DE8703198U1 - Ventileinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ventileinrichtung zum Anschluß an eine Gasflasche, mit einem Ventilgehäuse und mit einem mit dem Ausgang eines Ventils der Gasflasche verbindbaren Brauchgasanschlußstutzen.

Bekannte Ventileinrichtungen dieser Art stellen das Bindeglied zwischen einer Gasvorratsflasche und einem nachfolgenden Gasverbraucher dar. Wird bei einer Ventileinrichtung dieser Art die Gasflasche wegen Erschöpfung des Gasvorrates abgetrennt und eine neue Gasflasche angeschlossen, so tritt in den Raum zwischen dem Anschlußstutzen der Ventileinrichtung und dem Ventilsitz Luft ein. Insbesondere bei Gasen höchster Reinheit, wie sie beispielsweise als Dotiergase bei der Halbleiterherstellung Anwendung finden, muß die in das Leitungssystem eingedrungene Luft und die damit verbundenen Verunreinigungen, wie Feuchtigkeit etc. durch ein aufwendiges Spülverfahren entfernt werden. Ein solches Spülverfahren umfaßt die Schritte: 1. Druckaufbau, 2. Druckabbau, 3. Evakuieren - oder eine Drucklastwechselspülung mit anschließendem Evakuieren. Trotz des aufwendigen Spülverfahrens kann nicht mit Sicherheit ausgeschlossen werden, daß feinste Staubpartikel oder Feuchtigkeitströpfchen in dem Leitungssystem verbleiben.

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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Ventileinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Verunreinigungsgefahr des Leitungssystems, insbesondere nach einem Wechsel der Gasflasehe, möglichst gering gehalten wird.

Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, daß der Mündungsabschnitt des Brauchgasanschlußstutzens als Ventilsitz ausgebildet ist, gegen den ein Ventilschiieüeiement anstellbar ist.

Durch die Maßnahme gemäß der Erfindung wird sichergestellt, daß keine Verunreinigungen bei einem Flaschenwechsel über den Anschlußstutzen in das Leitungssystem eindringen können. Das Totvolumen, das bei einem Flaschenwechsel mit Luft gefüllt ist, wird durch die Maßnahme nach der Erfindung so klein wie möglich gehalten. Dadurch wird bei dem nachfolgenden Spülvorgang ein größerer Säuberungsgrad erzielt, oder es kann das Spülverfahren abgekürzt werden.

Eine vorteilhafte Ausführungsforrn der Erfindung, gemäß der das Ventilschließelement über eine Spindel von innen gegen den Ventilsitz drückbar ist, hat sich in konstruktiver Hinsicht als besonders vorteilhaft erwiesen.

Vorteilhaft ist ferner, wenn die Spindel mittels eines pneumatischen Kolbens bewegbar ist, da hierdurch Beschädigungen des Ventilssitzes, etwa durch zu festes Andrehen eines Handrades oder dgl. vermieden werden können. Durch Beschädigung des Ventilsitzes können leicht Rauhigkeiten entstehen, die die Gefahr der Oberflächensorption und die Akkumulierung von Partikeln und deren unkontrollierte Ablösung zur Folge haben könnte. Desweiteren ergibt sich bei dieser Ausführungsform die Möglichkeit einer automatischen und somit fehlerfreien Ansteuerung des Ventils zur Durchführung der Spülzyklen. Die Ventilbetätigung erfolgt ohne Drehmomentübertragung auf die Anschlußmutter der Gasflasche, wodurch die Gefahr einer Lockerung der Mutter vermieden ist. Dies ist insbesondere bei der Verarbeitung von meist giftigen Dotiergasen von großer sicherheitstechnischer Bedeutung.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vor-

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gesehen, daß in Strömungsrichtung vor dem Ventilsitz ein Grobfilter angeordnet ist. Dieses besteht vorzugsweise aus einem Sintermetallkörper mit einer mittleren Porenweite von etwa 15 um. Durch die Anordnung dieses Filters vor dem Ventilsitz wird sichergestellt, daß vergleichsweise grobe Partikel mit einer Größe von 15 um oder mehr, insbesondere bei einem Flaschenwechsel, nicht in das Leitungssystem gelangen können.

Durch die Anordnung eines Feinfilters in Strömungsrichtung hinter dem Vitsitilsitz, welches Feinfilter vorzugsweise ein Membranfilter mit einer mittleren Porenweite von 0,02 um ist, werden die feinsten Verunreinigungen des Gases mit einer Partikelgröße von weniger als 0,02 Um aus dem Gasstrom entfernt.

In konstruktionslbchnischer Hinsicht hat sich eine Ausführungsform der Erfindung als besonders vorteilhaft erwiesen, bei der das Feinfilter in einer von außen zugänglichen, verschließbaren Filterkammer angeordnet ist, deren Dichtheit durch eine Lecksuchbohrung überprüfbar ist. Nach Abnahme eines Verschlußdeckels kann das Feinfilter leicht gewechselt werden.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist an dem Brauchgasanschlußstutzen eine überwurfmutter zur Befestigung des Anschlußstutzens an einer Gasflasche vorgesehen. Zum Anbringen der Überwurfmutter wird das den Ventilsitz und einen Haltebund aufweisende Endstück des Anschlußstutzens orbital angeschweißt, so daß eine spalt- und rißfreie Verbindung entsteht.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Ausgangsstutzen für das Brauchgas einstückig mit dem Ventilgehäuse.

Ventilgehäuse und Brauchgasstu';zen sind durchgehend aus einem Gehäuseblock gefertigt worden.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist das Ventilgehäuse einen Spülgaskanal auf, der durch ein Spülgasventil verschließbar ist. Nach dem Stande der Technik war der Spülgaskanal über ein Ventil und ein T-Stück, das zwischen dem Ausgang der Gasflasche

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und dem Absperrventil des Leitungsnetzes gemündet hat, an das Leitungsnetz angekoppelt. Bei einem Gasflaschenwechsel bot der Spülgasanschlußkanal ebenfalls einen Aufnahmeraum für Fremdluft und die in der Luft enthaltenen Verunreinigungen. Dadurch, daß nach der oben genannten vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung das Spülgasventil zusammen mit dem Ventil für das Brauchgas in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind, wird das Totvolumen und damit die Verunreinigungsgefahr des Leitungsnetzes weiter verringert.
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Dabei ist eine Ausführungsform besonders hervorzuheben, gemäß der der Spülgaskanal in eine Spülgasventilkammer mündet, in der das Ventilschließelement des Spülgasventiles beweglich angeordnet ist.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß das Ventilschließelement des Spülgasventiles durch einen pneumatischen Kolbenantrieb betätigbar ist. Durch einen pneumatischen Kolbenantrieb werden auch hier Beschädigungen des Ventilsitzes durch zu festes Schließen des Ventils und die damit verbundenen nachteiligen FoI-gen vermieden. Desweiteren ergibt sich bei dieser Ausführungsform die Möglichkeit einer automatischen und somit fehlerfreien Ansteuerung des Ventils zur Durchführung der Spülzyklen. Die Ventilbetätigung erfolgt ohne Drehmomentübertragung auf die Anschlußmutter der Gasflasche, wodurch die Gefahr einer Lockerung der Mutter vermieden ist. Dies ist insbesondere bei der Verarbeitung von meist giftigen Dotiergasen von großer sicherheitstechnischer Bedeutung.

Dadurch, daß der Ausgang der Spülgasventilkammer in den Strömungsweg des Brauchgases stromaufwärts des Feinfilters mündet, ist sichergestellt, daß auch der Spülgasstrom über das Feinfilter geführt wird, bevor er in das weitere Leitungsnetz vordringt.

Vorteilhaft ist ferner, wenn der Spülgaskanal einen einstückig mit dem Ventilgehäuse ausgebildeten Spülgaseingangsstutzen aufweist, so daß auch das Spülgas über eine spaltfreie Verbindung in das Ventilgehäuse eingeleitet worden kann.

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Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in den Figuren 1 und 2 schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert- Es zeigt:

Figur 1: eine Ventileinrichtung im Schnitt;

Figur 2: einen Schnitt längs der Schnittlinie II-II

in Figur 1.

Die Ventileinrichtung gemäß den Figuren 1 und 2 besteht aus einem Ventilgehäuse 1 aus Edelstahl. Wie insbesondere in Figur 1 zu erkennen ist, geht der Gehäuseblock einstückig über in einen rohrförmigen Ansatz 31. Mit diesem ist durch eine Orbitalverschweißung stumpf ein Rohrstück 32 mit gleichem Außen- und Innendurchmesser verschweißt. In der Zeichnung ist die Schweißnaht 19 erkennbar. An seinem der Schweißnaht abgewandten Ende weist das Rohrstück 32 einen Ringbund 20 auf, der von einer Überwurfmutter 10 hintergriffen wird. Mit Hilfe der Überwurfmutter 10 kann das den Brauchgaseingang darstellende Rohrstück 32 mit dem Ausgang eines Gasflaschenventils verbunden werden, wobei die stirnseitige freie Fläche des Ringbundes 20 gegen das stirnseitige Ende eines entsprechenden Anschlußstutzens des Gasflaschenventils gepreßt wird.

Das Rohrstück 32 ist über den Ringbund 20 hinaus in den Anschlußzapfen hinein verlängert, so daß sich dort ein zylindrischer Raum zur Aufnahme eines Grobfilters 7 bildet. Das Rohrstück 32 weist in seinem Mündungsabschnitt, d.h. in dem Bereich in der Nähe des Ringbundes 20, eine Verjüngung seines Innendurchmessers auf, die als Ventilsitz 3 ausgebildet ist. Gegen diesen Ventilsitz 3 wird ein Ventilschließelement 4 mittels einer durch einen Faltenbalg 23 abgedichteten Spindel 5, die einen verjüngten Abschnitt 21 aufweist, gepreßt. Die Spindel 5 wird in dem rohrförmigen Ansatz 31 und dem Rohrstück 32 zentrisch geführt. Das Ventilschließelement 4 besteht aus Kunststoff·

Die Innenbohrung des Rohrstückes 31 geht in Richtung auf den Gehäuseblock in eine koaxiale Bohrung 33 über, die jedoch einen etwas größeren Durchmesser aufweist. In dieser Bohrung 33 ist die Ventilspindel 5 mit-

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hilfe einer Führung 22 geführt. Die Spindel 5 führt zu einem pneumatischen Kolben 6, der in der Zeichnung als Baugruppe lediglich schematisch angedeutet ist. Die den pneumatischen Kolben enthaltende Einheit ist mithilfe einer Überwurfmutter 24 an dem Ventilgehäuse 1 befestigt. Die Ventilspindel 5 ist gegen die den pneumatischen Kolben enthaltende Einheit durch einen Edelstahlfaltenbalg 23 abgedichtet.

Der oneumatische Kolben ist durch eine Feder in der Richtung vorbela- IQ stet, daß die Ventilspindel und das VentilschlieQelement 4 in Richtung auf

den Ventilsitz 3 mit einer solchen Kraft gepreßt werden, daß das Ventil 3, 4 dicht gegen das unter Druck stehende, aus der Brauchgasflasche kommende Gas schließL. Wird der pneumatische Kolben mii Steuerluft beaufschlagt, dann wird die Ventilspindel 5 zurückgezogen, so daß sich das Ven-Ig tilschließelement 4 von dem Ventilsitz 3 abhebt und den Strömungsweg

des EiJauchgases freigibt.

Der Strömungsweg ,es Brauchgases verläuft durch das Grobfilter 7, zwischen dem Ventilsitz 3 und dem Ventilschließelement 4 hindurch und danach durch den Ringraum, der zwischen der Ventilspindel 5 und dem rohrförmigen Ansatz 31 bzw. dem Rohrstück 32 gebildet wird.

Senkrecht, jedoch axial versetzt, zu der Bohrung 33 ist in dem Ventilgehäuse 1 eine Bohrung angebracht, die eine Filterkammer 9 für ein Feinfilter 8 bildet. Die Filterkammer 9 ist mit der die Spindel 5 enthaltenden Bohrung 33 radial verbunden. Das in der Filterkammer 9 angeordnete Feinfilter 8 ist ein zylinderförmiges Membranfilter mit einer Porenweite von 0,02 pm. Der zylindrische Innenraum des Feinfilters 8 ist an einen Kanal 25 für das Brauchgas angeschlossen. Dieser Kanal 25 geht über in

on einen Brauchgasausgangsstutzen 11, der ein Gewinde 26 zur Aufnahme

einer Überwurfmutter (nicht dargestellt) aufweist, und der einstückig mit dem Ventilgehäuse 1 gefertigt ist. Das Brauchgas gelangt somit aus der Bohrung 33 in die Filterkammer 9 und strömt über das Feinfilter B in den Kanal 25 und von dort zu dem Brauchgasausgangsstutzen 11.

Auf der der Filterkammer 9 gegenüberliegenden Seite ist in dem Ventilgehäuse 1 eine zur Bohrung 33 radial verlaufende Bohrung vorgesehen,

Anm«: DruVa-Armaturen GmbH - 10 -

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die als Ventilkarnmer 14 für ein SchlieQelement 15 dient, das ein Spülgasventil darstellt. Die Spülgasventilkammer 14 weist zur Bohrung 33 hin eine Engstelle auf, die als Ventilsitz 17 ausgebildet ist. In die Spülgasventilkammer 14 mündet ein Spülgaskanal, der in der Darstellung der Figur 1 nicht zu srkennen ist, und der weiter unten anhand der Darstellung der Figur 2 beschrieben wird.

Zentrisch in der Ventilkammer 14 ist das SchlieQelement 15 an.'.ordnet, das über eine einen pneumatischen Kolbenantrieb 16 enthaltende Einheit bewegbar ist. Die den pneumatischen Kolbenantrieb 16 enthaltende Einheit ist in den Figuren lediglich schematisnh angedeutet. Die Einheit ist mittels einer Überwurfmutter 27 mit dem Ventilgehäuse 1 verschraubt. Das Schließelement 15 ist gegenüber dem pneumatischen Kolbenantrieb 16 mittels eines Edelstahlfaltenbalges 30 gasdicht abgeschlossen.

Das Schließelement 15 ist mittels einer Feder (nicht dargestellt) im Kolbenantrieb in Richtung auf den Ventilsitz 17 vorgespannt, so daß die Spülgasventilkammer 14 gegenüber der Bohrung 33 geschlossen gehalten wird. Wird der pneumatische Kolbenantrieb 16 mit Steuerluft beaufschlagt, so wird das Ventilschließelement 15 gegen die Wirkung der Feder zurückgezogen, so daß der Ventilsitz 17 freigegeben wird und das in der Spülgasventilkammer 14 enthaltene Gas in die Bohrung 33 einströmen kann. Das Pneumatikventil ist somit in Ruhestellung geschlossen und in Arbeitsstellung geöffnet.

Weitere Details der Ventileinrichtung werden anhand der Schnittdarstellung der Figur 2 deutlich.

In Figur 2 ist wiederum das Ventilgehäuse 1 zu erkennen, das in Ebene senkrecht zur Schnittebenes der Figur 1 geschnitten ist. Figur 2 zeigt etwa in der Bildmitte die anhand der Figir 1 bereits erläuterte Bohrung 33, in der die Ventilspindel 5 mittels einer Führung 22 geführt ist. Oberhalb der Bohrung 33 ist wiederum die bereits beschriebene Spülgasventilkammer 14 mit dem Ventilschließelement 15 und dem pneumatischen Kolbenantrieb 16 zu erkennen, der mittels einer überwurfmutter 2/ an dem Ventilgehäuse 1 befestigt ist.

Anm.: DruVa-Armaturen GmbH - 11 -

u.Z.: Pat 209/8-87E

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Unterhalb der Bohrung 33 ist die bereits anhand von Figur 1 beschriebene Filterkammer 9 erkennbar, die das zylindrische Feinfilter 8 enthält, das in Figur 2 axial geschnitten ist. In Figur 2 ist ebenfalls der bereits beschriebene Brauchgaskanal 25 zu erkennen, der in den Brauchgasausgangsstutzen 11 mit Gewinde 26 übergeht.

Zusätzlich gegenüber Figur 1 zeigt Figur 2 den bereits kurz erwähnten Spülgaskanal 12, der radial in die Spülgasventilkammer 14 mündet. Nach außen hin geht der Spülgaskanal 12 in einen Spülgaseingangsstutzen 18 mit Gewinde 29 über. Auch der Spülgaseingangsstutzen 18 ist einschließlich seines Gewindes 29 einstückig mit dem Ventilgehäuse 1 gefertigt.

Gegenüber der Darstellung in Figur 1 ist in Figur 2 die Filterkammer 9 für das Feinfilter 8 im Detail erkennbar. Wie in Figur 2 zu erkennen ist, besteht die Kammer aus einer entsprechenden Bohrung im Ventilgehäuse 1, die in einen rohrförmigen Ansatz übergeht, der mithilfe eines Schraubdeckels 28 mit integrierter Lecksuchbohrung abgeschlossen ist.

Die Ventileinrichtung arbeitet wie folgt:

Im Normalbetrieb, d.h., wenn Brauchgas einer Vorratsflasche entnommen und an einen Verbraucher weitergeleitet werden soll, ist der pneumatische Kolben 6 mit Steuerluft beaufschlagt, so daß die Ventilspindel 5 zurückgezogen und der Ventilsitz 3 freigegeben ist. Der pneumatische Kolbenantrieb 16 ist dagegen nicht mit Steuerluft beaufschlagt, so daß das Ventilschließelement 15 des Spülgasventiles dicht gegen seinen Ventilsitz 17 gepreßt wird.

Bedingt durch die oben beschriebenen Ventilstellungen strömt Brauchgas über den Brauchgasanschlußstutzen 2, das Rohrstück 32 und den rohrförmigen Ansatz 31 in die Filterkammer 9. Von dort strömt es dort durch die Wandung des Membranfilters 8 in dessen zylindrischen Innenhohlraum ein. Von dort strömt das Brauchgas über den Kanal 25 zum Brauchgasausgangsstutzen 11, der - meist über einen Druckminderer - zu einem Gasverbraucher führt.

Anm.: DruVa-Armaturen GmbH - 12 -

u.Z.: Pat 209/8-87E

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Wenn die Brauchgasvorratsflasche gewechselt werden soll, wird durch Sperrung der Steuerluftzufuhr und Entlüftung des pneumatischen Kolbens 6 die Ventilspindel 5 und damit das Ventilschließelement 4 in Richtung auf den Ventilsitz 3 gepreßt, so daß die Ventileinrichtung am eingangsseitigen Ende des Brauchgasanschlußstutzens 2 verschlossen ist« Nach Schließen des Flaschenventils (nicht dargestellt) kann die überwurfmutter 10 gelöst und die Flasche von der Ventileinrichtdng abgetrennt werden.

Nach Anschluß einer neuen Brauchgasvorratsflasche sind in den Raum zwischen dem Brauchgasanschlußstutzen 2 und dem entsprechenden Rohrstutzen der Flasche nur eine kleine Menge Luft und damit Verunreinigungen eingetreten. Um diese Luft und die Verunreinigungen zu entfernen, wird die Ventileinrichtung mehrfach gespült. Hierzu wird der Spülgaseingangsstutzen in mehrfachem Wechsel mit Spülgas und einer Vakuumpumpe (bei geöffnetem Ventil 4) verbunden, so daß die eingedrungenen Verunreinigungen und der Luftsauerstoff soweit wie möglich entfernt werden.

Da dank der erfindungsgemäßen Maßnahme das Totvolumen äußerst klein gehalten ist, wird durch das Spülen eine bessere Reinigungswirkung erzielt.

Nach Abschluß des Spülvorganges wird das Spülgasventil (Schließelement - 15) geschlossen und das Flaschenventil geöffnet, so daß der oben erwähnte Normalbetrieb wiederaufgenommen werden kann.

Anm.: DruVa-Armaturen GmbH - 13 -

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Claims (15)

DruVa-Armaturen GmbH München, den u.Z.: Pat 209/8-87E 02.03.87 TNSPRÜCHE

1. Ventileinrichtung zum Anschluß an eine Gasflasche, mit einem Ventilgehäuse (1) und mit einem mit dem Ausgang eines Ventils der Gasflasche verbindbüren Brauchgasanschlußstutzen (2), dadurch gekennzeichnet, daß der Mündungsabschnitt des Brauchgasanschluß-Stutzens (2) als Ventilsitz (3) ausgebildet ist, gegen den ein Ventilschließelemert (4) anstellbar ist.

2. Ventileinrici cung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilschließelement (4) über eine Spindel (5) von innen gegen den Ventilsitz (3) drückbar ist.

3. Ventileinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel (5) mittels eines pneumatischen Kolbens (6) bewegbar ist.

4. Ventileinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung vor dem Ventilsitz (3) ein Grobfilter (7) angeordnet ist.

5. Ventileinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Grobfilter (7) ein Sintermetallfilter mit einer mittleren Porenweite von etwa 15 um ist.

6. Ventileinrichtung nach einem der Anaprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung hinter dem Ventilsitz ein Feinfilter (8) angeordnet ist.

Anm.: DruVa-Armaturen GmbH - 2 -

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7. Vsntileinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß

J d&j Feinfilter (8) ein Membranfilter mit einer mittleren Porenweite von

I 0,02 um ist.
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8. Ventileinrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Feinfilter (8) in einer von außen zugänglichen, verschließ-

i baren Filterkammer (9) angeordnet ist.

I 10

9. Ventileinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge-

I kennzeichnet, daß an dem Brauchgasanschlußstutzen (2) eine Überwurf-

I mutter (10) angeordnet ist.

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10. Ventileinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge-

I 15 kennzeichnet, daß ein Brauchgasausgangsstutzen (11) vorgesehen ist, der

1 einstückig mit dem Ventilgehäuse (1) ist.

I

11. Ventileinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch

I gekennzeichnet, daß das Ventilgehäuse (1) einen Spülgaskanal (12) auf-

\\ 20 weist, der durch ein Schließelement (15) verschließbar ist.

I

12. Ventileinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,

I daß der Spülgaskanal (12) in eine Spülgasventilkammer (14) mündet, in

I der das Schließelement (15) beweglich angeordnet ist.

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13. Ventileinrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekenn-

I zeichnet, daß das Schließelement (15) durch einen pneumatischen

I Kolbenantrieb (16) betätigbar ist.

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14. Ventileinrichtung nach einem der Ansprüche H bis 13, dadurch

1 gekennzeichnet, daß der Ausgang der Spülgasventilkammer (14) in den

I Strömungsweg des Brnuchgases stromaufwärts des Feinfilters (8) und

I stromabwärts des Ventilsitzes (3) des Brauchgasanschlußstutzens (2) mündet.

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15. Ventileinrichtung nach einem der Ansprüche il bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Spülgaskanal (12) einen einstückig mit dem Ven-

i Anm.: DriA'a-Armaturen GmbH - 3 -

t u.Z.: Pat 209/8-87E

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tilgehäuse (1) ausgebildeten Spülgaseingangsstutzen (18) aufweist.

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Anm.: DruVa-Armaturen GmbH - 4 -

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