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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Butterfly-Ventil, welches eine quer zum Durchflußweg angeordnete Ventilwelle sowie ein auf der Ventilwelle angeordnetes, plattenähnliches Ventilelement aufweist, wobei das Ventilelement um die Ventilwelle herum drehbar eingerichtet ist, um eine Durchflußrate eines Fluids in dem Durchflußweg zu regulieren.
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In jüngerer Vergangenheit sah sich die Entwicklung von Verbrennungsmotoren der Herausforderung gegenübergestellt, den Bereich von Durchflußraten, mit denen Luft durch den Ansaugkanal eines Drosselventils strömen kann, auszudehnen, um den Anforderungen bezüglich des Treibstoffverbrauchs und des Erzielen hoher Leistungen zu genügen. Sobald ein Bohrungsdurchmesser desjenigen Teils, in welchen das Drosselventil eingebracht ist, vergrößert wird, vergrößert sich im allgemeinen auch die Durchflußrate von Luft, die durch die Bohrung hindurchtreten kann, während sich das Drosselventil in einem vollständig geöffneten Zustand befindet. Dadurch wird die Ausgangsleistung der Verbrennungsmaschine erhöht. Dieser Aufbau würde jedoch auch einen Anstieg einer Durchflußrate von Luft im Leerlauf mit sich bringen, die nämlich im Leerlaufbetrieb strömt, während das Drosselventil in nahezu geschlossener Stellung gehalten wird. Der Kraftstoffverbrauch der Verbrennungsmaschine wird dadurch verschlechtert. Aus diesem Grund muß die Durchflußrate in vollständig geöffneter Stellung ohne eine gleichzeitige Erweiterung des Durchmessers der Bohrung vergrößert werden, damit für die Verbrennungsmaschine eine hohe Ausgangsleistung erzielt wird.
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Als Drosselventil wurde konventionell ein sogenanntes Butterfly-Ventil verwendet. Der Typ eines solchen Butterfly-Ventils ist zum Beispiel in der Veröffentlichung der ungeprüften japanischen Gebrauchsmusteranmeldung
JP 01-060 080 U sowie der Veröffentlichung der ungeprüften japanischen Patentanmeldung
JP 11-173 432 A beschrieben. Bei dem in der Veröffentlichung
JP 01-060 080 U beschriebenen Butterfly-Ventil handelt es sich um ein konventionelles Produkt, wie es etwa in
30 dargestellt ist. Das Butterfly-Ventil weist eine Ventilwelle
52, die quer zum Durchflußweg
51 angeordnet ist, sowie ein nahezu scheibenförmiges Ventilelement
53 auf, das auf der Ventilwelle
52 um diese herum drehbar angeordnet ist. Dadurch wird die Durchflußrate eines Fluids reguliert, welches den Durchflußweg
51 passieren kann. Hierbei ist das Ventilelement
53 mit einer gleichförmigen Dicke ausgebildet, die kleiner als ein äußerer Durchmesser der Ventilwelle
52 ist.
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Ferner weist das in der Veröffentlichung
JP 11-173 432 A beschriebene Butterfly-Ventil wie in den
31 und
32 gezeigt eine Ventilwelle
52, die quer zum Durchflußweg angeordnet ist, sowie ein auf der Ventilwelle
52 angeordnetes, plattenähnliches Ventilelement
54 auf, welches um die Ventilwelle
52 drehbar eingerichtet ist, um die Durchflußrate des Fluids, das durch den Durchflußweg
51 strömen kann, zu regulieren. Dabei besitzt das Ventilelement
54 eine gekrümmte Oberfläche mit einem Krümmungsradius, welcher von der Ventilwelle
52 ausgehend bis zu einer äußeren Kante konstant ist. Insbesondere besitzt das Ventilelement eine Querschnittsfläche, die ausgehend von der Mitte radial nach außen abnimmt. Beide Seiten des Ventilelements
54 sind stromlinienförmig ausgebildet, wobei keine Unregelmäßigkeiten in den drei Dimensionen vorliegen.
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Weil jedoch konventionelle Butterfly-Ventile in vielen Fällen aus Metall hergestellt sind, gibt es wenig Freiheit beim Design der Formen, so daß entsprechend wenig Ideen oder Designs entwickelt wurden, mit denen der Luftwiderstand reduziert werden könnte. Auf der anderen Seite wurde in jüngerer Vergangenheit ein Butterfly-Ventil, das aus einem Harz hergestellt ist, dazu eingesetzt, die Richtung der Luftströmung unter Ausnutzung der in diesem Fall vorliegenden Freiheitsgrade beim Design der Formen zu bestimmen. Jedoch wurden keine Ideen dazu vorgeschlagen, die Fläche des entsprechenden Durchflußwegs zu vergrößern.
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Bei dem in der Veröffentlichung
JP 01-060 080 U vorgeschlagenen Butterfly-Ventil ändert sich die Flußlinie scharf im Bereich der Ventilwelle
52, sobald das Ventilelement
53 in voll geöffneter Stellung vorliegt. Dies würde Flußturbulenzen in einem Abschnitt unterhalb der Ventilwelle
52 hervorrufen. Entsprechend würde die Durchflußrate bei voll geöffneter Stellung um diejenige Flußmenge des Fluids abnehmen, die an den Flußturbulenzen beteiligt ist.
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Das in der Veröffentlichung
JP 11-173 432 A beschriebene Butterfly-Ventil verursacht demgegenüber weniger Flußturbulenzen um die Ventilwelle
52 herum als das Butterfly-Ventil gemäß der Veröffentlichung
JP 01-060 080 U d. h. gemäß dem konventionellen Produkt. Dies gilt besonders für den Fall der vollständig geöffneten Stellung des Ventilelements
54. Jedoch verursacht das Butterfly-Ventil gemäß der Veröffentlichung
JP 11-173 432 A einen von der Mitte des Ventilelements
54 aus radial auswärts gerichteten Oberflächenfluß des Fluids. Dieser Oberflächenfluß ist nicht parallel zum Durchflußweg
51 gerichtet, wodurch Flußturbulenzen in dem Fluid verursacht sein können. Daraus resultiert ein hoher Druckabfall des Fluids und somit ein nicht gleichmäßiger Fluß des Fluids. Aus diesem Grund könnte auch hier die Flußrate eines Fluids, das durch den Durchflußweg
51 bei voll geöffneter Stellung des Ventilelements
54 fließt, verringert werden.
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Aus der
DE 10 2005 009 160 A1 ist ein Abgasreinigungselement für Aufladesysteme von Verbrennungskraftmaschinen beschrieben. Darin ist ein Butterfly-Ventil mit einem Regelelement offenbart, das um eine Schwenkachse verschwenkbar ist. Das Regelelement weist eine strömungsgünstig ausgebildete Oberseite sowie eine Unterseite auf. In dem Regelelement ist weiter ein umlaufender Randbereich ausgebildet, der einerseits an einer ersten Anschlagfläche des Gehäuses und andererseits an einer zweiten Anschlagfläche des Gehäuses anliegt. Die strömungsgünstig ausgebildete Oberseite nimmt bezüglich ihrer Dicke von der Schwenkachse aus nach außen ab.
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Ferner ist in der
US 4 243 203 A ein Butterfly-Ventil offenbart, welches eine Mehrzahl an strombegradigenden Rippen aufweist, deren Dicke von der Ventilwelle ausgehend bis zu einer äußeren Kante in einer Richtung nahezu senkrecht zur Ventilwelle allmählich abnimmt.
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Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der oben beschriebenen Umstände gemacht. Es liegt ihr die Aufgabe zugrunde, ein Butterfly-Ventil zur Verfügung zu stellen, das in der Lage ist, die Durchflußrate eines Fluids, das durch einen Durchflußweg hindurchströmt, für den Fall zu erhöhen, in dem sich ein Ventilelement in voll geöffneter Stellung befindet. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Butterfly-Ventil gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Weitere Aufgabe und Vorteile der Erfindung sind teilweise in der Beschreibung angegeben, oder ergeben sich in offensichtlicher Weise aus dieser, oder können durch praktische Anwendung der Erfindung unmittelbar erkannt werden. Die Aufgaben und Vorteile der Erfindung können insbesondere auch durch die in den einzelnen beigefügten Ansprüchen angegeben Mittel sowie den Kombinationen der darin angegebenen Merkmale erkannt bzw. gewonnen werden.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird, um das Ziel der Erfindung zu erreichen, ein Butterfly-Ventil vorgeschlagen, das zum Einbau in einen Ventilkörper eingerichtet ist, welcher in einem Durchflußweg vorgesehen ist, wobei das Butterfly-Ventil aufweist: eine quer zum Durchflußweg angeordnete Ventilwelle; und ein auf der Ventilwelle angeordnetes plattenähnliches Ventilelement, das um die Ventilwelle drehbar eingerichtet ist, um eine Durchflußrate eines Fluids in dem Durchflußweg zu regulieren; wobei das Ventilelement eine strombegradigende Oberfläche mit einem Querschnitt aufweist, der in seiner Dicke von der Ventilwelle ausgehend hin zu einer äußeren Kante in einer Richtung nahezu senkrecht zur Ventilwelle allmählich abnimmt, und welcher an einer beliebigen Position entlang der Ventilwelle gleichförmig ausgebildet ist.
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Entsprechend einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Butterfly-Ventil vorgeschlagen, das zum Einbau in ein Drosselventil vorgesehen ist, welches einen Durchflußweg aufweist, wobei das Butterfly-Ventil aufweist: eine quer zum Durchflußweg angeordnete Ventilwelle; und ein auf der Ventilwelle angeordnetes, plattenähnliches Ventilelement, das drehbar um die Ventilwelle eingerichtet ist, um eine Durchflußrate eines Fluids in dem Durchflußweg zu regulieren; wobei das Ventilelement auf jeder seiner Seiten eine Fuge aufweist, die sich in zu der Ventilwelle nahezu senkrechter Richtung erstreckt, während sie über die Mitte jeder der Seiten hinweg verläuft.
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Weitere Entwicklungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die beigefügten Zeichnungen, die von der vorliegenden Beschreibung umfaßt sind und ein Teil derselben darstellen, sollen ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verdeutlichen. Ferner sollen sie, gemeinsam mit der Beschreibung, dazu dienen, die der Erfindung zugrundeliegenden Aufgaben, deren Vorteile und die Funktionsweise näher zu erläutern.
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In den Zeichnungen zeigen:
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1 in einer Teilschnittansicht den Grundriß eines Drosselkörpers einschließlich eines Butterfly-Ventils gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
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2 eine Ansicht des Butterfly-Ventils gemäß 1 von der rechten Seite aus gesehen;
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3 eine Querschnittsansicht des Butterfly-Ventils entlang einer Linie A-A gemäß 1;
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4 eine Querschnittsansicht des Butterfly-Ventils entlang einer Linie B-B gemäß 1;
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5 eine Querschnittsansicht des Butterfly-Ventils entlang einer Linie C-C gemäß 1;
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5 eine schematische Darstellung, welche die Rippenhöhe verdeutlicht;
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7 ein Diagramm, das einen Unterschied der Anwachsverhältnisse der Durchflußraten in Bezug auf ein konventionelles Produkt für verschiedene Rippenhöhen zeigt;
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8 ein Diagramm, welches das Anwachsverhältnis der Durchflußraten im Vergleich zeigt;
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9 in Teilschnittansicht den Grundriß eines Drosselkörpers einschließlich eines Butterfly-Ventils gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
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10 die Ansicht des Butterfly-Ventils gemäß 9 von der rechten Seite;
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11 eine Querschnittsansicht des Butterfly-Ventils entlang einer Linie D-D gemäß 9;
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12 eine Querschnittsansicht des Butterfly-Ventils entlang einer Linie E-E gemäß 9;
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13 eine Querschnittsansicht des Butterfly-Ventils entlang einer Linie F-F gemäß 9;
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14 eine Querschnittsansicht des Butterfly-Ventils entlang einer Linie G-G gemäß 9;
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15 ein Diagramm, mit welchem die Anwachsverhältnisse der Durchflußraten im Vergleich gezeigt werden;
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16 in Teilschnittansicht den Grundriß eines Butterfly-Ventils gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel;
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17 eine Frontansicht des Butterfly-Ventils gemäß 16;
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18 eine Querschnittsansicht entlang einer Linie J-J gemäß 16;
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19 eine Querschnittsansicht ähnlich 18;
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20 eine Querschnittsansicht ähnlich zu 18;
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21 in Teilschnittansicht den Grundriß eines Butterfly-Ventils gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel;
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22 eine Frontansicht des Butterfly-Ventils gemäß 21;
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23 eine Ansicht des Butterfly-Ventils gemäß 21 von der rechten Seite;
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24 eine Querschnittsansicht entlang einer Linie H-H gemäß 21;
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25 in Teilschnittansicht den Grundriß eines Butterfly-Ventils gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel;
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26 eine Frontansicht des Butterfly-Ventils gemäß 25;
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27 eine Ansicht des Butterfly-Ventils gemäß 25 von der rechten Seite;
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28 eine Querschnittsansicht entlang einer Linie I-I gemäß 25;
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29 in Teilschnittansicht den Grundriß eines Drosselkörpers einschließlich eines Butterfly-Ventils gemäß einem modifizierten Beispiel;
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30 in Teilschnittansicht den Grundriß eines Drosselkörpers einschließlich eines Butterfly-Ventils in konventioneller Ausführung;
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31 in Teilschnittansicht den Grundriß eines Drosselkörpers einschließlich eines Butterfly-Ventils in einer weiteren konventionellen Ausführungsform; und
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32 eine Ansicht des Butterfly-Ventils von dem Pfeil Q in 31 aus gesehen.
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[Erstes Ausführungsbeispiel]
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Es folgt nun eine detaillierte Beschreibung eines ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Butterfly-Ventils gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
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1 zeigt in Teilschnittansicht den Grundriß eines Drosselkörpers 2, welcher als ein das Butterfly-Ventil 1 aufweisender Ventilkörper in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel dient. 2 zeigt eine Ansicht des Butterfly-Ventils 1 von der rechten Seite. 3 zeigt eine Querschnittsansicht des Butterfly-Ventils 1 entlang einer Linie A-A gemäß 1; 4 zeigt eine Querschnittsansicht des Butterfly-Ventils 1 entlang einer Linie B-B gemäß 1; und 5 zeigt eine Querschnittsansicht des Butterfly-Ventils 1 entlang einer Linie C-C gemäß 1.
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Der Drosselkörper 2 weist eine Bohrung 3 auf, die mit einem Ansaugkanal (Ansaugröhre) eines Verbrennungsmotors verbindbar ist. Diese Bohrung bildet einen Durchflußweg 4, welcher es einem Fluid, beziehungsweise Luft, erlaubt hindurchzuströmen. In dem Drosselkörper 2 ist eine Ventilwelle 5 vorgesehen, die sich quer zum Durchflußweg 4 erstreckt. Beide Enden der Ventilwelle 5 sind drehbar in dem Drosselkörper 2 mit Hilfe von Lagern 6 gelagert. Ein plattenähnliches Ventilelement 7 ist auf der Ventilwelle 5 angeordnet. Insbesondere wird die Ventilwelle 5 von diesem integral gehalten, wie in 2 gezeigt ist. Das Ventilelement besitzt eine nahezu rhomboidale Form in Querschnitts- oder Seitenansicht. Das Butterfly-Ventil 1 ist derart konfiguriert, daß das Ventilelement 7 um die Ventilwelle 5 gedreht wird. Dadurch wird eine Flußrate der Luft, die durch den Durchflußweg 4 (die Bohrung 3) hindurchtreten kann, reguliert. 1 zeigt das Butterfly-Ventil 1 in einer vollständig geöffneten Stellung, so daß der Durchflußweg 4 vollständig geöffnet ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Ventilwelle 5 aus einem Metall und das Ventilelement 7 aus Harz gebildet. Wenn zum Beispiel das Ventilelement 7 spritzgegossen werden soll, so wird die Ventilwelle 5 als Einlegeteil mit dem Ventilelement 7 umspritzt, so daß die Ventilwelle 5 und das Ventilelement 7 als integrale Form entstehen.
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Wie in den 1 bis 5 gezeigt ist, läuft das Ventilelement 7 bezüglich seines Querschnitts in einer Richtung senkrecht zur Ventilwelle 5 spitz zu. Das heißt, das Ventilelement nimmt bezüglich seiner Dicke allmählich von der Ventilwelle 5 bis hin zu einer äußeren Kante ab. Mit anderen Worten, das Ventilelement 7 besitzt einen spitz zulaufenden Querschnitt, so daß beide Seiten in symmetrischer Weise von der Ventilwelle 5 bis hin zu der äußeren Kante geneigt sind. Ferner weist das Ventilelement 7 auf jeder Seite (d. h. Fläche) eine Vielzahl von geneigten Oberflächen 8a und 8b auf, die entlang der Ventilwelle 5 angeordnet sind, sich jedoch mit einer Neigung in einer Richtung senkrecht zur Ventilwelle 5 erstrecken. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Ventilelement 7 ferner auf jeder Seite mit einer Vielzahl von strombegradigenden Rippen 9a–9c versehen, welche sich jeweils in einer Richtung senkrecht zu der Ventilwelle 5 erstrecken und von der Ventilwelle 5 zur äußeren Kante hin wie auch die geneigten Oberflächen 8a und 8b abwärts geneigt sind. Die Vielzahl von strombegradigenden Rippen 9a–9c sind bei regelmäßigen gegenseitigen Abständen parallel zueinander angeordnet. Von diesen strombegradigenden Rippen 9a–9c sind die beiden ersten Rippen 9a, die an der äußersten Position nahe den beiden Enden der Ventilwelle 5 eingerichtet sind, die kürzesten. Die beiden zweiten Rippen 9b, die von den ersten Rippen 9a aus gesehen einwärts vorgesehen sind, sind etwas länger, und eine einzelne, dritte Rippe 9c, die in der Mitte angeordnet ist, ist die längste. Mit anderen Worten, jede Seite des Ventilelements 7 besitzt eine symmetrische Form in Bezug auf eine mittlere dritte strombegradigende Rippe 9c, so daß die ersten geneigten Oberflächen 8a, die jeweils zwischen der dritten Rippe 9c und der zweiten Rippe 9b gebildet sind, sowie die zweiten geneigten Oberflächen 8b, die jeweils zwischen der zweiten Rippe 9b und der ersten Rippe 9a gebildet sind, voneinander unterschiedliche, spitz zulaufende Querschnitte aufweisen. Bei der ersten geneigten Oberfläche 8a ist der Querschnitt des Ventilelements 7 in einer Richtung senkrecht zur Ventilwelle 5 an einer beliebigen Position entlang der Ventilwelle 5 gleichförmig. Ähnlich ist innerhalb der zweiten geneigten Oberfläche 8b der Querschnitt in einer Richtung senkrecht zu der Ventilwelle 5 an einer beliebigen Position entlang der Ventilwelle 5 gleichförmig, jedoch unterschiedlich von demjenigen Querschnitt, wie er durch die erste geneigte Oberfläche 8a definiert wird. In einem Wort, die erste geneigte Oberfläche 8a und die zweite geneigte Oberfläche 8b besitzen unterschiedliche Schrägungswinkel (Neigungswinkel) im Querschnitt relativ zueinander.
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3 zeigt den Schrägungswinkel θ1. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Schrägungswinkel θ1 auf einen Wert in dem Intervall von 10° bis 35° gewählt. Wie in 1 dargestellt ist, ist der äußere Kantenteil des Ventilelements 7 als peripheres Kantenteil 10 mit einer konstanten Breite ausgebildet, das sich sanft nach unten zu der Peripherie des Ventilelements hin neigt. Zwischen diesem peripheren Kantenteil 10 und jedem Ende der geneigten Oberflächen 8a und 8b ist eine flache Oberfläche 11 ohne Neigung ausgebildet. Gemäß 1 ist das Ventilelement 7 in vertikaler Richtung symmetrisch in seiner Form in Bezug auf die Ventilwelle 5 ausgebildet. Unter der Annahme, daß die Vorderseite des Ventilelements 7 in 1 eine nach stromaufwärts gerichtete Fläche des Ventilelements 7 ist, repräsentiert die Rückseite eine stromabwärts gerichtete Fläche des Ventilelements 7, die mit der gleichen Form wie die stromaufwärts gerichtete Fläche ausgebildet ist.
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Mit Bezug auf die 6 werden die Höhen der strombegradigenden Rippen 9a–9c (”Rippenhöhe”) im folgenden erläutert. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Rippenhöhe definiert wie durch das Symbol (a) in 6 angegeben. Sobald das Ventilelement 7 derart eingerichtet wird, daß es eine übermäßig große Rippenhöhe besitzt, wie durch das Symbol (b) in 6 angedeutet ist, wird eine Trennung. oder Turbulenz des Flusses in der Luft verursacht. Um dies zu verhindern, wird die Rippenhöhe zu einem Wert innerhalb eines Bereichs gewählt, wie beispielsweise in 6 durch (a) angedeutet ist. 7 zeigt ein Diagramm mit einem ”Anwachsverhältnis” (in %) einer Flußrate im Vergleich zu einem konventionellen Produkt. Das Anwachsverhältnis ist in Bezug auf Werte eines Bereichs nicht übermäßiger Rippenhöhen (0.5 mm–2.5 mm) dargestellt. Dieses ”Anwachsverhältnis der Durchflußraten” repräsentiert ein Anwachsverhältnis der Durchflußraten in Bezug auf ein konventionelles Produkt, d. h. eine Durchflußrate bei vollständig geöffneter Stellung eines konventionellen Butterfly-Ventils, wie es in 30 dargestellt ist. Wie sofort aus dieser Zeichnung zu ersehen ist, ergeben sich für eine Rippenhöhe von 1.9 mm größte Werte von etwa 7% für das Durchflussraten-Anwachsverhältnis (CAE). Auf Grundlage dieses Ergebnisses beträgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Höhe jeder der Rippen 9a–9c 1.9 mm.
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Entsprechend dem Butterfly-Ventil 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wie oben beschrieben besitzt das Ventilelement 7 einen spitz zulaufenden Querschnitt und weist eine Vielzahl von geneigten Oberflächen 8a und 8b auf, die jeweils gleichförmig im Querschnitt an einer beliebigen Position entlang der Ventilwelle 5 ausgebildet sind. Dadurch wird ein zum Durchflußweg 4 paralleler Luftstrom entlang den beiden Seiten des Ventilelements 7 bewirkt, wenn das Ventilelement 7 in eine vollständig geöffnete Stellung innerhalb des Durchflußwegs, wie in 1 gezeigt, gedreht wird. Folglich wird aufgrund des Ventilelements 7 die Luft daran gehindert, turbulent zu werden. Somit kann ein durch das Ventilelement verursachter Druckabfall bei vollständig geöffneter Stellung reduziert werden. In ähnlicher Weise kann die Durchflußrate an Luft, die durch den Durchflußweg 4 strömt, wenn das Ventilelement in vollständig geöffneter Stellung gedreht ist, im Vergleich zu einem konventionellen Produkt erhöht werden.
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Ferner wird ein zu dem Durchflußweg 4 paralleler Luftstrom entlang jeder der Seiten des Ventilelements 7 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel durch den strombegradigenden Effekt der Rippen 9a–9c bewirkt, welcher die Turbulenzen der Luft einschränkt. Somit kann der durch das Ventilelement 7 bewirkte Druckabfall bei vollständig geöffneter Stellung weiter um ein Maß reduziert werden, welches durch die strombegradigende Wirkung der Rippen 9a–9c erhalten wird. Dadurch wird es möglich, die Durchflußrate bei vollständig geöffneter Stellung zu vergrößern.
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Hierbei wurde festgestellt, daß das Anwachsverhältnis der Durchflußraten aufgrund der konventionellen, strombegradigten Butterfly-Ventile wie in 31 und 32 gezeigt ungefähr 3.3% in Bezug auf die Durchflußrate bei vollständig geöffneter Stellung gemäß dem konventionellen Produkt (das Butterfly-Ventil gemäß 30) beträgt. Auf der anderen Seite wurde festgestellt, daß das Anwachsverhältnis der Durchflußraten durch das Butterfly-Ventil 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ungefähr 7.7% in Bezug auf die Durchflußrate bei vollständig geöffneter Stellung des konventionellen Produkts beträgt. In Bezug auf das Butterfly-Ventil 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde wie in 8 gezeigt gefunden, daß das Anwachsverhältnis der Durchflußraten sogar auch noch im Vergleich mit dem stromlinienförmig ausgebildeten Butterfly-Ventil weiter erhöht werden kann.
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[Zweites Ausführungsbeispiel]
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Ein zweites Ausführungsbeispiel des Butterfly-Ventils gemäß der vorliegenden Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
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9 zeigt in Teilschnittansicht den Grundriß eines Drosselkörpers 2, der ein Butterfly-Ventil 21 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aufweist. 10 zeigt eine Ansicht des Butterfly-Ventils 21 gemäß 9 von der rechten Seite aus gesehen. 11 zeigt eine Querschnittsansicht des Butterfly-Ventils 21 entlang einer Linie D-D gemäß 9. 12 zeigt eine Querschnittsansicht des Butterfly-Ventils 21 entlang einer Linie E-E gemäß 9. 13 zeigt eine Querschnittsansicht des Butterfly-Ventils 21 entlang einer Linie F-F gemäß 9. 14 zeigt eine Querschnittsansicht des Butterfly-Ventils 21 entlang einer Linie G-G gemäß 9.
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Das Butterfly-Ventil 21 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel unterscheidet sich in folgender Hinsicht von dem Butterfly-Ventil 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Insbesondere ist dieses Butterfly-Ventil 21 mit einer Fuge 22, die sich in einer Richtung senkrecht zur Ventilwelle 5 über die Mitte jeder der Seiten des Ventilelements 7 hinweg verlaufend erstreckt. Wie in 9 dargestellt ist, ist die Fuge 22 zwischen zwei zweiten strombegradigenden Rippen 9b ausgebildet. Wie in 11 dargestellt ist, ist der Schrägungswinkel θ2 einer geneigten Oberfläche 8c, die zwischen den zwei Rippen 9b ausgebildet ist, geringer als der Schrägungswinkel θ1 des Butterfly-Ventils 1 in dem ersten Ausführungsbeispiel. In der Mitte der Fuge 22 ist die äußere Oberfläche der Ventilwelle 5 teilweise freigelegt. Jedoch ist die Dicke des Ventilelements 7 entsprechend der Fuge 22 nahezu gleich dem äußeren Durchmesser der Ventilwelle 5 wie in den 11 und 14 dargestellt ist. Das Butterfly-Ventil 21 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist im weiteren identisch mit dem Butterfly-Ventil 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
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Bei dem Butterfly-Ventil 21 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Fuge 22 auf jeder Seite des Ventilelements 7 genau gegenüberliegend ausgebildet. Hierbei wurde allgemein herausgefunden, daß ein Luftstrom in dem mittleren Bereich der Bohrung 3 in Bezug auf den Querschnitt am schnellsten ist. Wenn dementsprechend das Butterfly-Ventil 21 in die vollständig geöffnete Stellung gedreht ist, so ist auch jede Fuge 22 auf jeder der Seiten des Ventilelements 7 parallel zum schnellsten Luftstrom innerhalb der Bohrung 3 angeordnet. Dadurch wird die Wegfläche durch die Fuge 22 vergrößert. Es wird dadurch möglich, die Durchflußrate bei vollständig geöffneter Stellung des Ventilelements 7 auf ein Maß anzuheben, das der vergrößerten Fläche des Durchflußwegs aufgrund der Fuge 22 im Vergleich mit dem Butterfly-Ventil 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel entspricht.
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Dabei wurde festgestellt, daß ein Anwachsverhältnis der Durchflußraten von ungefähr 9.9% durch das Butterfly-Ventil 21 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in Bezug auf eine Durchflußrate bei vollständig geöffneter Stellung im Fall des oben erwähnten konventionellen Produkts erhalten wird. Es wurde entsprechend herausgefunden, wie in 15 zu sehen ist, daß das Butterfly-Ventil 21 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das Anwachsverhältnis der Durchflußraten sogar in Bezug auf das Butterfly-Ventil 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erhöhen kann.
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Ferner ist das Ventilelement 7 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel deshalb mit einer Fuge 22 versehen, damit die Dicke des Ventilelements 7 reduziert wird. Dadurch wird die Wegfläche vergrößert. Es gibt allerdings eine Grenze für die Verringerung der Dicke des Ventilelements aufgrund der Stärke des Ventilelements 7. Es ist daher notwendig, die Dicke des Ventilelements an eher wirksamen Stellen zu verringern. Weil die Fuge 22 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in einer sich senkrecht zur Ventilwelle 5 erstreckenden Richtung ausgebildet ist, während sie die Mitte jeder Seite des Ventilelements 7 überquert, kann die Durchflußrate bei vollständig geöffneter Stellung vergrößert werden mittels einer Verringerung der Dicke des Ventilelements 7, wobei eine hinreichende Stärke desselben erhalten bleibt.
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[Drittes Ausführungsbeispiel]
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Ein drittes Ausführungsbeispiel des Butterfly-Ventils gemäß der vorliegenden Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
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16 zeigt in Teilschnittansicht den Grundriß eines Drosselkörpers 41 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. 17 zeigt eine Frontansicht des Drosselkörpers gemäß 16. 18 zeigt eine Querschnittsansicht entlang einer Linie J-J gemäß 16. Die 19 und 20 sind Querschnittsansichten ähnlich der 18, wobei Butterfly-Ventile 41A und 41B als modifizierte Beispiele des Butterfly-Ventils 41 dargestellt sind.
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Das Butterfly-Ventil 41 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel unterscheidet sich in folgender Hinsicht von dem Butterfly-Ventil 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Genauer, ein Ventilelement 7 dieses Butterfly-Ventils 41 besitzt einen gekrümmten Querschnitt in einer Richtung senkrecht zur Ventilwelle 5. Der Querschnitt ist allmählich in seiner Dicke ausgehend von der Ventilwelle 5 in Richtung auf die äußere Kante reduziert. Mit anderen Worten, das Ventilelement 7 ist eingerichtet, so dass dessen beide Seiten im Querschnitt symmetrisch von der Ventilwelle 5 zur äußeren Kante hin gekrümmt sind. Das Ventilelement 7 weist auf jeder Seite eine Vielzahl von gekrümmten Oberflächen 18a und 18b auf, die entlang der Ventilwelle 5 angeordnet sind, sich jedoch in einer Krümmung in einer Richtung senkrecht zur Ventilwelle 5 erstrecken. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Ventilelement 7 wie bei dem Butterfly-Ventil 1 des ersten Ausführungsbeispiels auf jeder Seite mit einer Vielzahl von strombegradigenden Rippen 19a bis 19c ausgebildet, welche sich jeweils in einer Krümmung in einer Richtung senkrecht zur Ventilwelle 5 wie die jeweils gekrümmten Oberflächen 18a und 18b erstrecken. Diese Rippen 19a–19c sind in gleichen Abständen parallel zueinander angeordnet. Mit anderen Worten, jede Seite des Ventilelements 7 ist in symmetrischer Form in Bezug auf eine mittlere dritte strombegradigende Rippe 19c ausgebildet, so daß die ersten gekrümmten Oberflächen 18a, die jeweils zwischen der dritten Rippe 19c und der zweiten Rippe 19b ausgebildet sind, sowie die zweiten gekrümmten Oberflächen 18b, die jeweils zwischen der zweiten Rippe 19b und der ersten Rippe 19a ausgebildet sind, voneinander verschiedene gekrümmte Querschnitte aufweisen. Innerhalb der ersten gekrümmten Oberfläche 18a ist der Querschnitt in einer Richtung senkrecht zur Ventilwelle 5 an einer beliebigen Position entlang der Ventilwelle 5 gleichförmig ausgebildet. Ähnlich ist innerhalb der zweiten gekrümmten Oberfläche 18b der Querschnitt in einer Richtung senkrecht zur Ventilwelle 5 an einer beliebigen Position entlang der Ventilwelle 5 gleichförmig ausgebildet, jedoch unterschiedlich von dem Querschnitt wie er durch die erste gekrümmte Oberfläche 18a definiert ist.
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In 16 ist das Ventilelement 7 vertikal in symmetrischer Form gegenüber der Ventilwelle 5 ausgebildet. Unter der Annahme, dass die Vorderseite des Ventilelements in 16 eine stromaufwärts gerichtete Fläche des Ventilelements 7 ist, ist die Rückseite eine stromabwärts gerichtete Fläche des Ventilelements 7, das in der gleichen Form wie die stromaufwärts gerichtete Fläche ausgebildet ist. Wie in 18 dargestellt ist, besitzt das Ventilelement 7 entsprechend einen gleichen Querschnitt auf einer stromaufwärts gerichteten Seite auf und einer stromabwärts gerichteten Seite der Ventilwelle 5 bezüglich der Ansaugflußrichtung von Luft, angedeutet durch den Pfeil X1. Insbesondere ist auf jeder Seite des Ventilelements 7 die gekrümmte, strombegradigende Rippe 19c sowie die gekrümmte Oberfläche 18a sowohl auf der stromaufwärts gerichteten Seite wie auch auf der stromabwärts gerichteten Seite der Ventilwelle 5 vorgesehen.
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Wie oben beschrieben unterscheidet sich das Butterfly-Ventil 41 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in allgemein einfacher Weise bezüglich der Querschnittsform von dem Butterfly-Ventil 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Folglich kann das Butterfly-Ventil 41 die gleiche Funktion und die gleiche Wirkung wie diejenige durch das Butterfly-Ventil 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel bieten.
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Das Butterfly-Ventil 41, welches in 18 gezeigt ist, besitzt ein solches Design wie oben beschrieben, so daß das Ventilelement 7 im Querschnitt symmetrisch auf den Seiten stromaufwärts und stromabwärts von der Ventilwelle 5 aus gesehen in einer Richtung des Ansaugluftflusses, wie durch den Pfeil x1 angedeutet, ausgebildet ist. Alternativ ist es möglich, das Butterfly-Ventil wie die in den 19 oder 20 gezeigten Butterfly-Ventile 41A und 41B auszubilden, bei welchen das Ventilelement 7 asymmetrisch auf der stromaufwärts gerichteten und stromabwärts gerichteten Seite von der Ventilwelle 5 aus gesehen ausgebildet ist. Um genauer zu sein, kann das Ventilelement 7 wie in 19 gezeigt so eingerichtet sein, daß die gekrümmte strombegradigende Rippe 19c und die gekrümmte Oberfläche 18a auf jeder Seite der stromaufwärts gerichteten Seite ausgebildet sind, während die lediglich geneigte strombegradigende Rippe 9c und die lediglich geneigte Oberfläche 8a auf der stromabwärt gerichteten Seite ausgeführt sind.
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Wie in 20 gezeigt ist, wird dort demgegenüber das Ventilelement so eingerichtet, daß die geneigte strombegradigende Rippe 9c und die geneigte Oberfläche 8a auf jeder Seite der stromaufwärts gerichteten Fläche eingerichtet sind, während die gekrümmte strombegradigende Rippe 19c und die gekrümmte Oberfläche 18a auf der stromabwärts gerichteten Fläche eingerichtet sind. Die solchermaßen modifizierten Butterfly-Ventile 41a und 41b bieten ähnliche Funktionen und Wirkungen wie diejenigen des Butterfly-Ventils 41.
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[Viertes Ausführungsbeispiel]
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Ein viertes Ausführungsbeispiel des Butterfly-Ventils gemäß der vorliegenden Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
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21 zeigt in Teilschnittansicht den Grundriß eines Butterfly-Ventils 42 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. 22 zeigt eine Frontansicht des Butterfly-Ventils gemäß 21. Fig. 23 zeigt eine Ansicht des Butterfly-Ventils von der rechten Seite. 24 zeigt eine Querschnittsansicht entlang einer Linie H-H gemäß 21.
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Das Butterfly-Ventil 42 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel unterscheidet sich in folgender Hinsicht von dem Butterfly-Ventil 21 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Genauer, das Butterfly-Ventil 42 weist eine Ventilwelle 5 und ein Ventilelement 7 auf, die integral aus Harz gegossen sind. Das Butterfly-Ventil 42 ist ferner mit einer auf jeder Seite des Ventilelements eingerichteten Fuge 43 vorgesehen, so daß die Fuge 43 über die Mitte jeder Seite in einer Richtung senkrecht zur Ventilwelle 5 verläuft. Wie in 21 dargestellt ist, ist die Fuge 43 zwischen den beiden zweiten strombegradigenden Rippen 9b ausgebildet. Wie in 24 gezeigt ist, ist das Ventilelement 7 so eingerichtet, daß die Dicke eines dieser Fuge 43 entsprechenden Abschnitts am größten in einem Punkt P2 ist, der sich etwas oberhalb der Mittelachse P1 der Ventilwelle 5 in der Richtung X1 des Ansaugflusses befindet. Entsprechend sind eine geneigte Oberfläche 8d auf der Seite stromaufwärts des Punktes P2 und eine geneigte Oberfläche 8e auf der Seite stromabwärts vom Punkt P2 mit verschiedener Länge und verschiedenem Neigungswinkel ausgebildet. Der Querschnitt der Fuge 43 (d. h. der geneigten Oberfläche 8e) ist daher ähnlich in der Form einer Tragfläche eines Flugzeugs in Bezug auf den Ansaugstrom. Das Butterfly-Ventil 42 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist im übrigen identisch dem Butterfly-Ventil 21 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
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Wie oben beschrieben ist das Butterfly-Ventil 42 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aufgebaut, so daß der Querschnitt der Fuge 43 in seiner Form ähnlich einem Flugzeugflügel mit Bezug auf den Ansaugstrom ist. Dadurch wird ein gleichmäßiger Ansaugstrom in der Fuge 43 ermöglicht. Das Butterfly-Ventil 42 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist im übrigen im wesentlichen identisch zu dem Butterfly-Ventil 21 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel und kann daher ähnliche Funktionsweisen und Wirkungen wie das Butterfly-Ventil 21 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel bieten.
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[Fünftes Ausführungsbeispiel]
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Ein fünftes Ausführungsbeispiel des Butterfly-Ventils gemäß der vorliegenden Erfindung wird im folgenden in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
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25 zeigt in Teilschnittansicht den Grundriß eines Butterfly-Ventils 44 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. 26 zeigt eine Frontansicht des Butterfly-Ventils gemäß 25. 27 zeigt eine Ansicht des Butterfly-Ventils von der rechten Seite. 28 zeigt eine Querschnittsansicht entlang einer Linie I-I gemäß 25.
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Das Butterfly-Ventil 44 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel unterscheidet sich in folgender Hinsicht von dem Butterfly-Ventil 42 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel. Genauer, das Butterfly-Ventil 44 ist auf jeder Seite des Ventilelements 7 mit einem Paar von ziemlich dicken strombegradigenden Rippen 9d versehen, die sich in eine Richtung senkrecht zur Ventilwelle 5 erstrecken. Ferner ist das Butterfly-Ventil 44 auf jeder Seite des Ventilelements mit einer Fuge 43 versehen, die sich in der Richtung senkrecht zur Ventilwelle 5 erstreckt, während sie über die Mitte jeder der Seiten verläuft. Wie in den 25 und 26 gezeigt ist, ist die Fuge 43 zwischen den zwei strombegradigenden Rippen 9d ausgebildet. Wie in 28 gezeigt ist, ist der Querschnitt der Fuge 43 in seiner Form ähnlich der Tragfläche eines Flugzeugs gegenüber dem Ansaugstrom ausgebildet, sowie auch ähnlich dem Butterfly-Ventil 42 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel. Das Butterfly-Ventil 44 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist im übrigen identisch dem Butterfly-Ventil 42 in dem vierten Ausführungsbeispiel.
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Wie oben beschrieben ist das Butterfly-Ventil 44 im vorliegenden Ausführungsbeispiel so aufgebaut, daß der Querschnitt der Fuge 43 in seiner Form ähnlich derjenigen eines Flugzeugflügels gegenüber dem Ansaugstrom ist. Dadurch wird ein gleichmäßigerer Ansaugstrom in der Fuge 43 ermöglicht. Das Butterfly-Ventil 44 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist im übrigen im wesentlichen identisch zu dem Butterfly-Ventil 42 in dem vierten Ausführungsbeispiel und kann daher die gleiche Funktionsweise und die gleichen Wirkungen wie das Butterfly-Ventil 42 in dem vierten Ausführungsbeispiel bieten.
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Die vorliegende Erfindung kann auch in anderen spezifischen Formen ausgeführt werden ohne von der Lehre oder den als notwendig erachteten Eigenschaften der Erfindung abzuweichen.
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Zum Beispiel können in jedem der oben ausgeführten Ausführungsbeispiele vier oder fünf strombegradigende Rippen 9a–9c, die sich jeweils in einer Richtung senkrecht zur Ventilwelle 5 auf jeder Seite des Ventilelements 7 erstrecken, eingerichtet werden. Alternativ können wie bei dem Butterfly-Ventil 31 gemäß 29 strombegradigende Rippen 32, die sich in einer Richtung senkrecht zur Ventilwelle 5 nur an Positionen nahe den beiden Enden der Ventilwelle 5 auf jeder Seite des Ventilelements 7 erstrecken, in einem solchen Butterfly-Ventil eingerichtet werden. Bei diesem Ventilelement 7 wird eine geneigte Oberfläche 33 zwischen jedem Paar von strombegradigenden Rippen 32 ausgebildet, so daß die geneigten Oberflächen 33 den gleichen Querschnitt besitzen. Bei diesem Aufbau kann das Butterfly-Ventil 31 auch die gleichen Funktionsweisen und Wirkungen wie in dem ersten Ausführungsbeispiel anbieten.
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Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist das Ventilelement 7 mit einem spitz zulaufenden Querschnitt ausgebildet, der sich in seiner Dicke allmählich von der Ventilwelle 5 zur äußeren Kante hin in einer Richtung ”senkrecht” zur Ventilwelle 5 verringert. Ferner ist auf jeder Seite des Ventilelements 7 die Vielzahl von strombegradigenden Rippen 9a–9c eingerichtet, die sich jeweils in einer Richtung ”senkrecht” zur Ventilwelle 5 erstrecken. In dem zweiten Ausführungsbeispiel ist zusätzlich auf jeder Seite des Ventilelements 7 die Fuge 22 eingerichtet, die sich in einer Richtung ”senkrecht” zu der Ventilwelle 5 erstreckt, während sie über die Mitte jeder Seite verläuft, eingerichtet. Dabei bedeutet der Begriff ”senkrecht” normalerweise ”Schneiden bei rechtem Winkel”. Jedoch umfaßt die Erfindung auch Winkel, die etwas größer oder kleiner als rechte Winkel sind, zusätzlich zu einem exakt rechten Winkel. Insbesondere erlaubt die vorliegende Erfindung, daß der oben genannte Winkel ein nahezu rechter Winkel ist, welcher keine Unterschiede in der Funktionsweise und der Wirkungsweise in Bezug auf den Fall exakt rechter Winkel begründen.
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Während das derzeit bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben wurde, ist es so zu verstehen, daß die vorliegende Offenbarung lediglich dem Zweck der Verdeutlichung dient und daß verschiedene Änderungen und Modifikationen durchgeführt werden können, ohne vom Schutzumfang der Erfindung, so, wie er in den beigefügten Ansprüchen angegeben ist, abzuweichen.
