DE3102222A1 - Duesenklappenventil - Google Patents

Description

Dusenklappenventil

Die Erfindung bezieht sich auf ein Dusenklappenventil. Ein Dusenklappenventil ist ein Ventil mit der Funktion des Umwandeins einer sehr kleinen Veränderung in eine große Veränderung des Strömungsdrucks und ist mit einer Düse a einer Klappe b und einer festen Drossel c versehen, die sich vor der Düse befindet, wie es in Figur 1 zu sehen ist, und ist eine Einrichtung zum Verstärken des Öldrucks mit dem Verändern des Düsenrückdrucks Pn durch Verändern der Öffnung ΔΧ zwischen der Düse a und der Klappe b. Durch Verwenden des Prinzips, daß ein aus einer Öldruckquelle kommendes Strömungsmittel beim Dusenklappenventil unter einem festen Druck Fs gehalten wird, wird durch die feste Drossel c und die Düse a hindurchgeht und den Raum Z\ X zwischen der Düse a und der Klappe b in die Atmosphäre abgegeben, steigt aber beim Verringern des Raumes ΔΧ der Strömungswiderstand an und deshalb nimmt das Strömungsvolumen ab und hiermit nimmt auch der Druckabfall an der festen Drossel ab und der Druck Pn am Ausgangsende d nimmt zu. Der Ausgang Pn wird durch Bewegen der Klappe b geregelt, um den Raum Δ X zwischen dieser Klappe und der Düse a zu vergrößern oder zu verkleinern.

Bei einem solchen üblichen Klappenventil besteht die Klappe b aus einem plattenförmigen Körper, besitzt die Oberfläche e, die in rechtem Winkel zur Düsenachse a liegt und die Oberfläche e soll stets in rechtem Winkel oder praktisch in rechtem Winkel zur Düsenachse eben gehalten werden, wenn sich die Klappe bewegt. Deshalb ist der Bewegungsmechanismus der Klappe b bei einem herkömmlichen Du- " senklappenventil kompliziert und erfordert eine große Kraft,

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wenn das Ventil groß ist, und ist hart, um es digital zu regeln. Ferner wird bei solchen herkömmlichen Düsenklappenventil en, wenn das aus der Düse a ausgetretene Strömungsmittel auf die Fläche einer Stelle der Klappe b auftrifft, diese Stelle wahrscheinlich sich abnutzen wird, und wenn das Ventil lange mit dem Zwischenraum ΔΚ zwischen der Düse a und der Klappe b benutzt wird, eng. Der Zwischenraum ά X wird dann wahrscheinlich mit dem Schmutz im Strömungsmittel verstopft, so das er praktisch verkleinert wird.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Düsenklappenventil anzugeben, bei dem die der Klappenbetätigungsmechanismus klein und die digitale Regelung leicht gemacht werden kann, bei diesem Ventil soll die Abnutzung der Klappe durch das hindurchgehende Strömungsmittel verringert werden, der Zxirischenraum zwischen Düse und Klappe soll nicht durch Schmutz im Strömungsmittel verstopfen, und die Düsenspitze soll bei Kollision mit der Klappe nicht brechen.

Die Erfindung wird mit Hilfe der Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen erläutert.
In (⁵¹Ii Zeichnungen ist:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Düsenklappenventils, die zum Erläutern des Prinzips dieses Ventils dient;

Figur 2 eine schematische Darstellung eines Düsenklappenventils nach der Erfindung;

Figur 5 eine schematische Darstellung eines anderen Ausführungsbeispiels;

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Figur 4- ein Vertikalschnitt einer Einstelleinrichtung, die das Grundprinzip nach Figur 2 verwendet;

Figur 5 ein Schnitt an der Linie A-A der Figur 4; Figur 6 ein Schnitt an der Linie B-B der Figur 5;

Figur 7 ein Vertikalschnitt einer Einstelleinrichtung, die das Grundprinzip nach Figur 3 verwendet;

Figuren 8(1) und 8(11) zeigen die beim Beispiel nach Figuir 7 benutzten Klappenformen;

Figur 9 ist ein Vertikalschnitt der Düsenspitzform des Ventils nach der Erfindung;

Figuren 10(1) und 10(11) sind perspektivische Darstellungen der Düsenformen;

Die Klappe 1 des Ventils nach Figur 2 ist zylindrisch und eine Drehwelle 2 ist in einer exzentrischen Stelle so befestigt und angeordnet, daß der Zwischenraum AX zwischen einer Düse 3 und der zylindrischen Fläche 1a der Klappe 1 durch Drehen dar Welle 2 eingestellt werden kann. In Figur 2 ist die feste Drossel mit 4- und eine Ausgangsöffnung mit 5 bezeichnet.

Die Figuren 4- bis 6 zeigen eine Einstelleinrichtung, die ein solches Düsenklappenventil verwendet.

In Figur 4- ist ein Kolben 3 mit zwei Stangen axial gleitend in eine Zylinderbohrung 12 eingesetzt, die sich im Körper 11 befindet.

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Die dicke Stange, die sich an auf einer kleinen Kolbenflächenseite des Kolbens 13 befindet, besitzt eine Einstellschraube 14a, die an der Spitze befestigt ist. Sie ragt aus dem Körper 11 als Außenstange 14 heraus und besitzt einen Gegenstand M, der Konzentrisch durch die Schraube mit ihr verbunden werden soll. Die dünne Stange an der anderen Seite des Kolbens 13 ragt als Innenstange 16 in eine Abflußkammer 15 hinein, die sich im Körper 11 befindet und ein Abflußloch 15a aufweist. In der Innenstange 16 befindet sich ein Innenkanal 16a, der mit einer Zylinderkammer 17 an der großen Seite durch ein Loch 16b in Verbindung steht. Die Zylinderkammer 17 an der großen Kolbenseite steht mit einem Durchgang 20 in Verbindung, der wiederum mit einer (nicht dargestellten) Druckquelle durch einen Durchgang 18 verbunden ist, der sich im Körper 11 befindet. In diesem Durchgang liegt eine feste Drossel 19. Andererseite steht der Durchgang 20 mit einer Zylinderkammer 21 in Verbindung, die sich an der kleinen Kolbenseite befindet. An der Spitze dieses Innendurchgangs 16a ist eine Düse 22 vorgesehen.

Im Körper 11 wird von einer Drehwelle 24, die sich an der axia]_ ι Verlängerung des so gebildeten Kolbens befindet, eine zylindrische Klappe 23 getragen. Die Drehwelle 24 befindet sich an einer Stelle, die außerhalb der Mitte der zylindrischen Klappe 23 liegt, und ist in den Teil 24a geschaltet, der aus dem Körper 11 zur Welle 27a eines Schrittmotors 27 herausragt, der an einem Traggestell 26 angeordnet ist, das über eine Verbindung 25 am Körper 11 befestigt ist (Figur 5)· ^iQ Verbindung 25 besitzt einen Anschlagstift 28, der nach unten¹ heraus ragt (Figur 6), um den Arbeitswinkelbereich zwischen den Drehstiftwinkelstellungen Qa und Qc zusammen mit den Stiften 29 und 30 zu regulieren, die

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am Körper 11 angebracht sind. Ferner befindet sich zwischen der Spitze des Anschlagstifts 28 und einem Vorsprung 26a eine Spannfeder 31. Der Vorsprung 26a befindet sich am Traggestell 26, so daß die Welle 2£ in der Richtung vorgespannt wird, in der die Klappe 23 von der Düse 22 durch den Anschlagstift 28 getrennt ist.

Die Arbeitsweise dieser Einstelleinrichtung ist wie folgt: Ein unter Druck aus einer (nicht dargestellten) Druckquelle stehenden Strömungsmittel wird in die Zylinderkammer 17 auf der Seite der großen Fläche durch die feste Drossel 19 und den Durchgang 18 hindurchgeführt. Das in die Zylinderkammer 17 geleitete Strömungsmittel wird weiter durch das Loch 16b und den Durchgang 16a aus der Düse 22 in die Ausflußkammer I5 gegeben. In dem Fall wird, wenn der Zwischenraum Δ X zwischen der Düse 22 und der zylindrischen Fläche 23a der Klappe groß genug ist, kein Rückdruck in der Zylinderkammer 17 entstehen und der Kolben 13 bewegt sich unter dem Druck des in die Zylinderkammer 21 geführten Strömungsmittels nach rechts. Wenn sich der Kolben nach rechts bewegt und der Baum A X zwischen Düse 22 und Zylinderfläche 23a der Klappe 23 kleiner wird, steigt der Rückdruck in der Zylinderkammer I7 hiermit an und somit hört die Bewegung des Kolbens I3 auf, wenn der Raum Λ Χ eine richtige Größe erhält. Wenn somit der Druck des unter Druck aus der Druckquelle zugeführten Strömungsmittels immer konstant ist, bleibt der Kolben 12 im Gleichgewicht, wo der Raum Δ X zwischen der Düse 22 und der Zylinderfläche 23a der Klappe 23 immer Konstant ist.

Wenn in diesem Zustand ein digitales Signal in den Schrittmotor 27 gegeben wird, um den Motor zu drehen, wird das Drehmoment auf die Welle 27a, die Verbindung 25 und die

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Welle 24 übertragen. Dann dreht sich der Anschlagstift 28 von Ga nach Qb und Gc nach links in Figur 6 und damit bewegt sich die zylindrische Fläche 23a der Klappe 23 von Sa nach Sb und Sc und nähert sich der Düse 22 in den Figuren 4 und 5· Nun wird wie beschrieben das Druckstromungsmittel durch die feste Drossel 19 vor. der Drossel 22 geführt. Wenn die Zylinderfläche 23a erreicht wird5 wird der Druck im Durchgang 16a, im Loch 16b und in der Zylinderkammer 17 allmählich hoch, um die Kraft zum Drücken des Kolbens nach links zu erhöhen. Andererseits wird der Strömungsmitteldruck auch in die Zylinderkammer

21 geleitet, um den Kolben stets nach recht zu drücken. Wenn jedoch die Kolbenfläche an der Seite der Zylinderkammer 17 größer als die Kolbenfläche an der Seite der Zylinderkammer 21 ist und der Zwischenraum ΔΧ zwischen der Spitze der Düse 22 und der Zylinderfläche 23a einen bestimmten Wert erreicht, gleichen sich die Kräfte zum Drücken des Kolbens I3 nach rechts bzw. nach links einander aus. Wenn ferner der Raum kleiner als ΔΧ wird, wird der Druck der Zylinderkammer 17 höher und drückt den Kolben 13 nach links und somit wird der Gegenstand M, der mit der Außenstange 4 verbunden ist, durch die große Kra.. nach links geführt, die durch den Strömungsdruck verstärkt drd. Wo der Raum wieder Δ X wird kommen die Linksund Rechtskräfte zueinander ins gleichgewicht und halten den Kolben an. Wenn dagegen die Welle 24 sich rechts herum dreht, um die Zylinderfläche 23a der Klappe von der Düse

22 zu trennen und den Zwischenraum ΔX zu vergrößern, verringert sich der Druck der Zylinderkammer I7 unter Wirkung der Drossel 19, bewegt sich der Kolben 13 nach rechts infolge der verstärkten großen Kraft nach rechts und hält an, wenn der -^aum ^X wird, um die Rechts- und Linkskräfte zueinander auszugleichen.

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Wie sich aus der Beschreibung ergibt, ist die Einstelleinrichtung nach dem Beispiel der Figuren 4- und 6 eine solche Einrichtung, bei der der Raum von der Zylinderfläche 23a der Klappe 23 bei ^X gehalten wird, und die Kraft durch das Strömungsmittel für den Kolben verstärkt wird, um der Klappe 23 zu folgen. Deshalb ist es bei der Einstelleinrichtung nach diesem Ausführungsbeispiel nicht notwendig, daß sich die Klappe einzeln mit großem Drehmoment dreht, wenn die zylindrische Klappe 23 vom Schrittmotor 27 gedreht wird. Während der Saum i\X gehalten wird, kann die Lage des Gegenstandes M, der mit der Außenstange 4 verbunden ist, fest und genau digital bestimmt werden. Ferner wird im Fall eines Strom- oder Einergieausfalls, wenn die Erregung des Schrittmotors abgeschaltet wird, durch Wirkung der Feder 31 der Anschlagstift 28 in Kontakt mit dem Stift 29 anhalten und kann deshalb automatisch zum Ausgangspunkt zurückkehren.

Nach dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist beim Düsenklappenventil nach der Erfindung der Aufbau einfach, ein Bauteil erfordert hohe Präzisionsarbeit, eine genaue gerade Linienrichtungseinstellung kann durch eine kleine digitale Dreheinganseinrichtung geringem Drehmoments erzielt werden und der Ausgangspunkt kann auch bei Stromausfall oder Energieausfall zurückgeführt werden.

Bei dem beschriebenem Ausführungsbeispiel ist die Welle 2U- unmittelbar mit der Welle des Schrittmotors 27 verbunden. Wenn jedoch die Geschwindigkeit über Getriebe höher oder niedriger wird, kann natürlich der Ausbau frei gewählt werden.

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Ferner wird allgemein das Verhältnis der Flächen an beiden Seiten des Kolbens 13, d.h. das Verhältnis der Querschnittsflächen in Richtung in rechtem Winkel zur Achse der Zylinderkammern 17 und 21 zu 2:1 gemacht. Auch wenn dieses Verhältnis nicht immer 2:1 ist, ist der Betrieb möglich.

Wenn ferner der Belastungsgegenstand M nicht am Kolben 13 angebracht ist und eine Funktion eines Spulventils zwischen den Zylinder 12 und den Kolben I3 eingeführt wird, kann die -Einrichtung als Öl durckrege 1 ventil benutzt werden.

Nach der Erfindung kann der Ausgangspunkt einfach und automatisch von einer Feder und einem mechanischen Stopmechanismus zurückgeführt werden. Beispielsweise wird auch tatsächlich im Fall eines Schrittmotors mit vier Phasen und einem Schritt von 1,8 Grad, wenn vier Spulen A, B, G und D erregt werden, eine Umdrehung von 360 Grad mit 200 Schritten erhalten. Wenn deshalb die erregte Spule, die in ihren Ausgangspunkt zurückgeführt ist, gleich A ist, wird die Spule A an 50 Punkten in einer Sichtung errecht. Deshalb wire bei der Erfindung der ' Schrittmotor durch Feder und Stopper nahe der Rückkehrstellung des zugehörigen Ausgangspunkts zum Erregen der Spule A mechanisch zurückgeführt. Es ergibt sich dann der Vorteil, daß bei später Erregung der Spule A die Stellung des zugehörigen Ausgangspunktes einfach zurückgeführt werden kann.

Die Stellung des Ausgangspunkts ist mit Hilfe der Figuren 4- bis 6 erläutert worden. Selbstverständlich ist dies auch in der Stellung Oc in gleicher Weise möglich. Wenn

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jedoch die Kräfte der beiden Federn zueinander: ausgeglichen sind, kann der Ausgangspunkt auch in eine solche Zwischenstellung wie Ob zurückgeführt werden.

Figur 3 zeigt ein Düsenklappenventil, bei dem eine Klappe 6 zylindrisch ist und am Ende 7a eines Hebels 7 drehbar getragen wird und eine Drehwelle 8 des Hebels gedreht wird, um den Zwischenraum zwischen der Düse 3 und der Zylinderfläche 6a der Klappe 6 einzustellen. In derselben Zeichnung ist eine Drehwelle der Klappe 6 mit 9 bezeichnet und die Elemente mit denselben Bezeichnungen sind dieselben wie in Figur 2.

Figur 7 zeigt eine Einstelleinrichtung, die ein solches Düsenklappenventil verwendet. In diesem Ausführungsbeispiel sind alle anderen als die Klappe und der Bewegungsmechanismus dieselben wie die im vorhergehenden Ausführungsbeispiel. Deshalb sind dieselben Bezugszeichen an denselben Elementen wie beim vorhergehenden Ausführungsbeispiel vorgesehen und die Beschreibung deren Betriebsweisen kann weggelassen werden.

In der Einrichtung dieses Ausführungsbeispiels wird die Klappe 41 am Ende 43a eines Hebels 43 von einer Drehwelle 42 gehalten und der Hebel 43 ist an einer Drehwelle 44 befestigt, die mit einer Dreheinrichtung wie einem Schrittmotor (nicht dargestellt) verbunden ist. Bei der Einrichtung dieses Ausführungsbeispiels wird die Welle 44 von dieser Einrichtung, z.B. einem Schrittmotor gedreht und bewegt die Welle 42 genau und stellt dadurch den -Kaum Δχ zwischen der Zylinderfläche 41a der Klappe 41 und der Düse 22 ein. Somit ist ein richtiger Abstand zwischen die Mitte der Welle 42 und der Achse der Düse 22 eingestellt.

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Die Arbeitsweise der Klappe 44 beim vorhergehenden Ausführungsbeispiel ist wie folgt: Wenn die Welle 44 von der Dreheinrichtung, z.B. dem Schrittmotor (nicht dargestellt) gedreht wird, bewegt sich die Spitze 43a des Hebels 43 um die Welle 44 als Mittelpunkt. Die an der Spitze 43a des Hebels 43 gehaltene zylindrische Klappe 43 wird ebenfalls bogenförmig bewegt, um den Raum Δ Χ aus der Düse 22 zu vergrößern oder zu verkleinern. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ferner mit der Bewegung der zylindrischen Klappe 41 der Kolben 13 ebenfalls bewegt, während der Raum Δ Χ zwischen Düse 22 und Zylinderfläche 41a der Klappe 41 beibehalten wird. Unterdessen trifft das aus der Düse ausgetretende Strömungsmittel auf die Zylinderfläche 41a der Klappe 41 auf. Wenn die Mitte der Welle 42 um den Abstand /V Y aus der Achse der Düse 22 verschoben wird, wird die Klappe 41 stets von dem aus der Düse 22 ausgetretenen Strömungsmittel gedreht .

Bei diesem Ausführungsbeispiel werden deshalb die Schmutzansammlungen im Strömungsmittel wahrscheinlich ausströmen, auch wenn der Raum Δ Χ zwischen Düse und Klappe klein ist und Hr lange Zeit benutzt wird. Dadurch wird der Raum mit Scii.mtz verstopft. Der Rückdruck Pn der Düse wird aufgehoben und, auch wenn harter Schmutz im Strömungsmittel enthalten ist, wird er nicht konzentrisch auf eine Stelle der Klappe 41 aufschlagen und somit hart sein, um zu korrodieren. Auch wenn die Korrosion in langer Zeit eintritt, wird sie auf die ganzen Peripherie der Zylinderfläche verstreut und bewirkt keinen wesentlichen Schaden. Wenn die zylindrische Klappe 41 mit Kugellagern versehen und so beschaffen ist, daß das austretende Strömungsmittel gegen den Außenring auftrifft, wenn die Oberfläche hart ist, ist dies durchführbar. Wenn ferner die Klappe, bei der das

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Mittelloch 41b zur äußeren zylindrischen Handfläche (^igur 8(I)) exzentrisch liegt oder die äußere Randfläche durch flache Teile 41c (Figur 8(1I)) unregelmäßig ist, schwankt mit der Drehung der Klappe 41 der Raum zwischen ΔΧ*. zwischen der Düse und der Klappe rund um einen festen Wert als Mittelwert und somit der Rückdruck der Düse, d.h. der Druck Pn, Pn-1 und Pn-2 der Ausgangsöffnung ebenfalls um einen Durchschnittswert als Mitte. Es wird ein sogenanntes Zittern angelegt, das bewirkt, das die Belastung glatt bewegt wird.

Die Figuren 9 und 10 zeigen Ausführungen, bei denen eine Vorrichtung zum Verhindern des Brechens der Düse 22 an die Spitze der Düse 22 angebracht ist. Bei diesen Ausführungen ist ein Puffer, der sich innerhalb derselben Ebene wie die Spitze 22a der Düse 22 befindet oder aus dieser Ebene herausragt, um die Spitze der Düse 22 herum angeordnet. Figur 10(1) zeigt einen Puffer 45b, der sich über dem ganzen Rand befindet. Figur 10(11) zeigt einen Puffer 45b, der zur Welle 24(42) der Klappe 23(41) parallel verläuft. In Figur 10(1) ist ein Loch durch den Puffer 45a mit 46 bezeichnet.

Beim Düsenklappenventil mit der Düse 22 kollidiert der Puffer 45, auch wenn die Spitze 22a der Düse 22 mit der Zylinderfläche 23a (41a) der Klappe 23 (41) kollidiert, mit der Klappe 23 (41) und verhindert, daß die Spitze 22a der Düse 22 bricht.

Beim allgemeinen Düsenklappenventil kommen die Düse und die Klappe miteinander hart in Kontakt. Wenn der zugeführte Druck kurz ist, wird die Rückkopplung aus irgend einem Grund verzögert, nur der Eingang wird gesetzt, während kein Druck

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zugeführt wird und die Klappe wird vor dem Probebetrieb von Hand bewegt. Die Düse und die Klappe können miteinander fest in Kontakt und die Düsenspitze beschädigen. Insbesondere, wenn die Klappe drehzylindrisch, ist, ist die Klappenfläche nicht flach und die Masse ist groß, die kollidierenen Teile kommen in Linienkontakt und die schlechte Beeinflussung wird führlbar.

Wenn deshalb die Düse in den beschriebenen Ausführungsbeispielen verwendet wird ist die Wirkung sehr groß.

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Claims (1)

1. Dusenklappenventil, dadurch gekennzeich net, daß eine Klappe (23, 41) zylindrisch ausgebildet ist und die zylindrische Randfläche sich an der Achse der Düse (22) befindet.

   2„ Ventil nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die Drehwelle der zylindrischen Klappe (23, 41) befestigt und so angeordnet ist, daß sie exzentrisch ist, und so gedreht wird, daß sich der Zwischenraum zwischen Klappe (23, 41) und Düse (22) einstellt.,

   ο Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Klappe (23, 41) am Ende (43a) eines Hebels (43) drehbar gelagert ist und die Drehachse (44) dieses Hebels gedreht wird, um

   BORO MÖNCHE«: TELEX:

   ST. ANNASTR. 11 1 - 856 44

   8OQOJbi0NCHEN 22 INVEN d 089/22 35 44

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   TELEGRAMM: TELEFON: BANKKONTO: POSTSCHECKKONTO: INVENTION BERLIN BERLIN 31 W. MEISSNER, BLN-W BERLIN 030/891 60 37 BERLINER BANK AG. 122 82 -109 030/89223 82 S69571600O

   den Hebel zum Einstellen des Zwischenraumes zwischen Klappe und Düse hin- und herschwingen zu lassen.

   U-. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dieselbe Ebene wie die Düsenspitze (22a) ein Puffer (4-5) gelegt ist oder aus dieser Ebene herausragt und um die Düsenspitze herum angeordnet ist.

   5. "Ventil nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennze ichnet, daß ein Kolben (13) am anderen Ende der Düse (22) vorgesehen ist, der bewirkt, daß die Düse (22) der Bewegung der Klappe (23) folgt.

   6. Ventil nach den Ansprüchen 2,3 und 5» dadurch gekennz eichnet, daß die Drehwelle von einem Schrittmotor (27) gedreht wird.

   7· Ventil nach -Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappe (23, 4-1) durch eine Feder (31) so vorgespannt ist, daß sie zum Ausgangspunkt zurückkehrt, wenn der Schrittmotor (27) nicht eingeschaltet ist.

   8. Ventil nach -Anspruch 3i dadurch gekennzeichnet, daß die Drehwelle der zylindrischen Klappe (23) exzentrisch liegt.

   9. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Fläche der Klappe unregelmäßig ausgebildet ist.

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   Ventil nach. Anspruch. 4, dadurch gekennzeichnet, daß über dem ganzen Rand der Düsenspitze ein Puffer (4-5) angeordnet ist.

   Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennze ichnet, daß parallel zur Achse der Klappe
   um die Düsenspitze herum Puffer angeordnet sind.

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