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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Vakuumventil, und
insbesondere auf ein Vakuumventil, das geeignet für die Verwendung in einem
Vakuumabwasserkanalsystem ist, in welchem Schmutzwasser, im allgemeinen
Haushaltsabwasser, durch Vakuum transportiert wird.
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Da herkömmliche Abwasserkanalsysteme vom Typ mit Schwerkraftfluß unter
dem Problem leiden, daß die Wartung der Leitungen zu hohen Kosten
tendiert, haben Vakuumabwasserkanalsysteme in letzter Zeit die Aufmerksamkeit
erregt. Im allgemeinen sind Vakuumabwasserkanalsysteme aus drei Teilen
zusammengesetzt, das sind ein Becken für Schmutzwasser oder ein
Hauseinlaß ausgestattet mit einem Vakuumventil, ein Vakuumabwasserkanalrohr
und eine Vakuumpumpenstation.
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Haushaltsschmutzwasser wird durch Schwerkraftfluß im Abwasserbecken
gesammelt, das mit einem Vakuumventil ausgestattet ist. Wenn der
Flüssigkeitspegel im Abwasserbecken auf einen vorbestimmten Pegel ansteigt,
detektiert dies ein Vakuumventilsteuermechanismus und öffnet das Ventil. Somit
wird das im Abwasserbecken gesammelte Abwasser in das
Vakuumabwasserkanalrohr gesaugt. Das Vakuumventil bleibt für eine vorbestimmte
Zeitdauer geöffnet, sogar nachdem das Abwasser bzw. Schmutzwasser
eingesaugt wurde, und Luft wird ebenso während dieser Dauer eingesaugt. Das
Abwasser im Rohr wird durch die sich ausdehnende Luft im Rohr gedrückt
und zur Vakuumpumpenstation in der Form einer Mischphasenströmung
getragen. Wenn eine bestimmte Menge des Schmutzwassers in einem
Sammeltank gesammelt wurde, wird das Wasser an eine
Abwasserbehandlungsanlage eines öffentlichen Abwassersystems durch eine
Abwasserantriebspumpe geschickt.
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Das herkömmliche Vakuumventil, das im zuvor beschriebenen
Vakuumabwasserkanalsystem verwendet wird, leidet jedoch unter dem Problem, daß
aufgrund des kleinen Spaltes zwischen dem Ventilkörper und der
Innen
wandoberfläche des Ventilgehäuses festes Fremdmaterial, beispielsweise
Kiesel, dazu tendiert, wenn das Ventil geöffnet oder geschlossen wird, im
Spalt steckenzubleiben bzw. sich verfängt, was mit der Bewegung des
Ventilkörpers interferriert. Da der zuvor beschriebene Spalt konstant gleichförmig
über die Länge bzw. einen Takt des Ventilkörpers zum Zweck der Führung
des Ventilkörpers ist, ist es immer wahrscheinlich, daß sich Fremdmaterial im
Spalt verfängt, wenn der Ventilkörper betrieben wird. Wenn der Ventilkörper in
einer halbgeöffneten Position verbleibt, weil sich im Spalt Fremdmaterial
verfangen hat, wird das Vakuum im gesamten System zerstört, was ein Versagen
des Vakuumabwasserkanalsystems bewirkt.
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Zur Lösung des zuvor beschriebenen Problems hat die Anmelderin der
vorliegenden Erfindung ein Vakuumventil vorgeschlagen, wie es in Fig. 5 der
Japanischen Patentanmeldung mit der Nummer 4-336571 (1992) (Japanese
Patent Public Disclosure Nr. 5-240373) gezeigt ist. Das Vakuumventil V
besitzt ein Gehäuse 31, einen Ventilkörper 35 angeordnet im Gehäuse 31, und
zwar auf eine solche Weise, das er schräg bewegbar ist, und eine
Ventilstange 36 zum Tragen des Ventilkörpers 35.
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Das Gehäuse 31 besitzt eine Bodenwand 31a und eine Seitenwand 31b, die
sich schräg von der Bodenwand 31a aus erstreckt. Das Gehäuse 31 besitzt
eine Einlaßöffnung 32 und eine Auslaßöffnung 33. Die Achsen der Einlaß-
und Auslaßöffnungen 32 und 33 liegen entlang einer horizontalen, geraden
Linie. Zusätzlich ist ein Ventilsitz 34 im Boden des Gehäuses 31 ausgebildet.
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Somit besitzt das Gehäuse 31 die Gehäuseseitenwand 31b sich nach außen
erstreckend, und zwar in eine Richtung ungefähr senkrecht zu der Achse x
des Ventils von einer Position nahe dem Ventilsitz 34 über 360 Grad um die
Achse x herum. Durch diese Anordnung wird verhindert, daß festes
Fremdmaterial, beispielsweise Kiesel, das von der Einlaßöffnung 32 her strömt,
zwischen dem Ventilkörper 35 und der Gehäuseinnenwand eingefangen wird. Der
Grad der Ausdehnung bzw. Erweiterung der Gehäuseseitenwand 31b ist so
eingestellt, daß wenn der Ventilkörper 35 aus der Position freigegeben wird, in
der er am Ventilsitz 34 ruht, der Abstand zwischen dem Außenumfangsteil des
Ventilkörpers 35 und der Gehäuseinnenwand 0,8D oder mehr ist (D ist die
Bohrung der Einlaßöffnung 32).
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Das Vakuumventil mit der zuvor beschriebenen Anordnung ist in der Lage,
extrem effektiv festes Fremdmaterial, wie beispielsweise Kiesel, mit einem
Durchmesser nicht größer als 0,8D davon abzuhalten, sich zwischen dem
Ventilkörper 35 und der Gehäuseinnenwand zu verfangen. Jedoch Leidet das
herkömmliche Vakuumventil unter dem Problem, daß, wie in Fig. 5 gezeigt,
langgestrecktes Fremdmaterial F, wie beispielsweise Wegwerfholzstäbchen,
dazu tendiert, sich zwischen den Gehäuseinnenwänden zu verfangen. Um
den Grund dieses Problems zu bestimmen, hat die Anmelderin der
vorliegenden Erfindung Experimente durchgeführt, bei welchem langgestrecktem
Fremdmaterial erlaubt wurde, in das Vakuumventil zu strömen. Als ein
Ergebnis wurde gefunden, daß bei dem verbesserten Gehäuse, daß in der
Japanischen Patentanmeldung mit der Nr. 4-336571 (1992) (entsprechend der EP-A-
544 261) vorgeschlagen wird, das Gehäuse einen vorderen Wandteil A
besitzt, wobei sich die Gehäuseinnenwand unter einem stumpfen Winkel in eine
Richtung einer Strömungslinie S erstreckt, die die Einlaß- und
Auslaßöffnungen verbindet, wie in Fig. 5 gezeigt. Daher wird, wenn langgestrecktes
Fremdmaterial F, beispielsweise Wegwerfholzstäbchen, in Kontakt mit diesem
Teil kommen, der Kopf des langgestreckten Fremdmaterials nach oben
entlang der Wandoberfläche durch eine Abwasserströmung geschoben bzw.
gedrückt. Daraus resultiert, daß Fremdmaterial zwischen den Gehäusewänden
eingefangen wird.
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Anbetrachts der zuvor beschriebenen Umstände ist es ein Ziel der
vorliegenden Erfindung, ein Vakuumventil mit einer Struktur vorzusehen, die
langgestrecktes Fremdmaterial, beispielsweise Wegwerfholzstäbchen, davon abhält,
sich zwischen den Gehäusewänden zu verfangen, wenn das Ventil betrieben
wird, während festes Fremdmaterial davon abgehalten wird, sich zwischen
dem Ventilkörper und der Gehäuseinnenwand zu verfangen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dieses Ziel durch ein Vakuumventil
erreicht, wie es im unabhängigen Anspruch 1 definiert ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen offenbart.
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Bei einem Vakuumventil der Erfindung ist es bevorzugt, daß wenn der
Ventilkörper aus der Ruhe- bzw. Rastposition freigegeben wird, der Abstand
zwischen einem Außenumfangsteil des Ventilkörpers und einer
Gehäuseinnenwand zumindest 0,8 mal der Durchmesser der Einlaßöffnung über dem
Bereich von zumindest 120 Grad um die Ventilachse herum ist.
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Ferner sollte der spitze Winkel bevorzugter Weise nicht größer als 60 Grad
sein.
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Zusätzlich besitzt der vordere Wandteil bevorzugter Weise eine Steigung bzw.
Schräge, so daß, wenn langgestrecktes Fremdmaterial länger als 4D/3 (wobei
D die Bohrung der Einlaßöffnung ist) unter dem größten Winkel zu einer
Innenwand eines Ansaugrohrs mit der selben Bohrung wie die Bohrung D
einfließt und in Kontakt mit dem vorderen Wandteil kommt, während es seine
Positionierung beibehält, das Fremdmaterial und der vordere Wandteil sich unter
einem spitzen Winkel zueinander befinden.
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Die zuvor genannten und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der
vorliegenden Erfindung werden klarer aufgrund der folgenden Beschreibung, wenn sie
im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen genommen wird, wobei
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung als ein
illustratives Beispiel gezeigt ist.
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Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht, die ein Ausführungsbeispiel
des Vakuumventils gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt;
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Fig. 2 ist eine Draufsicht oder eine Ansicht in die Richtung eines
Pfeils x in Fig. 1, und zwar eines Gehäuses im
Vakuumventil gemäß der vorliegenden Erfindung;
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Fig. 3(a) ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie X-B in Fig. 2;
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Fig. 3(b) ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie X-C in Fig. 2;
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Fig. 4(a) und 4(b) zeigen jeweils den Betrieb des Vakuumventils gemäß der
vorliegenden Erfindung; und
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Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht eines herkömmlichen
Vakuumventils.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Vakuumventils gemäß der
vorliegenden Erfindung wird in der Folge unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 4
beschrieben.
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Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht des Vakuumventils der vorliegenden
Erfindung, Fig. 2 ist eine Draufsicht eines Gehäuses, Fig. 3(a) ist eine
Querschnittsansicht entlang der Linie X-B der Fig. 2 und Fig. 3(b) ist eine
Querschnittsansicht entlang der Linie X-C der Fig. 2. Das Vakuumventil V besitzt
ein Gehäuse 1 mit einer ungefähr Y-förmigen Querschnittskonfiguration
insgesamt. Das Vakuumventil V besitzt ferner einen Ventilkörper 5, der im
Gehäuse 1 auf eine solche Weise angeordnet ist, daß er schräg bewegbar ist,
und ferner eine Ventilstange 6 zum Tragen des Ventilkörpers 5.
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Das Gehäuse 1 besitzt eine Bodenwand 1a und eine Seitenwand 1b, die sich
nach außen von der Bodenwand 1a aus erstreckt und sich gleichzeitig schräg
nach oben erstreckt. Die Seitenwand 1b umfaßt vordere, seitliche und
rückwärtige Wandteile 1c, 1d bzw. 1e. Das Gehäuse 1 besitzt eine Einlaßöffnung
2 und Auslaßöffnung 3, die sich horizontal erstrecken. Ein Teil der
Bodenwand 1a, der an die Auslaßöffnung 3 anschließt, bildet einen Ventilsitz 4. Die
Bohrung (der Durchmesser) D der Einlaßöffnung 2 und die der Auslaßöffnung
3 sind gleich zueinander.
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Ferner ist das Gehäuse 1 so angeordnet, daß, wie in Fig. 1 gezeigt, der
vordere Wandteil 1c der Gehäuseseitenwand 1b unter einem schrägen Winkel
nicht größer als 90 Grad zu der Richtung der die Einlaß- und Auslaßöffnungen
2 und 3 verbindenden Strömungslinie S verläuft bzw. ist, so daß
Fremdmate
rial F, beispielsweise wegwerfbare Holzstäbchen, das von der Einlaßöffnung 2
einströmt, leicht aus der Auslaßöffnung 3 mit der Abwasserströmung bzw.
dem Abwasserfluß fließen kann.
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Zusätzlich, wie in den Fig. 2, 3(a) und 3(b) gezeigt ist, erstrecken sich die
seitlichen und rückwärtigen Wandteile 1d und 1e der Gehäuseseitenwand 1b
nach außen in eine Richtung ungefähr senkrecht zur Achse x des Ventils von
einer Position nahe dem Ventilsitz 4 aus, so daß festes Fremdmaterial, wie
beispielsweise Kiesel, das von der Einlaßöffnung 2 einströmt, davon
abgehalten wird, sich zwischen dem Ventilkörper 5 und der Gehäuseseitenwand 1b
zu verfangen. Es wurde gefunden, daß der Ausweitungsgrad der
Gehäuseseitenwand 1b ausreichend ist, wenn er so eingestellt ist, daß wenn der
Ventilkörper 5 von der Position freigegeben wird, in der er auf dem Ventilsitz 4
ruht, der Abstand zwischen dem Außenumfangsteil des Ventilkörpers 5 und
der Gehäuseinnenwand zumindest 0,8D im Umfangsbereich einschließlich
eines Winkelbereichs von ungefähr 120 Grad an der Einlaßöffnungsseite ist,
wie in Fig. 2 gezeigt. Ferner erhöht sich der Grad der Ausweitung der
Gehäuseseitenwand 1b bevorzugter Weise, wenn der Abstand von der
Auslaßöffnung 3 in Richtung auf die Einlaßöffnung 2 zunimmt, wie in den Fig. 3(a) und
3(b) gezeigt ist.
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Zusätzlich ist der spitze Winkel, der zwischen dem vorderen Wandteil 1c und
der Richtung der die Einlaßöffnung 2 und die Auslaßöffnung 3 verbindenden
Strömungslinie S ausgebildet ist, bevorzugter Weise nicht größer als 60 Grad.
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Der Ventilkörper 5 besitzt ungefähr eine konische Konfiguration, und die
Ventilstange 6 zum Tragen des Ventilkörpers 5 erstreckt sich schräg. Unterdessen
ist ein Kolbengehäuse 7 am Oberende des Gehäuses 1 installiert, und ein
Kolben 8 ist hin- und herbewegbar im Kolbengehäuse 7 angeordnet. Der
obere Endteil der Ventilstange 6 ist mit einem Gewinde 6a ausgebildet. Der
Kolben 8 ist integral am oberen Endteil der Ventilstange 6 durch Klemmen
zwischen einer Platte 9 und einer Mutter 10 gesichert.
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Ein Diaphragma bzw. eine Membran 11 ist zwischen dem Kolben 8 und dem
Kolbengehäuse 7 dehnbar angebracht, so daß das Diaphragma 11 zwei
Kammern definiert, das sind eine Vakuumkammer 7a und eine Kammer mit
atmosphärischer Luft 7b, und zwar im Kolbengehäuse 7. Eine
Kompressionsspulenfeder 13 ist im Kolben 8 installiert, der in der Form eines Behälters
ausgebildet ist, um den Ventilkörper 5 schräg nach unten zu drücken. Der
Ventilkörper 5 wird durch die Kraft der Feder 13 für ein Rasten auf den
Ventilsitz 4 gedrückt, um eine Dichtung zu bewirken.
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Andererseits, wenn ein Vakuum von einer Vakuumquelle (nicht gezeigt) auf
die Vakuumkammer 7a wirkt, und somit den Kolben 8 schräg nach oben
bewegt, bewegt sich der Ventilkörper 5 schräg nach oben mittels der
Ventilstange 6. Somit wird der Ventilkörper 5 aus der Position freigegeben, in der er auf
dem Ventilsitz 4 ruht, was im Öffnen des Ventils resultiert.
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Der Betrieb des Vakuumventils V, das wie zuvor beschrieben ausgelegt ist,
wird nun in der Folge unter Bezugnahme auf die Fig. 1, 4(a) und 4(b)
beschrieben.
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Der Spalt zwischen dem unteren Ende eines Saugrohrs 15 des Vakuumventils
V und dem Boden eines Abwasserbeckens (nicht gezeigt) ist so eingestellt,
daß er kleiner ist als die Bohrung D des Vakuumventils V. Dies hat den
Grund, daß Fremdmaterial, das fast so groß wie die Bohrung D des
Vakuumventils V ist, davon abgehalten wird, in das Vakuumventil V oder das Saugrohr
15 gesaugt zu werden und diese zu verschließen. Fremdmaterial, das nahezu
so groß ist wie die Bohrung D des Vakuumventils, wird durch den Spalt
zwischen dem Saugrohr 15 und dem Boden des Abwasserbeckens blockiert. Der
Spalt ist im allgemeinen auf einen Wert eingestellt, der 0,8 bis 0,9 mal die
Bohrung D des Vakuumventils V ist.
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Somit, wenn das Ventil geöffnet werden soll, ist die Vakuumquelle (nicht
gezeigt) mit der Vakuumkammer 7a verbunden, wodurch dem Kolben 8 erlaubt ·
wird, sich schräg nach oben aufgrund des Druckunterschiedes zwischen der
Vakuumkammer 7a und der Kammer für atmosphärische Luft 7b zu bewegen.
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Als Folge bewegt sich der Ventilkörper 5 schräg nach oben über bzw. durch
die Ventilstange 6. Somit wird der Ventilkörper 5 aus der Position freigegeben,
in der er auf dem Ventilsitz 4 ruht, was im Öffnen des Ventils resultiert.
Somit wird im Abwasserbecken gesammeltes Abwasser vom Saugrohr 15 her
eingesaugt und in das Vakuumabwasserkanalrohr durch das Vakuumventil V
geschickt. Da eine 90-Grad Biegung 15a direkt vor dem Vakuumventil V
vorgesehen ist, ist die Strömungsgeschwindigkeit im oberen Bereich des Rohrs
merklich höher als im unteren Bereich, wie durch die Fig. 4(a) deutlich wird,
welche die Strömungsgeschwindigkeitsverteilungen an den Einlaß- und
Auslaßöffnungen 2 und 3 des Vakuumventils zeigt. Demgemäß, wie in Fig. 4(b)
gezeigt, wird langgestrecktes Fremdmaterial F, beispielsweise
Wegwerfholzstäbchen, das gegen die obere Innenwand der Biegung 15a stößt, an seinen
Kopf gedrückt. Daher ist es für das Fremdmaterial F einfach, eine Position
parallel zur Richtung der Hauptströmungslinie anzunehmen. Demgemäß bleibt
langgestrecktes Fremdmaterial F mit einer Länge im Bereich von D bis 4D/3
im Hauptstrom des Flusses, der sich von der Einlaßöffnung 2 zur
Auslaßöffnung 3 bewegt, und kann leicht ausströmen.
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Sogar wenn langgestrecktes Fremdmaterial F vom Hauptstrom des Flusses
abweicht und in Kontakt mit dem vorderen Wandteil 1c der Seitenwand 1b
kommt, wie in Fig. 1 gezeigt, wird der Kopf des langgestreckten
Fremdmaterials F nach unten durch den Abwasserfluß gedrückt, wie durch den Pfeil
gezeigt, weil sich der Vorderwandteil 1c und die Richtung der die Einlaß- und
Auslaßöffnungen 2 und 3 verbindenden Stromlinie S sich unter einem spitzen
Winkel zueinander befinden. Daher verbleibt das langgestreckte
Fremdmaterial F im Hauptstrom des Flusses und es ist nicht wahrscheinlich, daß das
Fremdmaterial F sich zwischen den Gehäusewänden verfängt.
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Im Fall, daß, wie in Fig. 1 gezeigt, langgestrecktes Fremdmaterial F, das
länger als 4D/3 ist, unter dem größten Winkel zur Innenwand des Saugrohrs 15
mit der selben Bohrung wie die Bohrung D der Einlaßöffnung 2 einfließt, und
sogar wenn das Fremdmaterial F in Kontakt mit dem Vorderwandteil 1c der
Seitenwand 1b kommt, während es seine Position beibehält, wird das
Fremdmaterial F zum Ausströmen bzw. Ausfließen veranlaßt, weil der
Vorderwandteil so geneigt ist, daß das Fremdmaterial an den Vorderwandteil unter einem
spitzen Winkel anstößt.
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Ferner, da ein weiter Raum benachbart zum Ventilsitz 4 innerhalb des
Gehäuses 1 ausgebildet ist, ist ein ausreichend großer Raum für festes
Fremdmaterial F, wie beispielsweise Kiesel, das einströmen kann, zwischen dem
Ventilkörper 5 und dem Boden und den Seitenwänden 1a und 1b des Gehäuses 1
ausgebildet. Das bedeutet, daß der Abstand zwischen dem Ventilkörper 5 und
der Gehäuseinnenwand an den Seiten- und Rückwandteilen 1d, 1e und der
Bodenwand 1a auf 0,8D oder mehr über einen Bereich von zumindest 120
Grad um die Ventilachse herum eingestellt ist. Daher wird eine Fläche bzw.
ein Gebiet, das für den Durchlaß von festen Fremdmaterial erforderlich ist,
zwischen dem Ventilkörper 5 und der Gehäuseinnenwand sichergestellt.
Somit wird festes Fremdmaterial davon abgehalten, sich zwischen dem
Ventilkörper 5 und der Gehäuseinnenwand zu verfangen, und somit ist es möglich,
zu verhindern, daß die Bewegung des Ventilkörpers 5 durch das
Vorhandensein des Fremdmaterials eingeschränkt wird.
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Wie zuvor beschrieben, ist gemäß der vorliegenden Erfindung der vordere
Wandteil der Seitenwand unter einem spitzen Winkel zur Richtung einer die
Einlaß- und Auslaßöffnungen verbindenden Stromlinie. Daher wird, sogar
wenn langgestrecktes Fremdmaterial, beispielsweise Wegwerfholzstäbchen,
in Kontakt mit der Gehäuseinnenwand kommt, der Kopf des Fremdmaterials
durch den Wasserfluß entlang der Wandoberfläche nach unten gedrückt.
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Demgemäß verbleibt das Fremdmaterial im Hauptstrom des Flusses und es
ist nicht wahrscheinlich, daß sich Fremdmaterial im Ventil verfängt. Ferner
weitet sich gemäß der vorliegenden Erfindung die Gehäuseinnenwand in den
Seiten- und Rückwandteilen der Seitenwand nach außen auf, und zwar in eine
Richtung ungefähr senkrecht zur Ventilachse von einer Position nahe des
Ventilsitzes aus. Daher wird ein weiter Raum benachbart zum Ventilsitz
inner
halb des Gehäuses ausgebildet, und ein ausreichend großer Raum für festes
Fremdmaterial, beispielsweise Kiesel, das einströmen kann, wird zwischen
dem Ventilkörper und der Gehäuseinnenwandoberfläche ausgebildet.
Demgemäß wird Fremdmaterial davon abgehalten, sich zwischen dem Ventilkörper
und der Gehäuseinnenwand zu verfangen, wenn das Ventil geöffnet oder
geschlossen wird. Die Erfindung ist eine geschickte Verbindung einer
Gehäuseform, die ein Verstopfen durch ein langgestrecktes Fremdmaterial verhindert,
und einer Gehäuseform, die das Verstopfen durch ein festes Fremdmaterial
verhindert, die ansonsten inkompatibel zueinander sind. Zusätzlich, da es
nicht wahrscheinlich ist, daß der Ventilkörper in einer halbgeöffneten Position
verbleibt, was ansonsten auftreten könnte, wenn Fremdmaterial sich zwischen
dem Ventilkörper und der Gehäuseinnenwand verfängt, ist es möglich, die
Zerstörung des Vakuums im Gesamtsystem zu verhindern, was ansonsten die
Verwendung des Systems unmöglich machen würde.