DE6805370U - Mengenregelventil. - Google Patents

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. Hans Langosoh -·Ε>γ.-Ι ng .,Heinz Wofenthien 7000 Stuttgart 1 Herdweg 62 Te(^orC(0711} 2305*23 · :' . *:

Anmelderin:

Hartmann & Läramle oHG
7 Stuttgart-Bad Cannstatt
Mercedesstrasse 17

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Die Erfindung "betrifft ein Mengenregelventil mit einer Druckwaage zur druckunafchängigen Regelung von Lurchflussmengen iiber eine Meß"blende. Solche Ventile werden insbesondere in Hydraulikanlagen "benötigt, die Regelung des Ölstromes und damit der Weg "bzw die Geschwindigkeit des zu "bewegenden Organes wird "bei den "bekannten Ausführungen durch das Verstellen einer Meß"blende "bewerkstelligt. Diese Verstellung kann durch Hand erfolgen, "bei Fernverstellung "bedient man sich in der Regel eines Elektromotorantrie"bes. Es handelt sich praktisch in allen Fällen um eine analoge Nachlaufsteuerung mit SoIl-Istwert-Vergleich.

Bei den "bekannten Regelsystemen muss main relativ grosse Stellzeiten in Kauf nehmen, die Meßwerteinpendelung "bringt

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Ungenauigkelten mit sich. Durch die "bei Fernvers teilung notwendigen zwischengeschalteten Steuer- und Regelglieder ergehen sich zusätzliche Toleranzen, die insbesondere bei kleinen Regelmengen, die für weggenaue Steuerungen sehr wichtig sind, eine völlig unbefriedigende Reproduzierbarkeit der Stellwerte mit sich bringen. Die Regelgenauigkeit wird weiter durch Temperatur- und Spannungsschwankungen negativ beeinflusst, die Regelbereiche sind verhältnismässig klein und häufig muss ein Digital-Analog-Wandler zwischengeschaltet werden, so daß eine aufwendige elektrische Steuerung notwendig ist.

In Vermeidung dieser Nachteile liegt der Erfindung insbesondere die Aufgabe zugrunde, ein schnellarbeitendes, genau reproduzierbare Werte lieferndes, insbesondere auch für ganz geringe Durchflussmengen geeignetes Mengenregelventil zu schaffen, das darüber hinaus einen geringen Herstellungsaufwand erfordert und mit einer einfachen elektrischen Steuerung bei nahezu wartungsfreier Bedienung auskommt.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, dass mehrere Meßblenden mit fester Einstellung parallel zueinander geschaltet sind und diesen Blenden Absperrven-

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tile zugeordnet sind, die wahlweise zur Festlegung der gewünschten Durchflussmenge betätigter sind. Man kommt "bei diesem digitalgesteuerten Mengenregelventil "bei relativ kleinem Stufensprung und grossem Regelbereich mit wenigen Meßblenden aus, wenn die Blenden-Werte der einzelnen Meßblenden hinsichtlich der Durchflussmenge in geometrischer Reihe "bzw, einer "binären Zahlenreihe abgestuft sind. Die Meßblenden sind für sich einstellbar und werden auf dem einmal eingestellten Festwert justiert.

Der Bauaufwand lässt sich besonders klein halten, wenn die Meßblen&e und das Absperrventil jeweils zu einer Baueinheit zusammengefasst und in einer Durchgangsbohrung eines Gehäusekörpers jeweils von einer Seite her untergebracht sind.

Um einen kleinen Stufensprung zu erreichen, muss die durch die kleinste Blende bestimmte Durchflussmenge klein sein. Voraussetzung ist, dass sowohl das Absperrventil als auch die Druckwaage hermetisch dicht sind. Erfindungsgemäss ist deshalb vorgesehen, dass das Absperrventil aus einem in die Bohrung des Gehäusekörpers eingeschobenen uud dort über am Umfang angeordnete elastische Ringe abgedichteten Ventil-

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körper und einem darin beweglichen Ventilkolben besteht, der einerseits unter dem Einfluss eines Stellgliedes und andererseits unter dem Einfluss einer Druckfeder steht und mit einem kegeligen Ventilsitz versehen ist. Die als Dichtventil ausgebildete Druckwaage besteht ihrerseits aus einem in einem Führungszylinder axial verschiebbaren Stufenkolben, der einen Kegel als Ventilsitz trägt.

Die justierbare Konstantblende besteht aus einem in die Bohrung eingeschobenen und gegen diese abgedichteten Zylinder mit einer Regelöffnung, im Zylinder 1st ein Kolben gegen die Wirkung einer Feder über eine Stellschraube verschiebbar, der den freien Öffnungsquerschnitt bestimmt. Bei der gewählten Anordnung, nämlich der Aufeinanderfolge des Absperrventils und der Meßblönde In einer Bohrung, hat zweckmäßig der Zylinder eine zentrale Eintrittsöffnung und eine radial verlaufende Austrittsöffnung, im Kolben 1st für den Druckausgleich eine Durchbohrung angeordnet.

Der Stufenkolben der Druckwaage, die die druckunabhängige Regelung bewirkt, steht in an sich bekannter Weise einerseits unter dem Einfluss einer Feder, erfindungsgemäss ist er aber andererseits durch ein Stellglied, Insbesondere

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einen Elektromagnet, "bewegbar, der Ventilsitz liegt zwischen dem grossen und dem kleinen Einzelkolben. Der Stufenkolben muss im Führungszylinder einwandfrei laufen, durch die abgesetzten Einzelkolben und dem Ventilkegelsitz ist eine sehr genaue Bearbeitung erforderlich. Um "beim Einbau und im Betrieb keine schädigenden Einflüsse wirksam werden zu lassen, ist nach der Erfindung vorgü3ehen, dass der Führungszylinder in einer Bohrung eines Gehäuseteiles mit Spiel gelagert und mittels elastischer Ringe abgedichtet ist. Das Mengenregelventil kann in einfachster Weise dadurch jeweils auf die Verhältnisse abgestimmt sein, dass die die Meßblenden und Absperrventile aufweisenden Baueinheiten zusammen mit einem die Druckwaage enthaltenden Gehäuseteil auf einer Grundplatte leicht austauschbar nebeneinander liegend befestigt sind. Bei grösserem Regelbereich werden einfach weitere Baueinheiten zugeschaltet, bei einer Störung kann die betroffene Baueinheit schnell ausgewechselt werden. Bei sehr grossen Regelbereichen können mehrere, wahlweise einschaltbare Druckwaagen vorgesehen sein.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Zeichnung, die eine beispielsweise Ausführungsform darstellt, " näher erläutert.

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Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Wiedergabe des Aufbaues des Mengenregelventiles,

Fig. 2 einen Schnitt durch das Mengenregelventil,

Fig. 3 eine Ansicht eines Mengenregelventils von der Seite,

Fig. 4 eine Ansicht dazu von vorn.

Das Mengenregelventil nach Fig. 2 setzt sich zusammen aus einer Reihe von Meßblenden 1 "bis 5, cLie parallel zueinander geschaltet und mit jeweils einem Absperrventil 6 "bis 10 zu einer Baueinheit zusammengefasst sind und einer Druckwaage 11. Die Absperrventile 6 "bis 10 sind jeweils durch ein Stellglied 12 gegen die Wirkung einer Feder 24 von aussen betätigbar, insbesondere eignet sich ein Elektromagnet. Die Meßblenden 1 bis 5 bzw. Absperrventile 6 bis 10 werden von einer Zulaufleitung 13 gespeist und geben je nach Zuschaltung den Durchfluss zu einer gemeinsamen Ablaufleitung frei, die zur Druckwaage 11 führt. Von hier aus gelangt die Druckflüssigkeit zur Einsatzstelle.

Die Durchflusswerte der einzelnen Meßblenden 1 bis 5 sind fest eingestellt und in besonders vorteilhafter Weise gemäß einer geometrischen Reihe abgestuft. Die Werte der Meßblenden 1 bis 5 liegen also z.B. bei 5 , 10 , 20, 40, 80 cm-ymin. Würden weitere Meßblenden vorgesehen sein, so

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hätten diese i60_t 32O₁ 640 ···· cnr/min. Durch digi tale Ansteuerung der Absperrventile "bzw. Meßblenden können alle Durchflussmengen mit einem Stufenaprung von 5 craVmin. eingestellt werden, bei fünf Meßblenden - wie im gezeigten Beispiel nach Figur 1 - in einem Regelbereich zwischen 5 und 155 cmVmin. Soll z.B. der Durchfluss 125 cm-ymin betragen, so werden die Absperrventile 6,9,10 geöffnet und der Durchfluss durch die Meßblenden 1,4 und 5 freigegeben. Ohne weiteres lässt sich die Durchflussmenge z.B. von 150 auf 155 cmvmin ändern, was mit den bekann ten verstellbaren Meßblenden praktisch unmöglich ist. Die Reproduzierbarkeit der Durchflussmengen ist bis zu kleinsten Werten herunter einwandfrei gegeben, darüber hinaus ergeben sich geringste Stellzeiten, denn die Stellzeit des ganzen Gerätes ist praktisch gleich mit der Zuschaltzeit der Stellglieder 12, die, wenn es sich um Elektromagnete handelt, bei ca. 20 ms liegt. Die elektrische Steuerung des Mengenregelventiles ist ausserordentlich einfach, sie kann direkt von Wahlschaltern, Lochkartenlesegeräten oder dergleichen, erfolgen. . .

Insbesondere bei kleinen Durchflussmengen bzw. einem kleinen Stufensprung ist es unerlässlich, dass die Absperrventile und die Druckwaage hermetisch dicht abschliessen,

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Wie insbesondere aus Figur 2 hervorgeht, 1st jede Meßblende mit dem dazugehörigen Absperrventil In einem Gehäusekörper 15 zu elntir Baueinheit zusammengefasst. Auch die Druckwaage 11 ist In einem Gehäuseteil 16 untergebracht und die Gehäusekörper 15 können entsprechend der Anzahl der notwendigen Meßblenden nebeneinander auf einer Grundplatte zusammen mit dem Gehäuseteil 16 angeordnet sein, wobei eine Zulaufleitung alle Meßblenden beaufschlagt und eine Ablaufleitung zur Einlaßöffnung 17 der Druckwaage 11 führt. Im Schnitt nach Figur 2 ist das Absperrventil 6 und die Meßblende 1 gezeigt. Die anderen Absperrventile und Mefiblenden sind in gleicher Weise aufgebaut. Das Absperrventil 6 besteht aus einem Ventilkörper 18, der in einer Durchgangsbohrung 19 im Gehäusekörper 15 untergebracht und durch elastische Ringe 20 , die in ümfangsnuten im Ventilkörper 18 liegen, nach aussen abgedichtet ist. Im Ventilkörper 18 ist ein Ventilkolben 21 axial beweglich, der an seinem einen Ende einen Ventilkegel 22 trägt, der am Ventilsitz 23 unter dem Einfluss einer Druckfeder 24 dichtend anliegt. Auf der anderen Seite des Ventilkolbens 21 ist das Stellglied 12 angeordnet, das im vorliegenden Fall als Elektromagnet ausgebildet ist, der den Ventilkolben 21 von seinem Sitz 23 gegen die Wirkung der Feder 24 abhebt. Im Gehäuse-

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körper 15 befindet sich eine Einlaufbohrung 25, die mit der Zulaufleitung 13 verbunden ist und über eine Querbohrung 26 in das Innere des Ventilkörpers 18 führt, das durch den Ventilkegel 22 abgeschlossen ist, so lange das Stellglied 12 nicht betätigt wird.

-, In der gleichen Durchgangsbohrung 19 ist von der anderen Seite her die Meßblende 1 eingeschoben, die im wesentlichen aus einem Zylinder 27, einem Kolben 28, einer Feder 29 und einer Stellschraube 30 besteht. Die Druckfeder 24, die gegen den Ventilkolben 21 drückt, stützt sich am Zylinder 27 ab, die Feder 29, die gegen den Kolben 28 drückt, liegt in einem Sprengring 31 an, der in den Zylinder 27 eingelassen ist. Der Zylinder 27 ist mit einer Regelöffnung 32 versehen, die je nach der Stellung des Kolbens 28 abdeckbar ist und dadurch eine Einstellung der

) Durchflussmenge zulässt. Zur Einstellung wird an der Stellschraube 30 gedreht, beim gewünschten Wert wird die Stellung durch eine Kontürmutter 33 fixiert. Die Druckflüssigkeit gelangt vom Absperrventil 6 üb:r eine zentrale Eintrittsöffnung 34 zur Regelöffnung 32 der Meßblende 1 und von.hier aus zu einer Austrittsbohrung 35, die mit der Ablaufleitung 14 verbunden ist. Im Boden des Kolbens 28 ist

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zur Druckentlastung eine Durchgangsbohrung 36 einge- |

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In einer Bohrung 38 des Gehäuseteiles 16 ist ein Führungszylinder 39 ^w schwimmend " gelagert und durch elastische Ringe 40 nach aussen abgedichtet. Datei ist ein grosser Einzelkorben 41 mit einem kleinen Einzelkorben 42 durch einen Schaft 43 zu einem Stufenkolben 48 verbunden, der einen Ventilkegel 44 aufweist. Gegen den kleinen Einzelkorben 42 legt sich eine Druckfeder 45, die den Ventilkegel 44 von seinem Ventilsitz 46 abzuheben sucht. Auf der anderen Seite des Stufenkolbens 48 greift ein Stellglied 47 - zweckmässig ebenfalls in Form eines Elektromagneten - an, das den Kolben 48 gegen die Wirkung der Feder 45 zum Ventilsitz 46 hin schieben kann. Im Führungszylinder 39 ist oberhalb des grossen Einzelkolbens 41 eine Einlaßöffnung 49 und unterhalb des grossen Einzelkolbens 41 eine Einlaßöffnung 50 angeordnet, die mit Eintrittsbohrungen 51,52 im Gehäuseteil 16 verbunden sind, die wieder an die Austrittsbohrungen 35,37 des Gehäusekörpers 15 bzw. an die Ablaufleitung 14 angeschlossen sind. Die Einlaßöffnung 50 liegt zwischen dem grossen Einzelkolben 41 und dem Ventilsitz 46. Der Stufenkolben 48 trägt eine Bohrung 53, die die Einlaßöffnung 50 mit einem Raum 54- hinter dem kleinen Ein-

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zelkolben 42 verbindet. Zwischen dem Ventilsitz 46 und dem kleinen Einzelkolben 42 liegt eine Auslaßöffnung 55, die mit einer Austrittstohrung 56 des G-ehäuseteiles 16 verbunden ist.

Soll das Mengenregelventil in Tätigkeit gesetzt werden, so werden die Stellglieder 12 eingeschaltet, die zur Freigabe

^ des Durchflusses durch die Meß"blenden mit dem entsprechenderjDurchflusswert führen. Wird also z.B. da« Stellglied 12 nach Fig. 2 eingeschaltet, so drückt es den Ventilkorben 21 gegen die Wirkung der Druckfeder 24 nach rechts, so daß die Druckflüssigkeit von der Einlaufbohrung 25 her durchtreten kann. Sie gelangt über die Regelöffnung 32 mit dem fest eingestellten Durchlaßquerschnitt in die Austritts-"bohrung 35. Von hier aus geht die Druckflüssigkeit, eventuell über die Ablaufleitung 14, weiter zur Druckwaage 11.

f Bin ungedrosselter Ölstrom gelangt von der Einlaufbohrung 25 über die Leitung 37 und die Einlaßöffnung 49 hinter den grossen Einzelkorben 41, der durch die Heßblende 1 gedrosselte Ölstrom tritt in die Einlaßöffnung 50 ein, um über die Bohrung 53 auch in den Raum 54 hinter den kleinen Einzelkorben 42 zu gelangen. Der Ventilkegel 44 wl -d durch den grösseren Druck hinter dem grossen Einzelkolben 41 auf den Sitz 46 gedrückt,

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das Ventil öffnet sobald die Kraft der Druckfeder 25 zusammen mit dem gedrosselten Öldruck auf den kleinen Einzelkolben 4-2 und die eine Seite des grossen Einzelkol-"bens 41 die Kraft des Öldruckes auf die andere Seite des grossen Einzelkolbens 41 überwiegt. Jetzt tritt die Druckflüssigkeit durch die Austrittsbohrung 56 mit der Regelmenge aus. Durch die Kegelsitzventile ( Absperrventil 6 und Ventilkegel 44 des Stufenkolben 48 ) ist eine einwandfreie leckölfreie Regelung bis zu den kleinsten Mengen ( «. cmV min ) herunter möglich. Durch die Anordnung des Stellgliedes 47, in der Regel eines Elektromagneten, kann der Durchfluss durch das Mengenregelventil beliebig unterbrochen werden. Wird auf diese Weise der Durchfluss durch den Ventilsitz 46 gestoppt, so wird vermieden, dass beim Wiederöffnen des Ventils ein unerwünschter " Anfahrsprung " eintritt, der dadurch entsteht, dass der Stufenkolben 48 durch m das Auftreten des vollen Druckes auf den grossen Einzelkorben 41 schlagartig nach links verschoben wird, so daß also die anfängliche Bewegungsunregelmässigkeit am Werkzeug oder dergleichen entfällt.

In den Figuren 3 und 4 ist dargestellt, wie die Gehäusekörper 15 mit den Absperrventilen und den He£blenden und die Druckwaage 11, also der Gehäuseteil 16, auf einer

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Grundplatte 57 "befestigt sind. Entsprechend dem Regelbereich des Mengenregelventils werden auf die Grundplatte 57 mehr oder weniger solche Einheiten aufgesetzt. Der Austausch erneuerungsbedürftiger Teile ist besonders einfach.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen ins-Q besondere darin, dass die Durchflussmenge mit grosser Genauigkeit reproduzierbar einstellbar sind, und zwar mit sehr geringen Stellzeiten. Dabei ist der elektrische Steuerungsaufwand äusserst gering, ein Digital-Analog-Wandler entfällt und Meßfehler durch unvermeidliche Toleranzen der sonst notwendigen Steuer- und Regelglieder wie Potentiometer und dergleichen sowie Einflüsse durch Temperatur- und Spannungsschwankungen kommen in Wegfall. Das Mengenregelventil arbeitet bis zu kleinsten Regelmengen herunter, die für weggenaue Steuerungen sehr wichtig sind, völlig einwandfrei. Das Ventil hat einen leicht änderbaren Regelbereich in dem einfach weitere Absperrventil-Meßblende-Baueinheiten hinzugesetzt oder weggelassen werden. Bei sehr grossen Bereichen können, wenn es die Abmessungen wünschenswert erscheinen lassen, auch zwei Druckwaagen Verwendung finden. Dabei ist der Bauaufwand für das digital gesteuerte Mencenregelventil klein, Störungen sind so gut wie ausgeschlossen.

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Claims (14)

1. Mengenregelventil mit einer Druckwaage zur druckunabhängigen Regelung von Durchflussmengen, dadurch gekennzeichnet, daß in ihm mehrere Meßblenden (1 "bis 5) nebeneinander angeordnet sind und jede Meßblende (1 bis 5) mit einer festen Einstellung versehen und mit einem Absperrventil (6 bis 10) verbunden ist.

2. Mengenregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blendenwerte der einzelnen Meßblenden (1 bis 5) hinsichtlich der Durchflussmenge in einer geometrischen Reihe abgestuft sind.

3. Mengenregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßblenden (1 bis 5) einstellbar und auf einen Festwert justierbar sind.

4. Mengenregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Meßblende und das

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dazugehörige Absperrventil zu einer Baueinheit zusammengefasst und in einer Durchgangsbohrung (19) eines Gehäusekörpers (15) Jeweils von einer Seite her untergebracht sind.

5. Mengenregelventil nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Aissperrventil (6) aus einem in die Bohrung (19) des Gehäusekörpers (15) eingeschobenen und dort über am Umfang angeordnete elastische Ringe (20) abgedichteten Ventilkörper (18) und einem darin beweglichen Ventilkolben (21) besteht, der einerseits unter dem Einfluss eines Stellgliedes (12) und andererseits unter dem Einfluss einer Druckfeder (24) steht und mit einem Ventilkegel (22) versehen ist.

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6. Mengenregelventil nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Meßblende (1) aus einem in die Bohrung (19) eingeschobenen und gegen diese abgedichteten Zylinder (27) mit einer Regelöffnung (32) besteht und im Zylinder (27) ein Kolben (28) gegen die Wirkung einer Feder (29) über eine Stellschraube (30) verschiebbar ist, der den freien Öffnungsquerschnitt bestimmt.

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7. Mengenregelventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (28) mit einer Durchgangs-"bohrung (36) versehen ist und der Zylinder (27) eine zentrale Eintrittsöffnung (34-) und eine radial verlaufende Austrittsöffnung aufweist.

8. Mengenregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckwaage (11) gleichzeitig als Dichtventil ausgebildet ist.

9. Mengenregelventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckwaage (11) aus einem in einem Führungszylinder (39) axial verschiebbaren Stufenkolben (48) besteht, der einen Ventilkegel (44) trägt.

10. Mengenregelventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Stufenkolben (48) einerseits unter dem Einfluss einer Druckfeder (45) steht und andererseits durch ein Stellglied (47) bewegbar ist und der Ventilsitz (46) zwischen dem grossen und dem kleinen Einzelkolben (41,42) liegt.

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11. Mengenrege!ventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungszylinder (39) zwei Einlaßöffnungen (49,50) und eine Auslaßöffnung (55) aufweist, die eine Einlaßöffnung (49) auf der einen Seite des grossen Einzelkolbens (41) und die andere Einlaßöffnung (50) auf der anderen Seite des grossen Einzelkorbens (41) zwischen Ventilsitz (46) und dem grossen Einzelkorben (41) liegt und die Auslaßöffnung {55) zwischen dem kleinen Einzelkorben (42) und dem Ventilsitz (46) angeordnet ist.

12. Mengenregelventil nach Anspruch 8 "bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlaßöffnung (50) zwischen dem Ventilsitz (46) und dem grossen Einzelkorben (41) über eine Bohrung (53) im Stufenkolben (48) mit der dem Ventilsitz (46) angewendeten Seite des kleinen Einzelkolbens (42) verbunden ist.

13. Mengenregelventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsszylinder (39) in einer Bohrung (38) des Gehäuseteiles (16) mit Spiel gelagert und mittels elastischer Ringe (40) abgedichtet 1st.

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14. Mengenregelventil nach Anspruch 1, 4 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die die Meßblenden und die Absperrventile aufweisenden Baueinheiten zusammen mit einem die Druckwaage (11) enthaltenden
Gehäuseteil (16) auf einer Grundplatte (57) leicht austauschbar nebeneinander liegend befestigt sind.

15· Mengenregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei grossen Regelbereichen mehrere, wahlweise einschaltbare Druckwaagen (11) vorgesehen sind.