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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen, wie angeführt, ein
Ventil und ein Verfahren zur Herstellung des Ventils und betrifft
insbesondere ein Dreiwegeventil, in dem ein einstückiger Wickel-/Ventilkörper die
gesamte Trägerstruktur
für den Tauchmagneten
und den Kolben bereitstellt und alle Eingangs-/Ausgangsanschlüsse des
Ventils definiert.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Ein
Ventil schließt
typischerweise mehrere Anschlüsse
ein, durch welche Fluid selektiv durchgeführt wird, um einen erwünschten
Fließpfad
zu erzielen. Zum Beispiel kann ein Dreiwegeventil einen gemeinsamen
Anschluss, einen normalerweise geöffneten Anschluss und einen
normalerweise geschlossenen Anschluss einschließen. Wenn sich das Ventil in
einem nicht aktivierten Zustand befindet, tritt Fluid durch den
gemeinsamen Anschluss in das Ventil ein und verlässt dieses durch den normalerweise
offenen Anschluss. Wenn sich das Ventil in einem aktivierten Zustand
befindet, tritt Fluid durch den gemeinsamen Anschluss in das Ventil
ein und verlässt
dieses durch den normalerweise geschlossenen Anschluss.
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Ein
Dreiwegeventil kann einen Tauchmagneten und einen Kolben einschließen, der
dazu verwendet wird, das Ventil zwischen seinem nicht aktivierten und
seinem aktivierten Zustand zu bewegen. Ein solcher Tauchmagnet umfasst
Bestandteile, welche ein Magnetfeld erzeugen und übertragen.
Ein Tauchmagnet kann insbesondere eine Tauchmagnetspule einschließen, welche
ein Magnetfeld erzeugt, wenn ein elektrischer Strom angelegt wird,
wobei das Magnetfeld an ein Polstück übertragen wird. Anschlussstifte werden
typischerweise bereitgestellt, um die Tauchmagnetspule selektiv
zu erregen, und ein Flussleiter wird typischerweise bereitgestellt,
um den Magnetfluss auf eine gewünschte
Weise zu konzentrieren.
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Ein
Kolben umfasst für
gewöhnlich
einen Kolbenkörper
oder Anker, welcher den Fluss durch das Ventil als Reaktion auf
die Erregung/Aberregung des Tauchmagneten leitet. Eine Feder oder
eine andere Art von vorspannender Anordnung wird typischerweise
bereitgestellt, um den Kolbenkörper
zu einer Position hin vorzuspannen, wo er den Durchgang zum normalerweise
geschlossenen Anschluss und nicht zum normalerweise geöffneten
Anschluss abdichtet. Wenn der Tauchmagnet erregt ist, wird der Kolbenkörper durch
die Magnetkraft (welche die federvorspannende Kraft überwindet)
zum Polstück
hin gezogen, zu einer Position, wo er den Durchgang zum normalerweise
geöffneten
Anschluss und nicht zum normalerweise geschlossenen Anschluss abdichtet.
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Ein
Dreiwegeventil schließt
für gewöhnlich einen
Wickelteil und einen oder mehrere Ventilkörperteile ein, welche zusammen
die Anschlüsse
definieren und die gemeinsam eine Trägerstruktur für den Tauchmagneten
und den Kolben bereitstellen. Das Verbinden des Wickelteils mit
dem/den Ventilkörperteil(en)
erfordert getrennte Zusammenbauschritte und/oder spezielle Verbindungsbestandteile. Ferner
führen
die Verbindungen zwischen dem Wickelteil und dem/den Ventilkörperteil(en)
manchmal zu Undichtheiten, was wiederum während des Zusammenbaus des
Ventils getrennte Prüfverfahren
erfordert.
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Dreiwegeventile
werden in einer großen
Anzahl von industriellen, medizinischen und anderen Typen analytischer
Systeme verwendet. In Abhängigkeit
vom jeweiligen System sind oft verschiedene Arten der Ventilbefestigungsanordnung
erforderlich. Zum Beispiel erfordern einige Anwendungen eine Anordnung
mit einem befestigten Verteiler, während andere Anwendungen eine
Anordnung mit einer gedruckten Leiterplatte erfordern. Außerdem sind
oft unterschiedliche Ausrichtungen der Ventilanschlüsse in verschiedenen
Installationsumgebungen notwendig. Zusätzlich oder als Alternative
ist es oft notwendig (oder zumindest erwünscht), über eine zweidimensionale Anordnung
von Ventilen zu verfügen,
die auf demselben Verteiler und/oder derselben gedruckten Leiterplatte
befestigt sind.
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US 4,922,965 offenbart einen
Tauchmagneten, der einen Körper
umfasst, welcher einen ersten Teil und einen zweiten Teil, eine
Bohrung, die sich in den Körper
erstreckt und mit einem ersten Anschluss, einem zweiten Anschluss
und einem dritten Anschluss verbunden ist, umfasst. Im Körper ist
eine Spulenanordnung eingebettet, und ein Kern ist innerhalb der
Spule befestigt. Ein in der Bohrung bereitgestellter Kolben bewegt
sich zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position,
wenn die Spule aktiviert und deaktiviert wird, um die Flussrichtung durch
das Ventil zu steuern.
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US 4,102,526 offenbart ein über einen Tauchmagneten
gesteuertes Ventil, das einen Kern aufweist, um den herum ein Tauchmagnet
aufgenommen ist, wobei der Kern eine längliche Bohrung aufweist, die
sich durch den Kern erstreckt und in der ein Kolben angeordnet ist.
Ein erster Anschluss ist mit einem ersten Ende des Kerns verbunden,
welches mit der Bohrung in Fluidflussverbindung angeordnet sein kann.
Ein am anderen Ende des Kerns angebrachter Körper stellt zweite und dritte
Anschlüsse
bereit, die in Fluidflussverbindung mit der Bohrung angeordnet werden
können.
Die Bewegung des Kolbens wird durch Aktivierung und Deaktivierung
des Tauchmagneten gesteuert, der wiederum die Fließrichtung durch
das Ventil steuert.
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In
vielen Ventilanwendungen sind die Abmessungen von herausragender
Bedeutung, so dass fortlaufend Anstrengungen unternommen werden, um
die Größe von Ventilanordnungen
zu verringern. Wenngleich eine Verringerung der Größe wünschenswert
ist, erfolgt sie oft um den Preis komplizierterer Zusammenbautechniken
und/oder erhöhter Herstellungskosten.
Außerdem
neigt die geringe Größe des Wickelteils
und/oder des/der Ventilkörperteil(e)s
dazu, während
des Zusammenbaus unter anderem aufgrund der engen Toleranzen die
Gefahr von Undichtheiten zu erhöhen.
Zusätzlich
der alternativ führt
eine Verringerung der Größe oft zum
Verlust einiger wünschenswerter
Merkmale wie der Einstellbarkeit der Ventilsitzdichtungseigenschaften und/oder
elektrischer Anschlussoptionen. Ferner ist eine Verringerung der
Größe manchmal
schwer innerhalb eines angemessenen ökonomischen Rahmens durchzuführen, so
dass eine solche Verringerung in vielen kostenempfindlichen Ventilanwendungssituationen
von geringem Nutzen ist.
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Infolgedessen
haben die Erfinder geschätzt, dass
ein Bedarf an kompakten und vielseitigen Ventilen besteht, die durch
einfache Zusammenbautechniken hergestellt werden und dies innerhalb
eines angemessenen ökonomischen
Rahmens ohne entscheidende Undichtheitsprobleme.
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KURZDARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein Ventil bereit, das in relativ einfacher
und ökonomischer
Weise hergestellt und zusammengebaut werden kann. Zusätzlich ist
das Design des Ventils so ausgelegt, dass Undichtheitsprobleme minimiert
werden und das Ventil für
eine große
Bandbreite an industriellen, medizinischen und/oder analytischen
Systemen verwendet werden kann, ohne unterschiedliche Ventilkonstruktionen
zu erfordern. Ferner ermöglicht
eine bevorzugte Form des Ventils eine Einstellung der Ventilsitzdichtungseigenschaften
(durch Ändern
der Vorspannkraft auf die Feder) und/oder ist mit unterschiedlichen
Ausrichtungen von Anschlussstiften kompatibel. Das Ventil kann in
einer sehr kompakten Größe hergestellt
werden, wodurch es für
Anwendungen geeignet ist, welche eine Ventilvorrichtung mit geringer
Größe erfordern.
Das Ventildesign der vorliegenden Erfindung weist aber viele Merkmale auf,
die auch bei größeren Ventilvorrichtungen
in gleichem Maße
vorteilhaft sind, so dass das Ventil in einer großen Bandbreite
an Abmessungen hergestellt werden könnte.
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Die
vorliegende Erfindung stellt insbesondere ein Ventil bereit, welches
einen Wickel-/Ventilkörper,
einen Tauchmagneten und einen Kolben umfasst. Der Wickel-/Ventilkörper wird
aus einem Stück gebildet
und definiert einen gemeinsamen Anschluss, einen normalerweise geschlossenen
Anschluss, einen normalerweise geöffneten Anschluss, eine längliche
Bohrung und jeweilige Durchgänge zwischen
der länglichen
Bohrung und den Anschlüssen.
Der Wickel-/Ventilkörper
stellt die gesamte Trägerstruktur
für den
Tauchmagneten und den Kolben bereit, wobei Zusammenbau- und Prüfschritte
in Zusammenhang mit dem Verbinden getrennter Wickelteile und Ventilkörperteile
beseitigt werden. Auf diesem Grund können Undichtheitsprobleme deutlich reduziert
werden. Zusätzlich
kann der bevorzugte Wickel-/Ventilkörper durch ökonomische Massenherstellungsverfahren
erzeugt werden, wodurch die Herstellungskosten weiter verringert
werden. Ferner wird angenommen, dass eine Ventilkonstruktion, bei
der ein einstüpckiger
Wickel-/Ventilkörper mindestens den
normalerweise geöffneten
Anschluss (und nicht unbedingt den gemeinsamen Anschluss oder den normalerweise
geschlossenen Anschluss) definiert, an sich die Größe des Ventils
verringert.
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Der
Wickel-/Ventilkörper
umfasst vorzugsweise einen Endabschnitt, der den normalerweise geöffneten
Anschluss definiert, einen anderen Endabschnitt, der den gemeinsamen
und den normalerweise geschlossenen Anschluss definiert, und einen zylinderförmigen dazwischen
angeordneten zentralen Abschnitt. Der gemeinsame Anschluss, der normalerweise
geschlossene Anschluss und der normalerweise geöffnete Anschluss sind vorzugsweise
miteinander in der Axialrichtung der länglichen Bohrung ausgerichtet,
wodurch das Ventil mit einer Reihe von unterschiedlichen Befestigungsanordnungen
kompatibel gemacht wird. Zum Beispiel ist das Ventil insbesondere
für eine
Befestigung mit Verteilern geeignet, so dass zu diesem Zweck vorzugsweise
Haken auf den Anschlussnippeln bereitgestellt werden, damit ein
Verbinden mit den Verteilerkanälen
mittels Dichtung oder ohne Dichtung erfolgen kann. Das Ventil eignet
sich auch insbesondere für
das Befestigen auf einer gedruckten Leiterplatte, und zu diesem
Zweck schließen
die Außenwände des
Wickel-/Ventilkörpers
vorzugsweise Schlitze, Rillen und/oder Vertiefungen ein, um entsprechende
Befestigungselemente (z. B. Befestigungsdrähte, Schrauben, Klemmen usw.)
aufzunehmen.
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Der
Kolben schließt
einen Kolbenkörper
ein, welcher sich innerhalb der länglichen Bohrung des Wickel-/Ventilkörpers als
Reaktion auf die Erregung/Aberregung des Tauchmagneten bewegt. Der Kolbenkörper bewegt
sich insbesondere zwischen einer ersten Position, an welcher der
Durchgang zum normalerweise geschlossenen Anschluss abgedichtet
und der Durchgang zum normalerweise geöffneten Anschluss offen ist,
und einer zweiten Position, an welcher der Durchgang zum normalerweise
geschlossenen Anschluss offen und der Durchgang zum normalerweise
geöffneten
Anschluss abgedichtet ist. Auf diese Weise fließt Fluid durch den gemeinsamen
Anschluss zum normalerweise geöffneten
Anschluss, wenn sich der Kolbenkörper
in der ersten Position befindet, und durch den gemeinsamen Anschluss
zum normalerweise geschlossenen Anschluss, wenn sich der Kolbenkörper in
der zweiten Position befindet. Vorzugsweise wird der Kolbenkörper beim
Erregen des Tauchmagneten in die zweite Position bewegt.
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Der
Tauchmagnet schließt
vorzugsweise ein Polstück
ein, das innerhalb der länglichen
Bohrung angeordnet ist, wobei das Polstück vorzugsweise einen Durchgang
von dem Durchgang des Wickel-/Ventilkörpers zum normalerweise geöffneten Anschluss
definiert. Dieser Durchgang erstreckt sich durch eine Öffnung in
einem axialen Ende des Polstücks,
wobei ein Ventilsitz diese Öffnung
umgibt. Ein weiterer Ventilsitz (der durch den Wickel-/Ventilkörper definiert
wird) umgibt den Durchgang von der länglichen Bohrung zum normalerweise
geschlossenen Anschluss. Der Kolbenkörper dichtet den Ventilsitz
des Körpers
ab, wenn sich dieser in seiner ersten oder seiner zweiten Position
befindet, und dichtet den Ventilsitz des Pols ab, wenn er sich in
der anderen Position befindet. Vorzugsweise dichtet der Kolbenkörper den
Ventilsitz des Körpers
ab, wenn er sich in seiner ersten Position befindet (wenn der Tauchmagnet
aberregt ist) und dichtet den Ventilsitz des Pols ab, wenn er sich
in seiner zweiten Position befindet (wenn der Tauchmagnet erregt
ist).
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Der
Kolbenkörper
und/oder Wickel-/Ventilkörper
schließt
vorzugsweise längliche
Rippen ein, welche sich radial erstrecken, um Fließkanäle zwischen
dem Kolbenkörper
und dem Wickel-/Ventilkörper
zu definieren. Vorzugsweise schließt die längliche Bohrung des Wickel-/Ventilkörpers einen
gerippten Abschnitt ein, welcher die Rippen enthält, wobei der Durchgang zwischen
der länglichen
Bohrung und dem gemeinsamen Anschluss mit diesem gerippten Abschnitt
verbunden ist. Der Durchgang des Pols schließt vorzugsweise einen länglichen
Durchgang und einen radialen Durchgang ein. Der längliche Durchgang
erstreckt sich vom Ventilsitz zum radialen Durchgang, wobei der
radiale Durchgang mit dem Durchgang des Wickel-/Ventilkörpers zum
normalerweise geöffneten
Anschluss verbunden ist. Ein durch den gemeinsamen Anschluss eingeführter Fluss
verläuft
durch den entsprechenden Durchgang zur länglichen Bohrung und in den
durch Rippen definierten Fließkanal
zum Ventilsitz des Pols hin. Wenn der Tauchmagnet aberregt (oder
nicht erregt) ist und sich der Kolbenkörper in seiner ersten Position
befindet, ist der Ventilsitz des Kolbens offen, und das Fluid fließt durch
den länglichen
und durch den radialen Durchgang des Pols zum normalerweise geöffneten Anschluss.
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Der
Durchgang zwischen der länglichen Bohrung
und dem normalerweise geschlossenen Anschluss schließt einen Übergangsdurchgang,
der sich axial nach außen
vom Ventilsitz des Körpers
erstreckt, und einen Durchgang ein, der sich senkrecht von dem Übergangsdurchgang
zum normalerweise geschlossenen Anschluss erstreckt. Wenn der Tauchmagnet
erregt ist und sich der Kolbenkörper
in seiner zweiten Position befindet, ist der Ventilsitz des Pols
abgedichtet und der Ventilsitz des Körpers geöffnet. Somit geht Fluid von
der länglichen
Bohrung durch die Durchgänge
zu dem normalerweise geschlossenen Anschluss hindurch. Bei Aberregung des
Tauchmagneten wird der Kolbenkörper
in die erste Position zurückbewegt,
wobei Fluid durch die Pol-Durchgänge zu dem
normalerweise geöffneten Anschluss
fließt.
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Der
Kolben schließt
vorzugsweise eine Feder ein, welche den Kolbenkörper zu dem normalerweise geschlossenen
Ventilsitz (im Wickel-/Ventilkörper)
vorspannt, und eine Federhalterung, welche die Feder in der gewünschten
Vorspannbeziehung hält. Die
Feder ist vorzugsweise eine zylinderförmige Feder, welche den Kolbenkörper umfangmäßig umgibt, und
die Federhalterung ist vorzugsweise ein ringförmiges Element, das radial
innerhalb der fließkanaldefinierenden
Rippen festgemacht ist. Diese Anordnung de Feder relativ zum Kolbenkörper ermöglicht eine
Reduktion der Gesamtlänge
des Ventils, zum Beispiel im Vergleich zu einer Ventilkonstruktion,
bei der eine Feder axial in Ausrichtung mit dem Kolbenkörper angeordnet
ist. Diese Anordnung der Feder und der Federhalterung ermöglicht auch
eine Einstellung der Ventilsitz-Dichtungseigenschaften durch Einstellen
der Position der Federhalterung und somit der Vorspannkraft der
Feder.
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Um
das Ventil gemäß der vorliegenden
Erfindung zusammenzubauen, wird der Wickel-/Ventilkörper aus
einem Stück
gebildet, vorzugsweise durch ein ökonomisches Massenherstellungsverfahren
wie Spritzgießen.
Der Kolbenkörper
wird durch eine Endöffnung
in dem Wickel-/Ventilkörper in
die längliche Bohrung
eingefügt.
Die Feder ist um den Kolbenkörper
herum angeordnet und die Federhalterung am Wickel-/Ventilkörper befestigt,
vorzugsweise durch Presspassung, um die Feder in der gewünschten Vorspannposition
zu halten. Nach dem Einfügen
der Kolbenbestandteile wird das Polstück durch die Öffnung in
die längliche
Bohrung eingefügt
und am Wickel-/Ventilkörper befestigt.
Eine Tauchmagnetspule wird um den zentralen zylinderförmigen Abschnitt des
Wickel-/Ventilkörpers herum
gewickelt, und die Anschlussstifte werden am Körper so angebracht, dass sie
mit der Tauchmagnetspule in Kontakt sind. Ein Flussleiter (vorzugsweise
eine einstückige
Konstruktion) wird danach am Wickel-/Ventilkörper und am Polstück befestigt,
um den Zusammenbau des Ventils abzuschließen. Vorzugsweise erfolgt das
Befestigen der Federhalterung, des Polstücks, der Anschlussstifte und/oder
des Flussleiters durch eine Presspass-Verbindungsanordnung. Somit
sind keine weiteren Verbindungsbestandteile, Materialien und/oder
Schritte (z. B. Schweißungen,
Klebemittel usw.) erforderlich, wodurch die Zusammenbautechniken
vereinfacht und die Herstellungskosten reduziert werden.
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Unter
besonderer Bezugnahme auf die Anschlussstifte schließt die bevorzugte
Befestigungstechnik das Einfügen
von Abschnitten der Stifte durch Öffnungen in dem Wickel-/Ventilkörper und
das In-Kontakt-Bringen von Endabschnitten mit der Tauchmagnetspule
ein. Die "nicht
eingefügten" Abschnitte der Stifte
können
in die gewünschte
Ausrichtung gebogen werden. Auf diese Weise können unterschiedliche Arten
von Anschlussstiften in das Ventil eingefügt und/oder dieselben Anschlussstifte
können
zugerichtet oder auf andere Weise gebogen werden, um unterschiedliche
Befestigungsanordnungen aufzunehmen.
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Es
ist festzuhalten, dass eines oder mehrere der erwünschten
Merkmale der Erfindung kombiniert werden können, um ein Ventil mit einer
erwünschten Konstruktion
zu schaffen. Zum Beispiel gilt ein Wickel-/Ventilkörper (einstückig oder
nicht) mit einer flachen Außenbefestigungsoberfläche (mit
Ausnahme der Anschlussnippeln) angesichts seiner Vereinbarkeit mit
unterschiedlichen Verteiler-/Plattenbefestigungsanordnungen an sich
als vorteilhaft. Eine Ventilkonstruktion, bei der die Tauchmagnetspule
sowohl den Kolbenkörper
als auch das Polstück
und/oder einen Flussleiter umgibt, der einen axialen Abschnitt des
Wickel-/Ventilkörpers überspannt,
einschließlich des
gemeinsamen Anschlusses und des normalerweise geöffneten Anschlusses, ist angesichts
des Potentials für
eine Reduktion der Gesamtlänge
des Ventils vorteilhaft. Ferner bietet ein Ventil, das die Presspass-Befestigung der Anschlussstifte
und die Fähigkeit,
diese zu biegen, um unterschiedliche Befestigungsanordnungen aufzunehmen,
einschließt, Vorteile
und zwar gemeinsam mit den anderen bevorzugten Merkmalen der Erfindung
oder ohne diese bevorzugten Merkmale.
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Somit
stellt die vorliegende Erfindung ein kompaktes und vielseitiges
Ventil bereit, das durch vereinfachte Zusammenbautechniken und innerhalb angemessener
wirtschaftlicher Spannen hergestellt werden kann, ohne Undichtheitsprobleme
deutlich zu erhöhen.
Diese und andere Merkmale der Erfindung werden in den Ansprüchen vollständig beschrieben und
im Einzelnen hervorgehoben. Die folgende Beschreibung und die folgenden
Zeichnungen stellen im Detail eine bestimmte beispielhafte Ausführungsform
der Erfindung dar, wobei die dargestellten Ausführungsformen lediglich eine
von verschiedenen Möglichkeiten
zeigen, in denen die Prinzipien der Erfindung angewendet werden
können.
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ZEICHNUNGEN
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1 ist eine Seitenansicht
und perspektivische Ansicht eines Ventils gemäß der vorliegenden Erfindung.
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2 ist eine Unteransicht
und perspektivische Ansicht des Ventils.
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3 ist eine Seitenansicht
des Ventils, wobei bestimmte Innenbestandteile in Phantomdarstellung
gezeigt werden.
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4 ist eine Seitenansicht,
teilweise im Schnitt, welche das Ventil zeigt, wie es auf einem Verteiler
befestigt ist.
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5 ist eine Seitenansicht,
teilweise im Schnitt, welche das Ventil zeigt, wie es auf dem Verteiler
auf andere Weise befestigt ist.
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6 ist eine Seitenansicht,
teilweise im Schnitt, welche das Ventil zeigt, wie es auf einem
anderen Verteiler befestigt ist.
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7 ist eine vergrößerte Schnittansicht
eines Abschnitts von 6.
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8 ist eine perspektivische
Ansicht des Ventils, wie es auf einer gedruckten Leiterplatte in
einer Anschluss-Aufwärts-Ausrichtung
befestigt ist.
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9 ist eine perspektivische
Ansicht des Ventils, wie es auf einer gedruckten Leiterplatte oder einem
Paneel in einer Anschluss-Seiten-Ausrichtung befestigt ist.
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10 ist eine perspektivische
Ansicht mehrerer Ventile gemäß der vorliegenden
Erfindung, die in einer Feldanordnung auf einer gedruckten Leiterplatte
oder einem Paneel in einer Anschluss-Aufwärts-Ausrichtung befestigt sind.
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11 ist eine Seitenansicht
und perspektivische Ansicht eines Wickel-/Ventilkörpers des
Ventils.
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12 ist eine perspektivische
Schnittansicht des Wickel-/Ventilkörpers.
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13 ist eine Draufsicht des
Wickel-/Ventilkörpers.
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14 ist eine Seitenansicht
des Wickel-/Ventilkörpers.
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15 ist eine Unteransicht
des Wickel-/Ventilkörpers.
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16 ist eine Endansicht des
Wickel-/Ventilkörpers.
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17 ist eine andere Endansicht
des Wickel-/Ventilkörpers.
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18 ist eine Schnittansicht
des Wickel-/Ventilkörpers,
wie von Linie 18-18 in 17 gesehen.
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19 ist eine Schnittansicht
des Wickel-/Ventilkörpers,
wie von Linie 19-19 in 17 gesehen.
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20 ist eine Schnittansicht
des Wickel-/Ventilkörpers,
wie von Linie 20-20 in 14 gesehen.
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21 ist eine Schnittansicht
des Wickel-/Ventilkörpers,
wie von Linie 21-21 in 14 gesehen.
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22 ist eine Schnittansicht
des Wickel-/Ventilkörpers,
wie von Linie 22-22 in 16 gesehen.
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23 ist eine Ansicht, die 22 ähnlich ist, aber mit Anschlussstiften,
die teilweise innerhalb des Wickel-/Ventilkörpers zusammengebaut sind.
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24 ist eine perspektivische
Seitenansicht eines Bestandteils des Tauchmagneten des Ventils,
nämlich
eines Flussleiters.
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25 ist eine Draufsicht des
Flussleiters.
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26 ist eine Seitenansicht
des Flussleiters.
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27 ist eine Endansicht des
Flussleiters.
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28 ist eine entgegengesetzte
Endansicht des Flussleiters.
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29 ist eine Seitenansicht
eines anderen Bestandteils des Tauchmagneten des Ventils, nämlich eines
Polstücks.
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30 ist eine Endansicht des
Polstücks.
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31 ist eine Schnittansicht
des Polstücks entlang
der Linie 31-31 in 30.
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32 ist ein vergrößerter Abschnitt
der Schnittansicht von 31.
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33 ist ein anderer vergrößerter Abschnitt der
Schnittansicht von 31.
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34 ist eine perspektivische
Querschnittansicht eines Bestandteils des Kolbens, nämlich ein Kolbenkörper ohne
seinen elastomeren Kern.
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35 ist eine Querschnittansicht
des Kolbenkörpers
mit seinem elastomeren Kern.
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36 ist eine perspektivische
Seitenansicht eines anderen Bestandteils der Kolbenvorrichtung,
nämlich
eine Federhalterung.
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37 ist eine Endansicht der
Federhalterung.
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38 ist eine Querschnittansicht
der Federhalterung entlang Linie 38-38 in 37.
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39 ist eine axiale Querschnittansicht
des Ventils in einem aberregten Zustand.
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40 ist eine radiale Querschnittansicht des
Ventils entlang der Linie 40-40 in 3.
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41 ist eine radiale Querschnittansicht des
Ventils entlang der Linie 41-41 in 3.
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42 ist eine radiale Querschnittansicht des
Ventils entlang der Linie 42-42 in 3.
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43 ist ein vergrößerter Abschnitt
von 39.
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44 ist ein anderer vergrößerter Abschnitt von 39.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG
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Unter
detaillierter Bezugnahme auf die Zeichnungen und anfangs auf die 1 bis 3 wird ein Ventil 100 gemäß der vorliegenden
Erfindung gezeigt. Das Ventil 100 schließt einen
Wickel-/Ventilkörper 200 (hierin
auch als Wickelkern- und
Ventilkörper bezeichnet),
einen Tauchmagneten 300 und einen Kolben 400 ein.
Der Wickel-/Ventilkörper 200 definiert
einen gemeinsamen Anschluss 202, einen normalerweise geschlossenen
Anschluss 204 und einen normalerweise geöffneten
Anschluss 206. Die Ventilbestandteile sind so konfiguriert,
dass – wenn
der Tauchmagnet 300 aberregt ist – Fluid in das Ventil 100 durch
den gemeinsamen Anschluss 202 eintritt und durch den normalerweise
geöffneten
Anschluss 206 austritt. Wenn der Tauchmagnet 300 erregt
ist, tritt Fluid in das Ventil 100 durch den gemeinsamen Anschluss 202 ein
und durch den normalerweise geschlossenen Anschluss 204 aus.
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Die
Konstruktion des Ventils 100 ist so gestaltet, dass das
Ventil in einer sehr kompakten Größe und mit angemessenen Kosten
erzeugt werden kann. Zum Beispiel wurde ein Prototyp entwickelt, der
ungefähr
22,86 mm lang, 7,87 mm breit, 8,92 mm hoch (ohne Anschlussnippel)
ist und eine Anschlussnippel-Länge
von 1,78 mm aufweist und weniger als 0,10 Unzen wiegt. Entscheidend
dabei ist, dass die Größenreduktion
nicht um den Preis komplizierterer Zusammenbautechniken, vermehrter
Undichtheitsprobleme und/oder eines Verlusts von wünschenswerten
Merkmalen erfolgt. In der Tat kann, wie weiter unten detaillierter
beschrieben wird, das Ventil 100 auf eine relativ einfache
Weise hergestellt und/oder zusammengebaut werden, und seine Konstruktion
ist so, dass Undichtheitsprobleme minimiert werden. Außerdem ermöglicht die
bevorzugte Form des Ventils 100 die selektive Einstellung
der Ventilsitz-Dichtungseigenschaften
und/oder die Unterbringung von verschiedenen Arten von elektrischen
Verbindungen.
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Ferner
kann das Ventil 100 für
eine große Bandbreite
an industriellen, medizinischen und analytischen Systemen verwendet
werden und erfordert keine unterschiedlichen Ventilkonstruktionen,
um die unterschiedlichen Befestigungsanordnungen aufzunehmen. Wie
in 4 bis 6 dargestellt, eignet sich das Ventil 100 speziell
für die
Befestigung auf einem Verteiler 110, aufgrund der axialen
Ausrichtung der Anschlüsse 204, 206 und 208.
Außerdem
schließen die
Anschlüsse 204, 206 und 208 jeweils
radiale Haken 208 zur Verwendung beim Abdichten des Ventils 100 am
Verteiler ein (7). Die
Haken 208 ermöglichen
es insbesondere, das Ventil 100 mit Nasendichtungen 112 (4), Rohrdichtungen 114 (5) oder ohne Dichtungen
(6) mit geeignetem Verteilermaterial
zu befestigen. Ein geeignetes Verteilermaterial wäre zum Beispiel
ein nachgiebiges elastomeres Material wie Polyurethan.
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Wie
in 8 bis 10 dargestellt, ist das Ventil 100 besonders
für eine
Befestigung auf einer gedruckten Leiterplatte oder einem Paneel 150 geeignet.
Das Ventil 100 kann insbesondere in einer "Anschluss-Aufwärts"-Ausrichtung, wie in 8 gezeigt, befestigt und relativ zur
Platte durch einen C-förmigen
Befestigungsdraht 152 in Position gehalten werden. Alternativ
dazu kann das Ventil 100 in einer "Anschluss-Seiten"-Ausrichtung, wie in 9 gezeigt, befestigt und durch einen
Querdraht 154 mit einem Endverbinder 156 in Position
gehalten werden. Außerdem
können
mehrere Ventile 100 in einem zweidimensionalen Feld auf
der Platte 150 angeordnet, wie in 10 gezeigt, und durch Schrauben 160 in Position
gehalten werden.
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Unter
Bezugnahme auf 11 bis 22 wird der Wickel-/Ventilkörper 200 von
den anderen Bestandteilen des Ventils 100 isoliert gezeigt.
Der Wickel-/Ventilkörper 200 ist
einstückig
ausgebildet (vorzugsweise als einstückiger geformter Teil) und
stellt die gesamte Trägerstruktur
für den
Tauchmagneten 300 und den Kolben 400 bereit. Ferner
definiert, wie oben angeführt,
der Körper 200 den
gemeinsamen Anschluss 202, den normalerweise geschlossenen Anschluss 204 und
den normalerweise geöffneten Anschluss 206.
Die einstückige
Konstruktion des Wickel-/Ventilkörpers 200 beseitigt
die Zusammenbau- und Prüfschritte,
die mit dem Zusammenfügen
(eines) getrennten/getrennter Wickel- und Ventilkörperteil(e)s
in Zusammenhang stehen. Aus diesem Grund können Undichtheitsprobleme deutlich
verringert werden, zum Beispiel im Vergleich zu einer Ventilkonstruktion,
welche getrennte Wickel- und Ventilkörperteile/einen getrennten
Wickel- und Ventilkörperteil
einschließt.
Der Wickel-/Ventilkörper 200 kann durch
wirtschaftliche Massenherstellungsverfahren erzeugt werden, wie
durch Spritzgießen,
wodurch die Herstellungskosten weiter reduziert werden. Der Wickel-/Ventilkörper 200 schließt einen
Endblockabschnitt 210, der den normalerweise geöffneten
Anschluss 206 definiert, einen Endblockabschnitt 212, der
den gemeinsamen 202 und den normalerweise geschlossenen 204 Anschluss
definiert, und einen dazwischen liegenden zentralen zylinderförmigen Abschnitt 214 ein.
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Der
Endabschnitt 210 schließt eine obere Wand 210a,
Seitenwände 210b,
eine Bodenwand 210c und Endwände 210d und 210e ein,
welche gemeinsam eine grob rechteckige Prismaform bilden. Der Nippel 206 des
normalerweise geöffneten
Anschlusses erstreckt sich senkrecht nach außen von der Bodenwand 210c (14 bis 17), wobei der Endblockabschnitt 210 als
der Einfach-Anschluss-Endabschnitt
des Wickel-/Ventilkörpers 200 bezeichnet
werden kann. Der Endabschnitt 210 schließt ferner
ein Fach 210f ein, das sich nach außen von seiner Bodenwand 210c und
senkrecht von seiner Endwand 210d erstreckt (13 bis 17). Der Endblockabschnitt 212 hat
eine obere Wand 212a, eine Bodenwand 212c, Seitenwände 212b und
Endwände 212d und 212e (13 bis 17), welche eine im Wesentlichen kubische
Form bilden, mit Ausnahme seiner konkav gekrümmten Außenecken (13 und 15).
Der zentrale Abschnitt 214 erstreckt sich zentral zwischen
den Endwänden 210e und 212e und
schließt
eine zylinderförmige
Außenwand 214a ein, welche
in Verbindung mit den Endwänden 210d und 212d einen
ringförmigen
Hohlraum 216 bildet (13 bis 15).
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Die
Bodenwände 210c und 212c definieren eine
flache Bodenoberfläche
des Wickel-/Ventilkörpers 200,
mit Ausnahme der Anschlussnippel, die sich senkrecht davon erstrecken
(14, 15 und 16). Diese
Bodenwände 210c und 212c definieren
auch eine Außenoberfläche des
fertigen Ventils 100 (2 und 3), wobei das Ventil 100 eine
flache Bodenoberfläche
einschließt.
Diese Konstruktion macht diese anschlussseitige Oberfläche des
Ventils 100 und den Wickel-/Ventilkörper 200 für ein bündiges Befestigen
an einer bündigen
Oberfläche,
wie einem Verteiler oder einer gedruckten Leiterplatte, geeignet.
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Die
obere Wand 210a des Endabschnitts 210 schließt eine
trapezförmige
(mit abgerundeten, schrägen
Seiten) Plattform 220 und eine lineare Plattform 222 ein,
welche eine lineare Rille 224 und ein Paar halbkreisförmiger Vertiefungen 226 definieren
(13). Die Seitenwände 222 schließen jeweils einen
halbkreisförmigen
Schlitz 228 ein, der sich von der jeweiligen halbkreisförmigen Vertiefung 226 auf der
oberen Wand 210a zu einer jeweiligen halbkreisförmigen Vertiefung 230 auf
der Bodenwand 210c erstreckt (13 und 14).
Die Endwand 210d schließt eine zentral angeordnete Öffnung 232 in
das Innere des Körpers 200 (16) ein. Die andere Endwand 210e (nicht
im Detail dargestellt) bildet die Verbindung zwischen den Abschnitten 210 und 214.
Das Fach 210e schließt
ein Paar rechteckiger Schlitze 234, die sich von seiner
Oberkante zu seiner Bodenkante (13 und 15) erstrecken, ein Fenster 236, das
sich zwischen den Schlitzen 234 (16) erstreckt, und rechteckige Vertiefungen 237 ein,
die auf der oberen Fläche
seiner Außenecken
gebildet sind (13, 14 und 15).
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Die
obere Wand 212a des Endabschnitts 212 schließt ein rechteckiges
Fenster 238 ein, das von einer C-förmigen Leiste 240 und
einer quadratischen Schale 242 umgeben ist (13). Die Bodenwand 212b schließt einen
trapezförmigen
(mit abgerundeten Ecken) Sockel 248, der den gemeinsamen Anschluss 202 umgibt,
und einen rechteckigen Sockel 250, der den normalerweise
geschlossenen Anschluss 204 umgibt, ein, welche einen linearen
Pfad 252 und halbkreisförmige
Vertiefungen 254 bilden (15).
Die Seitenwände 212c schließen jeweils ein
quadratisches Fenster 244 und einen halbkreisförmigen Schlitz 246 ein
(14). Die Endwand 212d schließt eine
kreisförmige
Erhebung 256 ein, und die Endwand 212e bildet
im Wesentlichen eine Verbindung zwischen den Abschnitten 212 und 214 (17).
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Das
Außenprofil
des Wickel-/Ventilkörpers 200 ist
geeignet, die unterschiedlichen Befestigungsanordnungen des Ventils 100 aufzunehmen.
Die halbkreisförmigen
Schlitze 228 und 246 auf den Seitenwänden 210b und 212c bilden
einen Kanal für
den C-förmigen
Befestigungsdraht 152, wenn das Ventil 100 Anschluss-aufwärtsseitig
auf einer gedruckten Leiterplatte oder einem Paneel befestigt ist,
wie in 8 dargestellt.
Die lineare Rille 224 auf der oberen Wand 210a und
die lineare Rille 252 auf der Bodenwand 212c klemmen
den Querdraht 154 ein, wenn das Ventil 100 an
einer gedruckten Leiterplatte seitlich befestigt ist, wie in 9 gezeigt. Wenn Ventilanordnungen 100 Seite
an Seite angeordnet sind, wie in 10 dargestellt,
bilden die benachbarten Schlitze 228 und 246 zylinderförmige Aufnahmen
für die Schäfte der
Schrauben 156, und die benachbarten Vertiefungen 230 und 254 bilden
kreisförmige
Auflagen für
die Schraubköpfe.
Ferner bilden benachbarte Fachvertiefungen 237 einen Befestigungsflansch
für Klemmen
(nicht dargestellt), die verwendet werden, um die Ventilanordnungen 100 an
der Platte zu befestigen.
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Wie
unten detaillierter erläutert,
ist das Außenprofil
des Körpers 200 auch
geeignet, die Herstellung und/oder den Zusammenbau des Ventils 100 aufzunehmen.
Dabei ist jedoch festzuhalten, dass die quadratische Schale 242 und
die kreisförmige
Erhöhung 256 enthalten
sind, um dem Formverfahren des Wickel-/Ventilkörpers 200 entgegenzukommen und
dass sie in dem fertigen Ventil 100 keine funktionelle
Rolle spielen. Eingedenk dieses Umstandes stellt die quadratische
Schale 242 einen praktischen Ort für die Anordnung einer Herstelleridentifizierung und/oder
einer Ventilklassifizierung dar.
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Das
Innere des Wickel-/Ventilkörpers 200 wird
am besten durch Bezugnahme auf 18 bis 22 erklärt. Wie in 18 und 19 gezeigt,
schließen
die Abschnitte 210, 212 und 214 Innenwände ein,
die gemeinsam eine innere längliche
Bohrung 260 definieren, die sich von der Öffnung 232 im
Endabschnitt 210 koaxial durch den zylinderförmigen Abschnitt 214 und
in (aber nicht durch) den Endabschnitt 212 erstreckt (18 und 19). Die Bohrung 260 kann als Bohrung
betrachtet werden, die eine Reihe von länglichen Abschnitten einschließt, nämlich einen
verbreiterten Abschnitt 262, einen ungerippten Abschnitt 264 und
einen gerippten Abschnitt 266.
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Der
verbreiterte Abschnitt 262 erstreckt sich nach innen von
der Öffnung 232 in
der Endwand 210a des Endabschnitts 210. Der ungerippte
Abschnitt 264 erstreckt sich von dem Auslassabschnitt 262 durch
den zylinderförmigen
zentralen Abschnitt 214 und definiert eine im Allgemeinen
glatte oder ungerippte Oberfläche
(20). Der gerippte Abschnitt 266 erstreckt
sich von dem ungerippten Abschnitt 264 zum axialen Ende
der Bohrung und schließt
eine Reihe von radialen Rippen 268 (fünf in der dargestellten Ausführungsform)
ein (21).
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Die
Abschnitte 210 und 212 schließen andere Innenwände ein,
welche Fluiddurchgänge
definieren. Im Speziellen definiert der Endblockabschnitt 210 einen
normalerweise geöffneten
Durchgang 276, der sich radial von dem verbreiterten Auslass-Bohrungsabschnitt 262 zum
normalerweise geöffneten Anschluss 206 erstreckt
(18). Der Endabschnitt 212 definiert
einen gemeinsamen Anschluss 278, der sich radial zwischen
dem gemeinsamen Anschluss 202 und dem gerippten Kolbenabschnitt 266 erstreckt,
einen Übergangsdurchgang 280,
der sich axial vom Ende des Kolbenabschnitts 266 erstreckt, und
einen normalerweise geschlossenen Durchgang 282, der sich
radial zwischen dem Ende des Übergangsdurchgangs 280 und
dem normalerweise geschlossenen Anschluss 204 erstreckt
(18 und 21). Ein Ventilsitz 284 ist
durch den Zweifach-Anschluss-Endabschnitt 212 am axialen
Ende der Bohrung definiert, wobei dieser Ventilsitz 284 den
Einlass zum Übergangsdurchgang 280 umgibt
(18 und 19).
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Der
Einfach-Anschluss-Endabschnitt 210 definiert ferner Erfassungs-Aufnahmen
für Bestandteile
des Tauchmagneten 300 (nämlich Anschlussstifte 304,
die unten vorgestellt werden). Im Speziellen definieren Innenwände innerhalb
des Fachs 210f einen Hohlraum 286, der sich nach
innen vom Fenster 236 des Fachs und den Leisten 288 und 290 erstreckt,
die innerhalb des Hohlraums 286 angeordnet sind (22). Die Leisten 288 sind
jeweils seitlich außerhalb
der Schlitze 234 angeordnet, und die Leiste 290 ist
zwischen den Schlitzen 234 angeordnet (20). Der Endabschnitt 210 definiert
ferner ein Paar Stift-Einlasskanäle 292 und
Erfassungskanäle 294 (19 und 22). Die Einlasskanäle 292 erstrecken
sich axial nach innen von dem Hohlraum 286 auf beiden Seiten
des normalerweise geöffneten
Anschlusses 206, und die Erfassungskanäle 294 erstrecken
sich axial nach innen und durch die Öffnungen 296 in der
Endwand 210e. Die Endwand 210e schließt außerdem Rillen 298 ein,
die sich seitlich nach außen
von den Öffnungen 294 erstrecken (20).
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Der
Tauchmagnet 300 schließt
eine Spule 302, Anschlussstifte 304, einen Flussleiter 306 und ein
Polstück 308 ein.
Die Anschlussstifte 304 sind im Detail in 23 dargestellt, während sie an dem Wickel-/Ventilkörper 200 befestigt
werden. Wie dargestellt, schließt
jeder der Stifte 304 einen Stift-Abschnitt 310,
einen abgestuften Abschnitt 312, einen gerippten Abschnitt 314 und
einen Kontaktabschnitt 316 ein. In der dargestellten Zusammenbaustufe
erstrecken sich die oberen Stift-Abschnitte 310 nach außen vom
Fenster 286 des Körpers 200,
bevor sie in die gewünschte
Ausrichtung gebogen werden. Die abgestuften Abschnitte 312 liegen
zwischen den Leisten 288 und 290 und erstrecken
sich in die Einlasskanäle 292.
Die gerippten Abschnitte 314 werden innerhalb der Kanäle 294 erfasst,
und die Kontaktabschnitte 316 erstrecken sich durch die Öffnungen 296 in
die Endwand 210e.
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Die
Kontaktabschnitte 316 sind senkrecht in die Rillen 298 gebogen,
um die Anschlussstifte 304 an dem Wickel-/Ventilkörper 200 zu
befestigen und die Abschnitte 316 in eine Kontaktposition
mit der Tauchmagnetspule 302 (3) zu bringen. Die Stift-Abschnitte 310 können senkrecht
in eine aufrechte Ausrichtung gebogen werden, wie in 1 bis 3 dargestellt. Alternativ dazu können die
Stift-Abschnitte 310 zugerichtet
und/oder auf andere Weise gebogen werden, um spezielle Befestigungsanordnungen
aufzunehmen. Zu diesem Zweck schließen die Stift-Abschnitte 310 vorzugsweise
einen Hals 318 (siehe 3)
ein, der während
dieses Biegens und Brechens verwendet werden kann.
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Sobald
die Anschlussstifte 304 vollständig in der gewünschten
Weise relativ zum Wickel-/Ventilkörper 200 zusammengebaut
wurden, ist festzustellen, dass Fenster oder Öffnungen innerhalb der Schlitze 234 geschaffen
werden. Elektrische Stifte (nicht dargestellt) können durch diese Öffnungen
eingeführt
werden, um mit den Anschlussstiften 304 in elektrischem
Kontakt zu sein. Diese Art der Anordnung wäre für eine "Anschluss-Abwärts"-Leiterplattenbefestigungsanordnung
sehr vorteilhaft, wobei die elektrischen Stifte sowohl als Befestigungsbestandteile
als auch als Teil des Stromkreises dienen könnten.
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Der
Flussleiter 306 wird im Detail in 24 bis 28 dargestellt
und weist – wie
dargestellt – eine Einzelstückkonstruktion
oder Einheitskonstruktion mit einer grob seitlichen C-Form auf (26). Der Flussleiter 306 umfasst
einen oberen Abschnitt 320, einen Endabschnitt 322 und
einen anderen Endabschnitt 324 (24, 25 und 26). Der obere Abschnitt 320 weist
eine ungefähr
rechteckige Form auf, mit Ausnahme der konkav gekrümmten Ecken 326 und
abgestuften Ecken 328 (25).
Der Endabschnitt 322 weist die Form einer Brücke mit
einer im Wesentlichen halbkreisförmigen Öffnung 330 und Stufen
oder Rippen 332 auf ihrer Außenseitenfläche auf (24, 26 und 27). Der Endabschnitt 324 weist auch
die Form einer Brücke
mit einer im Wesentlichen halbkreisförmigen Öffnung 334 auf (28).
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Das
Polstück 308 ist
im Detail in 29 bis 33 dargestellt und umfasst – wie dargestellt – ein im Wesentlichen
zylinderförmiges
Element mit axialen Enden 350 und 352 (29 bis 31). Das axiale Ende 350 weist
ein flaches Profil und das andere axiale Ende 352 ein konisches
Profil auf (29 und 31). Das Polstück 308 schließt zwei
ringförmige
Flansche 354 und 356 ein, die als Flansche betrachtet
werden können,
die längliche
Oberflächenabschnitte 358, 360 und 362 bilden.
Der ringförmige
Flansch 354 schließt
eine geneigte ringförmige
Lasche 364 ein, und der ringförmige Flansch 356 schließt eine
ringförmige
Lasche 366 ein (31 bis 33). Ein radialer Durchgang 368 erstreckt
sich quer durch den länglichen
Abschnitt 358, und ein länglicher Durchgang 370 erstreckt
sich axial von der Mitte des Durchgangs 368 zum axialen
Ende 352 des Pols (29 und 31). Ein Ventilsitz 372 wird
um das Ende des Durchgangs 370 auf dem Ende 352 gebildet
(29).
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Der
Kolben 400 schließt
einen Kolbenkörper 402,
eine Federhalterung 404 und eine Vorspannfeder 406 ein.
Der Kolbenkörper 402 ist
im Detail in 34 und 35 dargestellt und umfasst – wie gezeigt – ein im
Allgemeinen zylinderförmiges
Element 408 und einen elastomeren Kern 410. Das
zylinderförmige
Element 408 weist axiale Enden 412 und 414 und eine
abgestufte Außenfläche auf,
welche längliche Abschnitte 416 und 418 bildet
(34). Das axiale Ende 412 weist
einen flachen Umriss auf und das axiale Ende 414 einen
nach innen trichterförmig
verlaufenden Umriss. Das Element 408 schließt einen
hohlen grob hantelförmigen
Kern 420 ein, der sich zwischen seinen axialen Enden 412 und 414 erstreckt.
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Das
Profil des hohlen Kerns 420, benachbart zum Ende 412,
ist ein abgestuftes Profil, und das Profil des Kerns 416,
benachbart zum Ende 414, ist ein halb-achteckiges Profil,
im Schnitt (34). Der elastomere
Kern 410 ist innerhalb des Kerns 420 des zylinderförmigen Elementes 408 angeordnet
und weist somit einen komplimentären
Umriss auf. Im Speziellen weist ein axiales Ende 422 ein
abgestuftes Profil und das andere axiale Ende 424 ein halb-achteckiges
Profil im Schnitt auf (35).
Es ist festzustellen, dass die dargestellte Gesamt-Hantelform des
elastomeren Kerns 410 und/oder die Form seiner axialen
Enden 422 und 424 für die Zwecke der Herstellung
bevorzugt sind. Vom funktionellen Standpunkt aus betrachtet, wäre jede
abdichtende geeignete Oberfläche
(wie Gummischeiben) auf den axialen Enden des Kolbenkörpers 408 ausreichend.
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Die
Federhalterung 404 wird im Detail in 36 bis 38 dargestellt
und umfasst – wie
gezeigt – ein
ringförmiges
Element 430 mit einer gebördelten Rippe 432,
die radial von seiner Außenfläche vorsteht.
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Querschnittansichten
des zusammengebauten Ventils 100 in einem aberregten Zustand
werden in 39 bis 42 gezeigt. In dem zusammengebauten Ventil 100 ist
die Spule 302 um den zentralen zylinderförmigen Abschnitt 214 des
Wickel-/Ventilkörpers 200 innerhalb
des ringförmigen
Hohlraums 216 gewickelt (39 und 40, Hohlraum 216 in 13 bis 15 dargestellt und nummeriert). Die Anschlussstifte 304 erstrecken
sich senkrecht nach oben von dem Fach 210f, und ihre Kontaktabschnitte 316 sind
in elektrischem Kontakt mit den Enden der Tauchmagnetspule 302.
(39, Kontaktabschnitte 316 in 23 dargestellt und nummeriert).
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Der
Flussleiter 306 überspannt
den zentralen zylinderförmigen
Abschnitt 214, und der Endabschnitt 210 des Wickel-/Ventilkörpers 200 überspannt
dadurch Abschnitte des Wickel-/Ventilkörpers 200, welche
den gemeinsamen Anschluss 202 und den normalerweise geöffneten
Anschluss 206 enthalten. Im Speziellen ist der Endabschnitt 320 des Flussleiters
innerhalb des Hohlraums angeordnet, wobei das obere rechteckige
Fenster 238 und die seitlichen quadratischen Fenster 244 des
Endblockabschnitts 210 verbunden werden, und seine Brückenöffnung 330 ist
mit den Innenwänden
gesenkverbunden, welche die längliche
Bohrung 260 des Körpers
definieren. (39, Hohlraum,
der in 12 gezeigt ist,
Fenster, die in 13 und 14 gezeigt/nummeriert sind,
Brückenöffnung,
die in 27 gezeigt und
nummeriert ist.). Der obere Abschnitt 322 des Flussleiters
erstreckt sich über
den oberen Teil der Spule 302 und über die obere Wand des Endblockabschnitts 210.
(39 bis 42). Der Endabschnitt 322 des
Flussleiters erstreckt sich über
die Endwand des Blockabschnitts 210, und seine Brückenöffnung 334 ist
mit dem axialen Ende 350 des Polstücks 308 gesenkverbunden
(39, Brückenöffnung,
die in 28 dargestellt
und nummeriert ist).
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Das
Polstück 308 ist
innerhalb der länglichen Bohrung 260 des
Wickel-/Ventilkörpers 200 angeordnet
(39). Das axiale Ende 350 des
Pols und sein länglicher
Abschnitt 358 erstrecken sich durch die Öffnung 232 in
die Endwand des Blockendabschnitts 210 (39, Polende und Abschnitt, die in 29 bis 31 gezeigt/nummeriert sind, Blockendöffnung,
die in 16 gezeigt/nummeriert
ist). Der ringförmige Flansch 354 und
der längliche
Abschnitt 360 sind innerhalb des verbreiterten Auslassabschnitts 262 der Bohrung
angeordnet, wobei der radiale Durchgang 368 mit dem normalerweise
geöffneten
Durchgang 276 verbunden ist. (39, Flansch und Abschnitte des Pols sind
in 29 und 31 gezeigt/nummeriert). Der
verbreiterte Abschnitt 262 der Bohrung 260 und die
Flansche 354 und 356 bilden einen ringförmigen Durchgang
zwischen dem radialen Durchgang 268 des Pols und dem normalerweise
geöffneten
Durchgang 276. (39,
Bohrungsabschnitt in 18 und 19 nummeriert, Polflansche 354 und 356 in 29 und 31 nummeriert).
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Der
ringförmige
Flansch 356 des Pols, sein länglicher Abschnitt 362 und
sein axiales Ende 352 sind innerhalb des ungerippten Abschnitts 364 der Bohrung
angeordnet. (39, der
Flansch, Abschnitt und das Ende des Pols sind in 29 und 31 gezeigt/nummeriert).
Die ringförmigen
Laschen 364 und 366 des Pols passen mit den Innenwänden, welche
die Bohrung 260 des Wickel-/Ventilkörpers 200 definieren,
in Presspassung zusammen (43 und 44). Die Dichtung zwischen
dem Wickel-/Ventilkörper 200 und
den Flanschen 354 und 356 des Pols und seinem
länglichen
Abschnitt 362 ist derart, dass Fluid daran gehindert wird,
um das Polstück 308 herum auszutreten.
Auf diese Weise wird eine fluiddichte Dichtung zwischen dem Wickel-/Ventilkörper 200 und dem
Polstück 308 geschaffen,
ohne dass dafür
zusätzliche
Verbindungselemente wie Schweißungen, Klebemittel,
Dichtungsringe usw. notwendig wären.
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Der
Kolbenkörper 402 ist
innerhalb der länglichen
Bohrung 260 des Wickel-/Ventilkörpers 200 angeordnet
(39 bis 42). Insbesondere ist der Kolbenkörper 402 vorrangig
innerhalb des gerippten Abschnitts 266 der Bohrung angeordnet,
wobei sein trichterförmiges
axiales Ende 414 innerhalb des ungerippten Abschnitts 264 angeordnet
ist. (39 bis 42, die Abschnitte der Bohrung
sind in 18 und 19 nummeriert, das axiale
Ende des Kolbens ist in 29 und 31 nummeriert). In dem dargestellten aberregten
Zustand des Ventils 100 spannt die Feder 406 das
flache axiale Ende 350 des Kolbens vor, das zum Ventilsitz 284 benachbart
ist, wobei das axiale Ende 424 des elastomeren Kerns 410 dagegen
sitzt (39). Das trichterförmige axiale
Ende 414 des Kolbens ist in einer komplimentären aber
beabstandeten Anordnung mit dem konischen axialen Ende 352 des
Kolbens angeordnet (39,
das axiale Ende des Kolbens ist in 34 und 35 nummeriert, das axiale
Ende des Pols ist in 29 und 31 nummeriert).
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Der
verbreiterte Abschnitt 408 des Kolbens ist beweglich innerhalb
der Rippen 268 der Bohrung 260 des Wickel-/Ventilkörpers angeordnet
(41 und 42, der Kolbenabschnitt ist in 34 und 35 nummeriert, die Rippen 268 sind
auch in 18 und 19 nummeriert). Die Federhalterung 404 ist
fest (aber einstellbar) am Ende des gerippten Abschnitts 266 befestigt,
und die gebördelte
Rippenlasche 432 wird in die Rille in der Bohrung mittels
Presspassung eingepasst. (41,
gerippter Abschnitt ist in 18 und 19 nummeriert, Halterungslasche
ist in 36 bis 38 nummeriert). Die Feder 406 ist
eine zylinderförmige
Federspule um den Kolbenkörper 402 und insbesondere
innerhalb einer ringförmigen
Kammer, die durch die Rippen 268, den verbreiterten Abschnitt 408 des
Kolbens und die Federhalterung 404 definiert wird (39, 41 und 42,
die Rippen sind in 18 und 19 nummeriert, Kolbenabschnitt
in 29 bis 31 nummeriert). Diese umwickelte
Anordnung der Feder 406 relativ zum Kolbenkörper 402 trägt zu einer
Verringerung der Gesamtaxiallänge des
Ventils bei, zum Beispiel im Vergleich mit einer Ventilkonstruktion,
bei der eine Feder axial benachbart zu einem Kolbenkörper angeordnet
ist.
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In
dem dargestellten aberregten Zustand der Ventilanordnung 100 spannt
die Feder 406 den Kolbenkörper 402 zum Übergangsdurchgang 280 vor, so
dass, wie oben angeführt
wurde, das axiale Ende 422 des elastomeren Kerns 410 gegen
den Ventilsitz 284 sitzt (39).
Dieser Sitz dichtet den Übergangsdurchgang 280 ab
und somit den normalerweise geschlossenen Durchgang 282.
Während
des Betriebs des Ventils 100 im aberregten Zustand fließt Fluid
durch den gemeinsamen Anschluss/Durchgang 202/278 und
durch die ringförmigen
Fließpassagen zwischen
den Rippen 268 zum Polstück 308 hin. Es kann
festgestellt werden, dass – obwohl
die Rippen 268 mit dem Wickel-/Ventilkörper 200 in der dargestellten
Ausführungsform
integral sind – ähnliche ringförmige Fließpassagen
stattdessen durch einen gerippten oder geriffelten Kolbenkörper 402 geschaffen
werden könnten.
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Aufgrund
der beabstandeten Anordnung zwischen dem Polstück 308 und dem Kolbenkörper 402 fließt das Fluid
dann in die trichterförmige Öffnung im Kolbenkörper 402,
durch den länglichen
Durchgang 370 des Polstücks
zum radialen Durchgang 368 des Polstücks, durch den ringförmigen Durchgang
(der durch den verbreiterten Abschnitt 202 und die Flansche 354 und 356 des
Polstücks
definiert wird) und hinaus durch den normalerweise geöffneten
Durchgang/Anschluss 276/206.
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Um
das Ventil 100 zu erregen, wird elektrischer Strom an den
Klemmen angebracht, um in der Spule 302 ein Magnetfeld
zu erzeugen. Der Flussleiter 306 konzentriert das Magnetfeld
in einer gewünschten
Weise, und das Feld wird an das Polstück 308 übertragen.
Die Magnetkraft des Polstücks 308 überwindet
die Vorspannkraft der Feder 406, und der Kolbenkörper 402 wird
zum Polstück 308 hin
bewegt. Diese Bewegung des Kolbenkörpers 402 führt dazu, dass
das axiale Ende 422 des elastomeren Kerns 410 vom
Ventilsitz 284 weg bewegt und das axiale Ende 424 des
Einsatzes gegen den Ventilsitz 372 des Polstücks gesetzt
wird. Auf diese Weise wird der längliche
Durchgang 370 des Polstücks 308 abgedichtet,
wobei dadurch die Fließdurchgänge zum
normalerweise geöffneten
Durchgang/Anschluss 276/206 blockiert werden.
Während
des Betriebs des Ventils 100 im erregten Zustand fließt Fluid
durch den gemeinsamen Anschluss/Durchgang 202/278 und durch
die ringförmigen
Fließdurchgänge zwischen den
Rippen 268 zum Polstück 308 hin,
wird aber am Eindringen in das Polstück 308 gehindert.
Stattdessen fließt
Fluid durch den nun nicht mehr blockierten Übergangsdurchgang 280 zum
normalerweise geöffneten
Durchgang/Anschluss 282/204.
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Um
das Ventil 100 zusammenzubauen, wird der Kolbenkörper 402 zuerst
in die längliche
Bohrung 260 des Wickel-/Ventilkörpers 200 durch
die Endöffnung 232 in
den Endblockabschnitt 210 eingefügt. Die Feder 406 kann
während
dieses Einfügens
um den Kolbenkörper 402 herum
angeordnet oder später in
die Bohrung 260 und um den Kolbenkörper 402 herum eingefügt werden.
Die Federhalterung 404 wird dann in die Bohrung 260 und
in eine feste Position durch die Presssitzpassung ihrer Bördelung 432 mit den
Fließrippen
eingefügt.
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Es
kann festgestellt werden, dass die Vorspannkraft, die auf den Kolbenkörper 402 ausgeübt wird,
wahlweise angepasst werden kann, indem die Tiefe der Halterung 404 relativ
zum Wickel-/Ventilkörper 200 variiert
wird. Alternativ dazu kann die axiale Länge der Federhalterung 404 variiert
werden, um die Vorspannkraft einzustellen. Eine weitere, durch die
vorliegende Erfindung in Betracht gezogene Option ist eine Federhalterung,
die dauerhaft an dem Wickel-/Ventilkörper 200 befestigt
ist. Ferner kann stattdessen eine "halterungslose" Konstruktion verwendet werden, wobei
die Feder 406 innerhalb von Taschen im Kolbenkörper 402 aufgenommen
wird. Es kann jedoch festgestellt werden, dass die zwei letzten
Optionen die Optionen der Federeinstellbarkeit beschränken können.
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Das
Polstück 308 wird
danach durch die Endöffnung 232 in
die längliche
Bohrung 260 eingefügt
und durch Presspassung in Position gebracht, und zwar durch die
Presssitz-Passung der mit Haken versehenen Rippen 354 und 356.
(43 und 44). Bedeutender Weise erfordert dieser
Zusammenbau des Polstücks 308 keine
zusätzlichen
Verbindungsbestandteile, wodurch die Herstellungstechniken vereinfacht
und/oder Kosten gesenkt werden.
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Vor
oder nach dem Einfügen
des Polstücks 308 und
der Kolbenbestandteile 402, 404 und 406 wird
die Spule 302 um den zentralen zylinderförmigen Abschnitt 214 des
Wickel-/Ventilkörpers 200 herum
gewickelt, und die Anschlussstifte 306 werden am Körper 200 in
der oben während
der Besprechung von 23 erläuterten
Weise festgemacht. Wie oben erklärt,
ist der Wickel-/Ventilkörper 200 mit einer
Reihe von unterschiedlichen Anschlussanordnungen kompatibel, wodurch
der Herstellungsaufwand und/oder die Ausgaben durch reduzierten
Lagerbedarf verringert werden.
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Nachdem
die Spule 302 zusammengebaut worden ist, wird der Flussleiter 304 mit
dem Wickel-/Ventilkörper 200 verbunden.
Insbesondere wird der Endabschnitt 320 des Leiters durch
das obere rechteckige Fenster 238 und in den Hohlraum zwischen
diesem Fenster und den seitlichen quadratischen Fenstern 244 eingefügt. Die
Brückenöffnung 330 passt über die
gekrümmten
Innenwände
des Endblockabschnitts 212, der die längliche Bohrung 260 des
Körpers
definiert, und ein geeignetes Gesenkwerkzeug kann durch die Seitenfenster 244 eingeführt werden,
um mit den Stegen 322 zusammenzuwirken, um den Leiter 304 in
Position zu verriegeln. (39,
Hohlraum in 12 dargestellt,
Fenster in 13 und 14 dargestellt und nummeriert,
Brückenöffnung in 27 gezeigt/nummeriert).
Der andere Endabschnitt 322 des Flussleiters, und insbesondere seine
Brückenöffnung 334,
wird über
dem axialen Ende 350 des Polstücks gesenkverarbeitet, wodurch der
Flussleiter 304 am Wickel-/Ventilkörper 200 befestigt
wird. (39, Brückenöffnung in 28 gezeigt/nummeriert).
Es kann festgestellt werden, dass die bevorzugte einstückige Konstruktion
des Flussleiters 304 diesen für extrem wirtschaftliche Herstellungstechniken,
wie Stanzen, geeignet macht. Ferner wird durch das Gesenkverbinden
des Flussleiters 304 mit dem Wickel-/Ventilkörper 200 und/oder
dem Polstück 350 der
Zusammenbau ermöglicht,
ohne dass dafür
zusätzliche
Verbindungsschritte oder -Bestandteile, wie Schweißungen,
notwendig wären.
-
Nun
kann geschätzt
werden, dass das Ventil 100 in einer relativ einfachen
Weise innerhalb angemessener ökonomischer
Kostenspannen und mit einem Minimum an Undichtheitsproblemen hergestellt und/oder
zusammengebaut werden kann. Ferner kann das Ventil 100 für eine ganze
Reihe an industriellen, medizinischen und/oder analytischen Systemen
verwendet werden und bedarf keiner unterschiedlichen Ventilkonstruktionen,
um diese unterschiedlichen Befestigungsanordnungen aufzunehmen.
Wenngleich das Ventil 100 in einer sehr kompakten Größe hergestellt
werden kann, weist es viele Merkmale auf, die auch bei großen Ventilgrößen gleichermaßen vorteilhaft
wären.
Obwohl die Erfindung in Bezug auf eine bestimmte bevorzugte Ausführungsform
dargestellt und beschrieben wurde, ist es offensichtlich, dass anderen
Fachleuten beim Lesen und Verstehen der vorliegenden Patentanmeldung gleichwertige
und offensichtliche Änderungen
und Modifikationen in den Sinn kommen werden.