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Die
Erfindung bezieht sich auf einen Reguliereinsatz, hauptsächlich für das Einsetzen
in ein Ventilgehäuse
oder dergleichen in einem strömenden
Medium, wobei er eine justierbare oder austauschbare Voreinstellung
für die
Regulierung und/oder die Einstellung der Flüssigkeitsmengen in Anlagen
mit strömenden
Medien umfasst, um den Strom des Mediums auf eine voreingestellte
Maximalmenge zu begrenzen, unabhängig
von einem Differenzdruck, der über
das Ventil wirkt, wobei der Einsatz weiterhin ein röhrenförmiges Regulierelement umfasst,
welches in einem Gehäuse
in der Längsrichtung
des Reguliereinsatzes verschoben werden kann und das an einem Federelement
anliegt, so dass das röhrenförmige Regulierelement
ein Anzahl von Öffnungen
entlang des Umfangs des Gehäuses öffnet oder
jeweils schließt,
wenn es verschoben wird, wobei das röhrenförmige Regulierelement durch
eine Membran beeinflusst wird, um die Regulierung zu bewirken.
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Regelventile
verschiedener Konstruktionen sind für das Einsetzen in Ventilgehäusen in
einem strömenden
Medium für
verschiedene Zwecke bereits bekannt. Zum Beispiel ist ein Regelventil
aus dem
US-Patent 3 422 842 bekannt,
wo ein starres Regulierelement Öffnungen
in einem äußeren Gehäuse bedeckt
oder aufdeckt. Das Regulierelement wird durch den Druck auf eine
Membran bewegt, welche zwischen dem Gehäuse und dem Element auf eine
solche Weise angeordnet ist, dass der mittlere Abschnitt der Membran
an dem Regulierelement befestigt ist und der äußere Teil der Membran an dem Ventilgehäuse befestigt
ist. Dieses Ventil weist eine Voreinstellung auf, welche durch eine
Feder wirkt, die durch eine Justierschraube zusammen gedrückt wird,
wobei der Federdruck einen Gegendruck zu dem Druck von dem Medium
erzeugt, das in dem Ventil strömt.
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Dieser
Typ der Voreinstellung leidet unter dem Nachteil, dass größere Kräfte bei
größeren Strömen benötigt werden,
wobei die Kräfte
gezwungenermaßen
eine Einbuße
für die
Pumpe darstellen. Bei größeren Federkräften durch
die Voreinstellung muss die Pumpe deshalb mit einer größeren Energiemenge
versorgt werden, damit der Reguliereinsatz in der normalen Weise
regulieren kann.
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In
Zentralheizungsanlagen zum Beispiel, welche Orte sind, wo Gebrauch
von Ventilen eines solchen Typs gemacht wird, können sich Ventile für die Regulierung
der Heizung in verschiedenen Räumen
befinden. Was das betrifft, kann die Kühlung in Verbindung mit der
Klimatisierung ebenfalls eingeschlossen sein. Beim Betrieb dieser
Ventile, oder wo diese Ventile in einem oder mehreren Räumen regulieren,
wird der Druck in der Gesamtheit der Anlage verändert, was es wünschenswert
macht, ein selbst regulierendes Ventil zu haben, das in den Kreislauf eingesetzt
ist.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
eines Regelventils nach der Erfindung wird eine Voreinstellung des
Stroms durch das Ventil aufweisen, wobei die Ausführungsform
eine austauschbare Scheibe mit einer Öffnung aufweist, wobei die Öffnung an
einen bestimmten gewünschten
Strom angepasst ist. Wenn ein anderer Strom durch das Ventil gewünscht wird,
wird eine Voreinstellung in der Form einer Scheibe mit einer Öffnung eingesetzt,
welche präzise die
Menge des Stroms ermöglicht,
welche durch das Ventil gewünscht
wird.
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In
dem Abflussende des Reguliereinsatzes wird eine Anzahl von Öffnungen
mit einer Konfiguration ausgebildet, zusammen mit einem Regulierelement,
welches es durch ihre Konfiguration zusammen mit einem Gehäuse, einer
Rollenmembran und einem Führungsteil
für den
Reguliereinsatz ermöglichen,
eine präzise
Regulierung über
einen weiten Bereich des Differenzdrucks zu bewirken.
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Es
ist jedoch nicht ausreichend, in der Lage zu sein, eine präzise Regulierung
zu bewirken. Es ist auch wichtig, das unnötige Nachlaufen des Regulierelements
in Bezug auf das Gehäuse
zu vermeiden. Auf diese Weise wird eine stetigere Regulierung des Stroms
erreicht, welcher durch den Reguliereinsatz strömt.
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Dies
wird durch die Membran erreicht, die eine Rollenmembran ist, wobei
die Rollenmembran entlang eines Außendurchmessers an der Innenfläche des
Gehäuses
befestigt wird, und entlang eines Innendurchmessers an der Außenfläche des
Regulierelements, so dass die resultierenden Kräfte, welche durch dem unterschiedlichen
Druck über
der Membran ansteigen, auf derselben Zylinderfläche liegen, welche sich durch eine
Gleitfläche
zwischen dem größten Durchmesser
des Regulierelements und dem kleinsten Durchmesser des Gehäuses erstreckt.
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Dies
wird durch den größten Durchmesser des
Regulierelements erreicht, der größer ist als der kleinste Durchmesser
der Rollenmembran, und durch den kleinsten Durchmesser des Gehäuses, der kleiner
ist als der größte Durchmesser
der Rollenmembran. Die Gleitfläche
zwischen dem größten Durchmesser
des Regulierelements und dem kleinsten Durchmesser des Gehäuses wird
deshalb einen Durchmesser aufweisen, welcher in dem Abstand zwischen
dem größten und
dem kleinsten Durchmesser der Rollenmembran zu liegen kommt.
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Die Öffnungen,
welche sich in dem Gehäuse befinden
und welche vorgesehen sind, durch das Regulierelement geöffnet oder
geschlossen zu werden, können
als Löcher
mit identischen oder unterschiedlichen Durchmessern oder als Schlitze
mit identischen oder unterschiedlichen Längen konfiguriert werden.
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Durch
das Konfigurieren der Öffnungen,
wie beschrieben, ist es möglich,
die Hublänge
des Regulierelements einzustellen, so dass eine größere Genauigkeit
der Regulierung erreicht wird und dass auch das Risiko des Nachlaufs
durch das Regulierelement vermindert wird.
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Die Öffnungen,
die sich in dem Gehäuse
befinden und welche vorgesehen sind, durch das Regulierelement geöffnet und
geschlossen zu werden, können
als runde Öffnungen
von verschiedenen Größen oder
als verlängerte Öffnungen
konfiguriert werden, die zum Beispiel als Schlitze ausgebildet sind. Diese
Schlitze können
zweckmäßigerweise
auf eine solche Weise ausgebildet sein, dass sie einen zunehmenden
oder abnehmenden Querschnitt in der Stromrichtung aufweisen. Schließlich können die Öffnungen
in dem Gehäuse
aus einer Verteilung von Öffnungen
mit zunehmenden oder abnehmenden Querschnitten bestehen, unter Umständen jeweils zusammen
mit gewöhnlichen,
verlängerten Öffnungen
entlang des Umfangs des Gehäuses.
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Indem
man diese Öffnungen
mit unterschiedlichen Größen hat,
wird erreicht, dass die Regulierung des Stroms selbst einen weit
gleichmäßigeren Verlauf
der Schwankung oder der Regulierung annimmt, unabhängig von
dem Differenzdruck, weil andernfalls das Risiko besteht, dass das
Regulierelement in Abhängigkeit
von den Änderungen
des Drucks vor- und
nachläuft,
der anderenfalls ansteigen würde,
weil das Regulierelement dann anfängt, diese Öffnungen über einen Abstand zu öffnen und zu
schließen,
der zu kurz ist, um eine gleichmäßige Regulierung
zu erreichen.
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Dieses
Nachlaufen des Regulierelements während der Regulierung wird
auch gedämpft,
indem ein Schlitz zwischen dem Regulierelement und der Führung für das Element
erzeugt wird, durch welchen Schlitz das Medium strömen kann,
um entweder den Hohlraum über
die Membran zu erreichen oder den Hohlraum über die Membran zu verlassen,
alles abhängig
davon, ob das Regulierelement dabei ist, sich für den Strom zu öffnen oder
zu schließen.
Die Dämpfung
kann durch das die Vergrößerung oder
die Verkleinerung des Schlitzes zwischen dem Regulierelement und
der Führung
für das
Regulierelement erhöht
oder vermindert werden.
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Die Zeichnungen
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Im
Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, wobei
das Folgende gilt:
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1 zeigt
einen Reguliereinsatz nach der Erfindung im Schnitt,
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2 zeigt
einen Reguliereinsatz im Schnitt, der in einem Ventilgehäuse angebracht
ist.
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Im
Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform eines Regelventils
in der Form eines Reguliereinsatzes 1 für das Einsetzen in einer Form
des Ventilgehäuses
in ein Rohr in einer Rohrleitungsanlage beschrieben, wobei das Ventil
vorgesehen ist, ein Medium zu regulieren, dass durch die Anlage
strömt, wobei
das Regelventil oder der Reguliereinsatz 1 ein Regulierelement
in der Form eines röhrenförmigen Elements 2 umfasst,
welches auf eine verschiebbare Weise in einem Gehäuse 3 angeordnet
ist. Vorzugsweise kann das Gehäuse 3 an
dem Ende, welches gegen die Stromrichtung zeigt, mit einer Form
der Voreinstellung oder der Scheibe ausgestattet werden, und durch
den Austausch der Scheibe und einer Auswahl zwischen verschiedenen
Scheibenöffnungen
kann sichergestellt werden, dass ein bestimmter Strom durch das
Ventil erreicht wird.
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Das
röhrenförmige Element 2 ist
mehr oder weniger als ein Zylinder ausgebildet, welcher an seinem
unteren Ende mit einer größeren Materialdicke ausgestattet
ist, so dass der unterste Teil des Außendurchmessers des röhrenförmigen Elements 2 größer ist
als der Außendurchmesser
der restlichen Außenseite
des röhrenförmigen Elements 2.
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In
dem oberen Teil des röhrenförmigen Elements 2 oder
des Regulierelements ist eine Voreinstellung angeordnet, welche
verschiedene nützliche Konfigurationen
aufweisen kann, welche aber in ihrer einfachsten Form aus einer
austauschbaren Scheibe 4 mit einer festen Öffnung 5 besteht.
Durch das Anordnen einer Scheibe 4 in dem Regulierelement,
wobei die Scheibe 4 eine Öffnung 5 entsprechend
eines vorbestimmten Stroms aufweist, wird der Reguliereinsatz 1 deshalb
für einen
bestimmten Strom in einem System angepasst, in welchem die Regulierung stattfinden
soll. Die Scheibe 4 liegt an einen Vorsprung auf dem inneren
Teil des Regulierelements an dem Ende des Regulierelements 2 an,
welches gegen die Stromrichtung zeigt, und mit ihrer Außenseite kann
die Scheibe 4 mit einem Dichtring 6 gegen das Regulierelement 2 abdichten.
Die Scheibe 4 wird durch einen Klemmring 7 oder
dergleichen gesichert. Wenn ein anderer Strom durch das Ventil 1 gewünscht wird,
wird eine Voreinstellung in der Form einer Scheibe 4 mit
einer Öffnung 5 eingesetzt,
welche präzise
für die
Menge des Stroms geeignet ist, welche durch das Ventil 1 gewünscht wird.
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Das
Regulierelement 2 wird in einem Gehäuse 3 bewegt, wobei
das Gehäuse 3 ein
Bodenteil 8 aufweist, von welchem sich die Seiten des Gehäuses 3 in
einer Richtung gegen die Stromrichtung erstrecken und den unteren
Teil des Regulierelements 2 umgeben. Zwischen dem oberen
Teil des Gehäuses 3 und
dem Bodenteil 8 des Gehäuses 3 ist
eine Anzahl von Öffnungen 9 entlang
des Umfangs des Gehäuses 3 angeordnet,
durch welche Öffnungen 9 das strömende Medium
aus dem Ventil strömt.
Der obere Teil des Gehäuses 3 ist
mit einem Führungsteil 10 verbunden,
welches, zusammen mit dem Gehäuse 3, jeweils
Gleitflächen 11, 12 für eine stetige
Bewegung des Regulierelements 2 in dem Gehäuse 3 und
in dem Führungsteil 10 ausbildet.
Das Führungsteil 10 bildet
auch einen Anschlag für
das Regulierelement 2 aus, so dass das Regulierelement
nicht aus dem Gehäuse 3 gedrückt wird.
Ein Federelement 13 wirkt zwischen dem Gehäuse 3 und
dem Regulierelement 2 in einer solchen Weise, dass die
Federkraft von diesem Federelement in eine Richtung gegen die Stromrichtung
wirkt, wobei das Regulierelement 2 eine Art Ausgleich übernehmen
kann.
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An
den Gleitflächen 11, 12 kann
eine kleine Flüssigkeitsmenge
zwischen dem Führungsteil 10 und
dem Regulierelement 2 und zwischen dem Gehäuse 3 und
dem Regulierelement 2 durchströmen. Mit der Konstruktion solch
eines Ventils ist es möglich,
durch die Vergrößerung oder
die Verkleinerung des Schlitzes, welcher durch die obere Gleitfläche 11 ausgebildet
wird, die Dämpfung
des Regulierelements 2 anzupassen. Dies kann eventuell
auch durch das Austauschen des Führungsteils 10 herbeigeführt werden,
wobei hierbei so der Innendurchmesser in dem oberen Teil des Führungsteils
verändert
wird, welcher die obere Gleitfläche 11 darstellt.
An dem Regulierelement 2, zwischen den Bereichen, wo die Gleitflächen 11, 12 das
Regulierelement 2 tragen, wird das eine Ende einer Rollenmembran 14 befestigt.
Das Befestigen kann mit einer Form des Spannrings 15 oder,
zum Beispiel, durch eine Anzahl von punktförmigen Sicherungselementen
bewirkt werden, die entlang des Umfangs der Rollenmembran 14 an
der Außenseite
des Regulierelement 2 angeordnet sind. Das andere Ende
der Rollenmembran 14 wird zwischen dem Gehäuse 3 und
dem Führungsteil 10 gesichert.
Diese Wassermenge, welche den Zugang zwischen dem Regulierelement 2 und
dem Führungsteil 10 an
der oberen Gleitfläche 11 findet, übt einen
Druck auf die Oberseite der Membran 14 aus – der Druck,
der von dem Druck in dem Medium vor der Öffnung 5 in der Scheibe 4 stammt – und übt eine Kraft
auf das Regulierelement 2 in der Stromrichtung aus. Die
Federkraft und die Kraft, die von dem Druck nach der Öffnung 5 in
der Scheibe 4 stammen, die auf dem größten Durchmesser des Regulierelements 2 wirken, üben einen
Druck in der entgegen gesetzten Richtung aus, was eine konstante
Differenz des Drucks über
der Öffnung 5 in
der Scheibe 4 erzeugt, wobei ein konstanter Strom aufrechterhalten
wird.
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Um
sicherzustellen, dass der Strom durch das Ventil 1 nicht
um das Gehäuse 3 fließt, ist
das Gehäuse 3 entlang
seines Umfangs mit einer Dichtung 16 ausgestattet, um gegen
eine Wand in einem Ventilgehäuse 18 abzudichten.
Der Bodenteil 8 des Gehäuses 3 ist
mit einem ringförmigen
Vorsprung 17 entlang dieser Kante des Bodenteils 8 ausgestattet, welcher
von dem Gehäuse 3 wegzeigt.
Diese Kante 17 dient als Sicherungsflansch in einer entsprechenden
Vertiefung 19 in einem Anschlussteil 20.
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2 zeigt
ein Ventilgehäuse 18,
welches als eine Einheit vorgesehen ist, um in eine Rohrleitung
in einer Heizungs- oder Kühlanlage
eingebaut zu werden. Das Ventilgehäuse 18 weist einen
Einlass mit einem zylindrischen Hohlraum 21 auf, welcher
mit einem Auslass 23 durch einen Kanal 22 verbunden ist,
in welchem Kanal 22 ein Einlass oder Reguliereinsatz 1 angeordnet
ist. Der Kanal 22, welcher den Reguliereinsatz 1 beherbergt,
wird an dem Ende bereitgestellt, welches von dem Einlass 21 wegzeigt und
der Auslass 23 mit einem Verschluss in der Form eines Anschlussteils 20,
welches für
das Einsetzen des Reguliereinsatzes 1 geöffnet werden
kann. In dem Ventilgehäuse 18 können weitere Öffnungen 24 sein,
welche während
der Betriebssituation geschlossen sind.
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Das
strömende
Medium wird zu dem Ventil und in den zylindrischen Hohlraum 21 geführt, wo das
Medium auf den oberen Teil des eingebauten Einsatzes 1 trifft,
welcher ein innen liegendes, röhrenförmiges Regulierelement
oder einen Kolben 2 mit einem runden Querschnitt umfasst,
und ein außen
liegendes, kelchförmiges
Gehäuse 3,
wobei das Gehäuse 3 ein
Anzahl Öffnungen 9 aufweist,
die entlang des Umfangs des unteren Teils des Gehäuses 3 eingerichtet
sind.
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Sobald
der Ventileinsatz 1 in das Ventilgehäuse 18 eingesetzt
werden soll, wird der Bodenteil 18 des Einsatzes 1 zum
Eingriff mit einem vorstehenden Teil 19 an einem Anschlussteil 20 gebracht,
wobei der vorstehende Teil 19 um eine Kante 17 an
dem Bodenteil 8 des Einsatzes greift und diese Kante 17 entlang
eines Teils des Umfangs des Bodenteils 8 umgibt, wobei
dieser Teil kleiner oder gleich einem halben Teil des Umfangs ist.
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Durch
die Verwendung eines scheibenförmigen
Teils als Voreinstellung 4 wird ein Regulierelement 2 von
geringer Ausdehnung erreicht. Durch den Gebrauch dieser Ausführungsform
werden merklich geringere Abmessungen für den Einbau des Reguliereinsatzes 1 erreicht,
was auch weniger einschränkende
Anforderungen bezüglich
der Große
des Ventilgehäuses 18 stellt,
in welches der Reguliereinsatz 1 eingesetzt werden kann.
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Der
Reguliereinsatz 1 kann auch direkt in ein gerades Stück Rohrleitung
eingesetzt werden. In diesem Fall hat das Rohrstück eine solche Abmessung, dass
es für
das strömende
Medium möglich
ist, zwischen der Innenwand des Rohrstücks und dem äußeren Umfang
des Reguliereinsatzes zu strömen. Zwischen
der Innenseite des Rohrstücks
und der Außenseite
des Reguliereinsatzes 1 wird eine handelsübliche Form
der Dichtung 16 angeordnet, so dass dem strömenden Medium
der Durchtritt nicht möglich ist,
ohne durch den Reguliereinsatz 1 zu strömen.
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Der
Reguliereinsatz 1 ist in drei Hauptbauteile untergliedert:
Ein Gehäuse 3,
ein Regulierelement in der Form eines röhrenförmigen Elements 2 und eine
Voreinstellung 4. Es gibt eine Federelement 13 (gezeigt
in 1), das zwischen einem Boden in dem Gehäuse 3 und
dem Regulierelement 2 angeordnet ist, welches das Regulierelement 2 gegen
die Stromrichtung drückt
und deshalb entgegen gesetzt zu dem Druck von dem strömenden Medium
wirkt. Es gibt eine Rollenmembran 14, die zwischen dem
Gehäuse 3 und
dem Regulierelement 2 angeordnet ist, d. h., zwischen dem
oberen Teil des Gehäuses 3 und einem
Bereich auf der zylindrischen Fläche
des Regulierelements 2, welche eine Abtrennung zwischen dem
Druck außerhalb
(vor) des Ventils und dem Druck innerhalb des Ventils (in dem Regulierelement 2,
nach der Voreinstellung 4) ausbildet.
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Durch 1 wird
verstanden, dass ein Medium aus dem Bereich unmittelbar vor der
Voreinstellung 4 gegen den wirkenden Bereich drücken wird, der
durch die Membran 14 in dem Gehäuse 3 bereitgestellt
wird, und hierbei durch das Regulierelement 2 das Federelement 13 zusammen
drückt,
so dass die offene Kante des Regulierelements 2 stufenweise die
Auslassöffnungen 9 schließen wird,
die in dem Gehäuse 3 ausgebildet
sind.
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Im
Regelfall und aus Gründen
der technischen Beschaffenheit wird bei einer Berechnung der Kräfte, welche über der
Membran 14 wirken, der mittlere Durchmesser der Rollenmembran 14 berücksichtigt,
welcher als die halbe Summe des größten Durchmessers der Rollenmembran
und dem kleinsten Durchmesser der Rollenmembran ausgedrückt werden
kann, wobei aber in der Praxis die Kräfte über die gesamte „Tasche" der Rollenmembran 14 wirken, welche
aus dem Teil der Rollenmembran 14 besteht, welcher sich
zwischen dem Gehäuse 3 und
dem Regulierelement 2 erstreckt.
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Um
einen konstanten Strom bei ansteigenden Differenzdruck sicherzustellen,
zusätzlich
zu der Änderung
der Federcharakteristik für
das Federelement 13 und der Öffnung 5, ist es bei
der Herstellung des Ventils auch möglich, den Kolbenbereich des
Regulierelements 2 zu berücksichtigen und auf diese Weise
ein Ventil mit einem gleichmäßigen Schwankungsverlauf
und einem konstanten Strom bei ansteigenden Differenzdruck herzustellen,
sobald ein minimaler Pumpendruck oder Betriebsdruck erreicht sind.
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Die
Auslassöffnungen 9 in
dem Gehäuse 3 können als
runde Öffnungen
konfiguriert sein, die in gleichmäßigen Abständen entlang des Umfangs in dem
einen Ende des Gehäuses angeordnet
sind. Die Auslassöffnungen 9 können auch
so angeordnet sein, dass sie sich entlang des Umfangs in Übereinstimmung
mit der zunehmenden oder abnehmenden Größe erstrecken.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Auslassöffnungen 9 sind
diese teilweise parabolisch konfiguriert, wobei der Scheitel von
der Auslassöffnung
wegzeigt.
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In
einer weiteren Ausführungsform
können die
Auslassöffnungen 9 in
dem Gehäuse 3 als
längslaufende,
schlitzförmige Öffnungen
mit einem Querschnitt konfiguriert werden, welcher in der Stromrichtung
abnimmt.
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Darüber hinaus
können
die Auslassöffnungen 9 einen
Querschnitt aufweisen, welcher in der Richtung des Stroms gesehen
am Anfang der Regulierbewegung des röhrenförmigen Elements 2 zunimmt,
und einen abnehmenden Querschnitt, in der Richtung des Stroms am
Ende der Regulierbewegung des röhrenförmigen Elements 2 gesehen.
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In
einer nicht gezeigten Ausführungsform können gleichförmige Auslassöffnungen 9 in
dem Gehäuse 3 ausgebildet
werden, wobei die Kante des Regulierelements 2 in einer
unregelmäßigen Weise ausgebildet
sein kann, um ein zu abruptes Schließen des Querschnitts der Auslassöffnungen 9 und
hiermit einen teilweise unsteten Regulierverlauf zu vermeiden.