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Kombinierte Kompressions-Absorptions-Kältemaschine Die Erfindung betrifft
eine kombinierte Kompressions-Absorptions-Kältemaschine, die insbesondere für Transportkühlboxen
geeignet ist und sich durch eine langdauernde wirksame Kühlleistung ohne gleichzeitige
Zuführung elektrischer Betriebsenergie auszeichnet.
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Es ist bekannt, beim Kältemittelumlauf einer Kompressionskältemaschine
zwischen dem Verdampfer und dem Kompressor einen Absorber einzuschalten oder dem
Verdampfer und dem Absorber einer Absorptionskältemaschine einen Kompressor vor-oder
zwischenzuschalten, wobei in beiden bekannten Fällen nur ein einziger Kältemittelumlauf
vorhanden ist. Auch in Verbindung mit Dampfkesselanlagen sind Kombinationen von
Kompressionskältemaschine und Absorptionskälteanlage bekannt. Dabei wird die Kompressionskältemaschine
von der Auspuffdampfmaschine angetrieben und der Abdampf für die Beheizung des Austreibers
der Absorptionsanlage benutzt. Jede der beiden Kältemaschinen hat einen eigenen
Verdampfer. Die beiden Verdampfersysteme können in einem gemeinsamen Kühlbehälter
untergebracht sein und sind für diesen Zweck voneinander entfernt im Kühlbehälter
angeordnet, so daß sie nur diesen bzw. die darin befindliche Flüssigkeit kältemäßig
zu beeinflussen vermögen. Derartige Anlagen sind bezüglich der erreichbaren Kühltemperaturen
auf die Leistung der einzelnen Kältemaschinen beschränkt und außerdem für die Zwecke
des Warentransports in Kühlbehältern und für Kühlräume nicht verwendbar.
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Die Erfindung bezweckt die Schaffung einer kombinierten Kompressions-Absorptions-Kältemaschine,
bei welcher die beiden Systeme mit getrenntem Kältemittelumlauf sich bei der Kälteerzeugung
zur Erreichung tieferer Kühltemperaturen wirkungsmäßig unterstützen können und die
auch zur Verwendung bei Transportkühlboxen geeignet ist.
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Die kombinierte Kompressions-Absorptions-Kältemaschine, bei welcher
die Kältemittelkreisläufe des Kompressionsteils und des Absorptionsteils voneinander
getrennt gehalten sind und bei der die beiden Verdampfersysteme m einem gemeinsamen
Kühlbehälter untergebracht sind, ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet,
daß der Kondensator des Kompressionsteils im Verdampfer des Absorptionsteils angeordnet
ist.
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Die Anordnung des Kondensators einer Kompressionskältemaschine im
Verdampfer einer Absorptionskältemaschine ermöglicht eine gestufte Kühlleistung
der beiden Kältemaschinen im Kühlbehälter. Sie erschließt die Möglichkeit der Erlangung
sehr tiefer Temperaturen mit kleinen Anordnungen und eine große Wirtschaftlichkeit
für Transportkühlboxen.
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Dem Kondensator des Kompressionsteils der kombinierten Kältemaschine
kann gemäß der Erfindung ein Vorkühler vorgeordnet sein.
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Dem Einspritzventil des Absorptionsteils kann ein Absperrventil vorgeordnet
sein.
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Für diese beiden Sonderanordnungen wird nur im Zusammenhang mit der
erfindungsgemäßen Kombinationsanordnung von Verdampfer und Kondensator Schutz begehrt.
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Nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung gehört der Verdampfer
des Absorptionsteils, in welchem sich der Kondensator der Kompressionskältemaschine
befindet, einer periodisch arbeitenden Absorptionskältemaschine mit einem Absorberkocher
an und weist die Kompressionskältemaschine einen Kompressormotor auf, der seine
Betriebsenergie von einem Akkumulator erhält.
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Diese Ausführungsform der Kältemaschine ist für Transportkühlboxen
besonders geeignet.
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Im Absorptionsteil kann der Absorberkocher mit einer einzigen Rohrleitung
an eine Verbindungsleitung angeschlossen sein, die den Verdampfer und den Kondensator
des Absorptionsteils miteinander verbindet. An der Anschlüßstelle der Absorberkocherleitung
ist ein Zweigwegeventil oder sind zwei Rückschlagventile vorhanden, so daß mit dem
Absorberkocher entweder der Verdampfer für Kälteerzeugung oder der Kondensator für
Regenerierung des Absorbers durch Erhitzen verbunden werden können.
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Mit einem Absorber von einer Kapazität von 600 kgcal und einem mit
Akkumulatorenstrom betriebenen Kompressor von 1/1Q PS läßt sich während
12
Stunden und mehr eine Temperatur von -30° C in einer Box von 3001 erreichen, und
zwar bei einem stündlichen Aufwand von etwa 120 kgcal.
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Bei der vorerwähnten Ausführungsform der erfudungsgemäßen Kältemaschine
für eine Transportkühlbox wird vor einem Transport das Kältenüttel des Absorptionsteils
'im Kondensator bzw. in einem Sammelbehälter mengenmäßig gespeichert und durch Aufladen
des Akkumulators des Kompressionsteils die Kühlbox voll einsatzbereit gemacht.
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Beim Betrieb der Kältemaschine auf dem Transport können die einzelnen
betriebsmäßigen Schaltungen automatisch erfolgen, z. B. durch Anordnung eines durch
einen Thermostat gesteuerten elektromagnetischen Schaltsystems, das entsprechende
Ventile in der Kältemittelumlaufbahn und die Stromversorgung für den Kompressormotor
beeinflußt und strommäßig vom Akkumulator des Kompressionsteils der Kältemaschine
versorgt wird:- -In solchei Ausführungsform kann die Kühlbox auf dem Transport ständig
praktisch gleichbleibende Kühltemperatur aufweisen. - -Bei dem Schaltsystem kann
eine durch den Druck im Verdampfer des Absorptionsteils beeinflußte Membran einen
Kontakthebel steuern, der bei gestiegenem Druck im Verdampfer des Absorptionsteils
die Stromleitung für einen Elektromagneten schließt, der einen Kontakthebel in der
Stromleitung vom Akkumulator zum Kompressormotor schließend beeinflußt und der bei
gesunkenem Druck im Verdamp= fer des Absorptionsteils die Stromleitung für einen
Elektromagneten schließt, der den Kontakthebel in der Stromleitung vom Akkumulator
zum Kompressormotor in Unterbrechungsstellung hält.
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Eine solche Anordnung sichert vor einer Leistungsunterbrechung, solange
bei der Kältemaschine gemäß, der Erfindung noch Betriebsmittelreserven vorhanden
sind.
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Wenigstens einer der Kontakte beim druckgesteuerten Kontakthebel kann
bezüglich des Abstandes der Kontakte .stellbar angeordnet sein, um in Abhängigkeit
von den Druckverhältnissen im Verdampfer des Absorptionsteils der Kältemaschine
eine Regelung der Kühl- bzw. Tieftemperatur in der Transportkühlbox steuern zu können.
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Vorteilhaft ist es, wenn im Absorptionsteil als umlaufendes Kältemittel
Methylamin und für dieses Kältemittel im Absörberkocher als Absorptionsmittel Lithiumchlorid
in Trockenform vorhanden sind, während im Kompressionsteil Difluordichlormethan
als Kältemittel vorhanden ist. Im Kompressionsteil kann auch ein anderes Fluorchlormethan
od. dgl. als Kältemittel vorhanden sein.
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Bei einer solchen Ausführungsform der Kältemaschine gemäß der Erfindung
kann man beispielsweise bei einem Druck von 0,547 äta im Verdampfer, des Absorptionsteils
'eine Tieftemperatur von -20° C zum Verflüssigen des Kältemittels des Kompressionsteils
erzielen. Bei einer solchen Temperatur ist der Verflüssigungsdruck vonDifluordichlormethan
1,5 ata, und es läßt sich bei einem Ansaugdruck des Kompressors von 0,65 äta eine
Einspritztemperatur im Verdampfer des Kompressionsteils von -40° C erreichen.
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Die erfindungsgemäße Kältemaschine kann mit einer elektrischen Stromleitungseinrichtung
versehen sein, welche .die Maschine vollautomatisch arbeiten läßt, so daß es nur
des Einsteckens des Steckers des Änschlußkabels in-eine SteckdoseAer-gewöhnlichen
elektrischen Lichtleitung bedarf, um die Kältemaschine nach einer teilweisen oder
völligen Leistungserschöpfung wieder voll betriebsfähig zu machen. Während dabei
der Starkstrom denAbsorberkocher heizt und die erforderlichen Schaltungen in der
Maschine veranlaßt - bei den Abschaltungen im Zusammenwirken mit einem Thermostaten
beim Absorberkocher -, - werden bei dem Betrieb der Kältemaschine, z. B. in einer
Transportkühlbox, auf dem Transport die einzelnen automatischen Schaltungen im Zusammenhang
finit den Druckverhältnissen im Verdampfer des Absorptionsteils oder mit den Temperaturverhältnissen
im Verdampfer des Absorptionsteils mittels eines dort angeordneten Thermostaten
durch den Strom des Akkumulators des Kompressormotors .die notwendigen Schaltungen
veranlaßt. Die diesbezüglichen Einzelheiten sind der folgenden Erläuterung der Zeichnungen
zu entnehmen.
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In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Kältemaschine gemäß
der Erfindung beispielsweise schematisch dargestellt. Es zeigt F i g.1 das Schemabild
einer kombinierten Kompressions-Absorptions-Kältemaschine, F i g. 2 eine vom Druck
im Verdampfer des Ab-
sorptionsteils der Kälteriiaschine gesteuerte Schaltanordnung,
F i g. 3 eine durch die Druckschaltung gemäß F i g. 2 beeinflußte elektromagnetische
Schalteinrichtung, Fig.4 das Schemabild einer Kältemaschine mit vollständiger elektrischer
Einrichtung, F i g. 5 das Schemabild der gleichen Kältemaschine nach erfolgter Aufladung
unter Fortlassung der vom Starkstrom durchflossenen Leitung, wenn die Kältemaschine
aufgeladen wird, und F i g. 6 bis 9 einzelne elektrische Schalteinrichtungen.
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Gemäß F i g. 1 haben das Absorptionsteil und das Kompressionsteil
der Kältemaschine voneinander getrennte Kältemittelumläufe.
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Im Absorptionsteil sind ein Absorberkocher 1, ein Kondensator 3 und
ein Verdampfer 5`,mittels eines Zweiwegeventils 10 derart zueinander angeordnet,
daß entweder der Kondensator 3 oder der Verdampfer 5 mit dem Absorberkocher 1 leitungsmäßig
verbunden sind. Zwischen dem Kondensator 3 und der Einspritzdüse 13 für den
Verdampfers ist ein Flüssigkeitssammler 4 vorhanden. Die Rohrleitung vom Flüssigkeitssammler
4 zum Einspritzventil 13 weist ein Absperrventil 68 auf.
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Beim Kompressionsteil führt der Kreisweg für das Kältemittel zum Kompressor
20 über einen Vorkühler 67, Kondensator 3', Einspritzventil 13' und Verdampfer 5'
zum Kompressor 20 zurück. Der Kondensator3' des Kompressionsteils ist imVerdampfer5
des Absorptionsteils der Kältemaschine untergebracht. Vom Absorptionsteil befinden
sich der Verdampfer 5 mit Einspritzdüse 13 und vom Kompressionsteil der Kondensator
3', das Einspritzventil 13' und der Verdampfer 5' innerhalb eines Kühlbehälters
69.
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Gemäß F i g. 2 ist in einer Dose 52 eine Membran 51 eingebaut. Die
Membran 51 wird über ein Rohr 22, das zum Verdampfer 5 des Absorptionsteils führt,
gesteuert. Die Bewegung der Membran 51 - infolge des sich ändernden Druckes im Verdampdampfer
5 - wird dureh eine angelenkte Stange 50 auf einen Hebel 46 mit Drehpunkt 47 übertragen.
Der
Hebel 46 trägt an seinem Ende einen Kontaktkörper 45. Wenn z. B. der Druck im Verdampfer
5 auf etwa 0,9 ata gestiegen ist, dann schließt der Kontaktkörper 45 den Kontakt
48. Wenn der Druck im Verdampfer 5 entsprechend gesunken ist, dann liegt der Kontaktkörper
45 an dem Kontakt 49 an. Der Kontakt 49 kann, wie in der F i g. 2 durch Pfeil angedeutet
ist, von Hand verschoben werden, d. h., der Zwischenraum zwischen den Kontakten
48 und 49 kann vergrößert oder verringert werden. Auf diese Weise ist eine Regulierung
der Tieftemperatur im Verdampfer möglich.
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Gemäß Fi g. 3 ist ein Doppelhebel 55, 56 mit Drehpunkt 57 mittels
einer Feder 58 in Mittelstellung gehalten. Wenn die Kontakte 45, 48 (s. F
i g. 2) schließen, wird dadurch eine Magnetspule 61 mit Strom beschickt. Der Kontakt
54 des Doppelhebels 55, 56 schließt dann infolge des Schwenkens des Hebels die Leitungen
59, 60, wodurch der Motor des Kompressors 20 in Betrieb gesetzt wird und
demzufolge aus dem Verdampfer 5' des Kompressionsteils Gas abgesaugt wird. Sobald
infolge geringer werdenden Drucks im Verdampfer 5 des Absorptionsteils der Kontakt
45 mit dem Kontakt 49 in Berührung kommt, wird die Magnetspule 62 mit Strom - beschickt.
Der Stromkreis 59, 60 wird dadurch unterbrochen und der Kompressormotor abgeschaltet.
Auf diese Weise wird die Kompressortätigkeit durch den Druck im Verdampfer 5 des
Absorptionsteils der Kältemaschine gesteuert.
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In der F i g. 4 ist das Heizen des Absorberkochers 1 veranschaulicht,
wobei gleichzeitig der Kompressor 20 zur Kälteerzeugung in Tätigkeit sein
kann. Der Stecker des Anschlußkabels der Maschine ist in eine Steckdose 23 eingesetzt,
so daß der Apparat mit normalem Starkstrom von beispielsweise 220 Volt beschickt
wird. Der Strom wird direkt zu einem Transformator 16 geleitet, aus welchem er als
Schwachstrom von 12 Volt über einen Gleichrichter 17 zu einem Akkumulator 18 gelangt
und diesen auflädt. Der Schwachstrommotor 19 des 'Kompressors 20 ist an dem Akkumulator
18 angeschlossen. Die Starkstromleitung führt außerdem zu der Heizung 2 des Absorberkochers
1 und zu einer etwa vorhandenen schließbaren und zu öffnenden Isolationshülse des
Absorberkochers 1, um die Schließstellung einer solchen Umhüllung zu veranlassen
und aufrechtzuerhalten. Ferner führt die Starkstromleitung zu einem Ventil
10, das den Absorberkocher 1 entweder mit dem Verdampfer 5 oder, wie
es in der F i g. 4 dargestellt ist, mit dem Kondensator 3 verbindet. Die zum Absorberkocher
1 und zum Zweiwegeventil 10 führenden Starkstromleitungen unterliegen dem Einfluß
eines beim Absorberkocher 1 angeordneten Thermostaten 6.
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Beim Anschließen der Maschine an das Starkstromnetz wird also die
Heizung 2 in Tätigkeit gesetzt und das Zweiwegeventi110 auf Verbindung zwischen
dem Absorberkocher 1 und dem Kondensator 3 geschaltet. Das aus dem Absorberkocher
1 ausgetriebene Kältemittelgas gelangt durch die Rohrleitung 7 über das Zweiwegeventil
10 durch die Rohrleitung 9 zum Kondensator 3, verflüssigt sich dort und fließt als
Flüssigkeit durch die Rohrleitung 11 in ein Sammelgefäß 4, aus welchem es durch
die Rohrleitung 12 zu einem Einspritzventil 13 gedrückt wird und,
wieder in den Gaszustand übergehend, in den Verdampfer 5 gelangt. Sobald im Absorberkocher
1 die Temperatur auf 150° C gestiegen ist, schaltet der Thermostat 6 den. Strom
zur Heizung 2 ab und gleichzeitig auch den Strom zu dem Elektromagneten einer etwa
vorhandenen wärmeisolierenden Hülle des Absorberkochers 1, so daß diese elektromagnetisch
in Schließstellung gehaltene Umhüllung infolge der Stromunterbrechung in ihre Offenstellung
zurückkehrt.
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Wenn die Temperatur im Absorberkocher auf bei-' spielsweise 60° C
gesunken ist, schaltet der Thermostat 6 auch den Strom zum Ventil 10 ab, wodurch
das Ventil 10 zufolge seiner elektromagnetischen Be-' einfiussung auf Verbindung
der Rohrleitung 7 mit der@zum Verdampfer 5 führenden Rohrleitung 8 umgestellt wird
(vgl. die Stellung des Ventils 10 in der F i g. 5). Dann ist die Verbindung des
Absorber= kochers 1 zum Kondensator 3 unterbrochen und der Strömungsweg für das
im Verdampfer 5 befindliche Kältemittelgas zum Absorberkocher 1 frei, der jetzt
wieder als Absorber wirkt. Sowie die gewünschte und eingestellte Tieftemperatur
beim Verdampfer 5 zufolge der gemeinsamen Wirkung von Absorber und Kompressor unterschritten
wird, findet die selbsttätige Abschaltung des Kompressors 20 statt, entweder mittels
des beim Verdampfer 5 angeordneten Thermostaten oder' mittels der vom Verdampfer
5 ausgehenden Druckschaltung.
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Für die Aufladung des Akkumulators 18 ist ein Schutzschalter bekannter
Art angeordnet. Wenn die Aufladung des Akkumulators 18 beendet ist und die Apparatur
vom Starkstromnetz wieder getrennt wird, erfährt auch die leitungsmäßige Verbindung
zwischen dem Transformator 16 und dem Akkumulator 18 Unterbrechung, so daß die Wicklung
des Transformators 16 keinen Strom aus dem .Akkumulator 18 erhalten kann (vgl. dazu
die F i g. 5, welche die elektrische Leitungseinrichtung für den Betrieb nach Lösung
der Verbindung mit dem Starkstromnetz veranschaulicht). Eine Schaltdose 21 steht
mit dem Verdampfer 5 durch ein Verbindungsrohr 22 in Verbindung.
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Nach vollendeter Aufladung der Kältemaschine arbeitet diese, z. B.
in einem Kühlbehälter, der in einem Eisenbahnwaggon oder auf einem Lastkraftwagen
od. dgl. befördert wird, zunächst nur mit ihrem Absorptionsteil. Das Kompressionsteil
arbeitet nur entsprechend der Maschineneinstellung zusätzlich bzw. nachfolgend,
wobei die Einschaltung, gegebenenfalls auch eine Abschaltung bei Erreichung der
gewünschten Tieftemperatur, durch die Schaltdose 21 automatisch vom Verdampfer 5
aus geschieht.
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In der F i g. 6 ist eine Schaltung für den Heizkörper 2 veranschaulicht.
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Ein Doppelhebel 24, 25 mit Drehpunkt 26 wird mittels einer Feder 29
derart gehalten, daß er die Leitungen 27, 28 kontaktmäßig verbindet und damit
den Stromkreis für den Heizkörper 2 schließt. Sobald der Thermostat 6 bei 150° C
schaltet, wird der Stromkreis der Magnetspule 30 geschlossen, der Hebel
25 demzufolge angezogen und damit die Verbindung zwischen 27 und 28 gelöst.
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Die F i g. 7 veranschaulicht eine Schaltung in der Stromleitung zum
Zweiwegeventil 10.
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Ein Doppelhebel 31, 32 mit Drehpunkt 33 schließt den Kontakt für die
Leitung 35, 36 und betätigt dadurch das Zweiwegeventil 10, sobald die Spule 37 vom
Strom durchflossen ist. Die Spule 37 erhält
Direktstrom über den
Thermostat 6, Sobald die Temperatur beim Thermostaten 6 auf 60° C gesunken ist,
unterbricht er den Strom für 37. Dadurch wird die Feder 34 wirksam, so daß die Verbindung
35, 36 unterbrochen wird und das Ventil 10 in seine frühere Stellung zurückkehrt,
Die F i g, 8 veranschaulicht eine entsprechende Schaltung in, der Leitung, die vorn
Transformator 16 zum Akkumulator 7L8 führt, Ein Doppelhebel 38, 39 mit Drehpunkt
40 schließt den Kontakt für die Leitung 42, 43 und verbindet damit den Transformator
16 mit dem Akkumulator 18, Die Magnetspule 44 erhält direkten Strom von der Starkstromleitung.
Wird. letzterer abgeschaltet, dann wird die Magnetspule 44 stromlos, und die Feder
41. kann wirksam werden, so idaß die Verbindung zwischen, denn Transformator 16
und dem Akkumulator 18 unterbrochen ist.
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Gemäß F i g, 9 können an Stelle eines gesteuerten Zweiwegeventils
10 zwei Rücksohlagventile angeordz.et sein, die keiner Steuerung bedürfen. Zn der
Rohrleitung 8 befindet sich ein Rückschlagventil derart angeordnet, daß es sich
bei einem. in der Leitung 7 des Absorberkochers 1 herrschenden höheren Druck schließt,
während ein gleichartiges Ventil in der Rohrleitung 9 derart angeordnet ist, daß
es sich bei einer. vom Absorberkocher 1. ausgehenden Druckwirkung Muet. Bei diesen
Rückscblagventilen ist jeweils in dem Ventilgehäuse 63 ein Ventilteller 64 oder
eine Klappe vorhanden, die dem Einfluß einer Feder 65 unterliegen, die sich gegen
eine gelochte Wand 66 im Gehäuse abstützt,