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Die Erfindung betrifft ein Heizgerät mit einem von einem Gebläse unterstützten Brenner, bei dem ein vorzugsweise gasförmiger Brennstoff in einer Brennstoff-Luft- Mischeinrichtung in die strömende Luft im Bereich einer Engstelle über mindestens eine Öffnung zugeführt wird.
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Stand der Technik
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Die
DE 10 2010 044 591 A1 zeigt und beschreibt eine Brennstoff-Luft-Mischeinrichtung in der Form einer Venturi-Durchführung, bei der Luft über ein Gebläse in den Venturi-Einlass gepresst wird, um kurz nach der Venturi-Engstelle mit Gas vermischt zu werden. Die Gaszufuhr erfolgt über ein Gasregelgerät und eine kurze Zuleitung, in denen die Gasströmung sowohl im Druck wie auch in ihrer Strömung beeinflusst und gedrosselt werden. Heizgeräte mit einer solchen Anordnung sind in ihrer Möglichkeit, die Leistung zu variieren, für heutige Wünsche zu stark begrenzt.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile
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Das erfindungsgemäße Heizgerät mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, dass dadurch, dass die Öffnung einstellbar ist, Fertigungstoleranzen ausgeglichen werden können. Die Öffnung lässt sich äußerst präzise einstellen, so dass die hauptsächliche Drosselung des Brennstoffs nach der Druckanpassung an dieser Öffnung stattfinden kann. Ferner können unterschiedliche Brennstoffarten zugeführt und über die Einstellung der Öffnung die Mischungsverhältnisse optimiert werden. Auch altersbedingte Änderungen an den geometrischen oder strömungstechnischen Verhältnissen lassen sich einfach ausgleichen.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen des Heizgerätes nach dem Hauptanspruch möglich. So ist es von Vorteil, wenn die einmal eingestellte Öffnung arretiert werden kann. Dies kann direkt nach dem Zusammenbau im Werk erfolgen oder aber vor Ort, wenn das Heizgerät aufgestellt wird.
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Nach dem Einstellen kann es notwendig werden, die Einstellung dauerhaft vor Veränderung und Manipulation zu schützen. In diesem Fall ist es von Vorteil, wenn die Arretiereinrichtung verschließbar, insbesondere plombierbar ist. Unter plombierbar ist zu verstehen, dass nach der Einstellung ein nur durch Zerstörung entfernbarer Verschluss angebracht werden kann.
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Eine besonders günstige Arretiereinrichtung kann eine Feststellschraube aufweisen. Diese ist bevorzugt so angebracht, dass sie während und nach dem Feststellen die Öffnung nicht in eine Richtung drängt.
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Die Verschließbarkeit kann dadurch erreicht werden, dass die Feststellschraube eine Schutzkappe aufweist. Die Schutzkappe ist bevorzugt so ausgestaltet, dass sie oder Teile davon nach dem Aufbringen nur durch Zerstörung wieder abgenommen werden können. Somit kann eine nachträgliche Manipulation festgestellt werden.
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Weist die Arretiereinrichtung ein Rastelement auf, lässt sich eine einfache, selbstsichernde Arretierung erreichen. Das Rastelement kann so ausgestaltet sein, dass die Arretierung nur durch Zerstörung des Rastelements oder einer das Rastelement abdeckenden Wand geöffnet werden kann.
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Eine ebenfalls besonders einfache und mehrfach nutzbare Arretiereinrichtung kann dadurch geschaffen werden, dass ein Klappelement vorgesehen ist. Ein solches Klappelement kann in eine Rasterung eingreifen und ein Verstellen der Öffnung wirksam verhindern.
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Weist das Klappelement eine Durchgangsbohrung auf, die mit einer Durchgangsbohrung eines feststehenden Elements fluchtet, kann das Klappelement gesichert oder plombiert werden.
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In einer besonderen Ausführung ist die Öffnung als ringförmiger Spalt ausgebildet. Dieser ringförmige Spalt lässt sich in seiner Weite variieren und so kann die Größe der Öffnung eingestellt werden. Außerdem verbessern sich die Zuführungsverhältnisse des Brennstoffs im Bereich der Engstelle, wenn die Öffnung ein ringförmiger Spalt ist. Die Zufuhr des Brennstoffs stabilisiert dadurch die Strömungsverhältnisse auf dem ganzen Umfang der als Venturi ausgebildeten Brennstoff-Luft-Mischeinrichtung.
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In einer besonders einfachen, konstruktiven Ausführung ist die Öffnung zwischen einem Grundkörper und einer Muffe gebildet. Ist die Muffe dann relativ zum Grundkörper bewegbar, kann auf diese Weise die Größe der Öffnung variiert werden.
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Besonders einfach gelingt die Variation der Öffnung dann, wenn die Muffe und der Grundkörper über ein Gewinde miteinander verbunden sind.
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Sehr einfach lässt sich das Druckniveau einstellen, wenn ein Druckregelventil vorgesehen ist.
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In der Leitung des Brennstoffs über das Druckregelventil zur Öffnung, stellt die Öffnung die wesentliche Drosselung des Brennstoffes zwischen der Leitung und der Zumischung zur Luft dar, wodurch die Leistungsmodulation deutlich gesteigert werden kann. An dieser Öffnung zwischen der durchströmenden Zuluft und dem Brennstoff-Einlass findet dann der wesentliche Druckabfall für den Brennstoff statt. Es hat sich gezeigt, dass durch diese Maßnahme an der Engstelle durch diese Brennstoff-Einleitung eine Strömung erreicht wird, durch die das Brennstoff-Luftgemisch sehr exakt dosiert werden kann, weil das Einleiten des Brennstoffs mit großer Geschwindigkeit erfolgt, was die Strömung im Venturi stabilisiert und die Unterdruckverhältnisse im Bereich der Venturi-Engstelle optimal ausnutzt. Daraus resultiert, dass auch bei einer Gebläseleistungsmodulation über einen weiten Modulationsbereich das Brennstoff-Luftverhältnis konstant bleibt. Dies ist insbesondere dann ein Vorteil, wenn Heizgeräte über einen großen Modulationsbereich in ihrer Leistung variiert werden müssen, beispielsweise weil zum einen gut gedämmte Häuser einen geringen Leistungswert für die Heizung jedoch einen hohen Leistungswert für die Brauchwasserbereitung aufweisen sollen.
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Die Zufuhr des Brennstoffs kann wie im StdT über eine sehr kurze Leitung oder aber über eine durch das Heizgerät geführt Leitung erfolgen. Vorteilhaft ist es, wenn die Hauptdrosselung des Brennstoffs eben an der Öffnung im Bereich der Engstelle des Venturis stattfindet und nicht schon vorher.
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Das in der Brennstoffzufuhrleitung üblicherweise vorgesehene Brennstoffregelventil drosselt den Brennstoffdurchgang zwar ebenfalls. Hauptaufgabe diese Ventils ist aber, den Brennstoff mit einem (vor-)bestimmbaren Druck, in der Regel gleich oder im Wesentlichen gleich dem Umgebungsdruck, bereit zu stellen und nicht die Brennstoffdrosselung für die Brennstoffdosierung. Unter wesentlicher Drosselung soll deshalb verstanden werde, dass ab der Stelle, an der der Brennstoff mit einem vorbestimmbaren Druck bereit gestellt wird, keine stärkere Drosselung als an der Öffnung stattfindet.
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Eine erfindungsgemäße Brennstoff-Luft-Mischeinrichtung mit einem Lufteinlass, einer Engstelle und einer Öffnung im Bereich der Engstelle zum Zuführen von Brennstoff, bei der die Öffnung einstellbar ausgebildet ist, weist den Vorteil auf, dass sie ein voreingestelltes Brennstoff-Luft-Gemisch über einen weiten Leistungsbereich konstant halten kann. Dies ist insbesondere für Heizgeräte von Vorteil, die ein in der Leistung modulierbares Gebläse aufweisen, das dann mit der erfindungsgemäßen Brennstoff-Luft-Mischeinrichtung zusammen arbeitet. Das Gebläse kann vor der Brennstoff-Luft-Mischeinrichtung oder vorteilhafter in Strömungsrichtung danach angeordnet sein.
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Zeichnungen
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In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Heizgerätes und der erfindungsgemäßen Brennstoff-Luft-Mischeinrichtung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
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1 eine schematische Darstellung der Komponenten eines Heizgerätes,
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2 eine schematische Darstellung der Funktionsweise des erfindungsgemäßen Heizgerätes,
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3 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Brennstoff-Luft-Mischeinrichtung,
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4 einen Schnitt nach Linie IV-IV in 3,
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5 bis 7 Varianten möglicher Arretiereinrichtungen und
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8 einen Teilschnitt nach Linie VIII-VIII in 7.
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Beschreibung
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In 1 ist schematisch ein Heizgerät 10 dargestellt, das ein Gebläse 12, einen Brenner 14 sowie eine Brennstoff-Luft-Mischeinrichtung 16 aufweist. Die Brennstoff-Luft-Mischeinrichtung 16 ist schematisch in 2 dargestellt, in der zu erkennen ist, dass im Bereich einer Engstelle 18 einströmende Luft 20 (dargestellt durch einen Pfeil) Brennstoff 22 (ebenfalls dargestellt durch einen Pfeil) über eine Öffnung 24 zugeführt wird.
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In 1 sind weitere Baugruppen des erfindungsgemäßen Heizgerätes 10 dargestellt. So wird über eine Brennstoffleitung 26 und ein Brennstoffregelventil 28 der Brennstoff 22 über eine Leitung 30 der Brennstoff-Luft-Mischeinrichtung 16 zugeführt. Das Brennstoffregelventil 28 ist so aufgebaut, dass es den Brennstoff unabhängig von seinem Eingangsdruck auf einen dem Umgebungsdruck proportionalen, einen gleichen oder einen im Wesentlichen gleichen Wert regelt. Die Leitung 30 ist hier als separate Leitung dargestellt. Sie kann aber auch, insbesondere wenn das Brennstoffregelventil 28 direkt mit dem Brennstoff-Luft-Mischeinrichtung 16 verbunden ist (wie in 3 strichpunktiert dargestellt), wie ein interner Durchlass ausgestaltet sein.
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In der Brennstoff-Luft-Mischeinrichtung 16 wird der Brennstoff 22 mit der einströmenden Luft 20 vermischt, vom Gebläse 12 angesaugt und über eine Zuführhaube 32 dem Brenner 14 zugeführt. Unterhalb des als Fallstrom-Brenners ausgeführten Brenners 14 ist ein Wärmetauscher 34 angeordnet, an den eine Vorlaufleitung 36 und eine Rücklaufleitung 38 für Heizwasser angeschlossen sind. Der Wärmetauscher 34 wird vom heißen Abgas durchströmt, kühlt dieses ab und führt es einer Abgasleitung 40 zu, die in einen Abgasauslass 42 mündet.
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Im Heizgerät 10 sind ferner eine Steuerung 44 sowie ein Ausdehnungsgefäß 46 untergebracht. Je nach Ausstattung des Heizgerätes 10 können darüber hinaus noch weitere Baugruppen, wie beispielsweise ein zusätzlicher Brauchwasserwärmetauscher oder diverse Pumpen und Mischer, vorgesehen sein.
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In 2 ist die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Heizgerätes 10 dargestellt. Das Gebläse 12 saugt über die erfindungsgemäße Brennstoff-Luft-Mischeinrichtung 16 ein Brennstoff-Luft-Gemisch an und fördert dieses zum Brenner 14, an dessen Unterseite eine, von einer Flammenüberwachungseinrichtung 48 überwachte Flamme 50 brennt. Die erfindungsgemäße Brennstoff-Luft-Mischeinrichtung 16 weist die Form eines Venturi-Rohres auf, an dessen Einlass 52 Umgebungsluft angesaugt und bis zur Engstelle 18 beschleunigt wird. Im Bereich der Engstelle 18 wird der Brennstoff 22 in einer Brennstoffkammer 54 unter definierten Druck bereitgestellt, um dann durch die ringförmige Öffnung 24 im Wesentlichen in Strömungsrichtung angesaugt zu werden. Hier hilft der Venturi-Effekt, gemäß dem das Ansaugen des Brennstoffes durch die schnell fließende Luft begünstigt wird.
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Die Druckverhältnisse sind so eingestellt, dass der Umgebungsdruck der zugeführten Luft 20 und der Druck des Brennstoffs 22 in der Brennstoffkammer 54 nahezu gleich sind und beim Zusammenführen in der Engstelle 18 im richtigen Mischungsverhältnis erfolgt. Weil die Einleitung des gasförmigen Brennstoffs in Richtung und Geschwindigkeit im Wesentlichen der Luftströmung entspricht und entlang der sich nach der Engstelle wieder aufweitenden Umgebung des Venturi-Rohres erfolgt, wird eine gegenüber dem Stand der Technik deutlich verbesserte Strömung im Diffusor erzielt. Dadurch kann das Gebläse 12 in einem weiten Modulationsbereich moduliert und die abgegebene Leistung des erfindungsgemäßen Heizgerätes 10 beeinflusst werden.
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In den 3 und 4 ist die erfindungsgemäße Brennstoff-Luft-Mischeinrichtung 16 detaillierter dargestellt. Es ist erkennbar, dass an der Engstelle 18 die Öffnung 24 ringförmig ausgestaltet ist und Brennstoff 22 ausgehend von der Brennstoffkammer 54 in die Venturi-Anordnung strömen kann. Es ist erkennbar, dass der Brennstoff 22 ausgehend von der Öffnung 24 entlang des Weges 56 in Strömungsrichtung der einströmenden Luft 20 zuführbar ist.
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Im Verlaufe des Weges 56 strömt der Brennstoff 22 entlang einer inneren Wand 58 der Brennstoff-Luft-Mischeinrichtung 16. Im weiteren Verlauf beginnt eine Vermischung zwischen Brennstoff 22 und Luft 20, die dann im Gebläse 12 zu einer homogenen Vermischung vollendet wird. Durch diese Druckverhältnisse ist es möglich, das optimale Mischungsverhältnis von Luft 20 und Brennstoff 22 über einen großen Modulationsbereich des Gebläses 12 konstant zu halten.
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Die Öffnung 24 ist gebildet zwischen einer Verlängerung der inneren Wand 58 und einem Rohrabschnitt 60 des Einlasses 52. Die besondere Konstruktion ist so ausgeführt, dass sich der Rohrabschnitt 60 gegenüber der Inneren Wand 58 verschieben lässt und die Öffnung 24 damit in ihrer Größe einstellbar ausgebildet ist.
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Wie in 3 zu sehen ist, ist der Rohrabschnitt 60 Teil einer Muffe 62, die ihrerseits mit einem Grundkörper 64 der Brennstoff-Luft-Mischeinrichtung 16 zusammenwirkt. Die innere Wand 58, der Rohrabschnitt 60, die Muffe 62 und der Grundkörper 64 schließen die Brennstoffkammer 54 in sich ein. An den Grundkörper 64 ist darüber hinaus ein Anschluss 66 zum Anschließen der Leitung 30 zum Zuführung des Brennstoffes 22 angeformt.
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Der Grundkörper 64 und die Muffe 62 sind über ein Gewinde 68 miteinander verbunden. Dadurch ist es möglich, durch Verdrehen der Muffe 62 relativ zum Grundkörper 64 eine axiale Verschiebung der Muffe 62 zum Grundkörper 64 zu erreichen und die Öffnung 24 in ihrer Größe zu verstellen. In einer Fortsetzung 69 der Muffe 62 über das Gewinde 68 hinaus sind eine oder mehrere Dichtungen bzw. Dichtungsräume 70 vorgesehen, die die Brennstoffkammer 54 nach außen abdichten.
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In einer nicht dargestellten Alternative könnte die Öffnung 24 durch Verschieben der Muffe 62 relativ zum Grundkörper 64 eingestellt werden. Es ist jedoch auch denkbar, eine Art Blende vorzusehen, die je nach Einstellung die Öffnung 24 mehr oder weniger verschließt. Da die Einstellung der Öffnung 24 fein dosierbar sein muss, um die entsprechenden Druckverhältnisse einstellen zu können, muss auch bei diesen Varianten ein exakt dosierbarer Verstellmechanismus vorgesehen sein.
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In den 3 und 4 ist schematisch eine Arretiereinrichtung 72 eingezeichnet. In diesem Ausführungsbeispiel wirkt die Arretiereinrichtung 72 zwischen dem Grundkörper 64 und der Muffe 62. Er verhindert, dass die einmal eingestellte Größe der Öffnung 24 wieder verändert wird. Im Ausführungsbeispiel erfolgt das dadurch, dass ein Verdrehen der Muffe 62 gegen den Grundkörper 64 verhindert wird. Sollte die Muffe 62 durch Verschieben auf die Größe der Öffnung 24 einwirken, würde die Arretiereinrichtung 72 so ausgestaltet sein, dass sie ein Verschieben verhindern kann.
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In 5 ist eine erste Ausführungsform einer Arretiereinrichtung 72 in der Form einer Feststellschraube 74 dargestellt. Über diese Feststellschraube 74 wird ein an der Muffe 62 angeformter Kragen 76 mittels des Schraubenkopfs 78 gegenüber dem Grundkörper 64 verklemmt.
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Im Grundkörper 64 ist ein Verschiebekörper 80 angeordnet, der ein polygones Außenprofil aufweist, über das er in einem gleich geformten Innenprofil verschiebbar angeordnet ist. Auf diese Weise legt sich der Verschiebekörper 80, wenn die Feststellschraube 74 angezogen wird, spannungsfrei an den Kragen 74 an. Dies hat den Vorteil, dass keine Kräfte von außen auf die die Öffnung 24 bildende Teile wirken und die Öffnung 24 auch über einen längeren Zeitraum konstant gehalten werden kann. Diese Art der Arretierung hat ferner den Vorteil, dass die Öffnung 24 stufenlos eingestellt werden kann.
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Der Schraubenkopf 78 ist mit einer metallenen Schutzkappe 82 versehen, in die ein napfförmiges Verschlussteil 84 einpressbar ist. Das vorzugsweise aus Kunststoff bestehende Verschlussteil 84 verkeilt sich in der Schutzkappe 82 und kann nur durch Zerstörung entfernt werden. Auf diese Weise ist ein effektiver Schutz gegen Manipulation vorgesehen.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Arretiereinrichtung 72 ist in 6 zu sehen. Dort ist ein Rastelement 86 vorgesehen, das in eine an einem Kragen 88 des Grundkörpers 64 ausgenommene Öffnung 90 einrastet. Das Rastelement 86 ist an einem Rastclips 92 angeformt, der in der Zeichnung von oben auf den Kragen 88 aufgeschoben werden kann, so dass sich das Rastelement 86 auslenkt und bei weiterem Eindrücken in die Öffnung 90 verrastet. Gleichzeitig wird ein Fortsatz 94 auf einen umlaufenden Kragen 96 gedrückt, der an der Muffe 62 angeformt ist. Dazu weist der Kragen 96 Ausnehmungen 98 auf, in die Wände 100 des Fortsatzes 94 eingreifen und ein weiteres Verdrehen der Muffe 62 gegenüber dem Grundkörper 64 verhindern. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass es beim Aufdrücken des Rastclips 92 nicht zu Spannungen zwischen der Muffe 62 und dem Grundkörper 64 kommt, die gegebenenfalls die Größe der Öffnung 24 beeinflussen könnten.
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Der Rastclips 92 ist so ausgestaltet, dass das Rastelement 86 nur dadurch aus der Öffnung 90 bewegt werden kann, dass eine am Rastclips 92 angebrachte dünne Wand 102 durchstoßen wird. Dadurch ist eine Manipulation, so sie stattfindet, nachträglich erkennbar.
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Ein drittes, ein Klappelement 104 aufweisendes Ausführungsbeispiel ist in 7 dargestellt. Das Klappelement 104 weist einen in Seitenansicht L-förmigen und im Querschnitt U-förmigen Bügel 106 auf, der an einem am Grundelement angeformten ersten Block 108 angelenkt ist. Dadurch kann der Bügel 106 in Richtung auf einen an der Muffe 62 angeformten umlaufenden Kragen 110 verschenkt bzw. geklappt werden.
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Wie in 8 schematisch dargestellt ist, weist der umlaufende Kragen 110 eine Vielzahl von Nuten 112 auf, in die die Wände des U förmigen Bügels 106 eingreifen können. Ein Verdrehen der Muffe 62 gegenüber dem Grundkörper 64 ist dadurch verhindert und die Größe der eingestellten Öffnung 24 arretiert.
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Um die eingestellte Öffnungsgröße zu halten und das Abklappen des Bügels 106 zu verhindern, ist am Grundkörper 64 ein zweiter Block 112 angeformt, der eine Durchgangsöffnung 114 aufweist, die mit einer Durchgangsöffnung 116 am Bügel 106 in arretierter Position fluchtet. Durch diese Öffnungsstruktur kann beispielsweise der Draht einer Plombe eingefädelt und gesichert werden. Das Klappelement 104 ist damit gegenüber Manipulation gesichert.
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Auch wenn hier nur Arretiereinrichtungen 72 vorgestellt sind, die ein Verdrehen verhindern, ist es möglich, durch geringen konstruktiven Umbau auch ein Verschieben der Muffe 62 gegenüber dem Grundkörper 64 zu verhindern und die Öffnung 24 damit zu arretieren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010044591 A1 [0002]
