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Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Strömungsventil, insbesondere für eine Filtereinrichtung, beispielsweise einen Ölfilter, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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Aus der
DE 10 14 389 B1 ist ein Hauptstrom-Ölfilter für Fahrzeug-Brennkraftmaschinen bekannt mit einer Ventilanordnung, durch die ein Rücklauf des Öls bei Stillstand der Maschine aus dieser in den Ölsumpf verhindert wird.
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Der
US 5,589,060 A ist ein Flüssigkeitsfilter, insbesondere Schmierölfilter zu entnehmen für einen Verbrennungsmotor, bestehend aus einem topfförmigen Filtergehäuse, das an seinem einen Ende mit Zu- und Ablauföffnungen versehen ist und an seinem anderen Ende durch einen abnehmbaren Gehäusedeckel verschlossen ist. Im Inneren des Filtergehäuses ist zur Stützung des Filterelementes und zur Aufnahme von Einzelelementen wie etwa Dichtungen und gegebenenfalls verschiedenen Ventilen ein Trägerelement vorgesehen, das fest mit dem Gehäusedeckel verbunden ist. Funktionsnotwendige Einzelteile wie ein Trägerteil, Ventile und Dichtungen können entweder wiederverwendet oder einfach ausgetauscht werden.
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Die
WO 01/23068 A1 zeigt eine Fluidfilteranordnung zum Filtern eines Fluids, beispielsweise eines Öls in einem Verbrennungsmotor. Die Fluidfilteranordnung umfasst ein Gehäuse mit einem Fluideinlass und einem Fluidauslass; und ein Filterelement, das auf einem Träger in dem Gehäuse zwischen dem Fluideinlass und dem Fluidauslass angebracht ist. Das Gehäuse weist ebenfalls einen Ablauf auf. Das Filterelement ist ringförmig und umfasst eine ringförmige Endscheibe, die sich um ein Ende des Filterelements herum erstreckt. Die ringförmige Endscheibe des Trägers hat ein elastisches, ringförmiges Ventilelement mit einem benachbart der ringförmigen Endscheibe angeordneten Basisabschnitt, der den Ablauf und eine sich erstreckende Klappe abdichtet, um den Fluideinlass zu schließen und ein Rückschlagventil zu bilden.
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In der
FR 2784598 B1 wird ein Flüssigkeitsfilter für eine Brennkraftmaschine offenbart, der in einem Filtergehäuse ein hohlzylindrisches Filterelement aufweist, welches radial von außen nach innen von dem zu reinigenden Medium durchströmt wird. Die Stirnseiten des Filterelementes sind von Endscheiben abgedeckt, die eine zentrische Ausnehmung aufweisen, welche mit dem den Reinraum bildenden Innenraum im Filterelement verbunden ist. In der Ausnehmung einer Endscheibe ist ein Strömungsventil angeordnet, das die Roh- von der Reinseite des Filterelementes separiert und im Normalzustand in Schließposition steht. Übersteigt jedoch der Differenzdruck zwischen Roh- und Reinseite einen Grenzdruck, wird ein Ventilglied des Strömungsventils gegen die Kraft einer Ventilfeder geöffnet und ein Strömungsweg zwischen Roh- und Reinseite unter Umgehung des Filterelementes freigegeben.
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Das Strömungsventil weist ein Ventilgehäuse auf, das an der Endscheibe befestigt ist, und das axial verstellbare Ventilglied, das aus einem Ventilstößel und einem einstückig angeformten Schließkörper besteht. Der Schließkörper ist als radial verbreiterte Schließscheibe ausgebildet, die in der Schließposition an einer Strömungsöffnung in dem Ventilgehäuse dichtend anliegt. Die Ventilfeder stützt sich an dem Ventilgehäuse ab und drückt das Ventilglied in die Schließposition.
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Zur Montage muss das Ventilglied mit dem Ventilstößel durch die Strömungsöffnung eingeführt werden, bis die Schließscheibe an der Strömungsöffnung anliegt. Die schraubenförmige Ventilfeder weist an einem Ende einen Federquerbalken auf, der in eine Rastaufnahme an der freien Stirnseite des Ventilstößels eingeführt wird. Zum Erreichen der Rastposition muss das Ventilglied um seine Längsachse verdreht werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Strömungsventil in konstruktiv einfacher Weise auszubilden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Das erfindungsgemäße Strömungsventil kann in Filtereinrichtungen, beispielsweise in Flüssigkeitsfiltern wie zum Beispiel Ölfilter oder Kraftstofffilter in Brennkraftmaschinen eingesetzt werden. Es kommt aber auch ein Einsatz in Gasfiltern oder für Blow-By-Gase von Brennkraftmaschinen in Betracht. Das Strömungsventil kann allgemein im Strömungsweg von flüssigen oder gasförmigen Fluiden eingesetzt werden. Mithilfe des Strömungsventils kann die Höhe eines Fluidstroms reguliert werden. Das Strömungsventil kann als vorgefertigtes Ventil in eine Einrichtung, beispielsweise eine Filtereinrichtung eingesetzt werden, beispielsweise in einen Kanal der aufnehmenden Einrichtung eingeschoben werden.
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Das Strömungsventil weist ein Ventilgehäuse auf, in welchem eine Strömungsöffnung angeordnet ist, die von einem verstellbaren Ventilglied zu öffnen und zu schließen ist. Das Ventilglied umfasst einen Ventilstößel sowie einen Schließkörper, der in der Schließposition die Schließfunktion übernimmt. Der Ventilstößel und damit auch der Schließkörper werden von einer Ventilfeder in die Schließposition kraftbeaufschlagt. Um das Ventilglied in die Öffnungsposition zu verstellen, muss das Fluid einen Grenzdruck überschreiten, woraufhin das Ventilglied gegen die Kraft der Ventilfeder von der Schließ- in die Öffnungsposition verstellt wird und der Strömungsweg über die Strömungsöffnung freigegeben wird. Die Ventilfeder ist in bevorzugter Ausführung als Schraubenfeder ausgebildet.
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Der Ventilstößel und der Schließkörper des Ventilglieds sind als separate Bauteile ausgebildet, die jedoch miteinander verbunden sind und bei der Stellbewegung zwischen Öffnungs- und Schließposition die gleiche Bewegung in Längsrichtung des Ventilstößels ausführen. Die Ausführung als separate Bauteile ermöglicht eine Montage des Ventilstößels und des Schließkörpers im Strömungsventil von entgegengesetzten Richtungen im Bereich der Strömungsöffnung. Der Ventilstößel kann somit in eine Achsrichtung in das Strömungsventil eingeführt werden, wobei ein Abschnitt des Ventilstößels durch die Strömungsöffnung hindurchragt. Der Schließkörper wird von der entgegengesetzten Richtung axial eingeführt und mit dem durch die Strömungsöffnung hindurchragenden Abschnitt des Ventilstößels verbunden. Es sind aber auch Ausführungen möglich, bei denen der Schließkörper mit einem sich in Achsrichtung erstreckenden Zapfen ausgeführt ist, der durch die Strömungsöffnung hindurchgeführt wird und mit dem Ventilstößel verbunden wird.
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Die Ventilfeder, welche Ventilstößel und Schließkörper in die Schließposition kraftbeaufschlagt, stützt sich im Bereich eines Endes an einem Ventilsitzelement ab, das an der Strömungsöffnung angeordnet ist. Im Bereich des gegenüberliegenden Endes stützt sich die Ventilfeder an einem Stützbund des Ventilstößels ab. Somit muss bei der Montage lediglich der Ventilstößel auf die Ventilfeder aufgesetzt und die Kraft der Ventilfeder, die zusammengepresst wird, so weit in Richtung der Strömungsöffnung verschoben werden, bis eine Verbindung zwischen dem Ventilstößel und dem an der gegenüberliegenden Seite der Strömungsöffnung anliegenden Schließkörper möglich ist. Bei der Montage muss nur die Ventilfeder zusammengepresst werden, es ist aber nicht erforderlich, die Ventilfeder und den Ventilstößel miteinander zu verbinden. Es genügt, dass das freie Ende der Ventilfeder an dem Stützbund anliegt, wodurch die Abstützung des Ventilstößels an der Ventilfeder realisiert wird. Eine zusätzliche Befestigung zwischen Ventilfeder und Ventilstößel bzw. Stützbund ist nicht notwendig.
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Der Stützbund ist, gemäß bevorzugter Ausführung, einteilig mit dem Ventilstößel ausgebildet. Bei dem Stützbund handelt es sich insbesondere um eine gegenüber der Mantelfläche des Ventilstößels radial erweiterte Stützscheibe, an deren Stirnfläche die Ventilfeder anliegt. Der Stützbund befindet sich vorzugsweise am stirnseitigen Ende des Ventilstößels. Der Stützbund kann auch separat vom Ventilstößel ausgebildet, jedoch mit diesem verbunden sein.
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Das den Ventilsitz bildende Ventilsitzelement, in welchem der Ventilstößel aufgenommen und geführt ist, ist, gemäß vorteilhafter Ausführung, einteilig mit dem Ventilgehäuse ausgebildet. Ventilgehäuse und Ventilsitzelement können als ein gemeinsames Spritzgussbauteil ausgebildet sein.
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Es kommen aber auch Ausführungen von Ventilgehäuse und Ventilsitzelement als separate Bauteile in Betracht. Das Ventilsitzelement stützt sich in diesem Fall axial - bezogen auf die Längsachse und Bewegungsrichtung des Ventilstößels - am Ventilgehäuse ab. Das Ventilsitzelement sitzt axial einseitig am Ventilgehäuse auf und wird über die Befestigung zwischen Ventilstößel und dem auf der gegenüberliegenden Seite angeordneten Schließkörper fest mit dem Ventilgehäuse verbunden.
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Die Verbindung zwischen Ventilstößel und Schließkörper kann auf verschiedene Arten erfolgen. Gemäß einer vorteilhaften Ausführung sind der Ventilstößel und der Schließkörper formschlüssig verbunden, wobei auch andere Verbindungsarten, insbesondere stoffschlüssige oder kraftschlüssige Verbindungen möglich sind. Der Schließkörper ist, gemäß weiterer vorteilhafter Ausführung, als eine Klemmscheibe ausgebildet, in die eine zentrische Ausnehmung eingebracht ist. Der Ventilstößel ragt in die zentrische Ausnehmung in der Klemmscheibe ein und ist insbesondere formschlüssig im Bereich der Ausnehmung mit der Klemmscheibe verbunden. Der Formschluss wird beispielsweise dadurch erreicht, dass an der Mantelfläche des Ventilstößels ein radial überstehendes Klemmelement angeordnet ist, das durch die Ausnehmung in der Klemmscheibe hindurchgeführt wird. Das Klemmelement ist beispielsweise als umlaufender Klemmwulst ausgeführt. Das Hindurchführen des Klemmelements durch die zentrische Ausnehmung erfolgt durch elastisches Aufweiten der Ausnehmung, die sich nach dem Hindurchführen wieder zusammenzieht, wodurch die in Stellrichtung formschlüssige Verbindung zwischen Ventilstößel und Schließkörper hergestellt wird.
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In der Ausführung des Schließkörpers als Klemmscheibe ist diese, gemäß weiterer vorteilhafter Ausführung, als Metallbauteil ausgebildet und besteht beispielsweise aus einem Federstahl. Der Ventilstößel ist vorzugsweise als Kunststoffbauteil ausgebildet.
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Gemäß weiterer zweckmäßiger Ausführung ist zwischen dem Schließkörper und dem Ventilsitzelement eine Dichtscheibe angeordnet. Die Dichtscheibe ist beispielsweise als eine Elastomerscheibe ausgeführt und wird in der Schließposition von dem Schließkörper gegen das Ventilsitzelement gedrückt, so dass die Strömungsöffnung geschlossen ist. Die Dichtscheibe kann Bauteiltoleranzen ausgleichen, außerdem werden Fehlströme entlang der Mantelfläche des Ventilstößels vermieden. Mithilfe der Dichtscheibe wird die Dichtheit des Ventils erhöht. Die funktionale Trennung mit zweiteiliger Ausführung von Dichtscheibe und Schließkörper, insbesondere in der Ausführung als Klemmscheibe, ermöglicht die Kraftaufnahme und -einleitung über den Schließkörper und die Ausübung der Dichtfunktion über die Dichtscheibe.
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Das Ventilsitzelement weist erfindungsgemäß einen Stützring sowie Stützbeine auf, die einteilig mit dem Stützring ausgebildet sind und sich in Achsrichtung - parallel zur Längsachse des Ventilstößels - erstrecken. Die Stützbeine, beispielsweise vier oder sechs gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnete Stützbeine, liegen mit ihrer radialen Außenseite an der Innenwand des aufnehmenden Ventilgehäuses an oder sind zumindest benachbart zur Innenwand des Ventilgehäuses angeordnet. Die Stützbeine nehmen zwischen sich den Ventilstößel sowie die Ventilfeder auf, so dass die Ventilfeder an der radial innen liegenden Seite der Stützbeine geführt ist.
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Das Ventilsitzelement ist vorteilhafterweise als Kunststoffbauteil ausgebildet. Es kommen aber auch Ausführungen aus anderen Materialien, insbesondere aus Metall in Betracht.
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Die Filtereinrichtung, beispielsweise in der Ausführung als Flüssigkeitsfilter, weist in einem Filtergehäuse ein Filterelement auf, dem das Strömungsventil im Strömungsweg stromauf oder stromab des Filterelements zugeordnet ist. Das Strömungsventil befindet sich beispielsweise in einem Übergangsbereich zwischen Roh- und Reinseite des Filterelementes oder im Abströmbereich der Reinseite.
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Das Filterelement ist, insbesondere in der Ausführung für einen Flüssigkeitsfilter, vorzugsweise hohlzylindrisch ausgebildet mit einem Filtermediumkörper, der von dem zu reinigenden Medium radial durchströmt wird, und mit stirnseitigen Endscheiben, über die der Filtermediumkörper an den Stirnseiten strömungsdicht abgedichtet wird. Das Strömungsventil befindet sich in der hohlzylindrischen Ausführung des Filterelementes im Bereich einer zentrischen Ausnehmung einer Endscheibe. Das Filterelement wird bevorzugt radial von außen nach innen durchströmt, so dass die außen liegende Mantelfläche die Rohseite und der Innenraum im hohlzylindrischen Filterelement die Reinseite darstellt. Die Ableitung des gereinigten Mediums erfolgt axial über eine zentrische Ausnehmung in einer Endscheibe.
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Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist das Ventilgehäuse des Strömungsventils mit einem beispielsweise topfförmigen Gehäusebauteil des Flüssigkeitsfilters verbunden. Dieses Gehäusebauteil, in welchem das Filterelement aufgenommen ist, kann mit einem weiteren Gehäusebauteil verschraubt werden, das beispielsweise einen Gehäusedeckel bildet. Die Verbindung zwischen dem Ventilgehäuse und dem Gehäusebauteil erfolgt beispielsweise über eine Schraubverbindung, indem ein radial an einem zylindrischen Abschnitt des Ventilgehäuses außen umlaufender Kragen mit dem Gehäusebauteil verschraubt wird.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
- 1 einen Schnitt durch ein Gehäusebauteil eines Flüssigkeitsfilters mit darin aufgenommenem Strömungsventil, dargestellt in Explosionsdarstellung;
- 2 einen Schnitt durch den Flüssigkeitsfilter mit eingesetztem, hohlzylindrischen Filterelement, an dessen Stirnseite sich das Strömungsventil in Schließposition befindet, dargestellt in perspektivischer Ansicht;
- 3 eine 2 entsprechende Darstellung, mit dem Strömungsventil in Öffnungsposition;
- 4 einen Längsschnitt durch den Flüssigkeitsfilter im Bereich des Strömungsventils, das sich in Schließposition befindet;
- 5 einen Längsschnitt gemäß 4, jedoch mit dem Strömungsventil in Öffnungsposition.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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Bei dem in den 1 bis 5 dargestellten Flüssigkeitsfilter 1 handelt es sich beispielsweise um einen Ölfilter, der in Kraftfahrzeugen, insbesondere für Brennkraftmaschinen eingesetzt wird. Der Flüssigkeitsfilter 1 weist in einem Gehäusebauteil 2 ein hohlzylindrisches Filterelement 3 auf, das einen Filtermediumkörper 4 umfasst, dessen beide Stirnseiten von Endscheiben strömungsdicht abgedeckt sind. Dargestellt ist eine Endscheibe 5 an der Unterseite des Filterelementes 3, wobei in die Endscheibe 5 eine zentrische Ausnehmung eingebracht ist. Das Filterelement 3 wird radial von außen nach innen von dem zu reinigenden Medium durchströmt, so dass die Außenseite des Filtermediumkörpers 4 die Rohseite und der zylindrische Innenraum die Reinseite darstellt, aus der das gereinigte Medium axial abgeleitet wird. Der Innenraum ist von einem stabilisierenden Stützgerüst 6 ausgekleidet.
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An der unteren Seite des Gehäusebauteils 2 ist ein weiteres, topfförmiges Gehäusebauteil 7 des Flüssigkeitsfilters 1 angeordnet, das mit dem Gehäusebauteil 2 verschraubt ist. Im Gehäusebauteil 7 ist ein Strömungsventil 8 aufgenommen, das in die zentrische Ausnehmung in der unteren Endscheibe 5 des Filterelementes 3 in die Reinseite des Filtermediumkörpers einragt. Wenn der Druck auf der Reinseite des Filterelementes einen Grenzdruck überschreitet, öffnet das Strömungsventil 8 und gibt einen Abströmweg für das Fluid auf der Reinseite frei. In den 2 und 4 ist das Strömungsventil 8 bei Motorstillstand geschlossen, in den 3 und 5 im Motorbetrieb geöffnet, so dass das gereinigte Öl axial über das Strömungsventil 8 abströmen kann.
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Das Strömungsventil 8 weist ein Ventilgehäuse 9 auf, das einen hohlzylindrischen Stutzen umfasst, in welchem das Ventilglied, ein Ventilsitzelement 13 sowie eine Ventilfeder 14 aufgenommen sind. Das Ventilgehäuse 9 ist über einen Dichtring 23, der in einer umlaufenden Nut an der Außenseite des Ventilgehäuses 9 aufgenommen ist, in dem aufnehmenden Gehäusebauteil 7 strömungsdicht aufgenommen. Das Ventilglied umfasst einen Ventilstößel 10 sowie einen Schließkörper 11, der als Klemmscheibe aus Metall, insbesondere aus Federstahl ausgebildet sein kann. Der Ventilstößel 10 ist vorzugsweise als Kunststoffbauteil ausgebildet. Der Ventilstößel 10 befindet sich innerhalb des Stutzens des Ventilgehäuses 9 und wird durch die Kraft der Ventilfeder 14 kraftbeaufschlagt. Die Ventilfeder 14 stützt sich einenends an dem Ventilsitzelement 13 ab, anderenends liegt die Ventilfeder 14 an der Stirnseite eines scheibenförmigen Stützbundes 15 an, der an der Stirnseite des Ventilstößels 10 angeordnet und insbesondere einteilig mit dem Ventilstößel 10 ausgebildet ist.
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Der dem Stützbund 15 axial gegenüberliegende, zylindrische Abschnitt des Ventilstößels 10 ragt durch das Ventilsitzelement 13 hindurch und ist mit der Klemmscheibe 11 verbunden, die sich auf der gegenüberliegenden Seite des Ventilsitzelementes 13 befindet. Das Ventilsitzelement 13 befindet sich unmittelbar benachbart zu einer Strömungsöffnung 12, die von einer offenen Stirnseite des Stutzens des Ventilgehäuses 9 gebildet wird.
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Zwischen der Klemmscheibe 11 und der Strömungsöffnung 12 kann sich eine Dichtscheibe 16 aus einem Elastomer befinden, die in Schließposition gegen die Strömungsöffnung 12 gedrückt wird und diese abdichtet. Die Dichtscheibe 16 verhindert zudem Fehlströme entlang der Mantelfläche des Ventilstößels 10 und des Ventilgehäuses 9.
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Die Verbindung zwischen dem Ventilstößel 10 und der Klemmscheibe 11 wird auf formschlüssige Weise mithilfe eines Klemmwulstes 17 geschaffen, der ein radial überstehendes Klemmelement und einen Hinterschnitt an der Mantelfläche des Ventilstößels 10 bildet. Der Klemmwulst 17 befindet sich unmittelbar benachbart zur Stirnseite auf der dem Stützbund 15 axial gegenüberliegenden Seite des Ventilstößels 10. In der montierten Position gemäß den 2 bis 5 ragt der Ventilstößel 10 durch eine zentrische Ausnehmung 18 in der Klemmscheibe 11 hindurch, wobei über den Klemmwulst 17, dessen Außendurchmesser größer ist als der Innendurchmesser der Ausnehmung 18, die in Achsrichtung formschlüssige Verbindung zwischen dem Ventilstößel 10 und der Klemmscheibe 11 erzielt wird. Ein die zentrische Ausnehmung 18 in der Klemmscheibe 11 begrenzender Krallrand kann beim Hindurchführen des Ventilstößels 10 federnd aufgeweitet werden.
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Auch die Dichtscheibe 16 weist eine zentrische Ausnehmung auf, durch die der Ventilstößel 10 hindurchragt.
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Das Ventilsitzelement 13 weist einen äußeren und einen inneren Stützring auf, von denen der äußere Stützring an einer nach innen einragenden Schulter am Stutzen des Ventilgehäuses 9 aufliegt und sich abstützt. Am äußeren Stützring 19 sind Stützbeine 20 angeformt, die sich in Achsrichtung erstrecken und an der Innenwand des Stutzens des Ventilgehäuses 9 anliegen bzw. unmittelbar benachbart zur Innenwand angeordnet sind. Über den Umfang verteilt sind mehrere Stützbeine 20 angeordnet, beispielsweise vier oder sechs Stützbeine. Zwischen den Stützbeinen 20 sind sowohl die Ventilfeder 14 als auch, innerhalb der als Schraubenfeder ausgeführten Ventilfeder 14, der Ventilstößel 10 aufgenommen. Die Ventilfeder 14 stützt sich mit ihrem unteren Ende am Ventilsitzelement 13 ab, insbesondere an Verbindungsabschnitten zwischen dem äußeren und dem inneren Stützring des Ventilsitzelementes. Das Ventilsitzelement 13 ist einteilig mit dem Ventilgehäuse 9 ausgebildet, Ventilsitzelement 13 und Ventilgehäuse 9 können als Kunststoff-Spritzgussbauteil ausgeführt sein.
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Einteilig mit dem Stutzen des Ventilgehäuses 9 ist ein außen umlaufender, sich radial nach außen erstreckender Kragen 21 angeformt, über den das Ventilgehäuse 9 mittels Schrauben 22 mit dem Gehäusebauteil 7 verschraubt ist.
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In den 2 und 4 ist das Strömungsventil in Schließposition dargestellt, in den 3 und 5 in Öffnungsposition. In der Schließposition liegt die Dichtscheibe 16 dichtend an der Strömungsöffnung 12 an, so dass kein Medium aus dem Reinraum im Filterelement 3 über die Strömungsöffnung 12 abströmen kann. Die Dichtposition wird durch die Kraft der Ventilfeder 14 gewährleistet, wobei die Ventilfederkraft über den Ventilstößel 10 und die Klemmscheibe 11 auf die Dichtscheibe 16 übertragen wird.
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In der Öffnungsposition ist der Ventilstößel 10 gegen die Kraft der Ventilfeder 14 verstellt, so dass die Dichtscheibe 16 und die Klemmscheibe 11 aus ihrer Dichtposition abgehoben sind und der Weg über die Strömungsöffnung 12 freigegeben ist.
