DE2217028A1

DE2217028A1 - Ventilaufbau

Info

Publication number: DE2217028A1
Application number: DE19722217028
Authority: DE
Inventors: Bertram J. Pittsburgh Pa. Milleville (V.StA.)
Original assignee: Rockwell Manufacturing Co
Current assignee: Rockwell Manufacturing Co
Priority date: 1971-04-09
Filing date: 1972-04-08
Publication date: 1972-10-19
Also published as: CA981239A; IT952569B; FR2136273A5; GB1369885A

Description

PATENTANWALT DIPL.-PHYS. HEINRICH SEIDS

62 Wiesbaden · Bierstadter Höhe 15 ■ Postfach 12068 · Telefon (06121) 565382 Fostsdiedc Frankfurt/Main 181008 · Bank Deutsche Bank 3956372 · Nass. Sparkasse 108003065

Wiesbaden, den 7.4.1972 E 180 S/v

ROCKWELL MAIiUi¹ACTUETJrG COMPAHY 400 Lexington Avenue Pittsburgh / Pennsylvania

U.S.A.

Ventil aufbau

Priorität:

USA vom 9.April 1971? US-PatentanmeZdung Nr. 132 767

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ventilaufbau und insbesondere auf drehbare Kegelventile, um diese für schwere Beanspruchungen, beispielsweise in Rohrleitungen, anzupassen, die Schlämme von Eisenerz oder ähnlichen erodierenden Teilchen führen.

Die Erfindung wird im folgenden in ihrer bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit einem drehbaren Kegelventil mit kegeligem Küken erläutert, das nachgiebig auf seinen Sitz in der Ventilgehäusebohrung gedrückt wird und insbesondere

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DipL-Phys. Heinridi Seids · Patentanwalt · 62 Wiesbaden · Bierstadter Höhe 15 · Postfach 120 68 · Telefon (06121) 56 53 8Z

in Verbindung niit einem mit Schmiereinrichtung ausgerüsteten Kegelventil solcher Art, wie es aus US-PS 2 204 440 bekannt ist.

Bei diesem bekannten Ventil wird das Küken durch ein Andrücksystem auf dem Sitz gehalten, das über eine flexible abgedichtete Membran wirkt, die sich über ein Ende der Ventilgebäusebohrung erstreckt und am Umfang zwischen dem Ventilgehäuse und dem Veηtilgehausβdeekel eingeklemmt ist. Die dem Deckel eigene Elastizität wird benutzt, um die notwendige geringfügige axiale Verschiebung des Kükens zu gestatten, wenn der Schmiermitteldruck erhöht wird, wie dies notwendig sein kann, um ein festgefrorenes oder nach langzeitiger Mchtbetätigung festsitzendes Küken freizumachen.

Unter gewissen Bedingungen, beispielsweise wenn die Leitungsdrucke angefahren werden, kann der innere Flüssigkeitsdruck das Ventilgehäuse ausdehnen und den Deckel nach auesen verformen und dadurch der Kraft entgegenwirken, mit der das Ventilküken auf seinen Sitz gedrückt wird, so dass erodierende und ähnliche Teilchen aus der Leitung in die Sitzflächenbereiche des Ventilkükens eintreten können und den vollständigen Sitz des Ventilkükens in der Ventilgehäusebohrung verhindern. Solche Teilchen können vielleicht sogar die Ventilsitzflächen zerkratzen oder in anderer Weise be-

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Dipl.-Phys: HeinriA Seids · Patentanwalt · 62 Wiesbaden · Bierstadter Höheis · Postfadi 120 68 · Telefon (06121) 56 5382

schädigen, wenn das Ventilküken gedre#ht wird, so dass das Ventil in Schließstellung undicht wird.

Die Erfindung überwindet die obigen Schwierigkeiten dadurch, dass eine das Ventlküken auf seinen Sitz drückende Feuereinrichtung vorgesehen ist, die vom· Grad des Flussigkeitsdruckts innerhalb des Ventilgehäuses wirksam unabhängig ist* Dies· Unabhängigkeit der Andrückeinrichtung von dem !Flüssigkeitsdruck im Ventil ist ein hauptsächlicher Zweck der Erfindung.

Ein weiterer Zweck der Erfindung ist es, bei einem drehbaren Kegelventil mit Schmiereinrichtung eine neuartige Anordnung für kontinuierliches Andrücken des Ventilkükens auf seinen Sitz in der Ventilgehäusebohrung zu schaffen, wobei eine Druckfeder in ein Andrücksystem zwischen einer Gehäusewand und einem Ende des Ventilkükens eingefügt ist. Dabei ist der Federdruck vorzugsweise einstellbar, um die auf das Ventilküken ausgeübte Andrückkraft zu variieren. Die Feder soll dabei so innerhalb des Ventilgehäuses angeordnet sein, dass die Wirkung des Flüssigkeitsdruckes auf dieses neutralisiert wird.

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Dipl.-Phvi. Heinrich Scids · Patentanwalt · 62 Wiesbaden · Bierstadter Höhr 15 · Postfach 120 68 · Telefon (0 61 21) 5t. 53 P2

Ein anderer Zweck der Erfindung besteht darin, ein neuartiges Andrücksystem in einem drehbaren Kegelventil solchen Types zu schaffen, bei dem ein g kegeliges Küken drehbar in einer konischen Bohrung im Ventilgehäuse angebracht ist und das breitere Ende dieser Bohrung durch eine ungelochte flexible Membran verschlossen ist, über die sich ein Gehäusedeckel erstreckt. Dieses neuartige Andrücksystem enthält Andrückelemente mit einer Druckfeder innerhalb der Membran, d.h. zwischen der Membran und dem Ventilkegel und ein einstellbares Andrückeleroent auf dem Deckel, das auf der Aussense i te der Membran lagert.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung beziehen sich auf spezielle Teile des oben erläuterten grundsätzlichen Aufbaues und sind beispielsweise eine Druckfeder in Foam von mindestens einem Stapel von Tellerfedern und zugeordneten mechanischen Merkmalen, wie sie aus den Ansprüchen hervorgehen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Pig. 1 Einen Schnitt durch ein drehbares L:sel-

ventil, der die Erfindung in bevorzugter Ausführungsform wiedergibt;

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Dipl.-Phys. Heinrich Seids ■ Patentanwalt · 62 Wiesbaden · Bierstadter Höhe 15 · Postfach 120 68 · Telefon (0 6121) 56 53

Fig. 2 einen Schnitt nach der linie 2-2 der -

Fig. 1;
]?ig. 3 einen vergrösserten Schnitt im wesentlichen

nach der linie 3-3 der !ig. 1 und
Pig. 4 eine Draufsicht im wesentlichen nach der

linie 4-4 der Pig. 1, die das "breitere Ende

des Kükens von der Einrichtung her wiedergibt.

Pig. 1 zeigt ein Ventilgehäuse 11 mit einer kegeligen Bohrung 12, die einen Durchlass 13 schneidet, welcher an den gegenüberliegenden Enden mit einer Flüssigkeit führenden Rohrleitung verbunden ist. Ein kegeliges Küken bzw. ein Ventilkegel 14, der einen Durchlass 15 aufweist, ist im Inneren der Bohrung für Bewegung zwischen der in Pig. 1 gezeigten Schließstellung in der der Plussigkeitsstrom durch den Durchlass 13 abgesperrt ist und einer gegenüber der Darstellung um 90°
verdrehten Öffnungsstellung drehbar gelagert, in der die Durchlässe 15 und 13 miteinander ausgerichtet sind.

An seinem schmaleren Ende hat der Ventilkegel 13 eine diametrale Rippe 16, die in die Hut 17 eines Ausgleicher- und
Kupplungsblockes 18 passt. Dieser Ausgleiche!?· und Kupplungsblock 18 hat selbst eine diametrale nut 19 in rechtwinkliger Anordnung zur nut 17.

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Dipl.-Phys. Heinrich Seids · Patentanwalt · 62 Wiesbaden · Bierstadter Höhe 15 · Postfach 120 68 · Telefon (06121) 56 53 82

Eine Rippe 21, die mit einem Ventilschaft 22 ein Stück bildet, passt in die Wut 19. Der Ventilschaft 22 ist auf dem Gehäuse 11 drehbar angebracht, beispielsweise mit einer Gewindebohrung 23, und ein Kopf 24 auf dem Schaft 22 kann mit einem Schraubschlüssel oder einem Betätigungselement gegriffen werden, um den Schaft zu drehen und dadurch auch den Ventilkegel 14 zu verdrehen.

Der Schaft 22 ist mit einer durchgehenden Gewindebohrung 25 versehen, die an ihrem äusseren Ende durch eine drehbare Schmierdruckschraube .26 verschlossen ist, die bei 27 in den Schaft eingeschraubt ist. Das innere Ende der Schaftbohrung steht mit einem Gehäusehohlraum 28 oberhalb und um das schmale Ende des Ventilkegels 14 in Verbindung. Ein Pfropfen von schmierendem und abdichtendem Material ist in die Schaftbohrung zwischen dem inneren Ende der Schraube 26 und einem Rückschlagventil 29 eingefüllt, das in die Bohrung eingesetzt ist. Dieses Material ist von fettartiger Beschaffenheit, und wenn die Schraube 26 in einer Richtung gedreht wird, setzt sie das Material unter Druck und zwingt es durch das Rückschlagventil in den Hohlraum 28. Das Rückschlagventil verhindert das Zurtüctreten des Materials.

In der iJähe dee schmaleren Bndes des Ventilkegels 14 sind in der Fläche des Ventilkegtlfl und dar Fläche dor Venüil-

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Dij-l rhv:-.Hcinridi Scids · Patentanwalt · 62 Wiesbaden · Bierstadter Höhe 15 · Postfach 32068 · Telefon (061 21) 56 53

gebäusebohrung sich überlappende ringsum laufende Wüten 31 "bzw. 32 und vier kurze, in gleichem umfänglichen Abstand angeordnete längsnuten 33 in der Bohrungsfläche vorgesehen, die sich einwärts von der Wut 32 erstrecken. In ähnlicher V/eise sind am ÜEiteren Ende des Ventilkegels 14 sich überlappende umfängliche Wüten 34 bzw. 35 in der Bohrfläche des Ventilkegels und der Oberfläche der Ventilgehäusebohrung vorgesehen sowie vier kurze, in gleichem umfänglichen Abstand angeordnete nuten 36, die sich in der Bohrungsoberfläche in Längsrichtung ausgerichtet mit den kurzen Wüten 33 erstrecken.

In der Oberfläche des Ventilkegels ist tew. sind eine oder mehrere längsnuten 37, die den Hohlraum 28 in ständige Verbindung mit den oberen, ringsumlaufenden Hüten 31 und 32 halten. Die Aussenfläche des Ventilkegels ist ferner mit vier, in gleichem umfänglichen Abstand angeordneten Kängsnuten 38 ausgebildet, die lang genug sind, um die wüten 33 und 36 miteinander zu verbinden, wenn sie miteinander ausgerichtet sind, aber kurz vor den umfänglichen Wüten enden.

Wie in Pig. 2 gezeigt, ist ein Paar von Nuten 38 des Kegels jeweils in gleichem Abstand von den benachbarten Kanten des Durchlasses 15 im 'Ventilkegel angeordnet, und ein Paar von zugeordneten kurzen Mutenpaaren 33, 36 ist in gleichem Abstand

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Dipl.-Phys. Heinrich Si ids · Γπιρηί.ιπννηΐΐ · fZ Wiesbaden · Bicrstadlei Höhe 15 · I'ostfadi 120 68 -Telefon (061 .'I) 56 53 »2

an den sich gegenüberliegenden Seiten jeder Öffnung angeordnet, die durch den Schnitt der Bohrung 12 mit dem Durchlass 13 gebildet wird. Diese Anordnung schafft ein geschlossenes System von Verteilungsnuten für das Schmiermittel bzw. Dichtungsmittel an den sich berührenden Oberflächen des Ventilkegels und des Yentllgehäuses, wenn sich das Ventil in vollständig offener oder vollständig geschlossener Stellung befindet, wobei aber die meisten Nuten nicht für die Schmiermittelzuführung in Verbindung stehen, wenn sich der Ventilkegel in einer Zwischenstellung befindet.

Am breiteren Ende des Ventilkegels endet die Bohrung 12 an einer nach aussen gerichteten ringförmigen Schulter 41 am Boden einer Gehäuseausnehmung 42 grösseren Durchmessers, und die Bohrung ist an diesem Ende durch eine oder mehrere übereinander liegende ungelochte flexible Membranplatten 43 aus Edelstahl oder ähnlichem korrosionsbeständigem Metall verschlossen, die in die G-ehäuseausnehmung 42 eingesetzt ist bzw. sind. Ein g Gehäusedeckel 44 ist auf dem Gehäuse 11 befestigt, beispielsweise mittels Schraubenbolzen 45 und enthält einen Vorsprung 46, der in die G-ehäuseausnehmung 42 passt. Ein Abstand zum Dichtring 47 erstreckt sich über die Schulter 41. Wenn die Schraubenbolzen 45 festgezogen sind, ist der äussere Umfang des

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Dipl.-Ph} s. Heinrich Seide · Patentanwalt · 62 Wiesbaden · Bierstadter Höhe 15 · Postfach 120 63 · Telefon (0 6121) 56 S3

Membranplattenaufbaues flüssigkeitsdicht auf die Schulter 41 geklemmt.

Das breitere Ende des Ventilkegels 14 ist wiederum mit einer flachen Ausnehmung 51 mit grossem Durchmesser ausgebildet sowie mit einer Ausnehmung 52, einer konischen Sdtzausnehmung 53 für eine Druckkugel und einer Öffnung 54 kleineren Durchmessers als das schmale Ende der Ausnehmung 53, wobei alle

in
diese Ausnehmungen/koaxialer Anordnung sind. Eine Andrtickkugel 55 ist auf die Sitzfläche in der konischen Ausnehmung 53 gesetzt. Ein Andrückknopf 56 hat eine Kugelfläche 57» die mit der Kugel 55 in Berührung ist. Dieser Knopf 56 hat einen Schaft mit vermindertem Durchmesser, auf dem eine ringförmige Druckfeder in 3?orm von zwei Stapeln 58 und 59 von entgegengesetzt geformten ringförmigen Tellerfedern 61 angebracht sind. Der äussere Stapel ist dabei in einem tassenförmigen Halter 62 aus Metallblech eingesetzt, der auf dem mittleren Seil der flexiblen Membrananordnung ruht innerhalb des Hohlraumes zwischen dem Ende des Ventilkegels 14 und der Membraneinheit. Diese Federplatten 61 sind vorzugsweise solcherart, wie sie Belleville-3?edern bekannt sind.

Ein Andrückbolzen 64- ist in dem Deckel 44 koaxial zum Ventilkegel 14 eingeschraubt und hat eine Endplatte, die universal

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Dipl.-Phy-. Hcintuh Seids · l'.itent.iiiw.ilt ■ 62 Wit-b.idi-n · Bierstadter Höhe 15 · Poslfaih KOt-8 · TiIeIw. (Ot.1 2U 565Λ82

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kippbar auf dem Bolzen 64 angebracht ist, wobei eine flache bzw. ebene Fläche 66 die Membraneinheit gegenüber dem Halter 62 berührt. Wenn der Bolzen 64- in einer Richtung verdreht wird, dann wird über die Hembrananordnung, die Druckfeder 58, 59, den Andrückknopf 56 und die Kugel 55 die Andrückkraft auf den Ventilkegel 14 übertragen. In der Anordnung, wie sie in Pig. gezeigt ist, sind der Andrückknopf 56 und die Andrückfeder 58, 59 durch die Kugel 55 zentriert und innerhalb des bei 70 gezeigten Ventilgehäusehohlraumes am breiteren Ende des '. Ventilkegels innerhalb der Druckdichten flexiblen Hembrananr Ordnung 43 gelegen. Die Feder 50» 59, die durch Verdrehen der Schraube 64 auf eine gewünschte Andrückkraft justiert ist, drückt den Ventilkegel 14 konstant auf dessen Sitz in der Bohrung 12.

Während des normalen Betriebes, wenn der nachgiebig angedrückte, in Schmiermittel schwimmende Ventilkegel in der vollständig geschlossenen Stellung nach Fig. 1 oder der vollständig offenen, dazu um 90° verdrehten Stellung ist, kann das Schmiermittel bzw. Abdichtungsmittel durch Verdrehen der Schraube 26 eingepresst werden, um das die Öffnungen und jede der Schnitte der Bohrung 12 mit dera Durchlass 13 einrahmende ilutensystem zu füllen, wodurch der Ventilkegel durch den Schmiermitteldruck wie durch eine Windenwirkung von seinem Sitz gegen den Widerstand der Federn 58, 59 ausreichend abgehoben werden kann,

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I-I M. -,-Hrinruh SiieU · raU-nt.inwalt · ό2 \Vk-,b.-.dcn · Bieis-tsdt« Hohe 15 · l'oslfath 120 (.8 · TcIcion (Ool 21) 56 53

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um einen Dichtungs- und Schmierfilm des zwischen den Flächen des Yentilkegels und der Ventilgehäusebohrung zu verteilenden Materials zu bilden. Dieser PiIm dichtet gegen Leitungsdruck-Abfall vom Durchlass 13 zwischen diesen Oberflächen. Die Rückstellkraft der federn 58, 59 ist bestrebt, den Ventilkegel jederzeit in dichtendem Zustand in der Bohrung 12 auf seinem Sitz zu halten, I'rotz der Abdichtungen um die Durchlassöffnungen herum kann sich !Flüssigkeitsdruck innerhalb des Hohlraumes 70 entwickeln. Durch die Anordnung der Druckfeder 58, 59 innerhalb der Membran 43 wird die Wirkung des Flüssigkeitsdrmcks auf die Feder 58, 59 in allen Richtungen ausgeglichen und dadurch neutralifeiert. So wird die Andrück-Schiebekraft der Feder 58, 59 im wesentlichen für eine gegebene Justierung beibehalten und sie ward praktisch nicht durch den Grad des Flüssigkeitsdruckes im Hohlraum 70 b4einflusst. Wäre die Andrückfeder ausserhalb der Membran angeordnet, dann würde ihre Kraft der im Hohlraum 70 entwickelte Druck entgegenwirken und dazu neigen, die Membran un die A- aussen angebrachte Feder nach aussen zu drücken und die auf den Ventilkegel wirksame Andrückkraft zu vermindern. Die auf den Ventilkegel wirksame Andrückkraft wird also gemäss der Erfindung gleichmässig gehalten. Diese Verbesserung stellt sicher, dass der Ventilkegel vollständig auf seinem Sitz in der Bohrung 12 gdalten wird, selbst wenn der inere Flüssigkeitsdruck gross genug wäre,

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Dipl.-Phys. Heinrich S uk · IVitmt.inwalt · o2 Wiesbaden · Bierft.icifri Höhe 15 · Postfach J20 68 -TdHon (ObI 21) 56 53

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um das Ventilgehäuse auszudehnen und den Deckel 44 auswärts zu verformen.

Die Erfindung hat "besonderen Wert in Verbindung mit erschwerten Arbeitsverhältnissen, beispielsweise in Rohrleitungen, die 1-ietallerz-Schlamm führen. Durch das Aufrechterhalten eines gleichförmig dichten maximalen Sitzdruckes auf dem Ventilkegel unter Gestattung einer windenartigen Gegenwirkung, wenn erforderlich, werden die erodierenden Teilchen daran gehindert, in die Lagerungs-Zwischenräume zwischen den Oberflächen des Ventilkegels und der Ventilgehäusebohrung einzutreten. Auf diese Weise werden die Betriebssicherheit, Verlässlichkeit und die Lebensdauer des Ventilaufbaues beträchtlich erhöht.

Die Erfindung kann auch in anderen speziellen Formen ausgeführt werden, ohne vom Erfindungsgedanken bzw. den wesentlichen Erfindungsmerkmalen abzugehen.

Alle in der Beschreibung, den Patentansprüchen und der Zeichnung wiedergegebenen Merkmale können für sich allein oder in jeder denkbaren Kombination von wesentlicher Bedeutung für die Erfindung sein.

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Claims

DipL-Phys. Heinrich Seids · Patentanwalt · 62 Wiesbaden · Bierstadter Höhe 15 · Postfach 120 68 · Telefon (0 6121) 56 53 82 - 13 - Patentansprüche

1. Ventilaufbau, insbesondere Kegelventil mit einem Ventilgehäuse mit Durchlass und konischer, den Durchlass schneidender Bohrung, einem konischen Durchlass versehenen Ventilkörper, der in dieser Bohrung zwischen einer die Flüssigkeitsströmung blockierenden Schließstellung und einer Offenstellung verdrehbar ist, in der der Durchlass des Ventilkörpers als wirksame -Portsetzung mit dem Durchlass im Ventilgehäuse ausgerichtet ist, einer unge? lochten flexiblen Membran, die das weitere Ende der Ventilgehäusebohrung abschliesst, einem Ventilgehäusedeckel, der sich über das weitere Ende der Ventilgehäusebohrung ausserhalb der Membran erstreckt und einem a Andrücksystem zum nachgiebigen Andrücken des Ventilkörpers an seinen Sitz in der Bohrung, dadurch gekennzeichnet, dass das Andrücksystem eine die Andrückkraft übertragende Einrichtung aufweist, die eine Druckfederanordnung enthält, die sich zwischen der Innenseite der Membran und dem breiteren Ende des Ventilkörpers erstreckt und dass ein Widerlager auf dem Ventilgehäusedeckel vorgesehen ist,

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Dipl.-Phys. Hcinriih Seids · Patentanwalt · 62 Wiesbaden · Bierstadter Höhe 15 · Postfach 120 68 ■ Telefon (061 21) ^r-i>5:· 8>

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das die Aussenseite der Membran gegenüber der die Andrückkraft übertragenden Einrichtung berührt.

2. Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Federanordnung mindestens einen Stapel (58, 59) von ringförmigen Tellerfedern (61) aufweist.

3. Ventilanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Federanordnung zwei sich gegenüberliegende Stapel (58, 59) von ringförmigen Tellerfedern (61) aufweist.

4. Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die Andrückkraft übertragende Einrichtung einen Andrückknopf (56) enthält, auf dem die Druckfeder (53, 59, 61) angebracht ist.

5. Ventilanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet dass das breitere Ende des Ventilkörpers mit einem zentrischen ko tischen Sitz (53) ausgebildet ist und eine die Andrückkraft übertragende Kugel (55) sich zwischen diesen Sitz (53) und einer Ausnehmung (57) in dem benachbarten Andrückknbpf (56) erstreckt.

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6. Ventilanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein tassenförmiger Halter (62) für die Druckfeder (48, 49, 61) vorgesehen und gegen die Innenfläche der Membran (43) gesetzt ist.

7. Ventilanordnung nach Anspruch· 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerlager ein für axiale Justierung am Deckel (44) angebrachtes Element (64) aufweist, um die auf den Ventilkörper ausgeübte Andrückkraft einzustellen.

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