DE1600945A1

DE1600945A1 - Anordnung zur Geraeuschunterdrueckung bei Fluessigkeitsventilen

Info

Publication number: DE1600945A1
Application number: DE19671600945
Authority: DE
Inventors: Strand Tage Magnus
Original assignee: STRAND TAGE MAGNUS; Ifoverken AB
Current assignee: STRAND TAGE MAGNUS; Ifoverken AB
Priority date: 1966-04-12
Filing date: 1967-04-10
Publication date: 1970-04-30
Also published as: GB1143453A; CH453831A; BE696878A; SE321188B; NL6705122A; AT298916B

Description

Tage Magnus Strand in linköping/Schweden

und
Aktiebeläget Iföverken in Bremölla/Schweden

Anordnung zur Geräuschunterdrückung "bei Flüssigkeitsventilen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Geräuschunter drückung "bei |!lüssigkeitsventilen.

Wenn eine Wasserströmung ein Austrittsventil durchläuft, "beispielsweise einen gewöhnlichen Wasserhahn in einem Wasserverteilungssystem «der ein Ventil für die Spülwasserversorgung des Wasservorratstanks eines Wasserklosetts, ist häufig ein Geräusch au beobachten^ das von größerer oder geringerer Stärke sein kann, jedoch in der Regel als sehr störend empfunden wird« Das Problem_s ein solches Geräusch zu verringern, wurde in den vergangenen Jahren auf verschiedenartige Weise angegangen. Die Unterschiede zwischen den einzelnen v@rgeschlagenen lösungen gehen auf unterschiedliche Meinungen über die Quelle des Geräusches zurück. Wie angenommen werden kann_? haben diese unterschiedlichen Beurteilungen auch zu verschiedenen Theerien geführt bezüglich des besten Weges dES Problem zu lösen. Allgemein war man der Ansicht, daß das Geräusch

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durch die große dynamische Energie der Wasserströmung sogleich nach ihrem Durchtritt durch das eigentliche Ventil hervorgerufen wird. Als Folge dieser Theorie war man bemüht, der Geräuschentwicklung durch Verlangsamung der Wasserströmung entgegenzuwirken. Die Verringerung der Geschwindigkeit des Wassers wurde durch Konstruktionen erreicht, die eine oder mehrere beträchtliche Umlenkungen der Strömungsrichtung hervorrufen. Gewöhnlich wurde diese Richtung vollkommen umgekehrt. Es wurde jedoch herausgefunden, daß solche Konstruktionen keine vollständige Lösung des Geräuschproblems mit sich brachten.

Es wurde ferner vorgeschlagen, im Strömungskanal des Ventils eine Auskleidung aus einem Material vorzusehen, das unempfindlich gegenüber Schwingungen ist, wie etwa Naturschwamm oder Schaumgummi. Bei solchen Konstruktionen bestand das Hauptziel nicht darin, eine Reduktion der Strömungsgeschwindigkeit herbeizuführen, sondern darin, eine Absorption innerhalb der Wasserströmung auftretender Druckwellen hervorzurufen. Auch diese Versuche haben jedoch nicht zu einem vollkommen befriedigenden Ergebnis geführt.

Das Prinzip, auf dem die Erfindung beruht, kann kurz folgendermaßen umrissen werden: Wenn eine wasserströmung durch einen Kanal hindurchtritt, dessen effektiver Querschnitt

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in Strömungsrichtung zunimmt, kann die Flüssigkeit bekanntlich, nicht den gesamten vergrößerten Bereich plötzlich ausfüllen, insbesondere, wenn die Geschwindigkeit der Flüssigkeit beträchtlich oder gar hoch ist. Dies führt zu Kavitationserscheinungen. Das Geräusch entsteht dann, wenn die Kavitationsräume oder- blasen im weiteren Strcmungsverlauf infolge der Kompression zerstört werden, die sich durch eine erneute Reduzierung des verfügbaren Querschnittes ergibt. Der Vollständigkeit halber sei hier eingefügt, daß es selbstverständlich nicht möglich ist, solche Veränderungen des verfügbaren Querschnittes zu vermeiden. Dies folgt schon aus der Tatsache, daß bei den meisten Ventiltypen, beispielsweise gewöhnlichen Wasserhähnen , der Querschnitt zwischen dem Ventilsitz und dem Ventilkörper nicht endgültig festliegt sondern sich in Abhängigkeit von der augenblicklichen Stellung des bewegliehen Ventilkörpers verändert. Gemäß einer weiteren mehr oder weniger herkömmlichen Annahme werden sämtliche einen Flüssigkeitskanal definierenden Wände mit einer Oberfläche versehen, die so glatt wie möglich ist, wobei der Gedanke zug-runde liegt, Unregelmäßigkeiten zu vermeiden, die Turbulenz und auf diese Weise ein Geräusch hervorrufen könnten. Die erfindungsgemäße Lösung des Geräuschproblems beruht auf einem Prinzip, das völlig unabhängig von den oben erwähnten früheren Theorien ist. Anstatt bemüht zu sein, den effektiven Querschnitt konstant zu halten oder gar in Strömungs-

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richtung zu reduzieren, ist erfindungsgemäß vorgesehen, diesen Querschnitt zu vergrößern und die angrenzenden, den Querschnitt bestimmenden Wände des Strömungskanals mit unebenen, rauhen oder konturlosen Oberflächen auszustatten. Dies bedeutet in anderen Worten, daß die Entstehung von Kavitationsblasen bewusst geduldet wird, daß jedoch das Zusammenbrechen dieser Blasen so gesteuert wird, daß" es allmählich und sanft stattfinden kann, wodurch die Geräuschentstehung vermieden oder vermindert wird. Die Steuerung der Kompression der Kavitatiensblasen findet folglich unter fortlaufender Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit statt, die auf Grund des erhöhten Strömungv/iderstandes infolge der Reibung erzeugenden Wände erhalten wird.

Selbstverständlich gehört es zum Stand der Technik, einen Strömungskanal zu verwenden, dessen Querschnitt in Strömungsrichtung zunimmt. Es ist ferner bekannt, auch in Verbindung mit Konstruktionen der gerade erwähnten Art, innerhalb des Bereiches des Kanals mit divergierenden Wänden Gummi oder ähnliches Material mit einer unregelmäßigen Oberfläche anzuordnen. Es gibt jedoch einen grundlegenden Unterschied zwischen diesen Anordnungen und der eiflndungsgemäßen, da im ersten Pail nicht der effektive Querschnitt vergrößert wurde. Im Gegenteil, dieser Querschnitt blieb in der Regel im wesentlichen konstant oder verringerte sich sogar beträchtlich, da das weiche und rauhe Material in Form

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eines Filters eingesetzt wurde und die Flüssigkeit sioh durch eine Vielzahl von Poren des Materials bewegte, wodurch sie ν in eine entsprechende Zahl dünner Strahlen aufgetrennt wurde, bevor sie die Anordnung verließ. Offensichtlich liegt solchen Konstruktionen eine ganz andere Anschauung

zugrunde als diejenige, auf der die Erfindung beruht, die nicht von dem Filterprinzip Gebrauch macht.

Im Folgenden wird nun die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im einzelnen beschrieben. Es sei jedoch bereits hier erwähnt, daß die Erfindung, obJLeich die Beschreibung aus praktischen Gründen auf verschiedene Armaturen eines Wasserleitungssystems konzentriert ist, ebenso anwendbar ist, wenn es sich bei der betrachteten Flüssigkeit nicht um Wasser handelt. Es sei weiterhin betont, daß es unerheblich ist, ob der Querschnitt des Strömungskanals, in dem das Zusammenbrechen der Kavitationsblasen gesteuert wird, vor oder hinter der Mündung eines anschließenden Ventils liegt.

Die Figuren 1, 1a, 2b, 3, 4 und 5 zeigen axiale Schnitte durch eine erfinaungsgemäße Anordnung und stellen jeweils eine grundlegende Ausführungeforra dar, die, einzeln oder in verschiedenen Kombinationen verwendet, als Ausgangspunkt für die praktische Ausführung der Erfindung gelten kann.

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Die Figuren 6 und 7 zeigen zwei praktische Ausführungsbeispiele, wobei Figur 6 einen Axialschnitt durch einen Mppel zeigt, der eine Ergänzung einer bestehenden Anordnung darstellen soll, wohingegen Figur 7 einen Teilschnitt durch einen von Anfang an gemäß der Erfindung ausgebildeten Wasserhahn angibt.

Soweit dies möglich war, erhielten sämtliche Figuren der Zeichnungen die-selben Bezugszahlen für gleiche oder einander entsprechende Einzelheiten.

In Figur 1 ist ein Axialschnitt durch eine Anordnung gezeichnet, die ein Ventilgehäuse 1 mit zwei Anschlüssen, nämlich einem Einlaßstutzen 2 und einem Auslaßstutzen 3₅besitzt. Der Strömungskanal 4 des Einlaßstutzens 2 erstreckt sich in einen kugelförmigen Körper 5, in dessem oberem Teil er mündet. Der Körper 5 befindet sich zu einem beträchtlichen Teil innerhalb einer im wesentlichen halbkugelförmigen Ausnehmung in einem Stopfen 6, der mit einem Außengewinde versehen ist, das mit einem Innengewinde des Gehäuses 1 in Eingriff steht, tfie in der Figur gezeigt, besitzt der Stopfen 6 ferner eine querverlaufende Nut 7 zur Aufnahme der Kante eines Schraubenziehers, mittels dessen die axiale Stellung des Stopfens 6 gegenüber dem kugelförmigen Körper 5 verändert

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werden kann. In all diesen Stellungen wird eine Abdichtung mit Hilfe eines Dichtungsringes 8 erreicht. Die halbkugelformige Ausnehmung in dem unteren Teil des Stopfens 6 ist mit einem Überzug 9 versehen, der aus einem Material mit noch zu erläutertenden Eigenschaften besteht.

Die durch den Kanal 4 hindurchtretende Flüssigkeit wird offensichtlich radial nach außen zu und sodann nach unten abgelenkt. Hierbei vermindert sich die Strömungsgeschwindigkeit, teilweise da sich der Querschnitt vergrößert und teilweise als Folge der Bremswirkung durch die vergrößerte Heibung, die auf die Anwesenheit des Belages 9 zurückzuführen ist. Auf jeden Fall ergibt sich, daß bei Austritt der Flüssigkeit aus dem Austrittsstutzen 5, dessen Querschnitt beträchtlich größer als derjenige des Eintrittsstutzens 2 ist, die Verminderung der Geschwindigkeit und die damit zusaiamenhängende Expansion abgeschlossen sind. Diese Veränderungen erfolgen im wesentlichen ohne Geräuschbildung.

Zwischen den Figuren 2a und 2b einerseits und Figur 1 andererseits gibt es zwei Hauptunterschiede. Der eine besteht darin, daß der Körper 5, der den Belag 9 trägt, konisch anstatt kugelförmig ist, und der andere darin, daß dieser Körper so ausgebildet und angeordnet ist, daß die den Kanal 4 verlassende Flüssigkeit nicht um 180° umgelenkt wird, bevor

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sie die mit dem Auslaßstutzen 3 in Verbindung stehende Kammer erreicht. Auf Grund der Anwesenheit des Belages 9 wird dennoch in eben beschriebener Weise eine fortlaufende Bremsung erreicht, so daß keine geräuscherzeugenden Kavitationserscheinungen auftreten.

Derjeinzige Unterschied zwischen den Figuren 2a und 2b besteht darin, daß im ersten Fall die untere Konusfläche des Körpers 5 parallel zu der gegenüberliegenden Wand des Gehäuses 1 verläuft, das heißt, daß ■■*. = ,/« ist, wohingegen im letzteren Falle ex > ·;<' ist, w_as bedeutet, daß der Querschnitt rascher anwächst, wenn sich die Flüssigkeit an dem Belag 9 vorbeibewegt.

Figur 3 zeigt eine grundlegende Form, bei welcher der Zuwachs des effektiven Querschnitts in rein radialer Richtung stattfindet (gemäß Figur 1 und 2 treten eine axiale ebenso wie eine radiale Strömungsk*mp#nente auf). Um dieses Strömungsbild zu erhalten, ist der Belag 9 am Grunde einer flachen Scheibe vorgesehen, die ein Teil mit dem Käärper 5 bil- · det. In den Figuren 2 und 3 ist mit 10 eine Mutter oder eine mit einem Gewinde versehene Scheibe bezeichnet, die zur Erleichterung der Herstellung Verwendung findet. Das Gewinde steht in Eingriff mit einem entsprechenden Gewinde im Hauptteil des Gehäuses 1, 11 bezeichnet den unteren konischen Toll des Gehäuses 1 in Figur 2,

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Gemäß Figur 4 wird die fortlaufende Querschnittserweiterung durch Zusammenwirkung der Innenwand.des konischen Gc-häuseteiles 11 mit dem eingesetzten Körper 5 erhalten, dessen Hauptteil in diesem Falle eine zylindrische Form aufweist und in der oben beschriebenen Weise einen Belag 9 trägt. Auch gemäß Figur 5 besitzt das Gehäuse 1 einen unteren konischen Teil 11, der mit dem Eintrittsstutzen 2 in Verbindung steht. In diesem Beispiel jedoch ist der Belag 9 nicht auf einem zusätzlichen Einsatzkörper angebracht sondern statt dessen innerhalb des konischen Gehäuseteiles 11 vorgesehen und weist einen zentralen Strömungskanal auf. Eine Einstellschraube 6 wirkt mit einem Schieber 14 zusammen, der Durchtrittsöffnung en 13 besitzt und auf einer Lochscheibe 15 ruht, die auf die obere Stirnfläche des Belages bzw. der Auskleidung 9 einen Druck ausübt. Dank der Elastizität des Auskleidungsmaterials ist es mittels der Schraube 6 möglich, den effektiven Querschnitt des Kanales 12 einzustellen.

Figur 6 zeigt c-inen Nippel oder ein Verbindungsstück, das beispielsweise in der Nähe eines Wasserhahnes angebracht werden kann und mit einem Außengewinde 2a sowie einem In nengewinde 3a versehen ist. Innerhalb des unteren Abschnittes 2 ist ein Einsatzkörper 5 mit konischer Form vorgesehen, dessen Spitze in Strömungsrichtung weist. Er wird in seiner Lage durch eine Schraube 16 festgehalten, deren Gewinde

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in Eingriff mit dem Körper 5 steht und die sich durch ein Loch in einer schmalen Brücke 17 erstreckt, welche diametral über die Einlaßöffnung verläuft und ein Stück mit dem Gehäuse 1 bildet. Die Innenwand'des Abschnittes 2 soll uneben oder rauh sein. ·

Der Unterschied zwischen Figur 7 und den oben beschriebenen Figuren besteht darin, daß nach ersterer eine erfindungsgemäße Anordnung innerhalb eines Gerätes angeordnet ist, mit dem sie zusammenwirken soll, nämlich einem Wasserhahn. Dieser besteht aus einem Gehäuse 1, das in herkömmlicher Weise einen Auslaß 18 und einen Drehgriff 19 besitzt, der mit einem Schaft 20 verbunden ist, der seinerseits die Stellung des Ventilkörpers 31 gegenüber einem Ventilsitz 22 steuert. Dieser letztere ist erfindungsgemäß mit einer diametral verlaufenden Brücke 17 versehen, die eine zentrale Bohrung besitzt, die ihrerseits mit einem Bolzen 6 in Eingriff steht, der den Einsatzkörper 5 mit seinem Belag 9 trägt. Eine solche Ausführung stellt einen praktischen Anwendungsfall der grundlegenden Ausführungsform gemäß Figur 2b dar.

Figur 8 gibt eine Anordnung zur Verwendung in extremen Fällen an, nämlich in solchen, bei denen der Wasserdruck hoch oder das pro Zeiteinheit hindurchtretende Flüssigkeitsvolumen groß ist oder diese beiden Gegebenheiten gleichzeitig auftreten.

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Wie aus 4er Figur ersichtlich, ist der Einsatzkörper 5 in drei einen gegenseitigen axialen Abstand aufweisende Abschnitte 5a, 5b und 5c aufgeteilt, deren jeder eine kenische Grundfläche mit einem Belag 9a bzw. 9b bzw. 9c sowie einen sich radial nach außen erstreckenden Plansch 22a bzw. 22b bzw. 22c besitzt. Die Abschnitte 5a, rb und 5c werden durch Zusammenwirkung dreier Schraubenfedern 23a, 23b und 23c, die als nachgifbige Abstandstücke wirken, sowie einen Schieber 14 auf ihrem Platz gehalten, der mittels eines Bolzens 6 verstellbar ist, dessen unteres Ende in einer Ausnehmung des Abschnitts 5c ruht.

Es sei angemerkt, daß, obigeich hier verschiedene grundlegende Konstruktionsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt und beschrieben wurden, die Erfindung in vielerlei anderer Weise abgewandelt werden kann. Die einzige wesentliche Bedingung ist die, daß die betreffende Ane-rdnung so ausgebildet ist, daß durch sie hindurchtretende Flüssigkeit einer allmählichen Expansion ausgesetzt ist. Der Expansionsgesichtspunkt bringt mit sich, daß,der effektive Durchtrittsquersphnitt der strömenden Flüssigkeit beständig anwachsen soll und daß seine Bestimmung danach erfclgt, daß die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit durch einen beabsichtigten Reibungszuwachs vermindert wird.

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Um die Abmessungen der Anordnung zu begrenzen, ist es für den letztgenannten Zweck in der Regel vorteilhaft, einen besonderen Einsatzkörper oder gesonderte Belgge aus einem Material zu verwenden, das eine erhöhte Roibungswirkung ergibt. Besonders geeignet hierfür erscheinen versdiedenartige Kunstharze ebenso wie Gummi. Der Einsatzkörper bzw. die Beläge sollten generell eine- rauhe oder unebene Oberfläche besitzen. In dieser Hinsicht verdient erwähnt zu werden, daß es einen zusätzlichen Vorteil mit sich bringt, daß die entsprechenden Wandflächen keine kostspielige Bearbeitung oder ähnliche Behandlung erfordern. Im Gegenteil, es ist gewöhnlich erwünscht, äine rauhe Oberfläche zu erhalten, wie sie durch einen Gießvergang hervorgerufen wird.

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Claims

Patentansprüche

1. Anordnung zur Gerauschunterdrückung bei Flüssigkeitsventilen g e k e η η ζ e i c h η e t durch einen Strömungskanalabschnitt in der Umgebung des Ventils, der in Richtung der Flüssigkeitsströmung einen fortlaufend ansteigenden effektiven Querschnitt besitzt, wobei die diesen Abschnitt bestimmenden Wände Teile aufweisen, die den Flüssigkeitsstrom einer hohen Reibung und damit Bremswirkung aussetzen. ■ .

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der betreffende Kanalabschnitt so geformt ist, daß die durch ihn hindurchtretende Flüssigkeit eine radial nach außen gerichtete Bewegungskomponente erhält.

3· Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Außenwand (2) bestimmte' Querschnitt auf der gesamten Länge des betreffenden Kanalabschnittes im wesentlichen Konstant ist, während der Querschnitt der Innenwand (5) in Strömungarichtung beständig abnimmt. . BAD ORföi'NÄL

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4» Anordnung nach' Anspruch 2, dadurch ge k e η η-zeichnet, daß die den betreffenden Kanalabschnitt bestimmenden Wände im wesentlichen von zwei konzentrischen Halbkugelflächen (5, 9) gebildet sind (Figur 1).

5. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η zzeichnet, daß die den betreffenden Kanalabschnitt bestimmenden Wände im wesentlichen von zwei konzentrischen Kugelflachen (9» 11) gebildet sind, deren Spitzen der Einlaßöffnung zugekehrt sind und von denen zumindest die äußere Kugelfläche (1) abgestumpft ist.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kegelflächen (9, 11) denselben Öffnungswinkel ( ν- = α¹) besitzen (Figur 2a).

7. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Kegelfläche (11) einen größeren Öffnungswinkel aufweist als die innere Kegelfläch© (9) (Figur 2b und 7).

8. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den betreffenden Strömungskanal bestimmenden Wände von zwei zueinander parallelen, vorzugsweise flachen kreisförmigen Flächen gebilde^feind, wobei der Kanaleintritt in der Mitte der einen Fläche liegt und der

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Auslaß durch, einen Schlitz zwischen den beiden Fläcnen gebildet ist. (Figur 3).

9. Anordnung nach Anspruch. 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den betreffenden Kanalabschnitt bestimmenden Wände im wesentlichen aus zwei konzentrischen Flächen gebildet sind, deren innere (9) auf ihrem größten Teil zylindrisch ist, während die äußere einen Abschnitt einer abgestumpften Kegelflache bildet, deren Spitze der Eintrittsöffnung (4) des Kanals entgegengerichtet ist.(Figur -4-).

10. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den betreffenden Strömungskanal (12) bestimmende Fläche im wesentlichen eine abgestumpfte Kegelfläche ist, deren Spitze in Richtung der Einlaßöffnung (4) weist (Figur 5).

11. Vorrichtung nach Anspruch 3> dadurch g e k e η nz e i chne t, daß die äußere Vand (2) des betreffenden Kanalabschnittes im wesentlichen von einer Zylinderfläche gebildet ist und daß die innere Wand (5) eine Kegelfläche ist (Figur 6).

12. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Strö mungskanal

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in eine Anzahl einzelner Zweige aufgeteilt ist, die ^u ^ ^ ^ * strömungstechnisch parallel geschaltet sind.

13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der einzelnen Zweige von Wänden (11, 9a; 5a, 9b; 5b, 9c) bestimmt ist, die im wesentlichen von jasreils zwei konzentrischen Kegelflächen gebildet sind, deren Spitzen der Einlauffnung (4) des Strömungskanals zugewandt sind (Figur 8).

14. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände von
getrennten Belägen (9) oder Einsätzen (5) gebildet sind.

15. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Beläge (9) aus einem gewobenen Textilmaterial oder einem Kunstharz ode#aus Gummi bestehen.

16. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn ze !■■ ohne t, daß der effektive
Querschnitt des Strömungskanals veränderlich ist.

17. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüoiie, insbesondere den Ansprüchen 7, 14 und 16, die in einem
Wasserhahn vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwand des betreffenden Kanalabsohnittes

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von einem Teil des Hahngehäuses (1) gebildet ist, während die Innenwand (9) sich auf einem Einsatzkörper (5) befindet, der vorzugsweise von dem Ventilsitz (22) des Hahnes
getragen ist (Figur 7).

18. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere Anspruch 13, dadurch gekonnzeichnet, daß sie einen Nippel bildet, der in einem Strömungskanal an einem Ventil oder dergleichen vorzusehen ist.(Figur 6). .

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