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Die Erfindung betrifft eine Absperrklappe, welche ein Klappengehäuse mit einer Durchgangsöffnung und einen Klappenteller aufweist, welcher in der Durchgangsöffnung angeordnet und über einen oberen und einen unteren, an dem Klappenteller befestigten Wellenzapfen drehbar an/in dem Klappengehäuse gelagert ist,
wobei das Absperrgehäuse einen ringförmigen Gehäusekörper und einen innenumfangsseitig in dem Gehäusekörper angeordneten, ringförmigen Dichtungseinsatz aufweist, der eine innenumfangsseitig umlaufende (medienberührende) Dichtfläche für den Klappenteller in seiner Schließstellung aufweist,
wobei der Dichtungseinsatz eine obere Durchbrechung für den oberen Wellenzapfen und eine untere Durchbrechung für den unteren Wellenzapfen aufweist, wobei die umlaufende Dichtfläche - bezogen auf den Umfang - zwei seitliche kreisförmige Abschnitte und (oben und unten) zwei die kreisförmigen Abschnitte verbindende gerade Abschnitte aufweist, in dem die Durchbrechungen für die Wellenzapfen angeordnet sind,
wobei der Klappenteller außenumfangsseitig - bezogen auf den Umfang - zwei seitliche kreisförmige Abschnitte und zwei die kreisförmigen Abschnitte verbindende gerade Abschnitte aufweist, an welchen die Wellenzapfen befestigt sind und wobei die Dichtfläche aus einem Fluor-Polymer, z. B. PTFE, besteht.
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Eine solche Absperrklappe ist folglich als Drehklappe mit einem drehbaren Klappenteller ausgebildet, der zentrisch in der Durchgangsöffnung drehbar ist, das heißt die beiden Wellenzapfen sind - bezogen auf die Klappendicke bzw. bezogen auf die Durchgangsrichtung der Klappe zentrisch an dem Klappenteller befestigt.
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Der Klappenteller kann manuell (mit einem Handgriff) oder motorisch, z. B. mit einem pneumatischen Antrieb oder einem hydraulischen Antrieb oder einem elektromotorischen Antrieb betätigbar sein. Die Absperrklappe wird bevorzugt zum Absperren von Rohrleitungen und/oder Behältern eingesetzt, und zwar besonders bevorzugt für den Einsatz mit Flüssigkeiten. Dabei ist die Dichtfläche aus einem Fluor-Polymer, z. B. PTFE gefertigt, so dass die Absperrklappe bevorzugt als Gefahrgutklappe, das heißt für den Einsatz mit aggressiven Medien, z. B. Säuren oder dergleichen, einsetzbar ist. Um eine gute Abdichtung auch für den Einsatz von Flüssigkeiten zu gewährleisten, ist die Absperrklappe im Bereich der Wellenzapfen mit geraden Dichtflächen bzw. geraden Abschnitten der umlaufenden Dichtfläche ausgerüstet.
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Solche Absperrklappen mit Dichtflächen aus PTFE sind aus der Praxis bekannt und sie haben sich als Gefahrgutklappen gut bewährt. Der ringförmige Dichtungseinsatz besteht einerseits aus einem die medienberührende Dichtfläche bildenden PTFE-Mantel und andererseits einer dahinter liegenden elastischen Einlage. Der Klappenteller ist gegenüber der Dichtfläche mit einem verhältnismäßig großen Übermaß hergestellt, das heißt, der Klappenteller hat ein deutlich größeres Außenmaß als das Innenmaß des PTFE-Mantels. Über die dahinter angeordnete elastische Einlage kann der PTFE-Mantel jedoch im Zuge des Schließens der Klappe verformt werden, so dass insgesamt eine sehr gute Abdichtung bei einer zentrischen Klappe gelingt, ohne dass z. B. eine konische oder kegelringförmige Dichtfläche vorhanden ist.
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Im Übrigen sind aus der Praxis auch Absperrklappen bekannt, bei denen die umlaufende Dichtfläche über dem gesamten Umfang kreisförmig bzw. bogenförmig ohne gerade Abschnitte im Bereich der Wellenzapfen ausgebildet ist. Eine solche Geometrie bereitet jedoch insbesondere bei der Abdichtung gegenüber Flüssigkeiten in der Praxis Probleme.
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Aus der
DE 1 750 961 A1 ist eine Absperrklappe bekannt, bei welcher ein Dichtungseinsatz eine ringförmige Auskleidung aufweist, die mit einer umlaufenden Nut ausgerüstet ist, in die zur Verbesserung der Dichtwirkung ein Elastomerstreifen eingesetzt ist.
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Die
DE 198 43 357 A1 beschreibt eine Absperrklappe mit einem Dichtungselement aus einem nicht oder kaum elastischen Kunststoff, wie z. B. PTFE, wobei in dieses Dichtungselement für die Rückstellkraft ein metallisches Federelement integriert ist (vgl. dazu auch
DE 199 19 281 A1 ).
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Ferner kennt man aus der
DE 195 24 622 A1 eine Absperrklappe mit einer die Dichtfläche bildenden U-förmigen Auskleidung aus z. B. PTFE, wobei zusätzlich im Bereich der Wellen Dichtungselemente angeordnet sind, die mit Federelementen unterlegt sind.
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In der
DE 198 29 510 A1 wird eine Absperrklappe beschrieben, die im Durchgangskanal mit einer PTFE-Auskleidung versehen ist, wobei diese PTFE-Auskleidung von einem Spannmittel umfasst ist, mittels dessen die Dichtung radial einstellbar ist.
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Im Übrigen wird in der
DE 27 58 690 C2 eine Absperrklappe mit einer PTFE-Auskleidung beschrieben. Das Metallgehäuse ist mit einem hartelastischen, massiven PTFE-Mantel ausgekleidet und die Absperrscheibe mit einem Tantal-Überzug beschichtet. Die Absperrscheibe weist dabei die Form eines symmetrischen Kugelausschnitts auf und Ihre gehäuseseitigen Lagerflächen sind als zur Zapfenachse symmetrische Kugelschalen ausgebildet, welche von den Stirnflächen zweier, die Zapfen dicht umschließenden PTFE-Lagerbuchsen gebildet sind, die mit Presspassung in Durchbrüchen des PTFE-Auskleidungsmantels sitzen. Bei einer solchen Lösung ohne elastische Unterfütterung des PTFE-Mantels wird folglich eine sehr spezielle Geometrie im Bereich der Wellenzapfen auf der Basis von Kugelflächen bzw. Kugelschalenflächen realisiert.
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Ausgehend von dem vorbekannten Stand der Technik liegt der Erfindung das technische Problem zugrunde, eine Absperrklappe der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die sich durch einen einfachen und kostengünstigen Aufbau bei gleichzeitig einwandfreier Abdichtung auszeichnet.
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Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung bei einer gattungsgemäßen Absperrklappe der eingangs beschriebenen Art, dass der innenumfangsseitig in den Gehäusekörper eingesetzte Dichtungseinsatz einstückig aus einem Fluor-Polymer gefertigt ist. Der Dichtungseinsatz ist unmittelbar und ohne elastische Einlage in den (metallischen) ringförmigen Gehäusekörper eingesetzt.
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Die Erfindung geht dabei zunächst einmal von der grundsätzlich bekannten Erkenntnis aus, dass es vorteilhaft ist, bei einer Absperrklappe, die insbesondere für den Einsatz mit Flüssigkeiten bestimmt ist, mit geraden Dichtflächen in den kritischen Bereichen der Wellenzapfen zu arbeiten. Davon ausgehend hat die Erfindung erkannt, dass es bei einer solchen Geometrie nicht erforderlich ist, einen „mehrteiligen“ Dichtungseinsatz zu realisieren, der einerseits einen PTFE-Dichtungsmantel mit der medienberührenden Dichtfläche und andererseits ein ringförmiges elastisches Element aufweist. Vielmehr wird erfindungsgemäß ein Dichtungseinsatz innenumfangsseitig in den Gehäusekörper eingesetzt, der einstückig aus einem Fluor-Polymer, z. B. PTFE gefertigt ist und der aufgrund seiner Geometrie und insbesondere Dicke nur ein geringes Maß an Elastizität aufweist. Dennoch wird ein hohes Maß an Dichtigkeit erzielt. Dazu ist der Außendurchmesser des Klappentellers sowohl in den kreisförmigen Abschnitten als auch in den geraden Abschnitten und folglich über den gesamten Umfang in radialer Richtung mit einem Übermaß gegenüber dem Innendurchmesser des Dichtungseinsatzes gefertigt. Bevorzugt wird jedoch - verglichen mit den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen mit elastischer Hinterfütterung - ein verhältnismäßig geringes Übermaß gewählt. Dabei geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, dass für eine einwandfreie Abdichtung bei einem sehr hohen Maß an Fertigungsgenauigkeit sowohl im Bereich der Dichtfläche als auch im Bereich des Klappentellers, ein verhältnismäßig geringes Übermaß ausreichend ist, und auf diese Weise gelingt eine einwandfreie und dichte Schließbewegung des Klappentellers in dem einstückigen Dichtungsmantel, obwohl dieser Dichtungsmantel als einstückiger Einsatz vollständig aus einem Fluor-Polymer und folglich aus einem Werkstoff mit lediglich geringer Elastizität gefertigt ist.
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Da im Rahmen der Erfindung ein Dichtungseinsatz aus einem Fluor-Polymer ohne elastische Einlage verwendet wird, ist es zweckmäßig, den Dichtungseinsatz über den gesamten Umfang mit einer verhältnismäßig großen Dicke zu fertigen. Dicke meint dabei die Ausdehnung des Einsatzes bzw. Dichtungsmantels in radialer Dichtung und diese Dicke beträgt vorzugsweise mehr als 10 mm, z. B. mehr als 15 mm. Auf diese Weise wird ein sehr stabiler Dichtungsmantel zur Verfügung gestellt, der vollständig, das heißt über den gesamten Umfang und die gesamte Dicke aus PTFE bzw. auf Basis von PTFE gefertigt ist und eine verhältnismäßig geringe Elastizität aufweist. Dennoch gelingt über die beschriebene Anpassung der Geometrie und ein hohes Maß an Fertigungsgenauigkeit eine einwandfreie Abdichtung auch ohne elastische Einlage.
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Die erfindungsgemäße Absperrklappe zeichnet sich folglich durch einen einfachen Aufbau und eine einfache Montage aus, da ein einstückiger Dichtungseinsatz ohne elastische Einlage als Dichtungsmantel realisiert und montiert wird. Da auch im Bereich der Wellen keine elastische Einlage und folglich keine elastomeren Materialien verwendet werden, sind in diesem kritischen Bereich auch keine Probleme mit aggressiven Medien zu befürchten, so dass sich die erfindungsgemäße Absperrklappe durch eine lange Lebensdauer und einen einwandfreien Betrieb auszeichnet.
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Der Dichtungseinsatz, der vollständig aus einem Fluor-Polymer gefertigt ist, weist bevorzugt einen U-förmigen oder einen Doppelt-U-förmigen Querschnitt auf, so dass beidseitig äußere umlaufende Flansche vorgesehen sind, welche den metallischen Gehäusekörper umlaufend umgreifen. Dabei kann dieser Dichtungseinsatz einen sich über die gesamte Breite erstreckenden einfachen U-förmigen Querschnitt aufweisen. Alternativ kommt jedoch auch ein Doppelt-U-förmiger Querschnitt in Betracht, das heißt, dass der Einsatz bzw. die Dichtungseinlage beidseitig der (geschlossenen) Klappe jeweils einen U-förmigen Querschnitt aufweist. In diesem Fall sind dann einerseits die bereits erwähnten äußeren umlaufenden Flansche vorgesehen, welche den metallischen Gehäusekörper außenseitig umgreifen. Andererseits sind im Bereich des Klappentellers bzw. der Wellenzapfen innere umlaufende Flansche vorgesehen, so dass zwischen den Flanschen jeweils eine umlaufende Nut für eine formschlüssige Verbindung des Dichtungseinsatzes mit dem Gehäusekörper realisiert ist.
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Besonders kritisch ist bei der Abdichtung gegenüber Flüssigkeiten der Bereich der Wellenzapfen und dort sind bei der erfindungsgemäßen Absperrklappe die geraden Abschnitte der Dichtfläche bzw. des Klappentellers vorgesehen. In besonders bevorzugter Ausführungsform gehen die beiden seitlichen kreisförmigen Abschnitte, welche den durch die Durchgangsöffnung definierten Radius R1 aufweisen, nicht unmittelbar in die geraden Abschnitte über, sondern unter Zwischenschaltung eines bogenförmigen, z. B. kreisförmigen, Zwischenabschnitts. Zwischen den beidseitigen kreisförmigen Abschnitten und dem jeweiligen geraden Abschnitt sind folglich ebenfalls kreisförmige Zwischenabschnitte vorgesehen, die jedoch einen von dem Radius R1 abweichenden Radius R2 aufweisen. Der Übergangsbereich zeichnet sich folglich durch einen eigenen Radius R2 auf, der besonders bevorzugt (deutlich) kleiner als der Radius R1 ist, der durch die Durchgangsöffnung vorgegeben ist. Im Sinne der bereits beschriebenen einwandfreien Anpassung der Klappengeometrie an die Geometrie des Dichtungseinsatzes ist es zweckmäßig, dass auch der Klappenteller solche Zwischenabschnitte zwischen den geraden Abschnitten und den kreisförmigen Abschnitten aufweist, wobei auch hier der Radius dieses Zwischenabschnittes deutlich kleiner als der Außenradius des Klappentellers (im Bereich der kreisförmigen Abschnitte) ist, wobei die Dimensionierung in der gleichen Weise getroffen werden kann, wie im Zusammenhang mit der Dichtungsfläche beschrieben. Fertigungstechnisch ist es besonders vorteilhaft, wenn der Radius des Zwischenabschnitts der Dichtungsfläche identisch mit dem Radius des Zwischenabschnittes des Klappentellers ist. Durch diese Maßnahmen lässt sich in besonders effektiver Weise ein hohes Maß an Dichtigkeit bei der Absperrklappe realisieren, obwohl der Voll-PTFE-Dichtungseinsatz lediglich in sehr geringem Maße elastisch verformbar ist.
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Von besonderer Bedeutung ist der erfindungswesentliche Dichtungseinsatz bzw. Dichtungsmantel, der einstückig aus einem Fluor-Polymer gefertigt ist. Bei einem solchen Fluor-Polymer handelt es sich bevorzugt um ein Polytetrafluorethylen (PTFE). Der Dichtungseinsatz ist vollständig aus diesem Werkstoff gefertigt und unmittelbar und ohne elastische Einlage in den ringförmigen Gehäusekörper eingesetzt, wobei der ringförmige Gehäusekörper vorzugsweise aus Metall gefertigt ist. Auch die Absperrklappe ist vorzugsweise aus Metall gefertigt und gegebenenfalls mit einer Beschichtung versehen. Dabei ist der Dichtungseinsatz zwar vollständig aus einem Fluor-Polymer gefertigt, das heißt er besteht über den gesamten Umfang, die gesamte Dicke und die gesamte Breite aus einem Fluor-Polymer. Dieses umfasst jedoch auch Ausführungsformen, bei denen der Dichtungsmantel auf Basis eines Fluor-Polymers hergestellt ist, wobei diesem Polymer andere Komponenten bzw. Zuschlagsstoffe beigemischt sind, z. B. Fasern (z. B. Glasfasern). Der auch als Voll-PTFE-Dichtungseinsatz bezeichnete Dichtungsmantel kann folglich auch aus PTFE mit einem Faseranteil hergestellt sein.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Absperrklappe in einer vereinfachten perspektivischen Darstellung,
- 2 eine Frontansicht auf die erfindungsgemäße Absperrklappe nach 1 und
- 3 einen Schnitt A-A durch den Gegenstand nach 2.
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In den Figuren ist eine Absperrklappe dargestellt, die bevorzugt als Gefahrgutklappe ausgebildet ist und z. B. zum Absperren von Rohrleitungen, Behältern oder dergleichen im Zusammenhang mit aggressiven Flüssigkeiten einsetzbar ist. Die Absperrklappe weist ein Klappengehäuse 1 mit einer Durchgangsöffnung 2 und eine in der Durchgangsöffnung 2 angeordnete Absperrklappe 3 auf. Der Klappenteller 3 ist über einen oberen Wellenzapfen 4 und einen unteren Wellenzapfen 5 drehbar in der Durchgangsöffnung angeordnet und über die Wellenzapfen 4, 5 drehbar in dem Klappengehäuse 1 gelagert. Zur Betätigung des Klappentellers 3 ist ein Betätigungsorgan vorgesehen. Im Ausführungsbeispiel ist eine handbetätigte Absperrklappe dargestellt, das heißt als Betätigungsorgan ist ein Betätigungsgriff 6 drehfest mit dem Klappenteller 3 verbunden. Die Erfindung umfasst aber in alternativer Ausgestaltung auch Ausführungsformen mit einem Antrieb für die Betätigung, z. B. einem pneumatischen Antrieb, einem hydraulischen Antrieb oder auch einem elektromotorischen Antrieb. Solche Ausführungsformen sind nicht dargestellt.
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Das Klappengehäuse 1 weist einen ringförmigen Gehäusekörper 7 und einen innenumfangsseitig in dem Gehäusekörper angeordneten, ringförmigen Dichtungseinsatz 8 auf. Dieser ringförmige Dichtungseinsatz 8 weist eine innenumfangsseitig umlaufende, medienberührende Dichtfläche 9 für den Klappenteller 3 in seiner Schließstellung auf. Dabei weist dieser Dichtungseinsatz 8 einerseits eine obere Durchbrechung 10 für den oberen Wellenzapfen 4 und andererseits eine untere Durchbrechung 11 für den unteren Wellenzapfen 5 auf. Die Wellenzapfen 4, 5 sind in den Durchbrechungen 10, 11 mit Dichtungen, z. B. O-Ringen eingesetzt, wobei diese O-Ringe z. B. in Nuten der Wellenzapfen angeordnet sind.
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In 2 ist erkennbar, dass die umlaufende Dichtfläche 9 - bezogen auf den Umfang - zwei seitliche kreisförmige Abschnitte 9a aufweist und zwei die kreisförmigen Abschnitte 9a verbindende gerade Abschnitte 9b aufweist, in denen die Durchbrechungen 10, 11 für die Wellenzapfen 4, 5 angeordnet sind. In entsprechender Weise weist auch der Klappenteller 3 außenumfangsseitig - bezogen auf den Umfang - zwei seitliche kreisförmige Abschnitte 3a und zwei die kreisförmigen Abschnitte 3a verbindende gerade Abschnitte 3b auf, an welche die Wellenzapfen 4, 5 angeschlossen sind. Die Geometrie der Absperrklappe zeichnet sich folglich in den besonders kritischen Bereichen der Wellenzapfen durch gerade Dichtflächen bzw. Dichtflächenabschnitte 9b und entsprechend angepasste Klappenabschnitte 3b aus.
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Erfindungsgemäß ist der ringförmige Dichtungseinsatz 8 einstückig aus einem Fluor-Polymer, z. B. aus PTFE, gefertigt und unmittelbar und ohne elastische Einlage in den ringförmigen Gehäusekörper 7 eingesetzt. Auf eine in der Praxis beim Stand der Technik übliche elastische Einlage unter einem ringförmigen PTFE-Mantel wird folglich erfindungsgemäß verzichtet. Vielmehr wird ein verhältnismäßig dicker Voll-PTFE-Dichtungsmantel als Einsatz verwendet, der über den gesamten Umfang und über die gesamte Breite eine Dicke von mehr als 10 mm aufweist.
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Obwohl ein solcher verhältnismäßig dicker Dichtungsmantel aus PTFE nur ein geringes Maß an Elastizität aufweist, wird erfindungsgemäß mit einem Übermaß des Klappentellers 3 gegenüber der Dichtungsfläche 9 gearbeitet, wobei dieses Übermaß jedoch verhältnismäßig gering ist. Das Übermaß ist (einheitlich) sowohl im Bereich der kreisförmigen Abschnitte als auch im Bereich der geraden Abschnitte realisiert. Durch ein solches Übermaß wird einerseits trotz der geringen Elastizität des Voll-PTFE-Dichtungsmantels ein einwandfreies Schließen des Klappentellers ermöglicht und gleichzeitig ein hohes Maß an Dichtigkeit gewährleistet. Im Zuge der Schließbewegung und der Öffnungsbewegung reicht die Elastizität der Oberfläche des Dichtungsmantels für ein Öffnen und Schließen aus.
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Im Übrigen ist in 3 erkennbar, dass der Dichtungseinsatz 8 einen Doppelt-U-förmigen Querschnitt aufweist, das heißt der Dichtungseinsatz weist beidseitig der geschlossenen Klappe jeweils einen U-förmigen Querschnitt auf, so dass einerseits beidseitig umlaufende Flansche 13 außenseitig den Gehäusekörper 7 übergreifen und andererseits innenseitig umlaufende Flansche 14 vorgesehen sind, welche z. B. gegen die Wellenzapfen 4, 5 anliegen. Durch diese Konstruktion werden in dem Dichtungseinsatz 8 rückseitig zwei umlaufende Nuten 15 gebildet, so dass der Dichtungseinsatz gleichsam formschlüssig in den Gehäusekörper 7 eingesetzt ist.
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Im Übrigen ist in einem vergrößerten Ausschnitt in 2 angedeutet, dass die kreisförmigen Abschnitte 9a der Dichtfläche 9 nicht unmittelbar in die geraden Abschnitte 9b der umlaufenden Dichtfläche 9 übergehen, sondern unter Zwischenschaltung eines kreisförmigen Zwischenabschnitts 9c, wobei dieser Zwischenabschnitt 9c einen Radius R2 aufweist, der von dem Radius R1 des kreisförmigen Abschnitts 9a abweicht. Bevorzugt ist dieser Radius R2 deutlich kleiner als der Radius R1. Eine identische Ausgestaltung ist im Bereich des Klappentellers 3 realisiert, denn auch dort geht der kreisförmige Abschnitt 3a nicht unmittelbar in die geraden Abschnitten 3b über, sondern unter Zwischenschaltung eines Zwischenabschnitts 3c, der wiederum einen deutlich kleineren Radius aufweist als der Außenradius des Klappentellers. Wichtig ist dabei, dass die Radien R2 der Zwischenabschnitte 9c und 3c exakt aufeinander abgestimmt und folglich identisch sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 1750961 A1 [0006]
- DE 19843357 A1 [0007]
- DE 19919281 A1 [0007]
- DE 19524622 A1 [0008]
- DE 19829510 A1 [0009]
- DE 2758690 C2 [0010]
