DE1604264A1

DE1604264A1 - Pneumatisches Zeitsteuergeraet zur Steuerung der Stelleinrichtung von Temperaturreglern

Info

Publication number: DE1604264A1
Application number: DE19651604264
Authority: DE
Inventors: Kreuter Kenneth G
Original assignee: Robertshaw Controls Co
Current assignee: Robertshaw Controls Co
Priority date: 1964-12-29
Filing date: 1965-12-27
Publication date: 1970-09-24
Also published as: FR1461987A; GB1124360A; US3278702A

Description

FATE

. ing. B. HOLZEE

89 AUGSBUKG

14

f BlSTS

B. 610

XPL

Augsburg, den 20« Dezember 1965

Eobertshaw Controls Company, I7OI Byrd Avenue_} Eichmond, Yirginia, Vereinigte Staaten von Amerika

Pneumatisches Zeitsteuergerät aur Steuerung der Stelleinrichtung iron Temperaturreglern

Die Erfindung betrifft pneumatische Eegler in Einrichtungen zur Beeinflussung bestimmter Betriebsbedingungen in Abhängigkeit von bestimmten Umgebungsbedingungen und insbesondere pneumatisch© Zeitsteuergeräte für !!temperaturregler in Heizungs- und/od©r Kühlanlagen»

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mittels eines Zeitsteuergerätes die EinschaItzeit eines Temperaturreglers in Abhängigkeit von einem Signal eines pneumatischen Thermostaten des betreffenden Heglers zu bemessen. Im einzelnen soll gemäß der Erfindung die relative Einschaltzeit dieses Temperaturreglers umgekehrt proportional zur Amplitude des von dem pneumatischen Thermostaten abgeleiteten pneumatischen Eingangssignales geändert werden.

Die Erfindung geht demgemäß von einem pneumatischen Zeitsteuergerät zur Steuerung der Stelleinrichtung von Temperaturreglern aus, deren Meßeinrichtung mindestens einen pneumatischen Thermostaten aufweist. Ein derartiges Zeitsteuergerät ist gemäß der Erfindung durch ein Gehäuse mit einer an eine Hauptdruckgasquelle angeschlossenen Hauptdruckkammer, die einseitig durch eine auf den Druck dieser Hauptdruckgasquelle ansprechende bewegliche Wandung abgeschlossen ist, sowie mit einer, mit dem pneumatischen Thermostaten verbundenen Signaldruckkammer, die ihrerseits ebenfalls einseitig durch eine auf pneumatische Signale dieses Thermostaten ansprechende bewegliche Wandung abgeschlossen ist, ferner durch einen mittels der beweglichen Wandung der Hauptdruckkammer betäigten Schalter zur Schaltung des Heizkreises eines Heizelementes sowohl als auch eines dazu parallel liegenden Er-

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regerisreises eines Stellrelais und schließlich dureh eine unter der Einwirkung des Heizelementes stehende ₉ mit einer Strömungsdüse zusammenwirkende Bimetall-Drosselklappe gekennzeichnet«, deren Stellung sowohl mit Bezug auf die an die Hauptdruekkammer angeschlossene StrÖmungsdüse als auch mit Beaug auf das Heiaelement mittels der vom Signaldruck "beaufschlagten beweglichen Wandung der SignaldrucKkaiamer derart veränderbar ist, daß infolge der hierdurch bewirkten Veränderung der Dauer, des Arbeitsspieles der Bimetall-Drosselklappe eine proportionale Beziehung zwischen der I3,nschaltdauep des Stellrelais und der vom Eiermostaten aufgenommenen Regelabweichung aufrechterhalten wird*

I® folgenden wird di© Ifffinduag durch die Beschreibung einer beispielsweisen Ausf ührmagsf orm der . !&?£indung unter Bezugnahme auf die "beiliegenden Zeichnungen näher erläutertο Xa den Zeichnungen stellen dars

eine schematisehe Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung in teilweiser Schnittdarstellung,

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!Figur 2 eine graphische Darstellung, in

welcher die Ablaufgeschwindigkeit der periodischen Arbeitsspiele abhangig von dem Signaldruck aufgetragen ist und

]?igur 3 eine graphische Darstellung, in

welcher die prozentuale Einschaltzeit über dem Signaidruck aufgetragen ist.

In Figur 1 der Zeichnungen ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen pneumatischen Zeitsteuergerätes dargestellt, welches ein Gehäuse aufweist, das sich aus einer Grundplatte 10 und einem Deckelteii 12 zusammensetzt, die beispielsweise mittels in der Zeichnung nicht dargestellter Schrauben aneinander befestigt sind. Innerhalb des Gehäuses sind zwei biegsame Membranen 14 und 16 angeordnet, die jeweils längs ihres Handes zwischen der Grundplatte und dem Deckelteil eingespannt sind. J3ei der vorliegenden Ausführungsform der .Erfindung bilden die Überseiten der Membranen 14 und 16 zusammen mit dem Deckelteil 12 eine unter Umgebungsdruck stehende Kammer 1ö, welche über eine öffnung 20 mit der freien Umgebung in Verbindung steht. Die Grundplatte 10 und die Unterseiten der Membranen 14 und 16

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"bestimmen eine Hauptdruekkammer 22 und eine Signaldruckkammer 24.

Auf der Oberseite der Membran 16 liegt eine Membranplatte 26 mit einem Gewindeschaft 28 auf. Dieser Gewindeschaft 28 ist einstellbar in den mittleren $eil eines Hebels 30 eingeschraubt, dessen eines ßmie eine bezüglich der Umgebungsbedingungen kompensierte Bimetall-Drosselklappe 32 trägt, während das andere Ende des Hebels an einer an dem Gehäuse angeordneten Lagerschneide 34 schwenkbar gelagert ist. Das obere .Ende des Gewindeschaftes 28 ist von einer Schraubenfeder 36 umgeben, welche unter Druckspannung zwischen der Oberseite des Hebels 30 und einem Ansatz einer Schraubmuffe 38 angeordnet ist, die ihrerseits einstellbar durch den Deckelteil 12 hindurchgeschraubt ist. Die Schraubenfeder 36 dient zur Torspannung des Hebels 30 mit Bezug auf die Lagerschneide 34 im Uhrzeigersinn und diese Vorspannwirkung ist mittels der Schraubmuffe 38 einstellbar. Die Vorspannkraft ist dem durch die Membran 16 auf die Platte 26 ausgeübten Druck entgegengesetzt, weicher den Hebel 30 über den Gewindeschaft 28 im Gegenuhrzeigersinn um die Lagerschneide 34 zu verschwenken sucht. Die Stellung des Hebels 30 kann dadurch verändert werden, daß ein geeignetes Werkzeug durch die Schraubmuffe 38 hindurchgeführt wird,

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mittels welchem der Gewindeschaft 28 zum Zwecke der Einstellung vor- oder zurückgeschraubt wird.

Die Signaldruckkammer 24· hat mit einer Öffnung 40 in der Grundplatte 10 Verbindung, die ihrerseits an eine Signaldruckieitung 42 angeschlossen ist. Das andere Ende dieser Signaldruckleitung 42 steht mit einem pneumatisch arbeitenden Gerät des Reglers in Verbindung, welches ein Thermostat, ein Feuchtigkeitsmesser oder ein anderes Überwachungsgerät sein kann. Zum Zwecke der Erläuterung der Erfindung sei Jedoch angenommen, daß es sich bei dem mit der Bezugszahl 44 bezeichneten Gerät um einen pneumatischen ThermostatenJaandle. Da solche pneumatische Thermostaten "bekannt sind, kann auf die Beschreibung von einzelheiten derselben im Interesse einer besseren Übersichtlichkeit der Beschreioung verzichtet werden» Es sei hier nur erwähnt, daß dem pneumatischen Thermostaten 44 über eine Hauptdruckleitung 46 Druckgas zugeleitet wird und daß. von dem Thermostaten ein Signaldruck in der Leitung 42 erzeugt wird. Bekanntermaßen weisen pneumatische Thermostaten einen Temperatureinstellmechanismus mit einer Wählscheibe auf, und der abgegebene Signaldruek ändert sich entsprechend der Abweichung der gemessenen Temperatur von der Einsteliungstemperatur.

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Die Hauptdruekkammer 22 ist mit einer in der Grundplatte 10 gebildeten Öffnung 48 -verbunden«, welche ihrerseits an die Hauptdruckleitung 46 angeschlossen ist« Im Bereich der Öffnung 48 ist ein Rückschlagventil 50angeordnet ₉ welches eine Rückströmung von Druckmitteln aus der Hauptdruckkammer 22 nach der Hauptdr-uckleitung 46 verhindert. lerner ist in der Grundplatte 10 ein Überströmkanal 52 vorgesehen über welchen Druckmittel von der Hauptdruckkammer 22 nach einem Btrösningsdüsenansehluß strömen kann, welcher eine Strömungsdüse 54 aufnimmt₉ die ■beispielsweise in einander gegenüberliegende Teile der Grundplatte 10 und des Beckeiteiles 12 eingeschraubt ist_e Die Strömlingsdüse 54 mündet in die dem atmosphärischen Druck ausgesetzte Kammer 18 und steht bezüglich iiires Durchstromes unter der wirkung der Bimetall-Drosselungsklappe 32, so daß der Druck in der Hauptdruckkammer 22 abhängig von der Ausströmungsgeschwindigkeit aus der Strömung&düse 54 verändert wird₆

Auf der Oberseite der Membran 14 liegt eine Membranplatte 56 auf, gegen welche sich ein Betätigungsknopf 58 eines Öchnappbewegungen ausführenden Schalters abstützt, welcher allgemein mit der Bezugszahl 60 bezeichnet ist und in geeigneter, in der Zeichnung nicht dargestellter v/eise an einem bestimmten Abschnitt des Deckelteiles 12

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befestigt ist. Der Aufbau und die Wirkungsweise des genannten Schalters 60 ist nicht im einzelnen dargestellt und erläutert, da jeder gebräuchliche Schnappschaltmechanismus Verwendung finden kann. Es sei hier nur angeführt, daß der Betätigungsknopf 58 derart auf den Schnappmechanismus einwirkt, daß der Schaitarm 62 abwechselnd in Öffnungsstellung und in Schließstellung gebracht wird.

Kin Anschluß 64 des Schalters 60 ist an eine Stromschiene L^, angeschlossen, während der andere Anschluß mit einer Leitung 68 verbunden ist. Eine Leitung 70 bildet eine Abzweigung von der Leitung 68 und führt zu einem Heizelement in Form einer Widerstands-Heizspirale 72, die außerdem über eine Leitung 74- an eine Stromschiene L₂ gelegt ist. Außerdem zweigt von der Leitung 68 eine Leitung 76 ab, die mit einem Anschluß eines elektrischen Relais 78 in Verbindung steht, dessen anderer Anschluß über ein Leitungsstück 80 ebenfalls an die Stromschiene Lg angeschlossen ist.

Einzelheiten der in den !figuren 2 und 3 der Zeichnung abgebildeten graphischen Darstellungen werden jeweils im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Wirkungsweise der in Figur 1 dargestellten Ausfüh-

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rungsform der Erfindung erläutert» Das elektrische Relais 78 kann zur Betätigung einer Vielzahl von Stellgliedern, beispielsweise zur Einstellung der Kühlleistung einer Klimaanlage verwendet werden. In dem vorliegend beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung dient das Seiais 78 zur Betätigung des Stellgliedes 82 in einer Heiaungsanlage*

Bei einem typischen Anwendungsbeispiel der Erfindung» "bei welchem der pneumatische Thermostat 44 zur Beeinflussung eines elektrischen Heizungsreglers dient, ist das erfindungsgemäße pneumatische Zeitsteuergerät in der aus Figur 1 der Zeichnung ersichtlichen Weise an die Hauptdruckieitung 46 und die Signaldruckleitung 42 angeschlossen. Meidet der pneumatische (Thermostat 44 einen. Wärmebedarf, so geschieht dies durch eine Absenkung des öignaldruckes« Der auf diese Weise erzeugte Druckabfall in der Signaldruckkammer 24 führt zu einer Abwärtsbewegung der dieser Signaidruckkammer zugeordneten Membran 16 und damit auch der Membranplatte 26, des Gewindeschaftes 23 und des Hebels 30. Die Bimetall-Drosselklappe 32 des Hebels 30 wird daher entsprechend dem Druckabfali in der Sigaaldruckkammer im Sinne einer Schließung der Strömimgsdüse 54 auf dies® hin. bewegt. Durch Schließen der StrÖmungadüae 54 wird ein

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Ausströmen von Druckmittel aus der Hauptdruckkammer verhindert» so daß der in ihr herrschende Druck ansteigt und zu einer Aufwärtsbewegung der, der Hauptdruckkammer zugeordneten Membran 14 führt, welche ihrerseits eine Betätigung des Schalters 60 in Schließstellung herbeiführt.

Die Schließung des Behälters 60 hat eine doppelte Wirkung; einerseits wird das Eelais 78 erregt, so daß das Stellglied 82 im Sinne einer Wärmezufuhr zu dem von dem Thermostaten 44 überwachten Raum betätigt wird und andererseits wird das Heizelement 72 eingeschaltet. Der 'i'emperaturanstieg, welcher durch das in der i\iähe der Bimetall-Drosselklappe 32 in einem bestimmten Abstand von dieser angeordnete Heizelement 72 erzeugt wird, wirkt derart auf die Bimetall-Drosselklappe 32 ein, daß diese sich nach aufwärts biegt und die Strömungsdüse 54 freigibt, so daß sich der in der Hauptdruckkammer 22 herrschende Druck entspannen kann. Ist der Druck in der Hauptdruckkammer 22 genügend weit abgefallen, so kehren die Membran 14 und der Schaitarm in die in Figur 1 der Zeichnung abgebildete Stellung aurück. Der Schalter 60 wird also geöffnet, und die dem Heizelement 72 und dem Relais 78 jeweils zügeord-

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neten Stromkreise werden unterbrochen, woraufhin das Stellglied 82 der betreffenden Heizanlage die Wärmezufuhr ausschaltet. Wenn das Heizelement 72 rad di© Bimetall-Drosselklappe 32 sich abgekühlt haben₉ so "bewegt sieh letztere wieder im Β±ώά® einer Schließung der Strömungsdüse 5²S- ^a^f diese hin_s so daß das Hegelspiel von neuem abläuftο

Die Dauer der einzelnen Arbeitsspiele des erfia.-dungsgemäßen Zeitsteuergerätes hängt von dem Abstand zifischea. dem Heizelement 72 und der Mmetall-Drossexklappe 32 abο Steigt der SignaldrueJte in der Signaidruokkanmer 24 Sn₅ ,so wird die Bim©tall-Drosselklappe immer näner an das Heiseiemsnt 72 hin "bewegt«, so daß die von diesem ausgehend© Wärme von der Bimetalle-Drosselklappe 32 schneller und intensiver aufgenommen wird_§ wodurch die Dauer der einzelnen periodischen Arbeitsspiele verringert wird«

Bei der soeben beschriebenen Ausführungsform der Erfindung wird die Bimetall-Drosselklappe 32 normalerweise gegen die Strömungsdüse 54 gedrückt, welche aus diesem Grunde verschlossen ist» Das Relais 78 und das Heizelement 72 sind demzufolge erregt bzw. eingeschaltet.

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Betragt der Druck in der Signaldruekkammer 24· unter 0,28 atü, so reicht die von dem Heizelement 72 ausgehende Warme nicht dazu aus, eine Öffnung der Ströinungsdüse 54- herbeizuführen. Beträgt jedoch der Druck in der Signaldruckkammer 24- zwischen 0,28 atü und 5>6 atü, so wirkt das Heizelement 72 im Sinne einer Öffnung der Strömungsdüse 54- auf die ±siiuetall-Drosselklappe 32 ein, so daß nun das Heizelement 72 und da's Relais 78 abgeschaltet werden. Auf diese Weise wird eine selbstschwingende Anordnung geschaffen, bei welcher die prozentuale Ji'inschaltzeit durch den Signaldruck bestimmt wird. Für bestimmte Anwendungsfäiie kann das erfindungsgemäße Z/eitsteuergerat auf den .betrieb bei Signaldruckwerten zwischen 0,56 atu und 0,84- atü eingestellt werden, indem die Vorspannwirkung der Schraubenfeder 36 erhöht wird.

In tfigur 2 der Zeichnungen ist die Foigegeschwindigkeit der Aroeitsspieie des erfindungsgemaßen pneumatischen Zeitsteuergerätes in Sekunden abhängig von dem Signaldruck in atü aufgetragen. Aus den &urven für die üJinschaltdauer und die Ausschaltdauer in itfigur 2 ist ersichtlich, daß die geringste Einschaltzeit und die geringste Ausschaltzeit jeweils 10 Sekunden beträgt und daß bei einem mittleren Signaldruck von 0,4-2 atü eine.

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Einschaltdauer von 30 Sekunden und eine Ausschaltdauer von ebenfalls 30 Sekunden erhalten werden. Ähnliche Kurven ergeben sich, wenn durch Verstellen der Schraubenfeder der Signaldruckbereich auf 0,56 atü bis 0,84 atü eingestellt wird.

In ]?igur 3 der Zeichnungen ist die prozentuale -üinschaltzeit abhängig von dem Signaldruck in atü aufgetragen und es zeigt sich, daß bei einem geradlinigen Abfall der Amplitude des Signaldruckes die jeweilige periodische Einschaltdauer bezüglich des Stellgliedes 82 des Heizgerätes im Verhältnis zu dem gesamten Arüeitsspiel von O % auf 100 % zunimmt. Die prozentuale Jiinschaltzeit verändert sich also umgekehrt proportional zur Amplitude des jeweiligen Drucksignales. '»Vie öereits gesagt wurde und wie auch aus tfigur 3 der Zeichnungen hervorgeht, werden bei einem mittleren Signaidruck von 0,4-2 atü j£in- und Ausschaltzoiten von 30 Sekunden erhalten, und die geringsten Sin- und Ausschaitzeiten betragen jeweils 10 Sekunden. Zur Ausnutzung von 10 % der jeweiligen !leistung des üeiagerätes wird dieses folglich 11 Sekunden eingeschaltet und 99 Sekunden in Auaschaitsteliung gehalten. Sollen. 50 % der Leistung ausgenutzt werden, so ist das betreffende Gerät wänrsnd 30 Sekunden eingeschaltet und wah-

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fend 30 Sekunden ausgeschaltet. Sollen schließlich 95 % der Leistung des Gerätes ausgenützt werden, so wird dieses 190 Sekunden eingeschaltet und 10 Sekunden ausgeschaltet.

Mit dem oben beschriebenen erfindungsgemäßen z.eitsteuergerät kann also ein Temperaturregler einer Heizungsanlage derart gesteuert werden, daß sich die ülinschaitzeit der Heizung proportional zu dem von dem pneumatischen Thermostaten gemeldeten Wärmebedarf ändert. Fällt die Temperatur in dem vom pneumatischen Thermostaten überwachten Raum ab, so sinkt auch der Signaldruck, so daß die Einschaitdauer entsprechend proportional verringert wird.

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Claims

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Patentansprüche;

1J Pneumatisches Zeitsteuergerät zur Steuerung der Stelleinrichtung von Temperaturreglern, deren Meßeinrichtung mindestens einen pneumatischen Thermostaten aufweist, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (10, 12) mit einer, an eine Hauptdruckgasquelle angeschlossenen (46) Hauptdruckkammer (22), die einseitig durch eine auf den Druck dieser Hauptdruckgasquelle ansprechende bewegliche Wandung (14) abgeschlossen ist, sowie mit einer mit dem pneumatischen Thermostaten (44) verbundenen (42) Signaldruckkammer (24), die ihrerseits ebenfalls einseitig durch eine auf pneumatische Signale dieses Thermostaten ansprechende bewegliche wandung (16) abgeschlossen ist, ferner gekennzeichnet durch einen mittels der beweglichen Wandung der Hauptdruck— kammer betätigten Schalter (60) zur Schaltung des Heizkreises (70, 74) eines Heizelementes (72) sowohl als auch eines dazu parallel liegenden Erregerkreises (76) eines Stellrelais (78) und schließlich gekennzeichnet durch eine unter der jünwirkung des Heizelementes stehende, mit einer Strömungsdüse (54) zusammenwirkende Bimetall-Drosselklappe (32), deren Stellung sowohl mit Bezug auf die an die Hauptdruckkammer angeschlossene Strömungsdüse als auch mit^Bezug auf das Heizelement mittels der vom Signaldruck beaufschlagten beweglichen Wandung der Signal-

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druckkammer derart veränderbar ist, daß infolge der hierdurch bewirkten Veränderung der Dauer des Arbeitsspieles der Bimetall-Drosselklappe eine proportionale Beziehung zwischen der Einschaltdauer des fcStellreiais und der vom Thermostaten aufgenommenen Regelabweichung aufrechterhalten wird.

2. Zeitsteuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (72) die Form, eines Heizwiderstandes hat, welcher in einem bestimmten .Normalabstand von der unter seinem Einfluß stehenden Bimetall-Drosselklappe (32) angeordnet ist·

3. Zeitsteuergerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bimetall-Drosselklappe (32), wenn sie den genannten Wormalabstand vom Heizelement (72) innehat, die Strömungsdüse (54·) abschließt und bei Auftreten eines bestimmten Druckanstieges in der Öignaldruck— kammer (24) mittels der diese Kammer abschließenden beweglichen Wandung (16) von der Strömungsdüse weg nach dem Heizwiderstand hin wegbewegt wird·

M-. Zeit steuergerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Signaldrücken unter 0,28 stü die der Bimetall-Drosselklappe (32) zugeführte Wärme gerade

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noch nicht zur Öffnung der Strömungsdüse (54) ausreicht.

5· Zeitsteuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet) daß die Bimetall-Drosselklappe die Form eines Hebels (30) hat, an dessen einem Ende der eigentliche Bimetallstreifen (32) befestigt ist, dessen anderes Ende schwenkbar am Gehäuse (12) gelagert (34) ist und der an einer zwischen seinen Enden gelegenen Steile mit der beweglichen fandung (16) der Signaldruckkammer (24) gekoppelt (28) ist.

6. Zeitsteuergerät nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Hebel (30) der Bimetall-Drosselklappe aur beweglichen Wandung (16) der Signaldruckkammer (24) hin vorgespannt (36) ist.

7« Zeitsteuergerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung des Hebels (30) mittels einer Schraubenfeder (36) erfolgt und daß sowohl die Spannung dieser Feder als auch die Stellung des Hebele alt Besag auf die bewegliche Wandung (16) der Signaldruckkamaer (24) einstellbar (3Ö bsw. 28) sind.

8*' Zeitsteuergerät neon Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daS die Verbindung zwischen dem Hebel (30) und

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der beweglichen Wandung (16) der Signaldruckkammer (24·) von einem durch, den Hebel geschraubten Gewindebolzen (28) gebildet ist, welcher an seinem unteren Ende eine sich an der beweglichen Wandung der Signaidruckkammer abstützende Scheibe (26) trägt.

9· ZeitSteuergerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mittels des genannten Gewindebolzens (28) die Hebelstellung derart einstellbar ist, daß eine Öffnung der Strömungsdüse (54·)' entweder zwischen 0,28 atü und 0,56 atü oder zwischen U,56 atü und 0,84· atü Signaldruck erfolgt.

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