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Technisches Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventil zur energiesparenden, großkapazitiven, direkt wirkenden Präzisionsdruckregelung mit Filterfunktion, bei dem ein druckregulierendes Filterventil, das eine Hauptventilöffnung und eine Nebenventilöffnung aufweist, im Hauptkörper angeordnet ist. Wenn sich im druckregulierenden Filterventil ein Druck aufbaut, empfängt die Durchflussmengenstange über die im Druckreglersitz befindliche Druckreglerfeder den Druck, was bewirkt, dass ein Teil der Durchflussmenge vorab die Nebenventilöffnung passieren kann. Wenn eine größere Durchflussmenge benötigt wird, kann die Hauptventilöffnung geöffnet werden und es kann dadurch erreicht werden, dass der Öffnungs- und Schließvorgang der Hauptventilöffnung bzw. der Nebenventilöffnung durch die Verringerung der Druckdifferenz zwischen dem Öffnen und dem Schließen der Hauptventilöffnung bzw. der Nebenventilöffnung schneller und stabiler abläuft. Da ferner die Fläche der Hauptmembran viel größer als die Fläche der Nebenventilöffnung ist, kann das Ziel der Präzisionsdruckregelung erreicht werden.
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Stand der Technik
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Es wird auf die 7 und 8 Bezug genommen, welche ein herkömmliches direkt wirkendes Präzisionsdruckregelventil (90) zeigen. Hierbei sind beim direkt wirkenden Präzisionsdruckregelventil (90) ein zur Eingabe eines pneumatischen Fluids (PP) dienendes Lufteinlassende (PA) und ein zur Ausgabe dienendes Luftauslassende (PB) vorgesehen, wobei eine Ventilöffnung (91) zwischen den beiden Enden vorgesehen ist, wobei bei der Ventilöffnung (91) die am Lufteinlassende (PA) vorliegende Verbrauchsmenge des pneumatischen Fluids (PP) und der Druck und die Durchflussmenge, die am Luftauslassende (PB) vorliegen, durch den von der Membran (93) und der Feder (92) ausgeübten Druck gesteuert werden.
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Hierbei ist der in den Figuren gezeigte Aufbau, durch den die Ventilöffnung (91) gesteuert wird, ein Zylinderkörper. Dessen oberes Ende wird von der elastischen Kraft der Hauptfeder (94) gedrückt und übt Druck auf die Membran (93) aus, was bewirkt, dass die Ventilöffnung (91) geöffnet und das untere Ende durch die elastische Kraft der Feder (92) zurückgesetzt und die Ventilöffnung (91) somit geschlossen wird. Aus der obigen Beschreibung geht der Öffnungsvorgang bzw. der Schließvorgang der Ventilöffnung (91) klar hervor. Wenn der am Luftauslassende (PB) vorliegende Druck um einen kleinen Betrag verringert wird, ist dieser multipliziert mit (der Fläche der Membran (93) minus der Fläche der Ventilöffnung (91)) gleich der Reduktionsmenge der Kraft, wobei die Reduktionsmenge durch die Federkonstante der Hauptfeder (94) gleich der Verschiebungsmenge der Hauptfeder (94) ist. Durch die Verschiebungsmenge wird die Ventilöffnung (91) mittels der Hauptfeder (94) geöffnet, wodurch sich der am Luftauslassende (PB) herrschende Druck erhöht. Daher muss für eine Präzisionsdruckregelung die Fläche der Ventilöffnung (91) verkleinert und die Verschiebungsmenge vergrößert werden, womit durch die Durchflussmenge und den Druck, die beide einen minimalen Verlust aufweisen, eine Präzisionsdruckregelung erreicht werden kann.
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Bei diesem direkt wirkenden Präzisionsdruckregelventil (90) ist der Aspekt zu berücksichtigen, dass die verkleinerte Fläche der Ventilöffnung (91) die reduzierte maximale Durchflussmenge bestimmt. Daher kann die Fläche der Ventilöffnung (91) nicht verkleinert werden. Bei der herkömmlichen Technik wird die Methode eines immer offenen Überlauflochs (96) verwendet. Durch Umleiten von Luft in die Atmosphäre wird das Ziel einer Präzisionsdruckregelung erreicht. Somit wird beim direkt wirkenden Präzisionsdruckregelventil (90) ein Teil der Energie der Luftdruckquelle verschwendet.
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Wie oben erwähnt, ist die Durchflussmengenstange (95) der Ventilöffnung (91) so ausgestaltet, dass zum Erfüllen des Bedarfs an eine größere Durchflussmenge die Komponenten im direkt wirkenden Präzisionsdruckregelventil (90), wie z. B. Membran (93) und Feder (92), ebenfalls proportional vergrößert werden müssen, was dazu führt, dass sich das Volumen des direkt wirkenden Präzisionsdruckregelventils (90) immer weiter vergrößert und der Luftverbrauch am Überlaufloch (96) sich entsprechend immer weiter erhöht. Wenn der Benutzer eine Einstellung vornimmt, erhöht sich daher zwangsläufig die Torsionskraft. Wenn die Ventilöffnung (91) vergrößert wird, führt dies, selbst wenn eine kleine Verschiebung zur Erhöhung des Solldrucks oder zur Ausgabe einer geringen Durchflussmenge vorgenommen wird, dazu, dass eine große Durchflussmenge in sehr kurzer Zeit mit hoher Geschwindigkeit die Ventilöffnung (91) passiert. Es ist schwierig, eine Einstellung vorzunehmen, die eine geringe Durchflussmenge erlaubt, wodurch der Luftverbrauch am Überlaufloch (96) noch drastischer steigt. Aus der praktischen Anwendung des herkömmlichen Aufbaus und der damit befassten Forschung ist daher bekannt, dass die Notwendigkeit zur Verbesserung des Aufbaus besteht.
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Die
DE 11 2010 004 952 B4 zeigt ein Ventil zur energiesparenden, großkapazitiven, direkt wirkenden Präzisionsdruckregelung gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Ein Druckregelventil mit einer verbesserten Ausbildung der Sitze und Köpfe des Ventils ist aus der
DE 11 2014 006 491 T5 bekannt. Dort ist auch die Verwendung von Stangenkugelsitzen angegeben.
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Aufgabe der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventil zur energiesparenden, großkapazitiven, direkt wirkenden Präzisionsdruckregelung. Die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Ventil anzugeben, bei dem durch das Zusammenwirken der Durchflussmengenstange mit der Hauptmembran, der Hauptventilöffnungsfeder und der Nebenventilöffnungsfeder an beiden Enden Druck ausgeübt wird, so dass die Hauptventilöffnung und die Nebenventilöffnung entsprechend dem Durchflussmengenbedarf stufenweise geöffnet und geschlossen werden, wodurch vermieden wird, dass es in Bezug auf den Durchfluss zu einer unnötigen Verschwendung kommt. Darüber hinaus soll durch die Nebenventilöffnung auch bei einer geringen Durchflussmenge eine leichte Steuerung möglich sein und der Solldruck soll leicht präzise eingestellt werden können. Wenn die Größe der Hauptventilöffnung zur Erhöhung der Durchflussmenge vergrößert wird, soll die Größe der Nebenventilöffnung nicht vergrößert werden müssen, so dass das Ziel, eine präzise Druckabgabe zu ermöglichen, durch immer wieder vorgenommene Betätigungen des großkapazitiven, direkt wirkenden Präzisionsdruckregelventils erreicht werden kann.
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Eine sekundäre technische Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass durch die zweistufige Gestaltung, die ein Öffnen und Schließen des Ventils erlaubt, die Durchflussmenge von klein nach groß an das Öffnen und Schließen des entsprechenden Ventils angepasst wird. Daher kann die Druckdifferenz zwischen dem primärseitigen Druck und dem sekundärseitigen Druck verringert werden, sodass der Ausgangsdruck leicht gesteuert und eine Präzisionsdruckregelung erreicht werden kann und ferner ein negativer Einfluss auf die Geschwindigkeit des Öffnens und Schließens vermieden werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
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Durch die zweistufige Gestaltung des Ventils, die ein Öffnen und Schließen der Durchflussmengenstange erlaubt, kann durch eine entsprechende Gestaltung der Hauptventilöffnung bzw. der Nebenventilöffnung verhindert werden, dass das Volumen der den Innenraum des Aufbaus einnehmenden Durchflussmengenstange proportional zunimmt. Das Volumen des Hauptkörpers kann gleich groß bleiben und muss nicht mit der Erhöhung der Durchflussmenge vergrößert werden. Darüber hinaus besteht auch für eine proportionale Vergrößerung des Druckreglersitzes und des Druckregelknopfs, die zur Steuerung dienen, keine Notwendigkeit, so dass der Benutzer ein kleineres Drehmoment für die Druckregelspindel verwenden kann, wodurch es einfacher wird, die Hauptfeder zum Verschieben der Hauptmembran zusammenzudrücken, um den gewünschten Ausgangsdruck zu erreichen.
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Das erfindungsgemäße Ventil zur energiesparenden, großkapazitiven, direkt wirkenden Präzisionsdruckregelung umfasst einen Hauptkörper, bestehend aus einem Druckreglersitz, einem druckregulierenden Ventil und einer Schutzhülle, die nacheinander von oben nach unten miteinander kombiniert sind, wobei ein zum Umleiten des primärseitigen Drucks und des sekundärseitigen Drucks dienender Hauptkanal im druckregulierenden Ventil vorgesehen ist, wobei ferner eine Hauptventilöffnung und eine Nebenventilöffnung, die zum stufenweise regulierten Umleiten des Drucks bis zum sekundärseitigen Druck dienen, im Hauptkanal vorgesehen sind, wobei eine Durchflussmengenstange vorgesehen ist, bei der eine Stange von einem Druckkolbenring umfasst wird, anschließend ein Stangensitz und ein Stangenhalter mit der oberen Seite der Stange kombiniert werden, wobei die untere Seite der Stange an einer Nebenventilöffnungsfeder anliegt, wobei die untere Seite des Druckkolbenrings an einer Hauptventilöffnungsfeder anliegt, sodass die Hauptventilöffnung durch Verschieben des Druckkolbenrings geöffnet und geschlossen werden kann. Wenn der Stangensitz von der im Druckreglersitz befindlichen Hauptmembran Druck empfängt, kann beim Hauptkörper zuerst ein Teil der Durchflussmenge mittels der Nebenventilöffnung umgeleitet werden. Nachdem der Druck durch die Hauptmembran geregelt und erhöht wurde, kann ferner die Hauptventilöffnung durch die Durchflussmengenstange geöffnet werden, sodass eine größere Durchflussmenge die Hauptventilöffnung und die Nebenventilöffnung passieren kann. Dadurch, dass in der vorliegenden Erfindung sich die Druckdifferenz zwischen dem Öffnen und dem Schließen der Hauptventilöffnung bzw. der Nebenventilöffnung verringert, kann erreicht werden, dass der durch die Hauptmembran ermöglichte Öffnungs- und Schließvorgang der Hauptventilöffnung bzw. der Nebenventilöffnung schneller und stabiler abläuft und ferner können die Ziele der Präzisionsdruckregelung und der Energieeinsparung erreicht werden.
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Die Erfindung weist ferner eine Filterfunktion auf. Der Stangensitz ist als Stangenkugelsitz ausgestaltet. Auf einer Seite des Druckreglersitzes ist ein Überlaufloch vorgesehen und die Stange (341) umfasst ein Stangengummi (3411), das die Oberfläche der Stange (341) ummantelt und in Kontakt mit der Bodenfläche des Stangenhalters (344) steht, um die Dichtigkeit der Nebenventilöffnung (33) zu verbessern.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine schematische Ansicht des erfindungsgemäßen Aufbaus im Vorbereitungszustand;
- 2 zeigt eine Ansicht des Aufbaus der erfindungsgemäßen Durchflussmengenstange;
- 3 zeigt eine schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Nebenventilöffnung im Betriebszustand;
- 4 zeigt eine teilweise vergrößerte Ansicht der erfindungsgemäßen Nebenventilöffnung im Betriebszustand;
- 5 zeigt eine schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Hauptventilöffnung im Betriebszustand;
- 6 zeigt eine teilweise vergrößerte Ansicht der erfindungsgemäßen Hauptventilöffnung im Betriebszustand;
- 7 zeigt eine schematische Ansicht des Aufbaus der herkömmlichen Technik;
- 8 zeigt eine schematische Querschnittansicht des Aufbaus der herkömmlichen Technik.
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Detaillierte Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
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Ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung kann durch die detaillierte Beschreibung des bevorzugtesten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 1 und 2 erreicht werden.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventil zur energiesparenden, großkapazitiven, direkt wirkenden Präzisionsdruckregelung mit Filterfunktion. Dessen Aufbau umfasst einen Hauptkörper (10), bestehend aus einem Druckreglersitz (20), einem druckregulierenden Filterventil (30) und einer Schutzhülle (40), die nacheinander von oben nach unten miteinander kombiniert sind, wobei ein Plastikbecher (41) in der Schutzhülle (40) vorgesehen ist, der hauptsächlich zur Anordnung des Filterpatronensitzes (42) dient, wobei der Filterpatronensitz (42) mit einer auswechselbaren Filterpatrone (43) versehen ist, wobei ferner eine Bodenplatte (44) im Filterpatronensitz (42) vorgesehen ist.
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Hierbei weist das druckregulierende Filterventil (30) einen zur Umleitung des primärseitigen Drucks (P1) und des sekundärseitigen Drucks (P2) dienenden Hauptkanal (31) auf, wobei eine Hauptventilöffnung (32) und eine in der Hauptventilöffnung (32) vorgesehene Nebenventilöffnung (33), die zum stufenweise regulierten Umleiten des Drucks bis zum sekundärseitigen Druck (P2) dienen, im Hauptkanal (31) vorgesehen sind, wobei eine Nebenventilöffnungsfeder (346) zum elastischen Schließen der Nebenventilöffnung (33) unterhalb der Nebenventilöffnung (33) angeordnet ist, wodurch die Nebenventilöffnung (33) in die Lage versetzt wird, die Funktion einer elastischen Rückstellung zu erfüllen, wobei die Federkonstante der Nebenventilöffnungsfeder (346) zur Erzielung einer Präzisionsregelung des Ausgangsdrucks so klein wie möglich sein muss.
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Ferner ist eine Durchflussmengenstange (34) vorgesehen, bei der eine Stange (341) von einem Druckkolbenring (343) umfasst wird. Genauer gesagt ist nach dem Umfassen des Druckkolbenrings (343) noch etwas Platz für die Verschiebung in der ersten Stufe, wobei die minimale Verschiebung in der ersten Stufe 0,3 bis 0,1 mm beträgt, sodass die Verschiebung in der zweiten Stufe so früh wie möglich nach der Verschiebung in der ersten Stufe erfolgen kann, um somit einen größeren Durchflussausgang bereitzustellen.
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Die obere Seite der Stange (341) ist mit einem Stangenkugelsitz (342) und einem Stangenhalter (344) kombiniert, wobei die untere Seite der Stange (341) an einer Nebenventilöffnungsfeder (346) anliegt, wobei die untere Seite des Druckkolbenrings (343) an einer Hauptventilöffnungsfeder (345) anliegt, sodass die Hauptventilöffnung (32) durch ein elastisches Verschieben des Druckkolbenrings (343) geöffnet und geschlossen werden kann. Der Stangenkugelsitz (342) empfängt über die Hauptmembran (21) und die Hauptfeder (25), die beide im Druckreglersitz (20) angeordnet sind, Druck, wodurch beim Hauptkörper (10) zuerst ein Teil der Durchflussmenge und des Drucks mittels der Nebenventilöffnung (33) umgeleitet werden kann. Zu diesem Zeitpunkt kann beim Solldruck eine Präzisionsdruckregelung durchgeführt werden. Für ein Umleiten von Luft in die Atmosphäre mittels des auf einer Seite des Druckreglersitzes befindlichen Überlauflochs (26) besteht daher keine Notwendigkeit. Nachdem der Druck durch die Hauptmembran (21) geregelt und erhöht wurde, kann ferner die Hauptventilöffnung (32) durch die Durchflussmengenstange (34) geöffnet werden, sodass eine größere Durchflussmenge durch die Hauptventilöffnung (32) und die Nebenventilöffnung (33) hindurchgeführt werden kann.
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Es wird auf 2 Bezug genommen. Hierbei ist bei der Durchflussmengenstange (34) die Stange (341) mit einem Stangengummi (3411) ummantelt und die Oberfläche des Stangenkugelsitzes (342) ist mit einem Kugelsitzgummi (3421) ummantelt. Bezugnehmend auf 1 ist klar ersichtlich, dass das Stangengummi (3411) eine Oberfläche ist, die zum Kontaktieren mit der Unterseite des Stangenhalters (344) dient, wobei die Nebenventilöffnung (33) durch das Stangengummi geöffnet und geschlossen werden kann. Auf dem Druckkolbenring (343) ist ebenfalls ein Druckkolbenringgummi (3431) vorgesehen, durch das die Hauptventilöffnung (32) geöffnet und geschlossen werden kann. Das Kugelsitzgummi (3421) dient zur Verbesserung der Dichtigkeit beim Kontakt mit der Hauptmembran (21) und kann geschlossen oder geöffnet werden, um einen sekundärseitigen Druck (P2) in das druckregulierende Filterventil (30) einzuführen und aus ihm abzulassen und somit die Präzisionseinstellung des sekundärseitigen Drucks (P2) zu ermöglichen. Es ist ersichtlich, dass die Durchflussmengenstange (34) eine zweistufige Gestaltung aufweist, um den Durchfluss des sekundärseitigen Drucks (P2) weiter einzustellen.
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Es wird nun auf die 3 und 4 Bezug genommen. Wenn der primärseitige Druck (P1) über den Hauptkanal (31) durch die Nebenventilöffnung (33) geführt wird, ist es ersichtlich, dass bei der Durchflussmengenstange (34) nur eine teilweise Verschiebung in der ersten Stufe erfolgt, wobei die Durchflussmengenstange von der Hauptmembran (21) nach unten gedrückt wird. Zu diesem Zeitpunkt hat die für den Betrieb des Hauptkörpers (10) erforderliche Durchflussmenge noch nicht den Maximalwert erreicht. Es wird nun auf die 5 und 6 Bezug genommen. Wenn die Durchflussmengenstange (34) dauerhaft von der Hauptmembran (21) heruntergedrückt wird, ist es ersichtlich, dass der Druckkolbenring (343) ebenfalls durch die Stange (341) heruntergedrückt wird, um so die Verschiebung in der zweiten Stufe zu ermöglichen und die Hauptventilöffnung (32) zu öffnen. Zu diesem Zeitpunkt ist gewährleistet, dass beim Hauptkörper (10) die maximale Durchflussmenge durchströmen kann.
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In den oben offenbarten Figuren der vorliegenden Erfindung ist ein auf einer Seite des Druckreglersitzes (20) angeordnetes Überlaufloch (26), das normalerweise geschlossen ist, vorgesehen. Wenn der Durchfluss den Hauptkanal (31) passiert, findet am Überlaufloch (26) kein Luftverbrauch statt, sodass beim Hauptkörper (10) eine ausgezeichnete Energieeinsparung erreicht werden kann. Darüber hinaus besteht der Unterschied zwischen dem inneren Aufbau der herkömmlichen Technik und dem inneren Aufbau der vorliegenden Erfindung in der Gestaltung der Durchflussmengenstange (34), der Hauptventilöffnung (32) und der Nebenventilöffnung (33). Die restlichen Bauteile sind im Wesentlichen identisch. Bei Verwendung der Ventilöffnungen der vorliegenden Erfindung, welche stufenweise ausgebildet sind, wird ein direktes Auswechseln ermöglicht, sodass eine Verbesserung der Durchflussmenge erreicht werden kann, ohne dafür eine Veränderung des Volumens des Hauptkörpers (10) zu erfordern. Auf diese Weise können erheblich F & E-Kosten und -Zeit für das erneute Formöffnen eingespart werden. Dadurch, dass beim Öffnen und Schließen der Hauptventilöffnung (32) und der Nebenventilöffnung (33) die Fläche der Nebenventilöffnung (33) auf eine minimale Fläche reduziert wird und die Fläche der Hauptventilöffnung (32) unverändert bleibt, kann ferner mit der vorliegenden Erfindung unter Bedingungen, dass die gleiche Durchflussmenge und der gleiche Druck erreicht werden und dass eine mit der herkömmlichen Technik vergleichbare Reduzierung des Verluste erreicht wird, eine Präzisionsdruckregelung ermöglicht werden.
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Zusammenfassend kann beim erfindungsgemäßen Ventil zur energiesparenden, großkapazitiven, direkt wirkenden Präzisionsdruckregelung mit Filterfunktion die Durchflussmengenstange (34) für eine normale Durchflussmenge und für eine maximale Durchflussmenge derart verwendet werden, dass die Hauptventilöffnung (32) und die Nebenventilöffnung (33) sich in zweistufiger Weise öffnen und schließen lassen, wodurch die gesamte Durchflussmenge erheblich erhöht und ferner die Reaktionsgeschwindigkeit der Komponenten erhöht werden können. Somit kann die Druckdifferenz zwischen dem primärseitigen Druck (P1) und dem sekundärseitigen Druck (P2) verringert werden und es kann vom Benutzer eine komfortablere und einfachere Steuerung vorgenommen werden. Die vorliegende Erfindung weist die Funktion einer Präzisionsdruckregelung auf. Bei Anwendung auf eine größere Ventilöffnung braucht nur die erfindungsgemäße zweistufige Ventilöffnung in eine mehrstufige Gestaltung abgeändert zu werden, wodurch der Nachteil der proportionalen Erhöhung der großvolumigen internen Komponenten im Stand der Technik verbessert werden kann. Ferner wird dem Benutzer mit der Erfindung eine einfache Einstellung und Steuerung ermöglicht.
