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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Technik zum Verschließen eines oder mehrerer Strömungsorgane. Insbesondere sind ein Teilesatz mit alternativen Vorrichtungen zum Verschließen eines Strömungsorgans und ein Verfahren zur Fertigung eines Strömungsorgans unter Verwendung mindestens einer der Vorrichtungen beschrieben.
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Strömungsorgane kommen bei Fahrzeugaggregaten, beispielsweise bei Nutzfahrzeugen oder Wasserfahrzeugen und deren Verbrennungsmotoren, zum Einsatz. Beispielsweise kann für einen aufgeladenen Verbrennungsmotor das Strömungsorgan ein Bypass-Ventil zur Ladedruckregelung (auch ”Wastegate” genannt) umfassen. Um den Entwicklungs- und Erprobungsaufwand für eine Vielzahl an Modellvarianten zu reduzieren, können baugleiche Strömungsorgane eingesetzt werden.
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Solche Strömungsorgane umfassen herkömmlicherweise mindestens ein Stellglied mit jeweils einem Ventil, um einen Strömungsverlauf im Strömungsorgan steuern oder regeln zu können. Beispielsweise kann ein Teil der Strömung in einem Hauptkanal wahlweise in einen Nebenkanal umgeleitet werden. Für die einzelnen Modellvarianten ist eine sehr unterschiedliche Steuerbarkeit gefordert. Sowohl der Ort im Strömungsorgan, an dem mittels des Stellglieds in den Strömungsverlauf eingegriffen wird, als auch die Anzahl der Stellglieder können in den verschiedenen Modellvarianten unterschiedlich sein.
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Deshalb ist ein für alle Modellvarianten einsetzbares Strömungsorgan für eine umfassende Steuerbarkeit ausgestattet, obgleich dieser Umfang der Steuerbarkeit nicht in allen Modellvarianten, oder bei unterschiedlichen Steuerungsorten sogar in keiner Modellvariante, vollständig genutzt wird. Auch wenn in einem Anwendungsfall des Strömungsorgans keine Regelfunktion benötigt wird, kommt der gleiche Teileumfang an Stellgliedern und Ventilen zum Einsatz. Diese dienen dann ausschließlich der Sicherstellung einer Schließfunktion. Diese Vorgehensweise ist zwar praktikabel, führt jedoch zu unnötigen Kosten und Verschwendung von Bauraum.
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Somit besteht die Aufgabe, einen effizienten Einsatz von baulich gleichen Strömungsorganen für möglichst große Teilegleichheit sowohl in einem geregelten als auch in einem ungeregelten Betrieb zu ermöglichen.
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Gemäß einem Aspekt ist ein Teilesatz für ein Strömungsorgan mit einem Gehäuse, einem im Gehäuse angeordneten Strömungskanal und einer Auslassöffnung am Strömungskanal bereitgestellt. Der Teilesatz umfasst eine an einer Aufnahmeöffnung des Gehäuses des Strömungsorgans montierbare Ventilvorrichtung, die dazu ausgebildet ist, in einer Offenstellung die Auslassöffnung am Strömungskanal freizugeben und in einer Schließstellung die Auslassöffnung am Strömungskanal zu verschließen. Der Teilesatz umfasst ferner eine an der Aufnahmeöffnung des Gehäuses des Strömungsorgans montierbare Verschlussvorrichtung, die dazu ausgebildet ist, im montierten Zustand die Auslassöffnung zu verschließen.
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Die Ventilvorrichtung und die Verschlussvorrichtung können für jedes Strömungsorgan, und gegebenenfalls an jeder Auslassöffnung des Strömungsorgans, alternativ je nach Betriebsart des Strömungsorgans eingesetzt werden. Durch den Einsatz der Verschlussvorrichtung für einen ungeregelten Betrieb kann eine herkömmlicherweise eingesetzte Ventilvorrichtung und gegebenenfalls ein zugehöriges Stellglied ersetzt werden, beispielsweise zur Kostenreduktion oder Gewinnung von Bauraum.
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Die Ventilvorrichtung kann ferner ein Stellglied umfassten. Die Ventilvorrichtung kann ferner einen Anschluss umfassen zur Steuerung des Stellglieds. Das Ventil kann ein Stromventil oder Sperrventil sein.
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Die Ventilvorrichtung kann ferner einen Montageflansch aufweisen, beispielsweise zur Montage an der Aufnahmeöffnung des Strömungsorgans. Der Montageflansch kann eine zum Montageflansch konzentrischen Auskragung umfassen.
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Die Ventilvorrichtung und/oder die Verschlussvorrichtung können rotationssymmetrisch sein. Die Ventilvorrichtung und/oder die Verschlussvorrichtung können koaxial zur Aufnahmeöffnung montierbar sind.
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Die Verschlussvorrichtung kann ferner einen Verschlusseinsatz umfassen. Der Verschlusseinsatz kann im montierten Zustand die Auslassöffnung verschließen.
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Ein Außendurchmesser der Auskragung kann einem Außendurchmesser des Verschlusseinsatzes entsprechen. Alternativ oder ergänzend können der Außendurchmesser der Auskragung und/oder der Außendurchmesser des Verschlusseinsatzes jeweils kleiner oder (zumindest im Wesentlichen) gleich einem Innendurchmesser der Aufnahmeöffnung sein. Die Auskragung am Montageflansch und/oder der Verschlusseinsatzes können jeweils als Zentrierfläche in der Aufnahmeöffnung dienen.
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Im Verschlusseinsatz kann ein im montierten Zustand (beispielsweise auf Druckspannung) vorgespanntes Federelement angeordnet sein. Das Federelement kann sich an einem offenen Ende des Verschlusseinsatzes direkt oder mittelbar am Gehäuse abstützen. Das Federelement kann an einem dem offenen Ende gegenüberliegenden geschlossenen Ende des Verschlusseinsatzes am Verschlusseinsatz anliegen.
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Im montierten Zustand kann ein Deckel über der Aufnahmeöffnung am Gehäuse befestigt sein. Das Federelement kann sich in der Nähe des offenen Endes des Verschlusseinsatzes am Deckel abstützen, der die Vorspannung auf das Gehäuse überträgt.
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Der Montageflansch am Gehäuse kann durch Befestigungsmittel befestigbar sein. Der Deckel am Gehäuse kann durch die gleichen Befestigungsmittel befestigbar sein.
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Zwischen dem Gehäuse des Strömungsorgans und dem Strömungskanal kann ein Nebenkanal ausgebildet sein. Der Nebenkanal kann durch die Auslassöffnung mit dem Strömungskanal in Fluidverbindung stehen oder bringbar sein.
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Im montierten Zustand der Verschlussvorrichtung kann zwischen Deckel und Gehäuse eine Dichtung angeordnet sein. Die Dichtung kann den Nebenkanal an der Aufnahmeöffnung fluiddicht verschließen.
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Im montierten Zustand der Ventilvorrichtung kann zwischen Montageflansch und Gehäuse eine Dichtung angeordnet sein. Die Dichtung kann den Nebenkanal an der Aufnahmeöffnung fluiddicht verschließen.
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Die Ventilvorrichtung kann ferner einen Ventilkegelabschnitt umfassen. Der Ventilkegelabschnitt kann dazu ausgebildet sein, mit einem Ventilsitz an der Auslassöffnung zusammenzuwirken. Alternativ oder ergänzend kann der Verschlusseinsatz ferner einen Verschlusskegelabschnitt umfassen. Der Verschlusskegelabschnitt kann dazu ausgebildet sein, mit dem Ventilsitz an der Auslassöffnung zusammenzuwirken.
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Ein Kegelwinkel des Ventilkegelabschnitts kann einem Kegelwinkel des Verschlusskegelabschnitts entsprechen. Alternativ oder ergänzend kann ein innerer Durchmesser des Ventilkegelabschnitts einem inneren Durchmesser des Verschlusskegelabschnitts entsprechen. Alternativ oder ergänzend kann ein äußerer Durchmesser des Ventilkegelabschnitts einem äußeren Durchmesser des Verschlusskegelabschnitts entsprechen.
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Der Verschlusseinsatz kann am geschlossenen Ende einen ersten Durchmesser aufweisen, der dem inneren Durchmesser des Verschlusskegelabschnitts entspricht. Der Verschlusseinsatz kann am dem geschlossenen Ende gegenüberliegenden Ende einen zweiten Durchmesser aufweisen, der dem äußeren Durchmesser des Verschlusskegelabschnitts entspricht.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zur Fertigung eines Strömungsorgans bereitgestellt. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Bereitstellens eines Strömungsorgans mit einem Gehäuse, einem im Gehäuse angeordneten Strömungskanal und einer Auslassöffnung am Strömungskanal; den Schritt des Bestimmens entweder einer Ventilvorrichtung oder einer Verschlussvorrichtung aus einem Teilesatz gemäß dem vorstehenden Aspekt; und einen Schritt des Montierens der bestimmten Vorrichtung an einer Aufnahmeöffnung des Gehäuses des Strömungsorgans.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Strömungsorgan mit mindestens einer Ventilvorrichtung und mindestens einer Verschlussvorrichtung gemäß dem Teilesatz bereitgestellt. Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Motoraggregat bereitgestellt, das ein solches Strömungsorgan umfasst.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
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1 eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer Ventilvorrichtung; und
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2 eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer Verschlussvorrichtung.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer allgemein mit Bezugszeichen 100 bezeichneten Ventilvorrichtung. Die Ventilvorrichtung 100 umfasst einen eine Achse 101 umlaufenden Montageflansch 102 mit einer Auskragung 104. Ein Ventilverschlussteil 105 der Ventilvorrichtung 100 ist entlang der Achse 101 beweglich zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung nach Maßgabe eines Stellglieds 106. Die Ventilvorrichtung 100 umfasst optional einen Anschluss 108 zur externen Steuerung des Stellglieds 106.
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Die Ventilvorrichtung 100 ist dazu ausgebildet, einen gesteuerten oder geregelten Betrieb eines Strömungsorgans 150 zu ermöglichen. 1 zeigt eine Schnittansicht in einer Schnittebene, die parallel zur Achse 101 der Ventilvorrichtung 100 ist. Die Ventilvorrichtung ist in 1 im Strömungsorgan 150 montiert.
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Das Strömungsorgan 150 umfasst ein Gehäuse 152 und einen im Gehäuse 152 verlaufenden Strömungskanal 154. Der Strömungskanal 154 wird durch eine erste Wandung 154-1 und eine zweite Wandung 154-2 begrenzt. Die Wandungen 154-1 und 154-2 können eine einzige umlaufende Wandung sein.
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Die erste Wandung 154-1 weist eine Auslassöffnung 156 auf, die vom Ventilverschlussteil 105 in der Schließstellung fluiddicht verschlossen ist. Das Gehäuse 152 weist eine Aufnahmeöffnung 158 auf, in welche die Ventilvorrichtung 100 zur Montage eingesetzt wird. Dabei greift die Auskragung 104 als Zentrierhilfe in die Aufnahmeöffnung 158 ein. Befestigungsmittel 160 verbinden im montierten Zustand den Montageflansch mit dem Gehäuse 152.
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Das Strömungsorgan 150 führt im Strömungskanal 154 ein Fluid, beispielsweise Kühlwasser, Öl, Luft oder Abgas. Das Strömungsorgan 150 kann zumindest abschnittsweise als ein Rohr, ein Krümmer, ein Behälter und/oder ein Druckspeicher ausgeführt sein. Das Strömungsorgan 150 kann je nach gewünschter Strömungsrichtung an den Enden verschlossen sein. Das Fluid kann im Strömungsorgan strömend (z. B. für eine Motoranwendung) oder ruhend (z. B. für eine Speicheranwendung) aufgenommen sein.
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Optional umfasst das Strömungsorgan einen Nebenkanal 155. Der Nebenkanal 155 kann in der (teil- oder vollständig geöffneten) Offenstellung der Ventilvorrichtung 100 durch die Auslassöffnung 156 mit Strömungskanal 154 in Fluidverbindung stehen.
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Der Nebenkanal 155 ist durch die erste Wandung 154-1 und das Gehäuse 152 begrenzt. In einer Variante des in 1 gezeigten Ausführungsbeispiels ist ein Querschnitt des Nebenkanals größer als ein Querschnitt des Hauptkanals. Der Strömungskanal 154 kann ein Hauptkanal des Strömungsorgans 150 sein. Das Ventilverschlussteil öffnet und verschließt den Übergang zwischen Hauptkanal 154 und Nebenkanal 155 in der Offenstellung beziehungsweise in der Schließstellung.
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Der Nebenkanal 155 kann entfallen, beispielsweise um das Fluid in der Offenstellung nach außen abzuleiten. Insbesondere kann das Gehäuse 152 mit einer oder beiden Wandungen 154-1 und 154-2 identisch sein.
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Während das in 1 gezeigte Ausführungsbeispiel der Ventilvorrichtung 100 zur Achse 101 rotationssymmetrisch ist, können Varianten die Ventilvorrichtung 100 mit einer diskrete Rotationssymmetrie (beispielsweise 2-, 3-, 4- oder 6-zähligen Symmetrie) um die Achse 101 ausgeführt sein, beispielsweise für eine durch Formschluss zwischen der Auskragung 104 und der Aufnahmeöffnung 158 drehfeste Anordnung der Ventilvorrichtung 100. In einem alternativen Ausführungsbeispiel ist die Achse der Linearbewegung des Ventilverschlussteils 105 keine Symmetrieachse der Ventilvorrichtung 100.
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Das Stellglied 106 betätigt das Ventilverschlussteil 105. In 1 ist lediglich eine Außengeometrie des Stellgliedes 106 dargestellt. Das Stellglied 106 kann (beispielsweise innerhalb der dargestellten Außengeometrie) eine oder mehrere Federn, eine oder mehrere Druckmembranen, pneumatische oder hydraulische Stellzylinder, elektrische Aktuatoren oder sonstige Komponenten zum Positionieren und/oder Regeln des Ventilverschlussteils 105 umfassen.
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Das Stellglied 106 umfasst optional eine Arretierung um sicherzustellen, dass die nach der Betätigung eingenommene Position dauerhaft gehalten wird. Das Stellglied 106 kann baulich so gestaltet sein, dass über seine Oberfläche Wärme (beispielsweise die Abwärme eines Aktuators) abgeführt wird. Ferner kann das Stellglied 106 aktiv gekühlt werden, beispielsweise durch Zuführung eines Kühlmediums.
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In der Schließstellung positioniert das Stellglied 106 das Ventilverschlussteil 105 auf Anschlag (d. h. ganz zu). In der Offenstellung kann das Stellglied 106 das Ventilverschlussteil 105 auf Anschlag (d. h. ganz offen) positionieren und/oder eine Zwischenpositionen vorgeben.
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Vorzugsweise ist zwischen dem Stellglied 106 und dem Gehäuse 152 des Strömungsorgans 150 eine Dichtung angebracht. Die Dichtung kann um oder in der Aufnahmeöffnung 158 umlaufend angeordnet sein.
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Die Befestigungsmittel 160 dienen der Verbindung von Strömungsorgan 160 und Stellglied 106. Ausführungsbeispiele der Befestigungsmittel 160 können in Form und Anzahl unterschiedlich ausgeführt sein. Die Befestigungsmittel 160 können Schrauben, Nieten, V-Schellen, eine Klebeverbindung, ein oder mehrere Gewindeeinsätze und/oder eine Pressverbindung umfassen.
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Der Anschluss 108 kann in Ausführungsbeispielen der Ventilvorrichtung 100 vorgesehen sein, denen alternativ oder zusätzlich zu stellgliedinternen Steuer- oder Regelelementen (wie beispielsweise Federn, Membranen, usw.) externe Regel- oder Funktionsgrößen (wie beispielsweise Druckluft, Drucköl, elektrische Energie, ein Kühlmedium, usw.) zugeführt werden.
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2 zeigt eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer allgemein mit Bezugszeichen 200 bezeichneten Verschlussvorrichtung. Die Verschlussvorrichtung 200 ist dazu ausgebildet, anstelle der Ventilvorrichtung 100 im Strömungsorgan 150 eingesetzt zu werden, immer dann wenn kein steuerbarer Betrieb des Strömungsorgans 150 vorgesehen oder erforderlich ist. Beispielsweise sind entsprechende Anschlussflächen und Anlageflächen der Ventilvorrichtung 100 und der Verschlussvorrichtung 200, die mit dem Strömungsorgan 150 verbindbar sind oder am Strömungsorgan 150 anliegen, übereinstimmend ausgestaltet.
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Die Verschlussvorrichtung 200 umfasst einen Verschlusseinsatz 202 mit einem Federelement 204. Die Verschlussvorrichtung 200 umfasst ferner einen Deckel 206. Durch ein offenes Ende 202-1 des Verschlusseinsatzes 202 liegt ein erstes Ende des Federelements 204 am Deckel an. Ein dem ersten Ende des Federelements 204 gegenüberliegendes zweites Ende des Federelements 204 liegt an einem geschlossenen Ende 202-2 des Verschlusseinsatzes 202 an.
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Der Deckel 206 überdeckt die Aufnahmeöffnung 158. Die nämlichen Befestigungsmittel 160 (als Gleichteile zum Ausführungsbeispiel der 1) können den Deckel 206 im montierten Zustand der Verschlussvorrichtung 200 am Gehäuse 152 befestigen. Beispielsweise sind Bohrungen im Deckel 206 und im Montageflansch 102 mit übereinstimmenden Durchmessern an deckungsgleichen Stellen eingebracht.
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Das Strömungsorgan 150 kann unverändert übernommen werden, beispielsweise als Gleichteil zum in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel.
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Der Verschlusseinsatz 202 verschließt den Übergang zwischen Strömungskanal 154 und Nebenkanal 155. Der Verschlusseinsatz 202 ist so ausgeführt, dass er in der Auslassöffnung 156 zwischen Strömungskanal und Nebenkanal geführt und zentriert wird. Alternativ oder ergänzend ist der Verschlusseinsatz 202 so ausgeführt, dass er in der Aufnahmeöffnung 158 geführt und zentriert wird.
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Das Federelement 204 stellt die zur sicheren Abdichtung erforderliche Anpresskraft zur Verfügung. Dazu ist das Federelement 204 im montierten Zustand vorgespannt. Das Federelement 204 kann eine Schraubenfeder oder ein anderes federelastisches Element sein.
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Der Deckel 206 schließt im montierten Zustand das Strömungsorgan 150 nach außen ab und nimmt die Gegenkraft der Vorspannung auf. Zwischen dem Deckel 206 und dem Strömungsorgan 150 ist vorzugsweise eine Dichtung angebracht.
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Die Anlageflächen eines Ventilkegelabschnitts 110 und eines Verschlusskegelabschnitts 210 stimmen hinsichtlich Größe und/oder Neigung überein. Ein Kegelwinkel 112 des Ventilkegelabschnitts 110 ist gleich dem Kegelwinkel 212 des Verschlusskegelabschnitts 210.
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Ein innerer Durchmesser 114 des Ventilkegelabschnitts 110 kann gegenüber einem inneren Durchmesser des Verschlusskegelabschnitts 210 gleich sein. Ein innerer Durchmesser 114 des Ventilkegelabschnitts 110 kann gleich sein zu einem inneren Durchmesser 214 des Verschlusskegelabschnitts 210. Ein äußerer Durchmesser 116 des Ventilkegelabschnitts 110 kann gleich sein zu einem äußeren Durchmesser 216 des Verschlusskegelabschnitts 210.
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Obwohl die Erfindung in Bezug auf exemplarische Ausführungsbeispiel beschrieben worden ist, ist es für einen Fachmann ersichtlich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können und Äquivalente als Ersatz verwendet werden können. Ferner können viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehre der Erfindung anzupassen. Folglich ist die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst alle Ausführungsbeispiele, die in den Bereich der beigefügten Patentansprüche fallen.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Ventilvorrichtung
- 101
- Achse
- 102
- Montageflansch
- 104
- Auskragung
- 105
- Ventilverschlussteil
- 106
- Stellglied
- 108
- Anschluss
- 110
- Ventilkegelabschnitt
- 112
- Kegelwinkel des Ventilkegelabschnitts
- 114
- Innerer Durchmesser des Ventilkegelabschnitts
- 116
- Äußerer Durchmesser des Ventilkegelabschnitts
- 150
- Strömungsorgan
- 152
- Gehäuse des Strömungsorgans
- 154
- Strömungskanal
- 154-1
- Erste Wandung des Strömungskanals
- 154-2
- Zweite Wandung des Strömungskanals
- 155
- Nebenkanal
- 156
- Auslassöffnung am Strömungskanal
- 158
- Aufnahmeöffnung am Gehäuse
- 160
- Befestigungsmittel
- 200
- Verschlussvorrichtung
- 202
- Verschlusseinsatz
- 202-1
- Offenes Ende des Verschlusseinsatzes
- 202-2
- Geschlossenes Ende des Verschlusseinsatzes
- 204
- Federelement
- 206
- Deckel
- 210
- Verschlusskegelabschnitt
- 212
- Kegelwinkel des Verschlusskegelabschnitts
- 214
- Innerer Durchmesser des Verschlusskegelabschnitts
- 216
- Äußerer Durchmesser des Verschlusskegelabschnitts
