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Rohrbruchsicherung Die Erfindung bezieht sich auf eine Rohrbruchsicherung
mit einem abgedichteten Mantelraum um die Rohrleitung. Insbesondere bezieht sich
die Erfindung auf eine Rohrbruchsicherung für eine Öltransportleitung, d. h. eine
sogenannte Pipeline.
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Eine Öltransportleitung überbrückt Bekannterweise große Strecken von
oft unwegsamem Gelände. Beispielsweise werden die Pipelines über Gebirge geführt,
wobei teilweise für die Leitungen Stollen gegraben werden. Andererseits werden sie
auch häufig am Meeresboden verlegt.
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Erfahrungsgemäß sind gerade diese Stellen einer erhöhten Rohrbruchgefahr
infolge Stolleneinbruchs oder im Falle der Verlegung auf dem Meeresboden der Wanderung
der Meeresbodenfläche mit der Folge der Verbiegung :der Leitungen ausgesetzt. Da
diese Stellen äußerst schwer zugänglich sind, trat bis zur Reparatur der defekten
Stellen ein sehr großer Ölverlust auf.
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Rohrbruchsicherungen mit einem Mantelraum um die Rohrleitung sind
an sich bekannt, wobei im Innenrohr Flüssigkeit oder Dampf strömt, während im Mantelraum
ein Vakuum oder nach einem anderen Vorschlag mindestens ein luftverdünnter Raum
geschaffen wird. Bei einem Bruch der Rohrleitung erhöht sich unmittelbar der Druck
im Mantelraum. Es sind Membranen oder sonstige Einrichtungen vorgesehen, die auf
eine Druckerhöhung im Mantelraum ansprechen und ein Schließen eines Absperrventils
in der Rohrleitung zur Folge haben. Diese Rohrbruchsicherungen haben den Nachteil,
daß sie nur ansprechen, wenn eine -Druckerhöhung im Mantelraum eintritt. Im allgemeinen
bereitet es jedoch größte Schwierigkeiten, den Mantelraum über eine größere Rohrleitungslänge
zu evakuieren und dieses Vakuum auch aufrechtzuerhalten.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die solchen bekannten Rohrbruchsicherungen
anhaftenden Nachteile zu vermeiden und insbesondere eine solche Sicherung zu schaffen,
bei der eine Evakuierung des Mantelraumes nicht notwendig ist, sondern der Mantelraum
einem Druck ausgesetzt wird, der im allgemeinen nur wenig über dem Atmosphärendruck
liegen kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Normaldruck
im Mantelraum auf einen Wert zwischen dem Betriebsdruck in der Rohrleitung und dem
Umgebungsdruck außerhalb des Mantels eingestellt wird und daß die Rohrbruchsicherung
anspricht, wenn der Druck im Mantelraum um vorbestimmte Werte nach oben oder unten
vorn Normaldruck abweicht. Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung werden
zwei Druckschalter vorgesehen, von denen der eine als Unterdruckschalter ein Ansprechen
der Rohrbruchsicherung bewirkt, wenn der ;Druck im Mantel unter den eingestellten
Wert sinkt, der ,zwischen dem Normaldruck im Mantel und dem niedrigeren der beiden
außerhalb des Mantelraumes wirkenden Drücke liegt, und der andere als Überdruckschalter
ein Ansprechen der Rohrbruchsicherung bewirkt, wenn der Druck im Mantelraum über
einen Einstellwert ansteigt, der zwischen dem Normaldruck im Mantelraum und dem
höheren der beiden außerhalb des Mantelraums wirkenden Drücke liegt. Zur Absperrung
der Rohrleitung ist mindestens ein Absperrventil _ in der Rohrleitung vorgesehen,
das in an sich bekannter Weise in Richtung auf die geschlossene Stellung vorgespannt
ist und auf Grund des -Druckes in :dem Mantelraum normalerweise geöffnet ist. Wenn
ein Ventil verwendet wird, wird es zweckmäßig, in Strömungsrichtung gesehen, vor
der gefährdeten Stelle in die Rohrleitung eingebaut. Je nach Gefälle der Leitung
wird es oft zweckmäßig sein, auf der anderen Seite der gefährdeten Stelle bzw. des
gefährdeten Bereiches der Rohrleitung ein Absperrventil vorzusehen, so daß beim
Ansprechen eines der Druckschalter beide Absperrventile geschlossen werden, Stickstoff
zugeordnet. Der Druck in der Druckso
daß der eingeschlossene Rohrleitungsteil
abgetrennt ist.
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Bei einem Rohrbruch kann somit nur eine begrenzte Menge des in der
Rohrleitung strömenden Mediums verlorengehen oder sogar Schaden anrichten.
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Im ersten Beispiel, der Gebirgsüberquerung der Ölleitung, ist die
Außenwand .des Mantels dem Atmosphärendruck ausgesetzt. In diesem Fall ist der höchste
der drei Drucke der Betriebsdruck in der Rohrleitung. Da der Druck im Mantelraum
zwischen den beiden Außendrücken - vom Mantelraum aus gesehen - liegen muß, braucht
er in diesem Beispiel nur wenig über dem Atmosphärendruck zu liegen. Die Schaffung
eines solchen Druckes und die Aufrechterhaltung dieses Druckes im Mantelraum ist
wesentlich einfacher als die Erzielung eines Vakuums gemäß den bisherigen Vorschlägen.
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Bei der Verlegung der Ölleitung auf dem Meeresboden oder bei Flußüberquerungen
kann der Druck, der außen auf den Mantel wirkt, größer als der Druck in der Rohrleitung
sein. In diesem Fall muß im Mantelraum ein höherer Druck herrschen als im ersten
Beispiel. Entsprechend liegen auch die Verhältnisse umgekehrt. Hier tritt der überdruckschalter
in Aktion, wenn der äußere .Mantel beschädigt wird, und das Absperrventil bzw. die
Absperrventile werden durch den Unterdruckschalter geschlossen, wenn,die innere
Rohrleitung undicht wird.
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Die nachfolgende Beschreibung zeigt Ausführungsbeispiele der Erfindung
im Zusammenhang mit .den Figuren. Es zeigen Fig. 1 und 2 eine schematische Darstellung
einer ersten Ausführungsform der Erfindung und Fig.3 eine ähnliche Darstellung einer
zweiten Ausführungsform der Erfindung: Die Ölleitung bzw: Pipeline ist mit der Bezugszahl
10 :bezeichnet. Die Rohrleitung 10 reicht von beiden Seiten -an den gefährdeten
Bereich heran. In dem gefährdeten Bereich wird das Rohrleitungsstück 11
verlegt,
an dessen beiden Enden ein Absperrventil 12 eingebaut ist, damit dieser Teil 11
der Pipeline isoliert werden kann. Der Teil 11 der Pipeline liegt innerhalb
eines Mantels 13; :dessen Enden über Flansche 10ä mit der Pipeline in Verbindung
stehen und der derart gebildete Mantelraum 14 zwischen dem Mantelrohr 13 und dem
Rohrteil 11 abgedichtet und unter Druck gesetzt ist. Wie vorstehend erwähnt, ist
der Druck in der Pipeline normalerweise beträchtlich und der Druck in dem Mantelraum
14 so gewählt, .daß er kleiner ist als der in der Pipeline herrschende Druck, aber
größer als der Außendruck des Wassers bzw. des sonstigen umgebenden Mediums ist;
der .auf die äußere Oberfläche der Rohrleitung 13 wirkt. Wenn also ein Bruch im
Teil 11 der Pipeline auftritt, steigt,der Druck im Mantelraum 14 an. Wenn
dagegen die Leitung 13 bricht oder leckt,. beispielsweise. infolge Korrosion, fällt
der Druck im Mantelrauen 14 ab. Zwei auf Druck ansprechende Vorrichtungen 15,16
sind deshalb vorgesehen, die jeweils auf einen Druckabfall und einem Druckanstieg
in :der Kammer über .einen vorbestimmten Druck hinaus ansprechen und die unter solchen
Bedingungen die Ventile 12 schließen.
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Jede der druckabhängigen Vorrichtungen 15, 16 weist eine mit einem
Ventilkegel 18 verbundene Membran 17 auf. Der Vorrichtung 15 ist eine Druckflasche
19 mit unter Druck stehender Luft oder Stickstoff zugeordnet: Der Druck in der Druckflasche
19 wirkt über eine Vielfachverbindung 20 auf eine Druckanzeigevorrichtung 21 und
auf die obere Seite der Membran 17 der Vorrichtung 15. Der auf Druck ansprechenden
Vorrichtung 16 ist eine weitere Druckflasche 22 mit unter Druck stehender Luft oder
Stickstoff zugeordnet. Entsprechend wirkt der Gasdruck in der Druckflasche 22 über
eine Vielfachverbindung 23 auf die untere Seite der Membran 17 der Vorrichtung 16
und auf eine Druckanzeigevorrichtung 24. Der in dem Mantelraum 14 herrschende
Druck wirkt über eine Leitung 25 und Zweigleitung 25a auf die untere Seite der Membran
17 der Vorrichtung 15 und auf die obere Seite der Membran 17 der Vorrichtung 16.
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Die Ventile 18 der Vorrichtung 15 und 16 sind jeweils in zwei Leitungen
26, 27 eingesetzt und normalerweise geschlossen. Beide Leitungen 26, 27 liegen zwischen
einer Leitung 28 und einer Leitung 30 parallel zueinander. Die Leitung 28
steht mit einer Druckflasche 29 in Verbindung, die Luft oder Stickstoff unter hohem
,Druck enthält. Der Druck in dieser Leitung wird durch ein Druckanzeigeinstrument
31 gemessen. Die Leitung 28 ist ein Zweig der Leitung 23, durch welche Druckfluidum
von der Druckflasche 29 zugeführt wird, und zwar durch Einlaßöffnung 24, Durchgang
36 und Auslaßöffnung 35 eines Mehrwegehahnes 33 zur Unterseite des Kolbens eines
Stempels 37, der ein Teil eines Servomotors zur Betätigung des Ventils 12 in der
Pipeline 10 .darstellt. Die Leitung 30 steht über ein Ventil 56, das normalerweise
geöffnet ist, mit dem Raum oberhalb einer Membran 46 zur Ventilsteuerung des Ventils
33 in Verbindung.
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Der Mehrwegehahn 33 enthält ein Küken, das Durchgänge 36, 40, 43 und
44 aufweist, und einen festen zylindrischen Teil 33a, der Öffnungen 34, 35, 39 und
41 besitzt. Das Küken bleibt normalerweise in der veranschaulichten Stellung, ist
aber axial in der zylindrischen Öffnung aus dieser Stellung in eine zweite Stellung
.bewegbar, wobei in dieser zweiten Stellung der Durchgang 43 die Öffnungen
34 und 39 und der Durchgang 44 die Öffnungen 35 und 41 miteinander verbindet. Das
Küken wird von einer Stange 45, die mit der Membran 46 verbunden ist, betätigt,
wobei die letztere in .einer Kammer 47 untergebracht ist. Der Zwischenraum unterhalb
der Membran ist über einen Schlitz 48 zur Atmosphäre hin offen. Die Leitung 49 ist
mit einer Leitung 38 verbunden, die an dem beweglichen Ende des in der veranschaulichten
Stellung des Mehnwegehahns 33 das obere Ende des Zylinders das Stempels 37 mit .der
Atmosphäre über die Einlaßöffnung 39 den Durchgang 40 und die Ausgangsöffnung 41
des Mehrwegehahns 33 verbindet. Die Leitung 49 enthält bei 42 eine Drosselstelle.
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Der Raum 14 wird mit Druckgas von der Druckflasche 29 durch Öffnen
-des normalerweise geschlossenen Ventils 50 in der Leitung 51 gefüllt, bis der Druck
in dem Zwischenraum einen vorherbestimmten Wert, z. B. 7 kg/cm=, erreicht hat, wonach
das Ventil 50 geschlossen wird. Das Ventil 52
in der Leitung 25 ist
normalerweise offen, und .das Ventil 53, durch welches die Leitung 25 zur Atmosphäre
hin entlüftet werden kann, ist normalerweise geschlossen. Der Druck im Mantelraum
14 ist nun am Druckanzeigeinstrument 54 und 55 ablesbar. Der Druck in der Druckflasche
19, der vom Druckanz2iger 21 angezeigt wird, ist der untere Druck, bei
welchem
die Ventile 12 schließen. Der Druck in der Druckflasche 22, der durch das Manometer
24 ablesbar ist, ist der höhere Druck, bei welchem die Ventile 12 geschlossen werden.
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Unter normalen Betriebsbedingungen bleiben beide Ventilkegel 18 geschlossen,
und die Ventile 50 und 53 und das Ventil 57, das zum Lüften der Leitung 49 zur Atmosphäre
hin vorgesehen ist, sind geschlossen, während das Ventil 56 in der Leitung 30 und
.das Ventil 52 in der Leitung 25 geöffnet sind. Unter normalen Betriebsbedingungen
steht auch die Leitung 51 nicht in Verbindung mit den Vielfachanschlüssen
20 und 23. Höherer Gasdruck wirkt auf die Unterseite der Kolben des Stempels
37 von der Druckflasche 29 über die Leitungen 32 und 32a. Die oberen Enden des Stempelzylinders
sind zur Atmosphäre hin über die Leitung 38 und die Öffnung 41 entlüftet, so .daß
die Ventilkegel 12 in ihrer Offenstellung bleiben. Alles Druckgas in den Leitungen
26 und 27 geht durch die Drosselstelle 42 und die Öffnung 41 zur Atmosphäre.
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Wenn ein Bruch in dem von dem Mantelraum 14 umgebenen Teil der Pipeline
11 auftritt, bewirkt der Druck des Fluidums in der Pipeline, der ein Mehrfaches
des Normaldruckes im Raum 14 beträgt, daß der Druck im Mantelraum 14 ansteigt. Wie
oben beschrieben, wirkt der Druck im Raum 14 über die Leitungen 25 und
25a auf die untere Seite - :der Membran 17 der Vorrichtung 15 und auf die
obere Seite der Membran der Vorrichtung 16. Wenn also der Druck im Raum 14 über
den vom Manometer 24 angezeigten Druck ansteigt, wird der Ventilkegel
18
der Vorrichtung 16 geöffnet. Der hohe Gasdruck in der Druckflasche 29 wirkt
nun über dieses Ventil 16,
den Leitungen 27 und 30 auf die Membran 46. Diese
Membran bewegt sich und betätigt den Mehrwegehahn 33 derart, daß die Durchgänge
40 und 36 im Küken geschlossen werden und daß der Durchgang 43 die Öffnungen
34 und 39 einerseits und der Durchgang 44 die Öffnungen 35 -und 41 andererseits
miteinander verbindet. Daher wird Druckgas von der Druckflasche 29 zur Oberseite
des Stempelzylinders geleitet, und der untere Teil des Stempelzylinders wird zur
Atmosphäre hin geöffnet. Die Ventile 12 sind nun geschlossen und trennen den gebrochenen
Teil 11 von der Pipeline ab.
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Wenn ein Bruch in dem äußeren Rohr 13 auftritt, fällt der Druck im
Raum 14, sofern die Pipeline von der Atmosphäre umgeben ist. Wenn der Druck unterhalb
des vom Manometer 21 angezeigten Drukkes abfällt, bewegt sich die Membran 17 der
Vorrichtung 15 abwärts und öffnet den zugehörigen Ventilkegel 18. Der Druck in der
Druckflasche 29 wirkt dann über die Leitung 28; das offene Ventil 18 und die Leitungen
26 und 30 auf die Membran 46, so daß der Mehrwegehahn 33 betätigt
wird, um das Ventil 12 in der eben beschriebenen Art zu schließen.
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Für das andere Ventil ist eine getrennte Steuervorrichtung vorgesehen,
wobei das Schließen dieses Ventils wiederum abhängig ist von der Höhe des Druckes
im Raum 14. Nachdem die notwendigen Reparaturen an der Pipeline 10 oder der Rohrleitung
13 durchgeführt worden sind, wird der Raum 14 wieder auf seinen Arbeitsdruck gebracht.
Das Ventil 56 ist dann geschlossen, und das Ventil 57 ist geöffnet, so daß das Küken
des Mehrwegehahns 33 wieder in die in den Figuren gezeigte Stellung zurückbewegt
werden kann, um die Absperrventile 12 zu öffnen. Das Ventil 57 ist dann geschlossen,
und das Ventil 56 ist geöffnet, um das automatische Schließsystem in seine Arbeitsstellung
zurückzuversetzen.
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Durch die Ventile 50, 52 und 53 kann die Funktionsfähigkeit des Systems
kontrolliert werden. Durch Schließen des Ventils 52 und Öffnen des Ventils 50 wird
der Zylinder 29 mit der Leitung 25 verbunden. Dadurch kann die Reaktion des Systems
bei einem hohen Druck in dem Raum 14 geprüft werden. Alternativ hierzu kann durch
Schließen des Ventils 52 und Öffnen des Ventils 53 die Reaktion des Systems auf
einen Druckabfall im Mantelraum 14 geprüft werden. Wenn in den beiden obigen Kontrollen
die Ventile 50
und 53 langsam geöffnet werden, kann. derjenige Druck in dem
Raum 14, bei welchem die Ventile 12 schließen, mittels des Manometers 54 ermittelt
werden. Falls es bei der Kontrolle erwünscht ist, eine Betätigung der Ventile 12
.zu vermeiden, wird das Ventil 56 geschlossen und das Ventil 57 geöffnet, derart,
daß Gas durch die Drosselstelle 42 und die Öffnung 41 entweicht, wodurch das Arbeiten
des Systems angezeigt wird.
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Das Druckbegrenzungsventil 59 kann in der Leitung 13 vorgesehen werden,
damit es sich bei einem Druck öffnet, der höher als der höhere Betätigungsdruck,
aber niedriger als der Pipelinedruck ist.
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Eine Hilfsdruckflasche 70 zum Zuführen von unter Druck stehendem Fluidum
kann andererseits verwendet worden, wie in Fig. 2 veranschaulicht ist. Wenn eine
solche Zuführung verwendet wird, ist die Verbindung ,zwischen den Leitungen 28 und
51 gemäß Fig. 1 wegzulassen.
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Die Leitung 51 steht normalerweise außer Verbindung mit den Druckgasflaschen
19 und 22, aber die Ventile können in .die Vielfachverbindurigen 20 und 23 eingefügt
werden, um die Flaschen von der Druckflasche neu aufzuladen.
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Die Vorrichtung gemäß Fig. 3 unterscheidet sich von der der Fig. 1
grundsätzlich darin, daß der Druck in dem Mantelraum 14 über die Leitung 60 auf
.die Unterseite der .Stempel wirkt, um normalerweise die Ventile 12 offen zu halten.
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Die Leitung 60 enthält ein Ventil 61, welches normalerweise geöffnet
ist. Das Ventil 62 in der Leitung 28a, das die Leitung 28 mit der Leitung 60 verbindet,
ist normalerweise geschlossen. Das Schließen des Ventils 12 wird durch die Druckgasflasche
29 in Verbindung mit der oberen Seite der Stempelkolben über das Ventil 63 bewirkt.
Das Ventil 63, welches den Mehrwegehahn 33 der Anordnung gemäß Fig. 1 ersetzt, wird
durch die Membran 46 genauso wie in der Fig. 1 betätigt. Wenn das Ventil 63 in der
in der Fig. 3 veranschaulichten Stellung ist, steht die Leitung von der Druckgasflasche
29 nur mit der geschlossenen Kammer 65 im Ventilgehäuse in Verbindung. Das obere
Ende des Stempelzylinders ist nach der Atmosphäre hin über die Leitung 66, die Kammer
67 und Auslaßöffnung 68 im Ventilgehäuse geöffnet. Wenn eines der beiden druckansprechenden
Mittel 15,16 betätigt wird und die Membran 46 die Stange 45 abwärts bewegt, schließt
das Ende der Stange 45 die Öffnung 68, und der Teil 45a mit vermindertem Durchmesser
der Stange bringt :die Kammern 65 und 67 miteinander in Verbindung, so daß der Druck
in der Druckflasche 29 auf das obere Ende des Stempelzylinders wirkt
und,
gegen den Druck im unteren Ende des Stempelzylinders arbeitend, das Ventil 12 schließt.
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Wie oben beschrieben, sind die beiden Ventile 12 mit getrennten Steuerkreisen
versehen, aber beide werden vom Druck in dem Mantelraum 14 betätigt. Die Ventile
12 schließen daher gleichzeitig, um den beschädigten Teil 11 zu isolieren.
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Um das System wieder in Betrieb zu nehmen, nachdem die Pipeline repariert
worden ist, wird der Druck in dem Raum 14 zuerst auf seinen Arbeitswert gebracht.
Das Ventil 61 wird geschlossen und das Ventil 62 geöffnet, wodurch ein hoher
Druck auf das untere Ende des Stempelzylinders 37 wirkt. Das Ventil 56 wird
geschlossen, und das Ventil 57 wird geöffnet, um das Ventil 63 in
die veranschaulichte Stellung zurückzuversetzen, so daß der Stempel 37
das
Ventil 12 öffnet. Das Ventil 62 ist .dann geschlossen und das Ventil 61 geöffnet,
um den niedrigen Druck am unteren Ende des Stempelzylinders wiederherzustellen.
Das Volumen des Raums 14 ist groß im Vergleich zu dem der Stempelzylinder, so daß
der sich ergebende Anstieg des Druckes im Mantelraum 14 vemachlässigbar ist. Das
Ventil 57 ist dann geschlossen und das Ventil 56
geöffnet, um das System
in voller Betriebsbereitschaft zu halten.
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Das Prüfverfahren des Systems entspricht genau dem in Fig. 1 beschriebenen.
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Falls gewünscht, können in beiden dieser Anordnungen die beiden Ventile
12 von einem einzigen Steuerkreis betätigt werden.
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Alternativ ist es möglich, das druckabhängige Mittel so anzuordnen,
daß es ein Signal erzeugt, wenn der Druck in der Kammer einen vorherbestimmten Wert
erreicht, welches einhörbares oder sichtbares Warnsignal oder beides auslöst. Das
Ventil kann dann von Hand oder altiemativ hierzu automatisch in Abhängigkeit von
diesem Signal betätigt werden.