DE2737842A1

DE2737842A1 - Zwangsgesteuertes durchgangs-absperrventil

Info

Publication number: DE2737842A1
Application number: DE19772737842
Authority: DE
Inventors: Ernst-Wilhelm Lange
Original assignee: GECOS MASCHINEN und APPARATEBA
Current assignee: GECOS MASCHINEN und APPARATEBA
Priority date: 1977-08-23
Filing date: 1977-08-23
Publication date: 1979-03-08

Description

Fa. GECOS Maschinen- und Apparatebau GmbH, Feldstraße 97 d, 4800 Bielefeld 1

"Zwangsgesteuertes Durchgangs-Absperrventil"

Die Erfindung betrifft ein zwangsgesteuertes Durchgangs-Absperrventil, dessen Verschlußstück als an einen Hauptventilsitz andrückbarer Hauptkolben ausgebildet ist, der im Ventilgehäuse in einer zylindrischen Bohrung verschiebbar angeordnet ist, mit einem in dem Hauptkolben befestigten Vorsteuerventil, in dessen Gehäuse sich eine Spindeldichtung am Ende der Spindel einer das Absperrventil betätigenden Zugeinrichtung befindet, wobei die Spindeldichtung an einen inneren Ventilsitz andrückbar ist.

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Ein solches Ventil läßt sich durch Betätigen der Zugeinrichtung gegen den Druck des abgesperrten Strömungsmediums öffnen. Die Zugeinrichtung öffnet zunächst das Vorsteuerventil, wonach ein Druckausgleich zwischen den beiden Seiten des Hauptkolbens erfolgt. Bei der Weiterbewegung der Spindel der Zugeinrichtung läßt sich dann der Hauptkolben von seinem Ventilsitz mit geringerer Kraft abheben, als sie dem Druck des Strömungsmediums und der daraus am Hauptkolben resultierenden Kraft entspricht.

bekannten
Ein Nachteil dieser/Ausführung besteht darin, daß für den Antrieb der Zugeinrichtung trotz der Wirkung des Voreteuerventiles noch eine große Leistung erforderlich ist. Dadurch nimmt der Antrieb unerwünscht große bauliche Abmessungen an. Wenn der Antrieb ein Elektromagnet ist, muß dieser umsomehr Drahtwicklungen enthalten, je größer seine Leistung ist. Da die Kupferdrahtspule das teuerste Teil des mit dem Antrieb versehenen Ab sperrventils darstellt, besteht beim Bauen des Ventiles das Bestreben, den Kupferanteil des Antriebes so gering wie möglioh zu halten. Außerdem ist es erwünscht, die Bauhöhe des Antriebes gering auszuführen, um die Einbaumöglichkeiten des Ventiles zu verbessern.

Mit der Erfindung soll daher das Absperrventil so weiter gebildet werden, daß die erforderliche Kraft zum Bewegen des Versohlußstückes für das öffnen und Verschließen des Ventiles bei gleichen Strömungs- und Druckverhältnissen geringer wird, so daß der Antrieb der Spindel kleiner ausgeführt werden kann.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, daß in dem Vorsteuerventilgehäuse ein zusätzlicher, in Achsrichtung durchbohrter Hilfskolben koaxial angeordnet ist und daß der innere Ventilsitz, an den die Spindeldiohtung andrüokbar ist,

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als Hilfssitz in der Bohrung des Hilfskolbens ausgebildet ist, wobei der Hilfskolben mit seinem von der Spindel abgewandtem Ende an einen in dem Vorsteuerventilgehäuse ausgebildeten Vorsteuersitz andrückbar ist.

Es ist bevorzugt, daß zwischen dem Hilfskolben und dem Vorsteuerventilgehäuse am Vorsteuersitz ein Dichtungsring angeordnet ist, der in eine in dem Hilfskolben vorgesehene stirnseitige Ausnehmung eingelegt ist.

Bevorzugt ist in den Hilfskolben an der von dem Vorsteuersitz abgewandten Stirnseite eine in der Mitte von der Spindel durchdrungene und deren Hub in dem Hilfskolben begrenzende Lochscheibe eingesetzt. Diese ist bevorzugt in dem Hilfskolben mit Hilfe eines Sicherungsringes befestigt.

Die Spindeldichtung ist bevorzugt in ein an der Spindel befestigtes topfförmiges Gehäuse eingesetzt, dessen Durchmesser größer als der Durchmesser der Spindel ist. Bevorzugt ist in dem Vorsteuerventilgehäuse an der von dem Hauptventilsitz abgewandten Stirnseite eine in der Mitte von der Spindel durchdrungene und den Hub des Hilfskolbens begrenzende Verschlußscheibe eingesetzt. Diese ist bevorzugt in dem Vorsteuergehäuee mit Hilfe eines Sicherungsringes befestigt. Zwischen der Spindel und der Verschlußscheibe ist bevorzugt ein freier Ringraum vorgesehen.

Es ist bevorzugt, daß in dem Vorsteuerventilgehäuee im Bereich des Vorsteuersitzes radiale Bohrungen angeordnet sind, die in einen von dem Hilfskolben und dem Vorsteuerventilgehäuse gebildeten Ringraum einmünden.

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Bevorzugt ist der Ringraum in der geschlossenen Ventilstellung von dem Dichtungsring des Vorsteuersitzes gegenüber dem Abflußraum abgedichtet. Zwischen dem Vorsteuerventilgehäuse und dem Hilfskolben ist bevorzugt eine Nut in den Hilfskolben eingearbeitet, in die ein Kolbenring eingelegt ist.

Der Antrieb der Zugeinrichtung kann bevorzugt ein Elektromagnet, ein Elektromotor oder ein Druckmittelzylinder sein.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Absperrventil;

Fig. 2 einen senkrechten Schnitt durch den Hauptkolben und das darin angeordnete Vorsteuerventil in gegenüber Fig. 1 vergrößertem Maßstab.

Das erfindungsgemäße Absperrventil besteht aus einem Ventilgehäuse 10 mit einem Hauptventilsitz 11 und einem Hauptkolben 12, der sich in einem als zylindrische Bohrung ausgebildeten Vorsteuerraum 13 in axialer Richtung verschieben und dabei das Ventil Offnen und schließen kann. Der Zuflußraum 14 mündet nahezu radial in den Vorsteuerraum 13 ein, während der Abflußraum 15 sich in axialer Richtung an den Vorsteuerraum 13 anschließt. Der Hauptkolben 12 ist mit Hilfe einer Spindel 16 verschiebbar, die mit Hilfe eines Antriebes 17 in axialer Richtung bewegbar ist. Dieser ist an einem auf das Ventilgehäuse 10 aufgeschraubten Deckel 18 befestigt. Der Vorsteuerraum 13 ist zwischen dem Ventilgehäuse 10 und dem Deckel 18 mit Hilfe einer Deckeldichtung 19 abgedichtet .

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Der Hauptkolben 12 weist an seiner dem Abflußraum 15 zugewandten Stirnseite eine Nut auf, in die ein Dichtungsring 20 eingesetzt ist. Dieser stützt sich bei geschlossenem Ventil am Hauptventilsitz 11 an einem in das Ventilgehäuse 10 eingesetzten Ring 21 ab. Der Dichtungsring 20 wird von einer Stützischeibe 22 am Hauptkolben 12 gehalten.

Der Hauptkolben 12 ist hohl ausgeführt und enthält in seinem Hohlraum ein Vorsteuerventilgehäuse 23. Dieses ist in dem Hauptkolben 12 koaxial angeordnet und läuft auf der Seite des Abflußraumes 15 in eine Hohlspindel 2k aus, die durch eine Bohrung in der abflußseitigen Stirnfläche des Hauptkolbens 12 hindurchgesteckt ist. Das hindurchgesteckte Ende ist mit einem Gewinde versehen, so daß auf die Hohlspindel 2k eine Sechskantmutter 25 aufgeschraubt werden kann, die gleichzeitig die Stützscheibe 22 an den Hauptkolben 12 andrückt. Das Vorsteuerventilgehäuse 23 ist gegenüber dem Hauptkolben 12 mit Hilfe eines Dichtungsringes 26 abgedichtet. An der dem Antrieb 17 zugewandten Stirnseite des Hauptkolbens 12 ist dieser mit einem Kolbenring 27 versehen. Der Hauptkolben 12 weist außerdem radiale Bohrungen 28 auf, durch die sein Hohlraum mit dem Zuflußraum Ik verbunden ist.

Das Vorsteuerventilgehäuse 23 ist ebenfalls hohl ausgeführt. In ihm sind koaxial ein Hilfskolben 29, eine Spindeldichtung 30 in einem Gehäuse 31 und das Ende der Spindel 16 angeordnet. Im Vorsteuerventilgehäuse 23 ist ein Vorsteuersitz 92 auegebildet. An diesem stützt sich bei geschlossenem Ventil ein Dichtungsring 33 ab, der in eine Ausnehmung in der abflußseitigen Stirnfläche des Hilfskolbens 29 eingelegt ist. Im Bereich des Vorsteuersitzes

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32 sind in das Vorsteuerventilgehäuse 23 radiale Bohrungen 34 eingearbeitet, die in einen Ringraum 35 einmünden. Dieser wird von dem Hilfskolben 29 und der Innenwand des Vorsteuerventilgehäuses 23 gebildet. An der dem Antrieb 17 benachbarten Stirnseite des Vorsteuerventilgehäuses 23 ist dieses mit Hilfe einer Verschlußscheibe 36, die mit Hilfe eines Sicherungsringes 37 gehalten ist, verschlossen. Jedoch weist die Verschlußscheibe 36 eine axiale Bohrung auf, durch die die Spindel 16 hindurchgesteckt ist. Diese Bohrung bildet mit der Spindel 16 einen Ringraum 38, durch welchen Strömungsmedium aus dem Vorsteuerraum 13 und dem Hohlraum des Hauptkolbens 12 in den als Hilfssteuerraum 39 arbeitenden Hohlraum des Vorsteuerventilgehäuses 23 hindurchfließen kann.

Der Dichtungsring 33 wird von einer in der Mitte in axialer Richtung durchbohrten Schraube 40 am Hilfskolben 29 gehalten, die in diesen eingeschraubt ist. Auf der anderen Stirnseite des Hilfekolbens 29» die dem Antrieb 17 zugewandt ist, ist in den Kolben 29 eine Lochscheibe 41 eingesetzt und von einem Sicherungsring 42 gehalten. Der Hilfskolben 29 ist wie der Haupt kolben 12 und das Vorsteuerventilgehäuse 2f hohl ausgeführt. In seinen Innenraum ragt die Spindel 16 durch eine in der Mitte der Lochscheibe 41 angeordnete Bohrung hinein. Am Ende der Spindel 16 innerhalb des Hohlraumes des Hilfskolbens 29 ist das topfförmige Gehäuse 31 befestigt, in welches die Spindeldichtung 30 eingesetzt ist. Die Spindeldichtung 30 stützt sich bei geschlossenem Ventil an einem in dem Hilfskolben 29 ausgebildeten Hilfssitz 43 ab. Der äußer· Durohmesser des topfförmigen Gehäuseβ 31 ist etwas größer als der Durohmesser der Spindel 16, so daß sieh «in kreisringförmiger Absatz an der Stell« der Befestigung zwischen

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Gehäuse 31 und Spindel 16 ergibt. Infolge des Druckes des Strömungsmediums ergibt sich an der Spindel 16 in dem Hilfskolben 29 eine Axialkraft, die von der Größe der Fläche des ringförmigen Absatzes gebildet wird.

Der Hub des Hauptkolbens 12 innerhalb des Ventiles wird an der antriebsseitigen Stirnfläche von dem Dekkel 18 und an der abflußseitigen Stirnfläche von dem Hauptventilsitz 11 begrenzt. Das Vorsteuerventilgehäuse 23 ist mit dem Hauptkolben 12 fest verbunden, so daß es sich nur gemeinsam mit diesem bewegen kann. Der Hilfskolben 29 wird mit seinem Hub innerhalb des Vorsteuerventilgehäuses 23 an der abflußseitigen Stirnseite von dem Vorsteuersitz 32 und an der antriebsseitigen Stirnfläche von der Verschlußscheibe 36 begrenzt. Der Hub des am Ende der Spindel 16 innerhalb des Hilfskolbens 29 befestigten Gehäuses 31 mit der Spindeldichtung 30 wird an der Abflußseite von dem Hilfssitz 43 und an der Seite des Antriebes 17 von der Lochscheibe 41 begrenzt.

Der Hohlraum des Hilfskolbens 29 ist als Bohrung 44 ausgeführt, die mit einer weiteren in dem Hilfskolben 29 angeordneten Bohrung verbunden ist, welche an der abflußseitigen Stirnfläche aus dem Hilfskolben 29 herausführt. Im geschlossenen Zustand des Ventiles führt diese Bohrung in die Bohrung der Hohlspindel 24, durch die sie mit dem Abflußraum 15 des Ventiles verbunden ist. Wie in dem Hauptkolben 12 ist auch in dem Hilfskolben 29 im Bereich der antriebsseitigen Stirnfläche eine Nut angeordnet, in die ein Kolbenring 45 eingesetzt ist.

Das erfindungsgemäße Absperrventil arbeitet wie folgt. In der gezeichneten Stellung ist es geschlossen. Der Zuflußraum 14 steht unter dem Druck des Strömungsmediums,

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dessen Fluß mit Hilfe des Ventiles abgesperrt werden soll. Dieser Druck wirkt infolge der Bohrungen 28 auch im Hohlraum des Hauptkolbens 12, im Vorsteuerraum 13, infolge des Ringraumes 38 auch im Hilfssteuerraum 39 und infolge der Löcher der Lochscheibe 41 in der Bohrung 44 des Hilfskolbens 29· Außerdem wirkt er infolge der Bohrungen 34 in dem Ringraum 35· Eine Abdichtung gegenüber dem Abflußraum 15 muß also am Hauptventilsitζ 11, am Vorsteuersitz 32 und am Hilfssitz 43 erfolgen. Der Druck übt infolge der großen Fläche des Hauptkolbens 12 eine große Kraft aus, mit der der Hauptkolben 12 an den Hauptventilsitz 11 angedrückt wird. Um diesen Kolben trotz der großen Kraft von seinem Sitz mit möglichst kleiner Kraft abheben zu können, ist die erfindungsgemäße Konstruktion gewählt worden.

Zum öffnen des Ventiles wird von dem Antrieb 17, der als Druckmittelzylinder, beispielsweise Hydraulikzylinder, Elektromagnet oder Elektromotor ausgeführt sein kann, eine Zugkraft auf die Spindel 16 in Richtung des Antriebes 17 ausgeübt. Diese Zugkraft braucht nur etwas größer zu sein, als die Kraft, die sich aus dem Druck des Strömungsmediums und der Kreisringfläche des ringförmigen Absatzes an dem Gehäuse 31 ergibt und das Andrücken der Spindeldichtung 3o an den Hilfssitz 43 bewirkt. Da diese Kreisringfläche sehr klein ist, braucht auch die Zugkraft in der Spindel 16 nur klein zu sein, um die Spindeldichtung 3o von dem Hilfssitz 43 abheben zu können.

Sobald der Durchgang am Hilfssitz 43 geöffnet ist, fließt das Strömungsmedium durch die kleinere Bohrung in dem Hilfs kolben 29 ab und gelangt durch die Bohrung der Hohlspindel 24 in den Abflußraum 15. Dadurch erfolgt eine

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Druckabsenkung in der Bohrung 44 des Hilfskolbens 29, so daß das Strömungsmedium aus dem Hilfssteuerraum 39 durch die Löcher der Lochscheibe 4l in die Bohrung 44 des Hilfskolbens 29 gelangen kann. Dieses strömt ebenfalls weiter am Hilfssitz 43 vorbei in den Abflußraum 15. Der Ringraum 38 ist gering genug ausgeführt, so daß sich eine Drosselstelle bildet, durch die das Strömungsmedium aus dem Vorsteuerraum 13 nicht in dem Maße zuströmen kann, wie es aus dem Hilfssteuerraum 39 durch die Bohrungen der Lochscheibe 4l und durch die Bohrung 44 am Hilfssitz 43 vorbei abfließt. Dabei ist im Hilfssteuerraum 39 ebenfalls eine Druckabsenkung erfolgt, so daß bei der weiteren Einwirkung der geringen Zugkraft an der Spindel l6 das Gehäuse 31 an der Lochscheibe 41 anschlägt und den Hilfskolben 29 im Hilfssteuerraum 39 anhebt. Dieses Anheben ist möglich, weil im Hilfssteuerraum 39 die Druckabsenkung erfolgt ist und die von der Stirnfläche des Hilfskolbens 29 bestimmte Druckkraft verschwindet.

Sobald der Hilfskolben 29 von seinem Vorsteuersitz 32 abgehoben ist, dringt das Strömungsmedium aus dem Hohlraum des Hauptkolbens 12 durch die Bohrungen 34 und den Ringraum 35 in die Bohrung der Hohlspindel 24 ein und fließt von dort in den Abflußraum 15 ab. Damit ist wiederum eine Druckabsenkung im Hohlraum des Hauptkolbens 12 und im Vorsteuerraum 13 verbunden. Die Bohrungen 28 sind im Durchmesser gering genug ausgeführt, so daß sie Drosselstellen bilden, durch die das Strömungsmedium aus dem Zuflußraum 14 nicht in dem Maße zuströmen kann, wie es aus dem Vorsteuerraum durch die Bohrungen 34 am Vorsteuersitz 32 vorbei abfließt. Die Druckabsenkung in dem Vorsteuerraum 13 und in dem Hohlraum des Hauptkolbens 12 erfolgt, während sich die Spindel 16 weiter auf den Antrieb 17 zu bewegt und nunmehr den Hilfskolben 29 zum Anschlag an die Verschluß-

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scheibe 36 zieht. Die weitere Bewegung der Spindel 16 mit ihrer geringen Zugkraft ist möglich, da infolge der Druckabsenkung im Vorsteuerraum 13 die Kraft, mit der der Hauptkolben 12 auf den Hauptventilsitz 11 aufgedrückt wird, verschwindet. Die Spindel 16 kann daher nunmehr auch das Vorsteuerventilgehäuse 23 und den damit fest verbundenen Hauptkolben 12 anheben, wodurch das Durchgangsabsperrventil am Hauptventilsitz 11 geöffnet wird. Nunmehr kann das Strömungsmedium durch das geöffnete Ventil in der gewünschten Weise hindurchströmen.

Zum Schließen des Ventiles wirkt die Kraft an der Spindel l6 in der entgegengesetzten Richtung. Das Ende der Spindel 16 drückt mit seiner Spindeldichtung 3o auf den Hilfssitz 43, so daß in der Folge das Ventil am Hilfssitz 43, am Vorsteuersitz 32 und am Hauptventilsitz 11 geschlossen wird. Dabei wird die Spindel 16 von dem strömenden Medium unterstützt. Die unterstützenden Kräfte ergeben sich aus den mit Druckflüssigkeit beaufschlagten Flächen an den beweglichen Ventilteilen.

Die Spindel 16 und das topfförmige Gehäuse 31 können bevorzugt als einstückiges Bauteil ausgeführt sein.

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Leerseite

Claims

Diese.Akt.Z.: 4296/77

Patentansprüche

ί1.)Zwangsgesteuertes Durchgangs-Absperrventil, dessen Verschlußstück als an einen Hauptventilsitz andrückbarer Hauptkolben ausgebildet ist, der im Ventilgehäuse in einer zylindrischen Bohrung verschiebbar angeordnet ist, mit einem in dem Hauptkolben befestigten Vorsteuerventil, in dessen Gehäuse sich eine Spindeldichtung am Ende der Spindel einer das Absperrventil betätigenden Zugeinrichtung befindet, wobei die Spindeldichtung an einen inneren Ventilsitz andrückbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Vorsteuerventilgehäuse (23)^e5Ä^el^älzlicher, in Achsrichtung durchbohrter Hilfskolben (29) koaxial angeordnet ist und daß der innere Ventilsitz, an den die Spindeldichtung (30) andrückbar ist, als Hilfssitz (43) in der Bohrung (44) des Hilfskolbens (29) ausgebildet ist, wobei der Hilfskolben (29) mit seinem von der Spindel (16) abgewandten Ende an einen in dem Vorsteuerventilgehäuse (23) ausgebildeten Vorsteuersitz (32) andrüokbar ist.
2. Absperrventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Hilfskolben (29) und dem Vorsteuerventilgehäuse (23) am Vorsteuersitz (32) ein Dichtungsring (33) angeordnet ist, der in eine in dem Hilfskolben (29) vorgesehene stirnseitige Ausnehmung eingelegt ist.

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3. Absperrventil nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Hilfskolben (29) an der von dem Vorsteuersitz (32) abgewandten Stirnseite eine in der Mitte von der Spindel (16) durchdrungene und deren Hub in dem Hilfskolben (29) begrenzende Lochscheibe (Ml) eingesetzt ist.
4. Absperrventil nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochscheibe (41) in dem Hilfskolben (29) mit Hilfe eines Sicherungsringes (42) befestigt ist.
5. Absperrventil nach den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindeldichtung (30) in ein an der Spindel (16) befestigtes topfförmiges Gehäuse (31) eingesetzt ist, dessen Durchmesser größer als der Durchmesser der Spindel (16) ist.
6. Absperrventil nach den Ansprüchen 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Vorsteuerventilgehäuse (23) an der von dem Hauptventilsitz (11) abgewand ten Stirnseite eine in der Mitte von der Spindel (16) durchdrungene und den Hub dee Hilfskolbens (29) begrenzende Verschlußaeheibe (36) eingesetzt ist.
7. Absperrventil nach den Ansprüchen 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußscheibe (36) in dem Vorsteuerventilgehäuse (23) mit Hilfe eines Sicherungsringes (37) befestigt ist.
8. Absperrventil nach den Ansprüohen 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Spindel (16) und der Verschlußscheibe (36) ein freier Ringraum (38) vorgesehen ist.

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9. Absperrventil nach den Ansprüchen 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Vorsteuerventilgehäuse (23) im Bereich des Vorsteuersitzes (32) radiale Bohrungen (3*0 angeordnet sind, die in einen von dem Hilfskolben (29) und dem Vorsteuerventilgehäuse (23) gebildeten Ringraum (35) einmünden.
10. Absperrventil nach den Ansprüchen 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum (35) in der geschlossenen Ventilstellung von dem Dichtungsring (33) des Vorsteuersitzes (32) gegenüber dem Abflußraum (15) abgedichtet ist.
11. Absperrventil nach den Ansprüchen 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Vorsteuerventilgehäuse (23) und dem Hilfskolben (29) eine Nut in den Hilfskolben (29) eingearbeitet ist, in die ein Kolbenring (45) eingelegt ist.
12. Absperrventil nach den Ansprüchen 1 - 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (17) der Zugeinrichtung ein Elektromagnet ist.
13. Absperrventil nach den Ansprüchen 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (17) der Zugeinrichtung ein Elektromotor ist.
lh. Absperrventil nach den Ansprüchen 1 - 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (17) der Zugeinrichtung ein Druckmittelzylinder ist.
15. Absperrventil nach den Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel 16 und das topfförmige Gehäuse 31 als einstückiges Bauteil ausgeführt sind.

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