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Die Erfindung betrifft ein thermostatisches Ventil zum Kontrollieren eines Massenstroms in Abhängigkeit einer Temperatur des Massenstroms. Das Ventil ist aufweisend ein Gehäuse mit wenigstens einer Einlassöffnung, wenigstens einer Auslassöffnung und wenigstens einem Strömungskanal zwischen der wenigstens einen Einlassöffnung und der wenigstens einen Auslassöffnung. In dem wenigstens einen Strömungskanal ist eine gehäusefeste Ventilblende mit einer Blendenöffnung und ein relativ zu der Ventilblende axial begrenzt verlagerbarern Ventilkörper vorgesehen.
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Aus dem Dokument
DE 10 2006 052 296 A1 ist ein thermostatisches Ventil bekannt zur Regelung eines Massenstromes in Abhängigkeit der Temperatur des Massenstromes, insbesondere Rücklauftemperaturbegrenzungsventil, mit einem Gehäuse, welches eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung aufweist, mit einer Durchlassöffnung, welche die Einlassöffnung und die Auslassöffnung verbindet, mit einem an der Durchlassöffnung angeordneten Ventilsitz, welcher mit einem Ventilelement verschließbar ist, bei dem das Ventilelement in einer Kammer zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung vorgesehen ist, und bei dem an dem Ventilelement ein Kraftspeicherelement angreift, welches in eine erste Bewegungsrichtung wirkt und das Ventilelement in einer Ausgangsposition positioniert und bei dem an dem Ventilelement zumindest ein thermisches Stellglied aus einer Formgedächtnislegierung angreift, welches eine der ersten Bewegungsrichtung entgegengesetzte Wirkrichtung aufweist und temperaturabhängig eine Stellbewegung auf das Ventilelement entgegen dem zumindest einen Kraftspeicherelement bewirkt, sobald die Stellkraft des thermischen Stellgliedes größer als die des Kraftspeicherelementes ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Ventil baulich und/oder funktional zu verbessern.
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Die Aufgabe wird gelöst mit einem Ventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Das Ventil kann zur Anordnung in einem Kraftfahrzeug dienen. Das Kraftfahrzeug kann ein PKW, ein Omnibus, ein LKW oder ein NKW sein. Das Ventil kann zur Anordnung in einem Kühlmittelkreislauf dienen. Das Ventil kann zur Anordnung in einem Schmiermittelkreislauf dienen. Das Ventil kann zur Anordnung in einem Hydraulikkreislauf dienen. Das thermostatisches Ventil kann ein Ventil temperaturregelndes und/oder temperaturgeregeltes Ventil sein. Das thermostatisches Ventil kann einen Temperaturfühler und/oder ein Stellglied aufweisen. Das Gehäuse kann einen einlassöffnungsseitigen Anschluss und/oder einen auslassöffnungsseitigen Anschluss aufweisen. Das Gehäuse kann aus mehreren miteinander fest verbundenen Teilen hergestellt sein. Das Gehäuse kann einteilig hergestellt sein. Das Ventil kann eine Strömungskanallängsachse aufweisen.
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Der Massenstrom kann ein Massenstrom eines Strömungsmediums sein. Der Massenstrom kann ein durch den Strömungskanal strömender Massenstrom sein. Das Strömungsmedium kann eine Flüssigkeit sein. Das Strömungsmedium kann ein Kühlmittel sein. Das Strömungsmedium kann ein Schmiermittel sein. Das Strömungsmedium kann eine Hydraulikflüssigkeit sein. Das Strömungsmedium kann Wasser oder wasserbasiert sein. Das Strömungsmedium kann Öl oder ölbasiert sein. Das Strömungsmedium kann eine temperaturabhängige Viskosität aufweisen. Eine dynamische Viskosität des Strömungsmediums kann steigender Temperatur abnehmen.
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Die Ventilblende kann einteilig mit dem Gehäuse hergestellt sein. Die Ventilblende kann zunächst gesondert hergestellt und nachfolgend mit dem Gehäuse verbunden sein. Die Blendenöffnung kann eine kreisförmige Querschnittsfläche aufweisen. Die Blendenöffnung kann konzentrisch zur Strömungskanallängsachse angeordnet sein. Die Querschnittsfläche der Blendenöffnung kann kleiner als eine Querschnittsfläche des Strömungskanals sein. Die Ventilblende kann den Strömungskanal damit verengen. Die Querschnittsfläche der Blendenöffnung kann sehr viel größer sein als ihre Erstreckung in axialer Richtung. Ein Durchfluss und ein Druckabfall an der Ventilblende können zumindest annähernd unabhängig von einer Viskosität eines Strömungsmediums sein.
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Der Ventilkörper kann eine zylindrische Form aufweisen. Der Ventilkörper kann eine Ventilkörperlängsachse aufweisen. Der Ventilkörper kann mit seiner Ventilkörperlängsachse koaxial zur Strömungskanallängsachse angeordnet sein. Die Ventilkörperöffnung kann eine kreisförmige Querschnittsfläche aufweisen. Die Ventilkörperöffnung kann entlang der Ventilkörperlängsachse verlaufen. Der Ventilkörper kann dazu dienen, mit der Ventilblende zusammen zu wirken.
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Soweit nicht anders angegeben oder es sich aus dem Zusammenhang nicht anders ergibt, beziehen sich die Angaben „axial“, „radial“ und „in Umfangsrichtung“ auf eine Erstreckungsrichtung einer Ventilkörperlängsachse und/oder Strömungskanallängsachse. „Axial“ entspricht dann einer Erstreckungsrichtung der Ventilkörperlängsachse und/oder Strömungskanallängsachse. „Radial“ ist dann eine zur Erstreckungsrichtung der Ventilkörperlängsachse und/oder Strömungskanallängsachse senkrechte und sich mit der Drehachse schneidende Richtung. „In Umfangsrichtung“ entspricht dann einer Kreisbogenrichtung um die Ventilkörperlängsachse und/oder Strömungskanallängsachse.
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Die Ventilkörperöffnung kann eine kleinere Querschnittsfläche als die Blendenöffnung aufweisen. Die Ventilkörperöffnung kann einen kleineren Durchmesser als die Blendenöffnung aufweisen. Die Ventilkörperöffnung kann eine größere Querschnittsfläche als die Blendenöffnung aufweisen. Die Ventilkörperöffnung kann einen größeren Durchmesser als die Blendenöffnung aufweisen.
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Das Ventil kann eine erste Betätigungsfeder aufweisen. Die erste Betätigungsfeder kann als konische Schraubenfeder ausgeführt sein. Die erste Betätigungsfeder kann als Druckfeder ausgeführt sein. Die erste Betätigungsfeder kann aus einem Federstahl hergestellt sein. Die erste Betätigungsfeder kann in einer zusammengedrückten Betätigungsfederstellung eine Rückstellkraft aufweisen.
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Das Ventil kann eine zweite Betätigungsfeder aufweisen. Die zweite Betätigungsfeder als zylindrische Schraubenfeder ausgeführt sein. Die zweite Betätigungsfeder kann aus einer Formgedächtnislegierung hergestellt sein. Die Formgedächtnislegierung kann temperaturabhängig in zwei unterschiedlichen Kristallstrukturen und/oder Phasen vorliegen. Die Formgedächtnislegierung kann in einer Hochtemperaturphase und/oder in einer Niedrigtemperaturphase vorliegen. Die Hochtemperaturphase und/oder die Niedrigtemperaturphase können in einem Zweiwegeffekt durch Temperaturänderung ineinander übergehen. Die Phasenumwandlung kann unabhängig von einer Geschwindigkeit der Temperaturänderung unabhängig sein. Die zweite Betätigungsfeder kann durch thermomechanische Behandlungszyklen trainiert sein. Die zweite Betätigungsfeder kann durch Abstimmung von Einsatztemperaturen sowie Optimierung von Effektgrößen trainiert sein. Die Formgedächtnislegierung kann einen Kryowerkstoff aufweisen. Die Formgedächtnislegierung kann Nickel-Titan, Nitinol (NiTi) und/oder Nickel-Titan-Kupfer (NiTiCu) aufweisen.
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Die zweite Betätigungsfeder kann zur Anordnung in einem Strömungsmedium dienen. Die Betätigungsfedern können dazu dienen, den Massenstrom des Strömungsmediums in Abhängigkeit einer Temperatur des Strömungsmediums zu kontrollieren, also einzustellen, insbesondere zu regeln. Die Betätigungsfedern können zum thermostatischen Verlagern des Ventilkörpers dienen. Das thermostatisches Ventil kann ein temperaturregelndes und/oder temperaturgeregeltes Ventil sein. Das thermostatisches Ventil kann einen Temperaturfühler und/oder ein Stellglied aufweisen. Die zweite Betätigungsfeder kann als Temperaturfühler und/oder ein Stellglied dienen.
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Die Betätigungsfedern können dazu dienen, ein axiales Verlagern des Ventilkörpers zu kontrollieren. Die Betätigungsfedern können dazu dienen, ein axiales Verlagern des Ventilkörpers temperaturabhängig zu kontrollieren.
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Der Ventilkörper kann eine erste axiale Ventilkörperabstützfläche für die erste Betätigungsfeder aufweisen. Der Ventilkörper kann eine zweite axiale Ventilkörperabstützfläche für die zweite Betätigungsfeder aufweisen. Der Ventilkörper kann einen Bund aufweisen. Die Ventilkörperabstützflächen können an dem Bund angeordnet sein.
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Das Gehäuse kann einen Aufnahmeabschnitt aufweisen. Der Aufnahmeabschnitt kann einen gegenüber dem Strömungskanal erweiterten Querschnitt aufweisen. Der Aufnahmeabschnitt kann eine erste axiale Gehäuseabstützfläche für die erste Betätigungsfeder aufweisen. Der Aufnahmeabschnitt kann eine zweite axiale Gehäuseabstützfläche für die zweite Betätigungsfeder aufweisen. Der Aufnahmeabschnitt kann zur Aufnahme des Ventilkörpers, der ersten Betätigungsfeder und der zweiten Betätigungsfeder dienen.
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Die erste Betätigungsfeder kann sich an der ersten axialen Gehäuseabstützfläche und an der ersten axialen Ventilkörperabstützfläche abstützen. Die zweite Betätigungsfeder kann sich an der zweiten axialen Gehäuseabstützfläche und an der zweiten axialen Ventilkörperabstützfläche abstützen.
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Bei einer vorbestimmten ersten Temperatur kann die zweite Betätigungsfeder eine große Länge und/oder eine hohe Steifigkeit aufweisen und die erste Betätigungsfeder kann zusammengedrückt sein. Die vorbestimmte erste Temperatur kann eine hohe Temperatur sein, bei der die Formgedächtnislegierung in der Hochtemperaturphase vorliegt. Die hohe Temperatur kann eine Temperatur sein, bei das Strömungsmedium mit einem großen Massenstrom strömen soll. Die vorbestimmte erste Temperatur kann eine niedrige Temperatur sein, bei der die Formgedächtnislegierung in der Niedrigtemperaturphase vorliegt. Die niedrige Temperatur kann eine Temperatur sein, bei das Strömungsmedium mit einem großen Massenstrom strömen soll. Bei der vorbestimmten ersten Temperatur kann der Ventilkörper von der Ventilblende weg verlagert sein, sodass das Strömungsmedium auch an dem Ventilkörper vorbei strömen kann und die Blendenöffnung wirksam ist. Eine Verlagerung des Ventilkörpers kann sich durch unterschiedliche Federkräfte der Betätigungsfedern ergeben.
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Bei einer vorbestimmten zweiten Temperatur kann die zweite Betätigungsfeder eine geringe Länge und/oder eine niedrige Steifigkeit aufweisen und die erste Betätigungsfeder kann entspannt oder weniger zusammengedrückt sein. Die vorbestimmte zweite Temperatur kann eine niedrige Temperatur sein, bei der die Formgedächtnislegierung in der Niedrigtemperaturphase vorliegt. Die niedrige Temperatur kann eine Temperatur sein, bei das Strömungsmedium mit einem geringen Massenstrom strömen soll. Die vorbestimmte zweite Temperatur kann eine hohe Temperatur sein, bei der die Formgedächtnislegierung in der Hochtemperaturphase vorliegt. Die hohe Temperatur kann eine Temperatur sein, bei das Strömungsmedium mit einem geringen Massenstrom strömen soll. Bei der vorbestimmten zweiten Temperatur kann der Ventilkörper an der Ventilblende anliegen, sodass das Strömungsmedium nicht an dem Ventilkörper vorbei strömen kann und die Ventilkörperöffnung wirksam ist. Eine Verlagerung des Ventilkörpers kann sich durch unterschiedliche Federkräfte der Betätigungsfedern und/oder durch einen auf den Ventilkörper wirkenden Druck des Massenstroms ergeben.
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Die Begriffe „große Länge“ und „geringe Länge“ sind vorliegend relativ zueinander zu verstehen. Die Begriffe „hohe Steifigkeit“ und „niedrige Steifigkeit“ sind vorliegend relativ zueinander zu verstehen. Die Begriffe „niedrige Temperatur“ und „hohe Temperatur“ sind vorliegend relativ zueinander zu verstehen. Die Begriffe „geringer Massenstrom“ und „großer Massenstrom“ sind vorliegend relativ zueinander zu verstehen. Eine „vorbestimmter“ Temperatur oder ein „vorbestimmter“ Mindestmassenstrom kann eine Temperatur oder ein Mindestmassenstrom sein, die/der einen spezifischen, auf einen jeweiligen Anwendungsfall angepassten Wert aufweist.
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Mit „kann“ sind insbesondere optionale Merkmale der Erfindung bezeichnet. Demzufolge gibt es jeweils ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das das jeweilige Merkmal oder die jeweiligen Merkmale aufweist.
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Zusammenfassend und mit anderen Worten dargestellt ergibt sich somit durch die Erfindung unter anderem eine Adaptive Fluidblende Variante „Kolben“. Mithilfe eines gelochten Kolbens, einer Blende, einer konischen Metallfeder und einer Schraubenfeder aus einer Formgedächtnislegierung kann ein Ventil generiert werden, welches eine bereits vorhandene Hydraulikblende/Blenden in einem Kühlwasserkreislauf mit adaptiver Blenden ersetzen kann. Beispielsweise kann bei einem Einsatzfall in einem Kühlkreis, wenn sich eine Kühlflüssigkeit in der einer Kühlwasserleitung erhitzt, die Feder aus der Formgedächtnislegierung den gelochten Kolben definiert um einen vorgegebenen Weg x von der Blende weg verschieben und gleichzeitig die konische Metallfeder komprimieren. Damit kann sich dann der maximale Blendendurchmesser aus dem Innendurchmesser der verbauten Blende ergeben, da die Flüssigkeit zusätzlich um den Kolben herum strömen kann und die Blende damit „freigelegt“. Kühlt das Medium in der Leitung wieder ab, können ein Druck des Fluidstroms und eine Rückstellkraft der konischen Metallfeder überwiegen. So kann dann der Kolben wieder zu der Blende hin verschoben werden und einen Hohlraum zwischen Blende und Kolben verschließen. Nun kann das Medium nur durch die Bohrung des Kolbens durch die Blende fließen, wodurch sich der minimale Blendendurchmesser ergibt. Die Feder aus der Formgedächtnislegierung kann mit einem Zwei-Weg-Effekt arbeiten und so „trainiert“ sein, dass diese sich bei einer definierter „hohen“ Temperatur ausdehnt und damit Kraft verrichtet und bei einer definierten „tiefen“ Temperatur sich wieder zusammenzieht und keine Kraft mehr aufbringt. Die Konstruktion kann direkt in der Leitung verbaut sein, sodass sich die Feder aus der Formgedächtnislegierung durch das umströmende Medium erhitzt. Somit ist eine automatische, temperaturabhängige Funktion gewährleistet. Für die Befestigung der Federn/des Kolbens kann ein etwas größerer Leitungsdurchmesser vorgesehen sein, wobei sich an einem entstehenden Überstand des „normalen“, kleineren Leitungsdurchmesser zum größeren Durchmesser die konische Metallfeder abstützen kann. Diese kann konisch ausgeführt sein, um eine Befestigung mit möglichst minimaler Strömungsbehinderung zu ermöglichen. Die Blende kann in die Leitung eingepresst sein. An dieser kann sich dann die Feder aus der Formgedächtnislegierung abstützen und somit befestigt sein. Der Kolben kann durch seine Form von den beiden Federn in Position gehalten sein und in seiner Form einen „Ring“ enthalten, an dem sich die Federn abstützen können.
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Mit der Erfindung wird ein Bauraumbedarf reduziert. Eine Belegung eines zusätzlichen Kanals ist nicht erforderlich. Eine Integrierbarkeit wird erleichtert oder ermöglicht. Ein Anpassungsbedarf ist reduziert. Eine Integrierbarkeit in ein bereits vorhandenes Gehäuse wird erleichtert oder ermöglicht.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren näher beschrieben. Aus dieser Beschreibung ergeben sich weitere Merkmale und Vorteile. Konkrete Merkmale dieser Ausführungsbeispiele können allgemeine Merkmale der Erfindung darstellen. Mit anderen Merkmalen verbundene Merkmale dieser Ausführungsbeispiele können auch einzelne Merkmale der Erfindung darstellen.
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Es zeigen schematisch und beispielhaft:
- 1 ein thermostatisches Ventil mit einem Gehäuse, einer Ventilblende, einem Ventilkörper und zwei Betätigungsfedern bei einer hohen Temperatur mit großem Massenstrom,
- 2 ein thermostatisches Ventil mit einem Gehäuse, einer Ventilblende, einem Ventilkörper und zwei Betätigungsfedern bei einer niedrigen Temperatur mit geringem Massenstrom,
- 3 eine Ventilblende, einen Ventilkörper und zwei Betätigungsfedern eines thermostatischen Ventil bei einer hohen Temperatur und
- 4 eine Ventilblende, einen Ventilkörper und zwei Betätigungsfedern eines thermostatischen Ventil bei einer niedrigen Temperatur.
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1 zeigt ein thermostatisches Ventil 1 mit einem Gehäuse 2, einer Ventilblende 3, einem Ventilkörper 4 und zwei Betätigungsfedern 5, 6 bei einer hohen Temperatur mit großem Massenstrom ν̇, ν̇'. 2 zeigt das Ventil 1 bei einer niedrigen Temperatur mit geringem Massenstrom ν̇, ν̇'. 3 zeigt die Ventilblende 3, den Ventilkörper 4 und die Betätigungsfedern 5, 6 des Ventils bei der hohen Temperatur. 4 zeigt die Ventilblende 3, den Ventilkörper 4 und die Betätigungsfedern 5, 6 des Ventils bei der niedrigen Temperatur.
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Das Ventil 1 dient zum Kontrollieren (insbesondere Regeln) des Massenstroms ν̇, ν̇' in Abhängigkeit einer Temperatur des Massenstroms ν̇, ν̇'. Das Gehäuse 2 weist eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung auf. Zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung weist das Gehäuse 2 einen Strömungskanal 7 auf. Die Ventilblende 3, der Ventilkörper 4 und die Betätigungsfedern 5, 6 sind in dem Strömungskanal 7 angeordnet.
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Die Ventilblende 3 ist gehäusefest angeordnet, beispielsweise in das Gehäuse 2 eingepresst, und weist eine Blendenöffnung 8 auf. Das Gehäuse 2 weist einen Aufnahmeabschnitt 9 auf. Das Gehäuse 2 weist an dem Aufnahmeabschnitt 9 einen gegenüber dem Strömungskanal 7 erweiterten Querschnitt und zwei axiale Gehäuseabstützflächen 10, 11 auf. Die Gehäuseabstützfläche 11 ist mithilfe der Ventilblende 3 gebildet. Der Ventilkörper 4 und die Betätigungsfedern 5, 6 sind an dem Aufnahmeabschnitt 9 aufgenommen.
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Der Ventilkörper 4 weist eine zylindrische Form, eine entlang einer Ventilkörperlängsachse verlaufende Ventilkörperöffnung 12 und einen Bund 13 mit zwei Ventilkörperabstützflächen 14, 15 auf. Die erste Betätigungsfeder 5 ist als konische Schraubendruckfeder ausgeführt, aus einem Federstahl hergestellt und weist in einer zusammengedrückten Federstellung eine Rückstellkraft auf. Die erste Betätigungsfeder 5 weist an einem ersten Ende einen größeren Durchmesser und an einem zweiten Ende einen kleineren Durchmesser auf. Die zweite Betätigungsfeder 6 ist als zylindrische Schraubenfeder ausgeführt und aus einer Formgedächtnislegierung hergestellt. Die erste Betätigungsfeder 5 stützt sich mit ihrem ersten Ende an der Gehäuseabstützfläche 10 und mit ihrem zweiten Ende an der Ventilkörperabstützfläche 14 ab. Die zweite Betätigungsfeder 6 stützt sich mit an der Gehäuseabstützfläche 11 und an der Ventilkörperabstützfläche 15 ab. Der Ventilkörper 4 ist damit relativ zu der Ventilblende 3 axial begrenzt verlagerbar. Die Ventilkörperöffnung 12 weist eine um y kleinere Querschnittsfläche als die Blendenöffnung 8 auf. Der Ventilkörper 4 wirkt mit der Ventilblende 3 zusammen, um den Massenstrom ̇ν̇, ν̇' zu kontrollieren.
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Wenn ein Strömungsmedium durch den Strömungskanal 7 strömt, ist die zweite Betätigungsfeder 6 von dem Strömungsmedium und damit mit dessen Temperatur beaufschlagt. Bei der hohen Temperatur des Strömungsmediums weist die zweite Betätigungsfeder 6, wie in 1 und 3 gezeigt, eine große Länge und/oder eine hohe Steifigkeit auf, die erste Betätigungsfeder 5 ist zusammengedrückt und der Ventilkörper 4 ist um x von der Ventilblende 3 weg verlagert, sodass das Strömungsmedium auch an dem Ventilkörper 4 vorbei mit einem großen Massenstrom ν̇, ν̇' durch die Blendenöffnung 8 strömt. Bei der niedrigen Temperatur des Strömungsmediums weist die zweite Betätigungsfeder 6, wie in 2 und 4 gezeigt, eine geringe Länge und/oder eine niedrige Steifigkeit auf, die erste Betätigungsfeder 5 ist nicht oder weniger zusammengedrückt und der Ventilkörper 4 liegt an der Ventilblende 3 an, sodass das Strömungsmedium mit einem kleinen Massenstrom ̇̇ν̇, ν̇' durch die Ventilkörperöffnung 12 strömt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ventil
- 2
- Gehäuse
- 3
- Ventilblende
- 4
- Ventilkörper
- 5
- Betätigungsfeder
- 6
- Betätigungsfeder
- 7
- Strömungskanal
- 8
- Blendenöffnung
- 9
- Aufnahmeabschnitt
- 10
- Gehäuseabstützfläche
- 11
- Gehäuseabstützfläche
- 12
- Ventilkörperöffnung
- 13
- Bund
- 14
- Ventilkörperabstützfläche
- 15
- Ventilkörperabstützfläche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006052296 A1 [0002]
