Anschläge 12 zur Begrenzung der Winkelruhestellung
der Welle 7 sind als mit dem Gehäuse 20 einstückige Teile ausgebildet*
Die Federstange 10 ist mit einer Federstütze 10· versehen und
zum Zusammenwirken mit einer entsprechenden Nut im Windelhebel
13 nach unten zu keilförmig ausgebildet, wie aus Fig. 4 zu ersehen. An ihrem gegenüberliegenden Ende ist die Federstange
10 mit Gewinde aur Aufnahme einer Einstellmutter 11 verseilen, die nach Abnehmen einer Kappe 23 von der Aussenseite
zugänglich ist, um die wirksame länge der Federstange 10 einzustellen.
Zwischen der Brücke 8 und dem Gehäuse 20 ist ferner eine
Rückstellfeder 24 als Schraubendruckfeder mit ihrer Mittellinie in der gleichen Ebene wie die der Betätigungsfeder 4
angeordnet- d.h. in der Ebene der Fig. 3. Die Rückstellfeder 24 ist durch eine Federstütze 25 geführt und abgestützt, und
es sind Vorspiünge 8' an der Brücke 8 vorgesehen, tun die genaue Lage der beiden Federn 9 und 24 zur Brücke 8 sicherzustellen.
Die Rückstellfeder 24 spannt die Brücke 8 auf die Anschläge 12 und damit den Betätigungsarm 4 auf seine
in Fig; 1 dargestellte Ruhestellung zu vor.
Der Winkelhebel 13 ist drehbar auf einer Welle 26 (Fig. 4)
gelagert, die im Gehäuse 20 und in einem Gehäusevorsprung 20'
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liegt. Das gabelförmige obere Ende des Winkelhebels 13 liegt
beidso-'.ts der Vent übe tätigungs stange H und wirkt mit einem
Plansch 14' daran zusammen. Die Stangenrückstell-Druckfeder
19 ist zwiachen dem Gehäuse 20 und dem Stangenflansch Η1
angeordnet.
Die Voiitilbetätigungsstange Η ist, wie aus Pig. 4 zu ersehen,
axial bev/egbar, im Bereich ihres linken Endes jm Gehäuse 20
und im Bereich ihres rechten Endes in einem Dämpferdeekel 27
gelagert, und es sind an beiden Stellen übliche Dichtungen vorgesehen.
Der Dämpfer 13 für die Ventilbetätigungsstange Η, der-allgemein
oben in Verbindung mit Pig. 2 beschrieben ist, hat die folgende Ausbildung!
Ein Dämpfergehäuse besteht aus dem Ventilgehäusedeckel 21
und dem Dämpferdeckel 27, der zwischen dem ersteren Deckel
und dem Gehäuse 20 zusammen mit einer Dämpfermembran 28 eingeklemmt ist. Diese Membran 28 ist durch Abdeckplatten 29
abgestützt und zusammen lait dieser an der Ventilbetätigungsstange
14 befestigt.
Die Membran 28 liat eine kreisförmige Öffnung mit einer Metallbüchse
28' für einen Zapfen 30, der weder am Deckel 21 noch am Deckel 27 befestigt ist, so dass er nicht festgelegt
ist. Dor Durchmesser der Öffnung in der Büchse 28' kann
0,05 mm grosser als der des Stiftes 30 sein, der einen Durchmesser
von 1,5 mm haben kann. Dies bedeutet, dass die im Dämpfer eingeschlossene Luft ^Gi Bewegung der auf diese
Weise gedämpften Ventilbetätigungsstange Η durch die enge
öffnung um den Stift 30 gepresst wird.
Das gegenüberliegende Ende (das linke Ende in Fig. 4) ist
so angeordnet, dass es mit einem Ventilkörper 31 zusammenwirkt,
welcher dicht anliegend gegen einen Ventilsita 32 im
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Gehäuse 20 durch eine Ventilfeder 33 vorgespannt ist, die
durch den am Gehäuse 20 befestigten Deckel 34 abgesütz+ ist.
in eine
Ein Einlasskanal 17 verläuft/um das Ventilgehäuse 31 liegende
Kammer, während der Auslasskanal 18 von der um das Ende der Ventilbetätigungsstange 14 liegenden Kammer verläuft.
Diese Stange H ist mit einer Axialbohrung 35 versehen, welche
die letztere Kammer mit dem Inneren des Gehäuses 20 und über einen Filter 35 in der Gehäusewand mit der Atmosphäre verbindet.
In der in allen Figuren dargestellten Ruhestellung, bei der
das Fahrzeug im wesentlichen leer und daher die Betätigungsrolle
6 im wesentlichen unbeeinflusst von dem Seitenrahmen 5 des Drehgestells ist, wird der Ventilkörper 31 in dichter
Anlage gegen seinen Sitz 32 gehalten. Dies bedeutet, dass ein durch den Einlässkanal 17 übertragener Druck eines Mediums
nicht den Auslasskanal 18 erreicht, der statt dessen durch die Axialbohrung 35 in der Ventilbetätigungsstange 14
und dem Filter 36 unter atmosphärischem Druck steht. Wenn nun bei noch im wesentlichen leerem Fahrzeug der Betätigungsarm
infolge der Schwingungsbewegungen zwischen dem Fahrzeugrahmen 3 und dem Seitenrahmen 5 des Drehgestells unter Betriebsbedingungen
nach oben-und unten in einer Schwin^bewegung
bewegt wird, erfolgt im wesentlichen keine Bewegung der Ventilbestätigungsstange H, infolge der Dämpfungs-wirkung
der Luft, die durch die enge Öffnung zwischen dem Stift 30 und der Öffnung in der Büchse 28f durchgeht.
Wenn das Fahrzeug bis zu einem bestimmten Umfang beladen ist, so dass eine langer dauernde Drehung der welle 7 entgegen dem
Uhrzeigersinn, infolge des verminderten Vertikalabstandes zwischen dem Fahrzeugrahmen 3 und dem Seitenrahmen 5 des
Drehgestells auftritt, wird diese Bewegung auf die Ventilbetätigungsstange 14 über die Brücke 8, die Betätigungsfeder
9, den Winkelhebel 13 und den Stangsuflansch H' in einem
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Umfang übertragen, der durch den Luftdämpfer 15 bestimmt ist. Durch die Betätigungsstange H wird der Ventilkörper
31 von seinem Sitz 32 zu dem Zeitpunkt abheben, wenn die
öffnung 35 geschlossen ist. Auf diese Weise wird der Auslasskanal 18 uit dem Einlasskanal 17 statt mit der Atmosphäre
verbunden und am Auslasskanal 18 herrscht der gleiche Druck;, wie am Einlasskanal 17. Unter Betriebsbedingungen
können wiederum Schwenkbewegungen zwischen dem Fahrzeugrahmen 3 und dem Seitenrfhmen 5 des Drehgestella auftreten.
Diese Bewegungen werden jedoch infolge der Dämpfungswirkung des Dampfers 15 nicht auf die Ventilbetätigungsstange H
übertragen .
Der Einlasskanal 17 ist mit einer Quelle für ein Medium (Luft) unter einem konstanten Druck verbunden, während der
Auslasskanal 18 mittels beliebiger Mittel (die hier nicht
weiter beschrieben sind) zur Erzielung einer stärkeren
Bremswirkung auf das belastete !Fahrzeug als auf das leere verbunden ist, d.h. wenn im Auslasskanal 18 der Druck des
Einlaoskanals 17 und nicht der atmosphärische Druck herrscht.
Die Bemessung der einzelnen Teile der praktischen Ausführungsform ist derart, dass das gesamte Bewegungsverhältnis
zwischen der Armrclle 6 und dar Ventilbetätigungsstange H
im Bereich von 2 : 1 liegt, was bedeutet, dass eine Vertikalbewegung der Rolle 6 im Bereich von 20 mm einer Axialbewegung
der Stange 14 im Bereich von 10 mm entspricht.
E3 ist jedoch darauf hinzuweisen, dass die mögliche Axialbewegung
der Ventilbetätigung^stange H in der praktischen
Ausführungßform auf etwa 5,5 mm entsprechen^ einer Bewegung
von 11 mm für die Rolle 6 begrenzt ist. Die Vertikalbewegung der Rolle 6 nach oben, die über dieses Mass hinausgeht, ergibt
nur eine Zusaamenpressung der Betätigungsfeder 9. Der
Uiasehaltpunkt für das Ventil wird erreicht nach einer Axialbowegung
der Stange H im Bereich von 3}5 mm.
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Die Punktion der Einstellmutter 11 ist es, vorzugsweise bei
der herstellungj eine Einstellung des Spiels zwischen dem
Winkelhebel 13 und dein Betätigungsstangenflansch H1 zu ermöglichen,
so dass die Summe aller Toleranzen der Betätigungskette von der Brücke 8 bis zum Ve/itilkörper 31 die
Stellung des Umschaltpunktes nicht beeinflusst.
Der Dämpfer 15 ist so ausgebildet, dass er die Bewegung der Yentübetatigungsstange auf wenigstens 3 Sekunden verzögert,
was ausreichend ist, da die Mindestfreq.uenz der Schwingbewegung zwischen dem Fahrzeugrahmen 3 und dem Seitenrahmen 5
des Drehgestells zv/ischen 0,5 und 1 Hz (eps) liegt.
Die maximal mögliche Vertikalbewegung der 3etä ligungr.armrolle
b, die wie früher ausgeführt, im Bereich von 100 mm liegen soll, ist durch den Abstand zwischen der Brücke 8
(oder besser ihrem Vorsprung ,öf) und der Federstütze 25
bestimmt.
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Claims (8)
1. Umschaltventil, vorzugsweise für ein. Schienenfahrzeug, bestehend aus einer Ventilanordnung zur Abgabe eines von
zwei unterschiedlichen pneumatischen Drücken bei einem
konstanten Einlassdruck in Abhängigkeit von der Stellung eines mechanischen Betätigungssystems, das durch die erhöh
Le Last eines Fahrzeugs betätigt wird,
dadurch gekennzeichnet , dass
das Betätigungssystem als Kraftübertragungskette einschliesst
einen äusseren Betätigungsarm (4) an einer in einem Ventilgehäuse (20,21) drehbar gelagerten Welle (7),
eine Betätigungsdruckfeder (9), dio im wesentlichen rechtwinklig zur Welle (7) zwischen einer an der Welle T.iegenden
Brücke (8) und dem ersten Arm eines Y/inkelhebels (13)
angeordnet ist, der um den Winkel schwenkbar ist, und der mit seinen zweiten Arm so angeordnet ist, daos er
auf eine Ventilbetätigungsstange (14) wirkt, die im wesentlichen
parallel zum ersten Winkelhebelarm und zur Brücke (8) liegt.
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2. Umschaltventil nach Anspruch 1,
dadurch gekennz eichnet/,- dä:ss
die Betätigungufeder (9) durch eine Feder^tange (10) geführt
ist, die durch die Brücke (8; verläuft,und deren w irksame Länge zum Einstellen des Ab stanches zwischen der
Brücke (6) und dem ersten Arm des Winkeljliebels (13) einstellbar
ist.
3. Umschaltventil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet -T dass
die Ventilbetätigungsstange (14) einen Dämpfer (15) zur
Verhinderung vor. schnelle1" -Bewegungen der Stange (14)
einschliesst.
4. Umschaltventil nach .ansnruch 3,
dadurch gekennzeichnet , dass
die Ven+:!betätigungsstange (14-) mit einem membranartigen
Kolben (28,2-9) versehen ist, der in eir.<=m dichten
Dämpfergehäuse (21,27) bewegbar ist und eine gedrosselte
Durchgangsöffnung derart aufweist, dass die im G-ehäuse eingeschlossene Luft langsam von ein^r Seite des Kolbens
auf die andere strömen kann.
5. Umschaltventil nach Anspruch 3 oder 4, aaaurch gekennzeichnet , dass
die Drosselöffnung zwischen einem Durchgang (28') vn Kolben
(28,29) und einem lose im Gehäuse (21,27) liegenden Stift (30) begrenzt ist.
6. Umschaltventil nach Anspruch 1 und 4 gekennzeichnet durch,
eine Stansenrüetrstell-Druckfeder (19) zwischen einem
Flansch (14') an der Ventilbetätigungsctange (14) und dea
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COPV
"Ventilgehäuse (20), die die Stange (14) auf ihre Ruhestellung,
in welcher der Kolben (28,29) gegen eine Gehäusewand (21) des Dämpfers anliegt, vorspannt.
7. Umschaltventil nach Anspruch 1
gekennzeichnet durch,
gekennzeichnet durch,
eine Brüclcenrückstellfeder (24) zwischen dem Gehäuse (20)
und der Brücke (8), welche die Brücke in eine Ruhestellung gegen Anschläge (3.2) am Ventilgehäuse (2C) vorspannt.
8. Umschaltventil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Bemessung der verschiedenen Teile des Betätigungssystems derart ist, dass das Gesamtverhältnis zwischen
einer Rolle (6) am Ende des Betätigungsarmes (4) und der Ventilbetatigungsstange (14) im Bereich von 2 ι 1 liegt.
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