DE2007153A1

DE2007153A1 - Niveauregler für Flüssigkeiten

Info

Publication number: DE2007153A1
Application number: DE19702007153
Authority: DE
Inventors: Alan B. Bay Village; Sharpless John Amherst; Ohio Reighard (V.St.A.). -
Original assignee: Nordson Corp
Current assignee: Nordson Corp
Priority date: 1969-05-08
Filing date: 1970-02-17
Publication date: 1970-11-19
Also published as: US3601146A; JPS4913306B1; CH526163A; GB1285239A; FR2047434A5; NL7006682A

Description

NORDSON CORPORATION, eine Gesellschaft nach den Gesetzen des Staates Ohio, 10 Jackson St., Amtierst, Ohio (V.St.A.)

Niveauregler für Flüssigkeiten

Die Erfindung betrifft einen Niveauregler für Flüssigkeiten mit einem Verdränger als Meßwertgeber für den Stand des Flüssigkeitsniveaus, insbesondere einen Niveauregler für Flüssigkeiten, der sich besonders vorteilhaft bei hochvikosen Flüssigkeiten einsetzen läßt, die dazu neigen, sich auf der Oberfläche des Gebers zu verfestigen; und der sich ferner besonders vorteilhaft bei Flüssigkeiten einsetzen läßt, die sich in dem betreffenden Speicher oder Behälter während des Betriebes des zugeordneten Gerätes in heftiger Bewegung befinden. Einen spezifischen Anwendungsfall, bei dem sich der erfindungsgemäße Niveauregler besonders vorteilhaft einsetzen läßt, bilden Geräte zum Aufbringen von geschmolzenen Klebstoffen. Geschmolzene Klebstoffe, sogenannte "heißschmelzende" Klebstoffe, werden häufig in der Verpackungetechnik angewendet, insbesondere in Verbindung mit Papier und Karton als Verpackungsmaterial. Diese Klebstoffe werden besonders dort bevorzugt, wo besonders kurze "Abbindezeiten" gefordert werden, d.h. wo das Zeitintervall zwi-

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sehen dem Aufbringen des Klebstoffes und der Fertigste}, lung der Klebeverbindung besonders kurz sein muß.

Klebstoffe auf Asphalt- oder Kunstharz-Basis sind typische heißschmelzende Klebstoffe; sie befinden sich bei Raumtemperatur im allgemeinen im festen Zustand. Wenn sie jedoch erwärmt werden, so daß sie schmelzen, ändern sie ihren Aggregatezustand in eine relativ viskose Flüssigkeit, die sich durch die Düse eines Applikationswerkf zeuges oder einer Spritzpistole pumpen und auf eine Oberfläche auftragen läßt, oder die sich mit Hilfe eines Applikatorrades auf eine Oberfläche auftragen läßt, das während seiner Drehung aus einem benachbarten, angrenzenden Speicher oder Leimtopf geschmolzenen Klebstoff aufnimmt und danach den geschmolzenen Klebstoff auf einer Oberfläche ablagert, die eine translatorische Bewegung ausführt, deren Geschwindigkeit gleich der Oberflächengeschwindigkeit des Applikatorrades ist.

Bei dem Auftragegerät mit Applikatorrad wird der feste Klebstoff üblicherweise in einem Erhitzer geschmolzen t und dann in einen Speicher oder einen Leimtopf eingespeist, in dem der geschmolzene Klebstoff auf einem geeigneten Niveau gehalten werden muß, und nicht ausreichende oder zu starke Ablagerungen auf dem Applikatorrad zu vermeiden.

Demgemäß ist ein Niveauregler erforderlich, um sicherzustellen, daß die Versorgung des Speichers oder des Leintopfee mit geschmolzenem Klebstoff so gesteuert wird, daß das gewünschte Betriebsniveau eingehalten wird. PUr diese Niveauregler ergeben sich jedoch einige unübliche Schwierigkelten.

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Der Stand der Technik kennt Niveauregler mit z.B. konventionellen Schwimmern, deren Reaktion infolge ihrer hohen Empfindlichkeit relativ unzuverlässig ist, da der geschmolzene Klebstoff sehr zäh ist. Ferner ist ein relativ großer Schwimmer erforderlich, um eine für die Betätigung eines Schalters erforderliche Stellkraft zu erzeugen, während die meisten Speicher oder Leimtöpfe relativ klein, d.h. zu klein für einen Schwimmer, der so groß ist, daß er eine ausreichende Auftriebskraft erzeugt, sind. Ferner haben Schwimmer die Eigenschaft, verfestigten oder, "abgebauten" geschmolzenen Klebstoff, der auf dem normalen Flüssigkeitsniveau schwimmt, in so groseen Mengen anzusammeln, daß der Schwimmer sinkt und der Niveauregler selbst dann weiteren geschmolzenen Klebstoff anfordert, wenn der Speicher voll ist.

Ein weiterer Nachteil der Schwimmer ist, daß sie empfindlich und teuer in der Herstellung sind. Durch ein kleines Loch im Schwimmer kann der Schwimmer sinken und seine Funktion einstellen. Ferner stellt ihre Empfindlichkeit ein besonderes Problem dar, wenn sich die Flüssigkeit in heftiger Bewegung befindet. Solche heftigen Bewegungen sind bei den meisten Betriebsbedingungen üblich.

Ein weiterer dem Stand der Technik gemäßer Niveauregler ist im US-Patent 2.861.159 beechrieben, dessen Meßwertgeber ein Temperaturfühler ist, der in den Fltissigkeitsspeicher ragt. Wenn die Flüssigkeit den Temperaturfühler berührt, wird abhängig von den speziellen Bedingungen Wärme entweder zu dem oder von dem Temperaturfühler übertragen. Der Temperaturfühler mißt die Temperaturänderung und überträgt ein Signal zu einem Schalter, der ein Speiseventil betätigt. An dem Temperaturfühler

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kann sich jedoch geschmolzener Klebstoff ablagern, so daß er seine Empflindlichkeit verliert, ferner arbeitet dieser Niveauregeier unzuverlässig, wenn sich die Flüssigkeit in heftiger Bewegung befindet.

Ein weiterer dem Stand der Technik gemäßer Niveauregler, der zur Regelung des Niveaus des geschmolzenen Klebstoffs in einem Speicher oder einem Leimtopf eingesetzt wird, ist mit einem pneumatischen Meßwertgeber, der den Gegendruck in einem abgeschlossenen Leimtopf mißt. Ein Anstieg des Flüssigkeitsniveaus hat einen Druckanstieg zur Folge; bei einem vorgegebenen Druck wird ein Signal, z.B. durch einen elektrischen Schalter, auf ein Steuerventil übertragen. Diese dem Stand der Technik gemäßen Niveauregler arbeiten zwar in vielen Fällen wirksam, aber sie sind kompliziert und unter gewissen Betriebsbedingungen unzuverlässig.

Der erfindungsgemäße Niveauregler reduziert jedoch die oben aufgeführten Schwierigkeiten und besitzt weitere Eigenschaften und Vorteile, die den dem Stand der Technik gemäßen Niveaureglernfehlen.

Aufgabe der Erfindung ist, die Genauigkeit der Regelung des Flüssigkeitsniveaus in einem Speicher oder Behälter, insbesondere des Niveaus des viskosen, geschmolzenen Klebstoffes in einem Leimtopf zu erhöhen, auch dann, wenn sich die Flüssigkeit in heftiger Bewegung befindet. Erfindungsgemäß wird in Abhängigkeit von dem Flüssigkeitsniveau ein Signal mit erhöhter Genauigkeit und Zuverlässigkeit auf einen elektrischen Schalter übertragen, der ein Stellventil betätigt, das das Flüssigkeitsniveau steuert. Erfindungsgemäß wird ein weitgehend Störungesicherer Niveau-Meßwertgeber vorgeschlagen, der auch

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dann wirksam arbeitet, wenn sich eine beträchtliche Menge verfestigten Materials an ihm abgelagert hat.

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Niveaureglers für Flüssigkeiten besitzt eine Geber- und Steuer-Mechanik für das Flüssigkeitsniveau mit einem schwenkbar gelagerten Hebel und einem länglichen Meßwertgeber, der so an einem Arm des Hebels befestigt ist, daß er durch die Oberfläche der Flüssigkeit in die Flüssigkeit eindringen und die Flüssigkeit verdrängen kann. Am anderen Arm des Hebels ist ein Gegengewicht befestigt, das das Gewicht des Gebers ausgleicht und den Hebel im Gleichgewicht hält. Ferner ist der Hebel mit einem Element ausgerüstet, daß in einer Stellung seines Weges einen elektrischen Schalter betätigt, der das Flüssigkeitsniveau steuert.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist das den Schalter betätigende Element ein Magnet, der in einer Stellung seines Weges eine Stellkraft auf einen Magnetschalter ausübt.

Der Meßwertgeber, im folgenden Verdränger genannt, hat vorzugsweise eine längliche Form, z.B. die Form eines Zylinders, dessen Höhe das drei bis sechsfache seines Durchmessers beträgt, und eine Dichte, die gleich oder größer ist als die Dichte der Flüssigkeit. Ferner ist vorzugsweise das Gegengewicht relativ zur Schwenkachse des Hebels einstellbar, um eine exakte Sollwerteinstellung des gewünschten Flüssigkeitsniveaus zu gestatten, und um den Einsatz des erfindungsgemäßen Niveauregiere für Flüssigkeiten verschiedener Dichte zu ermöglichen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand einer in den Zeich-

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nungen dargestellten Ausführungsform ausführlich erläutert. Es zeigt:

Pig. I einen fragmentarischen Grundriss eines Auftragegerätes für geschmolzenen Klebstoff mit einem Applikatorrad, das mit einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Niveaureglers ausgerüstet ist, dessen Niveau-Meßwertgeber in einer normalen Stellung in ausgezogenen Linien und in einer Stellung bei niedrigem Niveau in gestrichelten Linien dargestellt ist;

Fig. 2 einen fragmentarischen Schnitt 2-2 gemäS Fig. 1; Fig. 3 einen Schnitt 3-3 gemäß Fig. 2; Fig. 4 einen vergrößerten Schnitt 4-4 gemäß Fig. 2; Fig. 5 einen Schnitt 5-5 gemäß Fig. 4; Fig. 6 einen Schnitt 6-6 gemäß Fig. 5; Fig. 7 einen Schnitt 7-7 gemäß Fig. 5;

Fig. 8 ein Prinzipschaltbild, das die Steuerung der Zufuhr geschmolzenen Klebstoffes zum Speicher des Auftragegerätes für geschmolzenen Klebstoff gemäß Fig. 1 bis 7 mit Hilfe des erfindungsgemäßen Niveaureglers zeigt.

Gemäß Fig. 1 ist ein Leimtopf A für geschmolzenen Klebstoff mit einem Applikatorrad ausgerüstet, das geschmolzenen Klebstoff auf eine translatorisch bewegte Oberfläche aufträgt. Bas Niveau des geschmolzenen Klebstoffe im

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Leimtopf A wird gemäß Fig. 8 von einem Stellventil B gesteuert, das bei einem Niedrig-Niveau-Signal von einem erfindungsgemäßen Niveauregler G gemäß Pig. I bis 7 öffnet.

Der erfindungsgemäße Niveauregler C besitzt eine metallische Grundplatte 10, die dem Leimtopf A benachbart angeordnet ist. Die Arbeitsteile des Reglers C sind von einer metallischen Abdeckhaube 11 umgeben, die mit Hilfe von Abstandshaltern 12 und Schrauben 13 an der Grundplatte IO befestigt ist. Die Grundplatte 10 besitzt einen oberen, gabelförmigen Teil mit Achsträgern 14, zwischen denen ein Gelenkblock 15 gelagert ist. Der Gelenkblock

15 ist auf zwei seiner einander gegenüberliegenden Seiten auf Gelenkachsen 16 gelagert, die in die Achsarme 14 eingeschraubt sind. Jede der Gelenkachsen 16 ragt von den Gelenkarmen 14 aus in eine Passbohrung 17 des Gelenkblockes 15 nach innen. Die Achsen 16 sind in den zugeordneten Bohrungen 17 des Gelenkblockes 15 mit Hilfe von Teflonlagern 18 gelagert; sie sind axial einstellbar, so daß sich der Gelenkblock 15 exakt positionieren läßt. Die Achsen 16 sind mit Hilfe von Kontermuttern und Messingstiften, die radial gegen das Gewinde der Achsen

16 drücken, in den zugeordneten Achsträgern 14 positioniert.

Ein abgewinkelter Hebelarm 20 ist mit Hilfe einer Befestigungsschraube in einem Ende des Gelenkblockes befestigt und ragt in das Innere des Leimtopfes A. Das freie Ende des Hebelarmes 20 ist weitgehend senkrecht zur Oberfläche des geschmolzenen Klebstoffes abgewinkelt. An diesem freien Ende des Hebelarmes 20 ist ein Meßwertgeber in Form eines massiven, zylindrischen, metallischen Ver drängers ?1 befestigt. Der Verdränger 21 iet konetruk-

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tiv βο ausgeführt, daß er die Flüssigkeitsotoerflache im Leimtopf A durchdringt, in die Flüssigkeit eindringt und ein nennenswertes Flüssigkeitsvolumen verdrängt, wenn das Flüssigkeitsniveau ausreichend hoch über dem Boden des Leimtopfes A steht. Der Verdränger 21 besteht aus einem Material, dessen Sichte vorzugsweise gleich oder größer ist als die Dichte der Flüssigkeit in dem Leimtopf A, so daß er im freien Zustand nicht in dem geschmolzenen Klebstoff schwimmt. Aluminium hat sich als besonders geeignet erwiesen. Alternativ kann der Verdränger 21 mit einem Material eines niedrigen Reibungskoeffizienten, z. B. Teflon beschichtet sein, um die Adhäsion des geschmolzenen Klebstoffes zur Oberfläche des Verdrängers 21 zu reduzieren. Alternativ kann, falls gewünscht, der gesamte Verdränger 21 aus Teflon gefertigt werden.

Im entgegengesetzten Ende des Gelenkblockes 15 ist mit Hilfe einer Befestigungsschraube ein Ausgleichshebel 23 befestigt. Der Ausgleichshebel 25 trägt ein Gegengewicht 26, das einstellbar auf das freie Ende des Ausgleichshebels 25 aufgeschraubt und mit Hilfe einer Kontermutter 28 in der gewünschten Ausgleichsposition gesichert ist. Die Position des Gegengewichtes 26 relativ zu den Achsen 16 wird so gewählt, daß das Gegengewicht 26 auf seiner Seite der Achsen 16 eine größere Kraft erzeugt, wenn der Verdränger 21 eine vorgegebene Menge geschmolzenen Klebstoffes verdrängt hat. Wenn dieser Zustand eintritt, steigt der Verdränger 21 mit dem Flüssigkeitsniveau, so daß der Gelenkblock 15 entsprechend schwenkt und damit auf den Gelenkblock 15 ein kontinuierliches Signal wirkt, daß das Flüssigkeitsniveau im Leimtopf A anzeigt.

Mit Hilfe einer Schraube ist am Gelenkblock 15 ein Schalthebel 30 in Form eines dünnen Stabes derart befestigt,

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daß er sich in Abhängigkeit des von dem Verdränger 21 übertragenen Flüssigkeitsniveau-Signals mit dem Gelenkblock 15 bewegt. Gemäß Fig. 7 ist am unteren Ende des Schalthebels 30 ein Magnet 32 befestigt,der so ausgeführt ist, daß er sich mit dem Gelenkblock 15 auf einem Bogen bewegt.

Die Schwenkbewegung des Gelenkblockes 15 wird durch einen Anschlag 33 begrenzt, der an dem Gelenkblock 15 befestigt ist und mit einem der Achsträger 14 der Grundplatte 10 zum Eingriff kommt, um gemäß Fig. 2 die Bewegung des Gelenkblockes 15 im Uhrzeigersinn zu begrenzen. Der Magnet 32 ist so gewählt, daß er in der Endstellung gemäß Fig. 2 eine Schaltmechanik in einem magnetisch betätigbaren Quecksilberschalter 40 betätigt. Der Schalter 40 ist eine bekannte Konstruktion und daher nicht Bestandteil der Erfindung. In der dargestellten Ausführungsform ist der Schalter 40 ein handelsübliches Produkt der Firma Mercoid Corporation, Chicago, Illinois mit der Handelsbezeichnung "6-83". Der Schalter 40 wird von konventionellen Befestigungsklammern 41 gehalten, in die die Enden des Schalters 40 eingeklemmt sind und die an einer Isolierplatte 42 befestigt sind. Die Isolierplatte 42 ist an einer weiteren Isolierplatte 43 befestigt, üie an der Grundplatte 10 befestigt ist.

Die elektrischen Leitungen 44 des Schalters 40 erstrecken eich durch die Isolierplatten 42 und 43 und sind mit einer Magnetspule 45 verbunden, die ein Steuerventil 46 betätigt. Das Steuerventil 46 versorgt das Stellventil B mit Druckluft, wenn die Kontakte des Schalters 40 geschlossen sind. Das Stellventil B gibt den Strom-geschmolzenen Klebstoffes von einem Speicher einer Schmelzeinheit in den Leimtopf A frei. In der in Pig. 2 in aue-

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gezogenen Linien dargestellten Stellung des Schalthebels 30 und des Magnetes 32 ist die Kraft des den Kontakten des Magnetschalters 40 benachbarten magnetischen Feldes so groß, daß die Kontakte des Schalters 40 geöffnet werden; zu diesem Zweck muß von der Hebelmechanik nur eine geringe mechanische Kraft übertragen werden, die von der von dem Verdränger 21 verdrängten Flüssigkeitssäule aufgebracht wird. Daher ist die Funktion des Niveaureglers nicht abhängig von der Erzeugung einer ^ Auftriebskraft, die in der Lage ist einen mechanischen Schalter zu betätigen.

Wenn der Magnet 32 von dem Schalthebel 30 in die in Fig. 2 in gestrichelten Linien dargestellte Stellung bewegt wird, in der der Magnet 32 von dem Schalter 40 am weitesten entfernt ist, beeinflußt das magnetische Kraftfeld die Schaltmechanik nicht merkbar. Dadurch öffnet die Magnetspule 45 das Druckluftventil 46, das wiederum das Stellventil B öffnet, so daß weiterer geschmolzener Klebstoff in dem Leimtopf A fließt. Der Durchfluß geschmolzenen Klebstoffs wird solange fortgesetzt, bis der Verdränger 21 den Magnet 32 wieder in die Endstel-" lung in der Nähe des Schalters 40 bewegt, wodurch die Magnetspule 45 betätigt und das Steuerventil 46 geschlossen wird. Diese Anordnung stellt jederzeit ein relativ gleichmäßiges und exaktes Flüssigkeitsniveau in dem Leimtopf A sicher.

Infolge der relativ großen Masse des Verdrängers 21 verglichen mit einem Schwimmer und infolge der besonderen Geometrie der Ausgleichsmechanik besitzt der Niveauregler eine inhärente Dämpfungscharakteristik, die ihn für zeitliche Änderungen des Flüssigkeitsniveaus, die sich aus heftigen Bewegungen der Flüssigkeit ergeben, unemp-

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findlich nacht , daher folgt die Reaktion auf eine Niedrig-Niveau-Bedingung nicht unregelmäßig oder plötzlich wie bei einem Schwimmer. Das normale Niveau-Signal wird ohne Überschwingungen übertragen, die ein mehrmaliges Fluktuieren des Steuerventiles 46 !zwischen seiner Offen- und Geschlossen-Stellung zur Folge haben würden, bevor es schließlich geschlossen bleibt.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Niveauregiere ist, daß der Verdränger 21 ausfallsicher für den Fall ist, daß sich oberhalb des Flüssigkeitsniveaus eine größere Menge Klebstoff auf der Oberfläche des Verdrängers 21 verfestigt. Diese Anhäufung hat lediglich die Verdrängung einer größeren Flüssigkeitsmenge zur Folge, wodurch das Steuerventil 46 nach dem Füllen des Leimtopfes A bei einem niedrigeren Flüssigkeitsniveau schließt.

Obwohl die Erfindung in Verbindung mi* einem Auftragegerät für heißschmelzenden Klebstoff, das mit einem Applikatorrad ausgerüstet ist, beschrieben wurde, läßt sie sich auch in Verbindung mit Spritzpistolen o.dgl. einsetzen. Ferner ist die Erfindung nicht auf heißschmelzende Klebstoffe beschränkt, sondern sie kann auch vorteilhaft zur Niveauregelung einer großen Vielfalt verschiedener Flüssigkeiten eingesetzt werden. Die Vorteile sind besonders bedeutend in Fällen, in denen das Flussigkeitsniveau bei hoher Turbulenz der Flüssigkeit geregelt werden muß.

Die Erfindung besteht also im wesentlichen in einem Niveauregler für Flüssigkeiten in einem Speicher oder Behälter. Der erfindungsgemäße Niveauregler ist mit einem gewichtsauegeglichenen Meßwertgeber in Form eines Verdrängers ausgerüstet, der so ausgeführt ist, daß er

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durch die Oberfläche der Flüssigkeit^ in die Flüssigkeit eindringt und ein bestimmtes Flüssigkeitsvolumen verdrängt. Der Verdränger ist an einem Arm eines Hebels befestigt, der derart Gewichts ausgeglichen ist, daß er auf eine bestimmte Flüssigkeitssäule reagiert. Der Hebel ist ferner mit einer Schaltmechanik ausgerüstet, die in Abhängigkeit von Änderungen des Flüssigkeitsniveaus bewegt wird, so daß der Schalter die Flüssigkeitszufuhr zu dem Speicher so steuert, daß ein gewünschtee Flüssigkeitsniveau eingehalten wird.

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Claims

Ansprüche

( Iy Niveauregler für Flüssigkeiten, gekennzeichnet durch einen Schwenkhebel (20,25), an dessen einem Arm (20) ein Meßwertgeber (21) in Form eines in die Flüssigkeit eintauchenden Verdrängers und an dessen anderem Arm (25) ein das um den Auftrieb verminderte Gewicht des Meßwertgebers ausgleichendes, einstellbares Gegengewicht (26) befestigt sind; sowie durch eine an den Hebel angeschlossene und auf die Stellung des Meßwertgebers ansprechende Steuerung (32,40,45, 46, B) des Flüssigkeitsniveaus .
2. Niveauregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichte und die Geometrie des Meßwertgebers (21) so gewählt sind, daß der Meßwertgeber (21) unter freien Bedingungen in der Flüssigkeit versinkt.
3. Niveauregler nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwertgeber (21) massiv ist und eine längliche Form besitzt, deren Höhe das drei bis sechsfache ihrer mittleren Dicke beträgt.
4. Niveauregler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwertgeber (21) aus Metall besteht und eine glatte, zylindtische äußere Oberfläche besitzt.
5. Niveauregler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung einen mit dem Hebel (20,25) verbundenen. Magneten (32) und einen

durch den Magneten (32) betätigbaren elektrischen Schalter (40) besitzt.

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6. Niveauregler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitszufuhr, durch die das Flüssigkeitsniveau aufrechterhalten wird, druckluftgesteuert ist; und daß die Steuerung (32,...) ein Steuerventil (46) für die Druckluft sowie eine Magnetspule (45) zur Betätigung des Steuerventils (46) aufweist; und daß die Magnetspule (45) über den Schalter (40) mit elektrischer Energie versorgt wird.
* ?. Niveauregler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit ein flüssiger Klebstoff in einem Leimtopf, (A) ist; und daß die Steuerung (32,...) in Abhängigkeit von der Stellung des Meßwertgebers (21) die Zufuhr flüssigen Klebstoffs in den Leimtopf (A) regelt.
8. Niveauregler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß er an ein Gerät zum Auftragen des geschmolzenen Klebstoffes auf eine translativ bewegte Oberfläche angeschlossen ist.

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