DE1120227B - Nozzle control slide valve for the corrosion-free throttling of currents cavitating in the slide valve, regardless of the operating conditions - Google Patents
Nozzle control slide valve for the corrosion-free throttling of currents cavitating in the slide valve, regardless of the operating conditionsInfo
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Description
Düsenregelschieber zur unabhängig von den Betriebsbedingungen korrosionsfreien Drosselung von im Schieber kavitierenden Strömungen Die Erfindung bezieht sich auf Düsenregelschieber. Düsenregelschieber dienen zur Regelung und Drosselung von Strömungen in Rohrleitungen. Die wesentlichen Teile sind die Schieberplatte und die dahinterliegende Düsenplatte mit einer Düse oder auch mehreren Düsen, deren Anordnung und Querschnittsform die Regelcharakteristik bestimmt.Nozzle control valve for corrosion-free regardless of the operating conditions Throttling of flows cavitating in the slide The invention relates to Nozzle control slide. Nozzle control slides are used to regulate and throttle flows in pipelines. The main parts are the slide plate and the one behind it Nozzle plate with one nozzle or several nozzles, their arrangement and cross-sectional shape determines the control characteristic.
An derartigen Schiebern üblicher Bauweise sind Anfressungen durch Kavitation aufgetreten, die erhebliche Betriebsstörungen zur Folge hatten. Die Anfressungen betrafen vor allem die Schieberplatte und die Düsenplatte, teilweise auch das Schiebergehäuse.Corrugations are caused by such slides of the usual design Cavitation occurred, which resulted in significant malfunctions. The erosions mainly concerned the valve plate and the nozzle plate, and in some cases also the valve body.
Das Auftreten von Kavitation hängt von den Betriebsbedingungen ab. In den letzten Jahren wuchs mit dem übergang zu höheren Drücken, größeren Druckgefällen und höheren Betriebstemperaturen auch die Gefahr von Kavitationsschäden an Düsenregelschiebern.The occurrence of cavitation depends on the operating conditions. In recent years, with the transition to higher pressures, greater pressure gradients have increased and higher operating temperatures, there is also the risk of cavitation damage to the nozzle control valve.
Zur Vermeidung solcher Schäden wurden verschiedene Maßnahmen, wie Anpassung der Schieber an bestimmte Betriebsbedingungen, z. B. vollen Durchsatz, oder in Strömungsrichtung sich konisch verengende Düsen oder Aufteilung der zu regelnden Mengen, vorgeschlagen. Diese Bemühungen haben zu keinem befriedigenden Erfolg geführt, insbesondere nicht bei der Regelung von Mindermengen. (Die Werkstofffrage soll hier nicht erörtert werden, da von ihr keine endgültige Lösung des Problems zu erwarten ist.) Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, Anfressungen durch Kavitation an Düsenregelschiebern unabhängig von den Betriebsbedingungen zu vermeiden. Wie Versuche zeigten, können Schieberplatte und Düsenplatte bei der Lösung dieser Aufgabe nicht gesondert betrachtet werden, sondern müssen als Einheit, im folgenden Drosseleinheit genannt, aufgefaßt werden; in diese Einheit sind auch Teile des Schiebergehäuses mit einzubeziehen.To avoid such damage, various measures have been taken, such as Adjustment of the slide to certain operating conditions, e.g. B. full throughput, or nozzles that narrow conically in the direction of flow or division of those to be regulated Quantities, suggested. These efforts have not led to any satisfactory result, especially not with the regulation of small quantities. (The material question should be here not be discussed, as no final solution to the problem can be expected from it is.) The invention has the task of erosion due to cavitation on nozzle control slides to be avoided regardless of the operating conditions. As tests have shown, can Slide plate and nozzle plate are not considered separately in solving this problem but must be understood as a unit, hereinafter referred to as a throttle unit will; Parts of the valve body must also be included in this unit.
Erfindungsgemäß werden die Konturen der Drosseleinheit bis zu einer im Drosselquerschnitt liegenden Abreißkante, an der sich die Strömung von der Kontur ablöst, gleichmäßig konvergent geführt, derart, daß die Strömung gegen Kavitation hinreichend stabilisiert wird. Unter Berücksichtigung der durch die Kontur vor der Abreißkante bewirkten Lenkung der Strömung werden die Konturen hinter der Abreißkante erfindungsgemäß divergent gestaltet, derart, daß die in der Nähe der Abreißkante entstehende Kavitation im anschließenden Vermischungsraum (Abflußraum) wandfern bleibt. Da Anfressungen durch Kavitation nur auftreten, wenn das Ende eines Kavitationsgebietes in unmittelbarer Nähe einer Wand liegt, ist durch die Ausbildung gemäß der Erfindung korrosionsfreie Drosselung gewährleistet.According to the invention, the contours of the throttle unit are up to one Tear-off edge located in the throttle cross-section, at which the flow is separated from the contour peeled off, uniformly convergent, in such a way that the flow counteracts cavitation is sufficiently stabilized. Taking into account the by the contour in front of the Tear-off edge directing the flow are the contours behind the tear-off edge according to the invention designed divergent, such that the near the tear-off edge Remove cavitation in the adjoining mixing space (drainage space) remain. Since cavitation corrosion only occurs at the end of a cavitation area is in the immediate vicinity of a wall, is due to the training according to the invention corrosion-free throttling guaranteed.
Weiterhin werden erfindungsgemäß, Lage und Ab- messung konstruktiv notwendiger oder zur Richtungsgebung der Strömung hinter der Abreißkante vorteilhafter Knicke oder kleiner Abrundungen der Kontur nahe der Abreißkante durch eine kritische Länge eingeschränkt. Diese kritische Länge ist die Strecke, auf der Kavitation nach ihrem Entstehen nicht korrosionsgefährlich ist. Sie beträgt nach Versuchen etwa 5 mm. Knicke und kleine Rundungen begünstigen den Kavitationsbeginn. Sie dürfen deshalb nur innerhalb der kritischen Länge vor der Abreißkante liegen.Further, according to the invention, location and waste measurement structurally necessary or directionality of the flow behind the tear-off edge advantageous kinks or less rounded portions of the contour close to the cut-off edge by a critical length limited. This critical length is the distance on which cavitation is not dangerous to corrosion after it has arisen. According to tests, it is about 5 mm. Kinks and small curves favor the onset of cavitation. They may therefore only lie within the critical length in front of the tear-off edge.
Bei erfindungsgemäßer Gestaltung der Drosseleinheit werden Anfressungen durch Kavitation unabhängig von den Betriebsbedingungen des Schiebers vermieden. Unterschiede des Druckes, des Druckgefälles und der Betriebstemperatur ändern den durch die Gestaltung der Kontur bewirkten, für die korrosionsfreie Drosselung wesentlichen Strömungsverlauf nicht. In Verbindung mit der Beachtung der kritischen Länge gewährleistet die Gestaltung der Konturen der Drosseleinheit Korrosionsfreiheit, unabhängig von der Stellung des Schiebers, d. h. von der Durchflußmenge.With the design of the throttle unit according to the invention, pitting due to cavitation is avoided regardless of the operating conditions of the slide. Differences in the pressure, the pressure gradient and the operating temperature do not change the flow course which is caused by the design of the contour and is essential for the corrosion-free throttling. In connection with the observation of the critical length, the design of the contours of the throttle unit ensures freedom from corrosion, regardless of the position of the slide, i. H. on the flow rate.
In einer zweckmäßigen Ausführung des Erfindungsgedankens wird die Kontur des freien Endes der Schieberplatte zur lEnterkante hin und die Düsenkontur von der Düsenvorderkante aus abgeschrägt oder mit großem Radius konvex gerundet. Schieberplattenhinter- und Düsenvorderkante bilden dabei die Abreißkante. Der Hinterkantenwinkel der Schieberplatte soll dabei nicht größer als 601, zweckmäßig 45', sein; die Vorderkante der Schieberplatte wird vorteilhaft abgerundet, und zwar mit um so größerem Radius, je größer der Hinterkantenwinkel ist. Dadurch ist hinreichend gleichmäßige Konvergenz der Kontur bis zur Abreißkante gewährleistet. Der halbe Erweiterungswinkel der Düsenkontur an der Abreißkante soll nicht kleiner als 301, zweckmäßig 451, sein. Dadurch ist gewährleistet, daß Kavitation im Verinischungsraum wandfern bleibt.In an expedient embodiment of the inventive concept, the contour of the free end of the slide plate is tapered towards the lower edge and the nozzle contour is beveled from the nozzle front edge or rounded convexly with a large radius. The rear edge of the slide plate and the front edge of the nozzle form the tear-off edge. The rear edge angle of the slide plate should not be greater than 601, expediently 45 '; the leading edge of the slide plate is advantageously rounded, with the larger the radius, the larger the trailing edge angle. This ensures a sufficiently uniform convergence of the contour up to the tear-off edge. Half the widening angle of the nozzle contour at the tear-off edge should not be smaller than 301, expediently 451. This ensures that cavitation remains away from the wall in the mixing chamber.
Man kann die Hinterkante der Schieberplatte und die Düsenvorderkante auch brechen (z. B. um die Kanten unempfindlich zu machen). Die Bruchfläche darf dabei nicht breiter als 5 mm, zweckmäßig nur 1 bis 2 mm breit sein, damit die entstehenden Knicke der Kontur innerhalb der kritischen Länge vor der Abreißkante liegen.The rear edge of the slide plate and the nozzle front edge can also be broken (e.g. to make the edges insensitive). The fracture surface must not be wider than 5 mm, expediently only 1 to 2 mm wide, so that the resulting kinks in the contour are within the critical length in front of the tear-off edge.
Es ist zweck-mäßizer, die Kanten abzurunden als zu brechen. Die Kontur der Schieberplatte wird dabei so gestaltet, daß zwischen Schräge und Hinterkante eine konvexe Rundung verläuft, wobei der Hinterkantenwinkel, um gleichmäßige Konvergenz bis zur Abreißkante zu gewährleisten, nicht größer als ein rechter ist. Der Radius der Rundung soll nicht kleiner als ein Zehntel der Plattenstärke sein, um Stabilität der Strömung gegen Kavitation bis zur Abreißkante zu gewährleisten. Ist er kleiner, so darf die Bogenlänge der Rundung nicht größer als die kritische Länge sein.It is more practical to round off the edges than to break them. The contour of the slide plate is designed so that a convex curve runs between the bevel and the rear edge, the rear edge angle not being greater than a right one in order to ensure uniform convergence up to the tear-off edge. The radius of the rounding should not be smaller than a tenth of the plate thickness in order to ensure stability of the flow against cavitation up to the tear-off edge. If it is smaller, the arc length of the rounding must not be greater than the critical length.
Die Abrundung der Düsenvorderkante wird zweckmäßig so gestaltet, daß die Vorderfläche der Düsenplatte knickfrei durch konvexe Rundung zur Abreißkante geführt wird, wobei die Rundung höchstens ein Viertelkreis ist, damit die Kontur bis zur Abreißkante gleichmäßig konvergiert. Der Radius der Rundung soll, wie bei der Schieberplatte, nicht weniger als ein Zehntel der Schleberplattenstärke betragen, jedoch darf die Bogenlänge nicht größer als die kritische Länge sein. Die Beachtung der kritischen Länge ist hierbei mit ausschlaggebend für korrosionsfreie Drosselung von Mindermengen.The rounding of the nozzle front edge is expediently designed so that The front surface of the nozzle plate is kink-free thanks to the convex curve towards the tear-off edge is performed, whereby the rounding is at most a quarter circle, so that the contour converges evenly up to the tear-off edge. The radius of the rounding should, as with of the slide plate should not be less than one tenth of the thickness of the slide plate, however, the arc length must not be greater than the critical length. The attention the critical length is one of the decisive factors for corrosion-free throttling of small quantities.
Erfindungsgemäß soll die Abreißkante im Bereich der höchsten Stelle der Düse, d. h. der Stelle, welche die Schieberplattenhinterkante bei voller öffnung erreicht, in der Vorderfläche der Düsenplatte liegen. Die Abreißkante der Drosseleinheit, die ja von dem vor der Düsenöffnung liegenden Teil der Schieberplattenhinterkante zusammen mit der Abreißkante der Düse, soweit diese geöffnet ist, gebildet wird, wird dadurch bei voll geöffnetem Schieber eindeutig festgelegt. Unerwünschte Instabilitätserscheinungen der Strömung werden so vermieden.According to the invention, the tear-off edge should be in the region of the highest point of the nozzle, i.e. H. the point which the rear edge of the slide plate reaches when it is fully open, lie in the front surface of the nozzle plate. The tear-off edge of the throttle unit, which is formed by the part of the rear edge of the slide plate located in front of the nozzle opening together with the tear-off edge of the nozzle, as far as it is open, is clearly defined when the slide is fully open. Undesired instability phenomena in the flow are thus avoided.
Die Düsenkontur kann hinter der Abreißkante auch konkav erweitert werden. Um dabei zu gewährleisten, daß die Kavitation wandfern bleibt, muß der halbe Erweiterungswinkel an der Abreißkante zwischen 45 und 90' liegen. Hierdurch werden kleinere Kantenwinkel an der Abreißkante erreicht, die sich auf die Ablösung der Strömung günstig auswirken.The nozzle contour can also be expanded concave behind the tear-off edge. In order to ensure that the cavitation remains away from the wall, half the widening angle at the tear-off edge must be between 45 and 90 ' . As a result, smaller edge angles are achieved at the tear-off edge, which have a favorable effect on the separation of the flow.
In weiterer Ausbildung der Erfindung wird das Schiebergehäuse in die Gestaltung der Drosseleinheit einbezogen und hinter der Schieberplatte in an sich üblicher Weise hochgewölbt. Dadurch erreicht man, daß selbst unter ungünstigsten Bedingungen auch starke Kavitation im Vermischungsraum (Abilußraum) wandfern bleibt.In a further embodiment of the invention, the valve housing is in the Design of the throttle unit included and behind the slide plate in itself usually high arched. This achieves that even under the most unfavorable Conditions also strong cavitation in the mixing space (drainage space) remains away from the wall.
Die erfindungsgemäße Gestaltung der Drosseleinheit kann unabhängig von der Form des Düse--i7, schnitts, z. B. Rund-. Schlitz- oder Herzdüse, verwirklicht werden. Insbesondere können auch Düsenregelschieber, die eine Düsenplatte mit mehreren Einzeldüsen haben, erfindungsgemäß gestaltet werden, indem die Erfindungsgrundsätze auf Schieberplatte und Einzeldüsen angewandt werden.The inventive design of the throttle unit can be independent from the shape of the nozzle - i7, sectional, e.g. B. Round. Slot or heart nozzle, realized will. In particular, nozzle control slide valves that have a nozzle plate with several Individual nozzles have to be designed according to the invention by following the principles of the invention can be used on gate valve and single nozzles.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist an Hand der schematischen Zeichnung beschrieben. In einem Schiebergehäuse 1 befindet sich eine Düsenplatte 2 und eine längs der Düsenplatte verschiebliche Schieberplatte 3. Die Strömung tritt von links in den Düsenregelschieber ein. Die Strömungsrichtung ist durch einen Pfeil gekennzeichnet.An embodiment of the invention is described with reference to the schematic drawing. In a valve housing 1 there is a nozzle plate 2 and a valve plate 3 which can be displaced along the nozzle plate. The flow enters the nozzle control valve from the left. The direction of flow is indicated by an arrow.
Das Schiebergehäuse 1 ist hinter der Schieberplatte, von der Düsenplatte ausgehend, hochgewölbt, so daß sich der an die Düsenplatte anschließende Verinischungsraum (Abflußraum) nach oben mehr erweitert als in den anderen Richtungen. Der Einlauf des Schiebergehäuses verengt sich entsprechend der Form des Vermischungsraumes. Die Düsenplatte 2 ist daher gegenüber Ein- und Austrittsquerschnitt des Schiebergehäuses 1 exzentrisch nach unten verlagert.The valve housing 1 is arched up behind the valve plate, starting from the nozzle plate, so that the connecting space (drainage space) adjoining the nozzle plate widens upwards more than in the other directions. The inlet of the valve body narrows according to the shape of the mixing space. The nozzle plate 2 is therefore shifted eccentrically downwards with respect to the inlet and outlet cross-sections of the slide housing 1.
Die Düse in der Düsenplatte 2 kann runden, schlitzförinigen, herzförmigen oder einen anderen üblichen Durchtrittsquerschnitt haben. Die Vorderkante der Düse ist abgerundet. Die Rundung, die ohne Knick aus der Vorderfläche der Düsenplatte hervorgeht, ist nicht ganz ein Viertelkreis von einer Bogenlänge 1 und endet in einer Düsenabreißkante A. Der Radius der Rundung ist größer als ein Zehntel der Stärke der Schieberplatte, ihre Bogenlänge 1 bleibt jedoch unter Hinter der Abreißkante A erweitert sich die Düsenkontur konkav mit einem halben Erweiterungswinkel a an der Abreißkante. Die Rundung der Düsenvorderkante und die sich erweiternde Düsenkontur schließen an der Abreißkante einen Abreißkantenwinkel ß ein.The nozzle in the nozzle plate 2 can have a round, slit-shaped, heart-shaped or other conventional passage cross-section. The front edge of the nozzle is rounded. The rounding, which emerges from the front surface of the nozzle plate without a kink, is not quite a quarter circle of an arc length 1 and ends in a nozzle tear-off edge A. The radius of the rounding is greater than a tenth of the thickness of the slide plate, but its arc length 1 remains below the rear the tear-off edge A , the nozzle contour expands concavely with half an expansion angle a at the tear-off edge. The rounding of the nozzle leading edge and the expanding nozzle contour close to the tear bar a Abreißkantenwinkel ß one.
Die konkave Erweiterung der Düsenkontur gestattet im Verein mit der Abrundung der Düsenvorderkante bei hinreichender Größe des halben Erweiterungswinkels a, den Abreißkantenwinkel ß auf eine konstruktiv gebotene Mindestgröße zu beschränken. Der halbe Erweiterungswinkel a ist etwa 451, und der Abreißkantenwinkel ß ist etwa ein rechter.The concave widening of the nozzle contour, in conjunction with the rounding of the nozzle front edge, with a sufficient size of half the widening angle α, allows the tear-off edge angle β to be limited to a structurally required minimum size. Half the widening angle α is about 451, and the tear-off edge angle β is about a right one.
Die Rundung der Düsenvorderkante verläuft im Bereich der höchsten Stelle der Düse so, daß die Abreißkante A dort in der Vorderfläche der Düsenplatte 2 liegL Durch die Verlagerung der Abreißkante A an der höchsten Stelle der Düse wird die sich erweiternde Düsenkontur dort gestreckt und fast gerade.The rounding of the nozzle front edge runs in the area of the highest point of the nozzle in such a way that the tear-off edge A lies there in the front surface of the nozzle plate 2. By moving the tear-off edge A at the highest point of the nozzle, the expanding nozzle contour is stretched and almost straight.
Die vor der Düsenplatte 2 liegende Schieberplatte 3 ist an ihrer Vorderkante mit verhältnismäßig großem Radius abgerundet. Die Rundung geht in eine Schräge über, die mit der hinteren Schieberplattenfläche einen Hinterkantenwinkel y einschließt. Der Hinterkantenwinkel y ist mäßig spitz und somit auf eine konstruktiv gebotene Mindestgröße gebracht.The lying in front of the nozzle plate 2 slide plate 3 is rounded at its leading edge with a relatively large radius. The rounding merges into a bevel which encloses a rear edge angle y with the rear slide plate surface. The trailing edge angle y is moderately acute and thus brought to a structurally required minimum size.
Im Zusammenwirken von Schieberplatte und Düse entsteht eine Abreißkante der Drosseleinheit. Sie wird gebildet von dem vor der Düsenöffnung liegenden Teil der Schieberplattenhinterkante und der Abreißkante A der Düse, soweit diese geöffnet ist.The interaction of the valve plate and the nozzle creates a tear-off edge for the throttle unit. It is formed by the part of the rear edge of the slide plate located in front of the nozzle opening and the tear-off edge A of the nozzle, insofar as it is open.
Die Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung ist folgende: Infolge der gleichmäßig konvergenten Führung der Konturen der Drosseleinheit bis zur Abreißkante, wobei insbesondere starke Krümmungen und Knicke der Kontur unmittelbar vor der Abreißkante vermeiden sind, kann Kavitation erst in der Nähe der Abreißkante entstehen. Auch bei nur mäßig spitzem Hinterkantenwinkel y der Schieberplatte ist hinreichend gleichmäßige Konvergenz der Kontur bis zur Abreißkante durch die große Rundung der Schieberplattenvorderkante gegeben. Durch die Beschränkung der Bogenlänge 1 der Abrundung der Düsenvorderk,ante wird insbesondere das Auftreten korrosionsgefährlicher Kavitation bis zur Abreißkante unterdrückt, auch bei kleiner Düsenöffnung, d. h. bei der Regelung von Mindermengen.The mode of operation of the arrangement described is as follows: As a result of the uniformly convergent guidance of the contours of the throttle unit up to the tear-off edge, in particular avoiding sharp bends and kinks in the contour immediately in front of the tear-off edge, cavitation can only arise in the vicinity of the tear-off edge. Even if the rear edge angle y of the slide plate is only moderately acute, there is a sufficiently uniform convergence of the contour up to the tear-off edge due to the large rounding of the slide plate front edge. By restricting the arc length 1 of the rounding of the nozzle front, in particular the occurrence of corrosion-dangerous cavitation up to the tear-off edge is suppressed, even with a small nozzle opening, i.e. H. in the regulation of small quantities.
Die Führung der Kontur der Drosseleinheit vor der Abreißkante bewirkt nicht nur Stabilisierung der Strömung gegen Kavitation vor der Abreißkante, sondern auch Lenkung der an der Abreißkante von der Kontur sich ablösenden Strömung im anschließenden Vermischungsraum. Auf die Strömungsablösung wirkt sich dabei günstig aus, daß der Hinterkantenwinkel", der Schieberplatte kleiner als ein rechter und der Abreißkantenwinkel fl nicht zu stumpf ist.This causes the contour of the throttle unit to be guided in front of the tear-off edge not only stabilization of the flow against cavitation in front of the tear-off edge, but also steering of the flow that is detached from the contour at the tear-off edge in the subsequent Mixing room. On the flow separation has a beneficial effect that the Trailing edge angle ", the slide plate smaller than a right one and the tear-off edge angle fl is not too blunt.
Die Erweiterung der Kontur der Drosseleinheit hinter der Abreißkante ist so auf den Strömungsverlauf im Verinischungsraum abgestimmt, daß die in der Nähe der Abreißkante entstehende Kavitation im Vermischungsraum wandfern bleibt und daher keine Anfressungen verursachen kann. Da die Abreißkante A der Düse im Bereich der höchsten Stelle der Düse in der Vorderfläche der Düsenplatte 2 liegt, ist bei voller Schieberöffnung die Abreißkante der Drosseleinheit eindeutig festgelegt. Dadurch ist auch der Strömungsverlauf eindeutig, und instationäre Schwankungen werden vermieden, so daß auch bei voller öffnung keine Anfressungsgefahr besteht. Die überhöhung des Schiebergehäuses 1 hinter der Schieberplatte 3 gewährleistet korrosionsfreie Drosselung auch bei starker Kavitation.The expansion of the contour of the throttle unit behind the tear-off edge is matched to the course of the flow in the mixing space so that the cavitation in the mixing space that occurs in the vicinity of the tear-off edge remains away from the wall and therefore cannot cause any pitting. Since the tear-off edge A of the nozzle of the nozzle is located in the region of the highest point in the front surface of the nozzle plate 2, at full gate opening the tear-off edge of the throttle unit is clearly defined. As a result, the course of the flow is also clear and unsteady fluctuations are avoided, so that there is no risk of seizure even when it is fully opened. The elevation of the valve housing 1 behind the valve plate 3 ensures corrosion-free throttling even in the case of strong cavitation.
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE2804595A1 (en) * | 1978-02-03 | 1979-08-09 | Vnii Pk I Dobytschi Uglja | Pipe fluid flow cut=off valve - has tapered surface providing throttle between housing and seals with pipes connected |
FR2521249A1 (en) * | 1982-02-05 | 1983-08-12 | Morello Aldo | Slide valve for powder ducts - has self-cleaning inclined slide with converging conical outlet in housing |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE736861C (en) * | 1939-10-15 | 1943-06-30 | Ig Farbenindustrie Ag | Slide for regulating the pressure and the flow rate |
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1960
- 1960-07-30 DE DED33908A patent/DE1120227B/en active Pending
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