DE1905946A1 - Drosselklappenventil - Google Patents

Description

drückt die eine der Scheiben den Dichtungsring längs der sich nach aussen erweiternden Fläche der anderen Ventilscheibe, so daß der Dichtungsring nach aussen gegen die Innenwand des Strömungsmittel·= kanals expandiert wird, so daß eine Strömungsmitteldichtung zwischen dem Strömungsmittelkanal und der Ventilscheibe gebildet wird. Um das Ventil zu öffnen, wird die Ventilwelle gedreht, so daß der Nocken . den Quetschdruck auf die beiden Ventilscheiben nachlässt, so daß sich der nachgiebige Dichtungsring in die Umfangsnut zusammenziehen kann und die dichtende Anlage zwischen der Ventilscheibe und- dem Strö° mungsmittelkanal auflöst, so daß die Ventilscheibe mit der Welle verdreht werden kann«

Stand der Technik; .

Bekannte Scheiben für Drosselklappenventile weisen eine Umfangsnut auf, in der ein nachgiebiger Dichtungsring liegt, um die Ventilschei;-be gegen die Innenwand des Strömungsmittelkanals abzudichten (US--Patentschrift 2 657 89^)· Die Schwierigkeit bei diesem bekannten; Drosselklappenventil liegt dtrin, daß bei grossen Ventilen, d*-h» mit einem Durchmesser grosser als 75 mm (3 Zoll) die Reibung des nachgiebigen Dichtungsringes auf der Innenwand des Strömungsmittelka=- nals beim Öffnen und Schliessen des Ventils oft zu stark ist* Diese Reibung des Dichtungsringes ist die Ursache dafür, daß der Ring js ich verzieht und zu stark abnutzt, so daß sich Lecks bilden können*· ϊ»: j

Es ist deshalb erwünscht, ein Drosselklappenventil verfügbar zu haben, bei dem die Ventilscheibe strömungsmitteldicht gegen die Innenwand des Strömungsmittelkanals gedichtet werden kann, ohne daß eine zu starke Reibwirkung zwischen dem Dichtungsring und der Innenwand des Strömungsmittelkanals hervorgerufen wird.

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Zusammenfassung der Erfindung:

Durch die Erfindung soll ein verbessertes Drosselklappenventil der Art verfügbar gemacht werden, bei der ein Ümfang-Dichtungsring verwendet wird« und ein entsprechend aufgebautes Ventil.

Erfindungsgemäss wird in einem Drosselklappenventil eine Einrichtung vorgesehen. Bit der der Durchmesser eines nachgiebigen Dichtungsringes wahlweise gedehnt werden kann, der am Umfang der Ventilscheibe angeordnet ist, so daß sich der Dichtungsring so ausdehnt, daß er dicht sowohl an der Innenwand des Strömungsmittelkanals als auch am Umfang der Ventilscheibe anliegt, um die Ventilscheibe gegen den Strömungsmittelkanal zu dichten, so daß eine Druckdichtung ohne Reibwirkung zwischen dem Dichtungsring und der Innenwand des Strösungsmittelkanals erhalten wird.

Gemfiss einer besonders vorteilhaften Auebildung der Erfindung besteht die Einrichtung zum Dehnen des nachgiebigen Dichtungsringes aus einer eich nach aussen erweiternden Dichtungsfläche am Aussenumfang der Ventilscheibe und einer Einrichtung, mit der der Dichtungsring wahlweise über diese sich erweiternde Dichtungsfläche zu deren weitestem Ende geschoben wird, so daß der Dichtungsring nach aussen auf der sich erweiternden Fläche reitet, um eine dichtende Anlage des Ringes an der Innenwand dee Strömungsmittelkanals und der sich erweiternden Fläche der Ventilscheibe su erreichen, so daß beide gedichtet werden.

Gemäss einer besonders vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausftihrungsform besteht die Ventilscheibe aus zwei in axialem Abstand voneinander befindlichen Scheiben und einen Nocken an der Ventilwelle, »it dem die beiden Ventilscheiben wahlweise zusammengepresst werden, so daß der nachgiebige Dichtungsring nach aussen über die sich erweiternde Fläche einer der Dichtungsscheiben gequetscht wird.

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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung? es zeigern

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Drosselklappenventil nach der Erfindung?

Fig. 2A und 2B vergrössert die in Fig. 1 mit der Linie 2-2 umschlossenen Teile im geöffneten bzw. geschlossenen Zustand des Ventils?

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 1?

Fig. 4 schematisch einen Längsschnitt senkrecht zum Längsschnitt nach Fig. 1 zur Veranschaulichung der Arbeitsweise des Positione-Ansehlag-Mechanismus? und

Fig. 5 eine Ansicht entsprechend der Linie 5-5 in Figo 1.

In Fig. 1 ist ein erfindungsgeraässee Drosselklappenventil 1 dargestellt. Dieses Ventil 1 weist ein Ventilgehäuse 2 mit einer zylindrischen Bohrung 3 auf» die einen Strömungsmittelkanal bildet, der gesteuert werden soll. Eine Querbohrung 4 reicht durch eine Wand des Gehäuses 2 und durohsetzt diametral die Längsbohrung 5, um eine Ventilwelle 5 aufzunehmen. Die Ventilwelle 5 ist in der Querbohrung 4 mit zwei Wälzlagern 6 gelagert, die an den beiden Enden der Ventilwelle angeordnet sind, und einer Buchse 7, die zwei im Abstand voneinander befindliche Nullringe 8 aufweist, mit denen die Welle 5 gegen das Gehäuse 2 abgedichtet wird. '.

Eine Ventilscheibe 11 ist auf der Ventilwelle 5 schwenkbar im Strömungsmittelkanal 3 angeordnet. Genauer gesagt, die Ventilscheibe 11 besteht aus zwei plattenförmigen Scheiben 12 und 13. Die Scheibe 12 ist am weitesten von der Ventilwelle entfernt und weist zwei Fun-

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rungspfosten 14 und 15 auf, die bei 16 an die Ventilscheibe 12 angesohweiset sind und durch ausgefluchtete öffnungen 17 in der zweiten Scheibe 13 führen. Die Führungspfosten 14 und 15 sind auf einem Durchmesser der Ventilscheibe 11 angeordnet, und jeder Ftihrungspfosten Η und 15 weist eine Querbohrung 18 auf, die axial mit einem Durchmesser der Ventilscheibe 11 ausgefluchtet ist, um die hindurchftihrende Ventilwelle 5 aufzunehmen. In den Bohrungen 18 sind Wälzlager I9 angeordnet, um eine Drehung der Ventilwelle 5 relativ zu den Pührungspfosten I4 und 15 zu ermöglichen.

Ein exzentrischer Nocken 21 (vgl. Pig. I und 3) ist fest an der Ventilwelle 5 im wesentlichen in der Mitte angeordnet, wobei eine Nockenfläche 22 des Nockens 21 verschiebbar gegen eine zentrale Aussparung in der zweiten Ventilscheibenplatte I3 anliegt. Eine konische Feder 23 ist in einer Aussparung 24 in der ersten Ventilscheibenplfttte 12 zwischen den beiden Ventilscheibenplatten 12 und 13 angeordnet, um die beiden Ventilscheiben 12 und 13 in axialer Richtung federnd auseinander zu drängen. Die Vorspannungs«Federkraft arbeitet gegen die Nockenfläche 22.

Die äusseren Umfangsflachen der Ventilscheibenplatten 12 und 13 (vgl. Fig. 1, 2A und 2B) sind mit sich nach aus sen erweiternden, ko*> nischen abgeschrägten Flächen 26 und 26· versehen, die beide unter einem Winkel von 22,5 zur Ebene der Scheiben 12 und 13 liegen und zwischen sich einen Winkel von 45 einschliessen. Die abgeschrägten Teile der Scheiben 12 und 13 bilden eine Umfangsnut, die einen nachgiebigen Dichtungs-Nullring 27 aufnimmt, der sich vollständig um den Aussenumfang der Ventilscheibe 11 erstreckt«. Die vordere Umfangefläche der Ventilscheibenplatte 12 weist eine Abschrägung bei 28 auf_y um ein ausreichendes Spiel zu erreichen, wenn die Ventilscheibe 11 in die geschlossene Stellung gedreht wird.

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In Fig» 2A,- 2B and 3 ist die Arbeitsweise näher zu erkennen» -In Fig. 5 ist die WiEs«ags^@iss äoe üaskeas 2H veranschaulicht« Senauer gesagt, der Nosksia 21 ^e-is.t awel flash© It'ockenf lachen 29 few, 31 - auf. Der radiale Abstand voa "der Bitte tor Ventilwell© 5 zur Sbene der Noekenflache 29, dt® eis an Äsr Ventilscheibe 13 anliegend dargestellt ist, jst grosses als der radiale Abstand von der Mitte der VeIIe 5 zur anderes Hseken^lSche 31. Bar Winkel zwischen den beiden Nockenflächen 29 12nd !1*3 beträgt etwa 30 « Wenn der Winkel in Richtung des «it "verriegeln" bezeichneten Pfeils verdreht wird« d.h* iss Uhrzeigersinne in Fig. 3$ werden die beiden Ventil scheibenplatten 12 und 13 durch die Nockenwirkung zusammengepresst _f die gegen die Federvorspannungskraft der Feder 23 wirkt, die versucht, die beiden Scheibenplatten 12 und 13 auseinander zn etossen» Wenn die beiden Scheibenplatten 12 und 13 gemäss Fig. 3 zusammengepresst werden, wird der Dichtungs-Kullring 2f die geneigten Flächen 26 und 26' an Umfang der Scheibenplatten 12 und 13 entlang nach aussen gequetscht oder geschoben, so daß der Nullring 27 von der Lage nach Fig. 2A in die Endlage nach Fig. 2B gequetscht wird* In dieser verriegelten oder Endlage gemäss Fig. 2B ist der Dichtungsring 27 radial nach aussen zur dichten Anlage an der Innenwand der Bohrung 3 und den geneigten Flächen 26 und 26* der Scheibenplatten und 13 gedehnt, so daS eine Strömungsmitteldichtung zwischen der Ventilscheibe 11 und der Innenseite der Bohrung gebildet wird, so daß der Strönmngsmittelkanal 3 abgeschlossen wird.

Wenn das Ventil geöffnet werden soll, wird die Ventilwelle 5 gegen den Uhfzeigersinn gedreht, in Sinne des in Fix*. 3 »it "entriegeln" bezeichneten Pfeiles, beispielsweise mit einem geeigneten Handgriff oder Hebel 32 (Fig. 1), der am Aussenende der Ventilwelle 5 befestigt ist, beispielsweise mit einer Einstellschraube 33· Venn die Ventilwelle 5 und der Nocken 21 gegen den Uhrzeigersinn gedreht werden, be· wirkt der gedehnte Nullring 27 eine ausreichende kraftschlüssige Verriegelung für die Ventilscheibe 11, um eine Verdrehung der Ventil-

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scheibe ait der Ventilwelle 5 «u verhindern. Der Hocken 21 verdreht •ioh daalt relativ «ar Oberfläche der Tent 11 scheibe 13» so daß die svelte loefceafläohe 91 flach gegen die Oberfläche der Scheibe 13 an» liegt. In dieser Stellung trennt die Teder 23 axial die Scheibenplatten 1t «ad 15, «le In flg. 2A dargestellt, so daB der Dichtungsring tt sieh muMSsjeasiehan «ad die geneigten Flächen 26 und 26* abwärts «andern kam, «pdureh tie dichte Anlage an der Innenseite der Bohrung 3 aufgegeben wird «ad damit die Tentllsohelbe 11 entriegelt und geeffnet wiadi dadurch kann die Tentllsohelbe 11 pit der Ventilwelle 5 da« Moekea 21 gedreht «erden.

Bei dar ««vorsagten Au«fu1trttngsfora der Brfladung sind beide Uafangsfliehen der Scheiben 12 und 13 abgeschrägt, das 1st jedoch nicht erforderlich· Is geäugt, wenn nur eine der Bafangaflachen der Scheibenplatten 12 und 13 abgesohrigt ist. In diese« Talle beträgt der Absehrägaagsviakel vorsugsvelse 45° *ur Ebene der Scheiben 12 und 13t statt 22,3°. BIa StrSaaageaitteldiohtung wird «leder dadurch hergestellt, dal dl« Platten 12 und 13 susaaaengepreset werden, so daß die nicht abgeschrägte Platt« den Hullring 27 die geneigte, abgeschrägte fläche der anderen Platte hinaufsohiebt oder quetscht, in dichte Anlage an dar Innenfläche de« StrBaungsalttelkanals 3.

Di« Tervendung von swei Abeohrägungen 26 und 26* η je 22,5° wird gegenüber einer einsigen Absohrägung ua 43° vorgezogen, weil swei Absohrägungen es erlauben, daB der Hullring la offenen Zustand des Ventile näher aa der Ventilwelle 3 liegen kann. In der offenen Stellung kann, dann der lullring 27 näher aa Burohaeeser des Ströaungeaittelkanals liegen und trotsdea nicht an der Innenwand der Bohrung 3 reiben. BeIa Schliessen des Ventils braucht daaa der lullring 27 nicht soviel gedehnt su werden, ua die Dichtung heraus teilen, und darüber hinaus ist es dadurch «Sglich, eine stärkere Koapreseion auf den Hullring 27 bei der gleichen Crösse der axialen Pressbewegung

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der Ventilscheiben 12 und 13 auszuüben.

Das Drosselklappenventil 1 nach der Erfindung ist besonders brauch-¹ bar, wenn die Vakuumleitung zwischen einer zu evakuierenden Anlage und einer Hochvakuumpumpe in einer relativ grossen Anlage gesteuert werden soll« bei der relativ hohe Pumpgeechwindigkeiten benötigt werden, beispielsweise Geschwindigkeiten weit über tausende von Litern pro Sekunde. In diesen Fällen müssen die Vakuumleitungen relativ grosee Abmessungen haben, um den hohen Pumpgeschwindigkeiten Rechnung au tragen.

Sin spezielles Merkmal des Droseelklappenventils 1 zusätzlich zu den ausgezeichneten, lecksicheren Bichtungeeigenschaften besteht darin, daS ein kontrolliertes Leck erhalten werden kann, wenn der Nocken 21 in eine Position gedreht wird, die allgemein mit 34 auf dem Nocken " bezeichnet ist, wodurch gerade der Raum «wischen den Ventilscheibenplatten 12 und 13 aufgebrochen wird, so daß ein Teil des Dichtungedrucks am Dichtungsring 27 weggenommen wird. Dieses geringfügige Aufbrechen des Ventils erlaubt es, daß eine kontrollierte Leckrate durch die Ventilscheibe 11 erreicht wird, die unter gewissen Betriebsbedingungen in Vakuumanlagen erwünscht ist.

In Fig. 4 ist ein Positions-Anschlag näher dargestellt, der in Fig. 1 allgemein mit 35 bezeichnet ist. Dieser Positions-Anschlag besteht aus einem rechtwinkeligen Arm 36, der an der Scheibenplatte 12 befestigt ist, beispielsweise punktgeschweisst. Eine Schraube ist in eine Gewindebohrung in dem freien Sohenkel des Arms 56 eingeschraubt, und auf diese Sehraube ist eine Kontermutter geschraubt, um sie in einer einmal eingestellten Stellung zu sichern. Die Schraube 37 wird so eingestellt, daß, wenn die Ventilscheibe 11 im Uhrzeigersinn gedreht wird, d.h. in der Richtung "verriegeln", die Schraube 37 an

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der Innenwand der Bohrung 3 anliegt, wenn sich die Ventilscheibe 11 genau in der gewünschten« senkrechten Ebene befindet, in der der Strömungsmittelfluss durch den Kanal 3 abgedichtet oder geschlossen werden kann. Wenn die Drehung der Scheibe 11 durch den Anschlag 35 beendet wird, kann der Nocken 21 sich dann in die Verriegelungs-Stellung weiterdrehen, in der die Nockenfläche 29 gegen die Platte 13 anliegt, wie bereits beschrieben. Statt eines Positionen-Anschlags 35 auf der Ventilscheibe 11 kann ein Anschlag an der Innenseite der Bohrung 3 sitzen, wie allgemein bei 38 dargestellt ist. Dieser An» schlag 38 kann ähnlich wie der Anschlag 35 aus einem geeigneten Arm und einer Schraube bestehen.

In Pig. 5 ist die Ansicht der Ventilscheibe 11 entsprechend der Linie 5-5 in Pig. 1 dargestellt. Die Scheibenplatte 15 weist zwei öffnungen 39 auf, um die Evakuierung der Ääume zwischen den Scheibenplatten 12 und 13 zu erleichtern.

Wie bereits besprochen, ist das Drosselklappenventil 1 nach der Erfindung besonders brauchbar, wenn die Strömung von Gasen in Vakuumanlagen gesteuert werden soll, die bis zu sehr niedrigen Drucken von beispielsweise 10 ^J Torr arbeiten. Die Quetschwirkung der Ventilscheibe 11 erlaubt es, daß im wesentlichen eine reine Koapressionedichtung zwischen de« Dichtungsring 27 und der Innenseite dee Strömungemittel·* kanals 5 erreicht wird, so daß die bisher unvermeidbare Reibwirkung mit Umfange-Dichtungsring vermieden wird.

Bei eine» typischen Ventil nach der Erfindung mit einem StrÖmungemittelkanal 3 von 151*74 «» (5t188 Zoll) Durchmesser wurde ein tta&mi* Null ring 2? von 130,14 ** (5*125 Zoll) Auaeendurchmesser verwendet, um die Ventiieoheibe 11 abzudichten. Der Nullring hatte einen Quersohnittedurohaeeeer von 3,18 mm (0,125 Zoll). Das Ventil 1 neigte in der geschlossenen Stellung eine Leokrate in der Gröasenordnuns von

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1 χ 1θ" cm Helium pro Sekunde.

Wenn das Ventil 1 in einer Vakuumanlage verwendet werden soll, be~ stehen die metallischen Teile des Ventils vorzugsweise aus unmagnetischem rostfreiem Stahl. Um eine Abnutzung an den ßleitflachen des Ventils zu verhindern, werden diese vorzugsweise mit einem ge= eigneten Schmiermittel geschmiert, das für Vakuumanlagen geeignet ist. Bs wurde festgestellt, daß, wenn die Gleitflächen mit Molybdändisulfid in Form eines Filmes geschmiert werden, der aufgesprüht und aufgeheizt wird, geeignete Hochvakuum-Schmierungseigenschaften er~ reicht werden.

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Claims (1)

1. 4Α Τ1 P202 D

   Patentansprüche

   M. prosseUtlappenventil» bestehend aue eines Ventilgehäuse mit der • ■·' Bohrung, die einen su steuernden Strömungamittelkanal bildet, einer Yfntil*0heibe, die »ohwenkbar in dee Kanal angeordnet ist, um den 8tr5an&e»Blttel£iitai durch diesen Kanal au steuern, und die eine Uafangsnat aufweist, die sieh vm den ganzen Umfang der Ventilscheibe erstreckt und einen nachgiebigen Dichtungsring enthält, der vollständig um den Umfang der Tentilsoheibe reicht, um die Scheibe gegen die Innenwand des Strömungsmittelkanals abzudichten, wenn die Tentilscheibe sich in der Schliessteilung befindet, dadurch ge« kenafteiohnet, d&fi die Tentilscheibe eine Einrichtung aufweist, mit der der Dichtungsring wahlweise radial nach aussen geschoben werden kann, um den Durchmesser des Dichtungsringes zu erweitern, und ■ dafür su sorgen, daß der Dichtungsring strömungsmitteldicht sowohl an der Innenwand des Strömungsmittelkanals als auch am Umfang der Tentilscheibe anliegt, vm die Tentilscheibe gegen den Strömungsmittelkanal abzudichten.

   2. Tentil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, ■it der der Dichtungsring wahlweise nach aussen geschoben werden kann, eine nach aussen sich erweiternde Dichtungsfläche am Aussenumfang der Tentilsoheibe aufweist, die Umdrehungsachse dieser sich erweiternden Fläche koaxial zur Längsachse des Strömungsmittel» kanal8 liegt, wenn das Tentil geschlossen ist, der Ventilring koaxial mit dieesr sich erweiternden Dichtungsfläche und auf dieser angeordnet ist, und Einrichtungen vorgesehen sind, mit denen der Dichtungsring wahlweise in der axialen Richtung der sich erweiternden Dichtungsfläche zu derem weitesten Ende geschoben werden kann, um dafür zu sorgen, daß der Dichtungsring auf der sich er-

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   ORiQlNAL INSPECTED

   weiternden Fläche nach aussen zur dichten Anlage an dieser und an der Innenwand des Strömungsmittelkanals reitet.

   5. Ventil nuch Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Scheibe in axialem Abstand auf die Ventilscheibe montiert ist, die die sich erweiternde Fläche am Umfang trägt, die zweite Scheibe die Einrichtung bildet, mit der der Dichtungsring über die sich er« weiternde Fläche geschoben wird, die Scheiben federnd in axialer Richtung auseinander gedrängt sind, um die Umfangsnut in dem dazwischen befindlichen Raum zu bilden, um den Dichtungsring aufzunehmen, eine Ventilwelle durch die Seitenwand des Gehäuses hindurch P reicht und an einer der Scheiben befestigt ist, um die Ventilscheibe zu schwenken, so daß der Strömungsmittelfluss durch den Strömungsmittelkanal gesteuert werden kann, ein Nocken an der Ventilwelle befestigt ist, der gegen eine der Scheiben anliegt, um gegen die Federvorspannungskraft zu arbeiten, so dafl die Scheiben wahlweise zusammen bewegt werden können, wodurch der Dichtungsring nach aussen gedehnt wird und in dichte Anlage an der Innenwand des Strömungsmittelkanals kommt.

   4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei axial gerichtete Führungepfosten an einer der Scheiben befestigt sind und axial durch damit ausgefluchtete öffnungen in der anderen der beiden Scheiben reichen, die Führungepfosten jeder eine Bohrung aufweisen, durch die die Ventilwelle hindurchführt und in der diese gelagert ist, um die Scheiben mit der Ventilwelle zu ver~ binden, und die Vorspannfeder die mit öffnungen versehene Scheibe den Nooken an der Ventilwelle drängt.

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   5« Ventil nach Anspruch 3 oder 4t dadurch gekennzeichnet, daß ein Positions-Anschlag an ainer der Scheiben sitzt, um an der Innenwand des Strömungsmittelkanals anzuliegen, wenn eine weitere Drehung der Ventilscheibe in Schliessrichtung verhindert werden soll, nachdem die Ventilscheibe die Schliesstellung erreicht hat, und der Nocken durch weitere Drehung der Ventilwelle in Ventilschliessrichtung arbeitet, um die Scheiben gegen die Pedervorspan· nungskraft zusammen zu pressen, um den Dichtungsring in die strö» mungsmitteldichte Anlage zu dehnen.

   6. Ventil nach Anspruch 3» 4 oder 5f dadurch gekennzeichnet, daß der Nocken zwei flache Nockenflächen aufweist, von denen eine eine ausreichende Presswirkung auf die Scheiben ausübt, um die strömungsmitteldichte Abdichtung hervorzurufen, und die andere der Federvorspannungskraft erlaubt, die Scheiben ausreichend auseinander zu drängen, um zu ermöglichen, daß der Dichtungsring sich aus der nach aussen sich erweiternden Umfangsfläche der Ventilscheibe nach innen bewegt, um die Abdichtung aufzuheben.

   7. Ventil nach einem der Ansprüche 3-6» dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Scheibe eine sich nach aussen erweiternde Fläche am Umfang aufweist, die mit der sich erweiternden Fläche der Ventilscheibe die Umfangsnut bildet, und der Dichtungsring auf beiden sich erweiternden Flächen reitet. «

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