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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mischeinheit zur Bildung eines Gemisches aus einem Trägerfluid und einem Zusatzfluid, insbesondere für Feldspritzen, mit einer Trägerfluidöffnung zum Einströmen des Trägerfluids und einer Ausströmöffnung zum Ausströmen des Gemisches. Einen weiteren Gegenstand der Erfindung bildet ein Mischsystem mit mindestens zwei Dosierventilen, zur Dosierung mindestens zweier einem Trägerfluid beizumischender Zusatzfluide, und einer Mischeinheit.
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Mischeinheiten kommen überall dort zur Anwendung, wo mehrere Fluide miteinander vermischt werden sollen. Dabei wird üblicherweise einer grö-ßeren Menge eines Fluids, dem Trägerfluid, eine kleinere Menge eines anderen Fluids, das Zusatzfluid, zugesetzt. Das Trägerfluid und das Zusatzfluid werden dann gemeinsam derart vermischt, dass sich ein möglichst homogenes Gemisch beider Fluide einstellt.
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Solche Gemische kommen beispielsweise in der Landwirtschaft und dort insbesondere bei der Bewirtschaftung von Feldern zum Einsatz. Dort werden Zusatzfluide, wie beispielsweise Pflanzenschutzmittel, Flüssigdünger, Fungizide, Pestizide oder Herbizide, einem Trägerfluid, bei dem es sich zumeist um Wasser handelt, zugesetzt. Nach dem Vermischen wird das Gemisch beispielsweise mittels Feldspritzen auf dem zu bewirtschaftenden Feld ausgebracht. Dabei ist es entscheidend, ein möglichst homogenes Gemisch auszubringen. Bei einem inhomogenen Gemisch kommt es nämlich zur lokalen Über- oder Unterdosierung aufgrund einer ungewollt schwankenden Konzentration. Dies ist nicht nur unwirtschaftlich, sondern kann den angebauten Pflanzen zudem auch schaden oder diese gar eingehen lassen.
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Um ein möglichst homogenes Gemisch zu erhalten, werden das Zusatzfluid und das Trägerfluid bei bekannten Lösungen vor dem Ausbringen auf das Feld in einem Fluidtank miteinander vermischt. Hierzu strömt das Trägerfluid über eine Trägerfluidöffnung in den Fluidtank ein. Über diese Trägerfluidöffnung wird ebenfalls das Zusatzfluid vor, nach oder zeitgleich mit dem Trägerfluid in den Fluidtank gefüllt. Mittels eines Rührwerkzeugs werden beide Fluide dann in dem Fluidtank durchmischt. Zum Ausbringen auf dem Feld strömt das Gemisch über eine Ausströmöffnung dann aus dem Tank in Richtung einer Feldspritze aus, welche das Gemisch auf das Feld spritzt.
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Für große Gemischmengen hat sich diese Art des Mischens bewährt. Jedoch lässt sich die Zusammensetzung des Gemisches nicht nachträglich verändern, insbesondere zugemischte Zusatzfluide können nicht einfach aus dem Gemisch entfernt werden. Gerade für Anwendungen, bei denen nicht überall das gleiche Gemisch ausgebracht, sondern die Zusammensetzung des Gemisches auch in kleinen Mengen an unterschiedliche Situationen angepasst werden soll, wie beispielsweise an die Bodenbeschaffenheit, einen lokal beschränkten Schädlings- oder Krankheitsbefall, die Art der am Ausbringungsort wachsenden Unkräuter oder sonstigen Gegebenheiten, hat sich das einmalige Anmischen einer großen Gemischmenge und die sich hieraus ergebene Inflexibilität in dessen Anpassung als nachteilig erwiesen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt daher darin, eine Mischeinheit anzugeben, welche ein homogenes Gemisch erzeugt und zudem eine flexible und schnelle Anpassung der Zusammensetzung des Gemisches an unterschiedliche Situationen ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird bei einer Mischeinheit der eingangs genannten Art durch einen zwischen der Trägerfluidöffnung und der Ausströmöffnung angeordneten Mischkanal mit mindestens zwei Beimischöffnungen zum Beimischen von Zusatzfluiden gelöst.
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Durch den zwischen der Trägerfluidöffnung und der Ausströmöffnung angeordneten Mischkanal mit mindestens zwei Beimischöffnungen können unterschiedliche Zusatzfluide dem, von der Trägerfluidöffnung in Richtung der Ausströmöffnung strömenden, Trägerfluid bedarfsgerecht beigemischt werden. Der Mischkanal ist dabei im Strömungsweg zwischen der Trägerfluidöffnung und der Ausströmöffnung angeordnet und sorgt für eine homogene Gemischbildung.
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In vorteilhafter Weise sind die Beimischöffnungen entlang der Richtung des Mischkanals beabstandet zueinander angeordnet. Die Zugänglichkeit der Beimischöffnungen kann durch diese Anordnung gesteigert werden. Die Zufuhr der Zusatzfluide zu den Beimischöffnungen kann vereinfacht werden.
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Weiter vorteilhaft ist es, wenn jeder Beimischöffnung eine Ventilaufnahme zur Aufnahme eines Dosierventils zugeordnet ist. Die Ventilaufnahme kann ein Dosierventil, auf einfache Art zur Verbindung des Dosierventils mit dem Mischelement, aufnehmen. Über die Ventilaufnahme kann ein Dosierventil, zur Regelung der dem Trägerfluid beizumischenden Zusatzfluidmenge, mit der Beimischöffnung zusammenwirken. Die beizumischende Zusatzfluidmenge kann für jede Beimischöffnung individuell geregelt werden. Die Zusammensetzung des Gemisches kann auf einfache Weise angepasst werden.
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Ferner können die Ventilaufnahmen Eingriffe zum Eingreifen der Dosierventile in die Ventilaufnahmen aufweisen. Mittels der Eingriffe können die Dosierventile auf einfache Weise an den Ventilaufnahmen angeordnet werden.
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Bevorzugt weisen die Ventilaufnahmen einen Verriegelungsbereich zur Verriegelung des Dosierventils in der Ventilaufnahme auf. Der Verriegelungsbereich kann eine stabile Anordnung des Dosierventils in der Ventilaufnahme ermöglichen. Das Dosierventil kann gegen ein ungewolltes Lösen aus der Ventilaufnahme gesichert werden. Bevorzugt kann das in den Eingriff eingreifende Dosierventil zur Verriegelung nach Art eines Bajonettverschlusses in den Verriegelungsbereich überführt werden, insbesondere durch eine Drehung um eine Ventillängsachse.
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Es kann konstruktiv vorgesehen sein, dass der Verriegelungsbereich auf einer Seite durch eine Halteplatte begrenzt ist. Der hohlraumförmige Verriegelungsbereich kann auf fertigungstechnisch einfache Weise durch eine Bearbeitung von einer Seite in die Mischeinheit eingebracht werden, beispielsweise mittels einer Fräse. Ebenfalls kann ein einfaches Ausbilden des Verriegelungsbereichs während eines Gießfertigungsverfahrens ermöglicht werden. Eine herstellungsbedingte offene Seite des Verriegelungsbereichs kann durch die Halteplatte verschlossen werden.
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In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn die Halteplatte zu Montagezwecken mit einer Ausrichtungskontur zusammenwirkt. Eine Fehlausrichtung der Halteplatte kann durch das Zusammenwirken mit der Ausrichtungskontur bei der Montage verhindert werden. Ausnehmungen in der Halteplatte können auf einfache Weise fluchtend zu den Ventilaufnahmen ausgerichtet werden. Die Ausrichtungskontur kann ein Verdrehen der Halteplatte verhindern, insbesondere bei oder nach der Montage. Um das Zusammenwirken mit der Halteplatte zu bewirken, kann die Ausrichtungskontur in komplementär ausgeformte Ausnehmungen der Halteplatte eingreifen, gleichwohl kann auch die Halteplatte in eine als Ausnehmung ausgebildete Ausrichtungskontur eingreifen. Besonders bevorzugt kann die Halteplatte mit mehreren, vorzugsweise symmetrisch angeordneten, Ausrichtungskonturen zusammenwirken, insbesondere mit drei Ausrichtungskonturen.
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Vorzugsweise bildet die Halteplatte eine mischkanalabgewandte Verriegelungsfläche des Verriegelungsbereichs. Die Halteplatte kann ein in dem Verriegelungsbereich verriegeltes Dosierventil gegen ein Lösen entlang einer vom Mischkanal weggerichteten Richtung sichern. Dabei kann die Halteplatte Ausnehmungen aufweisen, welche im montierten Zustand die Eingriffe der Ventilaufnahmen freigeben, um ein Eingreifen der Dosierventile in diese Eingriffe zu ermöglichen.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Trägerfluidöffnung und die Ventilaufnahmen parallel zueinander durchströmbar. Durch die parallele Durchströmbarkeit der Trägerfluidöffnung und der Ventilaufnahmen können das Trägerfluid und die Zusatzfluide dem Mischelement von der gleichen Seite kommend zugeführt werden. Eine kompakte Bauform der Mischeinheit quer zu der Strömungsrichtung des Trägerfluids in die Mischeinheit kann erzielt werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Ventilaufnahmen symmetrisch zur Trägerfluidöffnung angeordnet, insbesondere mit gleichem Abstand zur Trägerfluidöffnung. Durch die symmetrische Anordnung der Ventilaufnahmen kann eine hohe Variabilität beim Einbau der Mischeinheit, beispielsweise in ein Mischsystem, erzielt werden. Die Ventilaufnahmen können dabei einen gleichmäßigen Winkelversatz zueinander aufweisen. Beispielsweise können zwei Ventilaufnahmen einen Winkelversatz von 180°, drei Ventilaufnahmen einen Winkelversatz von 120° und vier Ventilaufnahmen einen Winkelversatz von 90° zueinander aufweisen. Die Ventilaufnahmen können auf dem Umfang eines Kreises mit der Trägerfluidöffnung im Zentrum angeordnet sein.
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Bevorzugt ist die Trägerfluidöffnung parallel, insbesondere koaxial, zu der Ausströmöffnung durchströmbar. Das Trägerfluid kann über die Trägerfluidöffnung parallel zu der Richtung in die Mischeinheit einströmen, entlang welcher das Gemisch aus der Mischeinheit durch die Ausströmöffnung ausströmt. Durch diese Anordnung kann die Mischeinheit auf einfache Art und Weise in einen bestehenden Strömungsweg des Trägerfluids außerhalb der Mischeinheit integriert werden.
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Ferner kann die Trägerfluidöffnung zentral in einer Stirnfläche angeordnet sein. Eine zur Trägerfluidöffnung symmetrische Bauform der Mischeinheit, insbesondere eine zylindrische Bauform, kann erzielt werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Mischeinheit zwei zusammensetzbare Mischeinheitshälften auf, wobei der Mischkanal zwischen den Mischeinheitshälften angeordnet ist. Die Mischeinheitshälften können auf fertigungstechnisch einfache Weise getrennt voneinander hergestellt und/oder bearbeitet werden. Zur Montage der Mischeinheit können die beiden Mischeinheitshälften zusammengesetzt werden. Dabei können sie beispielsweise durch Schrauben, Kleben, Verschweißen oder Verspannen aneinander angeordnet werden. Die Mischeinheitshälften können eine im Wesentlichen gleiche äußere Form aufweisen. Beispielsweise können die Mischeinheitshälften nach Art eines Zylinders ausgebildet sein und im zusammengesetzten Zustand eine zylinderförmige Mischeinheit bilden.
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Weiter vorteilhaft ist es, wenn der Mischkanal nach Art einer Vertiefung in die erste Mischeinheitshälfte eingebracht ist und die zweite Mischeinheitshälfte den Mischkanal nach Art eines Deckels verschließt. Der Mischkanal kann auf fertigungstechnische einfache Art und Weise, beispielsweise bei einem Gießen der Mischeinheitshälfte oder durch eine abtragende Bearbeitung, wie beispielsweise durch ein Abfräsen, in die erste Mischeinheitshälfte eingebracht werden. Die zweite Mischeinheitshälfte kann den Mischkanal nach Art eines Deckels verschließen, um so ein ungewolltes Herausströmen der Fluide aus dem Mischkanal zu verhindern. Beide Mischeinheitshälften können derart ausgebildet sein, dass sie ein Herausströmen des Gemisches aus dem Mischkanal lediglich über mindestens einen Mischkanalauslass gestatten.
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Bevorzugt weist mindestens eine Mischeinheitshälfte eine Dichtungselementaufnahme, zur Aufnahme eines den Mischkanal abdichtenden Dichtungselements, auf. Das in der Dichtungselementaufnahme aufgenommene Dichtungselement kann ein ungewolltes Austreten des Gemisches aus dem Mischkanal verhindern. Die Dichtungselementaufnahme kann bei der Montage ein Verrutschen des Dichtungselements verhindern. Das Dichtungselement kann derart von der Dichtungselementaufnahme aufgenommen werden, dass das Dichtungselement im zusammengesetzten Zustand der beiden Mischeinheitshälften zwischen diesen angeordnet ist. Die zusammengesetzten Mischeinheitshälften können das Dichtungselement zur Abdichtung komprimieren. Das Dichtungselement kann den Mischkanal nach Art einer Umrandung umgeben.
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Vorzugsweise weist die Dichtungselementaufnahme zwei konzentrische Kreisabschnitte auf. Zwischen diesen Kreisabschnitten kann der Mischkanal angeordnet sein.
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Ferner kann es konstruktiv vorgesehen sein, dass die Kreisabschnitte über einen Stegabschnitt miteinander verbunden sind. Der Stegabschnitt kann ein ungewolltes, unmittelbares Strömen des Trägerfluids, von einem am Anfang des Mischkanals befindlichen Mischkanaleinlasses zu einem am Ende des Mischkanals befindlichen Mischkanalauslasses, ohne dass das Trägerfluid den Mischkanal durchströmt, verhindern.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Mischkanal quer zur Trägerfluidöffnung und/oder zur Ausströmöffnung durchströmbar. Es kann eine kompakte Bauform in Richtung der Trägerfluidöffnung und/oder der Ausströmöffnung mit einem im Vergleich zur Bauform langen Mischkanal erzielt werden. Das über die Trägerfluidöffnung in die Mischeinheit einströmende Trägerfluid kann quer zu seiner Strömungsrichtung in den Mischkanal umgelenkt werden. Das im Mischkanal strömende Gemisch kann zum Ausströmen aus der Mischeinheit quer zu seiner Strömungsrichtung in die Ausströmöffnung umgelenkt werden.
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Vorzugsweise verläuft der Mischkanal im Wesentlichen kreissegmentförmig. Durch den kreissegmentförmigen Verlauf kann der Mischkanal auf bauraumsparende Art ausgebildet werden. Insbesondere bei Mischeinheiten mit einem kreisförmigen Querschnitt kann der zur Verfügung stehende Bauraum effizient zur Erzielung eines möglichst langen Mischkanals ausgenutzt werden.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Mischkanal Umlenkungen zur Verlängerung des Strömungswegs im Mischkanal auf. Durch einen verlängerten Strömungsweg kann das Vermischen von Trägerfluid und Zusatzfluiden zur Erzielung eines homogenen Gemisches verbessert werden. Durch die Umlenkungen kann der Strömungsweg labyrinthförmig, mäanderförmig, zickzackförmig, wellenförmig oder in einer unregelmäßigen Form verlaufen.
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In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn der Mischkanal Umlenkeinbuchtungen zur Umlenkung des Strömungswegs aufweist. An den Umlenkeinbuchtungen kann es zu turbulenten Strömungen kommen, welche zur besseren Vermischung des Trägerfluids mit den Zusatzfluiden beitragen können. Die Umlenkeinbuchtungen können als Ausbuchtungen einer den Mischkanal begrenzenden Mischeinheitshälfte ausgebildet sein. Vorzugsweise können die Umlenkeinbuchtungen zur Verlängerung des Strömungswegs eines im Wesentlichen kreissegmentförmigen Mischkanals vorgesehen sein.
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Es kann konstruktiv vorgesehen sein, dass sich die Umlenkeinbuchtungen alternierend von gegenüberliegenden Seitenwänden des Mischkanals in diesen hinein erstrecken. Die Umlenkeinbuchtungen können alternierend zu je einer Mischeinheitshälfte gehörig ausgebildet sein.
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Bei einem Mischsystem der eingangs genannten Art wird zur Lös u n g der vorstehenden Aufgabe vorgeschlagen, dass die Mischeinheit in der zuvor beschriebenen Weise ausgebildet ist, wodurch sich die im Zusammenhang mit der Mischeinheit beschriebenen Vorteile ergeben.
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Es hat sich darüber hinaus als konstruktiv vorteilhaft erwiesen, wenn ein Anschlussstück zur Zuführung des Trägerfluids mit der Trägerfluidöffnung der Mischeinheit verbunden ist. Über das Anschlussstück kann das Trägerfluid auf besonders einfache Art und Weise über die Trägerfluidöffnung in die Mischeinheit einströmen. Das Anschlussstück kann formschlüssig, kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig mit der Trägerfluidöffnung verbunden sein. Insbesondere kann das Anschlussstück in die Trägerfluidöffnung eingeschraubt, mit dieser über einen Bajonettverschluss verriegelt, in die Trägerfluidöffnung eingesteckt, eingeklebt und/oder mit ihr verschweißt werden.
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Bevorzugt ist eine Halteplatte mittels des Anschlussstücks an einer Mischeinheitshälfte befestigt. Gesonderte Befestigungsvorrichtungen zur Befestigung der Halteplatte an der Mischeinheitshälfte können auf fertigungstechnisch vorteilhafte Art und Weise eingespart werden. Bevorzugt verspannt das Anschlussstück die Halteplatte gegenüber der Mischeinheitshälfte. Das Anschlussstück kann zur Befestigung, insbesondere zentral, durch die Halteplatte hindurchgreifen.
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Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Dosierventile als mediengetrennte 2/2-Wege-Ventile, insbesondere als direktwirkende Magnetventile, ausgebildet sind. Die 2/2-Wege-Ventile können ein einfaches Dosieren der jeweiligen Zusatzfluide ermöglichen. Die Zusammensetzung des Gemisches kann durch die Dosierung, der dem Trägerfluid beizumischenden Zusatzfluide, auf besonders einfache Art flexibel angepasst werden. Durch das mediengetrennte Dosierventil wird eine mechanisch zuverlässige korrosionsbeständige Dosiermöglichkeit zur Verfügung gestellt. Insbesondere direktwirkende Magnetventile zeichnen sich dabei durch eine einfache und robuste Steuerbarkeit aus. Um eine abgestufte Dosierung der Zusatzfluide zu ermöglichen, können die Dosierventile drosselbar ausgebildet sein. Die Drosselbarkeit kann über ein gesondertes Drosselelement, insbesondere eine einstellbare Drossel, oder ein regelbares Magnetventil erzielt werden.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile einer erfindungsgemäßen Mischeinheit sowie eines Mischsystems sollen nachfolgend anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung exemplarisch erläutert werden. Darin zeigen:
- 1 eine perspektivische Darstellung eines Mischsystems,
- 2 eine Draufsicht auf das Mischsystem gemäß 1,
- 3 einen perspektivischen Teilschnitt des Mischsystems aus 1,
- 4 eine perspektivische Darstellung einer Mischeinheitshälfte einer Mischeinheit des Mischsystems,
- 5 einen perspektivischen Teilschnitt des Mischsystems aus einer anderen Perspektive mit einer unvollständigen Mischeinheit,
- 6 eine Untersicht des Mischsystems gemäß 5 und
- 7 einen perspektivischen Teilschnitt der Mischeinheit des Mischsystems.
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1 zeigt ein Mischsystem 100, welches beispielsweise bei einer Feldspritze zum Aufbringen eines Gemisches eingesetzt wird. Über ein Anschlussstück 60 wird ein Trägerfluid dem Mischsystem 100 zugeführt. Im gleichen Abstand um dieses Anschlussstück 60 sind drei Dosierventile 50 mit einem Winkelversatz von 120° zueinander angeordnet, wie dies auch in 2 zu erkennen ist. Über die Dosierventile 50 können Zusatzfluide, welche dem Trägerfluid beigemischt werden sollen, dosiert werden. Das Trägerfluid und die Zusatzfluide strömen über das Anschlussstück 60 bzw. die Dosierventile 50 in eine Mischeinheit 1 ein, in welche die Fluide derart gemischt werden, dass sich ein homogenes Gemisch einstellt. Dieses kann dann auf der dem Anschlussstück 60 gegenüberliegenden Seite der Mischeinheit 1 aus dieser ausströmen.
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Wie in dem in 3 dargestellten Teilschnitt des Mischsystems 100 dargestellt ist, ist das Anschlussstück 60 zur Zuführung des Trägerfluids in eine Trägerfluidöffnung 2 der Mischeinheit 1 eingeschraubt. Um ein Austreten des Trägerfluids in dem Übergangsbereich zwischen dem Anschlussstück 60 und der Mischeinheit 1 zu verhindern, ist an der mischeinheitsseitigen Stirnfläche des Anschlussstücks 60 ein scheibenförmiges Dichtungselement 61 vorgesehen. Dieses wird beim Einschrauben des Anschlussstücks 60 in die Trägerfluidöffnung 2 komprimiert und dichtet so den Übergang zwischen dem Anschlussstück 60 und der Mischeinheit 1 ab.
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Das, über das Anschlussstück 60 und die Trägerfluidöffnung 2 in die Mischeinheit 1, einströmende Trägerfluid wird über einen sich quer zur Einströmungsrichtung E erstreckenden Verbindungskanal 11 in Richtung eines Mischkanals 4 umgeleitet. Aus fabrikationstechnischen Gründen wird der Verbindungskanal 11 als radial nach innen verlaufende Bohrung hergestellt. Damit das Trägerfluid nicht über den Verbindungskanal 11 direkt aus der Mischeinheit 1 austreten kann, verschließt eine Verschlusskugel 15, die nach mischeinheitsaußen gewandte Öffnung des Verbindungskanals 11.
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Das im Verbindungskanal 11 strömende Trägerfluid tritt über einen Mischkanaleinlass 12 in den Mischkanal 4 ein. Über Beimischöffnungen 5 des Mischkanals 4 können die Zusatzfluide dem Trägerfluid beigemischt werden. Das hierbei entstehende Gemisch tritt am Ende des Mischkanals 4 über einen Mischkanalauslass 13 aus. Hieran anschließend strömt das Gemisch, über die Ausströmöffnung 3 entlang der Strömungsrichtung A aus der Mischeinheit 1 und damit dem Mischsystem 100, aus.
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Die Beimischöffnungen 5 sind entlang des Mischkanals 4 zueinander beabstandet angeordnet. Jeder Beimischöffnung 5 ist dabei eine Ventilaufnahme 6 zur Aufnahme eines Dosierventils 50 zugeordnet.
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Die Dosierventile 50 sind als mediengetrennte direktwirkende Magnetventile ausgebildet. Jedes Dosierventil 50 umfasst einen Magneten 52, welcher im aktivierten Zustand einen Plunger 53 entgegen einer Feder 54 anzieht. Die Feder 54 wird dabei derart vorgespannt, dass der Plunger 53 nach einem Entmagnetisieren des Magneten 52 durch die Federkraft wieder in seine ursprüngliche Stellung bewegt wird. Der linear bewegliche Plunger 53 ist über einen Ventilhebel 55 mit einem Dichtungselement 56 wirkverbunden. Bei der Magnetisierung des als Elektromagnet ausgebildeten Magnets 52 wird der Plunger 53 in das Innere des Magneten 52 gezogen, wodurch das Dichtungselement 56 mittels des Ventilhebels 55 in die entgegengesetzte Richtung verschwenkt wird.
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Das Dichtungselement 56 ist derart ausgebildet, dass es den mit dem Zusatzfluid in Kontakt tretenden Endbereich des Ventilhebels 55 vollständig umgibt. Zugleich bildet das Dichtungselement 56 durch seine Anordnung in der Gehäusewand des Dosierventils 50 ein Drehlager für die Bewegung des Ventilhebels 55.
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Durch die Bewegung des Dichtungselements 56 beim Anziehen des Plungers 53 wird ein Ventilsitz 57 des Dosierventils 50 freigegeben, so dass das Zusatzfluid durch den Ventilsitz 57 in Richtung der Mischeinheit 1 strömen kann. Durch die Anordnung des Dichtungselements 57 und des Ventilhebels 55 ist das Dosierventil 50 derart mediengetrennt ausgestaltet, dass der Magnet 52, der Plunger 53, die Feder 54 und der Ventilhebel 55 nicht in direkten Kontakt mit dem Zusatzfluid gelangen. Die hier dargestellten Dosierventile 50 sind nach Art von 2/2-Wege-Ventilen ausgebildet, können gleichwohl aber auch mehrere Schaltstufen aufweisen, welche eine genauere Dosierung und/oder Drosselung der in Richtung Mischeinheit 1 strömenden Zusatzfluidmenge ermöglichen.
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Im geöffneten Zustand des Dosierventils 50 strömt das Zusatzfluid durch den Ventilsitz 57 sowie über die Ventilaufnahme 6 in die Beimischöffnung 5 und damit in den Mischkanal 4 ein. Um ein ungewolltes Austreten des Fluids im Übergangsbereich zwischen dem Dosierventil 50 und der Ventilaufnahme 6 zu verhindern, weist das Dosierventil 50 ein o-ringförmiges Dichtungselement 51 auf, welches den Übergangsbereich abdichtet. Dieses Dichtungselement 51 schließt den Übergang, zwischen dem Dosierventil 50 und der Ventilaufnahme 6 bei der Befestigung des Dosierventils 50 an der Mischeinheit 1, formschlüssig ab.
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Zur Verbindung des Dosierventils 50 weisen die Ventilaufnahmen 6 Eingriffe 19 auf, über welche das Dosierventil 50 in die Mischeinheit 1 eingreifen kann. Diese Eingriffe 19 sind in der 4 zu erkennen, welche eine ventilseitige Mischeinheitshälfte 7 der Mischeinheit 1 zeigt. Die Eingriffe 19 sind in einer kreuzförmigen Geometrie um die jeweiligen Ventilaufnahmen 6 angeordnet. Die Eingriffe 19 grenzen an Verriegelungsbereiche 20 der Ventilaufnahmen 6 an. Diese Verriegelungsbereiche 20 erstrecken sich entlang der Ventilaufnahme 6 tiefer als die Eingriffe 19 in die Mischeinheit 1 hinein. Zur Befestigung an der Mischeinheit 1 werden die komplementär zu den Eingriffen 19 ausgebildeten Enden der Dosierventile 50 zunächst in die Eingriffe 19 eingesteckt. Hieran anschließend werden die Dosierventile 50 um ihre Längsachse derart gedreht, dass ihre Enden von den Eingriffen 19 in die Verriegelungsbereiche 20 überführt werden. Durch die Verriegelungsbereiche 20 wird ein Lösen der Dosierventile 50 von den Ventilaufnahmen 6 formschlüssig nach Art eines Bajonettverschlusses verhindert.
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Wie in 4 zu erkennen, sind die Verriegelungsbereiche 20 als Einbuchtungen in der Mischeinheitshälfte 7 ausgebildet. Dies hat den konstruktiven Vorteil, dass die Verriegelungsbereiche 20 einfach durch einseitige Bearbeitung, wie beispielsweise ein Fräsen, hergestellt werden können. Diese Ausgestaltung der Verriegelungsbereiche 20 gestattet auch die Herstellung der aus Kunststoff bestehenden Mischeinheitshälfte 7 mittels eines Spritzgussverfahrens. Dies ist fertigungstechnisch vorteilhaft, jedoch lässt sich dabei kein einstückiger Verriegelungsbereich 20 mit einer mischeinheitsabgewandten Verriegelungsfläche herstellen.
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Daher ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Halteplatte 21 vorgesehen, welche auf der ventilseitigen Stirnfläche 10 der Mischeinheitshälfte 7 angeordnet ist. Diese Halteplatte 21 ist in der 7 nicht dargestellt, wird jedoch beispielsweise in den 1 bis 3 gezeigt. Die Halteplatte 21 begrenzt den Verriegelungsbereich 20 auf der für die Bearbeitung offen gelassenen Seite, welche in 4 einen direkten Blick in den Verriegelungsbereich 20 ermöglicht. Die der Mischeinheitshälfte 7 zugewandte Seite der Halteplatte 21 bildet im Bereich der Verriegelungsbereiche 20 eine mischkanalabgewandte Verriegelungsfläche 22 des jeweiligen Verriegelungsbereichs 20. Bei der Befestigung des Dosierventils 50 wird diese Verriegelungsfläche 22 durch die mit der Ventilaufnahme 6 in Eingriff gelangenden Bereiche des Dosierventils 50 hintergriffen, so dass das Dosierventil 50 gegen ein unbeabsichtigtes Lösen von der Mischeinheit 1 gesichert wird.
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Zur Montage wirkt die Halteplatte 21 mit als Leitrippen ausgebildeten Ausrichtungskonturen 16 der Mischeinheitshälfte 7 zusammen. Die Ausrichtungskonturen 16 greifen dabei in entsprechend komplementäre Ausnehmungen der Halteplatte 21 ein. Dies ermöglicht ein einfaches Ausrichten der Halteplatte 21 gegenüber der Mischeinheitshälfte 7, wobei insbesondere Durchbrüche für die Dosierventile 50 in der Halteplatte 21 auf einfache und zuverlässige Weise fluchtend mit den Ventilaufnahmen 6 ausgerichtet werden können. Die Ausrichtungskonturen 16 fungieren zudem als Verdrehsicherung der Halteplatte 21, da diese durch den Eingriff in die Halteplatte 21 ein ungewolltes Verdrehen selbiger verhindern.
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Die Halteplatte 21 wird mittels des Anschlussstücks 60 an der Mischeinheitshälfte 7 befestigt. Dabei übt das Anschlussstück 60 beim Einschrauben in die Mischeinheitshälfte 7 eine Kraft in Richtung der Mischeinheitshälfte 7 auf die Halteplatte 21 aus. Die Halteplatte 21 wird hierdurch gegenüber der Mischeinheitshälfte 7 verspannt. Auf diese Weise wird eine kraftschlüssige Verbindung zwischen der Halteplatte 21 und der Mischeinheitshälfte 7 erzielt.
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In der Mischeinheit 1 sind die Trägerfluidöffnung 2 und die Beimischöffnungen 5 ebenso parallel zueinander ausgerichtet, wie das Anschlussstück 60 und die Dosierventile 50 des Mischsystems 100. Der Zufluss des Trägerfluids und der Zusatzfluide zu dem Mischsystem 100 und der Mischeinheit 1 erfolgt daher von der gleichen Seite, was insbesondere bei einer Verwendung in Vorrichtungen, wie beispielsweise Feldspritzen, den Vorteil mit sich bringt, dass keine radial nach innen gerichtete Zuflussöffnung erforderlich ist. So können auch mehrere Mischsysteme 100 in einem vergleichsweise engen Abstand nebeneinander angeordnet und eingesetzt werden.
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Wie in der Draufsicht der 2 zu erkennen ist, sind die Ventilaufnahmen 6 und damit auch die in ihnen befestigten Dosierventile 50 symmetrisch zur Trägerfluidöffnung 2 bzw. zum Anschlussstück 60 angeordnet. Dabei sind die Dosierventile 50 im gleichen radialen Abstand auf einem Umfangskreis um das Anschlussstück 60 im Zentrum angeordnet. Zwischen den Dosierventilen 50 stellt sich ein Winkelversatz von 120° ein. Zusammen mit der, zentral in der Stirnfläche 10 der zylinderförmigen Mischeinheit 1 angeordneten, Trägerfluidöffnung 2 kann das Mischsystem 100 daher in verschiedenen Drehpositionen an einer Vorrichtung, wie beispielsweise einem System von Feldspritzen, montiert werden. Aufgrund der Drehsymmetrie kommt es bei der Montage des Mischsystems 100 an Anschlüsse einer Vorrichtung nicht auf die genaue Drehposition an, da das Mischsystem 100 in jeder der drei Drehpositionen montierbar ist, wodurch der Montagevorgang vereinfacht wird.
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Wie oben beschrieben, wird das durch die Trägerfluidöffnung 2 in die Mischeinheit 1 einströmende Trägerfluid über den Verbindungskanal 11 und den Mischkanaleinlass 12 in den Mischkanal 4 geleitet. Der in 5 und 6 zu erkennende im Wesentlichen kreissegmentförmige Mischkanal 4 wird quer zur Trägerfluidöffnung 2 durchströmt. Entlang des Mischkanals 4 werden die Zusatzfluide über die zueinander beabstandet angeordneten Beimischöffnungen 5 derart beigemischt, dass sie sich mit den entlang der Strömungsrichtung S strömenden Trägerfluid vermischen. Am Ende des Mischkanals 4 kann das so entstehende Gemisch durch den Mischkanalauslass 13 aus dem Mischkanal 4 austreten.
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Wie in 7 dargestellt, mündet der Mischkanalauslass 13 in einen weiteren Verbindungskanal 14. Auch dieser ist erneut als radiale Bohrung ausgebildet, dessen radial außenliegende Öffnung durch eine Verschlusskugel 15 verschlossen ist. Über den Verbindungskanal 14 strömt das Gemisch dann zur Ausströmöffnung 3, über welche das Gemisch aus der Mischeinheit 1 entlang der Strömungsrichtung A ausströmt. Die Ausströmöffnung 3 ist dabei entlang der quer zur Strömungsrichtung S des Mischkanals 4 verlaufenden Strömungsrichtung A durchströmbar. Die Strömungsrichtung A verläuft parallel zur Strömungsrichtung E, entlang welcher das Trägerfluid die Trägerfluidöffnung 2 durchströmt. Da die Trägerfluidöffnung 2 und die Ausströmöffnung 3 auf gegenüberliegenden Stirnflächen der Mischeinheit 1 angeordnet sind, fallen die Strömungsrichtungen A und E zusammen, so dass die Trägerfluidöffnung 2 und die Ausströmöffnung 3 koaxial durchströmt werden.
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In 6 ist der Mischkanal 4 detaillierter zu erkennen. Gezeigt ist ein Blick auf die mischkanalseitige Stirnfläche der ventilseitigen Mischeinheitshälfte 7 der aus zwei in radialer Richtung angeordneten Mischeinheitshälften 7, 8 zusammengesetzten Mischeinheit 1. Die Ansicht ist derart teilgeschnitten, dass der Verbindungskanal 11, die Verschlusskugel 15 und die Trägerfluidöffnung 2, welche in der dargestellten Perspektive nicht sichtbar unterhalb des Mischkanals 4 wären, zu erkennen sind. Durch den aufgrund der teilgeschnittenen Darstellung nicht erkennbaren Mischkanaleinlass 12 tritt das Trägerfluid in den Mischkanal 4 ein, wobei ihm durch eine Beimischöffnung 5, welche sich in der Darstellung auf der 12-Uhr-Position befindet, ein Zusatzfluid beigegeben werden kann. Das Trägerfluid und das bereits zugegebene Zusatzfluid strömen entlang des Strömungswegs W durch den Mischkanal 4, wobei sie miteinander vermischt werden. Um eine möglichst gute Vermischung des Trägerfluids mit dem Zusatzfluid zu erreichen, weist der Mischkanal 4 mehrere Umlenkungen auf, welche durch Umlenkeinbuchtungen 9 erzeugt werden. Diese Umlenkeinbuchtungen 9 tragen nicht nur zur Verlängerung des Strömungswegs W durch den Mischkanal 4 bei, sondern können auch zu turbulenten Strömungen im Bereich der jeweiligen Umlenkungen führen, wodurch ein zusätzliches Durchmischen des Trägerfluids und des Zusatzfluids bewirkt wird.
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Durch die sich alternierend von gegenüberliegenden Seitenwänden 4.1, 4.2 des Mischkanals 4 in diesen hinein erstreckenden Umlenkeinbuchtungen 9 verläuft der Strömungsweg W nach Art rechteckförmiger Mäander entlang des kreissegmentförmigen Mischkanals 4. Die Umlenkeinbuchtungen 9 des Mischkanals 4 werden von einstückig ausgebildeten Ausbuchtungen der Mischeinheitshälfte 7 erzeugt.
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Durch diesen verlängerten Strömungsweg W wird ein gleichmäßiges Durchmischen des Trägerfluids mit den Zusatzfluiden ermöglicht. Auch die Zusatzfluide, welche über die beiden weiteren Beimischöffnungen 5, welche sich in 6 auf der 4-Uhr- und 8-Uhr-Position im Mischkanal 4 befinden, beigegeben werden, werden mit dem Trägerfluid derart vermischt, dass ein homogenes Gemisch durch den Mischkanalauslass 13 aus dem Mischkanal 4 austreten kann.
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Wie in 3 bis 7 gezeigt, ist der zwischen den beiden Mischeinheitshälften 7, 8 angeordnete Mischkanal 4 nach Art einer Vertiefung in die Mischeinheitshälfte 7 eingebracht. Dies gestattet eine fertigungstechnisch besonders einfache Herstellung der Mischeinheit 1, bei welcher beide Mischeinheitshälften 7, 8 getrennt voneinander gefertigt werden. Insbesondere der Mischkanal 4 lässt sich dabei einfach in die Mischeinheitshälfte 7 einbringen. So kann er einfach durch abtragende Bearbeitung der Mischeinheitshälfte 7 in diese eingebracht werden. Ebenso ermöglicht diese Anordnung des Mischkanals 4, die Mischeinheitshälfte 7 durch ein Gießverfahren herzustellen, ohne dass schwierig zu gießende Hohlräume gefertigt werden müssen. Vielmehr kann die Mischeinheitshälfte 7 so gefertigt werden, dass der Mischkanal 4 in Richtung einer Stirnfläche der Mischeinheitshälfte 7 wandungslos ausgebildet ist. Um den derart offen gefertigten Mischkanal 4 in der zusammengesetzten Mischeinheit 1 zu verschließen, wirkt die zweite Mischeinheitshälfte 8 nach Art eines Deckels auf den Mischkanal 4.
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Während des Zusammensetzens der beiden Mischeinheitshälften 7, 8 werden diese derart aneinander angeordnet, dass die Trägerfluidöffnung 2 und die Ausströmöffnung 3 nach mischeinheitsaußen weisen und sich der Mischkanal 4 zwischen beiden Mischeinheitshälften 7, 8 erstreckt. In dieser Anordnung können die beiden Mischeinheitshälften 7, 8 durch Verschrauben, Verkleben und/oder gegenseitiges Verspannen in ihrer relativen Position zueinander gesichert werden.
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Um ein Ausströmen des Gemisches aus dem Mischkanal 4 durch andere Öffnungen als den Mischkanalauslass 13 zu verhindern, weist die Mischeinheitshälfte 7 eine Dichtungselementaufnahme 17 zur Aufnahme mindestens eines den Mischkanal 4 abdichtenden Dichtungselements 18 auf. Die Dichtungselementaufnahme 17 umfasst zwei konzentrische Kreisabschnitte 17.1, 17.2, welche jeweils ein ringförmiges Dichtungselement 18 zur Abdichtung des Mischkanals 4 nach radial außen bzw. radial innen aufnehmen. Die beiden Kreisabschnitte 17.1, 17.2 sind über einen Stegabschnitt 17.3 miteinander verbunden. Auch dieser Stegabschnitt 17.3 kann ein Dichtungselement 18 aufnehmen. Das in dem Stegabschnitt 17.3 angeordnete Dichtungselement 18 dient dabei nicht der Abdichtung entlang einer radialen Richtung, sondern verhindert einen ungewollten direkten Fluss des Trägerfluids von dem Mischkanaleinlass 12 zum Mischkanalauslass 13, ohne dass das Trägerfluid vorher den Mischkanal 4 durchströmt. Auf diese Weise kann das Trägerfluid den Mischkanal 4 und die Beimischöffnungen 5 nicht umgehen. Die in den Kreisabschnitten 17.1, 17.2 und dem Stegabschnitt 17.3 der Dichtungselementaufnahme 17 angeordneten Dichtungselemente 18 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel als ein einstückiges und komplementär zur Dichtungselementaufnahme 17 geformtes Dichtungselement 18 ausgebildet.
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Die die Ausströmöffnung 3 umfassende Mischeinheitshälfte 8 kann auf fabrikationstechnisch einfache Art und Weise eine im Wesentlichen plane Stirnfläche zum Verschließen des Mischkanals 4 aufweisen. Eine weitere Dichtungselementaufnahme 17 ist nicht erforderlich, gleichwohl dennoch möglich. Denn das Dichtungselement 18 wird in der Dichtungselementaufnahme 17 der Mischeinheitshälfte 7 gehalten und durch die Stirnfläche der Mischeinheitshälfte 8 beim Zusammensetzen beider Mischeinheitshälften 7, 8 zur Abdichtung komprimiert und fixiert. Die Mischeinheitshälfte 8 umfasst lediglich den Mischkanalauslass 13, den oben beschriebenen Verbindungskanal 14 mit der Verschlusskugel 15 sowie die Ausströmöffnung 3. Somit ist die Mischeinheitshälfte 8 als fabrikationstechnisch besonders einfaches Bauelement ausgebildet. Über die Ausströmöffnung 3 kann die Mischeinheitshälfte 8 auf technisch übliche Art und Weise, beispielsweise mittels einer Schraub-, Steck- oder Verklebungsverbindung, mit weiteren Vorrichtungen, wie beispielsweise einer Feldspritze, verbunden werden.
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Mit Hilfe der vorstehend beschriebenen Mischeinheit 1 und dem Mischsystem 100 ist es möglich, ein homogenes Gemisch aus einem Trägerfluid und mehreren Zusatzfluiden zu erzeugen, dessen Zusammensetzung flexibel und schnell an unterschiedliche Situationen anpassbar ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Mischeinheit
- 2
- Trägerfluidöffnung
- 3
- Ausströmöffnung
- 4
- Mischkanal
- 4.1
- Seitenwand
- 4.2
- Seitenwand
- 5
- Beimischöffnung
- 6
- Ventilaufnahme
- 7
- Mischeinheitshälfte
- 8
- Mischeinheitshälfte
- 9
- Umlenkeinbuchtung
- 10
- Stirnfläche
- 11
- Verbindungskanal
- 12
- Mischkanaleinlass
- 13
- Mischkanalauslass
- 14
- Verbindungskanal
- 15
- Verschlusskugel
- 16
- Ausrichtungskontur
- 17
- Dichtungselementaufnahme
- 17.1
- Kreisabschnitt
- 17.2
- Kreisabschnitt
- 17.3
- Stegabschnitt
- 18
- Dichtungselement
- 19
- Eingriff
- 20
- Verriegelungsbereich
- 21
- Halteplatte
- 22
- Verriegelungsfläche
- 50
- Dosierventil
- 51
- Dichtungselement
- 52
- Magnet
- 53
- Plunger
- 54
- Feder
- 55
- Ventilhebel
- 56
- Dichtungselement
- 57
- Ventilsitz
- 60
- Anschlussstück
- 61
- Dichtungselement
- 100
- Mischsystem
- A
- Strömungsrichtung (Ausströmöffnung)
- E
- Strömungsrichtung (Trägerfluidöffnung)
- S
- Strömungsrichtung (Mischkanal)
- W
- Strömungsweg
