DE2506928A1 - Ueberdruckventil, insbesondere gebirgsschlagventil fuer hydraulische grubenstempel - Google Patents

Ueberdruckventil, insbesondere gebirgsschlagventil fuer hydraulische grubenstempel

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DE2506928A1 DE19752506928 DE2506928A DE2506928A1 DE 2506928 A1 DE2506928 A1 DE 2506928A1 DE 19752506928 DE19752506928 DE 19752506928 DE 2506928 A DE2506928 A DE 2506928A DE 2506928 A1 DE2506928 A1 DE 2506928A1
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Description

Patentanmeldung
der Firma
Gewerkschaft Eisenhütte Westfalia, 4628 Altlünen
Überdruckventil, insbesondere Gebirgsschlagventil für hydraulische Grubenstempel
Die Erfindung betrifft ein Überdruckventil, insbesondere ein Gebirgsschlagventil für hydraulische Grubenstempel, dessen Ventilkegel mit einem Ventilschaft in einem Ventilsitzglied geführt und zusammen mit diesem gegen die Rückstellkraft einer Ventilfeder verschiebbar ist, wobei im Ventilgehäuse ein die Verschiebung des Ventilsitzgliedes in Öffnungsrichtung des Ventils begrenzender Anschlag vorgesehen ist und der Ventilkegel auf seiner dem Ventilschaft abgewandten Stirnfläche gegen ein von der Schließfeder belastetes Druckstück abgestützt ist.
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Ein Überdruckventil dieser Bauart ist aus DT-AS 1 216 057 "bekannt. Bei diesem Ventil ist der Ventilkegel mit seiner Stirnfläche gegen einen von der Schließfeder des Ventils "belasteten Kolben abgestützt, der mittels Ringscheiben in einer die Ventilfeder aufnehmenden Gehäusebohrung geführt ist. Um bei den unvermeidlichen Führungsungenauigkeiten eine möglichst zentrische Abstützung des Druckstückes am Ventilkegel zu erreichen, sind die sich aufeinander abstützenden Flächen dieser beiden Teile ballig ausgebildet. Infolgedessen ergibt sich eine angenähert punktförmige Abstützung des Ventilkegels an dem Druckstück, was bei den hohen Arbeitsdrücken der hydraulischen Stempel und den entsprechend großen Federschließkraften zu erheblichen spezifischen Flächenbelastungen des Ventilkegels und des Druckstückes führt. Da die seitliche Abstützung des Ventilschaftes in der Führungsbohrung des Ventilsitzgliedes im Öffnungszustand des Ventils kleiner ist als im Schließzustand und der Ventilkegel im Öffnungszustand auch keine Abstützung am Ventilsitz hat, stellen sich im Betrieb am Ventilkegel erhebliche Verformungs- und insbesondere Knickkräfte ein, die bei Extrembelastungen, wie sie vor allem bei Gebirgsschlagventilen in Rechnung zu stellen sind, zu einer Zerstörung des Ventilkegels führen können.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Ventile besteht darin, daß ihr Ventilschließglied und ihre Ventilsitzfläche im Betrieb einem beträchtlichen Strahlverschleiß durch die vom
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hydraul!sehen Druckmedium mitgeführten Verunreinigungen unterliegen. Dies gilt vor allem dann, wenn die Ventile nur in größeren Zeitabständen ansprechen und, wie dies bei Gebirgsschlagventilen überwiegend der Fall ist, über längere Zeit hinweg im Schließzustand verbleiben. Hierbei kann es zu größeren Schmutzansammlungen im Ventil kommen, die bereits bei einmaligem Ansprechen des Ventils einen solch großen Strahlverschleiß bewirken, daß die Funktionssicherheit des Ventils in Frage gestellt wird.
Aufgabe der Erfindung ist es vornehmlich, ein Überdruckventil, insbesondere ein Gebirgssehlagventil, so auszubilden, daß eine Beschädigung des Ventilschließgliedes bei hohen, stoßartig auftretenden Belastungen zuverlässig vermieden und damit die Funktionssicherheit des Ventils erhöht wird. Dabei sollen vorzugsweise auch Vorkehrungen getroffen werden, um den Strahlverschleiß des Ventils möglichst gering zu halten.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der, vorzugsweise aus Kunststoff gefertigte, Ventilkegel auf seiner Stirnfläche großflächig gegen das mit seinem Umfang in einer Führungsbohrung geführte Druckstück abgestützt ist. Vorteilhafterweise ist die Anordnung so getroffen, daß das Druckstück die gesamte Stirnfläche des Ventilkegels überdeckt und abstützt. Das Druckstück wird zweckmäßig in der Weise ausgebildet, daß es den Ventilkegel am Außenumfang eng umgreift und abstützt.
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Dadurch, daß bei dem erfindungsgemäßen Ventil der Ventilkegel auf seiner dem Schaft gegenüberliegenden Stirnfläche großflächig und möglichst auf ganzer Flächengröße durch das Druckstück abgestützt wird, stellen sich am Ventilkegel selbst bei sehr hohen Drücken, wie sie bei Gebirgsschlagventilen in Rechnung zu stellen sind., keine unzulässig hohen Flächenpressungen ein. Zugleich ergibt sich hieraus der Vorteil, daß Ausknickungen des Ventilkegels beim öffnen des Ventils selbst dann zuverlässig ausgeschlossen werden, wenn die am Übergang zwischen dem mit Axialnuten versehenen Ventilschaft und dem Ventilkegel befindliche Ringnut für den Durchgang des hydraulischen Druckmediums einen verhältnismäßig großen Querschnitt erhält, was insbesondere bei Gebirgsschlagventilen angebracht ist, da hier beim Ansprechen des Ventils innerhalb kürzester Zeit große Plüssigkeitsmengen über das Ventil abgelassen werden müssen. Die großflächige Abstützung des Ventilkegels an dem Druckstück ermöglicht in vorteilhafter Weise selbst für die auf sehr hohe Ansprechdrücke ausgelegten Gebirgsschlagventile die Verwendung eines aus verschleißfestem Kunststoff gefertigten Ventilkegels, der auch über längere Betriebszeiten hinweg eine zuverlässige Dichtigkeit des Ventils gewährleistet. Durch die großflächige Abstützung des Kunststoff-Ventilkegels an seiner Stirnfläche und vorzugsweise auch am Umfang ist eine unbedingte Formhaltigkeit des Ventilkegels gegeben.
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Im Hinblick auf eine exakte Zentrierung und QuerabStützung zwischen Ventilkegel und Druckstück empfiehlt es sich, diese Teile an ihren Abstützflächen mit ineinanderfassenden Vorsprüngen und Ausnehmungen od.dgl. zu versehen. Dabei läßt sich die Anordnung in vorteilhafter Weise so treffen, daß der Ventilkegel an seiner Stirnfläche mittig eine Ausnehmung erhält, in welche ein axialer Vorsprung an der Stützfläche des Druckstückes einfaßt. Der genannte Vorsprung wird zweckmäßig von einer am Druckstück angeordneten Ringnut umschlossen, in welche ein die mittige Ausnehmung umschließender Ringvorsprung des Ventilkegels möglichst spielfrei eingreift. Es versteht sich, daß die Anordnung auch umgekehrt getroffen werden könnte, derart, daß der mittige Vorsprung am Ventilkegel und die ihn aufnehmende Ausnehmung am Druckstück vorgesehen wird.
Nach einem weiteren wesentlichen Merkmal der Erfindung ist das Druckstück rückseitig über eine ballige Fläche gegen ein von der Schließfeder belastetes Stützorgan abgestützt. Das Stützorgan selbst braucht keine exakte Führung zu erhalten. Die Federkräfte werden aufgrund der balligen Abstützung im wesentlichen zentrisch auf das Druckstück übertragen.
Insbesondere in baulicher Hinsicht zweckmäßig ist eine Anordnung, bei welcher die genannte Führungsbohrung für die Führung des Druckstückes in einem Anschlagring angeordnet ist, welcher zugleich den gehäusefesten Anschlag für das
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axial bewegliche Ventilsitzglied bildet. In dieser Führungsbohrung des Anschlagringes kann zugleich auch das kolbenartige Stützorgan geführt werden.
Nach einem weiteren, an sich selbständigen Merkmal der Erfindung sind am Ventilgehäuse mehrere im Ventilinneren verbundene und mit jeweils einem Anschluß versehene Anschlußkanäle angeordnet. Das erfindungsgemäße Überdruckventil weist in diesem Fall also mindestens zwei Anschlüsse auf, mit welchen es an einen gemeinsamen Druckraum, z.B. den Druckraum des hydraulischen Grubenstempels, anschließbar ist. Die Anordnung mehrerer Anschlüsse und Anschlußkanäle bietet die Möglichkeit, den Strömungsquerschnitt des Ventils ohne allzu große Außenabmessungen desselben möglichst groß zu bemessen, so daß beim Ansprechen des Ventils große I1IUssigkeitsmengen ge Zeiteinheit über das Ventil abgelassen werden können. An der Ablaufseite werden bei dem erfindungsgemäßen Ventil zweckmäßig ebenfalls mehrere etwa radial angeordnete Abflußbohrungen am Ventilgehäuse vorgesehen, die ins Freie münden können. Von Bedeutung ist vor allem, daß das Ventil mindestens einen Anschluß mit einem Anschlußkanal bzw. einer Anschlußbohrung erhält, über welche bei der Befüllung des Druckraumes bzw. beim Setzen des Stempels das hydraulische Druckmedium dem Druckraum zugeführt wird. Dieser an die Druckmittelzuführungsleitung anschließbare Anschluß steht über einen Innenkanal mit dem zu dem Druckraum führenden Kanal in Verbindung, so daß beim
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Befüllen des Druckraumes "bzw. "beim Setzen des Stempels das hydraulische Druckmedium über den Setzanschluß und den ihm zugeordneten Kanal sowie über den bzw. die Kanäle, die über ihren Anschluß mit dem Druckraum verbunden sind, zufließt. Das zufließende Druckmedium strömt dabei durch den Innenraum des geschlossenen Ventils, wobei es etwaige hierin abgelagerte Schmutzpartikel ausspült und fortschwemmt. Auf diese Weise werden auch größere Schmutzansammlungen im erfindungsgemäßen Ventil verhindert, so daß auch der Strahlverschleiß beim Ansprechen des Ventils vergleichsweise gering ist.
In der Zeichnung ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Überdruckventils, welches hier als Gebirgsschlagventil für hydraulische Grubenstempel ausgelegt ist, im Axialschnitt dargestellt.
Das dargestellte Ventil weist ein Ventilgehäuse 10 auf, welches an dem einen Ende durch eine Schraubkappe 11 verschlossen ist und das am gegenüberliegenden Ende mit drei Anschlüssen 12 und 13 versehen ist. Der Anschluß 12 liegt zusammen mit seinem Anschlußkanal 12' in der Mittelachse des Ventils, während die Anschlüsse 15 mit den ihnen zugeordneten Kanälen 13* unter einem spitzen Winkel zur Ventilachse geneigt sind. Die Kanäle 12' und 13' münden innenseitig in eine gestufte zylindrische Gehäusebohrung 1A-; sie stehen somit untereinander in Verbindung. In der ge-
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stuften Gehäusebohrung 14 ist ein gestuftes hülsenförmiges Ventilsitzglied 15 verschiebbar geführt, welches mit einer kegelförmigen Ventilsitzfläche 16 versehen ist. Die Abdichtung des im Durchmesser kleineren Abschnitts 15' des Ventilsitzgliedes 15 in der gestuften Gehäusebohrung 14 erfolgt z.B. mittels eines O-Ringes 17» welcher in einer Ringnut an der Innenwand der Gehäusebohrung sitzt.
Der im Durchmesser größere Teil 15" des hülsenförmigen Ventilsitzgliedes 15 weist einen Ringflansch 18 auf, gegen welchen sich eine Schraubendruckfeder 19 legt, die sich ihrerseits gegen eine Ringschulter der gestuften Gehäusebohrung abstützt. Der im Durchmesser größere Teil 15" des Ventilsitzgliedes hat eine axiale Innenbohrung 20, die auf ganzer Länge bis zu dem Ventilsitz 16 hin ungestuft zylindrisch ausgebildet ist. In dieser Innenbohrung ist der Schaft 21 eines Ventilkegels 22 verschiebbar geführt. Der Ventilkegel 22 ist mit seinem Schaft 21 zweckmäßig einstückig aus verschleißfestem Kunststoff hergestellt. Der Schaft weist, wie bekannt, mehrere in Umfangsrichtung versetzte Axialnuten 23 auf, die in einer gemeinsamen Umfangsnut 24 am Übergang zwischen Ventilkegel und Schaft münden.
Mit 25 ist ein im Gehäuse fest angeordneter Anschlag bezeichnet, der als Anschlagring ausgebildet ist, welcher sich gegen eine Schulter 26 des Gehäuses legt. Der Anschlagring 25 wird von der Schraubkappe 11 im Ventilgehäuse festgelegt. Die Schraubkappe nimmt im Inneren die aus einem
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Tellerfederpaket bestehende Ventilfeder 27 auf. Die Kraft der Ventilfeder 27 wird über ein kolbenartiges Stützorgan und ein ebenfalls etwa kolbenartiges Druckstück 29 auf den Ventilkegel 22 übertragen, der hierdurch in Schließstellung auf dem konischen Ventilsitz 16 gehalten wird. Die beiden Teile 28 und 29 sind in einer Führungsbohrung JO des ringförmigen Anschlages 25 verschiebbar geführt. Das Stützorgan 28 weist einen Bund 31 auf, gegen welchen sich die Ventilfeder 27 abstützt. An seiner gegenüberliegenden Seite ist das Stützorgan 28 mit einer balligen Fläche 32 gegen die Rückseite des zylindrischen Druckstückes 29 abgestützt.
Der Ventilkegel 22 weist an seiner dem Ventilschaft 21 abgewandten Stirnfläche 33 mittig eine Ausnehmung 34· auf, in die ein entsprechender Vorsprung 35 cLes Druckstückes 29 mit möglichst geringem Spiel einfaßt. Das Druckstück weist konzentrisch zu dem Vorsprung 35 eine Ringnut 36 auf, in welche ein die mittige Ausnehmung 3^ umschließender ringförmiger Vorsprung 37 an der Stirnfläche des Ventilkegels 22 mit geringem Spiel einfaßt. Mit 38 ist ein Ringkragen des Druckstückes 29 bezeichnet, welcher den Ventilkegel 22 eng umfaßt und am Außenumfang abstützt.
Es ist erkennbar, daß der Ventilkegel 22 auf seiner gesamten Stirnfläche 33 von dem Druckstück 29 abgestützt wird, wobei der Ventilkegel zugleich am Außenumfang durch den Ringkragen 38 abgestützt wird. Außerdem sind der Ventilkegel und das Druckstück über die ineinanderfassenden Hüten und
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Vorsprünge in formschlüssiger Verbindung, so daß diese Teile keine nennenswerten relativen Querbewegungen zueinander ausführen können. Das Druckstück 29 ist in der Führungsbohrung 30 des Anschlagringes 25 mit möglichst geringem Spiel geführt, so daß über das Druckstück auch eine exakte Führung des Ventilkegels 22 erfolgt. Letzterer ist somit auf beiden Seiten, also einmal durch seinen Schaft 21 und zum anderen durch das Druckstück 29 geführt und abgestützt. Das Stützorgan 28 benötigt aufgrund der balligen Abstützung 32 am Druckstück 29 keine genaue Führung in der Führungsbohrung 30. Es überträgt die Kraft der Schließfeder 27 im wesentlichen zentrisch auf das Druckstück und damit auch auf den Ventilkegel.
Das hülsenförmige Ventilsitzglied 15 weist an seiner dem Anschlagring 25 zugewandten Seite einen axialen Ansatz 39 auf, welcher mit der ihm zugewandten Stirnfläche des Anschlagringes 25 zusammenarbeitet.
Im Einsatz ist das Ventil mit seinen beiden Anschlüssen 13 an den Druckraum des hydraulischen Grubenstempels angeschlossen, der zu diesem Zweck mit zwei korrespondierenden Anschlüssen versehen ist. Der Anschluß 12 ist an die Pumpenleitung bzw. die Druckmittelzuführungsleitung angeschlossen, in welcher, wie üblich, ein Steuerventil od.dgl. (nicht dargestellt) angeordnet ist. Bei Betätigung dieses Steuerventils wird das hydraulische Druckmedium über den Anschluß 12 und den Kanal 12' sowie über die Kanäle 13' und die Anschlüsse 13 in den
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Druckraum des Stempels eingeführt, wodurch der Stempel gesetzt wird. Da das hydraulische Druckmedium beim Setzen des Stempels somit durch den Innenraum des Ventils strömt, v/erden etwaige Schmutzpartikel, die z.B. am Ventilkegel 22 im Bereich der Ringnut 24 anhaften, fortgespült. Aufgrund dieses Spüleffekts kann es zu keinen größeren SchmutzanSammlungen innerhalb des Ventils und seiner empfindlichen Teile kommen, welche beim Öffnen des Ventils einen beträchtlichen Strahlverschleiß insbesondere am Ventilkegel und an der Ventilsitzfläche bewirken wurden.
Bei Druckanstieg in dem Druckraum des Stempels· bewegt sich zunächst das hülsenförmige Ventilsitzglied 15 zusammen mit dem in Schließstellung befindlichen Ventilkegel 22 gegen die Rückstellkraft der Schließfeder 27, bis schließlich der axiale Ansatz 39 des Ventilsitzgliedes in Anlage gegen den Anschlag 25 kommt und das Ventilsitzglied an einer Weiterbewegung hindert. Bei weiterem Druckanstieg wird dann der Ventilkegel 22 entgegen der Kraft der leder 27 von dem Ventilsitz 16 abgehoben. Hierbei bleibt die exakte Führung und Abstützung des Ventilkegels durch das Druckstück 29 selbstverständlich erhalten. Das Druckmedium kann jetzt bei geöffnetem Gebirgsschlagventil über die Anschlüsse 13, die Kanäle 13', den Innenkanal des hülsenförmigen Ventilsitzgliedes 15i die Axialnuten 23, die Ringnut 24 und die Gehäusebohrung 14 abfließen. Das abfließende Druckmedium verläßt das Ventil über mehrere radiale Auslaßbohrungen 40 des Ventilgehäuses.
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Bei abfallendem Druck im Steapeldruckraum schlägt der Ventilkegel 22 wieder auf den Ventilsitz 16 zurück, wobei letzterer aufgrund der rückseitigen Abstützung des Ventilsitzgliedes 15 durch die Feder 19 abgefedert wird. Unter der Schließkraft der Ventilfeder 2? wird dann der Ventilkegel zusammen mit dem Ventilsitzglied in die Schließstellung zurückge stellt.
Das aus dem Ventilkegel 22 mit dem Ventilschaft 21 bestehende Ventilschließglied wird vorzugsweise aus einem verschleißfesten Kunststoffmaterial gefertigt, während das Druckstück 29 und vorzugsweise auch das Ventilsitzglied I5 vorteilhafterweise aus Metall hergestellt werden. Die inneren Strömungsquerschnitte des Gebirgsschlagventils werden möglichst groß bemessen, um bei einem Gebirgsschlag einen raschen Abfluß des hydraulischen Druckmediums und damit ein rasches Einsinken des Stempels zu erreichen.
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Claims (12)

  1. Ansprüche
    /1. überdruckventil, insbesondere G-ebirgsschlagventil für hydraulische Grubenstempel, dessen Ventilkegel mit einem Ventilschaft in einem Ventilsitzglied geführt und zusammen mit diesem gegen die Rückstellkraft einer Ventilfeder verschiebbar ist, wobei im Ventilgehäuse ein die Verschiebung des Ventilsitzgliedes in Öffnungsrichtung des Ventils begrenzender Anschlag vorgesehen ist und der Ventilkegel auf seiner dem Ventilschaft abgewandten Stirnfläche gegen ein von der Schließfeder belastetes Druckstück abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der, vorzugsweise aus Kunststoff gefertigte, Ventilkegel (22) auf seiner Stirnfläche (33) großflächig gegen das mit seinem Umfang in einer Führungsbohrung (30) geführte Druckstück (29) abgestützt ist.
  2. 2. Überdruckventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckstück (29) die gesamte Stirnfläche des Ventilkegels (22) überdeckt und abstützt.
  3. 3. Überdruckventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckstück (29) den Ventilkegel (22) am Außenumfang umgreift.
  4. 4. überdruckventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Druckstück (29) und der Ventilkegel (22) an ihren Abstützflächen mit ineinanderfassen-
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    den Vor sprängen (35» 37) tmd Ausnehmungen (34-, 36) versehen sind.
  5. 5. Überdruckventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkegel (22) an seiner Stirnfläche (33) mit-' tig eine Ausnehmung (34·) aufweist, in welche ein axialer Vorsprung (35) an der Abstützfläche des Druckstückes (29) einfaßt, wobei der Ventilkegel mit einem die mittige Ausnehmung umschließenden Ringvorsprung (37) in eine den Vorsprung umschließende Eingnut (36) des Druckstückes eingreift.
  6. 6. überdruckventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß das Bruckstüek (29) rückseitig über eine ballige !Fläche (32) gegen ein von der Schließfeder (27) belastetes Stützorgan (28) abgestützt ist.
  7. 7. überdruckventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mhrungsbohrung (30) für das Druckstück (29) in dem gehäusefesten Anschlag (25) des Ventilsitzgliedes (15) angeordnet ist.
  8. 8. Überdruckventil nach Anspruch 7s dadurch gekennzeichnet, daß in der Führungsbohrung (30) des ringförmigen Anschlages (25) auch das kolbenartige Stützorgan (28) geführt ist.
  9. 9. Überdruckventil nach einem dar Ansprüche 1 bis S, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkegel (22) zusammen mit sei-
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    nem Schaft (21) einstückig aus Kunststoff gefertigt ist.
  10. 10. Überdruckventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß die den Schaft (21) des Ventilkegels (22) führende Innenbohrung (20) des Ventilsitzgliedes (15) auf ihrer gesamten, den Schaft des Ventilkegels führenden Länge bis zur kegeligen Ventilsitzfläche (16) ungestuft zylindrisch ausgebildet ist.
  11. 11. überdruckventil, insbesondere nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß am Ventilgehäuse (10) mehrere im Ventilinneren verbundene und mit getrennten Anschlüssen (12, 13) versehene Anschlußkanäle (121, 13') angeordnet sind.
  12. 12. Überdruckventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß am Ventilgehäuse (10) ein an die Setzleitung anschließbarer Anschluß (12) und mindestens zwei an den gemeinsamen Stempeldruckraum anschließbare Anschlüsse (13) angeordnet sind, wobei die Kanäle (12', 13') dieser Anschlüsse mit der Innenbohrung des Ventilsitzgliedes (15) verbunden sind.
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