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Kugelrückschlagventil. Die Erfindung bezieht sich auf Ventile zum
Steuern der Strömung in Hydraulikkreisläufen und betrifft insbesondere Kugelrückschlagventile,
welche den Durchfluß in der einen Richtung ßperren, während sie ihn in-der entgegengesetzten
Richtung freigeben.
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Rückschlagventile, die.einen kugelförmigen oder Kugelkörper als Verschlußkörper
aufweisen, haben sich wegen ihrer langen Lebensdauer selbst bei die Erosion fördernden
Bedingungen als außerordentlich brauchbar erwiesen. Die lange Lebensdauer solcher
Ventile wird wenigstens zum Teil der ihnen eigentümlichen Eigenschaft zugesehrieben,
beim Schließen
des
Ventils jedes und eine andere dichtende Fläche darzubieten.
Damit dies bei jedem Schließen des Ventils der Fall ist, mu$ i die als Absehlußkörper
wirkende Kugel sich in jeder Ebene frei im Ventil drehen können.
In
den meisten Anwendungsfällen von Rückschlagventilen ist es sehr erwünscht, wenn
nicht sogar zwingend, daß das Ventil bei einem Zurückströmen der Flüssigkeit durch
das Ventil praktisch sofort schließt. Bin völlig freibeweglicher Kugelaperrkcirper
hat zwar den Vorteil! dafl er bei jedem Ventilsohlußeine andere dichtende Fläche
darbietet, jedoch führt er nicht immer den gewünschten augenblicklichen Ventilsohluß
herbei. Die meistens wedn nicht alle, bisher gebauten Kugelrüekschlagventile besitzen
irgendeine Einrichtung, um den gugelaperrkörper bei seiner Bewegung auf den Ventilsitz
zu führen, um- den gewünschten vollständigen und sofortigen Ventilschluß herbeizuführen.
Im allgemeinen haben solche Ventile nicht nur eine Führung mit einer Endstellung
der Ventilkugel in der Offenstellung der Ventile, sondern auch eine Führung
unmittelbar im Bereich des Sitzes, um bei Aufsetzen der Kugel auf den Sitz eine
genaue Ausrichtung zu gewährleisten.
| Wegen der Forderung nach einem sofortigeI:t und vollstän- |
| en |
| digen Ventilschluß mußten bisher die Führungen relativ/tole- |
riert sein. Bekanntlich sind die Herstellungskosten eines Ventils in erheblichem
Maße von den einzuhaltenden Toleranzen abhängig. Die Aufgabe, enge Toleranzen einzuhalten,
wird bei Kugelrückachlagventilen weiter dadurch kompliziert, daB der Ventilsitz
sehr häufig in einem Teil des Ventilkörpers und die die Kugel in einem anderen Teil
des Ventilkörpers angeordnet sind. Im allgemeinen sind .die beiden Teile mittels
Gewinde miteinander verschraubt. Um das
Toleranzproblem zu erleichtern,
besitzen manche Ventile einen Ventilsitz, der sich in begrenztem biaß bewegen oder
drehen kann, um Fluchtungefehler zwischen den Kugelführungen und dem Ventilsitz
auszugleichen. Die Anordnung des beweglichen Ventilsitzes kompliziert das Ventil
jedoch insofern, als ein zusätzliches bewegendes Teil erforderlich ist, das selbst
wieder in relativ engen Toleranzen zu halten ist. Die komplexere Ausführungsform
mit dem beweglichen Ventilsitz führt auch zu höheren Kosten
für das Ventil,
obwohl
sie
unter Umständen die Toleranzforderungen herabzusetzen
gestattet,
RUckschlagventile mit auf einen Metallsitz aufsetzender Letallkugel
haben wegen Deformation oder "Ausschlagene" des Ventilsitzes nach wiederholter Tätigkeit
oft nur eine be-`r`nzte Lebensdauer.
Der Ausfall solcher Ventile rührt
im
allgemeinen daher, daßa die Ventildichtung - normalerweise ein
| am Ventilsitz befestigtes elastischen Teil -
die Ventilkugel |
| der |
| in/Stellung, die sie einnimmt, wenn sie von den ausgesahla- |
genen Ventilsitz gehalten ist, nicht abdichtend erfaßt. Unter diesen Umständen kann
vielleicht
ein sofortiger Ventilechluß erhalten werden, jedoch wird, wenn
die Kugel auf ihrem Sitz aufsitzt, Flüssigkeit zwischen Dichtung und Kugel hindurchtreten.
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Ein gemäß der Erfindung ausgebildetes KugelrUckschlagventil sieht
die Verwendung einer Dichtung vor mit einem am Ventilgehäuse abdichtend anliegenden
äußeren Umfangsteil, einem an der Ventilkugel mit abdichtender Wirkung angreifenden
inneren
Umfangsteil und einem die beiden Umfangsteile verbindenden
elastischen Abschnitt. Der Verbindungsabschnitt ist aus einem relativ dünnen elastischen
Material hergestellt und läßt so eine Relativbewegung zwischen den beiden genannten
Umfangsteilen zu, so daß der innere Umfangsteil der Dichtung die Ventilkugel dichtend
umfaßt, auch wenn Ventilkugel und Dichtung nicht miteinander fluchten. Eine derartige
in einem Kugelrückschlagventil benutzte Einrichtung verringert die notwandige Sorgfalt,
die auf die Kugelführung verwendet werden muß, wodurch die Kosten vermindert und
die Arbeitsweise des hückeohlagventils verbessert wird.
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Zweck der Erfindung ist daher, ein Rückschlagventil zu schaffene das
bei geringen Drücken-wirksam schließt und bei hohen Drücken geschlossen bleibt.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es,-ein Rückschlagventil
mit einer Dichtung zu schaffen, welche einen Fluchtungs-Fehler
zwischen Ventilkugel und Dichtung ausgleicht.
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Weiter ist es Ziel der Erfindung, eine Dichtung zu schaffen,
die eine Relativbewegung zwischen den abdichtenden Teilen der Dichtung gestattet,
um eine flüssigkeitsdichte Abdichtung zu gewährleisten.
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Noch ein anderes Ziel der Erfindung ist es, eine Dichtung zur Verwendung
in einem Rückschlagventil zu schaffen, die einen relativ behaglichen, auf Druck
ansprechenden Dichtungsteil aufweist, tri. welchem die Ventilkugel abdichtend erfaßt
r,ird.
Ein noch weiteres Ziiel der Erfindung ist es,.ein Rückschlagventil
mit einem Ventüsit z zum Abbremsen der Bewegung einer Ventilkugel und mit einer
auf Druck ansprechenden im Ventil angeordneten Dichtung zu schaffen, welche die
Ventilkugel während der gesamten Verwendungsdauer des Ventilsitzes abdichtend erfaßt.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen an mehreren
Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Es zeigen: Fig.1 ein Rückschlagventil gemäß der Erfindung in einem
Längsschnitt; F!g.2 einen Querschnitt längs der Linie 2-2 des Rückschlagventils
nach Fig.1; Fiä.3 einen vergrößert dargestellten @@uerschnitt einer bevorzugten
Ausführungsform einer Dichtung für das Rü.ck.-schlagventil gemäß der Erfindung;
Fig.4 einen vergrößerten dargestellten Teil des Rückschlagventils nach Fig.1, welcher
die relativen Abmessungen der Ventilkugel und der Dichtung zeigt; Fig.5 einen Schnitt
ähnlich Fig.4, jedoch mit der Ventilkugel bei Beginn ihrer abdichtenden Berührung
mit der Dichtung
Fig"6 einen Schnitt ähnlich Pig.5! wobei jedoch
die Ventilkugel und die Dichtung in der Stellung dargestellt sindy die sie unter
der Einwirkung relativ hoher Dräcke einnehmen und Fig.7 einen Schnitt ähnlich Fiü.6,
jedoch mit einer alternativen Ausführungsform des Ventilsitzes und der Dichtung.
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In Fig.1 ist ein im ganzen mit der 3ezugszi-'.fer 10 bezeichnetes
Rücksehlagventil gezeigt. Das tcückschl--gventil 10 umfaßt ein Ventilgeh-iuse 12
mit einem Gewinde 1e. =an einem Ende. Eine Anschluiäbuchse 16 mit einem- dem sewinde
1$ entsprechenden Außengewinde ist in das VentilgehUuse 12 einfeschraubt. bei in
das Ventilgehäuse 12 eingeschrriubter Zuchse 16 bildet die Bohrung 18 der Buchse
den Einlaßkanal des Ventils 10. Mit dem Einlaßkana@ 18 und einem Auslaßkanal 22
in dem dem Gewinde 14 entgegengesetzten Ende des Ventilgehäuses 12 steht eine vergrößerte
Aufnahmekammer 20 für lie Kugel in Verbindung. Sowohl der Einla2kanal 18 als auch
der Auslaßkanal 22 weisen ein Gewinde auf, mit denen das Rä.ckschlagventil an Teile
eines nicht gezeigten Flüssigkeitsnetzes angeschlossen werden kann. Es sei bemerkt,
daß für die Einfügung des Ventils 10 in ein solches Flüssigkeitsnetz auch beliebig
andere Einrichtungen wie Flansche oder Muffen vorgesehen sein können.
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In der Kammer 20 ist eine Ventilkugel 24 angeor.lnet, die durch parallel
im Abstand zueinander verlaufend:: fiIhrun-
=cri 26 in bestitc.r.ten
Grenzen gehalten .-""ird, was deutlicher iL: -,#ig.2 sichtbar ist. Wie zu erkennen
ist, sind die Führ.it"t~eti 26 an gegenüberliegenden Seiten der Kammer 20 ausgebz.liet
und erstrecken sich im Winkel zur Waagerechten, um o -feneff. Ventil die Kugel 24
aufwärts in eine Aufnahmet_;:Lt@ e 25 am oberen Ende der Kammer 2D über die Höhe
des Einlpssc::3 18 und des Auslasses 22 zu fuhren, wie im folgenden be;:ciiibberi
wird. Außerdem ragt eine Führung 28 vom Ventilgeh::u;:e 12 in den unteren Teil der
Kammer 20 hinein, welche vorgesehen ist, um das Führen der Ventilkugel 24 zum riähtigen
Fluchten und Zusam enwirken mit einem Ventilsitz 30 und einer Dichtung 32 zu unterstützen.
Die Dichtung 32 ist in einer im Ventilgehäuse 12 vc.-gesehanen Ausdrehung
34 angeordnet und wird in dem Ventilgehäuse zwischen einer Stirnfläche 36 der Buchse
16 und der
Fläche 38 der Ausdrehung 34 festgehalten. Der Ventilsitz 30 ist
in einer an der Innenseite der Buehee 16 ausgebildeten Aasdrehung .*0 angeordnet,
und wird durch Berührung mit der Buchse 16 und der Dichtung 32 in der gezeigten
Stellung festzehalten. Falls gewünscht! kann der Ventilsitz 30 auch mit der Buchse
16 aus einem Stück bestehen. Im allgemeinen wird man jedoch den Sitz 30 während
der Verwendungsdauer des Ventils 10 ersetzen müssen; bei der bevorzugten Ausführungsform
des Ventils 10 ist deshalb ein besonderer Ventilsitzring 30 vorgesehen. Fig.3 zeigt
die bevorzugte xusfährun`sform der Dichtung 211 welche in dem Riicksc_ilagventil
1 L verwendet wer lea k2 !in.
Wie man sieht, umfaßt die Dichtung
32 einen auf Druck ansprechenden inneren Umfangsteil 42, der einen wulstartigen
Rand hat, der vom Sitz 30 wegragt. Sie umfaßt ferner einen äußeren Umfangsteil 44,
mit welchem sie mit dem Ventilgehäuse 12, der Buchse 16 und dem Ventilsitz
30 abdichtend in Berührung steht. Ein Verbindungsteil 46 'verbindet den inneren
Umfangsteil 42 mit dem äußeren Umfangsteil 44. Wie zu sehen ist, ist das Verbindungsteil
46 im Vergleich mit den übrigen Teilen der Dichtung 32 relativ dünn und dazu bestimmt,
eine Relativbewegung zwischen dem inneren Umfangs.-teil 42 und dem äußeren Umfangsteil
44 zuzulassen. Der äußere Umfangsteil 44 ist mit zwei ringförmigen wuletartigen
Vorsprüngen 47 versehen, die in entgegengesetzte Richtung weisen, um mit
der Fläche 36 der Buchse 16 und der Fläche 38 der Ausdrehung 34 im Ventilgehäuse
12 zusammenzuwirken. Die Randwulste 47 werden beim Zusammenbau des Ventils 10 zu-sammengedrückt
und bilden dadurch eine flüssigkeitsdichte Abdichtung, um das Durchsickern von Leckflüssigkeit
aus dem Inneren des Ventils 10 durch die Gewindegänge 14 zu ver-hindern.
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Der äußere Umfangsteil 44 des Dichtungssatzes 32 umfaflt ferner
einen Verstärkungsring 52, welcher dazu dient, die Dichtung im Rückschlagventil
10 formschlüssig festzuhalten. Wie gezeigt, erstreckt sich zwischen dem Verbindungsteil
46 und den Randwulsten 47 ein Teil 54 geringer Stärke des elastischen Dichtungsmaterials,
um eine Abdichtung zwischen dem Ventilsitz 30 und der Dichtung 32 herbeizuführen.
Fig.4
zeigt die Größenverhältnisse
des inneren Umfangsteils 42, der Dichtung 32 zu der Ventilkugel 24, die mit gestrichelter
Linie dargestellt ist. Wie man . sehen kann, ist der Innendurchmesser des inneren
Umfangsteils 42 merklich kleiner als der Durchmesser der Ventilkugel 24, so daß
der erste abdichtende Kontakt des inneren Umfangsteils 42 mit der Ventilkugel 24
bereits stattfindet, bevor die Ventilkugel 24 mit dem Ventilsitz 30 in Berührung
kommt (Fig.5). Die Wichtigkeit des Größenverhältnisses der Dichtung 32 zu der Ventilkugel
24 wird bei der Beschreibung der Wirkungsweise des Rückschlagventils 10 näher
erläutert.
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Wenn das Rückschlaguentil 10 in ein (nicht gezeigtes) Hydrauliknetz
eingebaut ist, kann Flüssigkeit durch den Einlaßkanal 18, die Kammer 20 und von
dort durch den Auslaßkanal 22 strömen. Bei in dieser Richtung strömender Flüssigkeit
bewegt sich die Ventilkugel 24 aufwärts in die Tasche 25, wie dies in Fig.1 durch
die gestrichelte Linie angezeigt ist. Endet das Durchströmen des Rückschlagventils
10 oder tritt ein Rückströmen von Flüssigkeit ein, so bewegt sich die Ventilkugel
24 infolge ihres Gewichts entlang der Führung 26 abwärts, bis sie mit der Führung
28 in Berührung kommt. Nach Berührung der Führung 28 wird die Kugel 24 zu der Dichtung
32 und dem Ventilsitz 30 hingeführt. Sobald die Kugel 24 mit dem inneren Umfangsteil
42 der Dichtung 32 in Berührung kommt, ist eine flüssigkeitsdichte Abdichtung zwischen
diesen Teilen,hergeitellt, wie in Fig. 5 gezeigt ist.
Es ist wichtig,
darauf hinzuweisen, daß bei den bekannten Kugelrückschlagventilen,die Fluchtung
zwischen der KugelfUhrung und dem Sitz und der Dichtung in sehr engen Toleranzen
gehalten werden mute, um gleich beim ersten Kontakt zwischen der Ventilkugel und
dem Sitz eine flüssigkeitsdichte Abdichtung zu erreichen. :Wenn bei einem
gentil gemäß der Erfindung jedoch Pluchtungsfehler zwischen der Fährung 28 und der
Dichtung 32 und/oder dem Ventilsitz 30 vorhanden sein sollten, verformt die Ventilkugel
24 bei dem ersten Kontakt mit dem inneren Umfangsteil 42 der Dichtung >2 der Verbindungsteil
46 so, daß der innere Umfangsteil 42 in der Weise bewegt wird, daß er. eine durchgehende
Berührungsfläche um die Kugel 24 herum bildet und somit mit abdichtender Jirkung
an dieser angreift. Wenn der Differenzdruck zwischen dem Auslaßkanal 22 und dem
Einlaßkanal 18 steigt, wird die Kugel 24 gegen den Sitz 30 bewegt, bis sie mit dem
Sitz 30 effektiv in Kontakt kommt. Während der Bewegung der Kugel 24 in Richtung
auf den Sitz 30 behält der innere Umfangsteil 42 des Dichtungssatzes 32-aufgrund
der Flezibtlität des Verbindungsteils 46 seine flüssigkeitsdichte Verbindung
mit der Kugel 24 bei. Bei weiterem Ansteigen des Differenzdrucks werden der innere
Umfangsabschnitt 42 und das Verbindungsteil 46 des Dichtungssatzes 32 so
verformt, wie dies in Fig.1 und 5 gezeigt ist. Wie zu erkennen, ist dis Dichtung
32 durch den Angriff der Ku--el 24 am Ventilsitz 30 eingeschlossen. Ein noch
weiteres Ansteigen des Differenzdrucks verstärkt lediglich wegen des Eingeschlossenseins
des elastischen Teils der Dichtung 32, wie bereits beschrieben, eitsdichte Abdichtung.
::in
arideres wichtiges Merkmal der Erfindung ist durch aie besondere Bauart der verwendeten
Dichtung gegeben. Dieses h.ei-ku:äl besteht darin# daß die Dichtung 32 fähig ist
auch darrr: roch einen vollständigen Abschluß zu gewährleisten, der Sit-- 30 infolge
wiederholter Betätigungen durch die ria=el @4 ausgeschlagen ist. Aufgrund der aufeinander
abgestir..ri.t@n Abmessungen des inneren Umfangsteils 42 der Dichtung 32 und des
Durchmessers der Kugel 24 ist es offensichtlich, dat selbst bei einem erheblich
ausgeschlagenen Sitz, wie er in Fig.6 gezeigt ist, eine flüssiLkeitsdichte Abdichtung
erhalten wird. Die Dichtung 32 ist# wie zuvor beschrieben, eingeschlossen,
so daß sie sich nicht hinter die Fläche des Sitzes 72- verschieben
kann. Wenn sich die Kugel sui den
Sitz 30 zu#bewegt,dehnt sich der
innere Umfangsteil 42 der Dichtung ;2, um sich der ihm gegenüberstehenden Oberfläche
der KuQel i#4 anzupassen. Der Durchmesser dieser Fläche bei hont#ktbegi:in ist klener
als der wird auf den Ku`--eldurchmesser sobald die Berührungei iäci.e der Dichtung
durch die Kugelmitte geht. Das auf den ersten Kon::kt folgende hineinzwängen der
Kugel 24 in die Dichtung 32 bewirkt in dieser eine Ringspannung. Die riingsi;anr:arr;;
unterstätzt die Aufrechterhaltung der flässigkeitsdichten AbdIchtung zischen der
Dichtung 32 und der Kugel 24. :gis i@ -u einZaseh; n, daiz diese iCra f t solan-eleenwärtig
ist, als :ie n#si-.hrungsfläche zwischen Dichtung 32 und Ku.el 24 einen .@rö.»t_i#-n
Durchmesser au.-;:eist 31s der Durchmesser des i:.:-areu @'r:.-:ansveals 42 beträgt.
Sei ausgeschlagenem Sitz be-@:et sic:_ .@.@ .@@zel auf den Einla- zu oder in deni:@@..@.@kanal
18
hinein, so daß sich die Kugel 24 mit ihrem Großkreis durch den inneren Umfangsteil
42 der Dichtung 32 hindurchbewegt; dennoch wird auch jetzt noch eine flüssigkeitsdichte
Abdichtung in allen Druckbereichen aufrecht erhalten.
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Fig.7 zeigt eine abgeänderte Ausbildung der Dichtung und des Sitzes,
die in dem Kugelventil 10. angewendet werden kann. Eine Dichtung 32a ist mit einem
Ventilsitz 30a unlöslich verbunden, und die daraus entstandene Kombination ist in
der Aus-_ drehung 34 des Ventilkörpers 12 durch eins eingeschraubte Buchse 16a festgehalten.
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Wie
gezeigt,. ist, umfaßt der abgeänderte Ventilsitz 30a
| einen allgemein rohrförmigen Abschnitt 56 mit einem
an seinem |
| sich |
| einen Ende/naoh außen erstreckenden Ringflansch 58. Der Flansch |
58 besitzt eine zur Ventilkammer 20 hinweisende Umfangsnut 60. ,lm anderen Ende
des Sitzes 30a ist eine Dichtung 62 vorgesehen, die mit einer etwas anders ausgebildeten
Buchse 16a zusammenwirkt, um den Durchtritt von Leckflüssigkeit zwischen der Buch-
se
16a und dem Sitz 30a
zu verhindern. -
Die abgeänderte Dichtung 32a umfaßt einen auf-Druck an-_ sprechenden
inneren Umfangsteil 42a sowie einen äußeren Umfangsteil 44a. Die beiden Umfangsteile
sind miteinander durch einen flexiblen Anschnitt 46a verbunden. Der innere Umfangsteil
42a und der Verbindungsteil 46a sind in Ausbildung und Wirkungsweise mit
den korrespondierenden Teilen 42 bzw. 46 des Dichtungssatzes 32 i.^.: wesentlichen
ifientisch. Der äußere Umfangsteil
44a ist so ausgebildet, daß
er mit dem benachbarten Flansch 58 des Sitzes 30a übereinstimmt,und weist einen
ringförmigen Vorsprung 64 auf, welcher in die Umfangsnut 60 des Flansches 58 eingrift.
Die angrenzenden Flächen des äußeren Umfangsteils 44a und der Sitz 30a sind unlöslich
miteinander verbunden. Zwischen dem äußeren Umfangsteil 44a und der Schulter 38
des Ventilgehäuses 12 ist somit eine Dichtung hergestellt, um einen Leckverlust
an Flüssigkeit zu verhindern.
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Der abgeänderte Aufbau des Sitzes und der Dichtungt wie er in Fig.7
gezeigt ist, arbeitet nach dem Einbau in ein KugelrUckschlagventil 10 in der gleichen
Weise, wie der bereits beschriebene Sitz 30 mit der Dichtung 32. Die abgeänderte
Aus-Führungsform gewährleistet eine Fluehtung zwischen dem Sitz 30a und der Dichtung
32a und gestattet einen schnelleren Zusammenbau des Ventils, da lediglich die kombinierte
Sitz-Dichtungseinrichtung in das Ventilgehäuse 12 abzusetzen ist.
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Aus den vorstehenden Ausführungen geht hervor, daß das Hüokschlagventil
gemäß der Erfindung leicht und wirtschaftlich herstellbar ist und daß es außerdem
wegen der Eigenschaft der Dichtung, einen flüssigkeitsdichten Verschluß auch bei
einem abgenutztem oder ausgeschlagenen Ventilsitz aufrechtzuerhalten, eine längere
Lebensdauer hat. Es ist außerdem leicht einzusehen, daß die erfindungsgemäße Dichtungskonstruktion
sich mit abdichtender Wirkung auch dann an die Kugel anlegt, wenn ein leichter Fluchtungsfehler
zw.i.schen Veii-tilftihriin-; und Vent i. i.,sitz vorhanden ist. ""wörinl icii -@zli,ub
t
[email protected]
mäße
Aufbau der Dichtung die lerwendung des Ventilgehäuses
unmittelbar in der durch den Guß hergestellten ttusfärrung.