DE3008395A1

DE3008395A1 - Zylinderventil

Info

Publication number: DE3008395A1
Application number: DE19803008395
Authority: DE
Inventors: David E Hughes; William C Yocum
Original assignee: Superior Valve Co
Current assignee: Superior Valve Co
Priority date: 1979-03-28
Filing date: 1980-03-05
Publication date: 1980-10-02
Also published as: FR2452646B1; JPS55132467A; US4211386A; JPS6249512B2; GB2045399B; FR2452646A1; GB2045399A; CA1114802A

Description

BESCHREIBUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein langsam öffnendes Ventil zum Steuern der Strömung von Gasen aus Zylindern bzw. Flaschen, in denen die Gase unter Druck gespeichert sind. Insbesondere betrifft die Erfindung den Aufbau eines Ventilschafts, eines Einsatzes und eines erhöhten, ringförmigen Sitzes, durch den bewirkt wird, daß die Öffnung des Ventils im Verhältnis zur Drehverstellung des Handrads langsam erfolgt.

Der Vertrieb von komprimierten Gasen in Zylindern bzw. Flaschen ist in der Industrie weit verbreitet. Üblicherweise wird ein Ventil in eine Öffnung in dem Zylinder bzw. in der Flasche eingeschraubt, mit dem die Strömung von Gas aus dem Zylinder bzw. der Flasche gesteuert bzw. kontrolliert wird, pie Gase werden oft bei hohem Druck gespeichert, der bis zu 245 atü betragen kann. In konventionellen Ventilen bewirkt eine kleine Drehung des Handrads aus der geschlossenen Position, daß sich das Ventil genügend öffnet, um einen sehr schnellen Druckaufbau auf der stromabwärtigen Seite zu bewirken. Es wurde gefunden, daß ein Drehen des Handrads und des Schafts um so ein geringes Ausmaß wie nur ein Achtel einer Umdrehung eine Gasströmung ermöglichen kann, die etwa 4o % der Kapazität des Ventils beträgt, und daß" das Ventil dann, wenn es eine viertel Umdrehung geöffnet ist, in der Größenordnung von zwei Dritteln seiner Durchflußkapazität durchlässig ist bzw. Gas durchläßt. Wenn sich die stromabwärtige Seite des Ventils im wesentlichen auf atmosphärischem Druck befindet und das Ventil geöffnet wird, so daß ein Hochdruckgasandrang ermöglicht wird, beispielsweise von Gas, das einen Druck von bis zu 245 atü hat, dann kann die Welle bzw. der Druckstoß leicht unerwünschte Stoßwellen im stromabwartigen Niederdruckabschnitt

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bewirken. Es besteht daher die gute Praxis, das Ventil nur "knacken zu lassen", bis die Drücke eine Möglichkeit zum Ausgleich gehabt haben und bis die Strömung eine Möglichkeit gehabt hat, sich zu stabilisieren. Im Hinblick auf die relativ kleine Drehung des Handrads des Zylinderventils, durch die bereits eine wesentliche Strömung bewirkt wird, ist es schwierig, das Ventil genügend "knacken zu lassen", um Gas auf die Niederdruckseite auslaufen zu lassen, ohne daß die Gefahr von Stoßwellen besteht. Darüber hinaus kann die Person, welche das Ventil öffnet, dieses durch Sorglosigkeit oder Unachtsamkeit schnell öffnen, so daß bewirkt wird, daß eine wesentliche Stoßwelle stromab wandert.

Wenn das Hochdruckgas mit einem Andrang freigegeben wird, dann wandert es stromab, bis es den Druckminderer erreicht, wo die Stoßwelle zurückgeworfen wird und von einer zweiten vorwärtseilenden Stoßwelle getroffen werden kann. Eine erneute Kompression des Gases aufgrund der dynamischen Wirkungen des sich bewegenden Gases erzeugt eine wesentliche Wärme, die oft als "Rekompressionswärme" oder "adiabatische Kompression" bezeichnet wird. Es wurde erkannt, daß eine adiabatische Kompression von Gasen von Druckspitzen aufgrund einer schnellen Betätigung von Ventilen in Hochdrucksystemen, eine Schwingungsströmung oder eine andere plötzliche Unterdrucksetzung lokalisierte Temperaturanstiege bewirken kann. Wenn das Gas ein Oxidationsmittel ist, wie beispielsweise Sauerstoff, dann unterstützt das Gas eine Verbrennung, und die Wärme kann ausreichend sein, viele Materialien zu zünden, beispielsweise organische Verunreinigungen oder feine Teilchen. In einem extremen Fall kann die Wärme dazu führen, daß Metall im Druckminderer schmilzt, wodurch bewirkt werden kann, daß ein Loch in das Druckminderergehäuse geblasen wird. Selbst wenn keine unmittelbare Beschädigung bewirkt wird, kommt es durch das Vorhandensein von Druckspitzen in einem Hoch-

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druckgassystem dazu, daß unangemessene und unnötige Beanspruchungen auf die Bauteile, insbesondere die Druckminderermembran, -feder und -abdichtungen, ausgeübt werden, die einen vorzeitigen Ausfall zur Folge haben.

Im Falle von Acetylen kann Wärme, die von einer äußeren Quelle erzeugt wird, eine Zersetzung des Acetylene bewirken, durch die Folgen hervorgerufen werden, die denjenigen einer Flammenfront entsprechen bzw. ähnlich sind.

Die unerwünschten Wirkungen einer adiabatischen Kompression eines Gases oder einer Zersetzung können dadurch minimalisiert oder ausgeschaltet werden, daß man die Erzeugung von Druckspitzen vermeidet und unerwünschte Wärme abführt.

Gemäß der Erfindung wird ein Ventil zur Verfügung gestellt, das ein Ventilgehäuse besitzt, in dem sich ein Hohlraum, ein ringförmiger Ventilsitz und ein zum Schließen und öffnen des Ventils zum Ventilsitz hin und vom Ventilsitz weg bewegbares Schaft- bzw. Spindelteil befinden. Weiterhin ist gemäß der Erfindung eine Umfangswand in dem Ventilschaft- bzw. -spindelteil vorgesehen, welche den Ventilsitz umgibt, wenn sich der Schaft bzw. die Spindel in der geschlossenen sowie in teilweise offenen Positionen befindet. Außerdem ist erfindungsgemäß eine konische bzw. eine sich verjüngende Einrichtung mit dem Ventilschaft bzw. der Ventilspindel verbunden, und diese Einrichtung steht in den mittigen Kanal des ringförmigen Ventilsitzes vor. Vorzugsweise ist die konische bzw. sich verjüngende Einrichtung ein Einsatz aus elastischem Material, der innerhalb der Umfangswand auf dem Ventilschaft bzw. der Ventilspindel angeordnet ist und nach dem ringförmigen Ventilsitz hin vorsteht. Aufgrund der Konizität bzw. der Verjüngung wird durch die Bewegung des Ventilschafts bzw.

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der Ventilspindel vom Ventilsitz weg das Spiel zwischen dem vorstehenden Teil und dem Ventilsitz erhöht.

Die vorstehenden sowie weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachfolgend anhand eines in den Fig. 1 bis 3 der Zeichnung im Prinzip dargestellten, besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Hochdruck-Sauerstoff-Zylinderventils, das gemäß der Erfindung aufgebaut ist;

Fig. 2 eine teilweise Schnittansicht, in der der Ventilsitz und die Ventilspindel des Ventils nach Fig. 1 in näheren Einzelheiten dargestellt sind, wobei sich das Ventil in der geschlossenen Position befindet; und

Fig. 3 eine teilweise Schnittansicht wie in Fig. 2, wobei jedoch das Ventil in einer teilweise offenen Position dargestellt ist.

Die Fig. 1 zeigt ein Zylinderventil, das ein Ventilgehäuse 1 aufweist. Das Ventilgehäuse besitzt einen Gaseinlaß, durch den Hochdruckgas, wie beispielsweise Sauerstoff, von einem Hochdruckzylinder bzw. einer Hochdruckflasche zugeführt wird, und einen Gasauslaß, durch den Gas an einen Druckminderer oder eine andere Armatur abgegeben wird. Der Einlaß ist mit einem Gewinde 2 versehen, mittels dessen das Ventil in einen Hochdruck-Sauerstoff-Zylinder bzw. in eine Hochdruck-Sauerstoff-Flasche eingeschraubt wird. Ein Einlaßkanal 3 ermöglicht das Einströmen von Gas von dem Zylinder bzw. der Flasche in das Ventilgehäuse. Ein Auslaß 4 ist mit einem Gewinde 5 zur Verbindung mit einer Ar-

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ma tür versehen. Innerhalb des Auslasses ist ein Auslaßkanal 6 ausgebildet. Eine Kappe 7 ist mittels Gewinde 8 auf das Ventilgehäuse 1 aufgeschraubt. Eine obere Spindel 9 erstreckt sich durch eine öffnung 1ο, die in der Kappe 7 vorgesehen ist, und endet in einer Gabel 11. Die obere Spindel 9 ist mittels einer kompressiblen Dichtung 12, die die Spindel in der Nähe der Öffnung 1o umgibt und auf einer Ventilgehäuses chu lter ruht, an der Kappe abgedichtet, so daß sich eine gasdichte Abdichtung ergibt.

Ein Ventilschaft 13 ist in einem Hohlraum 14 innerhalb des Ventilgehäuses 1 angebracht. Der Ventilschaft 13 weist eine Feder, einen Vorsprung, einen Keil o. dgl. 15 auf, die bzw. der sich in Eingriff mit der Gabel 11 befindet. Ein Handrad 16 ist an der oberen Spindel 9 befestigt, so daß man damit die obere Spindel 9 drehen kann. Der Ventilschaft 13 hat ein Gewinde 17 um seinen äußeren Umfang herum, das sich in Eingriff mit einem damit zusammenwirkenden Gewinde 18 befindet, welches innen im Ventilgehäuse 1 in dem Hohlraum 14 ausgebildet ist. Eine Drehung des Handrads 16 hat eine Drehung der oberen Spindel 9 und der Gabel 11 zur Folge. Da sich die Feder 15 in Eingriff mit der Gabel 11 befindet, wird auch der Ventilschaft 13 durch die Drehung des Handrads 16 gedreht. Es ist genügend axiales Spiel für den Ventilschaft 13 vorgesehen, damit sich letzterer aufgrund der Schraubenwirkung innerhalb des Ventilgehäuses bewegen kann, ohne daß irgendeine axiale Bewegung der oberen Spindel 9 erfolgt.

Ein ringförmiger, erhöhter Ventilsitz 19 steht im Boden des Hohlraums 14 vom Ventilkörper 1 nach aufwärts vor und umgibt den Einlaßkanal 3. Der Ventilsitz 19 umfaßt eine innere Umfangsoberflache 2o, eine äußere Umfangsoberflache 21 und eine sich seitlich bzw. quer erstreckende Abdichtungsoberfläche 22.

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Das untere Ende des Ventilschafts 13 hat eine sich um den Umfang herum erstreckende Ummantelung 23, die eine innere Umfangsoberflache 24 in der Nähe ihres unteren Endes besitzt. Die Ummantelung 23 bildet eine Ausnehmung im Ende des Ventilschafts 13 aus. Wenn sich der Ventilschaft in der geschlossenen Position befindet, wie in Fig. 2 gezeigt ist, umgibt die Oberfläche 24 eng bzw. dicht die Oberfläche 21. Vorzugsweise ist ein Spalt bzw. Spiel in der Größenordnung von o,o254 bis o,254 mm vorgesehen. Ein Hohlraum 25 ist im Boden des Ventilschafts 13 ausgebildet. Ein elastisches Dichtungsteil 26, beispielsweise aus Nylon oder einem anderen Kunststoff, ist innerhalb der Ausnehmung angebracht bzw. in die Ausnehmung eingelegt und befindet sich in Eingriff mit dem Ventilsitz 19. Das untere Ende des Dichtungsteils 26 weist einen konischen bzw. sich verjüngenden Vorsprung 27 auf, der sich in den Ventileinlaßkanal 3 hinein erstreckt.

Zur Druckentlastung bzw. zum Ablassen von Druck im Falle eines Feuers kann ein schmelzbarer Metallstopfen oder eine Zerreißscheibe 28 vorgesehen sein. Das schmelzbare Teil 28 wird mittels einer Gewindekupplung 29 an Ort und Stelle gehalten und befindet sich in Verbindung mit einem Zweigkanal 3o, der sich vom Einlaßkanal 3 aus erstreckt.

Das Ventil wird normalerweise mittels eines Gewindes 2 in die öffnung eines Zylinders bzw. einer Flasche für komprimiertes Gas eingeschraubt. Eine Armatur, die mit einem Druckminderer oder einer anderen Ausrüstung verbunden ist, wird auf das Gewinde 5 am Auslaß aufgeschraubt. Wenn das Handrad 16 so gedreht worden ist, daß das Ventil geschlossen ist, dann befindet sich der Ventilschaft 13 in der in Fig. 2 gezeigten Position. Das elastische Teil 26 wird gegen die obere Oberfläche 22 des Ventilsitzes 19 gedrückt, so daß eine Strömung vom Einlaßkanal 3 zum

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Auslaßkanal 6 verhindert wird. Der Vorsprung 25 ist verjüngt bzw. konisch ausgebildet und hat einen größeren Durchmesser an seinem Ursprung bzw. an der Stelle, an der er aus dem Dichtungsteil 26 vortritt, als an seinem äußersten Ende. Der Durchmesser am Ursprung ist vorzugsweise größer als der Durchmesser, der von der Wand 2o gebildet wird. Demgemäß besteht, wenn das Ventil, wie in Fig. 2 gezeigt ist, vollständig geschlossen ist, ein Eingriff, ein Übermaß bzw. eine Überlagerung zwischen dem Nylonteil 26 und der Wand 2o. In diesem Bereich wird ebenso wie zwischen dem Nylonteil 26 und der Abdichtungsoberfläche 22 eine Abdichtung ausgebildet.

Das Ventil wird durch Drehen des Handrads 16 geöffnet. Die Drehbewegung wird über die Spindel 9 und die Gabel 11 auf die Feder bzw. den Vorsprung 15 übertragen, wodurch eine Drehung des Ventilschafts 13 bewirkt wird. Die Drehung des Ventilschafts 13 im Gewinde 18 hat zur Folge, daß sich der Ventilschaft vom Sitz 19 weg bewegt, wie in Fig. 3 gezeigt ist. Wenn der Ventilschaft nach der offenen Position zu bewegt wird, entsteht ein Spiel zwischen der Oberfläche 22 und dem Nyloneinsatz 26, und dieses Spiel nimmt zu. Der Eingriff bzw. die Überlagerung zwischen der Wand 2o und dem Vorsprung 27 wird vermindert und es entsteht ein Spiel. Wenn das Spiel entsteht, beginnt Hochdruckgas vom Einlaß 3 durch den Spalt- bzw. Spielraum zwischen dem Nylonteil 26 und dem Ventilsitz 19 zu strömen. Das Gas geht dann durch den Spalt zwischen der Wand 21 und der Wand 24 in den Auslaßkanal 6. Der gewundene und beengte Weg, dem das Gas folgen muß, wenn es vom Einlaßkanal 3 zum Auslaßkanal 6 strömt, übt eine wesentliche Drosselungswirkung auf die Gasströmung aus, bis das Ventil bis zu einem wesentlichen Abstand geöffnet worden ist. Als Ergebnis dieser Verhältnisse hat das Ventil eine in unüblicher Weise beschränkte Strömungskapazität während des anfänglichen Öffnens des Ventils. Es

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ist daher möglich, das Ventil sicher "aufzuknacken" bzw. langsam zu öffnen und eine beschränkte Gasströmung sich j

stromabwärts durch den Auslaßkanal 6 bewegen zu lassen. j

Ein Ventil, das in der in den Figuren der Zeichnung darge- j stellten Weise aufgebaut ist, erfordert angenähert eine j

volle Umdrehung der Spindel, um eine im wesentlichen offene Position zu erreichen. Im Gegensatz hierzu wird die Strömungskapazität bei einem vergleichbaren Ventil von konventionellem Aufbau beim anfänglichen öffnen sehr schnell erhöht, und diese Strömungskapazität erreicht im wesentlichen den vollen Strömungsfluß in weniger als einer halben Umdrehung.

Obwohl das Ventil, das vorstehend beschrieben wurde, insbesondere beim Umgehen mit Hochdruckgasen, wie beispielsweise Sauerstoff, brauchbar bzw. vorteilhaft ist, ist der Aufbau auch beim Umgehen mit einem Gas, das sich zersetzen kann, beispielsweise Acetylen, vorteilhaft.

Das enge Spiel zwischen der äußeren Wand 21 des Ventilsitzes 19 und der inneren Fläche 24 der Ummantelung 23 bietet einen wesentlichen Bereich aus Metall angrenzend bzw. gegenüber irgendeiner Flammenfront. Das Metall hat auf diese Weise die Tendenz, irgendwelches Feuer, das in der Leitung auf der stromabwärtigen Seite des Ventils erzeugt werden kann, zu dämpfen und auszulöschen und zu verhindern, daß das Feuer in den Speicherzylinder bzw. die Speicherflasche oder vom Ventilsitz zur stromabwärtigen Seite zurückschlägt.

Obwohl die Erfindung anhand eines besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels erläutert und beschrieben worden ist, sei darauf hingewiesen, daß die Erfindung nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt ist, sondern innerhalb des Gegenstandes der Erfindung, wie er in den Ansprüchen zum Ausdruck kommt, sowie im Rahmen des allgemeinen Erfindungsgedan-

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kens auch in anderer Weise in verschiedenster Art ausgeführt werden kann.

Kurz zusammengefaßt wird durch die Erfindung ein Ventil zum Kontrollieren bzw. Steuern der Strömung von Gasen aus Hochdruckzylindern bzw. -flaschen zur Verfügung gestellt, das einen vorspringenden, erhöhten ringförmigen Ventilsitz hat, der-einen Gaskanal umgibt; einen Schaft, der sich im Gewindeeingriff mit dem Ventilgehäuse befindet, so daß sich der Ventilschaft durch Drehung desselben im Ventilgehäuse nach dem Ventilsitz hin und von letzterem weg bewegt; eine Umfangsummantelung, die sich von dem Ende des Ventilschafts aus erstreckt und den Ventilsitz umgibt, wenn das Ventil geschlossen und teilweise offen ist; ein elastisches Dichtungsteil, das innerhalb der Ausnehmung auf dem Ende des Ventilschafts, die durch die Ummantelung ausgebildet ist, angeordnet ist; wobei das elastische Dichtungs- bzw. Sitzteil einen verjüngten bzw. sich verjüngenden Vorsprung hat, der sich in den Gaseinlaßkanal· erstreckt, wenn sich das Ventil in der Schließposition befindet, und eine gasdichte Abdichtung zwischen dem Ventilschaft und dem Ventilsitz bewirkt.

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Claims

PATENTANWÄLTE

DR. WALTER KRAUS DIPLOMCHEMIKER · DR.-1NG. ANNEKÄTE WEISERT DIPL.-ING. FACHRICHTUNG CHEMIE IRMGARDSTRASSE 15 · D-8OOO MÜNCHEN 71 · TELEFON 089/797077-797078 · TELEX 05-212156 kpatd

TELEGRAMM KRAUSPATENT

2458 SP/BR

SUPERIOR VALVE COMPANY Washington/USA

Zylinderventil

PATENTANSPRÜCHE

M.) Zylinderventil mit einem Ventilgehäuse, das einen vorstehenden, erhöhten, ringförmigen Ventilsitz hat, der einen Gaskanal umgibt, sowie mit einem Ventilschaft, der sich im Gewindeeingriff mit dem Ventilgehäuse befindet, so daß eine Drehung des Ventilschafts in dem Ventikörper den Ventilschaft zum Ventilsitz hin und vom Ventilsitz weg bewegt, dadurch gekennzeichnet , daß sich eine Umfangsummantelung (23) vom Ende des Ventilschafts (13) aus erstreckt und den Ventilsitz (19) umgibt, wenn das Ventil geschlossen sowie teilweise offen ist; daß ein elastisches Dichtungsteil (26) innerhalb der Ausnehmung auf bzw. in dem Ende des Ventilschafts (13), die durch die Ummantelung (23) gebildet wird, angeordnet ist, und daß das elastische Dichtungsteil (26) einen sich verjüngenden bzw. konischen Vorsprung (27) hat,

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der sich in den Gaseinlaßkanal· (3) erstreckt, wenn das Ventil in der geschlossenen Position ist, und eine gasdichte Abdichtung zwischen dem Ventilschaft (13) und dem Ventilsitz (19) bildet.
2. Zylinderventil· nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Spiel· zwischen der Ummanteiung (23) auf bzw. an dem Ventiischaft (13) und dem Ventiisitz (19) die Gasströmung während wenigstens einer .gewissen Betätigung bzw. während wenigstens eines Teils des Betätigungsbereichs des Ventils beschränkt.
3. Zylinderventil· nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Spiel zwischen der Ummantelung (23) auf bzw. an dem Ventilschaft (13) und dem Ventilsitz (19) zwischen etwa o,o254 mm und etwa o,254 mm beträgt.
4. Zylinderventil nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß das elastische Dichtungsteil (26) in einem Überlagerungs- bzw. übermaßsitz mit dem Ventilsitz (19) ist, wenn sich das Ventil in der geschlossenen Position befindet.
5. Zylinderventil, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einem Ventilgehäuse, in dem sich ein Hohlraum befindet, einem ringförmigen Ventiisitz, der sich in den Hohiraum erstreckt und einen Gaskanal· für die Strömung von Gas durch das Ventil· umgibt, und mit einem Ventiischaft, der in Gewindeeingriff innerhaib des Hohlraums zur Bewegung nach dem Ventiisitz hin und von dem Ventiisitz weg angebracht ist, dadurch gekennzeichnet , daß eine Umfangsummantelung (23) auf bzw. an dem Ventiischaft (13) ausgebiidet ist, die sich nach dem Ventiisitz (19) zu erstreckt und den

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Ventilsitz (19) umgibt, wenn das Ventil geschlossen sowie j teilweise offen ist, und daß ein elastisches Dichtungs- ί

teil (26) innerhalb der Ausnehmung, die von der Ummante- ί

lung (23) gebildet wird, vorgesehen ist und einen sich verjüngenden bzw. konischen Vorsprung (27) hat, der in den Gaskanal (3) innerhalb des Ventilsitzes (19) hineinpaßt bzw. in Übermaßpassung eingreifen kann.
6. Zylinderventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß das Spiel zwischen der Ummantelung (23) und dem Ventilsitz (19) die Strömung von Gas durch das Ventil unter wenigstens einer gewissen Bedingung bzw. unter wenigstens einigen Bedingungen beschränkt.
7. Zylinderventil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet , daß das Spiel zwischen der Ummantelung (23) und dem Ventilsitz (19) zwischen etwa o,o254 mm und etwa o,254 mm beträgt.
8. Zylinderventil nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet , daß das elastische Dichtungsteil (26) durch den Ventilsitz (19) verformt wird, wenn sich das Ventil in der geschlossenen Position befindet.

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