DE2133422A1

DE2133422A1 - Druckminderventil

Info

Publication number: DE2133422A1
Application number: DE19712133422
Authority: DE
Inventors: Hans D Baumann
Original assignee: Masoneilan S A
Current assignee: Masoneilan S A
Priority date: 1970-07-06
Filing date: 1971-07-05
Publication date: 1972-01-20
Also published as: DE2133422C3; DE2133422B2; FR2134072B2; NL7109338A; ES197320U; GB1354536A; FR2134072A2; ES197320Y; US3730479A; CA934270A

Description

PATENTANWÄLTE DR. INQ. OTTO STÜRNER . D R. FRI EDR IO H E. M AYER

"Dr. fng. O. Stürner- Or. F. May«r<7S3 Pforzheim, Jullua-Naeher-Str.13~|

753 Pforzheim

Julius-Naeher-Str. 13

2.JuIi 1971 Dr.M/Pi.

Unser Zeiohen Ihr Zeiohen

2085

Patent- und Gebrauchsmusterhilfsanmeldung

Anmelder: MASONEILAN, Societe Anonyme, 107, Avenue de Neuilly, NEUILLY - sur-Seine- Hauts de Seine, Prankreich

Anmeldungsgegenstand: Druckminderventil

Die Erfindung betrifft ein Druckminderventil, das durch ein unter Druck stehendes Pluidum gesteuert ist. Sie zielt insbesondere auf ein Ventil ab, das mit einer Einrichtung ausgestattet ist, die durch Strömungsvorgänge aufeinanderfolgende Ausdehnungen eines Fluidums zuläßt, welche unter Gewährleistung eines tragbaren Strömungsgeräusches und Vermeidung eines raschen Verschleißes der Strömungselemente dieser Einrichtung durch Abnutzung und/oder Aushöhlung., hohe Drücke auszuhalten vermag.

Es sind bereits Ventile mit Einrichtungen bekannt, die in Serie durch Strömungsvorgänge aufeinanderfolgende Ausdehnungen eines unter Druck stehenden Fluidums gewährleisten, um bei jeder Ausdehnungsphase die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit auf einen Wert zu begrenzen, der ein niedriges und auf jeden Fall tragbares Strömungsgeräusch mit Sicherheit ermöglicht. Außerdem verhindert dieser Wert der Strömungsgeschwindigkeit der

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Flüssigkeit einen raschen Verschleiß der Strömungselemente dieser Vorrichtungen, besonders durch die Erosionswirkungen.

Eine derartige Vorrichtung besteht aus

einem Mantel, der in seinem Innern mit konzentrischen und axial voneinander getrennten Ringen versehen ist, einer beweglichen Kolbenstange, die zu den genannten Ringen koaxial angebracht ist und radiale, kreisförmige und wechselweise zwischen den besagten Ringen angeordnete Vorsprünge aufweist, um mit diesen letzteren zusammenzuwirken,

Mittel zur Steuerung der zwischen den Ringen und den Vorsprüngen angeordneten Abstände in axialer Richtung.

Die Ringe und die Vorsprünge einer solchen Vorrichtung sehen radial angeordnete Durchgänge vor für einen Fluidumsdurchlauf in axialer Richtung und radiale Durchflußgänge, welche die genannten Durchgänge in axialer Richtung vereinigen, um so ein ringförmiges Labyrinth zu bilden, das regulierbare Drosselungen aufweist, um durch aufeinanderfolgende Strömungsvorgänge eine Ausdehnung eines unter Druck stehenden Fluidums zu gewährleisten.

Eine derartige Vorrichtung gestattet außerdem, unabhängig von den Schwankungen des Durchsatzes des unter Druck stehenden Fluidums, solche aufeinanderfolgende Strömungsvorgänge und benötigt lediglich verhältnismäßig kleine Vorsprünge der Kolbenstange mit Bezug auf die Mantelringe, um die Steuerung der Drosselungen seines Labyrinths zu ermöglichen.

Allerdings ist die Montage und Demontage dieser Bauteile der an sich bekannten Vorrichtungen zur Bildung eines Labyrinths empfindlich und schwierig. Zudem erfordert die Herstellung dieser Labyrinthelemente aufwendige Behandlungsmethoden bei der mechanischen Bearbeitung.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen übelständen abzuhelfen. Sie sieht ein Druckminderventil für Fluidum vor, das sehr große Drücke auszuhalten vermag und mit einer Labyrintheinrichtung ausgestattet ist, die die obengenannten Vorteile aufweist.

Das Ventil besteht im wesentlichen aus:

- einem Rohrkörper, der zwischen den Zu- und Abflußöffnungen des Pluidums angeordnet ist,

- einem beweglichen, im Innern dieses Körpers koaxial angebrachten Schaft, der mit einer Einrichtung zum axialen Verschieben in diesem Körper zusammenwirkt,

- kraftschlüssig miteinander verbundenen Labyrinthelementen des genannten Rohrkörpers bzw. des Schaftes,

- einer Einrichtung zur Steuerung der Axiallage des Schaftes mit Bezug auf den Rohrkörper.

Erfindungsgemäß bestehen die Labyrinthelemente einerseits aus radial angeordneten Zellen in der Wand des Rohrkörpers, ' die nach der Innenseite dieses letzteren hin offen sind und andererseits aus mit dem Schaft kraftschlüssig verbundenen Verdickungen, wobei gegenüber jeder Verdickung mindestens eine Zelle angebracht ist. Es versteht sich somit, daß jede Verdickung des Schaftes und die entsprechenden Zellen eine Strömungsstufe bilden, ähnlich denjenigen der bekannten Vorrichtungen; dabei kann der Rohrkörper die Form eines Zylinders haben, dessen Querschnitt demjenigen der Verdickungen angepaßt ist, um deren freies Verschieben in dem Rohrkörper zu ermöglichen.

Bei einer Variante, die zur Ausdehnung einer zusammendrückbaren Flüssigkeit anwendbar ist oder einer Flüssigkeit, die

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-H-

sich für diesen Kompressionszustand eignet, ist der Querschnitt des Durchgangs jeder Strömungsstufe vorteilhafterweise größer als derjenige der Stufe, die davor liegt und kleiner als diejenige, die auf diese Stufe folgt.

Vorzugsweise ist jede Zelle als ein blindes Loch mit Radialachse gestaltet wobei die Radialachsen der Löcher in transversalen Ebenen des Rohrkörpers liegen, um Zellenstufen zu bilden, deren jede mit einer gleichen Verdickung des beweglichen Schaftes zusammenwirkt.

Bei einer ersten Ausfuhrungsform, die für die Ausdehnung eines zusammendrückbaren Pluidums verwendbar ist, sind die Zellen unter sich gleich, und die Vergrößerung des Durchgangsquerschnittes des Pluidums wird durch Erhöhung der Zellenanzahl einer Stufe mit Bezug zur Zellenanzahl der vorausgehenden Stufe erreicht.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel, das ebenfalls zur Ausdehnung eines zusammendrückbaren Pluidums angewendet werden kann, weisen die den verschiedenen Verdickungen entsprechenden Zellenstufen eine gleiche Anzahl Zellen auf, und die Vergrößerung des Querschnittes des Flüssigkeits-) durchsatzes wird durch größere Abmessungen der Zellen einer Stufe mit Bezug auf die Abmessungen der Zellen der vorausgehenden Stufe erzielt.

Schließlich kann diese für die Ausdehnung des zusammengedrückten Pluidums erforderliche Querschnittsvergrößerung durch eine sinnvolle Kombination der Anordnung der beiden oben beschriebenen Varianten bewirkt werden.

Bei einer anderen Variante, die dazu bestimmt ist, die Ausdehnung eines unter Druck stehenden Fluidums zu ermöglichen, sind die Durchgangsquerschnitte des Pluidums in den ver-

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schiedenen Strömungsstufen praktisch untereinander gleich.

Weitere Eigenschaften und Vorzüge der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen zu entnehmen. Beschreibung und Zeichnung stellen lediglich die Erfindung nicht einschränkende Ausführungsbeispiele dar.

Es zeigen:

Fig. 1 das Druckminderventil in axialem Schnitt,

Fig. 2 in Perspektive und im Teilausschnitt die wesentlichen Bauteile des Ventils nach Fig. Ii

Fig.3a - 3c Querschnitte eines wesentlichen Bauteils des Ventils nach Fig. 1.

Aus den Figuren 1 und 2 ist ein Schaft 1 ersichtlich, auf dem sich radial erstreckende und kreisförmige Verdickungen 2 angebracht sind, de untereinander gleich und auf dem Schaft in axialer Richtung gleichmäßig im Abstand "e" verteilt sind: Ein kreisförmiger Ventilkörper 3» dessen Durchmesser dem Durchmesser der Verdickungen 2 entspricht, ist am einen Ende des Schaftes angeordnet. Dieser äußere Teil des Schaftes weist eine Verdickung 2 auf, die mit dem Ventilkörper 3 kraftschlüssig verbunden ist.

Das andere Ende des Schaftes 1 hat die Gestalt eines Dornes ¹J, dessen kreisförmiger Querschnitt mit Bezug auf die benachbarte Verdickung 2 im Abstand "e" liegt, den die anderen Verdickungen ebenfalls voneinander haben. Des weiteren entspricht der Durchmesser dieses Dornes 4 demjenigen der Verdickungen 2, so daß dieser kreisförmige Querschnitt eine Endverdickung bildet.

Schließlich weist eine Stange 5 einen endseitigen Gewinde-

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abschnitt auf, der in ein axiales Gewindeloch des Domes H eingeschraubt ist, um die koaxiale Befestigung des Schaftes am Ende dieser Stange 5 zu ermöglichen.

Eine Hülse 6 weist eine axiale und kreisförmige, mechanisch vollständig bearbeitete Bohrung auf. Die Wandung dieser Hülse 6 ist an zahlreichen Stellen mit kreisförmigen Löchern radial durchbrochen; die radialen Achsen dieser Löcher 7 sind in senkrechten Ebenen zur geometrischen Achse der Hülse 6 angeordnet. Die zwischen zwei dieser Ebenen liegenden Abstände entsprechen genau den Abständen "e" der Verdickungen des Schaftes i. Die Hülse 6 ist im Ausführungsbeispiel mit vier Gruppen von Löchern 7 versehen, die in den vorgenannten senkrechten Ebenen angeordnet sind.

Die erste Gruppe der Löcher 7, die in Fig. 1 dem Ventilkörper benachbart ist, umfaßt nur 2 Löcher 7, die gleich sind und einander

diametral gegenüber liegen (Fig. 3a).

Die zweite Gruppe besteht aus drei Löchern, die ebenfalls untereinander gleich sind (Fig. 3b).

Die beiden anderen Gruppen umfassen je vier unter sich gleiche und in gleichmäßigen Winkelabständen angebrachte Löcher, von denen je zwei einander diametral gegenüberliegen, koaxiale Achsen besitzen und eine. Einheit bilden (Fig. 3c); ihre koaxialen Achsen stehen senkrecht aufeinander. Außerdem ist der Durchmesser der vier Löcher 7 der letzten, dem Dorn k in Fig. 1 benachbarten Gruppe größer als derjenige der vier Löcher der anderen Gruppe.

Der Durchmesser der Bohrung der Hülse 6 ist derart, daß sich die Verdickungen 2 und der Dorn k des Schaftes 1 leicht verschieben lassen; die Verdickungen und der Dorn passen in die Bohrung der Hülse 6.

Eine Büchse 8 weist am einen Ende eines axialen Loches 8a einen Sitz auf, der zur Hülse 6 und demzufolge zum Schaft 1

koaxial angeordnet ist j dieser Sitz paßt sich in Form und Abmessungen dem Ventilkörper 3 des Schaftes 1 an. Die Hülse 6 ist unter Kraftanwendung montiert oder weich in einen extremen Teil der Bohrung einer Röhre 9 eingebüchst. Das untere Ende der Hülse 6 kommt auf den Schnitt zu liegen, den der Sitz der Büchse 8 aufweist, die ebenfalls mit Kraft oder weich in diesen Endteil des Rohres 9 eingepaßt ist. Im Falle des weichen Einbüchsens können die Büchse 8 und die Hülse 6, die sich gegenseitig zueinander verdrehen, durch bekannte Mittel, z.B. ein übliches Element, festgestellt werden.

Die axialen Abmessungen des Ventilkörpers sind so festgelegt, daß die ringförmige Scheibe jeder Verdickung 2 mit · den unteren Basisrändern der Löcher 7» die ihr zugeordnet sind, zusammenfallen, wenn der Ventilkegel 3 auf den Sitz der Büchse 8 gedrückt wird.

Der Endabschnitt des Rohres 9 weist radiale Löcher 9a auf, die den Löchern 7 gegenüber liegen, die in der Wandung des oberen Abschnittes der Hülse 6 angebracht sind; diese Löcher 9a haben erheblich größere Durchmesser als diejenigen der ihnen entsprechenden Löcher 7.

Das Rohr 9, das eine Einfassung der Hülse 6 bildet, ist in üblicher und zweckmäßiger Weise in einer zylindrischen Kammer eines Ventilgehäuses 10 untergebracht. Am unteren Ende des Gehäuses befindet sich eine zylindrische, kreisförmige Öffnung 10a, die koaxial zum Loch 8a der Büchse 8 liegt und die Aufnahme eines Fluidums ermöglicht, das wie später noch weiter ausgeführt, durch die ringförmige Kammer 10b entweichen kann, welche das Rohr 9 umschließt. Dieser Abfluß kann durch eine öffnung 10c erfolgen, die am unteren Teil der Seitenwand des Gehäuses 10 angebracht und zu dieser Kammer 10b hin offen ist.

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Ein Deckel 11 ist am oberen Ende des.Gehäuses 10 mit Hilfe eines Flansches 11a befestigt, um die rohrförmige Baugruppe, die sich aus dem Zusammenbau der Hülse 6 und deren Einfassung in Gestalt des Rohres -9 in der Kammer des Gehäuses 10 ergibt, vollkommen einzuschließen. Die mit dem Schaft 1 kraftschlüssig verbundene Stange 5, die verschiebbar in diesem mit einer üblichen (nicht dargestellten) Vorrichtung ausgerüsteten Deckel 11 montiert ist, ermöglicht die Steuerung der Stellung des Schaftes 1 in seiner Hülse

Es ist hervorzuheben, daß diese Steuervorrichtung empfindlich auf den pneumatischen Druck oder die elektrische Energie eines "Signals" reagiert, das die Veränderung der Stellung der Verdickungen 2 zu den Löchern 7 ermöglicht.

Ein übliches System von Anschlägen (nicht dargestellt) begrenzt den Hub des Schaftes 1 zwischen der Stützlage des Ventilkörpers 3 auf seinem Sitz an der Büchse 8 und einer maximalen Durchgangslage eines Fluidums in jedem Loch 7 um den Teil der Verdickung 2 herum, welcher diesem Loch 7 benachbart ist.

Auf der Stange 5 und dem Dorn i| sind undurchlässige Ringdichtungen 12 angeordnet, ebenso wie weitere Dichtungen und Ik auf den unteren und oberen Stirnkanten des Rohres vorgesehen sind, um die Dichtigkeit des so gebildeten Ventils zu gewährleisten. Diese Dichtungen eignen sich für Drücke, die Werte von 300 Bar eines Gases erreichen können, das durch die öffnung 10a eingelassen werden kann,um im Labyrinth der verschiedenen Verdickungen 2 und ihrer Löcher sich ausdehnen zu können.

Die vorhergehende Beschreibung macht verständlich, daß, dank der Steuervorrichtung der Stange 5, der Ventilkörper 3 in Offenstellung überführt werden kann, um durch die öffnungen 10a, 8a ein Fluidum unter Druck einzulassen. Dieses Fluidum strömt

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nach und nach in die Bohrung der Hülse 6, dann in die durch die Löcher 7 gebildeten Zellen, um die gegenüber diesen Zellen angeordnete Verdickung 2 zu umgehen. Dieses Durchfließen vollzieht sich fortschreitend im Zickzack in jeder Stufe, die durch eine Verdickung und die entsprechenden Löcher 7 gebildet wird, bis das Fluidum durch die Löcher 9a des Rohres 9 in die Sammelkammer 10b entweicht, um durch die öffnung 10c abgezogen zu werden.

Bei jeder Stufe der Verdickungen 2 und der Löcher 7 vollzieht sich durch Strömungsvorgänge ein Druckabfall des Fluidums im Ergebnis der Axiallage der Verdickungen 2 zu ihren Löchern 7 und von einer Stufe zur anderen Stufe in Flußrichtung findet das Fluidum einen immer größeren Durchgangsquerschnitt.

Es ist darauf hinzuweisen, daß eine derartige Einrichtung von Strömungsstufen sich für sehr große Druckabfälle verschiedener Gase einwandfrei eignet, selbst für Gase, die unter derartigen Anfangsdrücken in flüssigem Zustande auftreten. In einem solchen Falle wird ein Medium in flüssigem Zustand in das Ventil eingelassen, und die abgestufte Ausdehnung führt zu einem Gas ohne die Nachteile von Geräuschen und Verschleiß der Strömungselemente.

Es ist an sich bekannt, daß solche Druckabfälle, die in Serie vollzogen werden, ein lästiges Strömungsgeräusch und beschleunigte Verschleißerscheinungen der Strömungselemente durch Abnutzung oder Aushöhlung verhindern können: Diesbezüglich kennt man Berechnungsweisen der Anzahl der Strömungsstufen und der Abmessungen der Durchgangsquerschnitte, die zwischen den Zellen und den Verdickungen vorgesehen sind, unter Berücksichtigung des Wertes einer zu erzielenden Strömungsleistung durch den Druckabfall, den man erhalten muß, um die obenerwähnten Geräuschauswirkungen und Verschleißerscheinungen auszuschalten.

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Die Schließstellung des Ventilkörpers 3 entspricht einer Stellung jeder Verdickung 2, die in der Nähe der unteren Basiskante der Löcher 7 liegt, die ihr zugeordnet sind. So geben die Verdickungen 2 durch eine kleine Verschiebung in Richtung der öffnung des Ventilkörpers 3 kleine kreisförmige Segmente der Löcher 7 frei, die sehr kleine Durchgangsquerschnitte für das Fluidum bilden. Dies gewährleistet eine sehr gute Ausdehnung kleiner Durchsatzmengen der Flüssigkeit.

Die Einrichtungen der ersten Ausdehnungsstufe sind derart, daß die Geschwindigkeit in der Höhe des Ventilsitzes verhältnismäßig niedrig ist, um den Verschleiß dieser Stufe zu vermindern und eine gute Abdichtung im Verlaufe des Einsatzes des Ventils aufrechtzuerhalten. Ein solches Ventil kann der Ausdehnung eines nicht zusammendrückbaren Fluidums sehr leicht angepaßt werden. In einem solchen Falle können die Löcher 7 der Hülse 6 untereinander gleich sein, und die Anzahl der Löcher, die einer Verdickung 2 gegenüber liegen, ist gleich derjenigen der Löcher, die den anderen Verdickungen gegenüber liegen.

Die oben beschriebenen Bauteile, nämlich der Schaft 1 mit Verdickungen 2 und die Hülse 6 mit Löchern 7 können leicht durch einfache, übliche Verfahren mechanischer Bearbeitung hergestellt werden. Ferner erlangt man auf einfache Weise radiale Zellen durch die Löcher 7 durch "hartes Einbüchsen" oder"weiche Reibung" der Hülse 6 im Rohr 9. Ein derartiges hartes Einbüchsen ergibt sich durch die Anwendung üblicher Dehnungsverfahren (Erwärmung oder Abkühlung) dieser beiden Bauteile 6 und 9. Die zylindrischen Formen des Schaftes 1 und der Hülse 6 eignen sich sehr gut für leichte Montage und Demontage durch einfaches axiales Zusammenstecken und Auseinandernehmen.

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Claims

-11 Patentansprüche

M.JDruckminderventil für Fluidum mit einem Rohrkörper, ^-"^ der zwischen Zu- und Abflußöffnungen angeordnet ist, mit einem im Innern des»Rohrkörpers koaxial angeordneten beweglichen Schaff der eine Einrichtung zum axialen Verschieben in diesem Rohr-Körper zugeordnet ist, wobei Labyrinthelemente, die mit dem genannten Rohr-Körper bezw, dem Schaft kraftSchlussig verbunden sind, sowie eine Einrichtung zur Steuerung der axialen lage des Schaftes mit Bezug auf den genannten Rohr-Körper vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Labyrinthelemente einerseits aus in der Wand des Rohr-Körpers (6 ) radial angeordneten Zellen (7) die zur Innenseite des Rohr-Körpers hin offen sind und andererseits aus radialen Verdickungen (2) bestehen, die mit dem beweglichen Schaft (1) kraftschlüssig verbunden sind, wobei gegenüber jeder Verdickung (2) mindestens eine Zelle zur Bildung einer Strömungsstufe liegt.
2. Druckminderventil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdickungen (2). des beweglichen Schaftes (1) untereinander gleich sind und daß der Rohr-Körper (6) die Form eines Zylinders aufweist, dessen lichte Weite derjenigen der Verdickungen (2) angepaßt ist, um ein freies Verschieben dieser Verdickungen in dem genannten Körper (6 ) zu. ermöglichen.
3. Druckminderventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Zelle (.7) als Blindloch gestaltet ist und die radialen Achsen dieser Zellen (7) in transversalen Ebenen des Körpers (6) liegen, um Stufen von Zöllen zu bilden, deren jede mit einer gleichen Verdickung des beweglichen Schaftes zusammenwirkt«

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4. Druckminderventil nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Strömungsstufe der Durchgangsquerschnitt der Flüssigkeit größer ist als derjenige der vorhergehenden Stufe und kleiner als derjenige der nächstfolgenden Stufe.
5. Druckminderventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher (Zellen 7) einen gleichen Querschnitt haben und daß die Anzahl der Löcher jeder Stufe größer ist als diejenige einer vorhergehenden Stufe und kleiner als diejenige der nachfolgenden Stufe.
6. Druckminderventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Löcher (7) jeder Zellenstufe der Anzahl der Löcher der anderen Stufen gleich ist und daß die Querschnitte der Löcher einer Stufe größer sind als diejenigen der Löcher einer vorhergehenden Stufe und kleiner als diejenigen der nachfolgenden Stufe.
7. Druckminderventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher (7) einen gleichen Querschnitt aufweisen und daß die Anzahl der Löcher jeder Zellenstufe gleich ist der Anzahl der Löcher der anderen Zellenstufen.
8« Druckminderventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende des beweglichen Schaftes (1) mit einem axialen Ventilkörper ausgerüstet ist und daß der Körper (6) einen axialen Sitz (8) aufweist, der dem Ventilkörper angepaßt ist.
9· Druckminderventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (6) aus einer mit radialen Löchern (7) durchbrochenen Hülse (6.) besteht und in einem rohrförmigen Element (9) untergebracht ist, das die äusseren Öffnungen der Löcher (7) verschließt»

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10. Druckminderventil nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schaft Anschläge zugeordnet sind, die nach einer vorherbestimmten Wegstrecke den Hub der Verdickungen (2) von der Schließstellung des mit dem Schaft (1) kraftschlüssig verbundenen Ventilkörpers (3) aus begrenzen.

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