DE2734626A1 - ACTUATOR DEVICE FOR A HIGH PRESSURE VALVE - Google Patents
ACTUATOR DEVICE FOR A HIGH PRESSURE VALVEInfo
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Description
Ψ. ENDLICH, POSTFACH D - BO34 U N TE R PFA FF E N H O FtN it / O H O /. D Ψ. FINALLY, POST BOX D - BO34 UN TE R PFA FF ENHO FtN it / OHO /. D.
TELEX: B2173OTELEX: B2173O
Stellantriebseinrichtung für ein HochdruckventilActuating device for a high pressure valve
Die Erfindung betrifft eine Stellantriebseinrichtung für ein Hochdruckventil, insbesondere für ein Absperrventil für eine Wasserstrahl-Spritzdüseneinheit.The invention relates to an actuator device for a high pressure valve, in particular for a shut-off valve for a water jet spray nozzle unit.
Zuverlässige Absperrventile sind insbesondere für Wasserstrahl-Spritzdüseneinheiten von Bedeutung, bei denen ein Wasserdruck von etwa 21OO bis 4200 kp/cm und eine Strahlgeschwindigkeit von größenordnungsmäßig 90 tn/sec erzielt werden kann, um Vorarbeiten oder dergleichen Bearbeitungsvorgänge mit Hilfe des Wasserstrahls durchzuführen. Ein zuverlässiges Schließen des Absperrventils ist auch aus Sicherheitsgründen wichtig, damit durch den Wasserstrahl weder Bedienungspersonen gefährdet noch Beschädigungen an Gegenständen verursacht werden können, auf die der Wasserstrahl auftrifft.Reliable shut-off valves are especially useful for water jet spray nozzle units of importance where a water pressure of about 2100 to 4200 kp / cm and a jet speed of the order of 90 tn / sec can be achieved to Preliminary work or similar processing operations to be carried out with the aid of the water jet. Reliable closing of the shut-off valve is also important for safety reasons, so that the water jet neither endangers nor endangers operators Damage to objects can be caused on which the water jet hits.
Wegen des sehr hohen Wasserdrucks ist dabei ferner eine leistungsstarke, massive und verhältnismäßig schwere Stellantriebseinrichtung erforderlich, um das Ventil entgegen der Wirkung des Überdrucks schnell öffnen zu können. Die Gefahr, daß ein zufälliges öffnen des Absperrventils verursacht wird, kann insbesondere bei als Handgeräte ausgebildeten Spritzdüsenein-Because of the very high water pressure, there is also a powerful, massive and relatively heavy actuator device required in order to be able to open the valve quickly against the effect of the overpressure. The danger that accidental opening of the shut-off valve is caused, especially in the case of spray nozzle devices designed as hand-held devices.
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heiten zu Schwierigkeiten führen. Selbst wenn beispielsweise eine Stellantriebseinrichtung mit einem Öldruck von etwa 105 bis 21O kp/cm Verwendung findet, ist die erforderliche Einrichtung im Vergleich zu der Größe und dem Gewicht des kleinen Absperrventils sehr groß und schwer. Wenn eine derartige Einheit bei geschlossenem Absperrventil auf den Boden fällt, können dadurch Kräfte verursacht werden, die beim Aufschlag zum Abheben des Ventils von seinem Sitz führen. Eine besondere Schwierigkeit ist wegen des hohen tiberdrucks auch darin zu sehen, daß eine geeignete Abdichtung für die Betätigungsstange der Stellantriebseinrichtung gegenüber der Ventilkammer vorgesehen werden muß, wodurch unterschiedliche und verhältnismäßig große Reibungskräfte verursacht werden können. Wenn deshalb durch die Betätigungsstange direkt auf den Ventilkörper eine Kraft ausgeübt wird, um diesen zuverlässig gegen den Ventilsitz anzudrücken, muß durch diese Kraft auch der höchstmögliche Reibungswiderstand überwunden werden können. Wenn andererseits der auftretende Reibungswiderstand gering ist, kann durch eine zu hohe Schließkraft eine Beschädigung der abdichtenden Ventilsitzflächen verursacht werden.units lead to difficulties. Even if, for example An actuator device with an oil pressure of about 105 to 210 kp / cm is used, is the required device very large and heavy compared to the size and weight of the small shut-off valve. If such a unit falls on the floor when the shut-off valve is closed, this can cause forces which, upon impact, lead to Lift the valve off its seat. Because of the high overpressure, a particular difficulty is also to be seen in that a suitable seal is provided for the actuating rod of the actuator device with respect to the valve chamber must be, whereby different and relatively large frictional forces can be caused. If so a force is exerted directly on the valve body by the actuating rod in order to reliably push it against the valve seat to press, the highest possible frictional resistance must be able to be overcome by this force. If on the other hand the occurring frictional resistance is low, can be achieved by a Excessive closing force can damage the sealing valve seat surfaces.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Stellantriebseinrichtung für ein Hochdruckventil unter möglichst weitgehender Vermeidung der genannten Nachteile und Schwierigkeiten derart zu verbessern, daß das Ventil schnell und zuverlässig ohne Beschädigungsgefahr geöffnet und geschlossen werden kann, und insbesondere im geschlossenen Zustand gegen ein unerwünschtes Öffnen durch Stöße oder Vibrationen gesichert ist.It is therefore the object of the invention to provide an actuator device for a high-pressure valve under as far as possible Avoidance of the disadvantages and difficulties mentioned in this way to improve that the valve can be opened and closed quickly and reliably without risk of damage, and in particular in the closed state is secured against unwanted opening due to impacts or vibrations.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.According to the invention, this object is achieved by the subject matter of claim 1 solved. Advantageous further developments of the invention are the subject of the subclaims.
Zusammenfassend sind deshalb die wesentlichen Merkmale der Erfindung darin zu sehen, daß eine Verbindung mit einem toten Spiel zwischen einem in seiner Längsrichtung verschiebbaren Ventilkörper und der Stellantriebseinrichtung vorgesehen ist, in welcher Verbindung eine Feder vorgesehen ist, die den Ventilkörper in Schließrichtung vorspannt, wenn die BetätigungsstangeThe essential features are therefore to be summarized of the invention to see that a connection with a dead game between a displaceable in its longitudinal direction Valve body and the actuator device is provided, in which connection a spring is provided that the valve body biases in the closing direction when the operating rod
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des Stellantriebs durch eine zugeordnete Rückstellfeder in Schließrichtung verschoben wird. Deshalb kann das Ventil schnell geöffnet und in der Schließlage gegen ein unbeabsichtigtes Öffnen gesichert werden. Beim Abbau des hydraulischen Drucks im Stellzylinder wird durch die vorgespannte Feder die durch den Wasserdruck ausgeübte Schließkraft erhöht, um ein automatisches Schließen des Ventils zu gewährleisten. Das tote Spiel in der Verbindung ermöglicht deshalb durch die Vorspannung der Feder bei geschlossenem Ventil eine Sicherung gegen unbeabsichtigtes Öffnen beim Auftreten von Stößen oder Vibrationen.of the actuator by an associated return spring in Closing direction is shifted. Therefore, the valve can be opened quickly and in the closed position against unintentional opening secured. When the hydraulic pressure in the actuating cylinder is reduced, the preloaded spring causes the Closing force exerted by the water pressure is increased to ensure that the valve closes automatically. The dead game in the Connection therefore enables the preload of the spring when the valve is closed to protect against unintentional damage Open when shock or vibration occurs.
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:The invention is to be explained in more detail using a preferred exemplary embodiment shown in the drawing. Show it:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Wasserstrahl-Spritzdüseneinheit mit einer Stellantriebseinrichtung gemäß der Erfindung im geschlossenen Zustand des Hochdruckventils;1 shows a longitudinal section through a water jet spray nozzle unit with an actuator device according to the invention in the closed state of the high pressure valve;
Fig. 2 eine vergrößerte Teilansicht des Hochdruckventils in Fig. 1; undFIG. 2 is an enlarged partial view of the high pressure valve in FIG. 1; and
Fig. 3 und Fig. 4 Fig. 1 bzw. Fig. 2 entsprechende Schnittansichten im geöffneten Zustand des Hochdruckventils.3 and 4, sectional views corresponding to FIG. 1 and FIG. 2, respectively when the high pressure valve is open.
Die dargestellte Spritzdüseneinheit ermöglicht die Erzeugung eines Wasserstrahls mit einer Geschwindigkeit von größenordnungsmäßig 90 m/sec bei einem Wasserdruck zwischen etwa 2100 und 4200 kp/cm , so daß mit Hilfe des Wasserstrahls Schneidoder Bohrvorgänge durchgeführt werden können. Das von einem nicht dargestellten Druckverstärker zugeführte Wasser wird dem Einlaß 10 eines Ventilgehäuses 12 über einen Anschluß 14 zugeführt. Das Wasser kann zu einer Austrittsdüse 16 vorbei an einem Ventilkörper 18 durch eine Kammer 2O hindurchtreten, die zu einer längsverschiebbaren Führung des Ventilkörpers dient. An dem Ventilkörper ist ein Ventilkegel 22 angeordnet, der zusammen mit einem Ventilsitz 24 einen Durchtrittsspalt zu einem Kanal 26 in einem Ventilsitzblock 28 begrenzt. Auf das Ventil- ' gehäuse 12 ist eine Anschlußhülse 30 aufgeschraubt, die den Block 28 in dem Ventilgehäuse zentriert und abdichtet und mitThe spray nozzle unit shown enables the generation of a jet of water at a speed of the order of magnitude 90 m / sec at a water pressure between about 2100 and 4200 kp / cm, so that with the help of the water jet Schneidoder Drilling operations can be carried out. The water supplied by a pressure booster, not shown, is the Inlet 10 of a valve housing 12 is supplied via a connection 14. The water can pass to an outlet nozzle 16 a valve body 18 pass through a chamber 20, which serves to guide the valve body in a longitudinally displaceable manner. On the valve body, a valve cone 22 is arranged, which together with a valve seat 24 forms a passage gap to a Channel 26 limited in a valve seat block 28. On the valve 'housing 12, a connecting sleeve 30 is screwed, which the Block 28 centered in the valve housing and seals and with
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der die Austrittsdüse 16 verschraubt ist. Eine abgeschrägte Schulter 28a am inneren Ende des Blocks 28 liegt an einer ringförmigen Kante 12a an dem Ventilgehäuse 12 an.which the outlet nozzle 16 is screwed. A beveled shoulder 28a on the inner end of the block 28 abuts an annular one Edge 12a on the valve housing 12.
Der Ventilkörper ist vorzugsweise mit einem kegelstumpfförmigen Ventilkegel versehen und die Sitzfläche des Ventilsitzes 24 ist komplementär dazu ausgebildet. Wie am besten aus Fig. 2 und 4 ersichtlich ist, ist der Konuswinkel des Ventilsitzes 24 etwas größer als derjenige des Ventilkegels 22, so daß ein gut abdichtender Sitz bei einem neuen Ventil gewährleistet ist. Nach einer Abnutzung wird die ringförmige Kontaktfläche allmählich verbreitert, so daß immer noch eine gute Abdichtung gewährleistet ist, was bei einem derartig hohen Druck insbesondere aus Sicherheitsgründen von Bedeutung ist.The valve body is preferably frustoconical Provided valve cone and the seat surface of the valve seat 24 is complementary thereto. How best to look 2 and 4, the cone angle of the valve seat 24 is slightly larger than that of the valve cone 22, see above that ensures a well-sealing seat with a new valve is. After wear and tear, the annular contact surface is gradually widened so that a good seal still remains is guaranteed, which is important at such a high pressure, in particular for safety reasons.
Das Ventilgehäuse besteht aus einem oberen Gehäuseteil 12V und einem unteren Gehäuseteil 12P. Die beiden Gehäuseteile werden im Bereich ihrer Grenzfläche 38 durch vier Bolzen 40 stabil aneinander gehaltert. Zwischen den beiden Gehäuseteilen ist ein abdichtender O-Ring 42 eingepreßt.The valve housing consists of an upper housing part 12V and a lower housing part 12P. The two housing parts are held together in a stable manner in the region of their interface 38 by four bolts 40. Between the two housing parts is a sealing O-ring 42 pressed in.
In dem unteren Gehäuseteil 12P ist eine ZyI in de rka mroer 44 durch eine Wand 44a begrenzt, in der ein Kolben 46 und eine Rückstellfeder 48 in Form eines Telierfederpakets angeordnet sind. Die Rückstellfeder 48, die auch eine andere bekannte Form aufweisen kann, liegt am unteren geschlossenen Ende der Zylinderkammer 44 gegen eine Endplatte 50 an, und drückt mit ihrem oberen Ende gegen den Kolben 46, um diesen in Schließrichtung des Ventilkegels 22 vorzuspannen. Gegenüber der oberen Stirnfläche des Kolbens 46 wird hydraulisches Druckmittel über eine nicht dargestellte Steuereinrichtung der Zylinderkammer 44 über einen Anschluß 52 zugeführt, der mit einem radialen Kanal 54 und einem axialen Kanal 56 in dem Gehäuseblock des Stellantriebs in Verbindung steht. Durch diesen axialen Kanal 56 erstreckt sich eine Betätigungsstange 58, die in eine zentrale Bohrung in dem Kolben 46 eingeschraubt ist und nach unten in einen zentralen zylindrischen Vorsprung 46a vorragt. Dieser Vorsprung ragt durch die Feder 48 in Form eines Te He rf ede rpake te nach unten soweitA cylinder 44 is located in the lower housing part 12P limited by a wall 44a, in which a piston 46 and a return spring 48 are arranged in the form of a Telierfederpakets are. The return spring 48, which can also have another known shape, is located at the lower closed end of the cylinder chamber 44 against an end plate 50, and presses with its upper end against the piston 46, to this in the closing direction of the Preload valve cone 22. Opposite the upper end face of the piston 46, hydraulic pressure medium is not via a illustrated control device of the cylinder chamber 44 via a Connection 52 is supplied, which communicates with a radial channel 54 and an axial channel 56 in the housing block of the actuator stands. Through this axial channel 56 an actuating rod 58 extends into a central bore in the Piston 46 is screwed in and protrudes downward into a central cylindrical projection 46a. This lead sticks out the spring 48 in the form of a Te rf ede rpake te down so far
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vor, daß sein unteres Ende gegen eine als Anschlag dienende Stellschraube 60 anschlagen kann, die in eine Bohrung in der Endplatte 50 eingeschraubt ist und1SaS untere Ende des Zylinders 44 vorragt. Durch eine Dichtungseinheit 71 für die Betätigungsstange 58 austretendes Druckwasser kann durch einen Statzen 80 abgeleitet werden.suggest that its lower end can strike against an adjusting screw 60 serving as a stop, which is screwed into a bore in the end plate 50 and 1 SaS lower end of the cylinder 44 protrudes. Pressurized water exiting through a sealing unit 71 for the actuating rod 58 can be diverted through a bracket 80.
Das obere Ende der Betätigungsstange 58 ragt gleitend verschiebbar durch eine Öffnung in einem Träger 62 an dem Ventilkörper 18 vor, der eine Kammer 62a begrenzt, in der das Ende der Betätigungsstange 58 mit einem Kopf 64 verschraubt ist, der in der Kammer 62a verschiebbar ist. Durch einen Keil 64a wird die Lockerung der Verbindung verhindert. Zwischen dem Kopf 64 und einem Basisteil 68 für den Ventilkörper 22 ist eine Schraubenfeder 66 angeordnet. Der Basisteil 68 ist mit einem genauen Abstand in dem Träger 62 eingeschraubt und durch einen Querstift 70 daran verankert.The upper end of the actuator rod 58 slidably extends through an opening in a bracket 62 on the valve body 18 before which delimits a chamber 62a in which the end of the actuating rod 58 is screwed to a head 64, which is displaceable in the chamber 62a. Loosening of the connection is prevented by a wedge 64a. Between the head 64 and a base part 68 for the valve body 22, a coil spring 66 is arranged. The base part 68 is with a screwed into the carrier 62 at a precise distance and anchored to it by a transverse pin 70.
Wenn hydraulisches Druckmittel zugeführt wird, wird der Kolben 46 entgegen der Wirkung der Feder 48 nach unten gedrückt, so daß der Ventilkegel 22 in die in Fig. 4 dargestellte geöffnete Lage gelangt. Durch den Anschlag an der Stellschraube 60 wird die Hubstrecke begrenzt. Bevor der Anschlag erfolgt, bewirkt der an der Endwand des Trägers 62 angreifende Kopf 64 eine zwangsläufige öffnung des Ventils. Die Schließlage des Ventils wird andererseits dadurch gesichert, daß sie beim Abbau des hydraulischen Drucks erreicht wird. Wenn der hydraulische Druck über dem Kolben 46 abgebaut wird, wird der Kolben 46 durch die Rückstellfeder 48 in seine obere Endlage in den Zylinder 44 verschoben, so daß der Kopf 64 entlang einer entsprechenden Hubstrecke hochgeschoben wird. Durch das Verschieben des Kopfs 64 gelangt der Ventilkörper 18 in die Schließlage, in der der Ventilkegel 22 an dem Ventilsitz 24 anliegt. Obwohl durch den Wasserdruck dez auf den Träger 62 ausgeübtenKraft der Ventilkegel 22 gegen seinen Sitz bereits ohne zusätzliche Maßnahmen angedrückt wird, wird dadurch die Schließlage noch nicht ausreichend gesichert. Die Feder 66 dient jedoch dazu,When hydraulic pressure medium is supplied, the piston 46 is pressed down against the action of the spring 48, so that the valve cone 22 reaches the open position shown in FIG. By the stop on the adjusting screw 60 the stroke distance is limited. Before the stop occurs, the head 64 engaging the end wall of the carrier 62 acts an inevitable opening of the valve. The closed position of the valve is on the other hand ensured by the fact that it is reached when the hydraulic pressure is reduced. When the hydraulic Pressure above the piston 46 is reduced, the piston 46 is moved into its upper end position in the cylinder by the return spring 48 44 shifted so that the head 64 is pushed up along a corresponding lifting distance. By moving of the head 64, the valve body 18 moves into the closed position, in which the valve cone 22 rests on the valve seat 24. Although the force exerted on the carrier 62 by the water pressure dec the valve cone 22 is already pressed against its seat without additional measures, the closed position is thereby still not adequately secured. However, the spring 66 serves to
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den Ventilkegel gegen den Sitz anzudrücken, wenn die Betätigungsstange 58 durch ihre Rückstellfeder hochgedrückt ist. Dann steht die Feder 66 unter Druckspannung, weil der ventilkegel 22 an dem Ventilsitz anliegt, bevor der Rückhub der Betätigungsstange 58 beendet ist.to push the valve cone against the seat when the operating rod 58 is pushed up by its return spring. Then the spring 66 is under compressive stress because the valve cone 22 rests against the valve seat before the return stroke of the actuating rod 58 is ended.
Bei einer derartigen Konstruktion, bei der das überdruckventil normalerweise geschlossen ist und ein verhältnismäßig kleines und leichtes hin- und her verschiebbares Absperrventil verwandt werden kann, und bei der eine Verbindung mit einem toten Spiel mit der verhältnismäßig schweren hydraulischen Stellantriebseinrichtung vorgesehen ist, kann deshalb die Gefahr eines unerwünschten Öffnens des Hochdruckventils durch Stöße etc. weitgehend verringert werden.With such a construction in which the pressure relief valve normally closed and proportionate small and light back and forth sliding shut-off valve can be used, and in the case of a connection with a dead one Play with the relatively heavy hydraulic actuator device is provided, there is therefore a risk of undesired opening of the high-pressure valve due to impacts etc. can be largely reduced.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung ist ferner darin zu sehen, daß damit Schwierigkeiten bei bekannten Stellantriebseinrichtungen vermieden werden, die im Zusammenhang mit unterschiedlichen Reibungswiderständen zwischen der Betätigungsstange 58 und der Dichtungseinheit 71 auftreten können. Wenn die Reibungskräfte zwischen der Dichtungseinheit 71 und der Betätigungsstange 58 groß sind, wird eine verhältnismäßig große hydraulische Kraft benötigt, um die Betätigungsstange 58 zu bewegen. Wenn dagegen die Reibungskräfte zwischen der Dichtungseinheit und der Betätigungsstange nur gering sind, wird nur eine kleine hydraulische Kraft zur Bewegung der Betätigungsstange benötigt.Another essential advantage of the invention is also to be seen in the fact that there are difficulties with known Actuator devices are avoided in connection with different frictional resistances between the Actuating rod 58 and the sealing unit 71 can occur. When the frictional forces between the seal unit 71 and the operating rod 58 are large, a relatively large hydraulic force is required to operate the operating rod 58 move. If, on the other hand, the frictional forces between the sealing unit and the operating rod are only small, only a small hydraulic force is required to move the operating rod.
Bei bekannten Hochdruckventilen ist die Betätigungsstange starr mit dem Ventilkegel 22 verbunden. Wenn dann ein hoher hydraulischer Druck zur Bewegung der Betätigungsstange ausgeübt wird und die Reibungskräfte zwischen der Dichtungseinheit und der Betätigungsstange niedrig sind, wird der Ventilkegel 22 mit einer verhältnismäßig großen Kraft gegen den Ventilsitz angedrückt, so daß eine mechanische überbeanspruchung des Ventils erfolgt, die zu einem baldigen Ausfall des Hochdruckventils füh ren kann. Wenn andererseits nur ein kleiner hydraulischer Druck zur Bewegung der Betätigungsstange 58 ausgeübt wird und die Rei bungskräfte zwischen der Dichtungseinheit und der Betätigungs-In known high-pressure valves, the actuating rod is rigidly connected to the valve cone 22. If so then a high hydraulic Pressure is exerted to move the operating rod and the frictional forces between the sealing unit and the actuating rod are low, the valve cone 22 is pressed against the valve seat with a relatively large force, so that the valve is mechanically overstressed, which leads to an early failure of the high-pressure valve can ren. On the other hand, if only a small amount of hydraulic pressure is applied to move the operating rod 58 and the Rei forces between the sealing unit and the actuation
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A° 273A626 A ° 273A626
stange groß sind, kann die Betätigungsstange nicht bewegt werden, so daß das Ventil dann nicht gebrauchsfähig ist.rod are large, the actuating rod can not be moved, so that the valve is then unusable.
Diese Schwierigkeiten werden durch die Erfindung dadurch vermieden, daß in jedem Fall durch hydraulischen Betätigungsdruck das Hochdruckventil geöffnet wird und durch die Rückstellfeder das Ventil geschlossen wird, wobei die auftretenden Kräfte in jedem Fall ausreichend hoch sind, die Reibungskräfte zwischen der Betätigungsstange und der Dichtungseinheit zu überwinden, wobei jedoch verhindert wird, daß eine mechanische Überbelastung beim Schließen des Ventilkegels 22 auftritt. Dies wird durch die gleitende Anordnung des Trägers 62 an der Betätigungsstange erreicht und durch die Ermöglichung einer anfänglichen Andruckkraft über die kleine Feder 66, so (iß der Ventilkegel 22 von der Schließkraft der Rückstellfeder 48 entlastet wird, wenn das Ventil geschlossen wird. Sobald der Ventilkegel auf dem Sitz anliegt, hält der Wasserdruck in der Ventilkammer durch die auf den Träger und aufden Ventilkörper ausgeübte Kraft das Ventil in der geschlossenen Lage, bis zum Öffnen des Hochdruckventils die Betätigungsstange wieder durch den Kolben 46 zurückgeschoben wird.These difficulties are avoided by the invention in that the high pressure valve is opened in each case by hydraulic actuation pressure and by the return spring the valve is closed, the forces occurring are in each case sufficiently high, the frictional forces between the actuating rod and the sealing unit, but preventing mechanical overload occurs when the valve cone 22 closes. This is due to the sliding arrangement of the bracket 62 on the operating rod achieved and by allowing an initial pressure force via the small spring 66, so (iß the valve cone 22 relieved of the closing force of the return spring 48 when the valve is closed. As soon as the valve cone rests on the seat, the water pressure holds in the valve chamber by the force exerted on the carrier and on the valve body the valve in the closed position, until the high pressure valve opens, the actuating rod again through the piston 46 is pushed back.
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