DE2163587A1

DE2163587A1 - Differenzdruckverstärker

Info

Publication number: DE2163587A1
Application number: DE19712163587
Authority: DE
Inventors: Ronald Frederick Solihull; Nicholas Stephen John Warwick; Warwickshire Green (Großbritannien)
Original assignee: Girling Ltd., Birmingham (Großbritannien); Vir: Wuesthoff, F., Dr.-Ing.; Pechmann, E. von, Dr.; Behrens, D., Dr.-Ing.; Goetz, R., Dipl.-Ing.; Pat.-Anwälte, 8000 München
Priority date: 1970-12-22
Filing date: 1971-12-21
Publication date: 1972-07-13
Also published as: GB1336870A; SU576907A3; AU3716171A; BR7108476D0; US3807280A

Description

Die Erfindung betrifft einen Differenzdruckverstärker, insbesondere für Fahrzeug-Bremsanlagen, mit einer beweglichen Wand, wie einer Membran, die an einer biegsamen Platte abgestützt ist, und einem Ventil mit einem flexiblen Schließkörper und zwei damit zusammenwirkenden konzentrischen Ventilsitzen, über die ein Differenzdruck an der Membran aufgebaut wird.

In Bremsanlagen verwendete Differenzdruckverstärker der beschriebenen Art werden gewöhnlich mittels eines Ventils gesteuert, das den Druck auf einer Seite der beweglichen Wand relativ zu dem auf der anderen Seite herrschenden Druck verändert. Dabei ist eine Forderung, daß bei der Betätigung des Ventils auf das das Ventil betätigende Eingabeglied eine Reaktion ausgeübt wird, die der Betätigende fühlen kann und die proportional zur Druckdifferenz auf den beiden Seiten der beweglichen Wand ist. In einer Fahrzeugbremsanlage wird dem Fahrzeugführer dann ein "Gefühl" für die an den Bremsen aufgebrachte Bremskraft vermittelt, was ihm

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eine Kontrolle der von ihm ausgeübten Pedalkraft ermöglicht.

Eine zweckmäßige Möglichkeit, die beschriebene Reaktion zu erzeugen, besteht darin, daß sich die bewegliche Wand aufgrund des Druckunterschiedes bei Betätigen des Verstärkers konisch verformt oder auswölbt und die aufgrund dieser Verformung entstehende Reaktionskraft dem Betätigenden über einen der beiden konzentrischen Ventilsitze, die mit der beweglichen Wand das Ventil bilden, zurückgemeldet wird. Bei dem in der GB-PS 1 144 567 beschriebenen Differenzdruckverstärker ist die bewegliche Wand von einer ringförmigen, elastischen Membran gebildet, die radial und in Umfangsrichtung durch eine biegsame Platte unterstützt ist, welche radiale Schlitze zur Ermöglichung der Auswölbung oder konischen Verformung in Abhängigkeit von dem/die beiden Seiten der Membran ausgeübten Druckdifferenz aufweist. Die biegsame Platte schwenkt wahlweise um einen oder beide konzentrische Ventilsitze, je nachdem, ob Luft zur Betätigung des Differenzdruckverstärkers zum Anlegen der Bremsen zugeführt wird, oder ob Luft zum Lösen der Bremsen abgesaugt wird. Da die Ventile konzentrisch angeordnet sind, ist der Hebelarm kürzer, wenn die biegsame Platte um den äußeren Ventilsitz schwenkt, um eine Verbindung zur Atmosphäre herzustellen, als wenn sie um den inneren Ventilsitz schwenkt, um eine Verbindung zum Vakuum herzustellen. Dieser Hebelarm bestimmt das Verstärkungsverhältnis, so daß z.B. zur Erzeugung einer erwünschten Verstärkungsausgangskraft von 60 kp bei der Betätigung eine Eingabekraft von 20 kp erfordert, bei teilweisem Freigeben der Bremse jedoch nur noch eine Eingabekraft von 15 kp aufgewendet zu werden braucht. Eine Differenz-Eingabekraft dieser Größenordnung bedeutet also eine Verringerung des Kraftaufwandes des Betätigenden am Bremspedal um etwa ein Viertel, bevor das Lösen der Bremse beginnt. Dadurch hat er den Eindruck, daß die Bremsen angelegt gehalten werden.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Differenzkraft auf ein akzeptables und steuerbares Maß zu bringen, ohne sie vollständig zu eliminieren, so daß der Betätigende nicht das "Gefühl" für die Bremsen verliert.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind gemäß der Erfindung ein Lastübertragungsglied und ein Ventilglied vorgesehen, welches die konzentrischen Ventilsitze aufweist und konzentrisch zu dem Lastübertragungsglied angeordnet und diesem gegenüber durch eine Feder belastet ist.

Das Lastübertragungsglied ist zweckmäßig als inneres Ventilglied und das Ventilglied als auf das innere Ventilglied mit Schiebesitz aufgeschobenes äußeres Ventilglied ausgebildet.

Bei einem nach der Erfindung gestalteten Differenzdruckverstärker schwenkt die biegsame Platte um eine Stelle am inneren Ventilglied_;und die Ventilsitze sind gegen den Ventilschließkörper, der von der biegsamen Platte getragen wird, dadurch vorgespannt, daß das äußere Ventilglied mittels einer Feder belastet ist, die Je nach Wahl ihrer Charakteristik und ihrer Zusammendrückung die Größe der Vorspannung der Ventilsitze gegen den Schließkörper steuert. Wenn der Verstärker betätigt wird, und sich die biegsame Platte auswölbt, berührt der Schließkörper den äußeren Ventilsitz und veranlaßt das äußere Ventilglied relativ zum inneren sich zu bewegen, wodurch die Feder zusammengedrückt wird. Wenn die biegsame Platte vollständig ausgewölbt ist, befindet sich die Feder/vollständig zusammengedrücktem Zustand, und die Kraft, mit der der Ventilsitz gegen den Schließkörper ge-,drückt ist, wird vollständig durch die Feder und nicht durch die auf den Verstärker aufgebrachte Kraft bestimmt.

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Beim Anlegen der Bremsen wird keine Reaktion am Ventilsitz erzeugt. Wenn jedoch sich die biegsame Platte durchzubiegen beginnt, wird eine Reaktion bis zu dem Zustand aufgebaut, in dem die biegsame Platte vollständig ausgewölbt ist, wobei dann die Reaktion durch die Federkraft konstant gehalten ist. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist bei einem Differenzdruckverstärker mit einer beweglichen Wand, wie einer Membran, die an einer biegsamen Platte abgestützt ist, sowie einer mit ihrem Umfang ein Widerlager für die biegsame Platte bildenden Stützplatte, die mit ihrem mittleren Bereich an einem Anschlag eines Abgabeglieds anliegt, vorgesehen,daß der Anschlag in Längsrichtung des Abgabeglieds einstellbar ist. Zweckmäßigerweise ist das Abgabeglied eine Stange und der Anschlag eine darauf aufgeschraubte Mutter.

Hierdurch wird die Einjustierung des Differenzdruckverstärkers wie folgt erleichtert: Während der Montage wird Luft von

einem Druck von etwa 0,7 kp/cm (10 p.s.i) dem Verstärker zugeführt und der Anschlag am Abgabeglied eingestellt, bis die biegsame Platte ausreichend schwenkt, um das Ventil zu öffnen und den Druck abzulassen, worauf der einstellbare Anschlag um einen vorbestimmten Betrag zurückgestellt wird. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß kleine Abweichungen aufgrund von Herstelltoleranzen kompensiert werden können.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfaßt das innere Ventilglied zwei Teile, um die Montage zu erleichtern. Im einzelnen ist die zweiteilige Konstruktion dadurch.gekennzeichnet, daß der erste Teil des inneren Ventilgliedes am Verstärker angeordnet ist, daß das äußere Ventilglied auf den ersten Teil mit einer Ringschulter in Richtung auf eine Schulter am ersten Teil geschoben ist, daß die Feder gegen die Ringschulter des äußeren Ventilgliedes geschoben ist und daß der zweite Teil des inneren

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Ventilglied.es mit einer Schulter am anderen Ende der Feder anliegend mit dem ersten Teil verbunden ist.

Nach einer weiteren Fortbildung der Erfindung sind ein Abstützglied, das kugelige Ende eines Eingabegliedes und ein Halter zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil eingespannt, wobei der Halter vorzugsweise ein geschlitzter Ring mit kegelstumpfförmiger Außenkontur und teilkugelig gewölbter Innenkontur ist.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung sind im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Aus-, führungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Ansicht eines Differenzdruckverstärkers nach der Erfindung;

Fig. 2 einen Schnitt durch einen Halter und

Fig. 3 eine Draufsicht auf den Halter nach Fig. 2.

Der insgesamt mit 10 in Fig. 1 bezeichnete Differenzdruckverstärker umfaßt ein Gehäuse 12, an dem eine nachgiebige Membran 14 befestigt ist, und zwar derart, wie es in der GB-PS 1 140 611 beschrieben ist. Die Membran 14 ist mit ihrem mittleren Bereich mittels eines "Garter^-Ringes 18 an einem äußeren Ventilglied 16 befestigt. Die Membran 14 ist von einer biegsamen Platte 20 unterstützt, die eine Anzahl von starren, radial nach außen divergierenden Fingern umfaßt, welche in einem nachgiebigen Glied 22, wie es in der britischen Patentanmeldung 24 567/70 beschrieben ist, gehalten sind. Ein Ventilschließkörper 24 ist in der Mitte der biegsamen Platte 20 angeordnet und dichtet gegen eine Abgabestange oder Verstärkerausgangsstange 26 in gleicher Weise ab, wie in der GB-PS 1 144 567 beschrieben ist.

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Die Ventilanordnung umfaßt einen ersten Teil 28 eines inneren Ventilgliedes, der einen radialen Flansch 30 mit Durchgangskanälen 32 aufweist. Der Teil 28 hat ferner eine radiale Schulter 34, die einen Anschlag für einen Kragen 36 an der Abgabestange· 26 bildet. Eine weitere Schulter 38 am Teil 28 bildet einen Anschlag für ein Abstützglied 40. Ein zweiter Teil 42 des inneren Ventilgliedes ist mit dem ersten Teil 28 verschraubt. Der zweite Teil 42 hat einen Ringflansch 44 an seinem vom ersten Teil entfernten Ende. Im zweiten Teil 42 ist ein Kanal 45 vorgesehen. An dem Teil 42 liegt ein Filter 46 an, der eine Eingabestange oder Verstärkereingangsstange 48 umgibt. Die Eingabestange 48 hat ein kugeliges Ende bei 50, das in dem Abstützglied 40 aufgenommen ist. Die Eingangsstange 48 ist mit dem inneren Ventilglied mittels eines geschlitzten Ringes 52, der deutlicher in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist, verbunden. Der geschlitzte Ring liegt an dem kugeligen Ende 50 der Stange und an einer geneigten Schulter in dem zweiten Teil 42 an. Wie aus Fig. 2 und 3 zu erkennen ist, hat der geschlitzte Ring kegelstumpfförmige Außenkontur, um mit der geneigten Schulter des zweiten Teiles zusammenzuwirken und eine teilkugelige innere Kontur, um mit Reibwirkung an dem kugeligen Ende 50 anzugreifen.

Das äußere Ventilglied 16 ist konzentrisch mit dem inneren Ventilglied, welches die Teile 28 und 42 umfaßt und mit Gleitsitz darauf geschoben, und zwar mittels eines radial einwärts gerichteten Flansches 54, der einen Kanal 56 enthält. Zwischen dem Flansch 54 des äußeren Ventilglieds 16 und der Schulter 44 des inneren Ventilgliedes 28, 42 ist eine Feder 58 aufgenommen. Diese Feder 58 drückt den Flansch 54 und das äußere Ventilglied 16 in Berührung mit der Schulter 30 an dem inneren Ventilglied. Das äußere Ventilglied 16 trägt konzentrische, ringförmige Ventilsitze 60 und 62 und weist Luftkanäle 64 auf. Die aus dem inneren

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und dem äußeren Ventilglied gebildete Anordnung kann sich relativ zum Gehäuse aufgrund der Lager- und Abdichtanordnung 66 bewegen, die im wesentlichen identisch mit der in der GB-PS 1 144 567 ist.

Der Ventilschließkörper 24 liegt an einer Ringfläche A am inneren Ventilglied 28 an. Die biegsame Platte 20 kann daher um diese Ringfläche A schwenken. Die biegsame Platte 20 schwenkt ferner um den Umfangswulst 68 einer gewölbten Stützplatte 70. Die Stützplatte 70 überträgt die durch den Luftdruck auf der rechten Seite der biegsamen Platte entwickelte Kraft auf die Abgabestange 26.über einen Kragen 72 in Form einer Mutter. Die Mutter 72 ist auf der Abgabestange 26 durch Verschrauben einstellbar.

Das zweiteilig mit den Teilen 28 und 42 ausgebildete innere Ventilglied erleichtert die Montage des Verstärkers. Der Teil 28 wird zunächst auf der Abgabestange 26 angeordnet, worauf das Abstützglied 40, die Eingabestange 48 und der geschlitzte Ring 52 in ihre Lage gebracht werden. Auch das äußere Ventilglied wird über den ersten Teil 28 geschoben. Schließlich wird der zweite Teil 42 des inneren Ventilgliedes mit dem ersten Teil 28 verschraubt, wobei die Feder 58 zwischen der Schulter 44 am inneren Ventilglied und dem Flansch 54 am äußeren Ventilglied eingespannt wird. Darauf wird der Filter 46 auf die Stange 48 geschoben. Die rechts von der Membran liegende Seite wird dann unter leichten Druck gesetzt, und die Mutter 72 wird verstellt, bis die biegsame Platte sich ausreichend verwölbt, um sich gegen den Ventilsitz 62 anzulegen und den Ventilsitz 60 zu öffnen, so daß überdruck durch den Luftkanal 64 entweichen kann. Die Mutter wird dann um einen vorbestimmten Betrag zurückgestellt, z.B. um zwei Umdrehungen, wonach der Verstärker betriebsbereit ist.

Fig. 1 zeigt den Verstärker in seiner unbelasteten oder "Aus"-Stellung. Seine Betätigung und Wiederentlastung soll nun beschrie-

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ben werden. Eine Kraft wird auf die Eingabestange 48 ausgeübt, die über das Abstützglied 40 und die Schulter 38 auf das innere Ventilglied übertragen wird, das über den Schließkörper 24 an der biegsamen Platte 20 mittels der Ringfläche A angreift und dadurch die biegsame Platte 20 zum Verwölben nach innen um den Ring 68 veranlaßt. Diese Verwölbung veranlaßt den Schließkörper, sich gegen den Sitz 62 zu legen und den Ventilsitz 60 freizugeben, so daß der Luftkanal 64 über die Kanäle 32, 56 und 45 mit der Atmospäre in Verbindung gebracht wird. Der rechte Raum des Verstärkers wird dadurch atmosphärischem Druck ausgesetzt. Der linke Raum des Verstärkers ist mittels einer Verbindung zur Maschinenansaugleitung o.dgl. unter Vakuum gehalten, und der Differenzdruck veranlaßt die Membran 14 und damit die biegsame Platte 20 zum Bewegen nach links. Die so erzeugte Kraft wird von der biegsamen Platte auf die Stützplatte über deren Wulst 68 übertragen und von der Stützplatte über die Mutter 72 auf die Abgabestange 26 weitergegeben, die normalerweise mit dem Hauptzylinder der Bremsanlage (nicht dargestellt) verbunden.ist. Während dieser Phase der Bremsbetätigung bewegen sich die gesamten Teile innerhalb des Verstärkers, d.h. die Ventilanordnung, die Membran und die biegsame Platte sowie die Stützplatte und die Ausgangsstange nach links. Wenn die biegsame Platte 20 sich unter der Wirkung der sich nach links bewegenden Ringfläche A auswölbt und der Wulst 68 durch Federn 74, 76 nach rechts gedrückt wird, wird die Andrückung der biegsamen Platte über den Ventilschließkörper an den äußeren Ventilsitz 62 progressiv stärker. Diese Belastung wird jedoch durch die Feder 58 aufgenommen, und die Ringfläche A bleibt mit der biegsamen Platte stets in Berührung. Wenn daher der Verstärker ausgehend von einer Null-Last einer Belastung unterworfen wird, bei der die biegsame Platte 20 vollständig ausgewölbt ist, wird die Feder 58 fortschreitend mehr zusammengedrückt, und die zur Eingabstange über den Ventilsitz zurüekgemeldete Reaktion wird ausschließlich von der Feder 58 gesteuert,

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wobei die übliche Reaktion unmittelbar über die Ringfläche A auf das innere Ventilglied übertragen wird. Wenn es erwünscht ist, eine gewisse 'Bremsbelastung aufrechtzuerhalten, wird die Eingabestange 48 in einer Stellung gehalten und die Membran bewegt sich um einen kleinen Weg weiter nach links, bis der Schließkörper 24 am inneren Ventilsitz 60 und am äußeren Ventilsitz 62 anliegt, so daß der Luftkanal 64 geschlossen wird. In diesem Zustand ist der Verstärker im Gleichgewicht und.eine konstante Belastung wird über die Abgabestange auf den Hauptbremszylinder übertragen, wobei die rückgemeldete Reaktion gerade ausgeglichen ist. Durch Verringerung der Last an der Eingangsstange 48 wölbt sich die biegsame Platte aufgrund der Feder 76 aus und schlägt am inneren Ventilsitz 60 an, gibt jedoch den äußeren Ventilsitz 62 frei, wodurch der Luftkanal 64 mit dem linken Raum des Verstärkers über nicht gezeigte Luftkanäle in der biegsamen Platte verbunden wird, so daß der Druck auf beiden Seiten der Membran 14 ausgeglichen wird. Die Reaktion des HauptbremsZylinders und der. Feder 74 veranlassen dann das innere Ventilglied, sich bis zur "Aus"-Stellung in Fig. 1 nach rechts zu bewegen, in der die biegsame Platte 20 wieder gestreckt ist.

Bei der Ausführung nach Fig. 1 ist der innere Ventilsitz 60 gegenüber dem äußeren Ventilsitz 62 leicht erhaben angeordnet, so daß in der Gleichgewichtslage die biegsame Platte leicht nach links ausgewölbt ist. Die Ventilsitze können jedoch auch gleiche Höhe haben, wobei dann in der Gleichgewichtslage die biegsame Platte etwa eben ist.

Die verschiedenen Merkmale des beschriebenen Differenzdruckverstärkers führen gegenüber bekannten Konstruktionen zu folgenden Vorteilen»

Be/^r unmittelbar auf die Bremsbetätigung, abgesehen von einer geringen Verzögerung aufgrund des Anlegens der biegsamen Platte

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an den äußeren Ventilsitz 62, Luft zur rechten Seite der Membran gespeist. Aufgrund der stets erhalten bleibenden Schwenkfläche A können die Durchmesser des inneren und des äußeren Ventilsitzes verringert werden, so daß die Gesamtanordnung kleiner gemacht werden kann. Die Konstruktion der Ventilanordnung ist billiger und wesentlicher einfacher zu montieren als bisherige Verstärker, bei denen die Veatilanordnung aus einem einstückigen Gußteil besteht. Schließlich ermöglicht die Mutter 72 eine individuelle Einjustierung jedes Differenzdruckverstärkers vor seiner Verwendung, wodurch sich Herstellungstoleranzen ausgleichen lassen.

Ansprüche;

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Claims

Ansprüche

1.-J Differenzdruckverstärker, insbesondere für Fahrzeug-Brems-

gen, mit einer beweglichen Wand, wie einer Membran, die an einer biegsamen Platte abgestützt ist, und einem Ventil mit einem flexiblen Schließkörper und zwei damit zusammenwirkenden konzentrischen Ventilsitzen, über die ein Differenzdruck an der Membran aufgebaut wird, gekennzeichnet durch ein Lastübertragungsglied (28, 42) und ein Ventilglied (16), welches die konzentrischen Ventilsitze (60, 62) aufweist und konzentrisch zu dem Lastübertragungsglied angeordnet und diesem gegenüber durch eine Feder (58) belastet ist.

2. Differenzdruckverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Lastübertragungsglied (28,

als

42) als inneres Ventilglied und das Ventilglied(i6)/auf das innere Ventilglied mit Schiebesitz aufgeschobenes äußeres Ventilglied ausgebildet ist.

3. Differenzdruckverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die als Druckfeder ausgebildete Feder (58) zwischen Anschlägen (44, 54) am inneren und äußeren Ventilglied (16 und 28, 42) mit Vorspannung derart angeordnet ist, daß sie das äußere Ventilglied (16) gegen den Schließkörper (24) drückt.

4. Differenzdruckverstärker nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß die beiden Ventilglieder (16 und 28, 42) in Gleitberührung stehen.

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5. Differenzdruckverstärker Each einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schließkörper (24) von der biegsamen Platte (20) getragen wird,

6. Differenzdruckverstärker nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das innere 'Ventilglied (28, 42) zwei Teile umfaßt,

7. Differenzdruckverstärker nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die beiden Teile (28 und 42) miteinander verschraubt sind.

8. Differenzdruckverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Lastübertragungsglied (28,42) ein gesondertes Abstützglied (40) umfaßt.

9. Differenzdruckverstärker nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß der erste Teil (28) des inneren Ventilgliedes (28, 42) am Verstärker angeordnet ist, daß das äußere Ventilglied (16) auf den ersten Teil (28) mit einer Ringschulter (54) in Richtung auf eine Schulter (30) am ersten Teil geschoben ist, daß die Feder (58) gegen die Ringschulter (54) des äußeren Ventilgliedes (16) geschoben ist und daß der zweite Teil (42) des inneren Ventilgliedes mit einer Schulter (44) am Ende der Feder (58) anliegend mit dem ersten Teil (28) verbunden ist.

10. Differenzdruckverstärker nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abstützglied (40), das kugelige Ende (50) eines Eingabegliedes (48) und ein Halter (52) zwischen dem ersten Teil (28) und dem zweiten Teil (42) eingespannt ist.

11. Differenzdruckverstärker nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet , daß der Halter ein geschlitzter

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Ring (52) mit kegelstumpfförmiger Außenkontur und teilkugelig gewölbter Innenkontur ist.

12. Differenzdruckverstärker mit einer beweglichen Wand, wie einer Membran, die an einer biegsamen Platte abgestützt ist, sowie einer mit ihrem Umfang ein Widerlager für die biegsame Platte bildenden Stützplatte, die mit ihrem mittleren Bereich an einem Anschlag eines Abgabegliedes anliegt, dadurch gekennzeichnet , daß der Anschlag (72) in Längsrichtung des Abgabegliedes (26) einstellbar ist.

13. Differenzdruckverstärker nach Anspruch 12, dadurch g e kennzeichnet , daß das Abgabeglied eine Stange (26) und der Anschlag eine darauf aufgeschraubte Mutter (72) ist*

14. ,Verfahren zum Einjustieren eines Differenzdruckverstärkers nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Differenzdruck auf die Membran (14) ausgeübt wird, daß der Anschlag (72) längs des Abgabegliedes (26) solange verstellt wird, bis der Differenzdruck abgebaut ist und daß der Anschlag um einen vorbestimmten Betrag in der entgegengesetzten Richtung eigesteilt wird.

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