DE2240685A1

DE2240685A1 - Messpumpe

Info

Publication number: DE2240685A1
Application number: DE2240685A
Authority: DE
Inventors: Jack Kushner; Henry George Zwirblis
Original assignee: Delta Scientific Corp
Current assignee: Delta Scientific Corp
Priority date: 1972-05-18
Filing date: 1972-08-18
Publication date: 1973-11-29
Also published as: US4015914A

Description

PATENTANWÄLTE

Dipl.-Ing. EIDENEJER Dipl.-Chem. Dr. RUFF ' Dipl.-Ing. J. BEIER

7 STUTTGART 1 Neckaretraße 5O Telefon 22 7O51

17 .Au^. 1972 - JB/HS

Anmelder: Delta Scientific Corp.
Lindenhurst N.Y., USA
120 East Hoffman Avenue

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Meßpumpe

Bei verschiedenen chemischen 'Analysen besteht häufig das Bedürfnis nach einer genau messenden Pumpe, die eine definierte Menge einer oder mehrerer Strömungsmittelproben an einen Behälter liefert-, in welchem .die Proben gemischt und analysiert werden. Ein Überwachimgssystem zur Überwachung der Verunreinigung γόη Wasser ist ein solches Beispiel, bei dem eine solche Pumpe gebraucht wird. In einem solchen S^/stem wird eine Wasserprobe' , die untersucht wird, mit vorbestimmten Mengen verschiedener chemischer Bestandteile vermischt. Oft ist es notwendig, das Verunreinigungsniveau des Wassers in dem System automatisch zu überwachen, und für eine solche Anwendungsart braucht man eine Pumpe, welche eine genau abgemessene Menge einer Wasserprobe abziehen und mit gleichermaßen genau gemessenen Mengen anderer chemischer Bestandteile, die für die Durchführung der Analyse gebraucht werden, mischen kann.

Kn sind pulsierend arbeitende Meßpumpen bekannt. Diese Pumpen umfarsen gewöhnlich ein Pumpengehäuse mit Einlaß- und Auslaß-

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en und mit einer zwischen diesen liegenden.,' Leitung, deren Wandung flexibel und elastisch ist. Bei dienen Vorrichtungen werden genau abgemessene Strömungsmittel.inengen durch die Pumpe bewegt, indem dnr Leitungsabschnitt zwischen den Einlaß- und den Auslaßöffnungen zusammengedrückt wird. Im allgemeinen sind. Ventile zur Steuerung der Stronrichtung des Strömungsmittels in der Pumpe vorgesehen.

Im allgemeinen wird die Leitung, wenn sie zusammengedrückt wird, in einer Richtung quer zur Längsrichtung verbogen. Diese Verbiegung wiederum bewirkt eine Kompression der Leitung und damit eine Reduktion ihres inneren Volumens. In Abhängigkeit von dieser Volumenreduktion wird eine definierte Menge des Strömungsmittels, welches in der Leitung eingeschlossen ist, durch die Pumpe hindurch bewegt. Die Größe des Strömungsmittelstroms ist selbstverständlich gleich der Größe der Volumenreduktion, die als Folge der Verbiegung der Leitungswand eintritt, und der Strömungsmittelstrom endet bei diesen Pumpen im wesentlichen nach Beendigung des Druckes auf die Leitung.

Diese bekannten pulsierenden Pumpen arbeiten zwar relativ präzise, sie weisen aber gewisse Nachteile auf. Zunächst besteht bei ihnen die Gefahr, daß feste Teilchen und andere Verunreinigungen, die in dem Probentrömungsmittel enthalten sind, in dem Leitungsabschnitt zwischen den Einlaß- und den Auslaßöffnungen der Pumpe gefangen werden. Wenn dies eintritt, kann die Pumpe nicht mehr mit der notwendigen Präzision arbeiten. Palis hinreichend viele feste Teilchen in der' Leitung gefangen werden, kann diese vollständig verstopft werden, so daß das in der Leitung eingeschlossene Strömungsmittel stagniert. Dieser Zu-• stand ist allgemein unerwünscht, er ist aber bes.onders unerwünscht, wenn eine solche Pumpe zur kontinuierlichen Kontrolle z.B. in einem Verunreinigungs-Kontrollsystem verwendet wird.

Außer den festen Teilchen sammeln sich manchmal Luftblasen in der Leitung an und werden in ihr gefangengehalten. Dieses PhM-npmen hat die -gleiche unerwünschte Wirkung auf den Betrieb der

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Pumpe wie z.B. eine starke Verstopfung, die auf den Einschluß festen Materials zurückzuführen ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Meßpiunpe -zu schaffen, die genau definierte Fengen eines Strömungsmittels fördern kann und bei der die Qefa.hr einer Verstopfung im wesentlichen ausgeschaltet ist. " .

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung gelöst durch eine Pumpe, die \>/enigstens eine Einlaß- und eine Auslaßöffnung aufweist, zwischen denen jeweils eine rohrförmige Leitung liegt. Es ist eine Übertragungsvorrichtung vorgesehen, welche periodisch individuelle Energie- oöer Kraftimpulse von jeweils relativ kurzer Dauer auf die Wand der' Leitung überträgt. In Abhängigkeit von' dem Auftreffen dieser Energieimpulse v/erden. Strömnngsmittelmengen in !Form von Strömungsmittelwellen, mit hoher Kraft und im wesentlichen synchron mit den Energieimpulsen durch die Leitung getrieben. Die Strömungsmittelmenge, die durch jede Welle bewegt wird, wird durch die Stärke der Energieimpuls-e bestimmt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat die Leitung eine elastische Wand, und die Energi einpul se v/erden, durch Klopfbewegungen einer Schlagplattenanor'dnung an diene Wand abgegeben. Die Schlagplattenanordnung -umfaßt ein hammerkopf ähnliches Element, welches zyklisch gegen die Leitungswand bewegbar befestigt ist, und einen Antriebsmechanismus zur Betätigung des Hammerkopfelements. Bei dieser Ausführuugsform erzeugt jeder Schlag des Hammerkopfs eine plötzliche Welle des Strömungsmittels durch die leitung. Es wird darauf hirgewiesen, d.aß joder Schlag des Hammerkopfg gegen die elastische Wand der Leitung eine Durchbiegung dor Leitung und damit eine Reduzierung ihres inneren Volumens verursacht.. Die Strömung^- _ mittelmenre, die in Abhängigkeit von jedem Schlag des Hammerkopfc gefördert wird, ist jedoch größer als die Strömungsmittelmenge,deren Förderung lediglich auf die Reduktion des Volumens

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zurvckzn.führen ist. Man nirvnt an, daß dieser verstärkte Strönungsmittelstrom auf die Kraft zurückzuführen int, welche durch die relativ kurzfristigen Energiestcße gegen die Leitungswand auf das Strömungsmittel übertragen v;ird.

Zusätzlich zur Erhöhung dec Strömungsmittelstroms schafft die Klopfwirkung der Schlagplattenanoränung einen mehr zwangsläufigen Strönungsmittclstrom, der mithilft, irgendwelche eingeschlossenen Teilchen oder Luftblasen beim Betrieb der Pumpe kontinuierlich zu verdrängen, so daß damit ir. wesentlichen die Hotvendi^ceit eliminiert v;ird, die Pumpe zum Zwecke der Entfernung ein.3ccch.i0sf^ener Teilchen und Luftblasen abzuschalten. Die Klopfv/irku.r.^ selber trägt auch dazu bei, Teilchen zu,befreien, die in der Nähe des Berührungspunktes zv/isehen Hammerkopf und Leitung gefangen sind.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen in Verbindung mit der Zeichnung und der Beschreibung hervor.

Die Erfindung ist im folgenden anhand eines Ausführimgsbeispiels und in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Pig. 1 eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Meßpumpe (Dosie]

pumpe) von hinten,

Fig. 2 einen Schnitt durch die Pumpe längs der Linie

II - II von Fig. 1 und Fig. 3 einen Schnitt durch die Pumpe längs der Linie ■

TII - III von Fig. 1.

Die in Fig. 1 gezeigte Meßpumpe umfaßt ein Pumpengehäuse, dar. aus einem U-förmigen Gehäuse besteht, v.^relches Seitenplatten 3, 3' ,eine Vorderplatte 4 und Endblöcke 5 und 5' aufweist.Der Zufr'hrungsodor Einlaßabschnitt des Pumpengehäuses wird durch den Endblock 5 begrenzt, und der Auslaßabschnitt der Pumpe wird durch den Endblock 5' begrenzt. In jedem Endblock 5 und 5' sind

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ir.elirere Iüiiee 6, 6' angeordnet, die jeweils dan Innere den Pumpengeh".uses nit dem AuPenraum verbinden.

Zwischen dem inneren Ende 7 eines jeden Eiiila^knies β und dem inneren Ende 7' eines jeden Auslaßknies 6' liegt jeweils eine leitung 8. Die Leitung S besteht im gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem geeigneten, elastischen, plastischen Material.

Eine Platte 9 ist an der Innenseite der Vorderplatte 4 unter den Leitungen 8 angeordnet. Die Platte 9 v/eist eine Reihe von Längsschlitzcn 10 auf, die parallel zueinander angeordnet sind. Wie man aus der Zeichnung sieht, ist das Ende der Platte '9, welches keine Schlitze aufweist, mit Hilfe "von Schrauben 12 an der Yorderplatte 4 befestigt, während das geschlitzte 'finde der Platte 9 nicht an .der Yorderplatte befestigt ist.

Die Schlitze 10 begrenzen, bewegliche Finger 11, die jeweils einen Block 12 tragen, der an einem mittleren⁴ Punkt längs der ■benachbarten, darüberliegenden Leitung 8 angeordnet ist.Damit die Finger 11 bewegt werden könn'en, v/eist jeder von ihnen eine Schraube 14 auf, ¹IxIr Einstellung des Volumens dient und die sich durch die Vorderplatte 4 des Pumpengehäuses erstreckt und die Unterseite des entsprechenden Pingers berührt. Jede Schraube weist außerdem eine Schraubenmutter 15 auf, welche an der Außenseite der Vorderplatte 4 arretiert ist. Die Einstellung der Volur-cneinstellschraube 14 bewirkt eine Einstellung der Position der darüberliegenden Leitung, und der Zweck dieser Einstellung wird im folgenden beschrieben.

Ein Strömungsnteuerventil ist mit dem inneren Ende eines jeden Einlaßknies und. eines jeden Auslaßknies innerhalb der zugeordneten Leitung verbunden. Jedes Ventil hat einen Sitz 16, welcher mit einer Scheibe 17 in bekannter Weise zur Steuerung der Richtung den Strömungsnittelstroms durch die Leitung zusammenwirkt.

In Fig.. 2 ist die erfindu.ngsgemäße Meßpumpe zusammen mit einer

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■ Übertragungseinrichtung dargestellt, welche Energie.impulse von relativ kurzer Datier auf den Abschnitt der Leitung überträgt, "der zwischen dem EinlaPvcntil und den Auslaßventil liegt..Diono Übertragung:; oirrichtixng umfa.Ht eine . Schlagplatt enanordnp-ig. Wenn diese betätigt wird, schlägt oder klopft sie in periodischen A"b3tänden auf die V.^rand der Leitung. Die Schlagplattenaiiordiumg umfaßt eine Hammerkopfvorrichtung und einen Antriebsmechanismus zvi ihrer Betätigung.

Die Hammerkopfvorrichtung besteht aus einer Federplatte 20,die an einem Ende mit Schrauben 22 an einer Tragstange 21 befestigt ist. Diese Trag- oder Haltestange% die oberhalb der Leitung 8 angeordnet ist, erstreckt sich zwischen den Seitenplatten 3 und 3^f des Pumpengehäuses. Das andere oder freie Ende der Federplatte 20 v/eist eine Reihe von Lltngsschlitsen 22 auf, die sich parallel zueinander erstrecken und eine Reihe von Armen 19 begrenzen, die jcv/eils einen Kopf 23 aufweisen, welcher der darunterliegenden leitung gegenüberliegt. Die Federplatte 20 besteht aus Federmaterial, dessen Federkoeffizient hinreichendgroß ist, um jeden Kopf 23 in einem Abstand oberhalb der darunterliegenden leitung zu halten. Bei dieser Anordnung wirkt jeder Federarm im Prinzip als Blattfeder.

Der Antriebsmechanismus der Schlagpla'ttenanordnung besteht aus einem Rotor 25 und aus Auslenkhebeln 26, die an dem Umfang des Rotors 25 angeordnet sind. Im dargestellten Ausfiihrungsbeispiel hat der Rotor einen quadratischen Querschnitt, und die Auslenkhebel 26 sind an den Seiten dieses Rotors befestigt. Bßi dieser Anordnung stehen die Auslenkhebel senkrecht zueinander. Der Rotor ist auf einer Achse 2? im Uhrzeigersinn drehbar gelagert, wie man aus Fig. 2 sieht. Wenn der Rotor sich im Uhrzeigersinn droht, kommen die .Enden der Auslenkhebel 26 mit den Enden 28 der Arme 19 erfolgreich zum Eingriff.

Ir. Fig. 2 berührt ein Auslenkhebel 26 gerade die Spitze 28 eines Arms 19. Nach einem solchen Eingriff wird der Hammerkopf 23 in

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BAD ORIGINAL

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die Position angehoben, welche durch die -gfistrioheltnn Ι.ΐτϊοη in Pig. 2 angedeutet ist, Bei einer weiteren Drehung des "Rotors 2^ gibt der Auslenkhebel 26 die Spitze des Arrs 2R frei, so daß flor ' Arm 19 sich unter der Kraftwirkung der Federspannung nach unten "bewegt, so daß-der Hammerkopf 23 gegen die Le? tu^g-swand schlägt. Wach diesem Schlag gegen die Leitimgswand führt die Federspannung den Arm 19 imd den daran befestigten Kopf in die Atisgangsposition, zurück, aus \>/elcher der T?ederarm 19 vom nächsten Auslenkhebel 26 wieder ausgelenkt wird. Es wird festgestellt, daß die Drehgeschwindigkeit des Rotors 25 die Frequenz steuert, mit der jeder Hammerkopf gegen die Leitung schlägt.

Wie oben erwähnt wurde, besteht die Leitung vorteilbafterweise ans einem flexiblen, elastischen Material. Deshalb wird die leitung bei jedem Stoß des Hammerkopfes durchgebogen,"und dabei wird jedesmal der Innenraum der Leitung reduziert. Wie bereits erwähnt wurde, überträgt der Hammerkopf Energieimpulse von relativ kurser Dauer. Die Energie impulse'.sind von relativ kurzer Dauer in dem Sinn, daß der Hammerkopf gegen die Leitung schlägt und von dieser wieder zurückgeführt wird, b-evor die elastische Leitung ihre ursprüngliche, nicht durchgebogene Form wieder einnehmen kann. In anderen Worten, die Kraft des Hammerkopfes wird entfernt, bevor die Leitung ihre anfängliche, nicht durchgebogene Position wieder einnimmt, und der Strömungsmittelstrom hält noch eine' kurze Zeitdauer an, nachdem der Hammerkopf entfernt wordon ist.

Die Reduzierung der Volumens, die durch, die Durchbiegung der. Leitung verursacht wird, reicht dazu aus, eine definierte Menge des in der Leitung enthaltenen Strömungsmittels durch die Ptimpo hindurchsutreiben. Bei der erfindungsgemäßen Klopfbewegung der Hnrir.cranordnung.gegen die Leitung ist jedoch die Menge an Strömungsmittel, welche bei jedem Hammerschlag bewogt wird, wesentlich größer, als din Menge d.es Strömungmittelstromr-, welche lediglich der Verringerung der Volitions zuEUociireiben ist. Die 1:°i jedem Schlag der Hammerkopf es ^e^ov^ die Leitung verdrängte

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Strönrngsri ttolmer.gc ist vielmehr primär abhängig τοπ dor TrO⁰O imd Dauer der Energieimpulse oder den ^IoTamorkopf schlage. Pci einer Leitung aus Silikon- Kunststoff mit einem -iußerer Dr.:-ehmesser von ungefähr 3/8 ,Zoll und einem inneren Durchmesser von ungefähr 1/4 Zoll.hat man herausgefunden, da.? das Verhältnis der. Strömmgsmittelstroms, der auf die beschriebene Sto^pwirkung der Encrgieinpulse zurückzuführen ist, zu der¹ StrömungsmittelstroTTi, der lediglich-d^irch die Volumenverkleinerunc bev/irlct v/ird, un^of:ihr 10:1 betrii^t.

Die crfindun^s^emälBe Mcßpunpe v/eist mehrere Vorteile auf. Zunächst ruft die Klopfv:ir]:un£ des Hammerkopf es eine Scheucr- v.v.d Rcini_t°;un^sv;irkun,2; an den Einlaß- und Auslaßventilen un^ den zugeordneten Röhren hervor, v:elche wiederum in vorteilhafte^ VJeise die Gefahr einer uner\-mnschten AnsairiTrlung von festen Tcilen oder von luftblasen erheblich verringert. Diese Pumpe arbeitet somit selbstreinigend, v.^rodurch der Zeitabstand bis zur notv/eni- ^en nächsten Reinigung der Piirnpe ssce¹¹^¹³⁰^ ^^en früher übl.iehen Zeiten A-:esent].ich erhöht ist. Außerdem erzeugt die orfindun^s^enäße Punpe eine p?.ötsliche Druckwelle des Strömungsmittels durch die Leitung. Zusätzlich zur Verstärkung des Selbstreinigungsmcrkmals'der Pumpe erzeugt diese plötzliche Druckwelle eine verstärkte ^v/angsläufige Ventilwirkung.

Jede einzelne leitung der Pumpe kann so eingestellt werden, daß sie einen Strömungsmittelstrom von anderer Stärke erzeugt. Dies

kenn einfach durch Einstellung der Volumeneinstellschrauben gsschehen, wodurch die Position der darüberliegenden Leitung relativ zum Hamnerkopf verändert v/ird. i⁽¹alls eine genauere Einstellung des relativen Strömungsmittelstrorcs durch die verschiedenen Leitungen ervränscht ist, kann für jede Leitung eine separate Schlagplattenanordnung vorgesehen werden. Bei dieser veränderten Ausführungsform, die in der Zeichnung dargestellt ist, kann für ,jede Leitung, unabhängig von den anderen Leitungen, eine Drciwcgocinstellung des Strörmngsmittelstroms vorgenommen word.cn. In anderen Porten, bei solch einer Anordnung kann der

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Strönmngsmittclstrom für jede Leitung eingestellt worden durch (i)die Einstellung der Volurccneinstellschrauben 14 '.und/ο der (2) durch die Einstellung der Frequenz, mit der'der Hammerkopf gegen die Leitung schlägt, beispielsweise durch Erhöhung der Drehgeschwindigkeit des Rotors 2.5,- und/oder .(3) durch Einstellung der Größe der Energieimpulse, z.B. durch Änderung der Federkraft des !Federarms 19. Wie die Fig. 2 zeigt, kann eine Arretierstange 30, die ein Gummikissen 31 aufweist, unterhalt der Federarme 19 angeordnet sein. Diese Arretierstange wirkt hei der Abwärtsbewegung der Federarme 19 als Anschlag, und zwar in einer vorbestimmten Position, die zur Erleichterung der anderen Einstellungen zur Steuerung des .Ströraungsflusses eingestellt werden kann. Zusätzlich reduziert diese Anschlagstange in erheblichem Maße Schwingungen der Federarme bei kleinen Fördermengen, so daß die Pumpe mit hoher Geschwindigkeit betrieben v/erden kann. Ferner wird durch das Gummikissen auf der Arretierstange das Betriebsgeräiisch der Pumpe reduziert.

Änderungen, Verbesserungen und andere Ausführungsformen der beschriebenen Beispiele fallen in den Schutzbereich der Erfindung

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Claims

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1. Me^purr.pc, gekennzeichnet durch ein Gehäuse mit wenigstens einer Zuführungsöffnung (6,7) -und einer Auslaßöffnung (ζ',7¹), zwischen denen jeweils eine rohrförmige Leitung (S) "befestigt ist, und rrit einer Übertragungsvorrichtung (19 - 25.), die r.uf die Leitung (8) periodisch Kraftimpulse überträgt, deren Stärke und Dauer ausreicht, definierte Mengen von Strömungsmittel im wesentlichen synchron mit den Stoßen dieser Kraftimpulse zu bewegen und eine Antriebskraft auf das Strömungsmittel zu übertragen, welche ausreicht, die Bewegung des Strömungsmittcls durch die Leitung nach Beendigung der Stoßübertragung aufrechtzuerhalten.

2. Keßpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ^T.'.^Tand der Leitung (δ) aus elastischem Material besteht, welches

■ quer zur Längsrichtung der Leitung verbiegbar ist, und daß die Übertragungsvorrichtung (19 - 25) eine Schlagplattenanordnung umfaßt, die an dem Punpengehäuse neben einer Seite der Leitung (8) befestigt ist und gegen diese stößt und dadurch Kraftimpulse auf diese überträgt, die jeweils eine Durchbiegung der Leitung verurs-achcn und deren Dauer relativ zur Rückbildungszeit der elastischen Leitungswand kurz ist.

3. T-cPpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlagplattenanordnung ein hammerähnliches Teil (19,23) umfaßt, welches zwischen einer ersten Position, in der es einen Abstand zur Leitung aufweist, und einer zweiten Position, in der es an der Leitung anliegt, bewegbar befestigt ist, und daß die Schlagplattenanordnung eine Antriebseinrichtimg (25 27) zur Betätigung des hammerähnlichen Teils (19,23) umfaßt.

4. Meßpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das hammerähnliche Teil einen federgespannten Arm (1*9)

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timfaßt, an dem ein KopfDtUcIc (23) befestigt.ist, und dn.ß.dio Antriebseinrichtung einen, antreibbaren Hot or (25) und wenigstens einen Auslenkhebel (26) umfaßt, der so an dem Rotor befestigt ist, daß er bei Drehung des Rotors das hammerähnliche Teil (19,23) zwischen der ersten und der zweiten Position bewegt.

5. Meßpumpe nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Arn (19) aus einer Blattfeder besteht.

6. Feßptimpe nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Volumensteuereinrichtung (14,15) der Leitung(S) längs einer Seite derselben, gegenüber von der Schlagplattcnanordnung (19,23) angeordnet ist, daß die Volumensteuereinrichtung relativ zu der Leitung (8) bewegbar befestigt ist und daß eine Einrich.tu.ng zur Einstellung und Fixierung der Position der Voluriensteuereinrichtung relativ zu der Iieituiig (8) vorgesehen ist.

7. Meßpumpe, gekennzeichnet durch ein Gehäuse, mit wenigstens einer Einlaßöffnung (6,7) und einer -Auslaßöffnung (6¹,7'), zwischen denen eine rohrförnige Leitung (8) befestigt ist, ■

■ und durch eine Einriclrtamg (19 - 28), welche periodisch eine Kra.ft auf die Leitung (8) überträgt, deren Stärke jeweils ausreicht, die Leitung (8) im wesentlichen augenblicklich zu bieger¹, und ihr inneres Volumen entsprechend zu reduzieren, und flie wieder von der Leitung (8) entfemtfwird, bevor diese aufgrund ihrer'Elastizität ihren anfänglichen,'unverbogenen Zustand winder einnimmt, wodurch jeweils in Abhängigkeit von einer solchen Kraft eine Strömu.ngsmittelmenge durch die Leitung (8) getrieben wird, die größer als die Strömungsmittelmenge ist, deren Verschiebung lediglich auf-die Reduzierung des Volumens zurückzuführen ist.

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