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Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung, insbesondere für Kühlsysteme von Abgasturboladern, umfassend: einen Anschluss für einen Kühlmittelschlauch und ein Ventil mit einem von Kühlmittel durchfließbaren Ventilkörper.
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Eine Ventilanordnung der eingangs genannten Art ist aus der
DE 39 04 801 A1 bekannt.
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Die Kühlung von Abgasturboladern erfolgt aus dem Kühlwasserkreislauf des Motors. Hierbei ist dafür Sorge zu tragen, dass es keinen Rückfluss in das Wasser des Vorlaufsystems des Turboladers gibt (hydraulischer Kurzschluss). Aus diesem Grund wird ein Ventil in eine Verbindungsleitung eingebaut. Zur Regulierung von Durchflussmengen wird oft auch eine Drosselfunktion in Leitungen benötigt. Ist ein Ventil vorhanden, kann dieses auch über eine Drosselfunktion verfügen. Bisheriger Stand der Technik sind Einschubventile für die Schlauchleitungen, sofern das Ventil nicht fest eingebaut ist. Damit das Ventil bei Druckbeaufschlagung nicht in Sperrrichtung wandert, wird es mittels einer Schelle über der Außenseite der Schlauchleitung fixiert, oder es wird ein Ventil mit einem größerem Durchmesser eingeschlossen. Nachteile hierbei sind die mechanische Belastung der Schlauchleitung und des Ventilkörpers, die Kosten für die Schelle (Stück- und Montagekosten), die Bauraumeinschränkung durch die außen liegende Schelle und die Umströmung des ”übergroßen” Ventils bei höheren Drücken durch Aufweiten des Schlauches.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den erforderlichen Bauraum und die Materialkosten sowie die mechanische Belastung der Komponenten der Ventilanordnung zu verringern.
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Um die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe zu lösen, stellt die Erfindung eine Ventilanordnung, insbesondere für Kühlsysteme von Abgasturboladern, bereit, umfassend: einen Anschluss für einen Kühlmittelschlauch und ein Ventil mit einem von Kühlmittel durchfließbaren Ventilkörper, wobei sich der Ventilkörper am Anschluss abstützt. Nach einer Gestaltungsform umfasst das Ventil eine Sperrfunktion und/oder eine Drosselfunktion. Die Richtung, in welcher der Ventilkörper von Kühlmittel durchfließbar ist, wird als Durchlaufrichtung bezeichnet. Die Richtung, in welcher der Ventilkörper sperrt und/oder drosselt, wird als Sperrrichtung bezeichnet. Die Sperrrichtung des Ventils verläuft vorzugsweise genau entgegengesetzt zur Durchlaufrichtung des Ventils. Der Ventilkörper stützt sich vorzugsweise in Sperrrichtung und/oder in Durchlaufrichtung am Anschluss ab. Beispielsweise erfüllt das Ventil eine Sperrfunktion und ist nur in einer Durchlaufrichtung von Kühlmittel durchfließbar. In diesem Fall ist es vorteilhaft, dass sich der Ventilkörper in Sperrrichtung des Ventils am Anschluss abstützt. Erfüllt das Ventil eine Drosselfunktion, kann es sinnvoll sein, dass sich der Ventilkörper in Durchlaufrichtung am Anschluss abstützt. Der Anschluss und/oder der Ventilkörper bestehen vorzugsweise aus einem gegenüber dem Kühlmittelschlauch härteren Material, bevorzugt aus Kunststoff und/oder Metall. Durch das Abstützen des Ventilkörpers am Anschluss kann ein Wandern des Ventilkörpers unterbunden werden. Weil der Anschluss und/oder der Ventilkörper vorzugsweise härter sind als der Kühlmittelschlauch, können einwirkende Kräfte durch die erfindungsgemäße Ventilanordnung besser aufgenommen werden als bei der herkömmlichen Lösung, bei welcher der Ventilkörper statisch weitgehend unbestimmt innerhalb des Kühlmittelschlauch festgelegt wird. Zudem kann auf zusätzliche Befestigungsmittel wie Schlauchschellen oder dgl. zur Lagesicherung des Ventilkörpers verzichtet werden. So können der erforderliche Bauraum verkürzt und die Materialkosten der Ventilanordnung reduziert werden.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstände der Unteransprüche.
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Es kann sich als vorteilhaft erweisen, wenn der Ventilkörper zumindest abschnittsweise außerhalb und/oder zumindest abschnittsweise innerhalb des Anschlusses angeordnet ist. Wenn der Ventilkörper zumindest abschnittsweise außerhalb des Anschlusses angeordnet ist, kann er teilweise die Funktion des Anschlusses übernehmen und den Kühlmittelschlauch fixieren oder dadurch fixiert werden. Wenn der Ventilkörper zumindest abschnittsweise innerhalb des Anschlusses angeordnet ist, kann der erforderliche Bauraum der Ventilanordnung weiter verkürzt werden.
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Es kann sich als hilfreich erweisen, wenn der Ventilkörper lösbar, vorzugsweise kraftschlüssig und/oder formschlüssig, bevorzugt verliersicher, mit dem Anschluss verbunden ist. Dadurch kann sichergestellt werden, dass der Ventilkörper vor der bestimmungsgemäßen Montage der Ventilanordnung, insbesondere vor dem Aufschieben des Kühlmittelschlauchs, nicht verloren geht. Ferner kann die Gefahr, dass der Ventilkörper bei starker Druckbeaufschlagung evtl. in Durchlaufrichtung wandert, noch weiter verringert werden.
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Es kann sich als nützlich erweisen, wenn der Ventilkörper gegenüber dem Anschluss abgedichtet ist. Dadurch kann eine Umströmung des Ventilkörpers verhindert werden. Die Umströmung des Ventilkörpers in Durchlaufrichtung kann zum Wandern des Ventilkörpers führen oder in Sperrrichtung einen Rückfluss des Kühlmittels in den Anschluss bewirken.
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Es kann sich als praktisch erweisen, wenn der Anschluss und/oder der Ventilkörper zumindest abschnittsweise einen Rohrstutzen bildet, auf welchen der Kühlmittelschlauch aufschiebbar ist, so dass sich der Innenumfang des Schlauches mit dem Außenumfang des Anschlusses und/oder des Ventilkörpers in Kontakt befindet. Vorzugsweise wird der Kühlmittelschlauch mit einer Schlauchschelle oder einem Kabelbinder auf dem Rohrstutzen befestigt. Dadurch kann der Anschluss und/oder der Ventilkörper einen innigen Kontakt mit dem Kühlmittelschlauch eingehen, so dass eine Gefahr der Umströmung des Ventilkörpers noch weiter verringert wird.
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Es kann sich als günstig erweisen, wenn der Anschluss und/oder der Ventilkörper wenigstens einen Konus und/oder wenigstens eine Riffelung und/oder wenigstens einen Bördel aufweist. Der Konus kann sich in oder entgegen der Durchlaufrichtung verjüngen. Nach einer Gestaltungsform liegen zwei Konusse, die sich in und entgegen der Durchlaufrichtung verjüngen, unmittelbar nebeneinander, um eine Olive zu bilden. Als Olive wird demnach eine vorzugsweise konusförmige Vergrößerung mit anschließender Verringerung der Mantelfläche bezeichnet. Der in Durchlaufrichtung zur Leitungsachse eingeschlossene Winkel des Konus liegt vorzugsweise im Bereich von 5 bis 30°, bevorzugt im Bereich von 10 bis 20°. Dadurch kann das Aufschieben des Kühlmittelschlauchs erleichtert werden. Um das Abziehen des Kühlmittelschlauchs vom Anschluss und/oder dem Ventilkörper zu erschweren, kann der entgegen der Durchlaufrichtung zur Leitungsachse eingeschlossene Winkel des Konus vorzugsweise im Bereich von 75 bis 90°, bevorzugt im Bereich von 80 bis 85° liegen. Der entgegen der Durchlaufrichtung zur Leitungsachse eingeschlossene Winkel einer Olive ist vorzugsweise größer als der in Durchlaufrichtung zur Leitungsachse eingeschlossene Winkel, so dass eine erforderliche Kraft zum Aufschieben des Kühlmittelschlauchs kleiner ist als eine erforderliche Kraft zum Abziehen des Kühlmittelschlauchs. Nach einer Gestaltungsform befindet sich der Anschluss und/oder der Ventilkörper mit der Innenwand des aufgeschobenen Kühlmittelschlauches in Kontakt. Dadurch lässt sich ein Poka Yoke Prinzip verwirklichen, bei welchem durch technische Vorkehrungen zur sofortigen Fehlerverhinderung unbeabsichtigte Fehler vollständig vermieden werden können. In einer Ausführungsform, bei welcher nur der Ventilkörper, nicht aber der Anschluss, einen Konus aufweist, so dass der Kühlmittelschlauch nur bei aufgesetztem Ventilkörper auf den Anschluss aufgeschoben werden kann, ist eine Montage des Kühlmittelschlauchs ohne den Ventilkörper unmöglich. Diese Poka Yoke Maßnahme erhöht die Prozesssicherheit bei der Montage der Ventilanordnung und verringert gleichzeitig die Fertigungskosten, da eine gesonderte Prüfung des Vorhandenseins des Ventilkörpers entfallen kann.
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Es kann vorteilhaft sein, wenn der Ventilkörper durch den Kühlmittelschlauch gegen den Anschluss gedrückt wird. Vorzugsweise wird der Ventilkörper durch den Kühlmittelschlauch in Sperrrichtung und/oder in Durchlaufrichtung des Ventils gegen den Anschluss gedrückt. Das kann bspw. dadurch erreicht werden, dass der Außenumfang des Ventilkörpers größer ist als der Innenumfang des Kühlmittelschlauches, während sich der Ventilkörper am Außenumfang an einem vom Anschluss abgewandten Ende verjüngt, wobei der Kühlmittelschlauch über das vom Anschluss abgewandte Ende des Ventilkörpers gespannt ist, um eine Kraft in Richtung des Anschlusses auszuüben. Dadurch kann der Ventilkörper ohne gesonderte Hilfsmittel alleine durch den Anschluss und den Kühlmittelschlauch lagesicher positioniert werden. Somit kann der Ventilkörper weder in Sperrrichtung noch in Durchlaufrichtung wandern.
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Es kann hilfreich sein, wenn der Anschluss und der Ventilkörper steckverbindbar sind. Vorzugsweise weisen der Anschluss und der Ventilkörper aufeinander abgestimmte männliche und weibliche Konturen auf, die bevorzugt dichtend ineinander gesteckt werden können. Der Ventilkörper kann wenigstens abschnittsweise in den Anschluss einsteckbar sein oder umgekehrt. Dadurch kann der Ventilkörper positionssicher gegenüber dem Anschluss angeordnet werden. Aufgrund der abgestimmten Geometrien bzw. Konturen erleichtert sich die Abdichtung eines Spalts zwischen dem Anschluss und dem Ventilkörper. Hierbei lässt sich ebenfalls ein Poka Yoke Prinzip verwirklichen, wenn bspw. die Geometrien des Anschlusses und des Ventilkörpers derart aufeinander abgestimmt sind, dass ein bestimmter Ventilkörper nur in einer bestimmten Position und/oder Ausrichtung mit dem Anschluss zusammenpasst. Beispielsweise kann sichergestellt werden, dass der Ventilkörper immer in der vorgesehenen Einbaurichtung positioniert wird, da eine ungewollte Montage entgegen der Einbaurichtung nicht möglich ist.
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Es kann praktisch sein, wenn der Anschluss und der Ventilkörper, vorzugsweise am Innenumfang und/oder am Außenumfang, bündig miteinander abschließen, oder der Außenumfang des Ventilkörpers zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, radial über den Außenumfang des Anschlusses hervorsteht. Dadurch kann der Kühlmittelschlauch in Sperrrichtung über den Ventilkörper leicht auf den Anschluss aufgeschoben werden. Zudem kann der Ventilkörper zwischen dem Kühlmittelschlauch und dem Anschluss lagesicher positioniert werden, so dass ein zusätzliches Befestigungsmittel zur Festlegung des Ventilkörpers am Anschluss nicht erforderlich ist.
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Es kann von Vorteil sein, wenn der Ventilkörper über den Anschluss mit dem Kühlmittelkreislauf eines Motors kommuniziert. Dadurch kann die Rückschlagfunktion des Ventils dazu genutzt werden, um einen Rückfluss in das Wasser des Vorlaufsystems eines Turboladers zu verhindern.
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Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich durch Kombinationen der in den Ansprüchen, in der Beschreibung und in den Zeichnungen offenbarten Merkmale.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Ventilanordnung nach dem ersten Ausführungsbeispiel im unmontierten Zustand.
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2 zeigt eine erfindungsgemäße Ventilanordnung nach dem zweiten Ausführungsbeispiel im unmontierten Zustand.
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Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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Die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Ventilanordnung nach dem ersten Ausführungsbeispiel im unmontierten Zustand. Die Ventilanordnung bildet einen Teil eines Kühlmittelkreislaufs eines Abgasturboladers, der an einen Kühlmittelkreislauf eines Kraftfahrzeugmotors angeschlossen ist. Dabei wird ein fluidgekühltes Gehäuse des Abgasturboladers über Kühlmittelschläuche mit Kühlmittel versorgt. Die Ventilanordnung umfasst einen Anschluss 1 für einen Kühlmittelschlauch und ein Ventil mit einem in Durchlaufrichtung D von Kühlmittel durchfließbaren Ventilkörper 2, wobei der Ventilkörper 2 über den Anschluss 1 mit dem Kühlmittelkreislauf eines Motors kommuniziert. Der Ventilkörper 2 stützt sich in Sperrrichtung S des Ventils am Anschluss 1 ab.
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Der Anschluss 1 ist vorzugsweise Teil einer Verzweigung, welche den Kühlmittelkreislauf des Abgasturboladers vom Kühlmittelkreislauf des Kraftfahrzeugmotors abzweigt, oder ist ein Verbindungsstück zwischen zwei Kühlmittelschläuchen. Im vorliegenden Fall ist der Anschluss 1 als im Wesentlichen zylindrischer Rohrstutzen aus Kunststoff oder Metall ausgebildet, der sich entlang einer Leitungsachse L erstreckt und in Sperrrichtung S, ausgehend von einem Ringflansch 11 an der Stirnseite, einen sich in Durchlaufrichtung D verjüngenden Konus 12, einen sich in Sperrrichtung S verjüngenden Konus 16, eine zylindrische Mantelfläche 13, eine ringwulstförmige Riffelung 14 und eine weitere zylindrische Mantelfläche 15 aufweist. Um das Abziehen des Kühlmittelschlauchs zu erschweren, bilden die Konusse 12, 16 eine Olive, die sich wie eine Schneide in den Innenumfang des aufgeschobenen Kühlmittelschlauchs eingräbt, wenn der Kühlmittelschlauch in Durchlaufrichtung D belastet wird. Der Konus 12 neigt sich am Außenumfang in einem Winkel α1 von ca. 10° zur Leitungsachse L. Der Konus 16 neigt sich am Außenumfang dagegen in einem Winkel α2 von ca. 75° zur Leitungsachse L. Demnach ist eine erforderliche Kraft zum Aufschieben des Kühlmittelschlauchs auf den Anschluss 1 kleiner als eine erforderliche Kraft zum Abziehen des Kühlmittelschlauchs von dem Anschluss 1. Die Länge des Rohrstutzens entlang der Leitungsachse L ist etwa vier- bis fünfmal so groß wie dessen Außendurchmesser. Der Außendurchmesser des Rohrstutzens liegt etwa im Bereich von 3 bis 20 mm, vorzugsweise im Bereich von 5 bis 10 mm.
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Der Ventilkörper 2 des Ventils besteht im Wesentlichen aus Kunststoff oder Metall und umfasst eine zylindrische Mantelfläche 20, einen in Sperrrichtung S vom Ventilkörper 2 abweisenden Ringflansch 21 sowie einen ringförmigen, in Sperrrichtung S vorspringenden, umlaufenden Steg 22. Der Steg 22 bildet einen männlichen Verbindungsabschnitt und ist dichtend in eine Öffnung des Anschlusses 1, die einen weiblichen Verbindungsabschnitt bildet, einsteckbar, so dass die Ringflansche 11, 21 Stoß auf Stoß aneinander liegen und der Ventilkörper 2 und der Anschluss 1 an den Innen- und Außenumfängen bündig miteinander abschließen. Die Länge des Ventilkörpers 2 entlang der Leitungsachse L ist etwa ein- bis zweimal so groß wie dessen Außendurchmesser. Der Außendurchmesser des Ventilkörpers 2 liegt etwa im Bereich von 3 bis 18 mm, vorzugsweise im Bereich von 5 bis 9 mm.
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Im bestimmungsgemäßen Montagezustand ist der Ventilkörper 2 kraftschlüssig mit dem Anschluss 1 verbunden und abschnittsweise außerhalb sowie abschnittsweise innerhalb des Anschlusses 1 angeordnet, wobei der Anschluss 1 und der Ventilkörper 2 gemeinsam einen Rohrstutzen bilden, auf welchen der Kühlmittelschlauch aufschiebbar ist, so dass sich der Außenumfang des Anschlusses 1 und des Ventilkörpers 2 sich mit dem Innenumfang des Kühlmittelschlauchs in Kontakt befinden. Dabei bildet der Ventilkörper 2 eine Verlängerung des Anschlusses 1 in Durchlaufrichtung D.
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Der Kühlmittelschlauch (nicht dargestellt) ist vorzugsweise ein flexibler Hochdruckschlauch aus Kunststoff mit textilem, vorzugsweise geflochtenem Druckträger, der unter radialer Querschnittserweiterung auf den Ventilkörper 2 sowie den Anschluss 1 aufschiebbar ist, so dass sich der Innenumfang des Schlauches mit den Außenumfängen des Anschlusses 1 und des Ventilkörpers 2 in Kontakt befindet. Der Innenumfang des Kühlmittelschlauchs ist im vorliegenden Fall vorzugsweise nur geringfügig kleiner als der Außenumfang der zylindrischen Mantelfläche 20 des Ventilkörpers 2, so dass der Ventilkörper 2 leicht in das aufzuschiebende Ende des Kühlmittelschlauchs eingefädelt werden kann. Beim Aufschieben des Kühlmittelschlauchs auf den Ventilkörper 2 wird der Kühlmittelschlauch in radialer Richtung verformt und ggf. geringfügig entlang der Leitungsachse L gedehnt. Radial nach innen und in Sperrrichtung S gerichtete Rückstellkräfte des Kühlmittelschlauchs bewirken, dass der Ventilkörper 2 durch den Kühlmittelschlauch in Position gehalten wird und in Sperrrichtung S gegen den Anschluss 1 gedrückt wird. Falls erforderlich, kann der Kühlmittelschlauch mit einer Schlauchschelle oder einem Kabelbinder auf dem Rohrstutzen befestigt werden.
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2 zeigt eine erfindungsgemäße Ventilanordnung nach dem zweiten Ausführungsbeispiel im unmontierten Zustand. Das zweite Ausführungsbeispiel beruht im Wesentlichen auf dem ersten Ausführungsbeispiel. Um Wiederholungen zu vermeiden, werden für identische Merkmale identische Bezugszeichen verwendet.
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Im zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Konus 12 des Anschlusses 1 gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel deutlich verkürzt. Dafür umfasst der Ventilkörper 2 im Bereich seiner zylindrischen Mantelfläche 20 einen größeren Außendurchmesser als im ersten Ausführungsbeispiel, während an dem in Durchlaufrichtung D gelegenen Ende des Ventilkörpers 2 ein Konus 23 ausgebildet ist, der sich in einem Winkel α3 von ca. 10° zur Leitungsachse neigt.
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Wie im ersten Ausführungsbeispiel bildet der Steg 22 einen männlichen Verbindungsabschnitt und ist dichtend in die Öffnung des Anschlusses 1, die einen weiblichen Verbindungsabschnitt bildet, einsteckbar, so dass die Ringflansche 11, 21 Stoß auf Stoß aneinander liegen und der Ventilkörper 2 und der Anschluss 1 an den Innen- und Außenumfängen bündig miteinander abschließen. Nach dem Poka Yoke Prinzip kann der Kühlmittelschlauch nur bei aufgesetztem Ventilkörper 2 auf den Anschluss 1 aufgeschoben werden, so dass eine Montage des Kühlmittelschlauchs ohne den Ventilkörper 2 unmöglich ist.
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Im bestimmungsgemäßen Montagezustand ist der Ventilkörper 2 wiederum kraftschlüssig mit dem Anschluss 1 verbunden und abschnittsweise außerhalb sowie abschnittsweise innerhalb des Anschlusses 1 angeordnet, wobei der Anschluss 1 und der Ventilkörper 2 gemeinsam einen Rohrstutzen bilden, auf welchen der Kühlmittelschlauch aufschiebbar ist, so dass sich der Außenumfang des Anschlusses 1 und des Ventilkörpers 2 sich mit dem Innenumfang des Kühlmittelschlauchs in Kontakt befinden.
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Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung
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Durch ein ”Anlehnen” des Ventilkörpers 2 am vorzugsweise metallischen Anschluss 1 wird ein Wandern des Ventils unterbunden. Mit geeigneter Geometrie der Verbindung zwischen dem Anschluss 1 und dem Ventilkörper 2 kann der Ventilkörper 2 partiell in den Anschluss 1 eingeschoben werden und ist vor der Montage verliersicher mit diesem verbunden. Auch kann die Funktion ”Einfädeln” des Konus 12 des Anschlusses 1 vom Konus 23 des Ventilkörpers 2 übernommen werden und der Anschluss 1 um diesen Teil verkürzt werden. Mit entsprechender Ausstattung des Ventilkörpers 2 erfolgt eine Abdichtung zum Anschluss 1 hin, so dass eine Umströmung verhindert wird. Eine zusätzliche Fixierung des Ventilkörpers 2 mittels einer Schelle oder dgl. muss nicht erfolgen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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