DE2125716A1

DE2125716A1 - Kugelventil mit verbesserter Sitzausbildung

Info

Publication number: DE2125716A1
Application number: DE19712125716
Authority: DE
Inventors: Stepphen Moraga Calif. Matousek (V.StA.)
Original assignee: WHITEY RESEARCH TOOL CO
Current assignee: WHITEY RESEARCH TOOL CO
Priority date: 1970-05-28
Filing date: 1971-05-25
Publication date: 1971-12-02
Also published as: GB1340273A; NL163005C; CA938275A; FR2093843A5; BE767865A; NL7107228A; JPS5434940B1; NL163005B

Description

Dr.-lng. E. BERKENFELD · Dipl.-Ing. H. BERKENFELD, Patentanwälte, Köln Anlage Aktenzeichen

zur Eingabe vom 21. Mai 1971 vA// Name d. Anm. Whitey Research Toll Co.

Kugelventil mit verbesserter Sitzausbildung

Die Erfindung bezieht sich auf Ventile und insbesondere auf ein Kugelventil mit verbesserter Sitzausbildung.

Die Erfindung betrifft ein Kugelventil von der Art, bei welcher die Kugel in eine vorbelastete elastische Packung aus einer synthetischen Harzverbindung, wie zum Beispiel Polytetrafluoräthylen, eingekapselt ist. Die Erfindung betrifft insbesondere die Beziehung zwischen der Packung und den Sitzringen, die angrenzend an die Einlaß- und Auslaßöffnungen angeordnet sind.

Die Erfindung betrifft auch eine Anordnung, welche die Ausbildung von Kugelventilen erleichtert, die mehrere Einlaß- und Auslaßöffnungen aufweisen, um mehrere Strömungswege für das Medium vorzusehen.

Verkapselte Kugelventile haben einen wesentlichen Erfolg erzielt, besonders bei den kleineren Größen, die für die Meßgerätausrüstung und ähnliche Regelaufgaben verwendet werden. Die Ventile weisen vorzugsweise ein aus einem Stück hergestelltes Gehäuse auf, das eine zylindrische Ventilkammer mit Einlaß- und Auslaßdurchlässen begrenzt, welche sich durch das Gehäuse und in diagonaler Richtung in die Kammer erstrecken. Das Kugelelement ist im allgemeinen in der Kammer drehbar angeordnet, wobei dessen Mittelpunkt an der Kreuzungsstelle der Achsen der Durchlässe und der Achse der Kammer liegt. Die Packung füllt im wesentlichen alle Hohlräume zwischen der Innenwand der Kammer und der Kugel vollständig aus, mit Ausnahme der öffnungen, die in der Packung zwischen den Durchlässen und der Kugel ausgebildet sind.

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Bisher war es üblich, Metallringe zu verwenden, um die Öffnungen in der Packung zu begrenzen. Jeder Ring war so bemessen, daß sich derselbe zwischen der Innenwand der Kammer und der Außenseite der Kugel erstreckte. Gewöhnlich waren die Ringeso bearbeitet, daß sich ein Ende der zylindrischen Form der Kammer anpaßte, während das andere Ende eine konkave Form aufwies, die sich der Außenseite der Kugel anpaßte.

Bei der beschriebenen Konstruktion war es notwendig, die Ringe, die Kugel und die Kammer mit äußerst geringen Toleranzen auszubilden, um eine Berührung von Metall auf Metall zwischen den Ringen und der Kugel zu verhindern. Wenn andererseits die Ringe eine zu geringe axiale Länge aufwiesen, ergaben sich übermäßig große Zwischenräume zwischen den Ringen und der Kugel. In diesem Fall konnte eine gute Abdichtung nur erzielt werden, nachdem die elastische Packung einer Kaltflußbehandlung unterzogen wurde. Wenn ein genügendes Ausmaß des kalten Flusses nicht statt finden konnte oder nicht stattfand, konnte eine gute Abdichtung niemals erzielt werden. Außerdem konnten sich in den unausgefüllten Zwischenräumen Medien ansammeln und Medien oder Verunreinigungen konnten übertragen werden, wenn eine Reinigung oder ein Austausch des Ventils erforderlich war.

Die Erfindung überwindet die vorstehend angegebenen Probleme und sieht ein Ventil der beschriebenen Art vor, das einfacher herzustellen ist und das eine entsprechende Abdichtung gewährleistet, ohne daß eine Kaltflußbehandlung der Packung erforderlich wäre. Die Erfindung sieht im allgemeinen ein Kugelventil mit einem Gehäuse vor, das eine Ventilkammer begrenzt, welche vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise eine zylindrische Form aufweist. Die Einlaß- und Auslaßströmungsdurchlässe erstrecken sich durch das Gehäuse und sind mit der Kammer verbunden. In der Kammer ist ein Kugelteil angeordnet, dessen Mittelpunkt im allgemeinen an der Kreuzungsstelle der Achsen der Strömungsdurchlässe und der Achse der Kammer liegt. Eine elastische Packung aus einer synthetischen Harzverbindung umschließt die Kugel vollständig und füllt im wesentlichen alle Hohlräume zwischen der Kugel und der Innen-

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wand der Kammer aus. Kreisförmige öffnungen sind in der Packung an Stellen ausgebildet, die mit den Einlaß- und Auslaßdurchlässen und dem Hittelpunkt der Kugel ausgerichtet sind. Die äußeren Enden der öffnungen enden an der Innenwand der Kugel und rund um den zugehörigen Durchlaß, während die inneren Enden der öffnungen angrenzend an die Außenseite der Kugel enden. Vom äußeren Ende Jeder öffnung nach innen ist in der Umfangsrichtung eine zylindrische Vertiefung ausgebildet, welche dicht angrenzend an das innere Ende der öffnung endet, damit sich ein in der Umfangs richtung kontinuierlicher Ansatz der Packung angrenzend an die Kugel von der öffnung in radialer Richtung nach innen erstrecken kann. In Jeder Vertiefung ist ein starrer Ringteil angeordnet, der eine axiale Bohrung aufweist, deren Durchmesser im wesentlichen gleich dem Durchmesser des zugehörigen Durchlasses ist, und einen Außendurchmesser, der mit der Wand der Vertiefung in Eingriff steht. Die axiale Länge des Ringes ist im wesentlichen gleich der Länge der Vertiefung. Das innere Ende des Ringes steht vorzugsweise mit dem Ansatz in Dichtungseingriff, während das äußere Ende so geformt ist, daß es rund um die zugehörige öffnung mit der Innenwand der Kammer in Eingriff steht.

Durch den vorgeformten Ansatz, der sich im wesentlichen über die ganze Dicke des Ringes in radialer Richtung nach innen erstreckt, wird zusammen mit der Längenbeziehung zwischen dem Ring und der Vertiefung eine gute 'Abdichtung auch ohne Kaltflußbehandlung der Packung gewährleistet. Selbst wenn der Ring nicht die richtige Länge aufweist, bildet überdies der Ansatz allein eine entsprechende Abdichtung. Durch den vorgeformten Ansatz kann außerdem niemals eine Berührung von Metall auf Metall und ein Abreiben zwischen dem Ring und der Kugel erfolgen.

Ein anderes Merkmal der Erfindung sieht vor, daß die Packung zu einer Ebene vollkommen symmetrisch ist, welche durch die Mittellinie der Kugel hindurchgeht, und daß sich starre Scheibenteile durch die Packung an Stellen erstrecken, die relativ zu den öffnungen symmetrisch sind. Außerdem ist die Packung vorzugsweise mit Ansätzen versehen, welche sich rund um die Scheiben zwischen

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den Scheiben und der Kugel nach innen erstrecken.

Eine Hauptaufgabe der Erfindung besteht demgemäß <ä in der Ausbildung eines verkapselten Kugelventils, in welchem die Packung mit vorgeformten Ansätzen versehen ist, welche mit der Kugel in Eingriff stehen und sich zwischen der Kugel und starren Metallscheiben oder -ringen erstrecken, die an mit der durchgehenden Bohrung der Kugel ausgerichteten Stellen angeordnet sind.

Eine andere Aufgabe der Erfindung besteht in der Ausbildung eines verkapselten Kugelventils der beschriebenen Art, in welchem die Packung vollkommen symmetrisch ist und die Abdichtung durch einen Ansatz gewährleistet wird, der an der Packung ausgebildet ist und in Eingriff mit der Kugel durch starre Ringteile gedruckt wird, die sich zwischen den Ansätzen und dem Ventilgehäuse erstrecken.

Noch eine andere Aufgabe der Erfindung besteht in der Ausbildung eines Kugelventils mit einer Packung, welche um die Achse der Kugel vollkommen symmetrisch ist und welche mit starren Scheibenteilen versehen ist, die zwischen der Kugel und dem Gehäuse an Stellen angeordnet sind, welche der durchgehenden Bohrung in der die normale Strömung regelnden Stellung der Kugel entsprechen.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Ausbildung eines von oben belasteten, verkapselten Kugelventils, in welchem die Druckkräfte innerhalb der Packung in radialer Richtung der Kugel wirken und in welchem angrenzend an die öffnungen Ansatzdichtungen vorgesehen sind, um eine lecksichere Abdichtung auch ohne Kaltflußbehandlung der Packung zu gewährleisten.

Die Erfindung betrifft somit ein Kugelventil mit einem Gehäuse, das eine Ventilkammer begrenzt, welche eine zylindrische Form aufweist. Eineelaß- und Auslaßströmungsdurchlässe erstrecken sich durch das Gehäuse und sind mit der Kammer verbunden. In der Kammer ist ein Kugelteil angeordnet, dessen Mittelpunkt im

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allgemeinen an der Kreuzungsstelle der Achsen der Strömungsdurchlässe und der Achse der Kammer liegt. Eine elastische Pakkung aus einer synthetischen Harzverbindung umschließt die Kugel vollständig und füllt im wesentlichen alle Hohlräume zwischen der Kugel und der Innenwand der Kammer aus.. Kreisförmige öffnungen sind in der Packlang an Stellen ausgebildet, die mit den Einlaß- und Auslaßdurchlässen und dem Mittelpunkt der Kugel ausgerichtet sind. Die äußeren Enden der öffnungen enden an der Innenwand der Kammer und rund um den zugehörigen Durchlaß, während die inneren Enden der Öffnungen angrenzend an die Außenseite der Kugel enden. Vom äußeren Ende jeder öffnung nach innen ist in der Umfangsrichtung eine zylindrische Vertiefung ausgebildet, welche dicht angrenzend an das inenere Ende der öffnung endet, damit sich ein in der Umfangsrichtung kontinuierlicher Ansatz der Packung angrenzend an die Kugel von der Öffnung in radialer Richtung nach innen erstrecken kann. In jeder Vertiefung ist ein starrer Ringteil angeordnet, der eine axiale Bohrung aufweist, deren Durchmesser im wesentlichen gleich dem Durchmesser des zugehörigen Durchlasses ist, und einen Außendurchmesser, der mit der Wand der Vertiefung in Eingriff steht. Die axiale Länge des Ringes ist im wesentlichen gleich der Länge der Vertiefung. Das innere Ende des Ringes stteht vorzugsweise mit dem Ansatz in Dichtungseingriff, während das äußere Ende so geformt ist,daß es rund um die zugehörige Öffnung mit der Innenwand der Kammer in Eingriff steht.

Diese und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in welchen zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Kugelventil gemäß der Erfindung,

Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie 2-2 der Fig. 1,

Fig. 3 in größerem Maßstab den mit einem Kreis versehenen Bereich in Fig. 1,

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Fig. 4 in größerem Maßstab einen Querschnitt nach der Linie 4 4 der Fig. 1 und

Fig. 5 eine auseinandergezogene schaubildliche Darstellung der Bestandteile des Ventils gemäß Fig. 1.

In Fig. 1 ist ein Kugelventil gemäß der Erfindung mit einem Gehäuse 10 dargestellt, das eine Kugel- und Packungseinheit 12 und eine Einheit 14 für die Belastung von oben enthält.

Bei der dargestellten Ausführungsform ist das Gehäuse 10 aus einem einzigen Material hergestellt, wie zum Beispiel Messing oder . nicht-rostendem Stahl. Das Gehäuse ist mit einer inneren zylin- * drischen Ventilkammer 16 versehen, die sich in axialer Richtung des Gehäuses 10 erstreckte Das Gehäuse weist einen ersten Durchlaß 18« auf, der zylindrisch ist und sich in axialer Richtung der Ventilkammer 16 erstreckt. Ein zweites Paar diagonal ausgerichteter Durchlässe 20 und 22 ist im Gehäuse 10 ausgebildet, wobei deren Achsen 24 und 26 mit der Achse der Kammer 16 ausgerichtet sind und zur Achse des Durchlasses 18 senkrecht stehen. Obwohl das dargestellte Ventil ein Dreiwegventil ist, kann die Erfindung selbstverständlich auch auf die üblichen Zweiwegventile oder eine a der gewöhnlich vorgesehenen Anordnungen mit mehreren Öffnungen Anwendung finden. Außerdem kann das Gehäuse gewünsehtenfalls ein gegossenes oder mehrteiliges Gehäuse sein.

Die äußeren Enden der Durchlässe 18, 20 und 22 sind mit Rohrverbindungsstücken versehen, um das Ventil mit der zu regelnden Leitung zu verbinden. Es können aber auch andere Arten von Verbindungsanordnungen, wie zum Beispiel Flansche usw., verwendet werden.

Die Kugel- und Packungseinheit 12 ist in der Ventilkammer 16 angeordnet und enthält einen Kugelteil 28, der mit einer zylindrischen Betätigungsspindel 30 aus einem Stück besteht. Die Spindel ist mit dem Mittelpunkt der Kugel ausgerichtet und erstreckt sich in senkrechter Richtung nach oben, so daß sie mit

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der Achse der Kammer 16 ausgerichtet ist. Die elastische Packung 32 besteht aus einer synthetischen Harzverbindung, vorzugsweise Polytetrafluoräthylen. Wie Fig. 5 zeigt, sind die beiden Pakkungsabschnitte 34 und 36 aus ausgepreßtem, festem Polytetrafluoräthylen hergestellt und weisen innere halbkugelförmige Ausnehmungen 38 auf, welche mit der Außenseite der Kugel 28 in Eingriff kommen können. Die Packungsabschnitte 34, 36 sind auch mit bearbeiteten Durchlässen versehen, welche die Scheiben 40 und die Ringe 42 aufnehmen. Die Scheiben 40 sind an den Stellen angeordnet, welche der durchgehenden Bohrung der Kugel entsprechen. Wie in der amerikanischen Patentschrift 3.236.495 beschrieben wird, haben die Scheiben die Aufgabe, das Auspressen des Packungsmaterials in die Bohrung der Kugel zu verhindern.

Die Packungsabschnitte 34 und 36 sind vollkommen symmetrisch zu einer Ebene, die zur Achse des Durchlasses 18 senkrecht steht und durch die Achsen der Durchlässe 20, 22 hindurchgeht.

Wie die Figuren 3 und 4 zeigen, besteht eine neuartige Beziehung zwischen den Packungsabschnitten 34, 36 und den Scheiben- und Ringteilen 40, 42. Wie Fig. 3 zeigt, weist die öffnung zur Aufnahme der Ringteile 42 einen Durchmesser D auf, der etwas größer ist* als der Durchmesser des zugehörigen Durchlasses. Außerdem ist am äußeren Ende der Packungsöffnung eine Vertiefung 46 ausgebildet,- die sich nach innen bis zu einer Stelle erstreckt, welche dicht an die Außenseite der Kugel angrenzt. Die Vertiefung 46 ist zylindrisch und mit dem Durchlaß 20 axial ausgerichtet. Das innere Ende der Vertiefung 46 steht vorzugsweise zur Achse des Durchlasses 20 senkrecht. Es wird daher ein Ansatz 48 des Packungsmaterials gebildet, der sich in radialer Richtung nach innen erstreckt. Innerhalb der Vertiefung 46 und zwischen der Innenwand 50 der Ventilkammer 16 und der Rückseite 52 des Ansatzes 48 ist ein starrer Ringteil 42 angeordnet. Der Ringteil 42 weist einen inneren Durchmesser D¹ auf, welcher vorzugsweise gleich dem Durchmesser des zugehörigen Durchlasses ist. Wenn das Ventil zusammengesetzt ist, erstreckt sich der Ringteil 42 zwischen der Innenwand 50 und der Rückseite 52 des

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Ansatzes 48, um denselben in Eingriff mit der Kugel zu halten. Die übrigen Ringteile sind identisch und stehen zum Gehäuse und der Packung in der gleichen Beziehung.

In Fig. 4 dargestellte Scheibenteile 40 sind ebenso bemessen und stehen zu der Packung in einer ähnlichen Beziehung, um einen Ansatz zu bilden, der sich rund um die Scheibe zwischen der Scheibe und der Kugel in der Umfangsrichtung nach innen erstreckt. Infolge der Anordnung der Ringe und der Scheiben können die Pakkungsabschnitte vollkommen symmetrisch sein. Wenn die Packung, die Ringe und die Scheiben rund um die Kugel zusammengesetzt sind, wird die Packung einer zusammendrückenden Vorbelastung unterworfen. Bei der dargestellten Ausführungsform wird die Pakfc kung von oben belastet durch einen einstellbaren Stopfbuchsenteil, der den Gegenstand einer getrennten Erfindung bildet, welche in der gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung ··.».····· vom ............ο beschrieben ist.

Die einstellbare Belastungsanordnung umfaßt einen Stopfbuchsenteil 60 von zylindrischer Form, welcher so bemessen ist, daß der selbe von dem oberen Ende der Ventilkammer 16 dicht passend aufgenommen wird. Die untere Seite 62 des Stopfbuchsenteils 60 steht mit der Oberseite des Packungsabschnitts 36 in Eingriff. Die Spindel 30 geht durch den Stopfbuchsenteil hindurch und die Bohrung 64 desselben weisen einen Durchmesser auf, der etwas größer ist als der Durchmesser der Spindel· Eine zylindrische Vertiefung ist in axialer Richtung der Stopfbuchse ausgebildet und eine Buchse 66, die vorzugsweise aus Polytetrafluoräthylen besteht, wird von der Vertiefung aufgenommen und kommt mit der Spindel 30 in Dichtungseingriff· Ein zweiter Stopfbuchsenteil in Form einer verhältnismäßig dünnen Beilagscheibe 68 ist auf der Oberseite der Buchse 66 angeordnet und so bemessen, daß derselbe von der Vertiefung des Stopfbuchsenteils 60 aufgenommen wird. Eine Mutter 70 ist in das äußere Ende der Ventilkammer 16 eingeschraubt. Die Unterseite der Mutter 70 steht mit der Beilagscheibe 68 in Eingriff. Durch Anziehen der Mutter 70 kann der auf die Buchse 66 und die Packungsabschnitte 34, 36 einwirkende Druck eingestellt werden·

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Bei der dargestellten Ausführungsform gehen Bohrungen 72 durch den Handgriff 74 hindurch« Die Mutter 70 ist mit entsprechenden Blindbohrungen 76 versehen. Wenn daher die Klemmschraube 80 des Handgriffs gelöst wird und kleine Stangen durch die Bohrungen 72 in die Blindbohrungen 76 eingeführt werden, ermöglicht die Drehung des Handgriffs 74, daß die Mutter 70 eingestellt wird.

Die dargestellte bevorzugte Ausführungsform kann viele Abänderungen erfahren, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise kann das Ventil viele andere Strömungswege aufweisen, die sich von dem dargestellten unterscheiden. Anstelle der Scheibenteile 40 könnten Öffnungen vorgesehen werden, um gewünschtenfalls ein Vierweg- oder Fünfwegventil zu erhaltene δ Ebenso könnte der Durchlaß 18 weggelassen und anstelle des Ringteils für den Durchlaß 18 ein Scheibenteil 40 angeordnet werden. Ferner könnten andere Packungseinstellungsanordnungen verwendet werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassene

Die Erfindung ist mit genügender Genauigkeit beschrieben worden, um dem Fachmann zu ermöglichen, dieselbe herzustellen und zu verwenden.

Patentansprüche

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Claims

Dr.-fng, E. BERKINIFEID - DepL-Ing. H. BERKENFELD, Patentanwälte, KoSn

Anlage Aktenzeichen

zur Eingebe vom 21o Mal 1971 VA// Name d. Arn». MhltSJ ΗθδβΗΓθ3ΐ TOOl G©_e

PATEN TAN SPSfSHE

Kugelventile gekennzeichnet durch ein Gehäuse (10) mit einer inneren lentiilsammBT (16), durch Einlaß- und Auslaßströmungsdurchlässe (IS₃₁ 20, 22)9 die sich durch, das Gehäuse "(10) und in die liasser (16) erstrecken, durch -einen Kugelteil (28), der in der Kammer (16) angeordnet ist "und mindestens eine durchgehende Bohrung anÄreistg durch eine elastische Packung (32) aus einer syntlietisslasn !falzverbindung, die in der Kammer (16) angeordnet ist und die Außenseite der Kugel.(28) umschließt, sowie mit der Kugel (2B) wad der Innenwand der Kammer (16) in Diclittangseingriff stakt., durch öffnungen» wei-clae in der Packung (32) an Stellen ausgebildet sind_P die mit d@a Einlaß« und Auslaßdurchlässsn (18, 20, 22) ausgerichtet s±na₉ wobei äle Ö££- mmmon ©ia©a freies läEir-Äfsasffsbsralela aafweisea, der in Größe und, FoE¹S ä©B fesicss Sur-öigaagsbereicia, der Einlaß- uzid AuslaßdiareMässe im w@s©Bt-H,üaen gleich ist, daß jede der Öffnungen diixOli ©laen starren Singteil (42) begrenzt wird, der von einer in der Pacifsmg (32) ausgebildeten Vertiefung (46) dicht passend aufgenommen wird, daS Jeder Ringteil (42) eine erste Seite aufweist, die mit dem Gehäuse (10) in Eingriff steht, und eine zweite Seite, die in geringem Abstand von der Kugel (28) liegt, daß die Packung (32) einen vorgeformten Ansatzteil (48) aufweist, der sich rund 12a die zweite Seite des Ringes (42) nach innen erstreckt, wofeei der Ansatz (48) rund um die öffnung kontinuierlich ist und sit der Kugel (28) und der zweiten Seite in Dichtungseingriff steht·
2. Kugelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Seite im allgemeinen eben ist und daß sich der Ansatz (48) um eine Strecke nach innen erstreckt, die etwas kleiner ist als die Dicke des Ringes (42)·

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3. Kugelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Seite eben ist und daß der Ansatz (48) an der Pakkung (32) ausgebildet ist.
4. Kugelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugel auf eines starren Lagerzapfenteil drehbar angeordnet ist, der sich zwischen der Kugel und dem Gehäuse erstreckt, wobei der Lagerzapfenteil in der Packung angeordnet ist und von derselben dicht passend aufgenoaaen wird·
5. Kugelventil nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen Spindelteil (30) zu» Drehen der Kugel (28), der sich in das Gehäuse (10) erstreckt, wobei" der Spindelteil durch die Packung (32) hindurchgeht und mit derselben in Dichtungseingriff steht.
6. Kugelventil nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch die Spindel (30) umschließende Buchsen (60, 66), welche auf die Pakkung (32) Druck ausüben können.
7. Kugelventil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Scheibenteile (40), die zwischen der Kugel (28) und der Kaaaer (16) angeordnet sind, und durch an der Packung (32) ausgebildete Ansatzteile (48), die sich zwischen den Scheibenteilen (40) und der Kugel (28) nach innen erstrecken.

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