DE2748055A1

DE2748055A1 - Steuergeraet fuer eine fluidstroemung

Info

Publication number: DE2748055A1
Application number: DE19772748055
Authority: DE
Inventors: Dan Bron
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-10-27
Filing date: 1977-10-26
Publication date: 1978-05-11
Also published as: PT67189B; FR2369615A1; IT1213052B; PT67189A; BR7707506A; JPS6020616U; IT1192205B; JPH0359712B2; GB1567988A; JPS5355526A; AU2984277A; AR216110A1; IT8619816A0; NL185246C; CA1065736A; MX145568A; IL65024A0; IL65024A; JPS6217850Y2; GR71666B

Description

Steuergerät für eine Fluidströmung

Die Erfindung betrifft ein Steuergerät für eine Fluidströmung und insbesondere ein Steuergerät für die Strömungsmenge eines Fluids, welches Gerät zum Anschluß an eine Quelle eines unter Druck stehenden Fluids und zur Bewirkung einer Auslaßströmung des Fluids bei einer gesteuerten konstanten Menge trotz Veränderungen im Fluiddruck an der Quelle oder in der Fluidleitung stromabwärts des Geräts geeignet und bestimmt ist.

Es sind bereits verschiedene Arten von Reglern für eine konstante Strömung bekannt.

Gemäß US-PS 33 57 448 besteht ein Ventil aus einem Gehäuse mit Einlaß- und Auslaßöffnungen, aus einer eine Mündung bildenden durchbrochenen Platte, die quer über der Auslaßöffnung befestigt ist und aus einem in dem Ge-

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häuse angeordneten und die Einlaß- und Auslaßöffnungen voneinander trennenden Diaphragma. Das Diaphragma trägt einen Block mit einem zentralen Konus, der zur Zusammenarbeit mit der Mündung zur Begrenzung der Durchströmung derselben geeignet und bestimmt ist.

Bei der Bewegung des Diaphragmas arbeitet der Block gegen die Kraft einer den Block von der Mündung weg drückenden Feder, um die wirksame Fläche der Mündung als Folge der von dem Konus eingenommenen Stellung zu verändern. Zwischen dem Diaphragma und der Einlaßöffnung ist eine durchbrochene Rückhalteplatte vorgesehen. Somit erfolgt in ersichtlicher Weise die Steuerung des Fluidstroms in einer gegebenen Einrichtung mittels der Eigenschaften der Feder, die dazu dient, den Block von der durchbrochenen Platte der Auslaßöffnung wegzudrücken.

Ein anderer ähnlicher Strömungsregler gemäß US-PS 38 86 verfügt über ein in einem Gehäuse mit Ein- und Auslaßöffnung angeordnetes Diaphragma, das seinerseits einen flexiblen äußeren Bereich und einen verdickten Zentralbereich aufweist, der zur Bewegung gegen die Kraft einer Schrauben-Druckfeder geeignet und bestimmt ist, die zwischen dem verdickten Bereich und dem die Auslaßöffnung umgebenden Gehäusebereich angeordnet ist.

Hier ist das Diaphragma wiederum nur zur Unterteilung des Inneren des Gehäuses in zwei Kammern und dafür geeignet und bestimmt, daß sich der verdickte Bereich relativ zu der Auslaßöffnung gegen die Kraft einer Feder bewegen kann,

*) unterteilt

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die den verdickten Bereich von der Auslaßöffnung wegdrückt.

Im Gegensatz zu diesen vorbekannten Geräten sieht die vorliegende Erfindung vor ein Steuergerät für die Durchströmungsmenge eines Fluids, und zwar ein solches mit einem Gehäuse, einer elastischen, streckbaren Membran, die das Innere des Gehäuses in eine erste und eine zweite Kammer unterteilt, einer Einlaßöffnung des Gehäuses, die zu einer Fluidquelle führt und mit der ersten Kammer in Verbindung steht, und einer Auslaßöffnung des Gehäuses, die mit der zweiten Kammer in Verbindung steht, wobei vorgesehen ist, daß die erste und die zweite Kammer miteinander in Fluidverbindung über mindestens einen Durchlaß stehen, dessen Abmessungen während des Betriebs unverändert bleiben,und daß die Membran zwischen den Kammern so angeordnet und befestigt ist, daß die Membran bei Einwirkung einer Fluiddruckdifferenz streckbar und ein Teilbereich der Membran bewegbar ist, und zwar ausschließlich infolge ihrer Elastizität, zwischen Stellungen näher an der Auslaßöffnung zur Verkleinerung der Durchströmungsmenge und Stellungen weiter von der Auslaßöffnung weg zur Vergrößerung der Durchströmungsmenge des Fluids, wobei die Fluidströmung durch die Auslaßöffnung bei einer konstanten Menge mittels der Membran trotz Veränderungen des Fluiddrucks an mindestens einer der öffnungen gesteuert ist.

Hieraus ist erkennbar, daß die Erfindung von den Streckbarkeitseigenschaften einer Membran Gebrauch macht, wobei Teile derselben dazu geeignet und bestimmt sind, sich ausschließlich infolge der Elastizität und Streckbarkeit

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der Membran im Hinblick auf die Auslaßöffnung zu bewegen, um die Auslaßströmung auf einer konstanten Menge trotz Veränderungen in dem Fluiddruck an mindestens einer der öffnungen aufrecht zu erhalten.

Somit stellt das erfindungsgemäße Fluidsteuergerät eine Verbesserung gegenüber den bekannten Geräten in der Einfachheit seiner Konstruktlon durch Vermeidung der Notwendigkeit der Verwendung einer Vielzahl besonders gestalteter und entwickelter Ventilöffnungen sowie durch Überwindung der Notwendigkeit einer schwierigen Montage dieser öffnungen dar. Darüberhinaus sorgt die Abhängigkeit der Steuerung der Fluidströmung ausschließlich von den Eigenschaften der elastischen Membran für ein empfindlicheres Steuergerät, und werden somit die nachteiligen Einflüsse wie die Hysteresis einer Feder überwunden, die bei den bekannten Geräten als Referenzelement Verwendung gefunden hat.

Zwar wird die Erfindung im folgenden in Verbindung mit bestimmten bevorzugten Ausführungsformen beschrieben; jedoch ist es selbstverständlich, daß hierdurch die Erfindung nicht auf diese besonderen Ausführungsformen beschränkt werden soll. Vielmehr soll die Erfindung im Gegensatz hierzu auch alle Alternativen, Abänderungen und äquivalenten Ausbildungen, die unter den Rahmen der in den Ansprüchen definierten Erfindung fallen, erfassen. Die verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung lassen sich im Rahmen einer gleichzeitigen Betrachtung der nachfolgenden erläuternden Beschreibung mit der zugehörigen Zeichnung verstehen; in dieser zeigen:

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Figur 1 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Ströraungsmengen-Steuergerät

Figur 2 einen Querschnitt durch eine andere Ausführungsform

Figur 3 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform

Figur 4 eine Draufsicht auf die Mittel zur Einschränkung bzw. Verkleinerung der Strömung, die in Figur 3 im Querschnitt dargestellt sind und

Figur 5 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines in seiner Strömungsmenge geregelten Infusionsgeräts ähnlich dem Gerät der Figur 3.

Figur 1 zeigt ein Fluidströmungs-Steuergerät 2 mit einem kreisrunden oder zylindrischen Gehäuse 4, dessen Inneres mittels einer elastischen, streckbaren, scheibenförmigen Membran 6, beispielsweise einer Gummimembran, in eine erste Kammer 8 und eine zweite Kammer TO unterteilt ist. Die erste Kammer 8 steht mit einer Einlaßöffnung 12 und die zweite Kammer 10 mit einer AuslaBöffnung 14 in Verbindung. In vorteilhafter Weise ist die Auslaßöffnung 14 wahlweise bzw. gegebenenfalls mit einem rohrförmigen Anschlußstück 16 ausgestattet, das durch Verschiebung oder gewindeförmige Verdrehung mit der Auslaßöffnung 14 in Verbindung steht, wodurch die Einstellung des Abstandes der Auslaßöffnung 18 dieses AnschlußStücks 16 von der Membran 6 in der Ruhestellung er-

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möglicht wird. Ein durchgehender Durchlaß 20 ist in
der Membran an einer Stelle vorgesehen, die abseits
einer durch die Einlaß- und Auslaßöffnungen 12 bzw. 14
hindurchführenden Linie vorgesehen ist.

Wenn während des Betriebs Fluid unter Druck in die
Einlaßöffnung 12 eintritt, fließt es in die Kammer 8
und über den Durchlaß 20 in die Kammer 10 und durch die Auslaßöffnung 18 heraus. Solange die Menge der Fluidströmung kleiner als ein vorbestimmter gewünschter Wert ist, streckt sich die Membran 6 überhaupt nicht oder nur sehr geringfügig in der Richtung der Auslaßöffnung. Wenn die Strömung in der Einlaßöffnung zunimmt und sich einem gewünschten Wert nähert, der durch den Parameter
des Geräts bestimmt ist, stellt sich eine Druckdifferenz an beiden Seiten der Membran zwischen der ersten Einlaßkammer und der zweiten Auslaßkammer in Übereinstimmung mit dem Druckabfall ein, der bei dem Durchfluß des Fluids durch den Durchlaß 20 auftritt. Die Abmessungen des Durchlasses bleiben während des Betriebs konstant und unverändert.
Diese Kraftdifferenz bewirkt, daß sich die Membran weiter in der Richtung der Auslaßöffnung streckt, bis bei einer vorbestimmten Einlaß-Strömungsmenge ein Teil der Membran die Nähe der Auslaßöffnung erreicht und dieselbe einschränkt bzw. verkleinert, wodurch ein weiteres Ansteigen der Durchströmungsmenge verhindert wird. Die elastische Stärke der Membran und der Abstand von der Auslaßöffnung bestimmen die Druckdifferenz an der Membran, und eine gegebene Größe eines Durchlasses bestimmt die Fluid-Durchströmungsmenge. Dagegen ist es bei Verwendung von Membranen mit unterschied-

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lichen elastischen Eigenschaften in einem Steuergerät fester Parameter möglich, verschiedene Werte der Menge der Ausflußströmung zu erreichen. So wird, wenn eine Veränderung der Strömungsmenge des Geräts der Figur 1 gewünscht wird, das rohrförmige Anschlußstück 16 axial verschoben, um die Öffnung 18 relativ zur Membran 6 in eine neue Stellung zu verbringen. Diese Neuanordnung der Öffnung 18 verändert die erforderliche Druckdifferenz, die notwendig ist, die Membran zu der neuen Stellung der Öffnung zu strecken, und verändert folglich in entsprechender Weise die Ausflußströmungsmenge.

Figur 2 zeigt ein Steuergerät für eine konstante Fluidströmung, das insbesondere für kleine Abgabeströmungsmengen und bestimmt ist. Das Gerät besteht aus zwei miteinander verbundenen Gehäuseteilen 4 und 4', einer Einlaßöffnung 12 in dem Gehäuseteil 4 und einer Auslaßöffnung 14 in dem Gehäuseteil 4'. Das Gerät verfügt desweiteren über ein Organ 22, das die Strömung einschränkt und eine gesteuerte Tropf- oder Rieseldurchströmung gestattet. Das Organ 22 ist gegen die innere Oberfläche des Gehäuseteils 4 gehalten und mit einer Öffnung 24 an seinem mittleren Bereich und einem spiralförmigen Kanal an seiner Oberseite ausgestattet. Das Organ 22 ist desweiteren mit einem kurzen Umlaufflansch ausgestattet, der zur Zusammenarbeit mit dem oberen Rand des Gehäuseteils 4' zum dazwischen liegenden Festhalten des Umlaufrandes der Membran 6 bestimmt und geeignet ist. Anstelle des in der Membran 6 selbst vorgesehenen Durchlasses bei der Ausführungsform der Figur 1 ist bei dieser Ausführungsform der einen Verbindungsweg zwischen den Kammern 8 und 10 herstellende Durchlaß in und mittels der Wände der

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Gehäuseteile rund um die Membran gebildet. Der Durchlaß besteht aus einem ersten Abschnitt 30 zwischen einem Seitenrand des Organs 22 und der Innenwand des Gehäuses 4, aus einem zweiten Abschnitt 32 in der Form eines umlaufenden Hohlraums, der von dem Gehäuseteil 4 gebildet ist, und aus einem dritten Abschnitt 34 zwischen dem Gehäuseteil 4' und einer Fläche der Membran 6.

Das in die Einlaßöffnung 12 eintretende Fluid strömt durch die öffnung 24 und trifft auf die Membran 6. Danach tritt das Fluid bei 36 in den die Strömung beschränkenden Kanal 26 ein, fließt entlang des Kanals, um diesen an dem Durchlaßabschnitt 30 zu verlassen,und gelangt von dort über die Durchlaßabschnitte 32 und 34 in die Kammer 10. In Abhängigkeit von der Fluiddruckdifferenz, die sich somit an beiden Seiten der Membran ausbildet, streckt sich die Membran in der Richtung der Auslaßöffnung 14, um die Durchströmung zu beschränken bzw. zu verkleinern, wodurch das Gerät in einer Weise ähnlich der vorstehend unter Bezugnahme auf das Gerät der Figur 1 beschriebenen Weise arbeitet.

Es sollte beachtet werden, daß anstelle des an der oberen Seite des Organs 22 vorgesehenen Kanals 26 zur Strömungsbeschränkung ein solcher Kanal ebenso gut an der unteren Seite des Organs oder in einem vorstehenden Umlaufbereich des Gehäuseteils 4 vorgesehen werden kann, in welchen Fällen der Kanal durch die obere Fläche nur eines Teils der Membran abgedeckt wird. Entsprechende Kanalausbildungen können selbstverständlich auch in dem Gehäuseteil 4' vorgesehen werden. Auch kann ein die Strömung beschränkender Kanal in den Wänden des Gehäuses vorgesehen werden und mittels eines

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labyrinthartigen Weges in an sich bekannter Heise ausgebildet werden.

Die Figuren 3 und 4 zeigen ein einstellbares Steuergerät für eine Fluidströmungsmenge mit einem ringförmigen Organ 38 zur Fluidströmungseinschränkung. Wie am besten aus Figur 4 zu ersehen ist, ist an einer Seite des Organs 38 ein Kanal 40 mit einem Einlaß 42 vorgesehen, der sich bis an den Umfang des Organs 38 erstreckt, wärend das andere Ende des Kanals kurz vor dem Einlaß 42 endet. Das Organ 38 ist zwischen dem Unterteil des Gehäuses und der Membran 6 festgehalten, die ihrerseits umfangsseitig von dem Oberteil des Gehäuses erfaßt ist.

Das über die Einlaßöffnung 12 in die Kammer 8 eintretende Fluid kann durch einen ersten Abschnitt 44 des Durchlasses hindurchströmen, der sich in der Wand des Oberteils des Gehäuses 4 befindet, und von dort rund um die Membran herum in einen zweiten Abschnitt 30 des Durchlasses. Dieser Abschnitt 30 steht mit dem Einlaß 42 des Organs 38 in Verbindung, wodurch das so in den Einlaß eintretende Fluid in dem Kanal 40 zirkuliert und von dort an einem dritten Abschnitt 46 des Durchlasses in den Gehäuseteil 4* austreten kann, welcher Abschnitt zu der Kammer 10 führt. Selbstverständlich kann das Organ 38 auch so angeordnet sein, daß sein Kanal 40 dem Gehäuseteil 4* zugewandt ist, in welchem Fall der Durchlaßabschnitt 46 in dem Gehäuseteil 4 gebildet ist. Wenn bzw. da das Gehäuseteil 4¹ dazu geeignet und bestimmt ist, hinsichtlich des Gehäuseteils 4 und hinsichtlich des Organs 38 axial verdreht zu werden, kann der Durch-

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laßabschnitt 46 durch Verdrehen mit irgendeinem Punkt längs des Kanals 40 in Fluchtung gebracht werden. Diese Fluchtung stellt die wirksame Länge des die Strömung einschränkenden Kanals oder mit anderen Worten ausgedrückt, den wirksamen Widerstand für die Fluidströmung durch den Durchlaß hindurch ein. Bei Verkleinerung der wirksamen Länge des die Strömung einschränkenden Kanals nimmt der Strömungswiderstand ab; eine anfängliche voreingestellte Regelung der Strömung wird durch Einstellung des Widerstandes des Durchlasses für die Fluidströmung erreicht, wonach die Strömungsmenge bei einer konstanten Menge mittels der Membran gesteuert wird.

Figur 5 zeigt eine auseinandergezogene Darstellung eines Regelgeräts für die Strömungsmenge ähnlich demjenigen der Figur 3, das jedoch insbesondere für die Verwendung als in der Strömungsmenge geregeltes Infusionsgerät geeignet ist. Die verschiedenen den Teilen der Figuren 3 und 4 entsprechenden Bauteile sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Wie aus der Figur 5 zu ersehen ist, ist an dem Gehäuseteil 4 einstückig ein Anschlußrohr 48 befestigt, während das Gehäuseteil 4 · mit einer Ringnut 50 ausgestattet ist, die dazu bestimmt und geeignet ist, eine transparente Tropfkammer 52 (die nur teilweise dargestellt ist) in eingeschobener Weise festzuhalten.

Wie oben bereits erläutert wird durch Drehung des Gehäuseteils 4¹ gegenüber dem Gehäuseteil 4 der Durchlaßabschnitt entlang des die Strömung einschränkenden Kanals 40 in die notwendige Stellung gebracht, um hierdurch die wirksame

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Länge des Kanals festzulegen, durch die das Fluid von dem Einlaß 42 hindurch strömen muß, um zu der Kammer 10 zu gelangen. Wenn der Einlaß 42 mit dem Durchlaßabschnitt 46 fluchtet, ist zu dem die Strömung einschränkenden Kanal ein Bypass gebildet und stellt sich somit eine direkte Durchströmung des Durchlasses ein.

Zwar sind besondere Ausführungsformen vorstehend insbesondere unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben und in diesen dargestellt worden; jedoch ist es selbstverständlich, daß die Erfindung auch in anderen besonderen Formen ausgeführt werden kann, ohne den Rahmen der besonderen Merkmale zu verlassen. Die dargestellten Ausführungsformen sind daher in jeder Hinsicht ausschließlich im Hinblick auf eine Erläuterung und keinesfalls einschränkend zu verstehen; der Rahmen der Erfindung wird in erster Linie durch die Ansprüche, darüberhinaus aber auch durch die vorstehende Beschreibung gekennzeichnet, und alle Änderungen innerhalb der Bedeutung und des Äquivalenz· rahmens gelten als zur Erfindung gehörig.

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L e e r s e i t e

Claims

PATENTANWÄLTE 274ÖÜbb

DR. A. VAN DER WERTH DR. FRANZ LEDERER REINER F. MEYER

DlPL-ING. (1934-1974) DIPL-CHEM. DIPL-ING.

Dan Bron

Palmach St., Haifa ,Israel 8000 München 80

LUCILE-GRAHN-STRASSE

TELEFON: (0β9) 472947 TELEX: 524624 UOER D TELEGIL: UDERERPATENT

25. 10. 1977 M/ku

PATENTANSPRÜCHE

( 1·) Steuergerät für die Strömungsmenge eines Fluids mit einem Gehäuse, mit einer elastischen, streckbaren Membran, die das Innere des Gehäuses in eine erste und eine zweite Kammer unterteilt, mit einer Einlassöffnung des Gehäuses, die zu einer Fluidquelle führt und mit der ersten Kammer in Verbindung steht und mit einer Auslaßöffnung des Gehäuses, die mit der zweiten Kammer in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Kammer (8, 10) miteinander in Fluidverbindung über mindestens einen Durchlaß (20) stehen, dessen Abmessungen während des Betriebs unverändert bleiben, und daß die Membran (6) zwischen den Kammern (8, 10) so angeordnet und befestigt ist, daß die Membran (6) bei Einwirkung einer Fluid-Druckdifferenz streckbar und ein Teilbereich der Membran (6) bewegbar ist, und zwar ausschließlich infolge ihrer Elastizität, zwischen Stellungen näher an der Auslaßöffnung (14) zur Verkleinerung der Durchströmungsmenge und Stellungen weiter von der Auslaß-

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Öffnung (14) weg zur Vergrößerung der Durchströmungsmenge des Fluids, wobei die Fluidströmung durch die Auslaßöffnung (14) bei einer konstanten Menge mittels der Membran (6) trotz Veränderungen des Fluiddrucks an mindestens einer der Öffnungen (12, 14) gesteuert ist.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnung (14) ein durch sie hindurchgeführtes und in die zweite Kammer (10) eintretendes rohrförmiges Anschlußstück (16) besitzt, das axial innerhalb der Auslaßöffnung (14) zur Veränderung des Abstandes zwischen dem Anschlußstück (16) und der Oberfläche der Membran (6) axial verschiebbar ist, um so eine Veränderung in der Strömungsmenge zu bewirken.
Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse über zwei ineinander eingreifende Teile (4, 4¹) verfügt, wobei ein erstes Teil (4) die Einlaßöffnung (12) und das zweite Teil (4¹) die Auslaßöffnung (14) enthält.
4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuseteile (4, 4¹) gegeneinander verdrehbar sind.
5. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaß- und Auslaßöffnungen (12, 14) im wesentlichen

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axial miteinander fluchten auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses (4) und auf einer die Membran (6) durchquerenden Linie und daß die Membran (6) mit mindestens einem durchgehenden Durchlaß (2O) ausgestattet ist, der abseits dieser Linie liegt.
6. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der von der ersten Kammer (8) zu der zweiten Kammer (1O) führende Durchlaß in den Wänden des Gehäuses (4, 4¹) rund um die Membran (6) herum ausgebildet ist.
7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaß über ein Mittel (22) zur Strömungsbeschränkung verfügt, das eine gesteuerte Tropf- oder Rieselströmung aus dem Gerät gestattet.
8. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zur Strömungsbegrenzung in einem Kanal (26) besteht, der in einem Organ (22) vorgesehen ist, das seinerseits demontierbar in dem Gehäuse (4, 4') befestigt ist.
9. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zur Strömungsbeschränkung in einem spiralförmigen Kanal (26) besteht.

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10. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekannzeichnet, daß das Mittel zur Strömungsbeschränkung in einem labyrinthförmigen Weg besteht, der in einer inneren Oberfläche des Gehäuses ausgebildet ist.
11. Gerät nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch ein ringförmiges Teil (22) mit einem die Fluidströmung einschränkenden Weg entlang mindestens einer Oberfläche dieses Teils (22), durch einen Einlaßbereich (42) des Weges, der mit einem stromaufwärtigen Bereich des Durchlasses in Verbindung bringbar ist, der seinerseits in einem ersten Teil (4) des Gehäuses ausgebildet ist und durch einen Auslaßbereich des Durchlasses, der in einem zweiten Teil (4¹) des Gehäuses ausgebildet ist, wobei der Auslaßbereich des Gehäuses durch Verdrehen an einem ausgewählten Punkt entlang des die Strömung beschränkenden Weges zur Einstellung eines vorgewählten wirksamen Widerstandes für die Fluiddurchströmung einstellbar ist.

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