DE8632731U1 - Ball valve with sintered ceramic seat rings and sintered ceramic valve ball - Google Patents
Ball valve with sintered ceramic seat rings and sintered ceramic valve ballInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf einen Kugelhahn, insbesondere für lösungsmittelhaltige Stoffströme und Stoffströme mit abrasiven Feststoffbeimischungen, - mit Gehäuse, sinterkeramischen Sitzringen, sinterkeramischer Ventilkugel und durch eine Wellendichtung des Gehäuses geführter Betäligungsiwelle für die Ventilkugel, wobei die Sitzringe unter Zwischenschaltung einer Dichtung in das Gehäuse eingesetzt sind und von einem im Gehäuse abgestützten elastischen Element mit einer Druckkraft beaufschlagt sind, wobei die Ventilkugel zwischen Sitzflächen der Sitzringe elastomerfrei dichtend angeordnet ist. - Der gattungsgemäße Kugelhahn ist vorzugsweise eine Durchgangsarmatur mit einer Ventilkugel, die einer gerade Durchgangsbohrung aufweist. Die Durchgangsarmatur ist als Absperrarmatur oder Regelarmatur gleichermaßen einsetzbar. Unter den Oberbegriff fällt jedoch auch eine Armatur, die als Mehrwegsarmatur ausgestaltet ist und beispielsweise eine Anordnung der Ein- und Austrittsöffnung gemäß der GB 21 37 735 aufweist.The invention relates to a ball valve, in particular for solvent-containing material flows and material flows with abrasive solid admixtures, with a housing, sintered ceramic seat rings, sintered ceramic valve ball and an actuating shaft for the valve ball guided through a shaft seal of the housing, whereby the seat rings are inserted into the housing with a seal in between and are subjected to a compressive force by an elastic element supported in the housing, whereby the valve ball is arranged between the seat surfaces of the seat rings in an elastomer-free sealing manner. The ball valve of the generic type is preferably a through-fitting with a valve ball that has a straight through-bore. The through-fitting can be used equally as a shut-off fitting or a control fitting. However, the generic term also includes a fitting that is designed as a multi-way fitting and, for example, has an arrangement of the inlet and outlet openings in accordance with GB 21 37 735.
Bei dem aus dor Patentanmeldung P 35 45 547.0-12 bekannten gattungengemäßen Kugelhahn ist die Sitzfläche der Sitzringe sphärisch geschliffen. Die Sitzringe umschließen die Ventilkugel kalottenförmig. Die Berührungsfläche zwischen der Ventilkugel und den Sitzringen ist breit, und die Abdichtung ist eine flächenförmig wirkende Dichtung. Die bekannte Anordnung ist nicht frei von Nachteilen. Sie erfordert eine äußerst präzise Fertigung der Ventilkugel und der Sitzringe sowie eine technisch sehr aufwendige, exakte Anpassung der Sitzflächen an die Ventilkugel. Eine paarweise Fertigung des aus den Sitzringen bestehenden Ventilsitzes und der Ventilkugel ist erforderlich. Die erreichbare Flächenpressung an der Dichtfläche ist klein, nicht zuletzt auch deshalb, weil die Ventilkugel im Ventilsitz drehbarIn the generic ball valve known from patent application P 35 45 547.0-12, the seat surface of the seat rings is spherically ground. The seat rings enclose the valve ball in a dome-shaped manner. The contact surface between the valve ball and the seat rings is wide, and the seal is a surface-acting seal. The known arrangement is not without disadvantages. It requires extremely precise manufacture of the valve ball and the seat rings as well as technically very complex, exact adjustment of the seat surfaces to the valve ball. The valve seat consisting of the seat rings and the valve ball must be manufactured in pairs. The achievable surface pressure on the sealing surface is small, not least because the valve ball can rotate in the valve seat.
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sein muß. Selbst dann, wenn eine sehr gute Meßgenauigkeit eingehalten wird, ist die Dichtigkeit des bekannten Kugelhahns verbesserungsbedürftig. Im Unterschied zu Armaturen, bei denen die Sitzringe aus einem weichen Material bestehen, verbessert sich die Dichtigkeit des Irattiinrrc er om HAon KTiifrolhahnc &agr;&igr;1^&Ggr;&Tgr;&iacgr;&Ggr;&ugr;&idiagr;&Ggr;&idiagr;&Ogr;. C^ Si" ii °&Ggr;"3.!&Tgr;!&iacgr; S C !"1G &Pgr; V/SJTkstoff—must be. Even if a very good measurement accuracy is maintained, the tightness of the known ball valve is in need of improvement. In contrast to valves in which the seat rings are made of a soft material, the tightness of the Irattiinrrc er om HAon KTiifrolhahnc &agr;&igr;1 ^ &Ggr;&Tgr; �iacgr;&Ggr;&ugr;&idiagr;&Ggr;&idiagr;&Ogr;. C^ Si" ii °&Ggr;"3.!&Tgr;!&iacgr; SC !"1G &Pgr;V/SJTkstoff—
paarung auch bei langer Betriebsdauer nicht.pairing even after a long period of operation.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Kugelhahn so weiter auszubilden, daß er eine gute Dichtigkeit aufweist und auch bei hohen Betriebsdrücken als Absperrarmatur ein- »etzbar ist.The invention is based on the object of further developing a generic ball valve so that it has good sealing properties and can also be used as a shut-off valve at high operating pressures.
Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß die Ventilkugel entlang umlaufender Dichtungslinien an den Sitzflächen der Sitzringe anliegt. - Die Kontaktfläche zwischen der Ventilkugel und den Sitzflächen der Sitzringe ist erfindungsgemäß zu einer umlaufenden Dichtungslinie entartet. Dichtungslinie meint eine Berührungslinie mit einer gegenüber der Sitzfläche vernachlässigbaren Breite. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß eine wirksame Abdichtung !wischen den Sitzringen und der Ventilkugel nicht eine große Dichtungsfläche, sondern eine große Flächenpressung erfordert. Bei vorgegebener Andruckkraft zwischen der Ventilkugel und den Sitzringen ist die Flächenpressung um so größer, je schmaler die Kontaktfläche ist. Andererseits nehmen die Anforderungen an die Maßhaltigkeit und die Oberflächengüte der aufeinanderwirkenden Dichtungselemente mit abnehmender Breite der Kontaktfläche beachtlich zu. Überraschenderweise wurde nun bei einem Kugelhahn mit sinterkeramischen Sitzringen und sinterkeramischer Ventilkugel festgestellt, daß eine sehr gute Dichtigkeit dann erreichbar ist, wenn die Kontaktfläche zu einer Berührungslinie im mathematischen Sinne, also zu einer Dichtungslinie vernachlässigbarer Breite, entartet ist.To solve this problem, the invention teaches that the valve ball rests against the seat surfaces of the seat rings along circumferential sealing lines. - The contact surface between the valve ball and the seat surfaces of the seat rings is degenerated according to the invention into a circumferential sealing line. Sealing line means a contact line with a width that is negligible compared to the seat surface. The invention is based on the knowledge that an effective seal between the seat rings and the valve ball does not require a large sealing surface, but rather a large surface pressure. For a given contact force between the valve ball and the seat rings, the surface pressure is greater the narrower the contact surface. On the other hand, the requirements for the dimensional accuracy and surface quality of the interacting sealing elements increase considerably as the width of the contact surface decreases. Surprisingly, it has now been found that a ball valve with sintered ceramic seat rings and sintered ceramic valve ball can achieve very good sealing when the contact surface is degenerated into a contact line in the mathematical sense, i.e. into a sealing line of negligible width.
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Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist die Sitzfläche der Sitzringe als Mantelfläche einos Innenkonus ausgebildet, die tangentenförmig an der Ventilkugel anliegt. Diese Ausführungsform ist auch in fertigungstechnischer Hinsicht sehr vorteilhaft. Die Anforderungen an die einzuhaltenden Durchmessertoieranzen der Ventiikugei siiid, anders als bei Sitzringen mit sphärisch geschliffener Sitzfläche, nicht sehr groß. Größere Toleranzen im Ventilkugeldurchmesser wirken sich nur auf die Lage der Dichtungslinie am Umfang der Ventilkugel nicht aber auf die Dichtigkeit zwischen Ventilkugel und Ventilsitz aus. Entscheidend für die Dichtigkeit ist nur, daß die Ventilkugel exakt kreisrund ist. Dies macht, anders als die Einhaltung enger Durchmessertoleranzen, fertigungstechnisch keine besonderen Schwierigkeiten. Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Sitzfläche der Sitzringe als profilierte Oberfläche mit Dichtungsrippen ausgebildet ist. Bei dieser Ausführung liegt die Ventilkugel entlang einer Mehrzahl im Abstand zueinander verlaufender Dichtungslinien an. Eine solche Ausführung kann dann sinnvoll sein, wenn sehr große Betriebsstücke abgedichtet werden müssen und wenn hohe Anforderungen an die Betriebssicherheit der Armatur gestellt werden.According to a preferred embodiment of the invention, the seat surface of the seat rings is designed as the outer surface of an inner cone, which rests tangent-shaped on the valve ball. This embodiment is also very advantageous from a manufacturing point of view. The requirements for the diameter tolerances of the valve balls to be maintained are not very great, unlike with seat rings with a spherically ground seat surface. Larger tolerances in the valve ball diameter only affect the position of the sealing line on the circumference of the valve ball, but not the tightness between the valve ball and the valve seat. The only decisive factor for tightness is that the valve ball is exactly circular. Unlike maintaining narrow diameter tolerances, this does not cause any particular difficulties in terms of manufacturing. Another embodiment of the invention provides that the seat surface of the seat rings is designed as a profiled surface with sealing ribs. In this embodiment, the valve ball rests along a plurality of sealing lines that run at a distance from one another. Such a design can be useful when very large operating sections have to be sealed and when high demands are placed on the operational reliability of the valve.
Die Sitzringe liegen an einem im Gehäuse abgestützten elastischen Element an. Im Rahmen der Erfindung liegt es, als elastisches Element eine Weichdichtung einzusetzen, die zugleich Dichtungselement und Federelement ist. Die Anordnung einer Weichdichtung als elastisches Element setzt jedoch voraus, daß die Baulänge der aus den Sitzringen und der Ventilkugel bestehenden Anordnung sehr genau eingehalten wird. Ein verschleißbedingter Spaltausgleich ist nur begrenzt möglich. Wenn größere Toleranzen zulässig sein sollen sieht die Erfindung die Anordnung einer Druckfeder vor, die an der Stirnseite der Sitzringe anliegt. Die Abdichtung der Sitzringe gegenüberThe seat rings rest against an elastic element supported in the housing. Within the scope of the invention, a soft seal is used as an elastic element, which is both a sealing element and a spring element. The arrangement of a soft seal as an elastic element, however, requires that the overall length of the arrangement consisting of the seat rings and the valve ball is maintained very precisely. Compensation of gaps due to wear is only possible to a limited extent. If larger tolerances are to be permitted, the invention provides for the arrangement of a compression spring that rests against the front side of the seat rings. The sealing of the seat rings against
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dem Gehäuse erfolgt zweckmäßigerweise durch am äußeren Umfang der ; Sitzringe angeordnete Weichdichtungen. In weiterer Ausgestaltung j lehrt die Erfindung, daß den Sitzringen eine hydraulisch oder pneu-&iacgr; matisch betätigbare Andruckvorrichtung zugeordnet ist. Die Andruck- : Vorrichtung erlaubt die genaue Einstellung der Andruckkraft an den Sitzringen und der Flächenpressung an den Dichtungslinien unabhän-( gig vom Verschleißzustand. Sie gestattet fernerhin eine variable Einstellung der Andruckkraft derart, daß die Andruckkraft bei Betätigung der Ventilkugel reduziert und in der Betriebsstellung vergrößert wird. Dadurch kann einerseits der Verschleiß an der Ventilkugel sowie an den Sitzflächen der Sitzringe reduziert werden, ohne daß die Dichtwirkung im normalen Betriebszustand leidet. Fernerhin sind die für die Betätigung der Ventilkugel erforderlichen Stell- bzw. Antriebskräfte aufgrund der geringeren Reibung an den Dichtungslinien geringer, so daß mit kleineren Antriebsaggregaten gearbeitet werden kann. Zur Ausgestaltung einer hydraulisch oder pneumatisch betätigbaren Andruckvorrichtung lehrt die Erfindung in kostruktiver Hinsicht, daß die Andruckvorrichtung eine dem Sitzring zugeordnete / Druckkammer für ein Druckmedium aufweist, an die der Sitzring unterThe housing is expediently secured by soft seals arranged on the outer circumference of the seat rings. In a further embodiment, the invention teaches that a hydraulically or pneumatically actuated pressure device is assigned to the seat rings. The pressure device allows the pressure force on the seat rings and the surface pressure on the sealing lines to be set precisely, regardless of the state of wear. It also allows a variable setting of the pressure force in such a way that the pressure force is reduced when the valve ball is actuated and increased in the operating position. This means that wear on the valve ball and on the seat surfaces of the seat rings can be reduced without the sealing effect suffering in normal operating conditions. Furthermore, the actuating or driving forces required to actuate the valve ball are lower due to the lower friction on the sealing lines, so that smaller drive units can be used. In order to design a hydraulically or pneumatically actuated pressure device, the invention teaches in terms of construction that the pressure device has a pressure chamber for a pressure medium assigned to the seat ring, to which the seat ring can be connected under
Zwischenschaltung einer Dichtung angeschlossen ist.The interposition of a seal is connected.
Gegenüber der bekannten gattungsgemäßen Armatur mit sphärisch geschliffenen Sitzflächen und breiter Kontaktfläche zwischen der Ventilkugel und den Sitzflächen der Sitzringe weist der erfindungsgemäße Kugelhahn zahlreiche Vorteile auf. Er zeichnet sich durch eine gute Dichtigkeit und geringe Leckrate auch bei hohen Betriebsdrücken aus. Die Antriebskräfte zur Betätigung dor Ventilkugel sowie das erforderliche Losdrehmoment bei zur Inkrustierung neigenden Stoffströmen ist wegen der kleinen Kontakliiäche zwischen den SitzringenCompared to the known generic valve with spherically ground seat surfaces and a wide contact surface between the valve ball and the seat surfaces of the seat rings, the ball valve according to the invention has numerous advantages. It is characterized by good tightness and a low leak rate even at high operating pressures. The driving forces for actuating the valve ball and the required loosening torque for material flows that tend to encrustation are small due to the small contact surface between the seat rings.
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und der Ventilkugel gering. Aufgrund der Linienberührung von Ventilkugel und den Sitzringen besteht die Gefahr eines Verklemmens von Feststoff &rgr; artikeln zwischen Ventilkugel und Ventilsitz nicht. Es entfallen damit Dichtungsprobleme durch festgeklemmte Feststoffteile«'-·an, fernerhin reduziert sich der Verschleiß an der Dichtungsfläche trotz großer Flächenpressung. Bei der bevorzugten Ausführungsform mit konisch geschliffener Sitzfläche oder Sitzringe kommen fertigungstechnische Vorteile hinzu. Weil die Ventilkugel und die Sitzringe nicht, wie bei sphärisch geschliffenen Sitzringen, paarweise eingeschliffen werden müssen, vereinfacht sich die Ersatzteilhaltung und reduzieren sich die Lagerkosten.and the valve ball is low. Due to the line contact between the valve ball and the seat rings, there is no risk of solid particles jamming between the valve ball and the valve seat. This eliminates sealing problems caused by jammed solid particles and also reduces wear on the sealing surface despite high surface pressure. The preferred design with a conically ground seat surface or seat rings also offers manufacturing advantages. Because the valve ball and the seat rings do not have to be ground in pairs, as is the case with spherically ground seat rings, spare parts storage is simplified and storage costs are reduced.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen in schematischer DarstellungThe invention is explained in more detail below using a drawing that merely represents an exemplary embodiment. It shows a schematic representation
Fig. 1 einen Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen Gegenstand, Fig. 2 einen Ausschnitt aus Fig. 1 in vergrößerter Darstellung,Fig. 1 is a longitudinal section through the object according to the invention, Fig. 2 is a detail from Fig. 1 in an enlarged view,
Fig. 3 eine weitere Ausführungsform der Erfindung, ebenfalls im Ausschnitt,Fig. 3 shows another embodiment of the invention, also in detail,
Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausgestaltung der Er-Fig. 4 shows a longitudinal section through a further embodiment of the
indung. :indung. :
Der in den Fig. 1 bis 4 dargestellte Kugelhahn ist insbesondere für | lösungsmittelhaltige Stoffströme und Stoffströme mit abrasiven Feststoff- \ The ball valve shown in Fig. 1 to 4 is particularly suitable for | solvent-containing material flows and material flows with abrasive solids \
beimischungen geeignet. Zum Grundsätzlichen Aufbau gehören ein druckfestes Gehäuse 1, ein Ventilsitz aus sinterkeramischen Sitzringen 2, eine sinterkeramische Ventilkugel 3 mit Betätigungswelle 4, die durch eine Wellendichtung 5 des Gehäuses 1 geführt ist. Die Ventilkugel 3 ist zwischen Sitzflächen 6 der Sitzringe 2 elastomerfrei dichteni angeordnet. Die Sitzringe 2 sind gegenüber dem Gehäuse abgedichtet und liegen an einem im Gehäuse 1 abgestützten elastischen Element 7 an. Bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das elastische Element 7 als Weichdichtung ausgebildet, das zugleich Dichtungselement und Federelement ist. Das Gehäuse ist mehrteilig ausgeführt und besteht aus einem Mantelteil 8 sowie Flanschteilen 9, die unter Zwischenschaltung von Gehäusedichtungen 10 miteinander verschraubt sind.admixtures. The basic structure includes a pressure-resistant housing 1, a valve seat made of sintered ceramic seat rings 2, a sintered ceramic valve ball 3 with actuating shaft 4, which is guided through a shaft seal 5 of the housing 1. The valve ball 3 is arranged between seat surfaces 6 of the seat rings 2 in an elastomer-free manner . The seat rings 2 are sealed off from the housing and rest against an elastic element 7 supported in the housing 1. In the embodiment shown in Figs. 1 and 2, the elastic element 7 is designed as a soft seal, which is both a sealing element and a spring element. The housing is made up of several parts and consists of a casing part 8 and flange parts 9, which are screwed together with the interposition of housing seals 10.
Die Ventilkugel 2 liogt entlang umlaufender Dichtungslinien 11 an den Sitzflächen 6 der Sitzringe 2 an. Die Dichtunglinien 11 haben eine gegenüber der Sitzfläche 6 vernachlässigbare Breite. Bei der in den Fig. 1, 2 und 4 dargestellten Ausführung der Erfindung ist die Sitzfläche 6 der Sitzringe 2 als Mantelfläche eines Innenkonus ausgebildet, die tangentenförmig an der Ventilkugel 3 anliegt. Die Abdichtung erfolgt an einer kreisförmigen Dichtungslinie 11. Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführung der Erfindung ist die Sitzfläche : 6 der Sitzringe 2 als profilierte Oberfläche mit Dichtungsrippen 12 ausgebildet. Die Abdichtung erfolgt hier an einer Mehrzahl im Abstand voneinander verlaufenden Dichtungslinie 11. Die Sitzringe 2 liegen stirnseitig an einer Druckfeder 13 sowie an ihrem äußeren Umfang an einer Weichdichtung 14 an. Die Druckfeder 13 ermöglicht im Unterschied zu einem gummielastischen Federelement einen größeren Längenausgleich ohne Beeinträchtigung der Andruckkraft und ermöglicht daher einen Verschleißausgleich an den Dichtung, ippen 12.The valve ball 2 rests along circumferential sealing lines 11 on the seating surfaces 6 of the seat rings 2. The sealing lines 11 have a width that is negligible compared to the seating surface 6. In the embodiment of the invention shown in Figs. 1, 2 and 4, the seating surface 6 of the seat rings 2 is designed as the outer surface of an inner cone, which rests tangent-shaped on the valve ball 3. The sealing takes place on a circular sealing line 11. In the embodiment of the invention shown in Fig. 3, the seating surface 6 of the seat rings 2 is designed as a profiled surface with sealing ribs 12. The sealing takes place here on a plurality of sealing lines 11 that run at a distance from one another. The seating rings 2 rest on the front side on a compression spring 13 and on their outer circumference on a soft seal 14. The compression spring 13, in contrast to a rubber-elastic spring element, enables greater length compensation without affecting the contact pressure and therefore enables wear compensation on the seals 12.
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Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform ist den Sitzringen eine hydraulisch oder pneumatisch betätigbare Andruckvorrichtung 15 zugeordnet. Zum grundsätzlichen Aufbau der Andruckvorrichtung 15 gehört eine jeweils dem Sitzring 2 zugeordnete Druckkammer 16, an die der Sitzring 2 unter Zwischenschaltung eine Dichtung 17 angeschlossen ist. Die Druckkammer 16 ist im Ausführungsbeispiel als Ringkammer ausgebildet. Über eine gehäuseseitige Bohrung IC kann der Druckkammer 16 ein Druckmedium zugeführt werden. Durch die Andruckvorrichtung 15 ist eine genaue Einstellung der Andruckkraft und der Flächenpressung an der Dichtungslinie 11 möglich. Vorzugsweise wird die Andruckkraft während der Betätigung der Ventilkugel reduziert und im normalen Betriebszustand vergrößert.In the embodiment shown in Fig. 4, the seat rings are assigned a hydraulically or pneumatically actuated pressure device 15. The basic structure of the pressure device 15 includes a pressure chamber 16 assigned to the seat ring 2, to which the seat ring 2 is connected with an interposed seal 17. In the exemplary embodiment, the pressure chamber 16 is designed as an annular chamber. A pressure medium can be supplied to the pressure chamber 16 via a bore IC on the housing side. The pressure device 15 enables precise adjustment of the pressure force and the surface pressure on the sealing line 11. The pressure force is preferably reduced during the actuation of the valve ball and increased in the normal operating state.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19868632731 DE8632731U1 (en) | 1986-12-06 | 1986-12-06 | Ball valve with sintered ceramic seat rings and sintered ceramic valve ball |
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| DE19868632731 DE8632731U1 (en) | 1986-12-06 | 1986-12-06 | Ball valve with sintered ceramic seat rings and sintered ceramic valve ball |
Publications (1)
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| DE8632731U1 true DE8632731U1 (en) | 1988-01-28 |
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ID=6800896
Family Applications (1)
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| DE19868632731 Expired DE8632731U1 (en) | 1986-12-06 | 1986-12-06 | Ball valve with sintered ceramic seat rings and sintered ceramic valve ball |
Country Status (1)
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| DE (1) | DE8632731U1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0300393A3 (en) * | 1987-07-21 | 1990-01-10 | Metalpraecis Berchem + Schaberg Gesellschaft Fur Metallformgebung Mit Beschrankter Haftung | Ball valve |
| EP0372117A1 (en) * | 1988-12-09 | 1990-06-13 | Werner Dipl.-Ing. Hartmann | Cock with a spherical metal or ceramic plug |
| DE19800894A1 (en) * | 1998-01-13 | 1999-07-22 | Cerpraecis Anwendungen Fuer In | Valve for fluids containing abrasive substances cast manufactured |
-
1986
- 1986-12-06 DE DE19868632731 patent/DE8632731U1/en not_active Expired
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0300393A3 (en) * | 1987-07-21 | 1990-01-10 | Metalpraecis Berchem + Schaberg Gesellschaft Fur Metallformgebung Mit Beschrankter Haftung | Ball valve |
| EP0372117A1 (en) * | 1988-12-09 | 1990-06-13 | Werner Dipl.-Ing. Hartmann | Cock with a spherical metal or ceramic plug |
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