DE102012112605A1 - Pneumatic seat valve for switching compressed air supplied by compressed air connection to adjacent working connection by axially movable switching plunger, has sealing ring that is held on cone plate formed on switching plunger - Google Patents

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Abstract

The pneumatic seat valve has a sealing ring (3), which cooperates with an associated housing-sided valve seat (4,5) in an end position. The sealing ring is held on a cone plate (6) formed on the switching plunger (2). The force (F1) exerted on the sealing ring presses on a conical surface (7) of the cone plate such that the force is expanded for flexible length compensation in the end position in the direction (F2) of the conical surface. The sealing ring is made of elastomer material.

Description

Die Erfindung betrifft ein pneumatisches Sitzventil zum Umschalten von über einen an einem Ventilgehäuse angeordneten Druckluftanschluss zugeführter Druckluft zu mindestens einem benachbarten Arbeitsanschluss mittels eines axial bewegbar in Ventilgehäuse angeordneten Schaltstößels, an dem außenradial ein Dichtring angeordnet ist, der im zumindest einer Endlage mit mindestens einem zugeordneten gehäuseseitigen Ventilsitz zusammenwirkt. Die Erfindung betrifft ferner auch ein Umschaltventil zur Bremssteuerung für Schienenfahrzeuge, das als ein pneumatisches Sitzventil nach einem der vorstehenden Ansprüche ausgebildet ist.The invention relates to a pneumatic seat valve for switching over a arranged on a valve housing compressed air connection compressed air to at least one adjacent working port by means of an axially movable valve body arranged in the switching plunger, on the outside radially a sealing ring is arranged in at least one end position with at least one associated housing side Valve seat interacts. The invention also relates to a switching valve for brake control for rail vehicles, which is designed as a pneumatic seat valve according to one of the preceding claims.

Das Einsatzgebiet der Erfindung erstreckt sich vornehmlich auf den Schienenfahrzeugbau. Insbesondere Umschaltventile der hier interessierenden Art können bei Bremsanlagen mit vorzugsweise zwei pneumatischen Bremskreisen verwendet werden. Derartige Umschaltventile werden überwiegend mechanisch, können jedoch auch elektrisch oder pneumatisch betätigt werden und umfassen in der Regel einen längs betätigbaren Schaltstößel mit zwei Endstellungen, die der jeweiligen Umschaltstellung des Ventils entsprechen. Das Umschaltventil kann nach Art eines Schieberventils oder eines Sitzventils ausgebildet sein. Die vorliegende Erfindung bezieht sich jedoch auf ein als Sitzventil ausgebildetes Umschaltventil.The field of application of the invention extends primarily to rail vehicle construction. In particular, switching valves of the type of interest here can be used in brake systems with preferably two pneumatic brake circuits. Such switching valves are mainly mechanical, but can also be operated electrically or pneumatically and usually include a longitudinally actuated switch plunger with two end positions corresponding to the respective switching position of the valve. The switching valve may be formed in the manner of a spool valve or a seat valve. However, the present invention relates to a seat valve designed as a switching valve.

Aus der WO 96/12635 geht ein Umschaltventil für zweikreisige Bremsanlagen hervor, welches im Wesentlichen aus einem Gehäuse besteht, in dessen zylindrische Kammer ein Kolben verschieblich angeordnet und durch eine Druckfeder in eine Grenzstellung gedrückt ist. Der Kolben hat an seiner Außenmantelfläche mindestens eine Ausnehmung, die zusammen mit der Innenwandung der Kammer einen Ringraum bildet, der beidseitig durch Dichtungen gegenüber der Kammer abgedichtet ist. Mindestens zwei Einlässe sowie ein Auslass münden in die Kammer, und zwar derart, dass je nach Stellung des Kolbens der Auslass mit einem bestimmten Einlass in Strömungsverbindung steht.From the WO 96/12635 is a changeover valve for dual-circuit brake systems, which essentially consists of a housing in the cylindrical chamber, a piston slidably disposed and pressed by a compression spring in a limit position. The piston has on its outer circumferential surface at least one recess which forms together with the inner wall of the chamber an annular space which is sealed on both sides by seals against the chamber. At least two inlets and one outlet open into the chamber, in such a way that, depending on the position of the piston, the outlet is in fluid communication with a certain inlet.

Nachteilhaft bei diesem Stand der Technik erscheint der mit dem Schieberkonzept dieses Umschaltventils verbundene Aufwand an mehreren Dichtringen zur Abdichtung des Kolbens gegenüber dem Ventilgehäuse.A disadvantage of this prior art is the expense associated with the slide concept of this changeover valve to a plurality of sealing rings for sealing the piston relative to the valve housing.

Daneben gehen aus dem allgemein bekannten Stand der Technik auch Umschaltventile hervor, welche auf dem Sitzventilprinzip basieren. Hierbei korrespondiert ein von einem Stößel betätigbarer Ventilteller mit einem gegenüberliegenden Ventilsitz, um die Umschaltung des Druckluftflusses durchzuführen. Der meist federbelastete Ventilteller lässt sich dabei in beide Endstellungen umschalten. Zur Erzielung der Dichtwirkung des Ventiltellers gegenüber den beiden einander gegenüberliegenden Ventilsitzen dient ein außenradial am Ventilteller fest eingeknöpfter oder aufvulkanisierter Dichtring.In addition, it is apparent from the well-known state of the art switching valves, which are based on the seat valve principle. In this case corresponds to an actuatable by a plunger valve disc with an opposite valve seat to perform the switching of the compressed air flow. The most spring-loaded valve disc can be switched to both end positions. To achieve the sealing effect of the valve disk with respect to the two valve seats located opposite one another, a sealing ring which is firmly pressed or vulcanised on the outside of the valve disk is used.

Bei dieser Konstruktionsweise kann das Problem auftreten, dass die durch den Ventilsitz auf den Dichtring im Bereich der Endlagen ausgeübte Druckkraft zu einer mechanischen Überdrückung des Dichtelements führen kann. Dieses Überdrücken kann je nach Fertigungstoleranzen mehr oder weniger stark ausgeprägt sein. Im Extremfall führt dies zu einer Beschädigung des Dichtrings.In this construction, the problem may arise that the force exerted by the valve seat on the sealing ring in the region of the end positions compressive force can lead to a mechanical suppression of the sealing element. This overpressing can be more or less pronounced depending on the manufacturing tolerances. In extreme cases, this leads to damage of the sealing ring.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein pneumatisches Sitzventil der gattungsgemäßen Art dahingehend weiter zu verbessern, dass die in der Endlage durch den Ventilsitz auf den Dichtring ausgeübte Kraft beschädigungsfrei wirkt.It is therefore the object of the present invention to further improve a pneumatic seat valve of the generic type such that the force exerted in the end position by the valve seat on the sealing ring acts damage-free.

Die Aufgabe wird ausgehend von einem pneumatischen Sitzventil gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.The object is achieved on the basis of a pneumatic seat valve according to the preamble of claim 1 in conjunction with its characterizing features. The following dependent claims give advantageous developments of the invention.

Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass der Dichtring an einem am Schaltstößel des Sitzventils ausgebildeten Konusteller gehalten ist und sich bei Auftreffen auf den der Endlage zugeordneten Ventilsitz gegenüberliegend durch die vom Ventilsitz auf den Dichtring ausgeübte Kraft derart an eine Konusfläche des Konustellers andrückt, dass dieser zum flexiblen Längenausgleich in der Endlage in Richtung der Konusfläche dehnbar ist.The invention includes the technical teaching that the sealing ring is held on a formed on the switching plunger of the seat valve condenser and presses when hitting the end position associated valve seat opposite by the force exerted by the valve seat on the sealing ring force on a conical surface of the condenser, that this is stretchable in the end position in the direction of the conical surface for flexible length compensation.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt insbesondere darin, dass eine in der Endlage auf den Dichtring über den Ventilsitz ausgeübte Kraft bei einem toleranzmäßigen Überdrücken nicht zu einer Beschädigung des Dichtrings führen kann, weil dieser an der Konusfläche des Konustellers verschleißfrei gedehnt werden kann, ohne das die Dichtwirkung hierdurch beeinträchtigt wird. Somit wirkt die Dichtkraft auf die Konusfläche trotz Flexibilität des Dichtelements selbstverstärkend. Dabei bestimmt die Gestaltung der Konusfläche durch Form und Winkel die Dichtkraft, den Überdrückungshub des Schaltstößels und je nach Anwendungsfall auch die Genauigkeit und Schaltcharakteristik des Sitzventils.The advantage of the solution according to the invention is, in particular, that a force exerted in the end position on the sealing ring over the valve seat force can not lead to damage of the sealing ring at a tolerances overpressures, because it can be stretched wear-free on the conical surface of the cone without the Density is affected by this. Thus, the sealing force on the conical surface acts self-reinforcing despite the flexibility of the sealing element. The design of the conical surface by shape and angle determines the sealing force, the Überdrückungshub the switch plunger and, depending on the application, the accuracy and switching characteristics of the poppet valve.

Um die erfindungsgemäße Wirkung zu erzielen, verläuft die Konusfläche vorzugsweise unter einem Winkel α im Bereich zwischen 25° bis 65°, ganz vorzugsweise 40° bis 45°. Die Größe des Winkels α richtet sich vornehmlich nach der Auftrefflinie des Ventilsitzes auf den Dichtring, den Durchmessers des Dichtrings, sowie den Durchmesser des Konustellers. Der Winkel α ist vorzugsweise so zu bemessen, dass die über den Dichtring hierauf ausgeübte Kraft in etwa senkrecht auf die Konusfläche trifft.In order to achieve the effect according to the invention, the conical surface preferably extends at an angle α in the range between 25 ° to 65 °, very preferably 40 ° to 45 °. The size of the angle α depends primarily on the impingement of the valve seat on the sealing ring, the diameter of the sealing ring, and the diameter of the Cone plate. The angle α is preferably to be dimensioned so that the force exerted on the sealing ring on this force impinges approximately perpendicular to the conical surface.

Ist die erfindungsgemäße Wirkung in nur eine der beiden Endlagen des Schaltstößels erforderlich, wird gemäß einer die Erfindung verbessernden Maßnahme vorgeschlagen, dass der Dichtring an der gegenüberliegenden Seite von einem einfachen Flachteller gehalten wird. Der Flachteller erstreckt sich dabei in Radialrichtung vom Schaltstößel aus.If the effect according to the invention is required in only one of the two end positions of the switching tappet, it is proposed according to a measure improving the invention that the sealing ring be held on the opposite side by a simple flat plate. The flat plate extends in the radial direction from the switch plunger.

Soll die erfindungsgemäße Wirkung in beiden Endlagen des Schaltstößels erzielt werden, wird vorgeschlagen, dass der Dichtring von zwei einander gegenüberliegenden Konustellern gehalten wird und insoweit mit zwei einander gegenüberliegenden Ventilsitzen korrespondiert.If the effect according to the invention is to be achieved in both end positions of the switching tappet, it is proposed that the sealing ring be held by two opposing condenser and, to that extent, correspond with two opposite valve seats.

Zur Erzielung einer maximalen Flexibilität des Dichtrings sollte dieser vorzugsweise zumindest zur Hälfte radial über den Rand des Konustellers und/oder des Flachtellers hervorstehen. Hierdurch wird zudem ein sicherer Halt des Dichtrings am Schaltstößel erreicht.To achieve maximum flexibility of the sealing ring, this should preferably protrude at least halfway radially over the edge of the cone and / or the flat plate. As a result, a secure hold of the sealing ring on the switch plunger is also achieved.

Der Dichtring ist vorzugsweise in Form eines Rundschnurrings ausgebildet und besteht aus einem Elastomermaterial.The sealing ring is preferably designed in the form of an O-ring and consists of an elastomeric material.

Die Betätigung des pneumatischen Sitzventils erfolgt vorzugsweise über ein stirnseitig auf den Schaltstößel einwirkendes mechanisches Exzenterelement. Daneben ist es auch möglich, die Betätigung des Schaltstößels elektrisch oder pneumatisch zu realisieren. Zur Erzielung einer definierten Endlagenposition im drucklosen Zustand wird vorgeschlagen, den Schaltstößel in zumindest eine der Endlagen über ein Federelement zu beaufschlagen, welches als Stahldruckfeder ausgebildet sein kann.The actuation of the pneumatic seat valve is preferably carried out via a frontally acting on the switch plunger mechanical eccentric. In addition, it is also possible to realize the actuation of the switch plunger electrically or pneumatically. To achieve a defined end position in the unpressurized state, it is proposed to act on the switching plunger in at least one of the end positions via a spring element, which may be formed as a steel compression spring.

Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung näher dargestellt. Die einzige Figur zeigt einen schematischen Längsschnitt durch ein pneumatisches Sitzventil, welches als Umschaltventil zur Bremssteuerung für Schienenfahrzeuge dient.Further measures improving the invention will be described in more detail below together with the description of a preferred embodiment of the invention with reference to the drawing. The single FIGURE shows a schematic longitudinal section through a pneumatic seat valve, which serves as a changeover valve for brake control for rail vehicles.

Gemäß Figur wird dem pneumatischen Sitzventil über einen an einem Ventilgehäuse angeordneten Druckluftanschluss P2 Druckluft zu zwei hiervon benachbarten Arbeitsanschlüssen P1 oder P3 zugeführt. Dieses Umschalten zwischen den beiden Arbeitsanschlüssen P1 und P3 erfolgt mittels eines axial bewegbar im Ventilgehäuse 1 angeordneten Schaltstößels 2, an dem außenradial ein Dichtring 3 angeordnet ist. Der Dichtring 3 wirkt in jeder der beiden Endlagend des Schaltstößels 2 mit einem Ventilsitz 4 bzw. 5 zusammen. Der Dichtring 3 ist an einem am Schaltstößel 2 ausgebildeten Konusteller 6 gehalten. Der Dichtring 3 drückt sich bei Auftreffen auf den der Endlage zugeordneten Ventilsitz 4 gegenüberliegend durch die vom Ventilsitz 4 auf dem Dichtring 3 ausgeübte Kraft F1 derart an eine Konusfläche 7 des Konustellers 6 an, dass dieser zum flexiblen Längenausgleich in der Endlage in der dargestellten Richtung F2 der Konusfläche 7 dehnbar ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel verläuft die Konusfläche 7 unter einem Winkel α von ca. 45° zur Längsachse des Schaltstößels 2.According to FIG. 2, compressed air is supplied to the pneumatic seat valve via a compressed air connection P2 arranged on a valve housing to two working ports P1 or P3 adjacent thereto. This switching between the two working ports P1 and P3 takes place by means of an axially movable in the valve housing 1 arranged switching plunger 2 , on the outside radially a sealing ring 3 is arranged. The sealing ring 3 acts in each of the two end positions of the switch plunger 2 with a valve seat 4 respectively. 5 together. The sealing ring 3 is at one on the switch plunger 2 trained konusteller 6 held. The sealing ring 3 expresses itself when hitting the valve seat associated with the end position 4 opposite by the valve seat 4 on the sealing ring 3 applied force F1 so on a conical surface 7 of the Konusteller 6 on, that this for flexible length compensation in the end position in the illustrated direction F2 of the conical surface 7 is stretchable. In this embodiment, the conical surface extends 7 at an angle α of about 45 ° to the longitudinal axis of the switch plunger 2 ,

Der Dichtring 2 zum flexiblen Längenausgleich in der dargestellten Endlage des Schaltstößels 2 ist an der dem Konusteller 6 gegenüberliegenden Seite von einem Flachteller 8 gehalten. Der Flachteller 8 erstreckt sich radial vom Schaltstößel 2 aus. Der Dichtring steht etwa zur Hälfte radial über den Ring des Konustellers 3 sowie des Flachtellers 8 über, um mit den zugeordneten Ventilsitzen 4 und 5 in Kontakt kommen zu können.The sealing ring 2 for flexible length compensation in the illustrated end position of the switch plunger 2 is at the the condenser 6 opposite side of a flat plate 8th held. The flat plate 8th extends radially from the switch plunger 2 out. The sealing ring is approximately half radially over the ring of the Konustellers 3 as well as the flat plate 8th over to with the associated valve seats 4 and 5 to be able to come in contact.

Zur Betätigung des Sitzventils dient ein stirnseitig des Schaltstößels 2 angeordnetes Exzenterelement 9. Ein Federelement 10 ist zwischen dem Gehäuse 1 und dem Flachteller 8 angeordnet, um den Schaltstößel 2 im durch das Exzenterelement 9 unbetätigten Zustand in die Ausgangslage gegen den Ventilsitz 5 zu pressen. Somit ist hier eine monostabile 3/2-Ventilfunktion realisiert.To actuate the seat valve is a front side of the switch plunger 2 arranged eccentric element 9 , A spring element 10 is between the case 1 and the flat plate 8th arranged to the switch plunger 2 im through the eccentric element 9 unactuated state in the initial position against the valve seat 5 to squeeze. Thus, a monostable 3/2-valve function is realized here.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit Gebrauch machen. So ist es beispielsweise auch möglich, den Dichtring 3 zwischen zwei einander gegenüberliegenden Konustellern anzuordnen, um die erfindungsgemäße Längenausgleichswirkung in beiden Endlagen des Umschaltventils zu realisieren.The invention is not limited to the preferred embodiment described above. On the contrary, modifications are conceivable which make use of the scope of protection of the following claims. For example, it is also possible to use the sealing ring 3 to be arranged between two opposing Konustellern to realize the inventive length compensation effect in both end positions of the changeover valve.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Ventilgehäusevalve housing
22
Schaltstößelswitching plunger
33
Dichtringseal
44
Ventilsitzvalve seat
55
Ventilsitzvalve seat
66
Konustellercone plate
77
Konusflächeconical surface
88th
Flachtellerflat plate
99
Exzenterelementeccentric
1010
Federelementspring element
P1P1
erster Arbeitsanschlussfirst work connection
P2P2
DruckluftanschlussCompressed air connection
P3P3
zweiter Arbeitsanschlusssecond work connection

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • WO 96/12635 [0003] WO 96/12635 [0003]

Claims (10)

Pneumatisches Sitzventil zum Umschalten von über einen an einem Ventilgehäuse (1) angeordneten Druckluftanschluss (P2) zugeführter Druckluft zu mindestens einem benachbarten Arbeitsanschluss (P1; P3) mittels eines axial bewegbar im Ventilgehäuse () angeordneten Schaltstößels (2), an dem außenradial ein Dichtring (3) angeordnet ist, der in zumindest einer Endlage mit mindestens einem zugeordneten gehäuseseitigen Ventilsitz (4; 5) zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (3) an einem am Schaltstößel (2) ausgebildeten Konusteller (6) gehalten ist und sich bei Auftreffen auf den der Endlage zugeordneten Ventilsitz (4) gegenüberliegend durch die vom Ventilsitz (4) auf den Dichtring (3) ausgeübte Kraft (F1) derart an eine Konusfläche (7) des Konustellers (6) andrückt, dass dieser zum flexiblen Längenausgleich in der Endlage in Richtung (F2) der Konusfläche (7) dehnbar ist.Pneumatic seat valve for switching from one to a valve body ( 1 ) arranged compressed air supply (P2) supplied compressed air to at least one adjacent working port (P1, P3) by means of an axially movable in the valve housing () arranged switching plunger ( 2 ), on the outer radial a sealing ring ( 3 ) is arranged, which in at least one end position with at least one associated housing-side valve seat ( 4 ; 5 ) Cooperates, characterized in that the sealing ring ( 3 ) on one of the switch plunger ( 2 ) trained Konusteller ( 6 ) is held and upon impact with the valve seat assigned to the end position ( 4 ) opposite by the valve seat ( 4 ) on the sealing ring ( 3 ) applied force (F1) to a conical surface ( 7 ) of the Konustellers ( 6 ) presses that this for flexible length compensation in the end position in the direction (F2) of the conical surface ( 7 ) is stretchable. Pneumatisches Sitzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Konusfläche (7) unter einem Winkel (α) im Bereich zwischen 25° bis 65° zur Längsachse des Schaltstößels (2) verläuft.Pneumatic seat valve according to claim 1, characterized in that the conical surface ( 7 ) at an angle (α) in the range between 25 ° to 65 ° to the longitudinal axis of the switch plunger ( 2 ) runs. Pneumatisches Sitzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Konusfläche (7) unter einem Winkel (α) im Bereich zwischen 40° bis 50° zur Längsachse des Schaltstößels (2) verläuft.Pneumatic seat valve according to claim 2, characterized in that the conical surface ( 7 ) at an angle (α) in the range between 40 ° to 50 ° to the longitudinal axis of the switch plunger ( 2 ) runs. Pneumatisches Sitzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (3) zum flexiblen Längenausgleich in einer der beiden Endlagen des Schaltstößels (2) an der dem Konusteller (6) gegenüberliegenden Seite von einem Flachteller (8) gehalten ist.Pneumatic seat valve according to claim 1, characterized in that the sealing ring ( 3 ) for flexible length compensation in one of the two end positions of the switch plunger ( 2 ) at the the Konusteller ( 6 ) opposite side of a flat plate ( 8th ) is held. Pneumatisches Sitzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (3) zum flexiblen Längenausgleich in beiden Endlagen des Schaltstößels (2), welcher dort mit zwei einander gegenüberliegenden Ventilsitzen (4, 5) korrespondiert, von zwei einander gegenüberliegenden Konustellern (6) gehalten ist.Pneumatic seat valve according to claim 1, characterized in that the sealing ring ( 3 ) for flexible length compensation in both end positions of the switch plunger ( 2 ), which there with two opposing valve seats ( 4 . 5 ) corresponds to two opposing constellators ( 6 ) is held. Pneumatisches Sitzventil nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (3) zumindest zur Hälfte radial über den Rand des Konustellers (6) und/oder des Flachtellers (8) hervorsteht.Pneumatic seat valve according to claim 4 or 5, characterized in that the sealing ring ( 3 ) at least half radially over the edge of the Konustellers ( 6 ) and / or the flat plate ( 8th protruding). Pneumatisches Sitzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein mechanisches Exzenterelement (9) den Schaltstößel (2) in zumindest eine der Endlagen bringt.Pneumatic seat valve according to claim 1, characterized in that a mechanical eccentric element ( 9 ) the switch plunger ( 2 ) brings in at least one of the end positions. Pneumatisches Sitzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Federelement (10) den Schaltstößel (2) in zumindest eine der Endlagen bringt.Pneumatic seat valve according to claim 1, characterized in that a spring element ( 10 ) the switch plunger ( 2 ) brings in at least one of the end positions. Pneumatisches Sitzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der in Form eines Rundschnurrings ausgebildete Dichtring (3) aus einem Elastomermaterial besteht.Pneumatic seat valve according to claim 1, characterized in that the formed in the form of an O-ring sealing ring ( 3 ) consists of an elastomeric material. Umschaltventil zur Bremssteuerung für Schienenfahrzeuge, das als ein pneumatisches Sitzventil nach einem der vorstehenden Ansprüche ausgebildet ist.Rail brake control change-over valve constructed as a pneumatic poppet valve according to any one of the preceding claims.
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