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Gebiet der
Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich allgemein auf Ventile und bezieht sich spezifischer auf Doppelisolationsventile.
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Hintergrund
der Erfindung
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Ventile sind übliche Komponenten von nahezu
jeglichem Rohrleitungssystem. Obwohl sie in zahlreichen unterschiedlichen
Konfigurationen und Größen konstruiert
sein können,
wird ein typisches Ventil einige wenige Grundelemente umfassen.
Diese umfassen bzw. beinhalten: einen Ventilkörper, welcher innere bzw. interne
Komponenten in einem Innenhohlraum aufnimmt; Einlaß- und Auslaßöffnungen, die
zu und von dem Ventilkörper
führen;
ein oder mehrere Ventilglied(er), das bzw. die innerhalb des Hohlraums
des Ventilkörpers
positioniert sind, mit Durchtritten für einen Fluidstrom; Einlaß- und Auslaßsitze,
welche die Kontaktpunkte zwischen den Einlaß- und Auslaßöffnungen
und dem (den) Ventilglied(gliedern) abdichten; und einen Ventilschaft
oder eine andere Struktur oder einen Mechanismus, der (die) sich
nach außen
aus dem Hohlraum zum Drehen des (der) Ventilglieds (er) innerhalb
des Ventilkörperhohlraums
erstreckt. Diese Komponenten sind derart festgelegt, daß ein Fluid,
das in das Ventil durch das Einlaßrohr eintritt, entweder durch
das Ventilglied zu dem Auslaßrohr
fließen
kann oder an einem derartigen Fluß aufgrund der Ausrichtung
bzw. Orientierung des Ventilglieddurchtritts relativ zu dem Ventilkörper gehindert
ist.
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Eine spezialisierte Ventilkonfiguration
ist das "Doppelisolier"-Ventil (manchmal
auch als "Doppelblock-
und Auslauf"-Ventil bezeichnet,
welches ein Paar von Ventilgliedern umfaßt, die in Serie innerhalb des
Ventilhohlraums positioniert sind. Doppelisolier- bzw. Doppelisolationsventile
werden typischerweise in Rohrleitungssystemen angewandt, in welchen
jede Leckage durch das Ventil, wenn es geschlossen ist, extrem nachteilig,
wenn nicht katastrophal sein würde.
Exemplarische bzw. beispielhafte Verwendungen behalten Situationen,
in welchen (a) zwei sehr flüchtige
Materialien durch das Ventil getrennt werden bzw. sind, (b) ein
stromabwärtiger
Operator bzw. Betätiger
durch das Ventil geschützt
wird, (c) eine Querverunreinigung von zwei Materialien durch das
Ventil verhindert ist, und (d) trinkbare und nicht trinkbare Wasserströme durch
das Ventil getrennt werden.
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Ein Beispiel eines Doppelisolierventils
ist in U.S. Patent Nr. 5,669,415 von Trunk geoffenbart (das Trunk-Ventil).
Das Trunk-Ventil hat zwei kegelstumpfförmige Pfropfen bzw. Stopfen,
welche jeweils umgekehrt sind (d. h. das schmälere Ende des Pfropfens erstreckt
sich nach oben). Selbstverständlich
ist der volumetrische Fluß des
Ventils von der Größe und der
Form der Durchtritte in den Pfropfen abhängig; jedoch ist die Größe der Durchtritte
durch die Größe des Pfropfens
selbst begrenzt, da eine ausreichende Struktur den Durchtritt umgeben
muß, um
zu verhindern, daß der
Pfropfen während
der Verwendung bricht oder in sich zusammenbricht. Typischerweise, und
wie dies in Trunk dargestellt ist, beinhalten Ventile, die kegelstumpfförmige Pfropfen
haben, trapezförmige
Strömungs-
bzw. Flußdurchtritte
in den Pfropfen, welche mit der trapezförmigen Querschnittsform der
Pfropfen in einem Bemühen
zusammenpassen, den Querschnittsoberflächenbereich des Durchtritts
zu maximieren.
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Einige Doppelisolierventile, die
zwei kegelstumpfförmige
Pfropfen aufweisen, sind derart konfiguriert, daß ein Pfropfen umgekehrt ist,
wie dies oben beschrieben ist, und der andere dies nicht ist (d.
h. das schmälere
Ende des Pfropfens erstreckt sich nach unten). Diese Konfiguration
(beispielhaft im Britischen Patent Nr. GB 2 305 713 B dargestellt)
wird in einem Versuch angewandt, das Hohlraumvolumen und die Gesamtlänge des
Ventils zu reduzieren; da die Pfropfen um 180 Grad gegeneinander
um die Strömungsachse
ausgerichtet sind, können
sie näher zueinander
positioniert werden, ohne miteinander zusammenzuwirken bzw. einander
zu beeinflussen, als dies der Fall mit gleich ausgerichteten bzw.
orientierten Pfropfen ist.
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Leider kann diese umgekehrte Ausrichtung eines
Pfropfens in einem Doppelisolierventil eine Reduktion in dem volumetrischen
Strom ausbilden, wenn Strömungsdurchtritte
mit trapezförmigem Querschnitt
angewandt werden. Da die Umfänge
der Strömungsdurchtritte
nicht miteinander ausgerichtet sind (wie dies der Fall für Doppelisolierventile,
wie dem Trunk-Ventil, sein kann) wird ein Fluid, das durch das Ventil
fließt
bzw. strömt,
in seinem Strömungspfad
bzw. -weg etwas neu ausgerichtet, wodurch die Turbulenz in dem Strom
erhöht
wird und die Strömungs-
bzw. Flußeffizienz
reduziert wird. Dieser Nachteil hat zu einigen Ventilen geführt, die
ausgerichtete, kreisförmige
Strömungsdurchtritte
aufweisen; jedoch stellen derartige Durchtritte einen geringeren
Querschnittsbereich für
einen Fluß dar
und leiden somit auch an einem reduzierten, volumetrischen Fluß.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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In Hinblick auf das vorher Gesagte
ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Doppelisolierventil
zur Verfügung
zu stellen mit Pfropfen, die um 180 Grad gegeneinander versetzt
um die Strömungsachse
ausgerichtet sind, welche jedoch nicht an einem merkbar reduzierten
volumetrischen Strom bzw. Fluß leiden.
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Es ist auch ein Ziel bzw. Gegenstand
der vorliegenden Erfindung, ein derartiges Ventil mit einer hohen
Flußeffizienz
zur Verfügung
zu stellen.
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Diese und andere Gegenstände werden durch
die vorliegende Erfindung erfüllt,
welche auf ein Doppelisolierventil mit verbesserten Strömungs- bzw.
Flußeigenschaften
gerichtet ist. Das Doppelisolierventil umfaßt: einen Ventilkörper mit
gegenüberliegender
Einlaß-
und Auslaßöffnung,
der einen inneren Hohlraum definiert; ein erstes Ventilglied und
ein zweites Ventilglied. Das erste Ventilglied (vorzugsweise ein
kegelstumpfförmiger
Pfropfen) hat ein kleineres bzw. schmäleres erstes Ende und ein breiteres bzw.
weiteres zweites Ende und ist drehbar innerhalb des Ventilkörperhohlraums
zu einer Rotation um eine erste Drehachse im wesentlichen senkrecht
zu der Strömungsachse
angeordnet, die durch die Einlaß- und
Auslaßöffnung definiert
ist. Das erste Ventilglied beinhaltet einen im wesentlichen rechteckigen
Strömungsdurchtritt.
Das erste Ende des ersten Ventilglieds erstreckt sich weg von dem
zweiten Ende entlang der ersten Drehachse in einer ersten Richtung, und
das erste Ventilglied ist drehbar zwischen einer offenen Position,
in welcher der Strömungsdurchtritt ausgerichtet
ist, um allgemein mit der Strömungsachse
zu fluchten und auf dieser an geordnet. zu sein, um einem Fluid zu
ermöglichen,
das in die Einlaßöffnung eintritt,
durch den Strömungsdurchtritt
hindurchzutreten, und einer geschlossenen Position, in welcher der Strömungsdurchtritt
ausgerichtet ist, um allgemein senkrecht zu der Strömungsachse
zu liegen, um ein Fluid, das in die Einlaßöffnung eintritt, am Durchtreten
durch den Strömungsdurchtritt
zu hindern. Das zweite Ventilglied hat auch ein schmäleres bzw.
kleineres erstes Ende und ein weiteres bzw. breiteres zweites Ende
und ist drehbar innerhalb des Ventilkörperhohlraums zu einer Rotation
um eine zweite Drehachse festgelegt, die im wesentlichen senkrecht
zu der Strömungsachse
liegt. Das erste Ende des zweiten Ventilglieds erstreckt sich weg
von dem zweiten Ende entlang der zweiten Drehachse in einer zweiten Richtung
entgegengesetzt zu der ersten Richtung (derart, daß das erste
und zweite Ventilglied in entgegengesetzten Richtungen ausgerichtet
sind). Das zweite Ventilglied, welches auch einen im wesentlichen
rechteckigen Strömungsdurchtritt
aufweist, ist drehbar zwischen einer offenen Position, in welcher der
Strömungsdurchtritt
ausgerichtet bzw. orientiert ist, um allgemein mit der Strömungsachse
zu fluchten und auf dieser angeordnet zu sein, um es einem Fluid zu
ermöglichen,
das aus dem ersten Ventilglied austritt, durch den Strömungsdurchtritt
zu der Auslaßöffnung hindurchzutreten,
und einer geschlossenen Position, in welcher der Strömungsdurchtritt
ausgerichtet ist, um allgemein senkrecht zu der Strömungsachse
zu. liegen, um ein Fluid, das aus dem ersten Ventilglied austritt,
daran zu hindern, durch den Strömungsdurchtritt
zu der Auslaßöffnung zu
fließen.
In dieser Konfiguration kann der Fluidstrom durch das Ventil weniger
gestört
werden als bei Doppelisolierventilen gemäß dem Stand der Technik, während ein extensiver
Fluß durch
das Ventil ermöglicht
wird.
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In einer bevorzugten Ausbildung sind
die Strömungsdurchtritte
derart konstruiert, daß ihre
Umfänge
im wesentlichen entlang der Strömungsachse ausgerichtet
sind. In dieser Konfiguration wird ein Fluidstrom typischerweise
nicht mehr als in Ventilen gemäß dem Stand
der Technik gestört,
die kreisförmige
Durchtritte haben; jedoch kann das Strömungs- bzw. Flußvolumen größer als für Ventile mit kreisförmigen Durchtritten
sein, da die rechteckige Form der Durchtritte ein größeres Flußvolumen
ermöglicht bzw.
erlaubt.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine perspektivische Ansicht eines Doppelisolierventils der vorliegenden
Erfindung.
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2 ist
eine perspektivische, weggeschnittene Ansicht des Doppelisolierventils
von 1.
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3 ist
eine Schnittansicht durch den umgekehrten Ventilabschnitt des Doppelisolierventils von 1.
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4 ist
eine Schnittansicht sowohl durch den aufgerichteten als auch den
umgekehrten Ventilabschnitt des Doppelisolierventils von 1.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausbildungen
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Die vorliegende Erfindung wird nun
nachfolgend vollständiger
unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in
welchen bevorzugte Ausbildungen der Erfindung gezeigt sind. Diese
Erfindung kann jedoch in zahlreichen unterschiedlichen Formen ausgebildet
sein und sollte nicht als durch die hier ausgeführten Ausbildungen beschränkt betrachtet
werden; eher werden Ausbildungen zur Verfügung gestellt, daß diese
Offenbarung sorgfältig
und vollständig ist,
und wird vollständig
den Rahmen der Erfindung für
den Fachmann vermitteln.
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Indem nun auf die Zeichnungen Bezug
genommen wird, wird ein Doppelisolier- bzw. Doppelisolationsventil
allgemein mit 10 bezeichnet, wie dies in 1 gezeigt ist. Das Ventil 10 umfaßt bzw.
beinhaltet ein Gehäuse 12,
das eine Einlaßöffnung 14 an einem
Ende und eine Auslaßöffnung 40 an
dem gegenüberliegenden
Ende aufweist. Ein Einlaßflansch 16 ist
an das freie Ende der Einlaßöffnung 14 fixiert, um
eine Festlegung bzw. Befestigung des Ventils 10 innerhalb
eines Rohrleitungssystems zu erleichtern; in gleicher Weise ist
ein Auslaßflansch 42 an
das freie Ende des Auslaßöffnung 40 fixiert.
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Indem nun auf 2 bis 4 Bezug
genommen wird, beinhaltet das Gehäuse 12 (das im Querschnitt gezeigt
ist) einen umgekehrten Ventilabschnitt 18 und einen aufgerichteten
bzw. aufrechten Ventilabschnitt 30, welche jeweils einen
umgekehrten Pfropfen 22 und einen aufgerichteten Pfropfen
bzw. Stopfen 34 aufnehmen. Der umgekehrte Ventilabschnitt 18 beinhaltet.
eine innere Oberfläche 18a,
die ein offenes oberes Ende aufweist. Eine Abdeckungsanordnung 19 deckt
den umgekehrten Ventilabschnitt 18 ab und definiert mit
der inneren Oberfläche 18a einen Hohlraum 20.
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Der Pfropfen 22 (typischerweise
aus Eisen, Stahl, Keramik, Kunststoff oder einem Verbundmaterial)
hat eine kegelstumpfförmige
Form und ist innerhalb des Hohlraums 20 derart positioniert,
daß sein schmäleres Ende 22a sich
nach unten erstreckt und sein weiteres Ende 22b sich nach
oben erstreckt. Typischerweise hat der Pfropfen 22 ein
Längen-zu-Durchmesser-Verhältnis von
etwa 1,0 bis 5,0 und eine Neigung bzw. Verjüngung zwischen 3 und 7 Grad,
wobei etwa 4–5
Grad bevorzugt sind. Die äußere Oberfläche 23 des
Pfropfens 22 kontaktiert, fügt sich ein in und bildet eine
Dichtung mit der inneren Oberfläche 18a des
umgekehrten Ventilabschnitts 18. Die Dichtung bzw. Abdichtung
zwischen dem Pfropfen 22 und der inneren Oberfläche 18 ist
vorzugsweise mit einem Dichtmittel erhöht bzw. verbessert, wie einem "Bingham-artigen" Fluid, dessen Zusammensetzung
maßgeschneidert
bzw. abgestimmt ist, um die Dichtleistung des Ventils zu erhöhen, während eine
Kompatibilität
mit den Auskleidungsmitteln sichergestellt ist.
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Der Pfropfen 22 beinhaltet
einen im wesentlichen rechteckigen bzw. rechtwinkeligen Durchtritt 24,
welcher es einem Fluid ermöglicht,
von der Einlaßöffnung 14 zu
dem aufgerichteten Ventilabschnitt 30 entlang einer Strömungsachse
F zu passieren bzw. hindurchzutreten. Vorzugsweise weist der Durchtritt 24 ein
Längen-
(d. h. lange Achse) zu Breiten(d. h. kurze Achse) Verhältnis von
etwa zwischen 1,0 und 5,0 auf.
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Ein Schaft 26 ist an das
schmale Ende des Pfropfens 22 festgelegt und erstreckt
sich durch eine Öffnung
in dem umgekehrten Ventilabschnitt 18, um einen Zugang
für einen
Operator bzw. Betätiger
zum Drehen des Pfropfens 22 zur Verfügung zu stellen. Zu Illustrationszwecken
ist der Schaft 26 quadratisch im Querschnitt, um mit einem
analog geformten Schlüssel
bzw. Schraubenschlüssel
zusammenzupassen; jedoch können
auch andere Konfigurationen des Schafts 26 (wie hexagonal)
angewandt werden, wie auch komplexere Ventilglied-Rotationsmechanismen,
wie beispielsweise derjenige angewandt werden kann, der in dem Britischen
Patent GB2305713B beschrieben ist. An seinem weiteren bzw. breite ren Ende
beinhaltet der Pfropfen 22 eine Einstellschraube 28,
die sich in eine runde Ausnehmung 19a im dem Deckel bzw.
der Kappe 19 erstreckt und mit dieser zusammenpaßt.
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Indem neuerlich auf 2 bis 4 Bezug
genommen wird, definiert die innere Oberfläche 30a des aufgerichteten
Ventilabschnitts 30 gemeinsam mit der Abdeckanordnung 31,
die an seinem unteren Abschnitt festgelegt bzw. montiert ist, einen
Hohlraum 32. Innerhalb dieses Hohlraums 32 ist
ein kegelstumpfförmiger
Pfropfen 34 drehbar festgelegt und in einer analogen Weise
wie der Pfropfen 22 eingesetzt, wobei die äußere Oberfläche 35 des
Pfropfens 34 die innere Oberfläche 30a kontaktiert.
Der Pfropfen 34 ist derart ausgerichtet bzw. orientiert, daß er um
die Strömungsachse
F 180° von
dem Pfropfen 22 ausgerichtet ist, d. h. sein schmäleres Ende 34a erstreckt
sich nach oben und sein unteres Ende 34b erstreckt sich
nach unten. Die bevorzugten Abmessungen, wie dies oben für den Pfropfen 22 ausgeführt ist,
sind in gleicher Weise für
den Pfropfen 30 anwendbar.
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Der Pfropfen 34 beinhaltet
einen rechteckigen bzw. rechtwinkeligen Durchtritt 36.
Illustrativ und vorzugsweise sollte der Durchtritt 36 so
dimensioniert bzw. bemessen sein, daß er im wesentlichen denselben
Querschnitt wie der Durchtritt 24 aufweist, und sein Umfang
sollte im wesentlichen mit dem Umfang des Durchtritts 24 relativ
zur Strömungsachse
F fluchten. Ähnlich
dem Pfropfen 22 umfaßt
der Pfropfen 34 auch einen Schaft 38, der sich
durch eine Öffnung
in dem aufgerichteten Ventilabschnitt 30 erstreckt, um
einem Betätiger
einen Zugang zum Drehen des Pfropfens 34 zu ermöglichen,
und beinhaltet weiters eine Einstellschraube 39 an seinem
weiteren Ende 34a, welche sich in eine Ausneh mung 31a in der
Abdeckung bzw. Kappe 31 erstreckt und mit dieser zusammenpaßt.
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Im Betrieb nimmt das Ventil 10 eine
geschlossene Position ein (d. h. eine, in welcher ein Fluid am Fließen bzw.
Strömen
von der Einlaßöffnung 14 zu
der Auslaßöffnung 40 gehindert
ist), indem die Pfropfen 22, 34 in ihre geschlossenen
Position gedreht sind bzw. werden. Dies wird durch Verwenden eines
Schlüssels
oder eines anderen Werkzeugs zum Drehen der Schäfte 26, 38 gegen
den Uhrzeigersinn durchgeführt.
Eine derartige Rotation veranlaßt
jeden Pfropfen, daß um
seine Drehachse so ausgerichtet wird, daß sein entsprechender Durchtritt 24, 36 im
wesentlichen senkrecht zu der Strömungsachse F ist bzw. liegt.
In dieser Position kontaktieren die äußeren Oberflächen 23, 35 der
Pfropfen 22, 34 die inneren Oberflächen 18a, 30a,
wodurch die Einlaß- und
Auslaßöffnung 14, 40 gegeneinander
abgedichtet werden.
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In der geschlossenen Position weist
das Ventil 10 zwei Pfropfen auf, die positioniert sind,
um einen Fluidstrom von der Einlaßöffnung 14 zu der Auslaßöffnung 40 zu
verhindern. Daher stellt, wenn ein bestimmter Grad an Leckage durch
die Dichtung zwischen dem Pfropfen 22 und der inneren Oberfläche 18a auftritt
(beispielsweise durch Erosion oder Fehlausrichtung des Pfropfens 22 oder
durch zufälliges Öffnen des
Pfropfens 22) die Wechselwirkung zwischen dem Pfropfen 34 und
der inneren Oberfläche 30a eine
Zusatzdichtung zur Verfügung,
welche einen Fluidstrom zu der Auslaßöffnung 40 verhindern kann.
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Das Ventil 10 kann durch
ein Drehen von jedem Ventilschaft 26, 38 im Uhrzeigersinn
um eine Viertelumdrehung (90 Grad) um ihre Drehachse geöffnet werden.
Eine derartige Rotation treibt jeden Pfropfen 22, 34 zu
einer Position, in welcher sein entsprechender Durchtritt 24, 36 so
ausgerichtet ist, daß er
im wesentlichen parallel zu der Strömungsachse F liegt. Derart
ist das Fluid dann frei, von der Einlaßöffnung 14 durch die
Durchtritte 24, 36 und in die Auslaßöffnung 40 zu
fließen
bzw. zu strömen.
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Wie die in 3 und 4 gezeigt
ist, bewirkt eine Rotation der Pfropfen 22, 34 in
ihre offenen Positionen, daß die
Durchtritte 24, 36 derart positioniert werden
bzw. sind, daß ihre
Umfänge
im wesentlichen entlang der Strömungsachse
F ausgerichtet sind bzw. fluchten. Als ein Ergebnis wird ein Fluid,
das durch die Durchtritte 24, 36 fließt, nicht
wesentlich von seinem Strömungsweg
abgelenkt, um dadurch hindurchzutreten. Dementsprechend ist die
volumetrische Flußrate
bzw. Strömungsgeschwindigkeit
des Ventils 10 nicht aufgrund der Ausbildung einer Turbulenz
reduziert, die durch die Fehlausrichtung von Pfropfendurchtritten
bewirkt ist, welche in anderen "umgekehrt
ausgerichteten" Doppelisolierpfropfenventilen
auftreten.
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Zusätzlich erhöht die rechteckige Form der Durchtritte 24, 36 den
Querschnittsbereich, der für
einen Fluß verfügbar ist.
Als solches ist die volumetrische Flußgeschwindigkeit bzw. Strömungsrate
des Ventils 10 größer als
dies der Fall für
einen kreisförmigen
Durchtritt wäre,
der einen Durchmesser gleich der Länge oder Breite eines rechteckigen
Durchtritts aufweist, wie dies hier dargestellt und beschrieben ist.
Selbstverständlich
könnten
die Pfropfen 22, 34 unabhängig voneinander betätigt werden,
so daß das Ventil 10 als
ein Einzelpfropfenventil mit einem redundanten bzw. überzähligen Pfropfen
verwendet werden könnte.
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Das Vorhergehende ist für die vorliegende Erfindung
erläuternd
und ist als nicht als eine Beschränkung derselben anzusehen.
Obwohl exemplarische Ausbildungen dieser Erfindung beschrieben wurden,
wird ein Fachmann leicht erkennen, daß zahlreiche Modifikationen
in den beispielhaften Ausbildungen möglich sind, ohne materiell
die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen definiert ist, zu verlassen. Dementsprechend
ist beabsichtigt, daß alle
derartigen Modifikationen innerhalb des Rahmens dieser Erfindung,
wie sie in den Ansprüchen
definiert ist, enthalten sind. Die Erfindung ist durch die folgenden Ansprüche definiert,
wobei Äquivalente
der Ansprüche
hierin mitumfaßt
sein sollen.