DE1961702A1 - Geraet zur Herstellung verdichteter Gegenstaende - Google Patents
Geraet zur Herstellung verdichteter GegenstaendeInfo
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Description
Crucible Inc., Pittsburgh, Pa./USA
Gerät zur Herstellung verdichteter Gegenstände
Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Herstellung verdichteter Gegenstände aus voll vorgeheizten Metallpulverladungen,
in einem Druckgefäß.
In der Technik der Pulvermetallurgie, in welcher Metall
in Pulverform auf eine erhöhte Temperatur erhitzt und bei dieser Temperatur einem Druck ausgesetzt wird, um einen dichten
metallischen Preßling zu bilden, ist es bekannt, diesen Arbeitsgang in einem Fluiddruckgefäß durchzuführen, das allgemein
als Autoklav bezeichnet wird. Bei der Verwendung eines Autoklaven wird im Gegensatz zum mechanischen Verdichten eine einheitlichere
Verteilung des angreifenden Druckes erreicht. Bei
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vielen Produkten der Pulvermetallurgie, wie bei ;'/erkzeugstahlartikeln,
wird die Qualität des Produktes weitgehend durch diese einheitliche Verteilung des angreifenden Drucks we it- gehend
verbessert.
Bisher war jedoch die Verwendung eines Auidclaven für die
Verdichtung von Metallgegenständen und insbesondere Werkzeug·?
Stahlartikeln betriebsmäßig nicht durchführbar. Dies ergab sich aus der Tatsache, daß viele Metallgegenstände und insbesondere
Werkzeugstähle bei extrem hohen Temperaturen verdichtet werden müssen. Für Werkzeugstähle können die Verdichtungstemperaturen typisch in einem Bereich von 982 bis 1204 C liegen.
Um diese Verdichtungstemperaturen zu erzielen, muß die I1Ietallpulverladung
vor dem Verdichten Zeiten in der Größenordnung von 5 Stunden oder länger erhitzt werden. Offensichtlich können,
wenn die Ladung in dem Autoklaven auf Verdichtungstemperatur erhitzt wird, was etwa 5 Stunden in Anspruch nimmt, nur sehr
wenige Preßlinge mit einem einzigen Autoklaven hergestellt v/erden. Folglich ist ein derartiger Arbeitsvorgang vom ökonomi00'":"
Standpunkt aus für eine betriebsmäßige Herstellung nicht geeignet. Auf der anderen Seite kann die Metallpulverladung in
einem Ofen auf Verdichtungstemperatur erhitzt und in den Autoklaven
zum Verdichten überführt werden, wenn die Verdichtungstemperatur erreicht ist. Durch die Verwendung einer Vielzahl
von Öfen zum Bedienen eines einzelnen Autoklaven kann die Herstellungsrate jedes Autoklaven wesentlich gegenüber der Praxis
vergrößert werden, bei welcher die Ladung innerhalb des Autoklaven
auf Verdichtungstemperatur erhitzt wird. Diese Praxis war jedoch vom betriebsmäßigen Standpunkt aus ebenfalls nicht
durchführbar. Dies ergab sich aus der Tatsache, daß sich die Metallpulverladung während der Zeit, in der sie von dem Ofen
überführt und in den Autoklaven eingebracht, der Autoklav gedichtet und dann auf den erforderlichen Verdichtungsdruck
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gtbracht wurde, auf eine Temperatur kleiner als die für zufriedenstellende
Verdichtung erforderliche abgekühlt hatte. Diese Arbeitsfolge, welche vor der Erfindung für Verdichten
im Autoklaven nötig war, kann eine Stunde und mehr erfordern bis sie abgelaufen ist. Im Hinblick hierauf ist leicht einzusehen»
daß die hohen Verdichtungstemperaturen in der Größenordnung von 982 bis 12040C, welche beim Verdichten von Werkseugstahlgemischen
erforderlich sind, nicht während der Arbeitsfolge Laden, Dichten und Unterdrucksetzen aufrecht erhalten
werden können.
Ziel der Erfindung ist es, ein Gerät zu schaffen, mit dessen Hilfe die genannten Nachteile überwunden werden und ein
betriebsmäßiges Verdichten von Metallpulver in einem Autoklaven, insbesondere in wirtschaftlicher Hinsicht, möglich ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, da.ü
das Gerät ein erstes Druckgefäß, einen fluiddichten Verschluf.· für das Druckgefäß, der wahlweise zwischen einer offenen un^. geschlossenen
fluiddichten Lage verlagerbar ist, und ein zweites Druckgefäß aufweist, eine Druckpumpe zun Unterdrucksetzer, des
zweiten Druckgefäßes mit diesem verbunden ist, und Ventile zwischen
dem ersten Druckgefäß und dem zweiten Druckgefäß vorgesehen sind, um biim Unterdrucksetzc-π des ersten Druckgefäßes '
einen Fluidfluß vom zweiten PruckgefäS zum ersten Druckgefäß
zuzulassen, wodurch das erste Druckgefäß schnell unter Druck gesetzt werden Kinn.
So wird durch die Erfindung ein Gerät zum schnellen Verdichten von Metallpulver durch Anwendung eines schnellen (typisch
eine Minute oder weniger) unter Druck Setzens des Autoklaven zu.n Verdichten zur Verfügung gestellt. Die Erfindung g=-
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stattet ein schnelles Verdichten in einem Autoklaven durch ein schnell arbeitendes Gerät zum Sehließen und Abdichten des
Autoklaven nach dem Einbringen der Metallpulverladung in den
Autoklaven. Weiter erlaubt das Gerät ein schnelles Verdichten mit Fluiddruck von Metallpulverladungen in einem Autoklaven,
durch die Kombination einer Anordnung für schnelles Schließen und Abdichten des Autoklaven mit einer Anordnung für schnelles
Unterdrucksetzen des Autoklaven, nachdem die Metallpulverladung in den Autoklaven eingebracht und dieser abgedichtet ist.
In weiterer Hinsicht umfaßt die Erfindung ein Druckgefäß oder einen <k itoklaven, der dazu geeignet ist, eine Metallpulverladung
aufzunehmen, die auf eine erhöhte Temperatur in der Größenordnung von z.B. 982 bis 120'40C erhitzt
ist und in einem metallischen Behälter zum Verdichten enthalten ist. Ein Stöpsel ist als oberer Verschluß des Druckgefäßes
vorgesehen. Der Stöpsel befindet sich in einem Gehäuse in einer Lage über und weg von dem offenen oberen Ende
des Autoklaven. Es ist eine Vorrichtung vorgesehen, um den Stöpsel schnell von seiner abseitigen Lage in eine Lage
axial ausgerichtet mit dem Autoklaven zu bringen, nachdem eine Ladung Metallpulver in diesen zum Verdichten eingebracht
wurde. Es ist eine Vorrichtung zum schnellen axialen Bewegen des Stöpsels in eine geschlossene dichtende Verbindung
mit dem Autoklaven vorgesehen, wenn der Stöpsel axial zum oberen Ende des Autoklaven ausgerichtet ist. Durch diese
Anordnunge kann der Autoklav schnell gegen die Atmosphäre unmittelbar nach dem Einbringen einer Metallpulverladung
zum Verdichten abgedichtet werden. Nach dem Abdichten in der oben beschriebenen V/eise wird der Autoklav durch die Einführung
eines Hochdruckfluidums schnell (typisch eine Hinute
oder v/eniger) unter Druck gesetzt, wodurch die darin enjbhal-
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tene Metallpulverladung sofort auf eine Dichte von typisch
95 f> oder mehr verdichtet wird. Entsprechend der Erfindung
wird das schnelle Unterdrucksetzen durch ein Hilfs- oder
Speicherdruckgefäß erzielt, Vor dem Laden des Autoklaven
wird das Speichergefäß auf einen hohen -fluiddruck aufgepumpt.
Hochvolumige Ventilvorrichtungen sind zwischen dem
Speichergefäß und dem Autoklaven vorgesehen. Unmittelbar nach dem Abdichten des mit der au verdichtenden l-Ietallpulverladung
beschickten Autoklaven wird die Ventilvorriohtung betätigt,
um das Hochdruckfluidum schnell vom Speiehergefäß in den
Autoklaven zu überführen. Durch diese Anordnung werden das ™
konventionelle Aufpumpen des Autoklaven zur Erzielung des erforderlichen
hohen Fluiddrucks und die für diesen Pumpvorgang erforderliche lange Zeit ausgeschaltet. Daher kann der
Vorgang des Unterdruekeetaens des Autoklaven, der beim Fumpen
typisch eine Stunde und mehr ir. Anspruch nimmt, jetzt innerhalb einer Minute oder weniger durchgeführt v/erden.
Ei α Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und wird, im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
fr'ig. 1 eine Zusammenstellungszoiehnung einer Ausführungsform j
des erfindungsgemäßen ueräts von der Seite und teilweise
im Schnitt;
Fig. 2 eine Seitenansicht des Geräts nach Fig. 1 mit dem Stöpselverschluß in dichtender Lage;
Fig. j eine Ansicht des otöpselverschlusses, wie er mit dem
Gerät nach Fig. 1 und 2 verwendet wird, im einzelnen;
und
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Fig, Αμ eine Seitenansicht des Stdpselverschlusses nach Fig. 3·
In den Zeichnungen und insbesondere in Fig. 1 und 2 ist eine Autoklavanordnung gezeigt, die allgemein mit der
Bezugsziffer 10 bezeichnet ist. Die Autoklavanordnung 10 weist ein langgestrecktes zylindrisches Druckgefäß 12 mit einem
festen unteren Verschluß 1m- auf, v/elcher ein Auflager 16
trägt, von dem ein nicht gezeigter Behälter gestützt wird, der mit zu verdichtendem Metallpulver gefüllt ist. Das obere Ende
des Druckgefäßes weist eine öffnung 18 auf. Das Innere des Druckgefäßes ist mit einem Auskloide teil 20 versehen, welches
vorzugsweise aus temperaturbeständigem Stahl aufgebaut
ist, Das Auskleideteil 20 ist vorzugsweise leicht entfernbar.
Auf diese '/eise kann der Innendurchmesses des Druckgefäßes entsprechend der Große der zu verdichtenden Ladung variiert
werden. Dies dient dazu, den Värmeverlust der Ladung klein
zu halten. In der Nähe des oberen Endes des Druckgefäßes 12 befinden sich zwei axial zueinander ausgerichtete horizontale
Bohrungen 21, welche sich durch die >v'ände des Druckgefäßes erstrecken. Über den Bohrungen und benachbart zur oberen Bedienungseinrichtung
des Druckgefäßes sind zwei parallele Stangen 22 angeordnet. IAit den Stangen 22 sind Gleiter 2k
verbunden, welche ein Gehäuse 26 gleitbar oder bewegbar" auf
dan Stangen 22 tragen. Im Gehäuse 26 ist ein Stöpsel 27 aufgehängt,
der am besten in I-ig. 3 und 4 zu sehen ist. Der Stöpsel
ist an seiner oberen Oberfläche an der Stelle 28 mit einem
Preßstempel 30 verbunden, der seinerseits zum Betätigen mit
einer üblichen hydraulischen Kolben-Zylinder-Anordnung 31 verbunden ist. Das Gehäuse 26 mit dem darin aufgehängten
Stöpsel 2? wird durch die Wirkung eines Preßstempesl 32 als
Teil einer hydraulischen Kolben-Zylinder-Anordnung 3Aj- in eine
Lage über dem Druckgefäß 12 bewegt. Wenn es nach dem Einbrin-
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gen einer Ladung zum Verdichten erwünscht ist, den Autoklaven zu schließen, wird die Rolben-Zylindor-Anordnung 3^ so betätigt,
daß sie den Preßstempel 32 ausschiebt und' so das Gehäuse ?6 horizontal oder in Fig. 1 nach links in eine Lage
bewegt, in der der Stöpsel 2? axial mit der Öffnung 18 am oberen
Ende dos Druckgefäßes 12 ausgerichtet ist« In diesem Zeitpunkt
wiri der Preßstempel 30 durch seine zugehörige olben-Zylindr-Anordnung
so betätigt, daß er den Stempel 2? axial in dichtende Verbindung mit dem Druckgefäß schiebt. Der untere
Teil des Stöpsels 27 ist mit einer ringförmigen Aussparung 36 versehen, in welcher ein Dichtring 38 befestigt ist, V/t.nn
der Stöpsel 27 zum Abschließen in das Druckgefäß eingeführt wird, sitzt der Dichtring 36 auf der oberen Oberfläche UO ies
Auskleideteils ?0 dichtend auf. \ionn der Stöpsel eine derartige
Lage einnimmt, sin'l die Bohrungen 21 in den Wänden der?
Druckgefäßes axial mit einer horizontalen Bohrung U 2 mit ahnlichem
Durchmesser durch den Stöpsel ?7 ausgerichtet. Ein Bolzen UU wird auf Walzen Uc in axialer Ausrichtung mit den
Bohrungen 21 im Druckgefäß und h?. im Stöpsel getragen, ner
Durchmesser des Bolzens UU ist im wesentlichen der gleicht· wieder
dor Bohrung»-η 21 und U2. 1IaS vom Druck^efä:3· entfernte Enda
dos Bolzens UU ist an <*er Stelle US mit einem Freßstemrel 50
einer Kolben-Zy linder-Anordnuag -~:2 verbund-an. Wenn sich d*-r
Stöpsel in der geschlossenen Lage im Druckgefäß befindet, wird die Kolben-Zylinder-Anordnung 5? so betätigt, daß sie den
Preßstempel 50 ausschiebt und auf diese Weise der Bolzen UU
durch die Bohrungen 21 in den wänden des Druckgefäßes und die Bohrung U2 durch den Stöpsel bewegt v/ird.Auf diese Weise ist
der Stöpsel 27 in dichtender Verbindung in der geschlossenen Lage im Druckgefäß gesperrt.
Wenn sich der Stöpsel 27 in der oben beschriebenen geschlossenen Lage im Druckgefäß befindet, wird das Druck-
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unter Druck gesetzt, um die darin befindliche Metallpulver
ladung zu verdichten. Das Gerät enthält für diesen Zweck
ein Hilfs- oder Speichergefäß 5h, welches mit einer Druckpumpe
56 Verbundenist, die ihrerseits das Speichergefäß 5^ mit einem
Hochdruckfluidum, wie Heliumgas, füllen kann. Das Speichergefäß
54 ist mit dem Druckgefäß 12 über Hochdruckleitungen 58
mit Hochdruckventilen 60 und mit einem Entlüftungsventil 59 über eine Hochdruckleitung 61 verbunden. Die Hochdruckleitungen
58 ragen durch Bohrungen 62 im unteren festen Verschluß 1^ <-les Druckgefäßes in dieses hinein. Das Entlüftungsventil 59
und die Hochdruckventile 60 sind geschlossen, wenn das Speichergefäß 5^ unter Druck gesetzt wird. Dieser Arbeitsvorgang
wird beendet, ehe das Druckgefäß mit der zu verdichtenden Metallpulverladung
gefüllt wird. Nach dem laden und Dichten des Druckgefäßes werden die Hochdruckventile 60 geöffnet und ein
Hochdruckf luidum wird vom Speichergefäß· 5^ unmittelbar in das
Druckgefäß übertragen, wodurch die in diesem befindliche Metallpulver
ladung verdichtet vird. Die Hochdruckventile 60 werden
danngpschlossen. Nach dem Verdichten wird das Entlüftungsventil
59 geöffnet, um den Autoklaven zu entlüften, der Bolzen kb wird zurückgezogen und der Stöpsel 2? wird nach oben und
aus dem Druckgefäß- heraus in das Gehäuse 26 gehoben. Das Gehäuse
26v.drd dann entlang der Stangen 22 in seine Lage vom
oberen Ende dos Druckgefäßes entfernt bewegt, welche Lage in Fig. 1 dargestellt ist. Der Preßling kann jetzt aus dem Druckgefäß
entfsrnt werden und das Druckgefäß ist bereit, eine weitere Ladung zum Verdichten aufzunehmen. Ein typischer Laufkran
kann verwendet werden, um v/erkstücke in bezug auf das
Druckgefäß zu laden und zu entladen.
Es versteht sich, daß bei typischer betriebsmäßiger Arbeitsweise eine Vielzahl von Öfen in der Machbarschaft' des
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BAD
Druckgefäßes angeordnet ist. Die Öfen werden benutzt, um eine
Anzahl Matallpulverladungen auf die Verdichtungstemperatur zu
erhitzen und auf diese Weise wird, sobald eine Ladung aus dem
Druckgefäß entfernt ist, eine zweite- Ladung, welche vorher auf
die Verdichtungstaiperatur erhitzt wurde, sofort aus einem
Ofen entfernt und in das Druckgefäß zum Verdichten eingebracht. Durch Vorwendung einer geeigneten Anzahl von Ofen kann das
Druckgefäß, falls gewünscht, in einer Im wesentlichen kontinuierlichen
V/eise betrieben werden. Zu diesem Zweck können eine Vielzahl von Hilfs- oder Speicherdruckbehältern eingesetzt
v/erden, so daß für das '-/iederunterdrucksetzon des Autoklaven
nicht das Aufpumpen eines einzigen Speidergefäßas abgewartet
werden muß,
Ein besonders wichtiges Merkmal des erfindungsgemäßen
''JürUtes liegt in der Vorwendung von Vorrichtungen für ein schnellet: Unterirucksetzen des Gefäßes oder Autoklaven nach dem Ladfi,
B.5/3her sind bei bekannten Verdichtungseinrichtungen mit
Fluiridru".!-: Zeiten von ainor halben bis zu mehreren Stunden
'■rfor-lirlich, um die nötigen Drücke.· zum Verdichten von Ketallpuivcrn
-.vif- etwa Werkz-jugatahlpulv-o-r zu erreichen. Diese über-.χΙ^ϊλτοπ
Zeiten machen infolge des unwirtschaftlichen Zeitverbr:iu3}]:·
j.., Autoklavenle^ung die Verdichtung mittels Fluiddruck
in modernen Herstellungsverfahren unanwendbar, Durch die Verwendung
c-inos? Ventils avischen dem S pe ic he rge fäi? jh und dem
Drucli^ef'iß 12 - oder einer Vielzahl solcher Ventile in Leituni'it.-n,
welch« eine Vielzahl von Speichergefäisen ^h mit einem
Druckgefäß 12 vorbinden - ist es möglich, den Druck im Autoklaven
oder Druckgefäß 12 durch Druckausgleich zwischen einem
oder mehreren solchen Speichergefäßun und dem Druckgefäß in
zehn Minuten oder weniger zu erreichen. Diese kurze Zeitdauer
maoht ck-iii Gerät und das Verfahren vom Herstellungsstandpunkt
aus praktisch brauchbar.
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Für den Zweck der vorliegenden Beschreibung und der Ansprüche soll der Ausdruck "schnell unter Druck gesetzt", wie
er sich auf das Auslassen von Druck von einem oder mehreren Speichergefäßen (wie das Speichorgefäß 5*0 in einen
Autoklaven (wie das Druckgefäß 12) bezieht, eine Zeitdauer von 10 Minuten oder weniger bedeuten, oder er soll sich auf
ein Gerät beziehen, mit welchem ein Auslassen des Druckes innerhalb einer solchen Zeitdauer bewirkt werden kann.
Ein unter der Fabrikationsnummer p/N 4010-3119 (3520/
kg/cm Jochventil-Luftschließanordnung, auswechselbarer Sitz)
von der Firma Autoclave Engineers, Inc. in Erie, Pennsylvania/ USA hergestelltes Ventil kann als Hochdruckventil 60 verwendet
werden. Jedoch können auch andere handelsüblich verfügbare
Ventile in dem erfindungsgemäßenGerät verwendet werden, wenn
Ttit ihnen die erforderliche schnelle Druckentlastung (zehn
Minuten oder weniger) durchgeführt werden kann.
Obwohl eine besondere Ausführungsform der Erfindung gezeigt
und beschrieben wurde, ist es klar, daß andere Anpassungen und Modifikationen vom Fachmann durchgeführt v/erden
können, ohn-a vom Bereich und Gedanken d&r folgenden Anspruchs
abzuweichen.
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Claims (7)
- Patentansprüche1· Gerät zur Herstellung verdichteter Gegenstände ausvoll vorgeheizten foetallpulvrrladungen, dadurch gekennzeichnet, daß es ein erstes Druckgefäß (12), einen fluiddichten Verschluß (27) für das Druckgefäß (12), der wahlweise zwischen einer offenen und geschlossenen fluiddichten Lage verlagerbar ist, und ein zweites Druckgefäß (5'+) aufweist, eine Druckpumpe (56) zum Ünterdrucksetzen des zweiten Druckgefäßes (5*0 mit diesem verbunden ii;t, und Ventil' ™ (60) zwischen dem ersten Druckgefäß (12) und dem zweiten Druckgefäß (5*0 vorgesehen sind, um beim Ünterdrucksetzen des ersten Druckgefäßes (12) einen Fluidfluß vom zweiten Druckgefäß (5*1) zum ersten Druckgefäß (12) zuzulassen, wodurch das erste Druckgefäß (12) schnell unter Druck gesetzt werden kann.
- 2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennze ich-n e t , daß der fluiddichte Verschluß (27) wahlweise zwischen einer offenen und einer geschlossenen fluiddichten lags durch eine Vorrichtung längs einer iir. wesentlichen horizontalen Ebene in eine Lage über und axial in Reihe mit einer oberen Öffnung (18) des ersten Druckgefäßes (12) bewegbar ist, eine Vorrichtung für eine axiale Bewegung des Verschlusses (27) in eine geschlossene lage in der öffnung (13) des ersten Druckgefäßes (12) und eine Vorrichtung zum Sichern des Verschlusses (27) in der geschlossenen fluftdichten Lage vorgesehen ist, wodurch das Ünterdrucksetzen des Druckgefäßes (12) möglich wird.
- 3· Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der fluiddichte Verschluß aus einem-12-009844/1587BAD OBIGtNALStöpsel (27) besteht, der in geschlossener Lage in druckdichte Verbindung mit einer inneren Oberfläche des ersten Druckgefäßes (12) gebracht werden kann.
- 4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e k ν", η η ζ e i c h η ;? t , daß die Vorrichtungen zur Bewegung des Verschlusses (27) aus einem Gehäuse (26), einer Vorrichtung (30, 31) Z1JrTi Halten des Verschlusses (27) in vertikaler Lage im Gehäuse (26), einer horizontalen, sich über dia obere Öffnung (1B) des ersten Druckgefäßes (12) erstreckenden Bann (22), Gleitern (24), die das Gehäuse (26) gleitbar mit der Bahn (22) verbinden und -in-ir Vorrichtung (32, 3*0 zum Schieben des Gehäuses (26) entlang der Bahn (22)in eine Lage, in■',vt:Icher der VersehJuk (27) -axial mit der oberen Öffnung (1B aasgerichtet ist, bestehen.
- 5. Gerät nach ein-rc der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g ο -V. '- ;i η ζ ·■ ich η <: t , da;; die Verrichtung zum Sichern des Verschluss·" 3 [T?) in einer g<: schlosseren fluiddichton Lageir.::; Bolzen (**4) -,nthält, der sieh in wesentlichen horizontal durch einander entcprechende Bohrungen (21, '-2) in dem Druckv--ia.: M£; bzw. V-:rncr.lu2 (2?) -r^treckt.
- 6. Gc-rat nach -.-ίη-,π der Ansprüche 1 bic 5» dadurch g e κ j r. η ζ ·, i c h ^ e t , da;s der Sclzon (44) auf einer Vielzahl von ualzcn fi*C} ruht, v/elch, ien Bolzen (44) beweglich während der "rev/egur.g durch die einander entsprechenden Bohrung·: η (21, -2j ir. '!,,-rc Druckgefä,; (12) bzw. dem Verschluß
- 7. Gerat nach eir.·^. der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g e k e r. η ζ e i c h η ·, t , daß es ein Entlüftungsventil. (59) Z^m Entlüften i-s ersten Druckg-^fäSes (12) nach der Beendigung -I,.-. Q Vr. pH · rV-+.'. οσ ρ ';t"··;.- int.009844/1567BAD OHlGSiNALLeerseite
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