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Die vorliegende Erfindung betrifft ein thermostatisch gesteuertes Ventil, insbesondere ein Heizkörperventil, das aufweist: Ein Ventilgehäuse mit einem Einlass, einem Auslass, einem Ventilsitz, der zwischen dem Einlass und dem Auslass angeordnet ist, einem Ventilelement, das mit einer Spindel verbunden ist, wobei das Ventilelement auf den Ventilsitz zu und von ihm weg bewegbar ist, und eine Verbindungsgeometrie zum Verbinden eines Balgenelements mit dem Ventilgehäuse, wobei das Balgenelement die Spindel betätigt.
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Solch ein thermostatisch gesteuertes Ventil ist beispielsweise aus
WO 92/20945 A1 bekannt.
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Ein derartiges Ventil ist ein Massenprodukt. Einige Teile dieses Ventils müssen jedoch mit einer ausreichend hohen Präzision gefertigt werden, so dass das Ventil in der Lage ist, ein Fluid zu steuern. Dies macht die Produktion eines derartigen Ventils teuer.
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Die der Erfindung zugrunde liegen Aufgabe ist es, ein Ventil zur Verfügung zu stellen, das mit niedrigen Kosten hergestellt werden kann.
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Diese Aufgabe wird bei einem thermostatisch gesteuerten Ventil der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Ventilsitz Teil eines Einsatzes ist, der zwischen dem Einlass und dem Auslass angeordnet ist, wobei der Einsatz und die Spindel in das Ventilgehäuse von derselben Seite aus eingesetzt sind.
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Da der Ventilsitz ein Teil eines Einsatzes ist, ist es nicht länger notwendig, das Ventilgehäuse zu bearbeiten, um den Ventilsitz herzustellen. Der Ventilsitz kann außerhalb des Gehäuses hergestellt werden, was es viel einfacher und damit kostengünstiger macht, den Ventilsitz herzustellen. Da der Einsatz und die Spindel von derselben Seite in das Ventilgehäuse eingesetzt werden können, macht die Verwendung eines Einsatzes den Zusammenbau des Ventils selbst nicht komplizierter. Der Zusammenbau des Ventils benötigt in jedem Fall den Einsatz der Spindel. Es ist lediglich ein kleiner zusätzlicher Schritt, den Einsatz in das Gehäuse einzusetzen, bevor die Spindel eingesetzt wird.
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Vorzugsweise ist die Verbindungsgeometrie an dieser Seite angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass das Gehäuse seine Position in Bezug auf Bearbeitungswerkzeuge beibehalten kann, wenn die Montage des Balgenelements vorbereitet wird.
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Vorzugsweise weist der Einsatz einen Abschnitt auf, der aus dem Ventilgehäuse gegenüberliegend der Verbindungsgeometrie vorsteht. Ein derartiger vorstehender Abschnitt kann verwendet werden, um zu überprüfen, ob der Einsatz korrekt in dem Gehäuse platziert worden ist. Wenn der Abschnitt nicht in genügendem Umfang sichtbar ist oder eine Fehlausrichtung zeigt, kann das Ventil erneut zusammengebaut oder verworfen werden.
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Vorzugsweise weist der Abschnitt eine drehmomentübertragende Geometrie auf. Eine derartige drehmomentübertragende Geometrie kann verwendet werden, um den Einsatz im Gehäuse zu drehen. Dies ist von besonderem Vorteil, wenn der Einsatz für eine Voreinstellung verwendet wird. In diesem Fall weist der Einsatz einen Einlasskanal auf, der eine Öffnung hat, die den Einlass des Ventilgehäuses überlappt. Wenn der Einsatz innerhalb des Gehäuses gedreht wird, kann der Überlappungsbereich zwischen der Einlassöffnung und dem Einlass verändert werden. Die Drehung des Einsatzes in dem Gehäuse ist nicht begrenzt. Mit anderen Worten kann der Einsatz um 360° oder mehr gedreht werden.
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Vorzugsweise ist eine Öffnungsfeder innerhalb des Einsatzes angeordnet, wobei die Öffnungsfeder auf die Spindel in eine Richtung weg von dem Ventilsitz wirkt. In den meisten Heizkörperventilen, die von einem Balgenelement gesteuert werden, ist eine Öffnungsfeder vorgesehen, die das Ventilelement von dem Ventilsitz weg bewegt, wenn das Balgenelement nicht auf die Spindel in die entgegengesetzte Richtung wirkt. Wenn die Öffnungsfeder in dem Einsatz angeordnet ist, kann sie von derselben Seite in das Ventilgehäuse wie der Einsatz und die Spindel eingesetzt werden. Keine zusätzlichen Haltemittel für die Öffnungsfeder sind notwendig. Auch ist kein zusätzlicher Raum für die Öffnungsfeder notwendig. Dies macht die Konstruktion einfach.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Einsatz einen Führungsabschnitt auf, wobei der Führungsabschnitt die Spindel oder einen mit der Spindel verbundenen Teil führt. Ein derartiger Führungsabschnitt, der die Spindel oder einen mit der Spindel verbundenen Teil führt, ist von Vorteil in einem Ventil, das einen relativ großen Fluidstrom steuert. In diesem Fall kann die Spindel an zwei Positionen gestützt werden. Eine Position ist der Führungsabschnitt. Die andere Position ist an einer gewissen Entfernung von dem Führungsabschnitt angeordnet, d. h. an der anderen Seite des Ventilelements. In diesem Fall ist selbst ein größerer Fluidstrom nicht in der Lage, die Spindel in eine Richtung senkrecht zu ihrer Bewegungsrichtung zu verlagern, so dass die Ausrichtung des Ventilelements zu dem Ventilsitz mit einer relativ hohen Genauigkeit beibehalten werden kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Ventilgehäuse eine zylindrische Bohrung auf, wobei der Einsatz innerhalb der Bohrung angeordnet ist, wobei sich der Einlass in die Bohrung an einer ersten Position öffnet, der Auslass sich an einer zweiten Position in die Bohrung öffnet, die erste Position relativ zu der zweiten Position in eine Richtung parallel zu einer Bewegungsrichtung der Spindel versetzt ist und der Einsatz weiterhin erste Dichtungsmittel aufweist, die eine Abdichtung zwischen der ersten Position und der zweiten Position bilden. Der Einsatz wird nicht nur verwendet, um den Ventilsitz zur Verfügung zu stellen, sondern auch zum Bereitstellen einer Dichtung zwischen dem Einlass und dem Auslass. Eine derartige Dichtung kann jedoch mit relativ einfachen Mitteln realisiert werden, z. B. durch einen O-Ring.
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Vorzugsweise ist der Einsatz innerhalb des Ventilgehäuses mithilfe einer Halteeinrichtung fixiert, die auf den Einsatz von der Seite wirkt. Dies hat den Vorteil, dass es keine Notwendigkeit für einen Eingriff zwischen dem Ventilgehäuse und dem Einsatz gibt. Sowohl der Einsatz als auch das Ventilgehäuse können eine relativ einfache Geometrie haben. Die Fixierung des Einsatzes in dem Gehäuse wird durch die Halteeinrichtung realisiert. Diese Halteeinrichtung kann verwendet werden, um die Spindel während ihrer Bewegung zu führen.
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Vorzugsweise weist die Halteeinrichtung zweite Dichtmittel auf, die gegenüber der Spindel abdichten. Die Halteeinrichtung weist eine Bohrung auf, durch die die Spindel geführt ist. Diese Bohrung wird durch die zweiten Dichtungsmittel abgedichtet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Dichtung in einem Dichtungshalter angeordnet. Dies macht es möglich, die Dichtung mit einer relativ hohen Genauigkeit zu positionieren.
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Vorzugsweise ist ein weiterer Dichtungshalter an einer Außenseite des Dichtungshalters angeordnet und von der Außenseite her zugänglich. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Dichtung den weiteren Dichtungshalter ersetzt werden kann, wenn es notwendig ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Halteeinrichtung an dem Ventilgehäuse mithilfe eines Balgenelementträgers befestigt. Das Balgenelement kann in dem Balgenelementträger fixiert sein. Da das Balgenelement mit dem Ventilgehäuse mit einer ausreichend stabilen Verbindung verbunden werden muss, kann diese Verbindung ebenfalls verwendet werden, um den Einsatz und die Halteeinrichtung innerhalb des Ventilgehäuses zu halten.
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Vorzugsweise ist ein Dichtungsring zwischen der Halteeinrichtung und dem Balgenelementträger angeordnet. Dieser Dichtungsring kann die oben erwähnten zweiten Dichtungsmittel bilden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Spindel einen Anschlag auf, wobei der Anschlag in einem vollständig offenen Zustand des Ventils an der Halteeinrichtung anliegt und eine Öffnung in der Halteeinrichtung abdichtet, durch die die Spindel hindurch tritt. Wenn es notwendig ist, den Dichtungsring zu ersetzen, dichtet der Anschlag die Bohrung oder die Öffnung in der Halteeinrichtung, so dass das Risiko einer Leckage vermindert wird. Die Dichtungsmittel können beispielsweise ersetzt werden, ohne das Heizungssystem zu entleeren.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist mindestens ein Teil aus einem Kunststoffmaterial gebildet, wobei der Teil ausgewählt ist aus einer Gruppe, die den Einsatz, die Halteeinrichtung, dem Dichtungshalter und die Spindel umfasst. Ein Teil aus einem Kunststoffmaterial kann mit niedrigen Kosten und mit einer ausreichend hohen Genauigkeit hergestellt werden. Deswegen können die Produktionskosten des Ventils niedrig gehalten werden.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindungen werden nun in weiteren Einzelheiten unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben, worin:
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1 einen Schnitt durch eine erste Ausgestaltung eines Ventils zeigt,
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2 die zum Herstellen des Ventils nach 1 zusammenzusetzenden Teile in einer perspektivischen Ansicht zeigt,
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3 eine Querschnittsansicht einer zweiten Ausführungsform des Ventils zeigt,
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4 eine Querschnittsansicht einer dritten Ausführungsform zeigt und
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5 eine Querschnittsansicht einer vierten Ausführungsform eines Ventils zeigt.
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1 zeigt eine Schnittansicht eines thermostatisch gesteuerten Ventils, das in der vorliegenden Ausführungsform ein Heizkörperventil ist. Das Ventil 1 weist ein Ventilgehäuse 2 auf, das einen Einlass 3 und einen Auslass 4 hat. Weiterhin weist das Ventilgehäuse 2 eine zylindrische Bohrung 5 auf. Ein Einsatz 6 ist in die Bohrung 5 des Ventilgehäuses 2 eingesetzt und liegt an einer Stufe 7 an, die am unteren Ende der Bohrung 5 vorgesehen ist.
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Der Einsatz 6 weist einen Abschnitt 8 auf, der aus dem Ventilgehäuse 2 vorsteht. Dieser Abschnitt 8 weist eine drehmomentübertragende Geometrie auf, z. B. ein Polygon, das eine Angriffsfläche für ein Werkzeug bildet, so dass der Einsatz 6 innerhalb des Ventilgehäuses 2 gedreht werden kann.
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An der gegenüberliegenden Seite bildet der Einsatz 6 einen Ventilsitz 10. Der Ventilsitz 10 umgibt eine Öffnung eines Kanals 11, wobei der Kanal 11 parallel zu der Bohrung 5 verläuft.
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Der Kanal 11 weist eine Einlassöffnung 12 auf, die mit einem Ringkanal 13 verbunden ist, der eine Wand 14 des Einsatzes 6 umgibt, die um den Kanal 11 herum angeordnet ist. Der Einlass 3 des Ventilgehäuses 2 ist mit dem Ringkanal 13 verbunden durch eine Öffnung 15, die an einer ersten Position angeordnet ist.
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Weiterhin ist der Auslass 4 des Ventilgehäuses 2 mit der Bohrung 5 durch eine Öffnung 16 verbunden, die an einer zweiten Position angeordnet ist. Die erste Position und die zweite Position, d. h. die beiden Öffnungen 15, 16 sind relativ zueinander in einer Richtung parallel zu der Mittelachse der Bohrung 5 versetzt.
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Fluid, das aus dem Kanal 11 kommt und über den Ventilsitz 10 strömt, erreicht einen offenen Ringkanal 17, der von einer weiteren Umfangswand 18 des Einsatzes umgeben ist. Die Umfangswand 18 weist eine Öffnung 19 auf, die in eine überlappende Position mit der Öffnung 16 gebracht werden kann, die die Bohrung 5 mit dem Auslass 4 verbindet. Die Wand 18 weist eine Nut 20 auf ihrer radialen Außenseite auf. Diese Nut 20 bildet zusammen mit der Wand der Bohrung 5 einen Kanal mit einem variablen Querschnitt. Durch drehen des Einsatzes 6 innerhalb des Ventilgehäuses 2 kann ein Strömungswiderstand durch das Ventil 1 verändert werden. Der Einsatz 6 kann als Voreinstelleinrichtung verwendet werden.
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Der Einsatz 6 ist in dem Ventilgehäuse 2 festgelegt durch eine Halteeinrichtung 21. Die Halteeinrichtung 21 hat eine zentrale Bohrung 22, durch die eine Spindel 23 hindurchtritt. Die Spindel 23 trägt an ihrem unteren Ende ein Ventilelement 24, das mit dem Ventilsitz 10 zusammenwirkt.
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Die Spindel 23 weist einen Anschlag 25 auf. Der Anschlag 25 liegt an der Innenseite der Halteeinrichtung 21 an, wenn das Ventilelement 24 eine größte Entfernung zu dem Ventilsitz 10 hat. In dieser Position dichtet der Anschlag 25 die Bohrung 22 der Halteeinrichtung 21, so dass es keine oder nur eine kleine Leckage aus dem Ventil nach außen gibt.
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Ein Dichtungsring 26 ist außerhalb der Halteeinrichtung 21 angeordnet und umgibt die Spindel 23. Der Dichtungsring 26 wird an Ort und Stelle gehalten, durch einen Balgenelementträger 27. Der Balgenelementträger 27 wird in das Ventilgehäuse 2 geschraubt, wobei er die Halteeinrichtung 21 am Platz hält. Es sind jedoch auch andere Verbindungen möglich, z. B. eine Schnappverbindung. Der Dichtungsring 26 wird etwas komprimiert zwischen der Halteeinrichtung 21 und dem Balgenelementträger 27.
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Ein Balgenelement 28, das eine Füllung 29 aufweist, ist innerhalb eines Drehgriffs 30 angeordnet. Der Drehgriff 30 ist in den Balgenelementträger 27 eingeschraubt. Jede andere Verbindungseinrichtung ist jedoch möglich.
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Das Balgenelement 28 weist einen Balgen 31 auf, der komprimiert wird, wenn sich die Füllung 29 ausdehnt. Die Füllung 29 dehnt sich mit steigender Temperatur aus.
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Ein Hilfselement 32 ist innerhalb des Balgens 31 angeordnet. Das Hilfselement 32 wirkt auf die Ventilspindel 23. Das Hilfselement 32 kann verwendet werden, um das Balgenelement 28 an unterschiedliche Längen von Spindeln 23 anzupassen.
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Ein Dichtungsring 33 ist zwischen dem Einsatz 6 und der Wand der Bohrung 5 angeordnet, wobei er die Öffnungen 15, 16 gegeneinander dichtet.
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Ein weiterer Dichtungsring 34 ist nahe der Stufe 7 angeordnet. Ein noch weiterer Dichtungsring 35 ist zwischen der Halteeinrichtung 21 und dem Ventilgehäuse 2 angeordnet, wobei er eine Leckage aus dem Ventilgehäuse 2 im Bereich des Balgenelementträgers 27 verhindert.
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Eine Öffnungsfeder 36 ist in dem Kanal 11 angeordnet und wirkt auf die Spindel 23 in einer Öffnungsrichtung, d. h. das Ventilelement 24 wird von dem Ventilsitz 10 weg bewegt, bis eine Kraft von dem Balgenelement 29 die Kraft der Öffnungsfeder 36 übersteigt.
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2 zeigt in einer perspektivischen Explosionsansicht die meisten Teile des Ventils 1, die in Verbindung mit der 1 beschrieben sind. Man kann erkennen, dass alle Teile von derselben Seite in das Gehäuse 2 eingesetzt oder am Gehäuse 2 montiert werden können von derselben Seite. Dies vereinfacht die Montage des Ventils 1 erheblich.
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Der Einsatz 6, der mit Dichtungsringen 33, 34 versehen ist, wird in das Ventilgehäuse 2 eingesetzt, bis der Abschnitt 8 aus dem Ventilgehäuse 2 herausragt und die Position des Einsatzes 6 innerhalb des Ventilgehäuses 2 überprüft werden kann. Danach können die Öffnungsfeder 36, die Ventilspindel 23, die Halteeinrichtung 21 mit Dichtungsring 35 und der Dichtungsring 26 montiert werden. Letztendlich wird der Balgenelementträger 27 in das Ventilgehäuse 2 geschraubt und die Montage des Ventils 1 ist fast beendet. Das Balgenelement 28 und der Drehgriff 30 können in diesem Stadium oder an einem späteren Stadium montiert werden.
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3 zeigt eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform eines Ventils 1. Dieselben Elemente sind mit denselben Bezugszeichen wie in den 1 und 2 bezeichnet.
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Der Hauptunterschied zwischen den Ventilen, die in 3 und 1 gezeigt sind, ist, dass der Ventilsitz 10 und das Ventilelement 24 in 3 einen größeren Durchmesser haben, so dass das Ventil 1 einen größeren Strom als das Ventil von 1 steuern kann.
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Der Einsatz 6 weist einen Führungsabschnitt 37 auf. Der Führungsabschnitt 37 setzt sich aus dem Kanal 11 fort. Der Führungsabschnitt 37 hat jedoch einen Durchmesser, der kleiner ist als der des Kanals 11.
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Die Ventilspindel weist einen geführten Teil 38 auf, der in den Führungsabschnitt 37 geführt ist.
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Man kann leicht erkennen, dass die Spindel 23 an zwei Positionen geführt ist, die voneinander entfernt sind. Ein Ende der Spindel 23, d. h. der geführte Teil 38, ist in dem Führungsabschnitt 37 geführt. Eine zweite Führung der Spindel 23 wird realisiert durch die Bohrung 22 in der Halteeinrichtung 21. Deswegen kann die Spindel 23 nicht senkrecht zu der Bewegungsrichtung, in der das Balgenelement 28 auf die Spindel 23 wirkt, verlagert werden.
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Die beiden in 1 und 3 gezeigten Ventile haben einen integrierten Überdruckschutz. Dieser Schutz ist notwendig in einem Fall, in dem das Ventil vollständig geschlossen ist, d. h. das Ventilelement 24 den Ventilsitz 10 kontaktiert. Wenn sich in dieser Situation das Volumen der Füllung 29 weiter vergrößert, weil die Umgebungstemperatur ansteigt, wird das Ventilelement 24 in den Kanal 11 geschoben. Das Ventilelement 24 weist einen O-Ring als Dichtungsmittel auf. Dieser O-Ring wird radial komprimiert, wobei er den Druckkontakt mit der Umfangsbegrenzung des Kanals 11 beibehält. Der Kanal 11 ist von zylindrischer Form, z. B. seine Umfangswand erstreckt sich parallel zu der Bewegungsrichtung des Ventilelements 24, so dass die Bewegung des Ventilelements möglich ist und lediglich eine kleine radiale Kompression des O-Rings des Ventilelements 24 erfordert.
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4 zeigt eine Querschnittsansicht einer dritten Ausführungsform. Dieselben Teile wie in 1 bis 3 sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
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In der in 4 gezeigten Ausführungsform ist die Ausbildung des Ventilsitzes 11 eher eine konventionelle. Das Ventilelement 24 weist eine Platte auf, die einen elastischen Ring 39 trägt, wobei der elastische Ring 39 in Kontakt mit dem Ventilsitz 10 gebracht werden kann, um das Ventil zu schließen. Die Spindel 23 ist mit dem geführten Teil 38 verbunden, der in den Führungsabschnitt 37 des Einsatzes 6 geführt ist.
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Die Halteeinrichtung 21 ist in dem Ventilgehäuse 2 fixiert mithilfe des Balgelementträgers 27. Ein Dichtungshalter 40 ist in die Halteeinrichtung 21 geschraubt. Der Dichtungshalter 40 trägt den Dichtungsring 26, der die Spindel 23 gegen eine Leckage nach außen abdichtet.
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Wenn der Drehgriff 30 und das Balgenelement 28 von dem Balgenelementträger 27 entfernt sind, ist der Dichtungshalter 40 von außen zugänglich, so dass der Dichtungsring 26 ersetzt werden kann, falls notwendig. Während einer derartigen Ersetzung liegt der Anschlag 25 an der Halteeinrichtung 21 an, wobei er das Innere des Ventils nach außen abdichtet.
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5 zeigt eine Querschnittsansicht einer vierten Ausführungsform, die sehr ähnlich zu der von 4 ist. Der Hauptunterschied ist, dass ein weiterer Dichtungshalter 41 außerhalb des Dichtungshalters 40 angeordnet ist und einen weiteren Dichtungsring 42 trägt, wobei der Dichtungsring 42 die Spindel 23 abdichtet. Der weitere Dichtungshalter 41 weist eine Angriffsfläche 43 für ein Werkzeug auf, so dass der weitere Dichtungshalter 41 aus der Halteeinrichtung 21 herausgeschraubt werden kann, wenn es notwendig ist, den weiteren Dichtungsring 42 zu ersetzen.
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Der Einsatz 6 kann aus Kunststoffmaterial gebildet sein, z. B. durch Spritzgießen. Die Halteeinrichtung 21 kann ebenfalls aus Kunststoffmaterial gebildet sein. Das gleiche gilt für die Spindel 23 und für den Balgenelementträger 27. Die beiden Dichtungshalter 40, 41 können ebenfalls aus Kunststoffmaterial gebildet sein. Alle diese Teile oder Komponenten können durch Spritzgießen mit einer ausreichend hohen Genauigkeit hergestellt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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