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Die Erfindung betrifft ein Drosselventil zum Drosseln eines Fluidstromes mit einem von dem Fluid durchströmbaren Strömungskanal mit einem Drosselventilsitz, einem gegenüber dem Drosselventilsitz bewegbar angeordneten Drosselelement und einer Drosseleinstellung zur Einstellung der Drosselstellung des Drosselelements. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Drosseln eines Fluidstromes mit einem solchen Drosselventil.
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Drosselventile werden in unterschiedlichen Bereichen der Technik eingesetzt und eignen sich zur Drosselung von Gas- und Flüssigkeitsströmen, wie beispielsweise Dampf- oder Wasserströmen.
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Drosselventile weisen einen Strömungskanal auf, durch welchen ein Fluid hindurchströmen kann. Der Strömungskanal weist einen Drosselventilsitz auf, welcher durch ein Drosselelement geschlossen und mehr oder weniger weit geöffnet wird.
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Das Drosselelement ist zum Schließen und Öffnen des Drosselventilsitzes entsprechend bewegbar gegenüber dem Drosselventilsitz angeordnet. Abhängig von der Drosselstellung des Drosselelements wird der Drosselventilsitz mehr oder weniger weit geöffnet und der durch den Strömungskanal strömende Fluidstrom entsprechend reguliert. Je weiter der Drosselventilsitz geöffnet ist, desto geringer ist die Drosselwirkung des Drosselventils.
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Um die Drosselwirkung einstellen zu können, weisen bekannte Drosselventile häufig eine Drosseleinstellung auf. Die Drosseleinstellung dient zum Einstellen der Drosselstellung des Drosselelements, beispielsweise indem das Drosselelement in eine über die Drosseleinstellung festlegbare Stellung überführt wird oder indem bei anliegender Druckdifferenz des Fluids an dem Drosselelement bestimmte Stellungen über die Drosseleinstellung einstellbar sind.
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Die
EP 2 369 207 B1 offenbart beispielsweise ein Drosselventil mit einer Drosseleinstellung. Die Drosseleinstellung weist eine in einem Gewinde geführte Führungshülse und einen in der Führungshülse in axialer Richtung frei bewegbar gelagerten Bolzen auf, dessen Ende mit einem tellerförmigen Drosselelement verbunden ist, welches einen Drosselventilsitz eines Strömungskanals schließen und öffnen kann. Die Drosselstellung des Drosselelements kann über die Drosseleinstellung eingestellt werden, wobei das Öffnen des Drosselelements über den Druck des Fluids erfolgt und zum Schließen eine in entgegengesetzte Richtung wirkende Feder vorgesehen ist.
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Konstruktionsbedingt ergibt sich bei solchen Drosselventilen jedoch der Nachteil, dass Teile der Drosseleinstellung in dem Strömungskanal angeordnet sind und entsprechend von dem Fluid umströmt werden. Durch die Anordnung der Drosseleinstellung innerhalb des Strömungskanals bilden sich in diesen Bereichen des Strömungskanals Tot- oder Stauwasserzonen aus, in welchen sich das Fluid ansammelt und staut. Für eine Vielzahl an Anwendungen, beispielsweise in der Nahrungsmittelindustrie oder im Trinkwasserbereich, sind solche Tot- oder Stauwasserzonen jedoch zu vermeiden, weshalb derartige Drosselventile für solche Anwendungsfälle ungeeignet sind.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Drosselventil zu schaffen, welches sich aufgrund reduzierter Tot- und Stauwasserzonen für eine Vielzahl an Anwendungen eignet.
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Diese Aufgabe wird bei einem Drosselventil der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass das Drosselelement und die Drosseleinstellung über einen Hebel miteinander gekoppelt sind.
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Durch die Kopplung über den Hebel wird eine räumliche Trennung der Drosseleinstellung und des Drosselelements ermöglicht. Während das Drosselelement zur Drosselung des Fluidstroms innerhalb des Strömungskanals am Drosselventilsitz angeordnet ist, lässt sich die Drosseleinstellung an anderer Stelle anordnen. Es müssen daher nicht sämtliche Teile der Drosseleinstellung innerhalb des Strömungskanals angeordnet werden, wodurch Tot- und Stauwasserzonen innerhalb des Strömungskanals vermieden werden. Hierdurch wird ein Drosselventil geschaffen, welches sich für eine besonders große Vielzahl an Anwendungen eignet, auch im Bereich der Nahrungsmittelindustrie oder für Trinkwasseranwendungen.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Drosselelement in Strömungsrichtung des Fluidstromes selbsttätig öffnend angeordnet ist. Auf diese Weise kann der Drosselventilsitz durch die Druckdifferenz des Fluids am Drosselelement geöffnet werden, ohne dass zusätzliche Energie für die Bewegung des Drosselelements aufgebracht werden muss.
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Eine weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Drosselventils sieht vor, dass die Drosseleinstellung in einem trockenen Bereich außerhalb des Strömungskanals und das Drosselelement in einem mediendurchströmten Bereich innerhalb des Strömungskanals angeordnet ist. Hierdurch kann auf konstruktiv einfache Art und Weise eine räumliche Trennung des Drosselelements und der Drosseleinstellung erreicht werden. Die Drosseleinstellung lässt sich durch die Anordnung außerhalb des Strömungskanals von dem Fluidstrom trennen. Tot- und Stauwasserzonen innerhalb des Strömungskanals werden vermieden.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich in Weiterbildung der Erfindung herausgestellt, wenn die Drosseleinstellung derart ausgebildet ist, dass die Drosselstellung des Drosselelements stufenlos einstellbar ist. Hierdurch lassen sich unterschiedlich große Drosselleistungen und damit Fluidströme sehr genau einstellen.
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Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Drosseleinstellung eine Gewindeeinstellung zur stufenlosen Einstellung der Drosselstellung des Drosselelements aufweist. Auf diese Weise lässt sich auf konstruktiv einfache Art und Weise die stufenlose Einstellung der Stellung des Drosselelements erreichen. Die Gewindeeinstellung kann hierbei als Feingewindeeinstellung ausgestaltet sein, um die Stellung des Drosselelements besonders genau einstellen zu können und entsprechend den Fluidstrom besonders exakt einstellen zu können.
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Ferner hat es sich bewährt, wenn die Stellachse der Drosseleinstellung parallel zu der Hauptströmungsachse des Strömungskanals angeordnet ist. Hierdurch lässt sich das Drosselventil besonders kompakt ausgestalten. Alternativ ist es jedoch ebenso möglich, dass die Stellachse der Drosseleinstellung in einem Winkel zu der Hauptströmungsachse des Strömungskanals angeordnet ist. Der Winkel kann im Bereich von 0° bis 180°, insbesondere im Bereich von 30° bis 150° oder im Bereich von 45° bis 135°, liegen. Der Winkel kann für bestimmte Anwendungen auch 90° betragen.
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Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Drosseleinstellung ein erstes Einstellelement und ein zweites Einstellelement aufweist, welche gegeneinander bewegbar sind. Auf diese Weise lässt sich auf konstruktiv einfache Art und Weise ein Drosselventil schaffen, welches in Abhängigkeit der über dem Drosselelement anliegenden Druckdifferenz öffnet und schließt. Hierbei kann das zweite Einstellelement über den Hebel mit dem Drosselelement gekoppelt sein. Bei ausreichender Druckdifferenz über dem Drosselelement öffnet dieses, wobei das zweite Einstellelement gegenüber dem ersten Einstellelement bewegt wird. Das erste Einstellelement kann die Bewegung des zweiten Einstellelements begrenzen, weshalb über das erste Einstellelement die maximale Öffnungsstellung des Drosselelements einstellbar, insbesondere indirekt einstellbar, ist.
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In diesem Zusammenhang ist es von Vorteil, wenn das erste Einstellelement und das zweite Einstellelement über eine Feder gegeneinander vorgespannt sind. Für diesen Fall kann die Öffnungsbewegung des Drosselelements aufgrund der Kopplung über den Hebel mit dem zweiten Einstellelement indirekt entgegen der Federkraft erfolgen. Hierdurch lässt sich durch die Feder auf konstruktiv einfache Art und Weise die zum Öffnen des Drosselelements notwendige Druckdifferenz festlegen. Die Feder kann somit eine Überdruckfunktion ermöglichen. Ferner kann die Feder auch einen Rücklaufschutz bieten, indem die Feder das Drosselelement bei sich im Strömungskanal umkehrendem Fluidstrom schließt. Die Feder kann als Druckfeder ausgestaltet sein. Die Feder kann insbesondere als Spiralfeder ausgestaltet sein.
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Als konstruktiv vorteilhaft hat es sich herausgestellt, wenn das erste Einstellelement einen Lagerzapfen zur Aufnahme des einen Endes der Feder und das zweite Einstellelement eine Bohrung zur Aufnahme des anderen Endes der Feder aufweist. Hierdurch ergibt sich eine kompakte Bauweise. Zudem lässt sich die Feder geführt zwischen beiden Einstellelementen anordnen, so dass ein definiertes Einfedern der Feder gewährleistet wird. Alternativ kann das erste Einstellelement eine Bohrung zur Aufnahme des einen Endes der Feder und das zweite Einstellelement einen Lagerzapfen zur Aufnahme des anderen Endes der Feder aufweisen.
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Es ist vorteilhaft, wenn das erste Einstellelement über die Gewindeeinstellung und das zweite Einstellelement linear beweglich gelagert ist. Das erste Einstellelement lässt sich drehend betätigen, wodurch nach Art eines Spindelantriebs gleichzeitig eine Axialbewegung in Richtung der Stellachse resultiert. Die Betätigung des ersten Einstellelements kann durch einen Benutzer und/oder Motor, insbesondere durch einen Schrittmotor, erfolgen. Es ist möglich, das erste Einstellelement nach Art einer Gewindespindel auszugestalten. Zur Lagesicherung des ersten Einstellelements ist es möglich, dieses über eine Kontermutter zu sichern. Das zweite Einstellelement kann gegenüber dem ersten Einstellelement beim Öffnen des Drosselelements über den Hebel linear, also entlang dessen Achse, bewegt werden.
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Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Linearbewegung des zweiten Einstellelements über den Hebel in eine Kippbewegung des Drosselelements übersetzbar ist. Durch Kippen des Drosselelements kann der Drosselventilsitz geöffnet sowie geschlossen und der Fluidstrom durch diesen in Abhängigkeit der Öffnungsstellung, insbesondere der Kippstellung, reguliert werden. Es ist möglich, dass durch entsprechende Ausgestaltung des Hebels das Drosselelement besonders kraftsparend gekippt werden kann, indem beispielsweise die Hebelverhältnisse ausgenutzt werden. So ist es denkbar, dass große Linearbewegungen des zweiten Einstellelements in kleiner Kippbewegungen des Drosselelements übersetzbar sind. Umgekehrt ist es durch entsprechende Ausgestaltung des Hebels unter Berücksichtigung der Hebelverhältnisse ebenso möglich, kleine Linearbewegungen des Einstellelements in große Kippbewegungen des Drosselelements zu übersetzen.
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Es ist ferner vorteilhaft, wenn das erste Einstellelement einen ersten Anschlag und das zweite Einstellelement einen zweiten Anschlag zur Begrenzung der Bewegungen der Einstellelemente aufweist. Auf diese Weise lassen sich auf konstruktiv einfache Weise die Bewegungen der Einstellelemente begrenzen. Der erste Anschlag kann dabei als Doppelanschlag ausgestaltet sein und die Bewegungen des ersten Einstellelements in mehrere Richtungen begrenzen. Der zweite Anschlag kann an dem ersten Anschlag, insbesondere beim Öffnen des Drosselelements, anschlagen. Es ist daher vorteilhaft, wenn die Anschläge zueinander korrespondierend ausgestaltet sind. Durch die Kopplung des Drosselelements mit dem zweiten Einstellelement über den Hebel lässt sich die Drosselstellung des Drosselelements über die Anschläge begrenzen.
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Es hat sich überaus bewährt, wenn der Hebel schwenkbeweglich mit der Drosseleinstellung verbunden ist. Auf diese Weise lässt sich die kippende Bewegung des Drosselelements konstruktiv einfach in die lineare Bewegung der Drosseleinstellung übersetzen. Es ist hierbei insbesondere von Vorteil, wenn ein Hebelende mit der Drosseleinstellung und das andere Hebelende mit dem Drosselelement verbunden ist. Im Zusammenhang mit der schwenkbeweglichen Verbindung des Hebels mit der Drosseleinstellung hat es sich als besonders montagefreundlich herausgestellt, wenn der Hebel einseitig gabelförmig ausgestaltet ist. Auf diese Weise kann der Hebel mit der Drosseleinstellung, beispielsweise über eine Steckverbindung, verbunden werden. Alternativ ist es jedoch ebenso möglich, den Hebel schwenkbeweglich mit der Drosseleinstellung über einen Steckbolzen zu verbinden.
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Es ist ferner möglich, dass ein Hebelende in dem mediendurchströmten Bereich und das andere Hebelende in dem trockenen Bereich angeordnet ist. Hierdurch lassen sich das im mediendurchströmten Bereich angeordnete Drosselelement und das außerhalb des im trocknen Bereich angeordneten Drosselventils über den Hebel verbinden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Drosselventils sieht ein einen Zulauf und einen Auslauf aufweisendes Gehäuse mit einem ersten Gehäuseteil und einem zweiten Gehäuseteil vor. Durch den Zulauf und den Auslauf kann eine Anschlussmöglichkeit des Drosselventils geschaffen sein. Der Zulauf und/oder der Auslauf können als Schnellverschlüsse zum Anschluss von Rohren, Schläuchen und/oder sonstigen Leitungen ausgestaltet sein. Die Ausgestaltung des Gehäuses mit mehreren, insbesondere zwei, Gehäuseteilen kann Montagevorteile mit sich bringen.
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Ferner hat es sich in diesem Zusammenhang als vorteilhaft erwiesen, wenn das Gehäuse einen weiteren mit dem Auslauf verbundenen Zulauf aufweist. Hierdurch kann auf konstruktiv einfache Weise ein Drosselventil zum Mischen unterschiedlicher Fluidströme durch den ersten und den zweiten Zulauf geschaffen werden. Das Drosselelement kann den Fluidstrom durch einen Zulauf regulieren. Hierdurch kann das Mischungsverhältnis beider Fluidströme einstellbar sein. Das Drosselventil kann besonders vorteilhaft nach Art einer 3/2-Wege-Drossel ausgestaltet sein.
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Es hat sich ferner in diesem Zusammenhang bewährt, wenn das Gehäuse eine T-förmige Ausgestaltung aufweist, wobei insbesondere die Zuläufe in einer Linie zueinander und der Auslauf quer zu den Zuläufen angeordnet sind. Hierdurch kann ein gleichmäßiges Mischen der Fluidströme beider Zuläufe gewährleistet sein.
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Es ist besonders vorteilhaft, wenn das Drosselelement zwischen zwei Gehäuseteilen angeordnet ist. Auf diese Weise lässt sich das Drosselelement einfach montieren und demontieren, beispielsweise zu Wartungszwecken.
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Es hat sich ferner in konstruktiver Hinsicht bewährt, wenn das Gehäuse ein Hebellager zur Lagerung des Hebels aufweist. Über das Hebellager lässt sich der Hebel definiert bewegen, so dass das Drosselelement gegenüber dem Drosselventilsitz bewegbar, insbesondere kippend bewegbar, ist.
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Im Zusammenhang mit dem Hebellager hat es sich ferner als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Hebel in dem Hebellager schwimmend gelagert ist. Hierdurch können etwaige Spannungen, welche beispielsweise bei Längenänderungen des Hebels durch Temperaturänderung auftreten könnten, im Lagerbereich ausgeglichen werden.
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Es hat sich darüber hinaus überaus bewährt, wenn das Hebellager zwischen zwei Gehäuseteilen angeordnet ist. Hierdurch kann die Montagefreundlichkeit des Drosselventils erhöht werden, da der Hebel in dem Hebellager ohne zusätzlichen Montageaufwand durch einfache Montage beider Gehäuseteile anordbar ist.
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Eine weitere, überaus vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass das Drosselelement mit einem Dichtelement zur Abdichtung des Strömungskanals verbunden ist. Das Dichtelement kann zur Abdichtung des Strömungskanals dienen, weshalb ein Austritt des Fluids aus dem Strömungskanal vermieden wird. Es kann vorgesehen sein, dass das Drosselelement einstückig mit dem Dichtelement verbunden ist, wodurch beide Elemente in nur einem Montageschritt montierbar sind. Insbesondere kann es von Vorteil sein, wenn das Drosselelement kreisförmig und das Dichtelement ringförmig ausgestaltet sind und das Drosselelement innerhalb des Dichtelements angeordnet ist. Abweichend von der Kreisform können auch andere Formen des Drosselelements vorteilhaft sein, etwa ein tropfenförmiges, ein dreieckiges oder ein vieleckiges Drosselelement. Die Ringform kann in diesen Fällen entsprechend angepasst werden, es können also tropfenförmige, dreieckige oder mehreckige Ringe vorgesehen sein. Die Ringe können sich gleichmäßig um das Dichtelement herum erstrecken. Bevorzugt können das Drosselelement und das Dichtelement aus dem gleichen Material, insbesondere aus einem Elastomer oder Gummi, bestehen. Bei Anordnung des Drosselelements zwischen zwei Gehäuseteilen kann das Dichtelement die beiden Gehäuseteile gegeneinander abdichten.
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Ferner ist es vorteilhaft, wenn der Hebel in einer Hebelaufnahme gegenüber dem Fluidstrom abgedichtet aufgenommen ist. Hierdurch kann eine Medientrennung des Hebels gegenüber dem Fluid erreicht werden.
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In diesem Zusammenhang hat es sich bewährt, wenn sich die Hebelaufnahme durch das Drosselelement und durch das Dichtelement hindurch erstreckt. Auf diese Weise kann der Hebel mit dem Drosselelement konstruktiv einfach verbunden werden. Darüber hinaus kann sich der Hebel aus dem mediendurchströmten Bereich in den trockenen Bereich des Drosselventils erstrecken, ohne dass die Dichtwirkung des Dichtelements hierdurch beeinträchtigt wird. Auch werden zusätzliche Dichtstellen vermieden. Der Hebel kann in die Hebelaufnahme eingesteckt sein. Der Hebel kann zusätzlich in der Hebelaufnahme verklebt sein.
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Bei dem Verfahren der eingangs genannten Art wird zur Lös u n g der vorstehend genannten Aufgabe vorgeschlagen, dass durch Betätigung der Drosseleinstellung das Drosselelement über einen Hebel bewegt und hierdurch dessen Drosselstellung zum Drosseln des Fluidstroms eingestellt wird. Es ergeben sich die im Zusammenhang mit dem Drosselventil erörterten Vorteile.
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Bei dem Verfahren hat es sich zudem als vorteilhaft herausgestellt, wenn das Drosselventil gemäß einem Merkmal oder mehreren der vorstehend genannten Merkmale ausgebildet ist. Die im Zusammenhang mit dem Drosselventil beschriebenen Merkmale können einzeln oder in Kombination auch bei dem Verfahren zur Anwendung kommen. Es ergeben sich die beschriebenen Vorteile.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile erfindungsgemäßer Drosselventile werden nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Darin zeigen:
- 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Drosselventils in einer perspektivischen Ansicht,
- 2a bis 2c das Drosselventil gemäß 1 in einer Offen-, Schließ- und Zwischenstellung in jeweils einer Schnittansicht,
- 3 Bestandteile des Drosselventils gemäß 1 in einer perspektivischen Einzelansicht und
- 4a, 4b ein zweites Ausführungsbeispiel eines Drosselventils in verschiedenen Ansichten.
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Das in der 1 dargestellte Drosselventil 1 kann in verschiedenen Bereichen der Technik zum Drosseln unterschiedlicher Fluidströme F eingesetzt werden. So ist es beispielsweise möglich, das Drosselventil 1 in der Sanitärtechnik zum Drosseln von Wasserströmen oder in der Lebensmitteltechnik zum Drosseln von Dampf- und/oder Gasströmen einzusetzen. Aufgrund der flexiblen Einsatzmöglichkeiten ist die Anwendung des Drosselventils 1 nicht auf bestimmte technische Bereiche beschränkt und es können sowohl Flüssigkeits- als auch Gasströme gedrosselt werden.
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Das Drosselventil 1 weist einen rohrförmigen Strömungskanal 2 auf, durch welchen ein Fluid hindurchströmen kann. Der Fluidstrom F kann hierbei über eine an dem Drosselventil 1 anliegende Druckdifferenz des Fluids erreicht werden.
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Der Strömungskanal 2 weist gemäß 2a, 2b einen Drosselventilsitz 3 auf. Der Drosselventilsitz 3 ist ringförmig nach Art eines Rohrauslasses ausgestaltet. Der Drosselventilsitz 3 ist konzentrisch zu einer Mittelachse A2 des Drosselventils 1 angeordnet. Die Mittelachse A2 entspricht hierbei der Hauptströmungsachse des Strömungskanals 2, also der Hauptströmungsachse des Fluidstromes F.
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Zum Öffnen und Schließen des Drosselventilsitzes 3 weist das Drosselventil 1 ferner als wesentlichen Bestandteil ein tellerförmiges Drosselelement 4 auf. Das Drosselelement 4 ist gegenüber dem Drosselventilsitz 3 bewegbar angeordnet, vgl. 2a bis 2c. Durch Kippbewegung des Drosselelements 4 wird der Drosselventilsitz 3 geöffnet oder geschlossen und der Fluidstrom F entsprechend reguliert.
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Das Drosselelement 4 ist gemäß 2b, 2c in Strömungsrichtung des Fluidstromes F selbsttätig öffnend angeordnet. Bei einem ausreichend großen Druck des Fluids an dem Drosselelement 4 wird dieses aus der geschlossenen Drosselstellung in die geöffnete Drosselstellung kippend bewegt, vgl. 2a nach 2b. Das Drosselelement 4 öffnet folglich mit und schließt entgegen dem Fluidstrom F. Alternativ hierzu ist jedoch ebenfalls eine selbsttätig schließende Anordnung des Drosselelements 4 denkbar.
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Aufgrund der Querschnittsverengung an dem Drosselventilsitz 3 durch das Drosselelement 4 kommt es zur Drosslung des Fluidstromes F. Die Drosselwirkung des Drosselventils 1 ist abhängig von der Drosselstellung des Drosselelements 4. So ist die Drosselwirkung beispielsweise größer, wenn das Drosselelement 4 den Drosselventilsitz 3 nur wenig öffnet, vgl. 2c, und entsprechend kleiner, wenn das Drosselelement 4 den Drosselventilsitz 3 weiter öffnet, vgl. 2b.
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Die Stellung des Drosselelements 4 lässt sich über eine vom Strömungskanal 2 räumlich getrennte Drosseleinstellung 5 einstellen, vgl. auch 1.
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Die Drosseleinstellung 5 weist gemäß 2a, 2b, 2c ein erstes Einstellelement 5.1 und ein gegenüber dem ersten Einstellelement 5.1 bewegbares zweites Einstellelement 5.2 auf.
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Das erste Einstellelement 5.1 ist über eine Gewindeeinstellung 7 nach Art einer Gewindespindel drehbeweglich gelagert. Durch manuelle Drehbetätigung des Einstellelements 5.1 durch einen Benutzer resultiert durch die Gewindeeinstellung 7 entsprechend eine Drehschub-Bewegung entlang der Stellachse A1 . Alternativ zur Betätigung des Einstellelements 5.1 von Hand kann ebenso eine automatische Betätigung, beispielsweise durch einen Linear- oder Schrittmotor, vorgesehen sein. Das erste Einstellelement 5.1 lässt sich im Falle einer Handbetätigung über eine Kontermutter 9 lagesichern.
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Das zweite Einstellelement 5.2 ist in axialer Richtung linear beweglich gelagert und kann entlang der Stellachse A1 linear bewegt werden. Die Lagerung des Einstellelements 5.2 ist als Gleitlagerung ausgestaltet.
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Die Einstellelemente 5.1, 5.2 sind über eine Feder 10 miteinander gekoppelt. Die Feder 10 ist hierbei als druckbelastete Spiralfeder ausgestaltet und spannt die Einstellelemente 5.1, 5.2 gegeneinander vor. Die Feder 10 ist an einem Lagerzapfen 5.3 des ersten Einstellelements 5.1 angeordnet und von einer Bohrung 5.4 des zweiten Einstellelements 5.2 aufgenommen. Der Lagerzapfen 5.3 und die Bohrung 5.4 dienen zur definierten Einfederung der Feder 10, vgl. 2b. Darüber hinaus können diese zum montagefreundlichen Anordnen der Feder 10 bei Montage des Drosselventils 1 dienen.
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In einer konstruktiv besonders einfach ausgestalteten Variante des Drosselventils 1 ist es alternativ zu den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen zur Kopplung der Einstellelemente 5.1, 5.2 über die Feder 10 auch möglich, die Einstellelemente 5.1, 5.2 starr miteinander zu verbinden oder auch einstückig auszugestalten, beispielsweise als Gewindeschraube. Bei einer derartigen Ausgestaltung kann bei Betätigung der Drosseleinstellung 5 die Stellung des Drosselelements 3 direkt eingestellt werden, unabhängig von der an dem Drosselelement 3 anliegenden Druckdifferenz.
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Zur Kopplung der Drosseleinstellung 5 mit dem Drosselelement 4 weist das Drosselventil 1 gemäß 2a, 2b und 2c einen Hebel 6 auf. Der Hebel 6 ist hierfür gemäß 2a bis 2c an einem ersten Hebelende 6.1 mit der Drosseleinstellung 5 und an einem zweiten Hebelende 6.2 mit dem Drosselelement 4 verbunden.
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Gemäß 3 ist das erste Hebelende 6.1 gabelförmig ausgestaltet, um den Hebel 6 schwenkbeweglich mit dem Einstellelement 5.2 zu verbinden. Das gabelförmige Hebelende 6.1 lässt sich ohne größeren Montageaufwand an einem korrespondierend ausgestalteten Ende des Einstellelements 5.2 aufstecken. Alternative Ausgestaltungen des Hebelendes 6.1 sind jedoch ebenso denkbar. So könnte beispielsweise an dem Hebelende 6.1 eine einfache Bohrung vorgesehen sein, so dass der Hebel 6 durch einen Steckbolzen an der Drosseleinstellung 5 anordbar wäre.
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An dem dem Hebelende 6.1 gegenüberliegenden Hebelende 6.2 sind ein Drosselelement 4 und ein Dichtelement 8 angeordnet. Gemäß 3 ist das ringförmige Dichtelement 8 um das kreisförmige Drosselelement 4 konzentrisch angeordnet. Das Drosselelement 4 und das Dichtelement 8 sind über einen Steg 15 miteinander verbunden, wobei das Drosselelement 4, das Dichtelement 8 und der Steg 15 einstückig aus einem elastischen Material, wie beispielsweise Gummi oder elastischem Kunststoff, ausgestaltet sind. Alternativ wäre es ebenso denkbar, das Drosselelement 4, das Dichtelement 8 und den Steg 15 mehrstückig auszugestalten.
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Zur Anordnung des Drosselelements 4 und des Dichtelements 8 an dem Hebel 6 erstreckt sich durch das Drosselelement 4, das Dichtelement 8 und den Steg 15 eine Hebelaufnahme 14, vgl. auch 2a bis 2c. Die Hebelaufnahme 14 nimmt den Hebel 6 derart auf, dass der Hebel 6 gegenüber dem Fluidstrom F abgedichtet ist. Das Hebelende 6.2 ist steckend in der Hebelaufnahme 14 aufgenommen, wobei alternativ oder zusätzlich der Hebel 6 in der Hebelaufnahme 14 auch verklebt oder einvulkanisiert sein kann.
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Das Drosselventil 1 weist gemäß 1 und 2a bis 2c ferner ein Gehäuse 11 auf. Das Gehäuse 11 ist zweiteilig mit einer ersten Gehäusehälfte 11.1 und einer zweiten Gehäusehälfte 11.2 ausgestaltet, welche im montierten Zustand über Befestigungsmittel 16 miteinander verbunden sind. Die Gehäusehälften 11.1, 11.2 sind über einen Flansch miteinander verbunden.
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Die Befestigungsmittel 16 sind als hantelförmige Steckteile zur werkzeuglosen Montage der Gehäusehälften 11.1, 11.2 ausgestaltet. Die Befestigungsmittel 16 sind von der Seite her in die zusammengeführten Gehäusehälften 11.1, 11.2 einsteckbar. Durch vier Befestigungsmittel 16 wird eine gleichmäßige Verbindung der Gehäusehälften 11.1, 11.2 ermöglicht, wobei ebenso eine von vier abweichenden Anzahlen an Befestigungsmitteln 16 möglich ist. Alternativ oder zusätzlich können die Befestigungsmittel 16 schraubbar ausgebildet sein, beispielsweise als Schraubbolzen oder schraubbares Steckteil. Ebenfalls denkbar wäre es, die Gehäusehälften 11.1, 11.2 über eine Klipsverbindung miteinander zu verbinden.
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Zwischen den Gehäusehälften 11.1, 11.2 ist im Bereich der Flanschverbindung das Dichtelement 8 zur Abdichtung des Strömungskanals 2 angeordnet. Das Dichtelement 8 dichtet die Gehäusehälften 11.1, 11.2 nach Art einer Flanschdichtung ab. Die Gehäusehälften 11.1, 11.2 weisen zur Anordnung des Dichtelements 8 jeweils eine Dichtelementaufnahme 11.7 auf. Die Dichtelementaufnahmen 11.7 sind als Nuten in den Gehäusehälften 11.1, 11.2, insbesondere als Nuten an jeweils einer Stirnfläche der Gehäusehälften 11.1, 11.2, ausgebildet. Bei Verbindung der Gehäusehälften 11.1, 11.2 durch die Befestigungsmittel 16 wird die Dichtung 8 dichtend vorgespannt. Während der Öffnungs- oder Schließbewegung des Drosselelements 4 verbleibt die Dichtung 8 im Wesentlichen unbeweglich in der Dichtelementaufnahme 11.7.
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Der Hebel 6 ist ebenfalls teilweise zwischen den Gehäusehälften 11.1, 11.2 angeordnet. Das Hebelende 6.1 ist in der Hebelaufnahme 14 aufgenommen, welche als Teil des Drosselelements 4, des Dichtelements 8 und des Stegs 15 ausgebildet ist. Durch die Hebelaufnahme 14 wird das Hebelende 6.1 gegenüber dem Fluidstrom F abgedichtet. Hierdurch wird eine Medientrennung des Hebels 6 vom Fluid ermöglicht.
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Der Hebel 6 erstreckt sich durch das Dichtelement 8 hindurch. Hierdurch wird eine Abdichtung des teilweise innerhalb und teilweise außerhalb des Gehäuses 11 angeordneten Hebels 6 durch das Dichtelement 8 ermöglicht. Das Dichtelement 8 erfüllt insofern eine Doppelfunktion, indem das Dichtelement 8 den Strömungskanal 2 und den Hebel 6 abdichtet. Konstruktionsbedingt ist eine zusätzliche Abdichtung des Hebels 6 daher nicht notwendig.
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Zum Hebeln und zum Lagern des Hebels 6 weist das Gehäuse 11 ein Hebellager 11.3 auf. Das Hebellager 11.3 weist Ausnehmungen 11.9 auf und ist nach Art eines Trichters als Teil der Gehäusehälften 11.1, 11.2 ausgestaltet. Der Hebel 6 erstreckt sich durch das Hebellager 11.3 hindurch.
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Das Hebellager 11.3 weist ferner einen Hebelpunkt 11.8 auf, über welchen der Hebel 6 hebelbar ist. Der Hebelpunkt 11.8 ist Teil der ersten Gehäusehälfte 11.1. Es ist möglich, dass die zweite Gehäusehälfte 11.2 ebenfalls einen Hebelpunkt 11.8 aufweist.
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Der Hebelpunkt 11.8 ist als vorstehender Hebelpunkt 11.8, insbesondere nach Art eines nasenförmigen Vorsprungs, ausgestaltet. Über den Hebelpunkt 11.8 lässt sich der Hebel 6 wippenartig hebeln. Hierbei liegt der Hebel 6 an dem Hebelpunkt 11.8 an, vgl. 2b, und kippt um den Hebelpunkt 11.8 bei weiterer Öffnungsbewegung des Drosselelements 4. Durch die Ausnehmung 11.9 wird vermieden, dass der Hebel 6 bei der Kippbewegung an das Gehäuseteil 11.1 anschlägt.
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Das Drosselventil 1 weist einen trockenen Bereich 12 und einen mediendurchströmten Bereich 13 auf, vgl. 2a, 2b. Der trockene Bereich 12 ist vollständig von dem Fluidstrom F getrennt, so dass hier eine Medientrennung vorliegt. Im mediendurchströmten Bereich 13 sind der von dem Fluid durchströmte Strömungskanal 2 mit Drosselventilsitz 3 und das Drosselelement 4, das Dichtelement 8 sowie der Steg 15 angeordnet, welche entsprechend von dem Fluidstrom F durch- und/oder umströmt werden. Der Hebel 6 ist teilweise im trockenen und teilweise im mediendurchströmten Bereich 13 angeordnet. Der Hebel 6 wird jedoch aufgrund der Hebelaufnahme 14 von dem Drosselelement 4, dem Dichtelement 8 und dem Steg 15 gegenüber dem Fluid abgedichtet. Der Hebel 6 ist daher von dem Fluidstrom F mediengetrennt.
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Die derartige Aufteilung in den trockenen Bereich 12 und mediendurchströmten Bereich 13 kann neben der Vermeidung von Tot- und Stauwasserbereichen bei unterschiedlichen Fluidströmen F weitere Vorteile mit sich bringen. So ist es beispielsweise denkbar, dass Fluidströme F besonders hoher oder besonders niedriger Temperaturen durch den Strömungskanal 2 strömen und die Wärmeleitung aufgrund der räumlichen Trennung gegenüber den im trockenen Bereich 12 angeordneten Bestandteilen des Drosselventils 1 minimiert werden kann.
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Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Drosselventils 1 soll nachfolgend anhand der 2a bis 2c nun im Einzelnen erläutert werden.
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Über einen Zulauf 11.4 und einen Auslauf 11.5 des Gehäuses 11 wird das Drosselventil 1, beispielsweise an ein vorhandenes Rohrleitungssystem, angeschlossen. Der Zulauf 11.4 und der Auslauf 11.5 sind hierbei als Schnellsteck-Anschlüsse ausgestaltet.
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Gemäß 2a befindet sich das Drosselventil 1 zunächst in geschlossenem Zustand. Das Drosselelement 4 wird aufgrund der Federspannung der Feder 10 über den Hebel 6 auf dem Ventilsitz 3 gehalten, so dass dieser verschlossen ist und kein Fluidstrom F strömt.
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Zwischen Zulauf 11.4 und Auslauf 11.5 kann sich eine Druckdifferenz über dem Drosselelement 4 ergeben. Überschreitet diese Druckdifferenz einen von der Vorspannung der Feder 10 abhängigen Wert, so öffnet das Drosselelement 4. Das Drosselventil 1 befindet sich daraufhin im geöffneten Zustand, vgl. 2a nach 2b, 2c.
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Bei diesem Öffnungsvorgang wird das Drosselelement 4 kippend geöffnet. Der Hebel 6 ist über das Hebellager 11.3 gelagert und wird über dieses gehebelt. Aufgrund der Kopplung durch den Hebel 6 wird mit Bewegung des Drosselelements 4 das Einstellelement 5.2 entlang der Stellachse A1 linear bewegt. Der Hebel 6 übersetzt insofern die Kippbewegung des Drosselelements 4 in die Linearbewegung des Einstellelements 5.2. Umgekehrt übersetzt der Hebel 6 die Linearbewegung des Einstellelements 5.2 auch in die Kippbewegung des Drosselelements 4.
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Zur Begrenzung der Linearbewegung des Einstellelements 5.2 weisen die Einstellelemente 5.1, 5.2 jeweils einen Anschlag 5.5, 5.6 auf. Sobald die Anschläge 5.5, 5.6 gegeneinander anschlagen, endet aufgrund der Kopplung über den Hebel 6 ebenfalls die Bewegung des Drosselelements 4. Das Drosselelement 4 befindet sich im geöffneten Zustand und der Drosselventilsitz 3 ist gemäß 2b, 2c geöffnet. Im geöffneten Zustand strömt der Fluidstrom F durch den Strömungskanal 2 und wird gedrosselt.
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Die Drosselung des Fluidstroms F kann über die Drosseleinstellung 5 eingestellt werden, indem die Drosselstellung des Drosselelements 4 entsprechend eingestellt wird. Zur Einstellung wird das Einstellelement 5.1 drehbetätigt, woraus eine Dreh-Schub-Bewegung durch die Gewindeeinstellung 7 resultiert. Wird das Einstellelement 5.1 entsprechend betätigt, verschiebt sich mit diesem auch der Anschlag 5.5, an welchem der Anschlag 5.6 des zweiten Einstellelements 5.2 anschlägt. Es folgt, dass durch Betätigung des Einstellelements 5.1 die Drosselstellung des Drosselelements 4 einstellbar ist. Das Einstellelements 5.1 lässt sich nach erfolgter Betätigung durch eine Kontermutter 9 lagesichern.
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Die maximale Offenstellung des Drosselelements 4 resultiert aus dem Anschlag 5.5, so dass der Anschlag 5.5 als Doppelanschlag, insbesondere nach in der Darstellung links und rechts, wirkt. Die maximale Offenstellung ergibt sich, sobald der Anschlag 5.5 an dem Gehäuse 11 gemäß 2b anschlägt. Aufgrund der Gewindeeinstellung 7 lassen sich neben der maximalen Offenstellung des Drosselelements 4 jedoch auch Zwischenstellungen stufenlos einstellen, vgl. 2c.
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Das Einstellelement 5.1 ist sowohl in offener Drosselstellung gemäß 2b und 2c als auch in geschlossener Drosselstellung gemäß 2a betätigbar.
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Aus dem geöffneten Zustand gemäß 2b und 2c kann sich das Drosselventil 1 schließen, sobald die über dem Drosselelement 4 anliegende Druckdifferenz zwischen Zulauf 11.4 und Auslauf 11.5 den kritischen Wert unterschreitet. Dann wird das Drosselelement 4 aufgrund der Federspannung der Feder 10 über den Hebel 6 entsprechend zurück auf den Ventilsitz 3 bewegt und dieser verschlossen, indem das Einstellelement 5.2 von dem Einstellelement 5.1 durch die Feder 10 linear wegbewegt wird, vgl. 2b, 2c nach 2a.
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Zum druckunabhängigen Schließen des Drosselventils 1 ist es auch möglich, das geöffnete Drosselelement 4 über die Drosseleinstellung 5 zu schließen. Hierzu wird das an dem zweiten Einstellelement 5.2 anschlagende Einstellelement 5.1, beispielsweise gemäß 2c, weiter betätigt, bis das Drosselelement 4 den Ventilsitz 3 schließt. Es kann zusätzlich auch ein weiterer Anschlag, insbesondere an der Drosseleinstellung 5, vorgesehen sein, welcher die Betätigung der Einstellelement 5.1 derart begrenzt, dass eine Betätigung über den geschlossenen Zustand des Drosselelements 4 hinaus vermieden werden kann.
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Konstruktionsbedingt ergibt sich bei dem Drosselventil 1 der Vorteil, dass die Feder 10 in geschlossener Drosselstellung des Drosselelements 4 einen Überdruckschutz und in offener Drosselstellung des Drosselelements 4 einen Rücklaufschutz gewährleistet.
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Gemäß 2a ist das Drosselelement 4 geschlossen. Kommt es nun zu einem plötzlichen Druckanstieg im Zulauf 11.4, beispielsweise durch eine Druckspitze, und/oder einem plötzlichen Druckabfall im Ablauf 11.5 so öffnet das Drosselelement 4 entgegen der Federkraft der Feder 10 automatisch, ohne dass ein Benutzereingriff notwendig ist.
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Gemäß 2b, 2c ist das Drosselelement 4 geöffnet. Kommt es nun zu einem plötzlichen Druckabfall im Zulauf 11.4 und/oder einem plötzlichen Druckanstieg im Ablauf 11.5, beispielsweise durch eine Druckspitze, so schließt das Drosselelement mit der Federkraft der Feder 10 automatisch, ohne dass ein Benutzereingriff notwendig ist. Hierdurch kann ein Rücklaufen des Fluidstromes F vermieden werden. Insofern dient das Drosselventil 1 auch als Rückschlagventil.
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Die 4a und 4b stellen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Drosselventils 1 dar, welches sich neben den wesentlichen Bestandteilen des zuvor beschriebenen Drosselventils 1 gemäß 1 und 2 vor allem durch einen weiteren Zulauf 11.6 auszeichnet. Das Drosselventil 1 ist insoweit als 3/2-Wege Drosselventil 1 ausgestaltet. Es ergeben sich die zuvor beschriebenen Vorteile.
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Das Drosselventil 1 weist zwei Zuläufe 11.4, 11.6 und einen Auslauf 11.5 auf, welche in einer T-Form zueinander angeordnet sind. Die Zuläufe 11.4, 11.6 sind hierbei in der Darstellung horizontal in einer Linie und der Auslauf 11.5 in der Darstellung vertikal orientiert.
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Das Drosselelement 4 befindet sich in der geschlossenen Stellung und verschließt den Zulauf 11.4. Der Strömungskanal 2 zwischen dem Zulauf 11.6 und dem Auslauf 11.5 ist dauerhaft geöffnet, weshalb ein Fluidstrom F' auch im geschlossenen Zustand des Drosselelements 4 bei dieser Ausführung des Drosselventils 1 strömen kann.
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Der Öffnungsvorgang des Drosselelements 4 erfolgt nach dem zuvor beschriebenen Prinzip. Übersteigt die über dem Drosselelement 4 anliegende Druckdifferenz einen kritischen Wert, so öffnet das Drosselelement 4 den Drosselventilsitz 3. Zusätzlich zu dem bereits strömenden Fluidstrom F' strömt der weitere Fluidstrom F vom Zulauf 11.4 zum Auslauf 11.5.
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Über die Drosseleinstellung 5 ist der Fluidstrom F regulierbar, indem die Stellung des Drosselelements 4 eingestellt wird. Je nach Einstellung ändert sich das Mischungsverhältnis der Fluidströme F' und F, weshalb über die Drosseleinstellung 5 insofern die Zusammensetzung des am Auslauf 11.5 ausströmenden Fluidstroms einstellbar ist. Der am Auslauf 11.5 ausströmende Fluidstrom ergibt sich aus der Menge der beiden Fluidströme F' und F.
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Für eine weitere, konstruktiv besonders einfache Ausführung des Drosselventils 1 gemäß 4a, 4b kann vorgesehen sein, auf die Kopplung der Einstellelemente 5.1, 5.2 durch die Feder 10 zu verzichten. Eine Feder 10 ist dann nicht vorgesehen. Hierdurch kann ein frühes Öffnen des Drosselelements 4 erreicht werden, da die Federkraft dann nicht entgegen der Öffnungsbewegung wirkt. Der Fluidfluss F lässt sich bei einer derartigen Ausgestaltung in zuvor geschriebener Weise über die Drosseleinstellung 5 regulieren.
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Das Drosselventil 1 gemäß 4a, 4b eignet sich zum Mischen unterschiedlicher Fluidströme F', F und kann in unterschiedlichen Bereichen der Technik eingesetzt werden. So ist es beispielsweise denkbar, dass das Drosselventil 1 im Bereich der Nahrungsmitteltechnologie zum Mischen von Getränken angewendet wird, um beispielsweise Wasser mit einem Sirup zu mischen, oder im Bereich der Landwirtschaft, um beispielsweise Wasser mit einem Düngemittel und/oder Unkrautvernichter zu mischen.
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Die vorstehend beschriebenen Drosselventile 1 zeichnen sich aufgrund der Hebelkopplung des Drosselelements 4 mit der Drosseleinstellung 5 durch geringe Tot- und Stauwasserzonen aus, weshalb sich das Drosselventil 1 für eine Vielzahl unterschiedlicher Anwendungen eignet. Das Drosselventil 1 weist eine mediengetrennte Bauweise mit einem im mediendurchströmten Bereich 13 liegenden Drosselelement 4 und einer im trockenen Bereich 12 angeordneten Drosseleinstellung 5 auf. Der Hebel 6 verbindet die Bereiche 12, 13, ohne dass hierzu zusätzliche Dichtstellen erforderlich wären.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Drosselventil
- 2
- Strömungskanal
- 3
- Drosselventilsitz
- 4
- Drosselelement
- 5
- Drosseleinstellung
- 5.1
- Einstellelement
- 5.2
- Einstellelement
- 5.3
- Lagerzapfen
- 5.4
- Bohrung
- 5.5
- Anschlag
- 5.6
- Anschlag
- 6
- Hebel
- 6.1
- Hebelende
- 6.2
- Hebelende
- 7
- Gewindeeinstellung
- 8
- Dichtelement
- 9
- Kontermutter
- 10
- Feder
- 11
- Gehäuse
- 11.1
- Gehäuseteil
- 11.2
- Gehäuseteil
- 11.3
- Hebellager
- 11.4
- Zulauf
- 11.5
- Auslauf
- 11.6
- Zulauf
- 11.7
- Dichtelementaufnahme
- 11.8
- Hebelpunkt
- 11.9
- Ausnehmung
- 12
- Trockener Bereich
- 13
- Mediendurchströmter Bereich
- 14
- Hebelaufnahme
- 15
- Steg
- 16
- Befestigungsmittel
- F
- Fluidstrom
- F'
- Fluidstrom
- A1
- Stellachse
- A2
- Mittelachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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