DE2219166A1

DE2219166A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der Dicke von Materialbahnen

Info

Publication number: DE2219166A1
Application number: DE19722219166
Authority: DE
Inventors: William Gordon La Salle Quebec SpurreH (Kanada). D21h5-12
Original assignee: Midland-Ross Corp., Cleveland, Ohio (V.StA.)
Priority date: 1971-05-12
Filing date: 1972-04-20
Publication date: 1972-11-23
Also published as: SE384056B; FI56220B; JPS5436247B1; FI56220C; FR2139453A5; US3770578A; GB1337240A

Description

22T9166

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17

MIDLAND-ROSS CORPORATION, 55, Public Square, Cleveland,

Ohio 44113, USA

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Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der Dicke von

Materialballen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Dicke von Materialbahnen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Verfahren und Vorrichtung werden beim Kalandrieren von Materialbahnen eingesetzt, um eine Materialbahn mit gleichmäßigerer Dicke, bezogen auf ihre Breite, zu erreichen.

Ein allgemeines Problem bei der Herstellung von Papierbahnen ist die ungleichmäßige Dicke bzw. das ungleichmäßige Kaliber der Bahn über ihre Breite hin, was auf Schwankungen in der Maschine und in dem die Bahn herstellenden und formenden Prozeß beruht. Dieses Problem spitzt sich zu, wenn eine fertiggestellte Papierbahn durch ein Kalanderwerk geführt und auf eine Rolle gewickelt wird. Bei letzterem zeigt sich die ungleichförmige Dicke der Bahn durch harte Stellen dort, wo die Bahn dicker ist als benachbarte Bahnbereiche, und durch weiche Stellen, wo die Bahn dünner ist als benachbarte Bahnbereiche.

Bei einem Versuch, eine gleichmäßigere Dicke der Bahn zu erreichen und dabei die Zahl der weichen Stellen in der Rolle

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zu reduzieren, ist selektiv Kaltluft auf die Kalanderwalzen in dem Kalanderwerk gerichtet worden, um den Kaianderwalzendurchmesser an Stellen zu reduzieren, die den Abschnitten der Materialbahn, die über die Walze läuft, die dünner als die · benachbarten Materialbahnbereiche sind, entsprechen. Dies läßt effektiv .die Dicke der dünneren Bereiche zu einem Wert, der dichter der Dicke des übrigen Bahnmaterials angepaßt ist, anwachsen. Diese Verfahrensweise läßt sich jedoch für die Beseitigung harter Stellen oder erhöhter Abschnitte in der Rolle, die durch eine größere Dicke in den betroffenen Abschnitten der Bahn im Verhältnis zu den angrenzenden Abschnitten hervorgerufen sind, nicht anwenden.

Bei einem weiteren Versuch für eine bessere Dickenkontrolle mit Ausschaltung entweder der harten oder der weichen Stellen in der Holle ist vorgeschlagen worden, selektiv Heißluft oder Kaltluft auf die Kalanderwalzen zu leiten, um den Walzendurchmesser einzustellen und hierdurch effektiv eine gleichmäßigere Dicke über die Materialbahn zu erhalten, wozu auf die US-PS 2 981 175 verwiesen wird.

Die danach bekannte Vorrichtung zeigt eine Reihe von Düsen, deren jede durch den Einsatz eines einzelnen, von Hand einstellbaren Steuerventils selektiv entweder Heißluft oder Kaltluft gegen ausgewählte Bereiche der Kalanderwalzen entsprechend ausgewählten Bereichen auf der zu kalandrierenden Materialbahn richten kann. Ein oder mehrere Düsen entsprechend einem bestimmten Abschnitt auf der zu behandelnden Materialbahn werden dabei derart betätigt, daß sie entweder nur Haißluft oder nur Kaltluft auf einen Bereich der Kalanderwalzen entsprechend dem bestimmten Abschnitt auf der liaterialbahn, die über die Walzen läuft, blasen, abhäng-ig davon, ob dieser Materialbahnabschnitt dünner oder dicker· als die benachbarten Bahnabschnitte ist.

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Vorrichtungen der vorstehenden Art ha"ben sich jedoch zur Erzielung einer gleichmäßigeren Dicke über die Materialbahn keineswegs als wirksam erwiesen. Es wurde jetzt herausgefunden, daß einer der Hauptgründe für den Mißerfolg bei der Erzielung einer gleichmäßigeren Dicke die Tatsache ist, daß, wenn ein oder mehrere Düsen benutzt werden, um Heißluft gegen die Kalanderwalzen zu richten, um die Dicke der Materialbahn auf im wesentlichen die gleiche Dicke wie die benachbarten Abschnitte zur Vermeidung harter Stellen in der Rolle zu reduzieren, der Heißluftstrom von der Düse oder den Düsen sehr stark dazu neigt, die benachbarten Abschnitte in der Materialbahn, die ja zunächst bereits die gewünschte Dicke haben, nachteilig zu beeinflussen. Dies resultiert aus der guten Wärmeableitung in den Stahlkalanderwalzen, die bewirkt, daß die Walzen in den unmittelbar an den von den Düsen beaufschlagten Bereichen angrenzenden Abschnitten sich ausdehnen. Wird demzufolge Kaltluft auf die Kalanderwalzen geblasen, und zwar auf die Bereiche entsprechend den Materialbahnbereichen, die dicker gemacht werden sollen, wachsen benachbarte Bereiche, die bereits die gewünschte Dicke haben, ebenfalls in der Dicke an.

Es hat sich ferner als schwierig herausgestellt, eine zufriedenstellende Steuerung des selektiven Aufblasens von Heißluft und Kaltluft in den gewünschten exakten Mengen zur Erreichung einer gleichmäßigeren Materialbahndicke durchzuführen, insbesondere bei Bearbeitungsvorgängen mit hoher Geschwindigkeit, und ".ver im wesentlichen aufgrund der bislang üblichen Verwendung eines einzigen, von Hand einstellbaren Steuerventils zur Steuerung sowohl der Heißluft als auch der Kaltluft.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine dazu gehörige Vorrichtung zu schaffen, durch das bzw. durch die sehr viel besser als bisher eine gleichmäßigere Materialbahndicke, gesehen über die Material bah ο brei te , erreicht wird.

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BAP ORIGINAL

Das erfindungsgemäße Verfahren besteht dabei im wesentlichen darin, daß gleichzeitig mit dem einen Behandlungsmedium vorbestimmter Temperatur ein weiteres Behandlungsmedium unterschiedlicher Temperatur auf den Bereich der Kalanderwalze gerichtet, wird, der den benachbart zu dem Hauptbehandlungsabschnitt auf der Materialbahn liegenden Materialbahnabschnitten entspricht, um den Effekt der Hauptbehandlung auf diese Wachbarbereiche auf das kleinste Maß herabzusetzen.

Die erfindungsgemäße Torrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist eine Kaltluftleitung benachbart der Walze, eine Warmluftleitung benachbart der Walze und eine Reihe von Düsen auf, die abständig in Längsachsenrichtung der Walze angeordnet und auf die Walzenoberfläche gerichtet sind. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dabei durch erste und zweite Zuleitungen gekennzeichnet, die jede Düse mit der Heißluft-und der Kaltluftleitung jeweils verbinden, sowie ferner durch ein Ventil in jeder Zuleitung, einer Betätigungsvorrichtung zum öffnen und Schließen der Ventile sowie einer Steuereinrichtung zur wahlweisen Ingangsetzung der Betätigungsvorrichtung.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist für jedes Ventil eine Betätigungsvorrichtung vorgesehen, so daß jeder Düse zwei Betätigungsvorrichtungen zugeordnet sind.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind dabei die Zuleitungen und die Betätigungsvorrichtungen in einer dritten Leitung eingeschlossen, die mit der ersten und zweiten Leitung für die Heißluft und die Kaltluft verbunden ist..

Weitere Besonderheiten ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben.

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Es zeigen

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Vorrichtung gemäß der Erfindung,

Pig. 2 die Vorrichtung gemäß der Erfindung in perspektivischer, teilweise schematisierter Darstellung,

Pig. 3A eine grafische Darstellung des ursprünglichen Materialbahnprofiles vor der Behandlung,

Fig. 3B eine grafische Darstellung der Materialbahn nach der Beaufschlagung lediglich eines Abschnittes der Kalanderwalze entsprechend eines besonders dicken Abschnittes in der Materialbahn mit Heißluft,

Hg. 30 eine grafische Darstellung des Materi alb atmprofile s bei gleichzeitiger Beaufschlagung des Kalanderwalzenbereiches entsprechend der zu dicken Materialbahnstelle mit Heißluft sowie der Beaufschlagung der benachbarten Kalanderwalzenbereiche mit Kaltluft.

Wie aus Pig. 1 ersichtlich, ist die Vorrichtung zur Steuerung der Materialbahndicke längs und benachbart einer Walze 3 in einem Kalanderwerk, über die die Materialbahn 7 läuft, angeordnet. Die Vorrichtung 1 beinhaltet eine Heißluftleitung 9 und eine benachbart liegende Kaltluftleitung 11, die sich längs der Walze 3 erstrecken. Die Heißluftleitung ist isoliert. Die Leitungen 9 und 11 tragen eine Mehrzahl von Düsen 13, die auf die Oberfläche der Walze 3 gerichtet sind und die in Längsrichtung der Walze abständig zueinander angeordnet sind. Jede der Düsen 13 ist mit einer Zuleitung 15 verbunden, die Abzweigleitungen 17 und 19 hat, mit denen sie jeweils mit der Heißluft- und der Kaltluftleitung 9j 11 verbunden ist. In jeder der Abzweigleitungen 17 j 19 ist ein Ventil 21 zur Steuerung des Durch-

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flusses der Heißluft oder der Kaltluft angeordnet. Eine von einem Arm 25 auf der Abzweigleitung getragene Betätigungsvorrichtung 23 steuert genau und zwangläufig die Einstellung des Ventils zwischen einer Schließstellung und einer voll geöffneten Stellung sowie jeder beliebigen Zwischenstellung. Vorzugsweise weist die Betätigungsvorrichtung 23 eine pneumatisch gesteuerte Rollblende auf. Eine Zahnstange 27 befindet sich an der Welle, die sich von dem Kolben innerhalb des Gehäuses der Betätigungsvorrichtung erstreckt. Die Zahnstange 27 steht mit einem Zahnsegment 29 in Eingriff, das axial mit einer Welle 31 verbunden ist, die diametral durch die Wandung der Abzweigleitung geführt ist, wobei diese Welle das innerhalb der Abzweigleitung befindliche Ventil 21 trägt. Ein mit den Leitungen 9i 11 verbundenes Gehäuse 33 bildet eine weitere Leitung 34·» die die Zuleitungen 15, die Abzweigleitungen 17? 19 und die Betätigungsvorrichtungen 21 für jede der Düsen 13 trägt, wobei sich jede der Düsen durch eine öffnung 35 in der Gehäusewandung erstreckt. Dabei hat vorzugsweise die Wandung 37 der Kaltluftleitung 11, die einen Teil der die Leitung 34 definierenden Wandung bildet, öffnungen 39 ₅ die es der Kaltluft ermöglichen, in die Leitung 34- einzutreten und hier einen Überdruck zu erzeugen und somit Staub und sonstige Verunreinigungen, die in die Leitung eintreten könnten und die Arbeitsweise der Ventile und der Betätigungsvorrichtungen beeinträchtigen könnten, fernzuhalten.

Zur Einförderung von Luft in die Heißluft- und die Kaltluftleitung ist ein Gebläse 41 vorgesehen. Die Zuführung von dem Gebläse 41 ist verzweigt mit einer Leitung 43, die einen Teil des Stromes von dem Gebläse durch eine Heizeinrichtung 45 führt und dann in die Heißluftleitung 9, sowie einer zweiten Leitung 47, die den von dem Gebläse kommenden Strom durch eine Regeleinrichtung 49 für die Temperatur der Kaltluft und dann in die Kaltluftleitung 11 führt. Die Heizeinrichtung 45

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kann Dampfschlangen 51 beinhalten, mit denen die zu der Heißluftleitung 9 geführte Luft auf eine Temperatur von 177°C erwärmt wird. Die Regeleinrichtung 49 kann Kiihl schlangen 53 "beinhalten, um die Temperatur der zu der Kaltluftleitung 11 geführten Luft auf einer Temperatur nicht höher als 32°C und vorzugsweise auf einer Temperatur zwischen 18° und 24°G zu halten.

Räumlich entfernt von den Düsen 15 und den zugeordneten Ventilen 21 ist eine Bedienungsstation 55 vorgesehen. Die Station 55 "beinhaltet eine Gruppe von Zweistellungs-Dreiwegeschaltern 57, einen Druckregulator 59 sowie einen Druckmesser 60 für jede Düse. Der Schalter 57 ist dazu vorgesehen, wahlweise die Betätigungsvorrichtung für die Heißluft oder die Betätigungsvorrichtung für die Kaltluft in Gang zu setzen. Der Druckregulator 59 setzt pneumatisch die jeweilige von dem Schalter 57 ausgewählte Betätigungsvorrichtung 25 in Gang, und zwar dergestalt,, daß von einer Druckluft quelle 58 ausgehend die Zahnstange 27 "bewegt wird und so die Große der Ventilöffnung und das Volumen der durch die Düse getriebenen Heißluft oder Kaltluft "bestimmt wird. Der Druckmesser 60 mißt den zu dem ausgewählten Regulator geförderten Luftdruck, um eine indirekte visuelle Messung des durch die Düse strömenden Volumens an Heiß- oder Kaltluft zu schaffen.

Die Funktionsweise der Vorrichtung sei nachfolgend im Zusammenhang dargestellt:

Es sei angenommen, daß ein über die Kalanderwalze 3 laufender Materialbogen eine harte Stelle in der Rolle hervorruft und ein Dicken- "bzw. Kaliberprofil entsprechend der grafischen Darstellung in Fig. ~$k hat, wobei der Bereich der harten Stelle mit 61 gekennzeichnet ist. Die harte Stelle ist ein zu dicker Bereich in der MateriaTbahn. Um die Dicke dieses Bereiches zu reduzieren und so eine gleichförmigere Dicke in dem Bogen, gesehen über die Bogenbreite, zu erreichen, werden

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ein oder mehrere Düsen A an oder benachbart dem Bereich der Kalanderwalze, über den diese dicke Stelle des Bogens läuft, durch Öffnung des Ventils betätigt, das Heißluft heranführt, so daß Heißluft auf diesen Kalanderwalzenbereich geleitet wird und somit schließlich die Materialbahndicke in dieser Region reduziert wird. Wird lediglich Heißluft auf den entsprechenden Bereich der Kalanderwalze geleitet, bewirkt nach einer gewissen Zeit die Heißluft, daß Bereiche 63, 65 benachbart dem Bereich der harten Stelle 61 entsprechend dem in Fig. 3B dargestellten Dickenprofil entstehen. Hieran ist zu sehen, daß, während zwar die harte Stelle 61 praktisch verschwunden ist, Bereiche weicher Stellen 63, 65 angrenzend an den Bereich der früheren harten Stelle geschaffen sind, und daß die Dicken- bzw. Kalibergleichmäßigkeit der Materialbahn im Grunde genommen keineswegs besser als vorher ist. Es wird daher gleichzeitig mit der Behandlung durch die Düsen A aus den Düsen B, die zu den Düsen A benachbart liegen, Kaltluft auf die Bereiche der Kalanderwalze gerichtet, die den Bereichen der Materialbahn benachbart zu der harten Stelle der Materialbahn entsprechen, um so die Auswirkung der Heißluft auf diese benachbarten Bereiche auf ein Minimum herabzusetzen. Auf diese Weise läßt sich das Dickenprofil gemäß Fig. 30 erreichen. Daraus ergibt sich, daß diese Kaltluftströme aus den Düsen B die Bildung von weichen Stellen in der Rolle verhindern, die sonst, wie in Fig. 3B gezeigt, entstehen würden. Auf diese Weise läßt sich eine Materialbahn mit sehr großer Dickengleichformigkeit erzielen, wie aus Fig. 30 ersichtlich.

Die Vorrichtung würde bezüglich der Heiß- und KalUuft umgekehrt gesteuert, wenn ein Materialbahnbereich behandelt werden sollte, der dünner ist als die benachbarten Bereiche und somit einer weichen Stelle oder Eindrückung in der Rolle entspricht. Hier würde dann Kaltluft auf die Bereiche der Kalanderwalze gerichtet, die diesem dünnen Bahnbereich entsprechen. Gleichzeitig würde man heiße Luft auf die Bereiche der Kalan-

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derwalze richten, die den Materialbahnbereichen entsprechen, die benachbart zu den beiden Seiten des dünnen Bahnbereiches liegen, um somit die Auswirkung der Kaltluft auf diese benachbarten Bereiche herabzusetzen und eine besonders gute Gleichmäßigkeit der.Materialbahndicke zu erreichen.

Das Volumen von heißer Luft oder Kaltluft, das auf die zu behandelnden Bereiche gerichtet wird, sowie das auf die benachbarten Bereiche gerichtete Volumen werden gesteuert, und zwar in Abhängigkeit der Dickenschwankung zwischen den Bereichen, was mit zur Erreichung einer besonders gleichmäßigen Dicke beiträgt.

Es wurde ferner herausgefunden, daß die Maximaltemperatur der Luft in der Heißluftleitung nicht größer als 177°C sein sollte. Ist nämlich die Temperatur noch größer, können Vellungen in der Materialbahn auftreten. Vorzugsweise sollte die Temperatur in der Heißluftleitung zwischen 14-9° und 163°C liegen. Geeignete Steuereinrichtungen an den Dampfschlangen 51 sorgen für die Aufrechterhaltung dieses Temperaturbereiches.

Beträchtliche Schwierigkeiten waren bei der Auswahl von Betätigungsvorrichtungen 23 zur Steuerung der Ventile 21 in jeder der Abzweigleitungen zu überwinden, und zwar im Hinblick auf eine einwandfreie Ventileinstellung zur Steuerung des Volumens von Heißluft oder Warmluft, die durch die Düsen strömen soll, und ebenso im Hinblick auf eine zuverlässige Arbeitsweise im Bereich hoher Temperaturen. Es hat sich als wichtig herausgestellt, eine Betätigungsvorrichtung 23 zu benutzen, die keinem Hysteresiseffekt unterliegt, um immer in der Lage zu sein, exakte und vor allen Dingen jederzeit wiederholbare Volumeneinstellungen zu verwirklichen, unabhängig davon, ob das Ventil nun gerade geschlossen oder geöffnet wird, der Einstellungspunkt also von der einen oder anderen Seite angesteuert wird. Pneumatisch betätigte Zylinder unterliegen einem solchen

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Hysteresiseffekt, der sich schädlich auf die Steuerung auswirkt. Gleiche Volumeneinstellung kann nämlich dabei nicht immer erreicht werden. Es hat sich nun herausgestellt, daß eine Betätigungsvorrichtung in Art eines Rollblendenzylinders bestens geeignet ist, da hierbei der Hysteresiseffekt im wesentlichen ausgeschaltet ist. Hinzu kommt, daß der positive (zwangläufige) Antrieb durch die Zahnstange 27 und das Zahnsegment 29 zur Betätigung der Ventile enbenfalls beträchtlich zur Ausschaltung von Hysteresiseinflussen beiträgt, so daß insgesamt eine äußerst genaue Volumensteuerung bezüglich des Durchflußvolumens der Düsen an Heißluft oder Kaltluft zu erreichen ist.

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Claims

Patent ansprüche

1.)Verfahren zur Steuerung der Dicke einer Materialbahn, insbesondere einer Papierbahn, die durch ein Kalanderwerk läuft, wobei die Bahn in einem Bereich eine Dicke hat, die von der gewünschten Dicke abweicht, mit einer Beaufschlagung eines Bereiches einer Kalanderwalze entsprechend dem in Frage stehenden Bereich der über diese ¥alze laufenden Materialbahn mit einem Behandlungsmedium bestimmter Temperatur, dadurch gekennzeichnet , daß gleichzeitig ein Behandlungsmedium abweichender Temperatur auf die Kalanderwalzenbereiche gerichtet wird, die den Materialbahnbereichen entsprechen, die benachbart zu dem Hauptbehandlungsbereich liegen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die benachbarten Bereiche gerichteten Volumen des die unterschiedliche Temperatur aufweisenden Behandlungsmediums gesteuert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn die Dicke eines Hauptbehandlungsbereiches geringer ist als die Solldicke, die Temperatur des darauf gerichteten Behandlungsmediums zwischen 149° und 177°O gehalten wird, während die Temperatur des auf die benachbarten Bereiche gerichteten Behandlung smedi ums auf eine Größe nicht über 32° C gehalten wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn die Dicke der Hauptbehandlungszone größer als die Solldicke ist, die Temperatur des darauf gerichteten Behandlungsmediums auf einer Größe nicht über 32 C gehalten wird, während die Temperatur des auf die benachbarten Bereiche gerichteten Behandlung smediums zwischen 149 und- 177 G gehalten wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Heißluftleitung benachbart der zu beaufschlagenden

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Walze, einer Kaltluftleitung benachbart der Walze und einer Reihe von in Längsachsenrichtung der Walze abständig voneinander angeordneten Düsen, die auf die Walzenoberfläche gerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Düsen (13) durch eine erste und zweite Abzweigleitung (17 und 19) jeweils mit den Heißluft- und Kaltluftleitungen (9,11) verbunden ist, in jeder der Abzweigleitungen (17 und 19) ein Ventil (21) angeordnet ist, sowie eine Betätigungsvorrichtung (23) zum öffnen und Schließen der Ventile (21) und eine Bedienungseinrichtung (55) zur Ingangsetzung der Betätigungsvorrichtungen (23) vorgesehen sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5? dadurch gekennzeichnet, daß für jedes Ventil (21) eine Betätigungsvorrichtung (23) vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gehäuse (33) vorgesehen ist, das die Leitungen (17 und 19) sowie die Betätigungsvorrichtungen (23) einschließt und dabei eine dritte Leitung (34·) bildet.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kaltluftleitung (11) mit der gebildeten dritten Leitung (34-) durch Öffnungen (39) kommunizierend verbunden ist.

9· Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsvorrichtung (23) als Rollblende ausgebildet ist und Zwanglauftriebmittel (27,31) zur Verbindung zwischen der Betätigungsvorrichtung und dem Ventil (21) vorgesehen sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9i dadurch gekennzeichnet, daß an dem Kolben der Betätigungsvorrichtung (23) eine Zahnstange (27) befestigt ist, die mit einem Zahnsegment (29) in Eingriff steht, das auf einer Welle (31) befestigt ist, die das Ventil (21) innerhalb der Abswe:gLeitung (17_?19) trägt.

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