DE3115182A1

DE3115182A1 - Vorrichtung zum verteilen einer vergussmasse wie zement in hohlkoerpern

Info

Publication number: DE3115182A1
Application number: DE19813115182
Authority: DE
Inventors: Morris Gene Baldridge; Lloyd Carter 73533 Duncan Okla. Knox; Bobby Lee Sullaway
Original assignee: Halliburton Co
Current assignee: Halliburton Co
Priority date: 1980-04-28
Filing date: 1981-04-15
Publication date: 1982-01-28
Also published as: BE888564A; AU6988181A; NL8101972A; NO811037L; US4320992A; GB2075097A; SE8101847L; DK187181A; BR8102037A

Description

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Dipl.-Phys. JÜKGHN WKISSE · Dipl.-Qicm. Dr. RUDOLF WOLöAb'3 5 ! ö

BOKENBUSCIi 41 · 0 5620VHl-BEKTn-LANGENBERG Postfach 110386 · Telefon: (02127) 4019 · Telex: 8516895

Patent anrne 1 jiu ng_

Halliburton Company, Duncan, Oklahoma, USA 15

Vorrichtung zum Verteilen einer Vergußmasse wie Zement in Hohlkörpern

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verteilen einer Vergußmasse wie Zement in Hohlkörpern, z.B. den Pfeilern einer im Meer stehenden Plattform.

In geographischen Gebieten, in denen Offshore-Plattformen Unterwasser-Schlammlawinen oder großen Schlammablagerungen um das Fundament der Plattform nach ihrer Verankerung herum ausgesetzt sind ,oder auch bei der Montage einer Plattform in Gebieten mit weichem und

schlammigen Boden, in den die Plattform tief einsinkt, ist es manchmal wünschenswert, die Rohrleitungen, durch die die Öl- oder Gasbohrungen von der Plattform aus gebohrt werden, zur Verhinderung ihrer Beschädigung in nn den Plattformpfeilern zu verlegen. Nach der Verlegung der Rohrleitungen in den Plattformpfeilern ist es zur Stabilisierung der Plattform wünschenswert, das Innere des Pfeilers mit einer hindurchgeführten Pfählung

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] und den darin verlegten Rohrleitungen mit Vergußmaterial wie Zement zu füllen und dadurch die Rohrleitungen in Position zu halten.

Normalerweise wird zum Zementieren des Innenraums von Plattformpfeilern ein Rohr soweit in den Pfeiler eingebracht, wie der Zementschlamm reichen soll, durch das dann Zement gepumpt wird, bis der Pfeiler teilweise oder vollständig mit Zement gefüllt ist. Bei nur teilweiser Füllung wird das Rohr nach dem Erhärten des Zements hochgezogen und der nächste Abschnitt des Pfeilers zementiert. Wenn dieses Verfahren und diese Vorrichtung auch einfach in der Anwendung sind, so ist es doch zeitraubend, und es ist schwierig, mit einem einzigen Zementrohr eine

"15 gleichförmige Verteilung des Zements im Innenraum des Pfeilers zu erreichen.

Der ϊίτ (inching U««ji '1Ic Aufqab'? '/.uy runde», eine Voi richtung zum Verteilen einer Vergußmasse wie Zement zu schaffen, das in den Stützpfeiler einer im Meer stehenden Plattform eingebaut werden kann, nachdem die Pfählung durch diesen hindurchgetrieben worden ist, so daß das Innorc! dor PfShIung des Sttitzpfoi lorü, in dem yyrbenen " falls Rohrleitungen verlegt sind, in einer Reihe von Stufen vergossen werden kann, wobei jede Stufe eine durchgehend gleichförmige Verteilung von Vergußmasse aufweist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine erste die Vergußmasse verteilende Ringanordnung enthaltend eine zentrale H(Sl se mit- einer Mehrzahl von öffnungen, radial verlaufende Leitungen, die mit jeweils einem Ende so an der zentralen Hülse befestigt sind, daß durch die Mehrzahl von Öffnungen hindurch eine Verbindung zwischen dem Inneren der zentralen Hülse nnÜ d&m Inneren jeder dt=r radial y»rlaufenden Loi tungen hergestellt ist, und bogenförmige Leitungen,

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welche die anderen Enden der radial verlaufenden Leitungen miteinander verbinden und dadurch eine Verbindung zwischen dem Inneren der radial verlaufenden Leitungen und dem Inneren der bogenförmigen Leitungen herstellen und in welchen eine Mehrzahl von Öffnungen gebildet ist, und eine Leitung, welche an einem Ende mit der zentralen Hülfje der ersten die Vergußmasse verteilenden Ringanordnung verbunden ist und so mit dem Inneren der zentralen Hülse in Verbindung steht.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert:

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer

im Inneren eines Pfeilermantels mit hindurchgetriebener Pfählung eingebauten Vorrichtung zur Verteilung von Zement,

Fig. 2 zeigt einen Schnitt entlang der Linie 2-2

in Figur 1 durch ein in der Vorrichtung von Figur 1 verwendetes Ventil.

Figur 1 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der *" vorliegenden Erfindung.

Der Pfeilermantel 1 einer schwimmenden Plattform umhüllt eine Pfählung 2. Durch die in der Pfählung 2 eingebaute

Zement-Verteilanlage 10 führt ein Zuleitungsrohr 3. 30

Die Zement-Verteileranlage 10 weist eine Mehrzahl von mit einer Mehrzahl von Zement-Verteilerringen 14 verbundenen Rohren oder Leitungen 12 auf.

Die Rohre oder Leitungen 12 können von bequem verfügbarer Art sein.

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Jeder Zement-Verteilerring weist eine zentrale Hülse 16 mit einer Mehrzahl von radial von ihm ausgehenden und mit ihm verbundenen Leitungen 18 auf, die ihrerseits an ihrem .indoren Ende ein T-Stück 20 tragen, durch das sie mittels einer bogenförmigen T.filling 22 mit den boiden jeweils benachbarten, sich radial erstreckenden Leitungen 18 verbunden sind. Zur strukturellen Stabilisierung erstreckt sich eine Mehrzahl von Stützen 24 von jeder sich radial erstreckenden Leitung 18 zu der an der zentralen Hülse 16 befestigten Leitung 12. Die Stützen 24 können auf irgendeine passende Weise, zum Beispiel durch Schweißen, befestigt werden.

Jede der sich radial nach außen erstreckenden Leitungen '5 18 weist eine Mehrzahl von Öffnungen 26 auf, durch die der Zement austreten kann. Ebenfalls weist jede der bogenförmigen Verbindungsleitungen 22 eine Mehrzahl von Öffnungen 28 auf, durch die der Zement austreten kann.

^O Die Stützen 24 können an der zentralen Hülse 16 oder an der Leitung 12 befestigt werden und sich von den sich radial nach außen erstreckenden Leitungen 10 entweder nach oben oder nach unten erstrecken.

^D Die sich radial nach außen erstreckenden Leitungen 18 können von jeder gewünschten Länge sein, enden jedoch bevorzugt in unmittelbarer Nähe der Innenwand der Pfählung 3, so daß beim Verbinden der bogenförmigen Leitungen 22 mit den auf die Enden der sich radial nach

außen erstreckenden Leitungen 18 aufgesteckten T-Stücken 20 eine ringförmige Leitung gebildet wird, die in unmittelbarer Nähe der Innenwand der Pfählung 2 verläuft und ein gleichförmiges Austreten des Zements erlaubt.

Selbstverständlich sind die Öffnungen 26 in den sich radial nach außen erstreckenden Leitungen 18 und die

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Öffnungen 28 in den bogenförmigen Leitungen so bernessen, daß der Zement gleichförmig austreten kann.

Die zentrale Hülse 16 weist ein rohrförmiges Teil auf. Gegebenenfalls kann die zentrale Hülse 16 ein Schieber ventil 30 enthalten.

Figur 2 zeigt das in die zentrale Hülse 16 einbaubare Schieberventil 30 im Schnitt. Das Schieberventil 30 enthält einen oberen Teil 32, einen unteren Teil 34, einen zylindrischen Teil 36, ein Endstück 38 und eine Hülse 40.

Der obere Teil 32 weist ein zylindrisches Glied auf, '5 dessen äußerer Durchmesser im wesentlichen dem inneren Durchmesser der zentralen Hülse 16 entspricht und das mit einer konischen Bohrung 42 und einer zylindrischen Bohrung 44 versehen ist. Der obere Teil 32 kann auf geeignete Weise, z.B. durch Schweißen, an der zentralen

^iKi Hülse 16 befestigt werden.

Der untere Teil 34 weist ein zylindrisches Glied auf, dessen äußerer Durchmesser im wesentlichen dem inneren

Durchmesser der zentralen Hülse 16 entspricht und das nc

mit einer hindurchgehenden zylindrischen Bohrung 46 versehen ist. Der untere Teil 34 kann auf geeignete Weise, z.B. durch Schweißen, an der zentralen Hülse 16 befestigt werden.

Der zylindrische Teil 36 umfaßt ein längliches zylindrisches Glied mit einer Mehrzahl von mit Gewinde versehenen Öffnungen 48, die ein Mehrzahl von mit Gewinde versehenen Scherstiften 50 aufnehmen, und mit einer Mehrzahl von Öffnungen 52. Erforderlichenfalls kann das

obere Ende des zylindrischen Teils 36 in der Bohrung

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πι it einer ringförmigen, sich verjüngenden Oberfläche versehen sein. Der zylindrische Teil 36 kann am oberen Teil 32 im Bereich der Kreuzung von konischer Bohrung 42 und zylindrischer Bohrung 44 auf geeignete Weise, z.B. durch Schweißen, befestigt werden.

Das Endstück 38 umfaßt ein zylindrisches Glied mit einem ersten zylindrischen Abschnitt 56 von im wesentlichen gleichem Durchmesser wie die Bohrung durch den zylindrischen Teil 36 mit einer aufgesetzten Schulter 58, und mit einem zweiten zylindrischen Abschnitt 60 von im wesentlichen gleichem Durchmesser wie die zylindrische Bohrung 4 6 durch den unteren Teil 34 mit einer hindurchgehenden Bohrung 62. Das Endstück 38 kann am unteren Ende des zylindrischen Teils 36 und am unteren Teil auf geeignete Weise, z.B. durch Schweißen, befestigt werden.

Die Hülse 40 umfaßt ein längliches zylindrisches Glied von im wesentlichen gleichem äußeren Durchmesser wie die Bohrung durch den zylindrischen Teil 36 und eine hindurchgehende Bohrung 64. Auf der äußeren Oberfläche der Hülse 40 ist eine Mehrzahl von in ringförmigen Dichtungshohlräumen 68 aufgenommenen Dichtungen 66 vorgesehen. Ebenfalls in der äußeren Oberfläche der Hülse 40 vorgesehen ist eine Mehrzahl von Sacklochbohrungen oder Ringnuten 70, die jeweils einen Abschnitt der mit Gewinde versehenen Scherstifte 50 aufnehmen. Wie dargestellt, sind die Dichtungen 66 beim Einsetzen der Hülse 40 in den zylindrischen Teil 36 in einer ersten Stellung, in der die Ringnuten 70 eingreifen, so positioniert, daß die Dichtungen 66 zur Isolierung der öffnungen 52 gegen jeden Flüssigkeitsdurchtritt abdichtend in die Bohrungen des zylindrischen Teils 36 eingreifen.

Die Dichtungen 66 können aus Dichtungen jeglicher geeigneten Art, wie z.B. aus elastischen 0-Ringen, bestehen.

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Wie dargestellt, enthält der Einlaß der Bohrung 64 durch die Hülse 40 eine ringförmige, sich verjüngende Oberfläche 72, und die äußere Oberfläche an einem ihrer Enden eine ringförmige, sich verjüngende Oberfläche 74.

Wie Figur 1 zeigt, werden bei Verwendung der Zernent-Verteileranlage 10 die Zeinent-Verteilerringe 14 mit den zugehörigen Leitungen 12 beim Verlegen und Einführen der Rohrleitungen 3 in die Pfählung 2 im Pfeilermantel 1 einer im Meer stehenden Plattform zusammen und gleichzeitig mit den Rohrleitungen 3 verlegt und eingeführt. Selbstverständlich wird der erste zusammen mit den Rohrleitungen 3 in der Pfählung 2 und Pfeilermantel 1 eingeführte Zement-Verteilerring 14 das untere Ende der zentralen Hülse 16 zur Vermeidung von Flüssigkeitsdurchtritt abdichten, da er mit keiner Verbindungsleitung 12 verbunden ist. Ebenso selbstverständlich enthält der erste Zement-Verteilerring 14 gewöhnlich kein Schieberventil 30, so daß in das zentrale Hülsenglied eintretende Flüssigkeit direkt vom zentralen HülBenglied 16 in die Leitungen 18 fließt.

In jeder gewünschten Stellung oberhalb des ersten Zement-Verteilerrings 14 ist entlang der Rohrleitungen im Inneren der Pfählung in einem Pfeilermantel 1 ein weiterer Zement-Verteilerring 14" mit einem Schieberventil 30 einbaubar.

Figur 1 verdeutlicht das oben beschriebene Verfahren zur Zementierung des Inneren einer Pfählung 2 mit einer Mehrzahl von Rohrleitungen 3 und einer Zement-Verteileranlage 10 mit zwei Zement-Verteilerringen 14 und 14'. Nach dem Verlegen der Rohrleitungen 3 und der Zement-Verteileranlage 10 in der Pfählung 2 wird der Zement zu Anfang durch die Leitungen 12 in den ersten

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Zement-Verteilerring 14 gepumpt und fließt dann durch die Öffnungen 26 und 28 in den sich radial nach außen erstreckenden Leitungen 18 bzw. in den bogenförmigen Leitungen 22 in das Innere der Piählung 2. Wenn die gewünschte Menge Zement in das Innere der Pfählung 2 eingebracht worden ist, wird das Pumpen unterbrochen und das Erhärten des Zements ermöglicht, durch den sich jm Inneren der Pfählung 2 ein das Innere der Pfählung 2 mit den Rohrleitungen 3 abdichtender Pfropfen bildet. 10

Wird nach dem Erhärten des ersten Zementpfropfens die Zementierung des übrigen Innenraums der Pfählung 2 gewünscht, wird eine Kugel von im wesentlichen gleichem Durchmesser wie die Bohrung durch den zylindrischen Teil 30 des in der zentralen Hülse 16 des Zement-Verteilerrings 14 eingebauten Schieberventils 30 durch Pumpen oder freies Fallen in die Leitung 12 eingebracht, bis sie abdichtend an der ringförmigen, sich verjüngenden Oberfläche 72 der Hülse 40 des Schieberventils 30

*® anliegt. (Fig. 2 zeigt die Kugel in gestrichelten Linien.) Nach dem abdichtenden Anliegen der Kugel an der ringförmigen sich verjüngenden Oberfläche 72 erhöht sich der Flüssigkeitsdruck in der Leitung 12, bis der erhöhte Flüssigkeitsdruck das Abscheren der Scherstifte "* 50 verursacht, die die den Durchtritt der Flüssigkeit durch die Öffnungen 52 blockierende Hülse 40 im zylindrischen Teil 36 in einer ersten Stellung halten, wodurch die Hülse 40 durch den zylindrischen Teil 36 in eine zweite Position bewegt wird, bei der die Öffnungen 52

zum Durchtritt der Flüssigkeit geöffnet werden.

Nachdem auf diese Weise der Flüssigkeitsdurchfluß durch den Zement-Verteilerring 14' mit Schieberventil 30 ermöglicht worden ist, wird wieder Zement durch die

Leitungen 12 und durch den Zement-Verteilerring 14' ins Innere der Pfählung 2 gepumpt, bis das Innere der Pfählung 2 mit den Zuleitungsrohren 3 auf den gewünschten Stand angefüllt ist. An dieser Stelle läßt man

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den Zement sich wieder erhärten, wodurch das Innere der Pfählung 2 vollständig abgedichtet und aus der Pfählung 2, den Zuleitungsrohren 3 und der Zement-Verteileranlage 10 eine einheitliche Struktur gebildet wird. 5

Wenn die Verwendung von mehr als zwei Zement-Verteilerringen 14 in der Zement-Verteileranlage 10 gewünscht wird, brauchen, während der erste oder zuunterst liegende Zement-Verteilerring 14 kein Schieberventil 30 aufweist, dessen eines Ende den Flüssigkeitsdurchfluß blockierte, die weiter oben liegenden Zement-Verteilerringe 14* nur Schieberventile 30 zu enthalten, die von Kugeln verschiedenen Durchmessers betätigt werden, wobei das Schieberventil 30 mit dem kleinsten Kugel-

'5 durchmesser nach dem ersten Zement-Verteilerring 14 montiert wird.

Selbstverständlich kann, erforderlichenfalls, der erste Zement-Verteilerring 14 mit einem Schieberventi] 30 ^ eingerichtet werden. In diesem muß das Schieberventil 30 des ersten Zement-Verteilerrings 14 mit einer kleineren Kugel als die der anderen Zement-Verteilerringe 14' betätigt werden. Außerdem muß, zum gleichförmigen

Füllen des Inneren der Pfählung 2 mit Zement anstelle nc ^ eines einfachen Pumpens des Zements durch ein Ende der zentralen Hülse 16, die Hülse 40 in dem Schieberventil 30 so betätigt werden, daß der Zement von den sich radial nach außen erstreckenden Leitungen 18 durch die bogenförmigen Leitungen 22 fließt.

Außerdem kann erforderlichenfalls das Schieberventil 30 dahingehend verändert werden, daß es statt durch eine Kugel durch einen Zementpfropfen oder ähnliches betätigt werden kann.

Wie das Vorhergehende zeigt, bietet die Zement-Verteileranlage der vorliegenden Erfindung Vorteile wie

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Ϊ einfache und unaufwendige Bauweise, einfache Benutzung, Eignung zur Zementierung von Hohlräumen jeden Volumens bei richtiyer Einrichtung und Anzahl der Zement-Verteilerringe, und Eignung für jede Größe von Pfeilerstruk-

5 türen und ähnlichem.

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Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Verteilen einer Vergußmasse wie Zement in Hohlkörpern, z.B. den Pfeilern einer im Meer stehenden Plattform, gekennzeichnet durch

(a) eine erste die Vergußmasse verteilende Ringanordnung enthaltend 15

(a..) eine zentrale Hülse (16) mit einer Mehrzahl von öffnungen

(a_) radial verlaufende Leitungen (18), die

mit jeweils einem Ende so an der zentralen

Hülse befestigt sind, daß durch die Mehrzahl von öffnungen hindurch eine Verbindung zwischen dem Inneren der zentralen

Hülse und dem Inneren jeder der radial

verlaufenden Leitungen hergestellt ist,

und

(a₃) bogenförmige Leitungen (22) , welche die

anderen Enden der radial verlaufenden

Leitungen miteinander verbinden und

dadurch eine Verbindung zwischen dem Inneren der radial verlaufenden Leitungen und dem Inneren der bogenförmigen Leitungen herstellen und in welchen eine 35

Mehrzahl von öffnungen gebildet ist, und

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(b) eine Leitung (12), welche an einem Ende mit der zentralen Hülse der erste die Vergußmasse verteilenden Ringanordnung verbunden ist und so mit dem Inneren der zentralen Hülse in Verbindung steht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste die Vergußmasse verteilende Ringanordnung Verstärkungsmittel (24) aufweist, die mit den radial verlaufenden Leitungen und der zentralen Hülse verbunden sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste die Vergußmasse verteilende Ringanordnung Verstärkungsmittel aufweist, die mit den bogenförmigen Leitungen und der zentralen Hülse verbunden sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da-

durch gekennzeichnet, daß die erste die Vergußmasse verteilende Ringanordnung Verstärkungsmittel aufweist, die mit den radial verlaufenden Leitungen und der mit der zentralen Hülse verbundenen Leitung

verbunden sind.
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5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Ende der zentralen Hülse abgedichtet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

gekennzeichnet durch

(a) eine zweite die Vergußmasse verteilende Ringanordnung enthaltend

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(a.) eine zentrale Hülse (16) mit einer

Mehrzahl von öffnungen, in welchem ein Schieberventil (30) angeordnet ist und deren eines Ende mit der Leitung (12) verbunden ist, die mit der zentralen

Hülse (16) der ersten Ringanordnung verbunden ist,

(a~) radial verlaufende Leitungen (18), die mit jeweils einem Ende so an der zentralen Hülse (16) befestigt sind, daß nach Betätigung der Ventilschieberhülse in der zentralen Hülse eine Verbindung zwischen dem Inneren jeder der radial verlaufenden Leitungen hergestellt ist, und

(a,) bogenförmige Leitungen (22) , welche die anderen Enden der radial verlaufenden Leitungen (18) miteinander verbinden und dadurch eine Verbindung zwischen dem

Inneren der radial verlaufenden Leitungen (18) und dem Inneren der bogenförmigen Leitungen (22) herstellen und in welchen eine Mehrzahl von Öffnungen (28) gebildet ist, und

(b) eine Leitung (12) die mit dem anderen Ende der zentralen Hülse (16) der zweiten, die Vergußmasse verteilenden Ringanordnung verbunden ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite die Vergußmasse verteilende Ringanordnung Verstärkungsmittel aufweist, die mit der

zentralen Hülse verbunden sind.

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8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite die Vergußmasse verteilende Ringanordnung Verstärkungsmittel (24) aufweist, die mit der Leitung (12) verbunden sind, welche mit dem anderen Ende der zentralen Hülse verbunden ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in den radial verlaufenden Leitungen (18) der ersten die Vergußmasse verteilenden Ringanordnung und den radial verlaufenden Leitungen (18) der zweiten die Vergußmasse verteilenden Ringanordnung Durchbrüche (26) vorgesehen

sind.
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10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die erste die Vergußmasse verteilende Ringanordnung ein Schieberventil

(30) enthält.
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11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das oder jedes Schieberventil

(a) einen oberen Teil (32) aufweist, der an der

zentralen Hülse (16) der betreffenden die Vergußmasse verteilenden Ringanordnung befestigt ist,

(b) einen unteren Teil (34), der an der zentralen

Hülse der betreffenden die Vergußmasse verteilenden Ringanordnung befestigt ist,

(c) einen zylindrischen Teil (36) , der eine Mehrzahl von Durchbrüchen aufweist und mit einem Ende an dem oberen Teil (32) befestigt ist,

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(d) ein Endstück (38), das an dem anderen Ende des zylindrischen Teils (36) und dem unteren Teil (34) befestigt ist, und

(e) eine Hülse (40), die gleitbeweglich in dem zylindrischen Teil (36) in dichtender Anlage an diesem geführt ist.

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