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Die Erfindung betrifft einen Kugelhahn nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
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Eine gattungsgemäßer Kugelhahn ist beispielsweise aus der
DE 41 10 080 A1 bekannt. Der Kugelhahn umfasst eine Gehäuseeinheit und einen in der Gehäuseeinheit verlaufenden Durchflusskanal für ein strömendes Medium. Die Gehäuseeinheit weist zwei Anschlussstutzen auf, welche eine schaltbare Absperreinheit zum Öffnen und Schließen des Durchflusskanals zwischen sich aufnehmen. Die Absperreinheit wird über eine Betätigungseinheit geschaltet.
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Zum weiteren Stand der Technik wird ferner auf den aus der
EP 0 222 314 B1 bekannten Kugelhahn verwiesen, welcher ein Gehäuse aufweist, das aus einem Rohr gefertigt ist.
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In der Praxis besteht ein häufiges Problem solcher Kugelhähne darin, dass es bei manchen Anwendungen erforderlich ist, zu Wartungs- und/oder Reparaturzwecken eine gute und schnelle Zugänglichkeit in das Innere des Kugelhahnes zu erreichen.
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Zudem handelt es sich aufgrund der kompletten Form der bekannten Gehäuseeinheiten um schwere und teure Gussteile.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen gattungsgemäßen Kugelhahn so zu verbessern, dass dieser kostengünstig herstellbar ist und mit verhältnismäßig geringem Aufwand eine gute Zugänglichkeit erreichbar ist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Kugelhahn mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst.
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Der erfindungsgemäße Kugelhahn umfasst eine Gehäuseeinheit, die ein auf die Anschlussstutzen aufschiebbares Rohrelement aufweist. Das Rohrelement ist verschiebbar ausgebildet und kann seitlich über den Kugelhahn bzw. die Absperreinheit gezogen werden bzw. von diesem wieder abgezogen werden, wenn der Kugelhahn wieder demontiert werden soll. Hierdurch kann der Kugelhahn in eine Rohrleitung eingebaut werden und zur Wartung und/oder Reparatur in der Rohrleitung verbleiben, da durch das Wegschieben des Rohrelementes ein Zugang von oben und/oder ein seitlicher Zugang zum Inneren des Kugelhahnes entsteht. Vorteilhafterweise wird dadurch im Wartungs- oder Reparaturfall ein Ausbau des Kugelhahnes aus der Rohrleitung vermieden, da die Absperreinheit bei Bedarf nach oben und/oder zur Seite hin ausgebaut werden kann. Vorteilhafterweise kann bei der Herstellung des Kugelhahnes auf schwere und teure Bauteile aus Guss verzichtet werden, da die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Kugelhahnes zumindest teilweise eine Herstellung aus einfachen und kostengünstigen handelsüblichen Halbzeugen, wie beispielsweise Rohre und/oder Rundmaterialien ermöglicht.
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In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kugelhahnes weisen die Anschlussstutzen Anschläge auf, welche mit Gegenanschlägen des Rohrelementes zusammenwirken. Hierdurch wird ein definiertes Aufschieben des Rohrelementes ermöglicht, was eine einfache Handhabung des Kugelhahnes ermöglicht.
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In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kugelhahnes ist das Rohrelement mit mindestens einem der Anschlussstutzen fest verbindbar, wodurch sich eine Fixierung der Absperreinheit und der Lagerelemente und somit eine vereinfachte Montage des Kugelhahnes ergibt.
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Die Lagerung der Absperreinheit in der Gehäuseeinheit kann dadurch umgesetzt werden, dass der Kugelhahn mindestens zwei Lagerelemente zum Lagern der Absperreinheit aufweist, welche einander im Wesentlichen gegenüberliegend in der Gehäuseeinheit vorgesehen sind.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist ein zwischen den Anschlussstutzen gebildeter und die Absperreinheit aufnehmender Raum durch die Breite der Lagerelemente bestimmt.
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Vorteilhafterweise wird sowohl die Montage bzw. Demontage des Kugelhahnes erleichtert als auch die Betriebssicherheit des Kugelhahnes erhöht, indem ein Verbindungselement zum Verbinden der Anschlussstutzen vorgesehen ist. Hierdurch werden die beiden links und rechts von der Absperreinheit angeordneten Anschlussstutzen miteinander verbunden bzw. gegeneinander fixiert, so dass sie sich insbesondere auch im Betrieb bei hoher Druck- und/oder Spannungsbelastung des Kugelhahnes nicht voneinander entfernen können. So wird beispielsweise bei der Demontage des Kugelhahnes verhindert, dass der Kugelhahn nach Entfernen des verschieblichen Rohrelementes in seine Einzelteile zerfällt.
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Eine zusätzliche Erleichterung der Montage kann dadurch erreicht werden, dass das Verbindungselement an einer der Betätigungseinheit gegenüberliegenden Innenseite des Rohrelementes angeordnet ist. Durch die Anordnung des Verbindungselementes unterhalb der Absperreinheit werden der Zugang von oben und/oder der seitliche Zugang zur Absperreinheit nicht gestört. Vorzugsweise ist das Verbindungselement stoffschlüssig mit mindestens einem Anschlussstutzen der Gehäuseeinheit verbunden. Ein zusätzliches Befestigungsmittel kann somit entfallen.
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Vorteilhafterweise ist das Verbindungselement rohrförmig, plattenförmig und/oder schalenförmig ausgebildet. Bei rohrförmiger Ausbildung des Verbindungselementes ist eine der Betätigungseinheit zugewandte, vorzugsweise kreisförmige Ausnehmung vorgesehen, die im eingebauten Zustand des Verbindungselementes dennoch einen Zugang von oben und/oder einen seitlichen Zugang zur Absperreinheit ermöglicht. Über die kreisförmige Ausnehmung kann die Absperreinheit auch ausgebaut werden. Indem das Verbindungselement rohrförmig ausgebildet ist, wird eine besonders stabile und druckbeständige Ausführungsform des Kugelhahnes erreicht, insbesondere bewirkt eine rohrförmige Ausgestaltung des Verbindungselementes eine Verminderung von Spannungen im Bereich der Absperreinheit. Die plattenförmige Ausgestaltung ermöglicht eine besonders bauraumsparende Variante. Im Rahmen einer schalenförmigen Ausgestaltung sind alle Formen einer Schale möglich. Vorzugsweise handelt es sich um eine Halbschale oder eine viertelkreisbogenförmige Schale. Hierbei entfällt eine zusätzlich benötigte Ausnehmung, da die Schalen jeweils unterhalb der Absperreinheit angeordnet sind und somit eine Zugänglichkeit von oben ermöglicht ist.
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In weiterer Ausgestaltung ist das Verbindungselement als Lagerelement zum Lagern der Absperreinheit ausgebildet. Vorteilhafterweise übernimmt hiermit das Verbindungselement eine zweite Funktion, nämlich eine mindestens teilweise Lagerung der Absperreinheit. Hierdurch kann ein zusätzliches Lagerelement entfallen, was zu einer Kosten-, Bauraum- und Gewichtsersparnis führt.
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Vorteilhafterweise kann ein optimaler Sitz der Absperreinheit in der Gehäuseeinheit dadurch erreicht werden, dass zwei Sitzringe in den Anschlussstutzen gelagert sind, in welchen die Absperreinheit geführt ist.
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Vorteilhafterweise sind die Anschlussstutzen über eine stoffschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindung mit weiterführenden Rohren verbunden, wodurch sich eine Anwendung des Kugelhahnes auch im Hochdruckbereich ergibt.
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Eine zusätzliche Erleichterung bei der Montage bzw. der Reparatur kann dadurch erreicht werden, dass die Betätigungseinheit lösbar mit der Gehäuseeinheit verbindbar ist. Im Montage- bzw. Reparaturfall kann hierdurch die Betätigungseinheit vom Kugelhahn entfernt und somit die Zugänglichkeit in das Innere der Gehäuseeinheit hergestellt werden.
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Vorteilhafterweise ist ein Sicherungszapfen zur Sicherung gegen einen im Kugelhahn auftretenden Überdruck vorgesehen, welcher bei einem in der Rohrleitung entstehenden Überdruck eine Entlastung in der Rohrleitung herbeiführt. Durch die Lagerung des Sicherungszapfen in einem Lagerstutzen, welcher mit der Gehäuseeinheit fest verbunden ist, und der mit dem Sicherungszapfen (z. B. über Anschläge) so zusammenwirkt, dass sich der Sicherungszapfen nur begrenzt gegenüber dem Lagerstutzen bewegen kann, wird insbesondere eine Sicherung gegen Blow-out nach oben ermöglicht.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen. Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.
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Es zeigen:
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1 Teile eines erfindungsgemäßen Kugelhahnes in einer perspektivischen Explosionsdarstellung; und
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2 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kugelhahn in Offenstellung.
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Die 1 und 2 zeigen einen erfindungsgemäßen Kugelhahn 10 mit einer Gehäuseeinheit 14, welche zwei Anschlussstutzen 16, 18 aufweist, die häufig auch als „Anschlussenden” oder „Anschweißenden” bezeichnet werden. Die Anschlussstutzen 16, 18 sind über eine stoffschlüssige Verbindung, wie beispielsweise eine Schweißverbindung, und/oder eine kraftschlüssige Verbindung, wie beispielsweise eine Schraubverbindung, mit hier nicht dargestellten weiterführenden Rohren verbunden, wobei üblicherweise an einen Anschlussstutzen ein Rohr angeschweißt und an den anderen Anschlussstutzen ein Rohr angeflanscht wird. Zwischen den Anschlussstutzen 16, 18 ist eine schaltbare Absperreinheit 12 zum Öffnen und Schließen eines in der Gehäuseeinheit 14 verlaufenden Durchflusskanals 46 für ein strömendes Medium aufgenommen und gelagert. Die Absperreinheit 12 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als kugelförmiges Öffnungs- und Schließelement ausgebildet, welches als sogenanntes „Kugelküken” bekannt ist. Alternativ hierzu sind auch kegel-, zylinderförmige oder weitere einem Fachmann als sinnvoll erscheinende Öffnungs- und Schließelemente denkbar.
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Zwischen den Anschlussstutzen 16, 18 und der Absperreinheit 12 sind zwei Sitzringe 42, 44 zwischengefügt, welche vorzugsweise aus einem Metall oder einem Elastomer gebildet sind, wobei ein Fachmann auch andere ihm sinnvoll erscheinende Werkstoffe oder Werkstoffkombinationen vorsehen kann. Die Sitzringe 42, 44 sind in den Anschlussstutzen 16, 18 gelagert, die jeweils eine dem Profil des jeweiligen Sitzrings 42, 44 entsprechende Aussparung aufweisen.
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In der Gehäuseeinheit 14 sind zwei einander im Wesentlichen gegenüberliegende Lagerelemente 32, 34 zum Lagern der Absperreinheit 12 in der Gehäuseeinheit 14 vorgesehen. Die Absperreinheit 12 ihrerseits weist zwei Lagerzapfen 48, 50 auf, welche jeweils in eine entsprechende Aussparung des jeweiligen Lagerelementes 32, 34 eingreifen. Vorzugsweise sind die Lagerzapfen 48, 50 formschlüssig mit der Absperreinheit 12 verbunden bzw. einstückig mit diesem ausgebildet.
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Ein zwischen den Anschlussstutzen 16, 18 gebildeter und zur Aufnahme der Absperreinheit 12 gebildeter Raum 36 ist durch die Breite B der Lagerelemente 32, 34 bestimmbar.
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Die Absperreinheit 12 ist über eine Betätigungseinheit 20 schaltbar, indem der obere Lagerzapfen 48 der Absperreinheit 12 mit einem als Schaltwelle ausgebildeten Betätigungselement 52 der Betätigungseinheit 20 drehfest verbunden ist. Hierzu greift ein als Blowout-Zapfen bzw. Sicherungszapfen ausgebildeter Schaltwellenzapfen 54 in eine Aussparung 56 des oberen Lagerzapfens 48 der Absperreinheit 12 ein. Die Schaltwelle 52 ist in einem Lagerstutzen 58 gelagert, der seinerseits lösbarer Bestandteil der Gehäuseeinheit 14 ist. D. h. die Betätigungseinheit 20 ist lösbar mit der Gehäuseeinheit 14 verbunden, indem der Lagerstutzen 58 im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit dem überschiebbaren Rohrelement 22 mittels einer Schraubverbindung 60 verbunden wird, wobei auch jede andere einem Fachmann als sinnvoll erscheinende lösbare Verbindung denkbar ist.
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Die Schaltwelle 52 weist an ihren dem Schaltwellenzapfen 54 zugewandten Ende bzw. zwischen dem Lagerstutzen 58 und der Absperreinheit 12 einen vergrößerten Außendurchmesser 52a auf, der größer ist als der Innendurchmesser des Lagerstutzens 58, so dass die Schaltwelle 52 hierdurch gegen Blow-out gesichert wird bzw. im Lagerstutzen 58 fixiert ist. Der vergrößerte Außendurchmesser 52a ist im Ausführungsbeispiel als ringförmige Verdickung 52a ausgebildet. Zwischen der ringförmigen Verdickung 52a und dem Lagerstutzen 58 kann eine Dichtung eingesetzt sein.
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Auf den Lagerstutzen 58 der Betätigungseinheit 20 ist noch eine Getriebeplatte 62 aufsetzbar, welche unter anderem die für die Schraubverbindung 60 notwendigen Schraubenlöcher des Lagerstutzens 58 abdeckt.
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Über die Schaltwelle 52 wird mittels einer hier nicht dargestellten Antriebseinheit ein Drehmoment zum Zwecke des Verdrehens der Absperreinheit 12 eingeleitet. Bei der Antriebseinheit kann es sich um mindestens einen mechanischen, elektrischen, pneumatischen, elektromagnetischen und/oder hydraulischen Antrieb handeln.
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Um einen gattungsgemäßen Kugelhahn hinsichtlich Gewicht und Handhabung zu verbessern, weist die Gehäuseeinheit 14 ein auf die Anschlussstutzen 16, 18 aufschiebbares Rohrelement 22 auf. Die Anschlussstutzen 16, 18 weisen Anschläge 24, 26 auf, welche mit Gegenanschlägen 28, 30 des Rohrelementes 22 zusammenwirken. Das Rohrelement 22 ist nach dem seitlichen Aufschieben auf die Anschlussstutzen 16, 18 mit einem der beiden Anschlussstutzen 16, 18 fest verbindbar, indem es vorzugsweise über eine Schraubverbindung 64 mit einem Flansch 66 dieses Anschlussstutzens 16, 18 verbunden wird. Um das seitliche Aufschieben des Rohrelementes 22 auf die Anschlussstutzen 16, 18 bzw. die Gehäuseeinheit 14 zu ermöglichen, muss ein Freiraum mit mindestens einer „Rohrelementlänge” an mindestens einer Seite des Kugelhahnes 10 in Richtung 70 der weiterführenden Rohre vorgesehen sein.
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Vorteilhafterweise können die Anschlussstutzen 16, 18 gegeneinander fixiert werden, indem vorzugsweise ein Verbindungselement 38 zum Verbinden der Anschlussstutzen 16, 18 vorgesehen wird. Das Verbindungselement 38 ist an einer der Betätigungseinheit 20 gegenüberliegenden Innenseite 40 des Rohrelementes 22 angeordnet. Vorzugsweise ist das Verbindungselement 38 stoffschlüssig mit mindestens einem Anschlussstutzen 16, 18 der Gehäuseeinheit 14 verbunden, indem es mit diesen Bauteilen verklebt oder verschweißt ist. Alternativ hierzu kann das Verbindungselement 38 auch nur in die Gehäuseeinheit 14 eingefügt sein. Im übrigen kann ein Fachmann auch jede andere, ihm als sinnvoll erscheinende Möglichkeit zur Fixierung der Anschlussstutzen 16, 18 vorsehen oder aber auf eine Fixierung der Anschlussstutzen 16, 18 verzichten. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Verbindungselement 38 als Halbschale ausgebildet, wobei ein Fachmann auch andere ihm sinnvoll erscheinende Formen des Verbindungselementes 38 vorsehen kann, wie beispielsweise eine plattenförmige oder rohrförmige Ausgestaltung. Vorteilhafterweise kann das Verbindungselement 38 als Lagerung zum Lagern der Absperreinheit 12 ausgebildet sein und somit das oben aufgeführte, unter der Absperreinheit 12 angeordnete Lagerelement 34 ersetzen.
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Der in der Gehäuseeinheit 14 verlaufende Durchflusskanal 46 weist einen ersten, zuflussseitigen Abschnitt 76, einen zweiten, abflussseitigen Abschnitt 78 und einen zwischen dem ersten Abschnitt 76 und dem zweiten Abschnitt 78 angeordneten, dritten Abschnitt 80 auf. Der erste Anschlussstutzen 16 und der in diesem Anschlussstutzen 16 gelagerte Sitzring 42 weisen den ersten, zuflussseitigen Abschnitt 76 des Durchflusskanals 46 auf. Der zweite Anschlussstutzen 18 und der in diesem Anschlussstutzen 18 gelagerte Sitzring 44 weisen den zweiten, abflussseitigen Abschnitt 78 des Durchflusskanals 46 auf. Die Absperreinheit 12 weist den dritten Abschnitt 80 des Durchflusskanals 46 für das strömende Medium auf, der in der Offen-Stellung der Absperreinheit 12 gemäß 2 mit dem ersten Abschnitt 76 und dem zweiten Abschnitt 78 des Durchflusskanals 46 in Strömungsverbindung steht und somit in dieser Stellung als Überbrückung des zuflussseitigen Abschnitts 76 und des abflussseitigen Abschnitts 78 des Durchflusskanals 46 dient.
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In der Offen-Stellung der Absperreinheit 12 bilden somit die anschlussstutzenseitigen Abschnitte 76, 78 und der absperreinheitsseitige Abschnitt 80 einen für das strömende Medium durchgängigen Durchflusskanal 46. Der absperreinheitsseitige Abschnitt 80 des Durchflusskanals 46 weist vorzugsweise denselben Querschnitt als die anschlussstutzenseitigen Abschnitte 76, 78 des Durchflusskanals 46 auf. Die Absperreinheit 12 wird mit einer 90-Grad-Drehbewegung aus der Offen-Stellung in die Geschlossen-Stellung gebracht.
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In der Geschlossen-Stellung ist der Durchfluss des Mediums vollständig unterbrochen bzw. der Durchflusskanal 46 vollständig abgesperrt, indem die Abschnitte 76 und 78 strömungstechnisch nicht miteinander in Verbindung stehen, sondern über die Absperreinheit 12 verschlossen sind.
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Der Kugelhahn 10 wird wie nachfolgend beschreiben zusammengebaut. Zunächst werden das Verbindungselement 38, das untere Lagerelement 34 und die beiden Sitzringe 42, 44 in die Anschlussstutzen 16, 18 eingesetzt. Anschließend folgt die Absperreinheit 12 und das obere Lagerelement 32. Daraufhin wird das Rohrelement 22 seitlich aufgeschoben und mit dem Flansch 66 des zweiten Anschlussstutzens 18 verschraubt. Anschließend werden die den Blow-out-Zapfen 54 aufweisende Schaltwelle 52 und der Lagerstutzen 58 eingesetzt. Die Schaltwelle 52 verläuft in einer Bohrung des Lagerstutzens 58. Der Lagerstutzen 58 wird mit dem Rohrelement 22 verschraubt, wodurch aufgrund der ringförmigen Verdickung 52a eine Blow-out-Sicherung des Zapfens 54 entsteht. Übersteigt der Druck im Kugelhahn 10 einen vorbestimmten Wert, so wird der Zapfen 54 zur Druckentlastung nach oben aus der Aussparung 56 gedrückt, wobei die Bewegung durch die ringförmige Verdickung 52a und den Lagerstutzen 58 begrenzt wird. Auf den Lagerstutzen 58 wird die Getriebeplatte 62 aufgesetzt.
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Als Werkstoff für die Bauteile des Kugelhahns ist vorzugsweise Metall, wie beispielsweise Stahl, und/oder Kunststoff, wie beispielsweise Polyethylen, vorgesehen, wobei weitere einem Fachmann als sinnvoll erscheinende Werkstoffe oder Werkstoffkombinationen einsetzbar sind. Der erfindungsgemäße Kugelhahn eignet sich insbesondere für Anwendungen im Gasbereich, insbesondere für Hochdruckanwendungen ab 100 bar, wobei jedoch auch andere Druckbereiche möglich sind.
