DE2927080A1

DE2927080A1 - Kugelventil

Info

Publication number: DE2927080A1
Application number: DE19792927080
Authority: DE
Inventors: Costantino Vinciguerra
Original assignee: Nuovo Pignone SpA
Current assignee: Nuovo Pignone SpA
Priority date: 1978-07-05
Filing date: 1979-07-04
Publication date: 1980-01-17
Also published as: US4265427A; GB2025000B; AR223979A1; IT1096961B; AU4853179A; DE2927080C2; GB2025000A; AU527284B2; CA1108590A; IT7825352A0; FR2430559A1; MX153575A; BR7904325A; SU1195924A3; NL168598B; NL168598C; FR2430559B1; NL7905214A; JPS5514394A; ES482615A1

Description

PATENTANWÄLTE «. £.

WUESTHOFF - ν. PECHMANN - BEHRENS - GOETZ

PROFESSIONAL REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE

MANDATAiRES agrees pres l'office europeen des brevets

»R.-ING. FRANZ VUESTHOFF

DR. PHIL. FREDA WESTHOFF (l927-I9j6) DIPL.-ING. GERHARD PULS (19J2-1971) DIPL.-CHEM. DR. E. FREIHERR VON PECHMANN DR.-ING. DIETER BEHRENS DIPL.-ING.; DIPL.-VIRTSCH.-ING. RUPERT GOETZ

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4. Juli 1979

D-8000 MÜNCHEN SCHWEIGERSTRASSE 2

telefon: (089) 66 20 ji

TELEGRAMM: PROTECTPATENT

telex: j 24070

Anmelder:

Nuovo Plgnone S.p.A.
Via F. Matteucci 2,
Florenz / Italien

Titel

Kugelventil

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— DR₁-ING₁ FRANZ WUESTHOFF

PATENTANWÄLTE .. ^. _{DR pHIl FREDA WESTH0FF} (_9VW

WUESTHOFF - v. PECHMANN - BEHRENS - GOETZ dipu-ing. gerhard puls (1952-1971)

DIPL-CHEM₁DR₁E₁FREIHERRVONPECHMANn PROFESSIONAL REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE DR.-ING. DIETER BEHRENS

MANDATAIRES AGR£eS PRES l'oFFICE EUROPBEN DES BREVETS DIPt₁-ING₁JDIPL₁-WIRTSCH₁-INCRUPERTGOETZ

D-8000 MÜNCHEN 90 SCHWEIGERSTRASSE 2

telefon: (089)662051 telegramm: protectpatent telex: 524070

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4. Juli 1979

Beschreibung Kugelventil

Die Erfindung betrifft ein Kugelventil mit einem geschweißten Ventilgehäuse, welches zum Absperren von Fluid- oder Gasströmen in Rohrleitungen bzw. Gasleitungen mit großem Durchmesser geeignet ist.

Gegenstand der Erfindung sind insbesondere derartige Ventile, bei denen die.beiden Teile, aus denen das Ventilgehäuse zusammengesetzt ist, längs einer Umfangslinie miteinander verschweißt sind, die senkrecht zur Rohrachse verläuft und in einer Ebene liegt, die die Mitte der Kugel enthält, so daß die Schweißnaht, sofern sie auf ihrem Weg nicht auf ein Hindernis trifft, zweckmäßigerweise automatisch gelegt und ohne weiteres mit einem Drehbankwerkzeug wieder entfernt werden kann, wodurch eine einfache Überholung zum Zweck der Reparatur, Prüfung oder Reinigung und anschließendes erneutes Verschweißen ohne weitere Bearbeitungsschritte ermöglicht ist.

Es ist bekannt, daß die meisten bisher üblichen kugelförmigen Absperrventile von auseinandernehmbarer Art sind und zu diesem Zweck am Ventilgehäuse verbolzte Plansche haben. Mit anderen Worten, sie bestehen im allgemeinen aus einem zentralen

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zylindrischen Körper, der mit der Rohrleitung koaxial angeordnet ist und an dessen Auslaßende zwei Endhauben angeflanscht sind, die in zylindrischen Leitungen enden, welche ihrerseits durch eine Schweiß- oder Bolzenverbindung mit dem Bohr verbunden sind, in welches das Ventil eingesetzt werden soll.

Im Innern des Ventilgehäuses ist ein kugelförmiger Schließkörper angeordnet, der eine durchgehende zylindrische Bohrung vom gleichen Durchmesser wie die Rohrleitung hat. Dieser Schließkörper ist vom inneren zylindrischen Körper mit Hilfe von zwei Drehstiften drehbar abgestützt, die eine senkrechte Achse haben und mit dem Schließkörper integral ausgebildet sind und aus dem Ventilgehäuse herausragen. Hierauf wird beim Schließen des Ventils, d.h. wenn der Schließkörper so gedreht worden ist, daß seine zylindrische Bohrung senkrecht zur Rohrleitungsachse ausgerichtet ist, der vom Fluid ausgeübte Druck aufgebracht. In den beiden Endhauben ist schließlich jeweils ein Schwimmring angeordnet, und diese Schwimmringe sind durch Federanordnungen gegen den kugelförmigen Schließkörper gedrängt und wirken als Dichtung, so daß eine leckdichte Anordnung zwischen dem Ring und den zylindrischen Leitungen erhalten wird.

Diese bekannten Ventile haben den Nachteil, daß

die Drehzapfen des kugelförmigen Schließkörpers, die aus dem Ventilgehäuse · vorstehen und folglich auf das äußere Ventilgehäuse unter dem Druck des abgesperrten Gasstromes eine Hebelwirkung ausüben, zu Verformung neigen und das Ventilgehäuse beträchtlich beanspruchen.

Allerdings haben die Ventile auch den hervorragenden Vorteil, daß sie zur Reparatur, Überprüfung und Reinigung leicht auseinandergenommen werden können, so daß ein Ventil dieser Bauart nach dem Herrichten immer wieder benutzt werden kann.

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Das Erfordernis größerer Garantie hinsichtlich der Dichtheit solcher Ventile für die verschiedensten Anwendungsfälle hat zu einer großen Verbreitung von Kugelventilen geführt, deren Ventilgehäuse verschweißt ist statt mit Flanschen versehen zu sein. Bei dieser neuartigen Ausführungsform muß das Problem des Zusammenschweißens der beiden das Ventilgehäuse bildenden Teile gelöst werden, ohne daß durch die beim Schweißen entwickelte Wärme die Dichtungen, insbesondere die Zapfendichtungen beschädigt werden.

Es ist bereits eine Anzahl von Kugelventilen mit verschweißtem äußerem Ventilgehäuse bekannt. Bei einer bekannten Bauart, nämlich dem CAMERON-Ventil ist das Problem dadurch gelöst worden, daß das Ventilgehäuse in Form von zwei Teilen vorgesehen wird, die zur horizontalen Mittelebene der zylindrischen Leitungen symmetrisch sind, wobei die Schweißarbeit längs dieser Ebene ausgeführt wird. Hierdurch werden die Dichtungen für die Zapfen durch die Wärme beim Schweißen nicht beeinträchtigt, was hingegen an den Dichtungen zwischen den zylindrischen Leitungen und dem Schließkörper geschehen würde. Dieser Nachteil wird jedoch dadurch umgangen, daß die zuletzt genannten Dichtungen anschließend mit Hilfe von zwei weiteren Schweißschritten in Übereinstimmung mit den Enden der zylindrischen Leitungen angebracht werden. Insgesamt sind also bei dieser bekannten Ausführungsform drei getrennte Schweißvorgänge nötig.

Bei einem anderen herkömmlichen Kugelventil mit verschweißtem Gehäuse ,nämlich dem ARGUS-Ventil ist die in Frage stehende Schwierigkeit durch einen einzigen SchweißVorgang gelöst, indem nämlich das Ventilgehäuse in zwei Teilen vorgesehen ist, die zu einer Ebene symmetrisch sind, welche gegenüber der Senkrechten geneigt ist und in gleichen Abständen von den Zapfendichtungen und den Dichtungen zwischen den zylindrischen Leitungen und dem kugelförmigen Schließkörper verläuft. Allerdings wird auch in diesem Fall der Schweißvorgang längs einer elliptischen Linie vorgenommen, die natürlich länger ist als die Umfangslinie, die zu erhalten wäre, wenn der SchweißVorgang

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längs der Linie vorgenommen würde, die die Schließkörperzapfen verbindet und den kürzesten Weg darstellt.

Gemäß einer dritten bekannten Lösung unter Verwendung eines Kugelventils mit verschweißtem Gehäuse wird schließlich der Schweißvorgang längs der Ebene durchgeführt, die zur Rohrleitungsachse rechtwinklig verläuft und den Mittelpunkt der Kugel enthält. Diese Ventile haben jedoch Drehzapfen, die aus dem Ventilgehäuse ' herausragen, so daß sie die Hauptschweißnaht stören und den Schweißvorgang umständlich machen. >Außerdem ist es praktisch unmöglich, die Schweißverbindung des Ventils wieder zu lösen.

Dabei darf andererseits jedoch nicht außerachtgelassen werden, daß bei allen bekannten Ventilen mit verschweißtem Ventilgehäuse der Nachteil der Verformung der Zapfen durch den Druck des abgesperrten Fluids oder Gases weiterbesteht. Dieser Nachteil ist deshalb besonders groß, weil es für diese Art von Ventil aus wirtschaftlichen Gründen nicht empfehlenswert ist, sie auseinanderzunehmen und herzurichten, damit sie erneut benutzt werden können. Zusammenfassend ermöglichen also die bisher bekannten Kugelventile mit verschweißtem Gehäuse kein wirtschaftlich vertretbares Überholen zu Prüf- und Reinigungszwecken und noch weniger zu Reparaturzwecken, so daß sie bei . Peststellung ihrer Fehlerhaftigkeit lediglich gegen neue Ventile ausgetauscht werden können. Der Grund hierfür besteht in der Tatsache, daß die beiden Teile, aus denen das Ventilgehäuse hergestellt ist, längs Linien zusammengeschweißt werden müssen, die weder in Umfangsricntung noch senkrecht zur Rohrachse verlaufen, oder weil diese Teile längs Umfangslinien zusammengeschweißt sind, die in einer Ebene liegen, welche durch die Mitte des kugelförmigen Schließkörpers verläuft, aber die beiden aus dem Ventilgehäuse vorstehenden Zapfen schneidet, um die der kugelförmige Schließkörper gedreht werden kann. Diese Zapfen

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nehmen den Druck des Gases auf den Schließkörper auf. Die miteinander verschweißten Teile können also nicht auf einer Drehbank und auch nicht auf andere wirtschaftliche.Weise voneinander getrennt werden, sondern dies muß von Hand geschehen,' was große Zeitverschwedung bedeutet. Da die Zapfen außerdem verformt sind, können die beiden Teile des Ventilgehäuses nicht ohne umständliche und teure Reparaturarbeiten an den Zapfen erneut vereinigt werden.

Aus dem oben Gesagten ergibt sich, wie wichtig es wäre, ein Kugelventil mit verschweißtem Gehäuse zu haben, welches auf wirtschaftlich annehmbare Weise überholt werden kann, und zwar sowohl vom Hersteller, der also mit geringen Kosten ein möglicherweise defektes Ventil während seiner Herstellung verbessern und damit den Abfall drastisch verringern kann, als auch vom Benutzer, der ein Ventil erneut einsetzen kann, wenn Prüf^Reinigungs- und möglicherweise Reparaturvorgänge beendet sind, wodurch die Lebensdauer des Ventils erheblich verlängert wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, das oben beschriebene Problem durch Überwindung aller Nachteile herkömmlicher Ventile zu lösen und ein Kugelventil mit verschweißtem äußerem Ventilgehäuse zu schaffen, bei dem die Schweißnaht längs der kürzesten Umfangslinie verläuft und das Ventil auf wirtschaftliche Weise zu Uhterhaltszwecken auseinandernehmbar und folglich erneut benutzbar ist.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird hauptsächlich dadurch gelöst, daß der Druck des Fluids auf das geschlossene Ventil nicht mehr auf Zapfen übertragen wird, die aus dem Ventilgehäuse herausragen, sondern von paarweise vorgesehenen Halbringen aufgenommen wird, die im Innern der Teile befestigt, insbesondere angeschweißt sind, aus denen das Ventilgehäuse besteht. Diese Ringe sind dabei so angeordnet, daß beim Zusammenschweißen der beiden Teile die beiden Paare der Halbringe Kante auf Kante aneinanderliegen, so daß s'ie zwei voll-

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ständige Pührungs- und Druckringe für einen kugelförmigen Schließkörper bilden, der zwischen ihnen mit Hilfe von zwei entsprechend geformten kreisförmigen Vorsprüngen an den diametral entgegengesetzten Enden des kugelförmigen Schließkörpers eingesetzt ist.

Durch diese Anordnung, genauer gesagt durch das Weglassen der Zapfendichtungen ist es möglich, die beiden Teile, aus denen das Ventilgehäuse besteht, längs der Umfangslinie zusammenzuschweißen, die den kürzesten Weg darstellt. Da die Zapfen als Druck aufnehmende Elemente weggefallen sind, besteht außerdem keine Gefahr ihrer Verformung mehr, so daß insgesamt alle Gründe, aus denen das Überholen eines Kugelventils mit verschweißtem Gehäuse unwirtschaftlich erschien, weggefallen sind.

Da als Führungselemente für die Drehbewegung des kugelförmigen Schließkörpers und für die Druckaufnahme die beiden Paare aus Halbringen vorgesehen sind, die im Stoß aneinanderliegen, ist das Überholen eines solchen Ventils außerordentlich einfach, da die beiden Teile des Ventilgehäuses lediglich auf einer Drehbank längs der Schweißnaht getrennt werden müssen.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Kugelventil mit verschweißtem Ventilgehäuse aus zwei halbkugelförmigen Hauben, . die mit zylindrischen Öffnungen versehen und längs der kürzesten Umfangslinie zusammengeschweißt sind. Dabei sind im Innern jeder Haube und in gleichen Abständen von der Ventil-

■xachse zwei Halbringe /festgeschweißt, die längs dieser Achse ausgerichtet sind, so daß beim Zusammenschweißen der beiden Hauben die Halbringe in jeder Haube Kante auf Kante mit den entsprechenden Halbringen der anderen Haube zusammengebracht werden und dadurch zwei ringförmige Pührungs- und Drucklager für einen kugelförmigen Schließkörper bilden, der mit Hilfe von zwei entsprechenden, im Querschnitt kreisförmigen VorSprüngen,die

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an seinen diametral entgegengesetzten Enden ausgebildet sind und innerhalb der Oberfläche der Kugel liegen, zwischen den Ringpaaren eingesetzt ist·

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist in der Nähe des zu verschweißenden Randes der einen oder anderen das Ventilgehäuse bildenden halbkugelförmigen Haube im Innern dieser Haube ein ringförmiger Streifen angeschweißt, der im wesentlichen die Form eines U hat und über den Rand hinausragt. Wenn dann die beiden halbkugelförmigen Hauben vor dem Schweißen aneinander zur Anlage gebracht werden, liegt dieser Streifen unterhalb der Schweißzone und bildet folglich eine Abschirmung, die verhindert, daß Schweißmaterial ins Innere des Ventils gelangt.

Dabei kann andererseits die von diesem Streifen gebildete Rinne als Führung für den Einsatz eines Röntgenfilms in das Ventil zur Radiographie der gebildeten Schweißnaht benutzt werden.

Es wird also ein Ventilgehäuse für ein Gas- oder Fluidabsperrventil mit kugelförmigem Schließkörper geschaffen, d aus zwei halbkugelförmigen Hauben besteht, die den Schließkörper umgeben und längs des größten Kreises verschweißt werden. Dabei sind' zwei Paare Halbringe in symmetrischen Stellungen zum Kugeläqüator eingeschweißt, um eine Dichtungswirkung zu erzielen. Ferner ist ein ringförmiger Kanal in Meridianrichtung unmittelbar unterhalb der Schweißnaht vorgesehen, der verhindert, daß Schweißmaterial ins Innere des Ventils gelangt und einen photographischen Film aufnimmt, damit nichtzerstörende Kontrollaufnahmen gemacht werden können.

Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

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Fig. 1 eine auseinandergezogene, perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Ventilsj

Fig. 2 eine auseinandergezogene und vergrößerte perspektivische Teilansicht des U-förmigen, ringartigen Streifens im Ventil gemäß der Erfindung;

Fig. 3 einen vergrößerten Querschnitt durch das erfindungsgemäße Ventil.

Zum Herstellen des Ventilgehäuses müssen zwei halbkugelförmige Hauben 1 und 2, die mit je einer entsprechenden zylindrischen Einlaß- und Auslaßöffnung 3 bzw. ²J- versehen sind, längs ihrer Umfangsränder 5 und 6 zusammengeschweißt werden, wobei diese Umfangsränder gerade die kürzeste Umfangslinie bilden. Im Innern jeder Haube 1 und 2 sind in gleichen Abständen von der Achse m-m des Ventils und längs dieser Achse ausgerichtet zwei Paare Halbringe 7» 8 bzw. 7¹» 8¹ festgeschweißt. Diese Halbringe sind so angeschweißt, daß ihre konkaven Flächen ein« ander so zugewandt sind, daß beim Zusammenschweißen der beiden Hauben 1 und 2 die Halbringe 7 und 8 der Haube 1 mit den entsprechenden Halbringen 7' und 8' der Haube 2 zusammenpassen und zwei ringförmige Lager bilden.

Ein mit einem Durchlaß 10 ausgebildeter, kugelförmiger Schließkörper 9 wird so gedreht, daß seine diametral entgegengesetzten Enden senkrecht zur Ventilachse m-m verlaufen. Hierdurch werden in die beiden genannten ringförmigen Lager, die von den Halbringen 7_r 7¹ und 8-8¹ gebildet sind, zwei kreisförmige Vorsprünge 11 und 12 eingesetzt, die mit Innenringen 20 und 21 versehen sind, welche als Abwälzringe dienen sollen. Die ringförmigen Lager wirken also als Führungs- und Druckclager · und steuern die Drehbewegung des Schließkörpers 9.

Das grundlegende Merkmal der kreisförmigen Vorsprünge 11 und 12 besteht darin, daß sie so geformt sind, daß sie nicht über die Kugeloberfläche vorstehen sondern innerhalb derselben

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bleiben. Derjenige Bereich der Kugel, der über die Ebene <*· bzw. Ot« (am besten in Pig. 3 erkennbar) hinausragt, kann als zapfenartiges Glied ausgebildet . werden, da dieser Bereich nicht zur Schaffung der leckdichten Anordnung mittels Schwimmringen 15 während der Drehbewegung um die Achse X-X¹ beiträgt.

9 Die Drehbewegung des Schließkörpers/wird mittels

einer Betätigungsvorrichtung von außen veranlaßt, die auf eine im Schließkorper ausgebildete Kerbe 13 (siehe Fig. 1 und 3) einwirkt. Die Welle der Betätigungsvorrichtung erstreckt sich durch eine in den Wänden der Hauben 1 und 2 entsprechend ausgebildete Öffnung 14.

Gemäß Fig. 3 tragen die Schwimmringe 15 als Einsätze Abschlußdichtungen zwischen dem Schließkorper 9 und der zylindrischen Einlaß- bzw. Auslaßöffnung 3 bzw. 4.

Schließlich ist, wie am besten in Fig. 2 erkennbar, in der Nähe des Umfangrandes 5 der Haube 1 und im Innern dieser Haube ein U-förraiger, ringartiger Streifen l6 angeschweißt. Der Streifen 16 ist so festgeschweißt, daß er über den Umfangsrand 5 hinausragt, und daß die von ihm gebildete Rinne 17 der Wand der Haube 1 gegenüberliegt. Wenn beide Hauben 1 und 2 zum Verschweißen zusammengebracht werden, ist folglich der Streifen l6 gerade unterhalb der Schweißzone angeordnet, und seine Binne 17 bildet gemeinsam mit den Haubenwänden eine Begrenzung, die verhindert, daß Schweißmaterial ins Innere des Ventils fällt und die außerdem für den Einsatz eines photographischen Films benutzt werden kann, damit von der fertiggestellten Schweißnaht eine Badiographie erhalten werden kann.

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Claims

DR.-ING. FRANZ WUESTHOFF

PATENTANWÄLTE dr.phil.freda wuesthoff (wv

"WUESTHOFF - ν. PECHMANN - BEHRENS - GOET2 _d,_pi.,ing. gerhard puls (i_9Jz-i₉₇i)

DIPL.-CHEM. DR. E. FREIHERR VON PECHMANN PROFESSIONAL REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE DR.-ING. DIETER BEHRENS

MANDATAIRES AGREES PRES l'oFFICE EUROPEEN DES BREVETS DIPL.-ING.; DIPL.-VIRTSCH.-ING. RUPERT GOETZ

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Z\t Z /UoU telefon: (o8₉) 66 zo ji

telegramm: protectpatent telex: 524070

1A-52 532 Patentansprüche:

(1.J Kugelventil, dessen Ventilgehäuse aus zwei Teilen zusammengeschweißt ist, die mit zylindrischen Einlaß- und Auslaßleitungen versehen sind, einem kugelförmigen Schließkörper, der mit einem Durchlaß ausgebildet und um eine Drehachse senkrecht zur Ventilachse drehbar ist, mit Schwimmringen mit Dichtungen zwischen dem Schließkörper und den zylindrischen Leitungen, dadurch gekennzeichnet , daß die beiden das Ventilgehäuse bildenden Teile zwei halbkugelförmige Hauben (1,2) sind, die längs der kürzesten Umfangslinie zusammengeschweißt sind, und daß innerhalb jeder Haube in gleichen Abständen von der Ventilachse (m-m) zwei Halbringe (7,8,7',8') befestigt, insbesondere festgeschweißt sind, deren konkave Flächen in bezug auf die Ventilachse so ausgerichtet sind, daß beim Zusammenschweißen der beiden Hauben die Halbringe beider Hauben Kante auf Kante aneinanderliegen und zwei ringförmige Lager zur Führung und Druckaufnahme des kugelförmigen Schließkörpers (9) bilden, der zwischen ihnen mittels zwei an seinen diametral entgegengesetzten Enden gleichachsig mit der Drehachse des Schließkörpers ausgebildeten, im Querschnitt kreisförmigen Vor-

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Sprüngen (11,12) eingesetzt ist,/innerhalb der Umfangsfläche des kugelförmigen Schließkörpers enthalten sind.
2. Kugelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß in der Nähe des zu verschweißenden Umfangsrandes der einaaoder anderen halbkugelförmigen Haube (1,2) des Ventilgehäuses und in ihrem Inneren ein im wesentlichen U-förmiger, ringartiger Streifen (16) angeschweißt ist, der über den Umfangsrand nach außen vorsteht.

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' ORIGINAL INSPECTED