DE2240959A1

DE2240959A1 - Elektromagnetisch gesteuertes fluessigkeitsdruckregulierventil

Info

Publication number: DE2240959A1
Application number: DE2240959A
Authority: DE
Inventors: Dieter Werner Heinz Friedrichs
Original assignee: Haegglund and Soener AB
Current assignee: Haegglund and Soener AB
Priority date: 1971-08-20
Filing date: 1972-08-21
Publication date: 1973-03-01
Also published as: GB1388587A; JPS4830119A; SE363683B; DE2240959C2

Description

Dfc-ING.

PATENTANWALT 7 STUWÜAkT-l

PISCHEKSTRASSE19 HQCQ

TELEFON 242761/2 , 2240959

A 11 407

18, August 1972

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AB Hägglund & Söner "S-891 01 Örnsköldsvik/Schweden

Elektromagnetisch gesteuertes Flüssigkeit sdruckregulierventil

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch gesteuertes Pltissigkeitsdruckregulierventil mit einem axial in einem hohlisylindrisch ausgebildeten Elektromagneten verschiebbar ren Anker und einem Ventilgehäuse, das einen von der Druck-= flüssigkeit durchströmten Kanal mit regelbarem Durchfluß aufweist.

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Elektrisch betriebene oder mit einer elektrischen Flüssigkeit sdruckanze ige versehene Ventile dieser Art werden beispielsweise benutzt, um in einem System den Flüssigkeitsdruck zu steuern oder zu begrenzen, wie beispielsweise Regel ventile oder Druckreduzierventile. Ventile dieser Art können auch als druckabhängige Steuerorgane zur Steuerung hydraulischer Pumpen oder auch als Gasflaschenventile Verwendung finden.

Ventile dieser Art haben jedoch verschiedene Nachteile. Zahlreiche Ventilkonstruktionen werden durch den Fluß des Mediums durch den von der Druckeinstellung festgelegten Raum zwischen dem beweglichen Organ - "flapper*· genannt - und der Düse bestimmt. Der FIuB des Mediums ist dabei, unter anderen Faktoren, von der Druckeinstellung abhängig. Bei anderen Typen ist die Reibung der beweglichen Teile der Druokeinetellorgane und auch der elektromagnetisch betätigten Organe so groß, daß die Hysterese in der gegenseitigen Abhängigkeit vom hydraulischen Druck und dem Erregerstrom während der Magnetisierung und Entmagnetisierung einen viel zu großen Wert annimmt. Diese Hystereseerscheinung hat zur Folge, daß ein bestimmter Wert des Erregerstroms keinem definierten Wert des hydraulischen Drucks entspricht.

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Hoch weitere Machteile dieser "bekannten Steuerventile werden im Folgenden erwähnt:

Ss wurde auoli schon eine Konstruktion für ein Steuerventil vorgeschlagen, bei der ein elastisches Diaphragma gleichzeitig als Magnetjoch und Träger des Ventilkörpers Verwendung findet. Diese Konstruktion weist den Nachteil auf, daß die elastische Spannung des Diaphragmas dem Maximalwert oder einem Teilwert des zu überwachenden Drucks entspricht_o Hierbei ist die elektrische Magnetisierung umgekehrt proportional dem einzustellenden Druck. Das Diaphragma muß daher mechanisch so bemessen werden, daß bei zunehmender Magnetisierung eine zunehmend größere magnetische Sättigung erfolgt, was zur Folge hat, daß eine lineare Abhängigkeit nicht erreicht werden kann. Der Wirkungsgrad des Elektromagneten ist hierbei ungünstig und macht eine Überdiiaensionierung der Erregerspule notwendig»

Es wurden auch schon einem Relais ähnliche Steuerventile vorgeschlagen, die auf einem zentralen Kern eine Magnetspu= Ie tragen und eine die Magnetspule umgebende Hülse und ein um einen Drehpunkt oder eine Drehachse schwingendes Joch aufweisen. Hierbei wird die Druckflüssigkeit durch einen in dem Kern vorgesehenen Kanal in das Innere geleitet und im

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Bereich des Jochs mit Hilfe des Ventilkörpers gesteuert, der direkt gegenüber dem Kanal mit dem Joch verbunden ist. Sie Nachteile dieser Konstruktion bestehen in einer Reibung, wenn das Joch schwingfähig angeordnet ist, in einem ungünstigen Verlauf des magnetischen Flusses und demzufolge einer großen Abmessung der Magnetspule, und in einer verhältnismäßig großen Hysterese in der Erregerstrom-Druck~Charakteristik, wie auch in der Magnetisierung der Drucksteuerorgane und einer daraus folgenden Anlagerung magnetischer Teilchen· Infolge einer großen und nicht erfaßbaren magnetischen Streuung wird die Steuerung durch große nicht bestimmbare Kräfte beeinträchtigt.

Mit der Konstruktion eines magnetisch gesteuerten Druckre« gulierventils gemäß dem schwedischen Patent 313 710 wurde der Versuch gemacht, einige der vorgenannten Nachteile zu beseitigen. Bas wesentliche Kennzeichen dieses Ventils besteht darin, daß das Joch im wesentlichen axial-symmetrisch zu einem Glockenmagnet und so angeordnet ist, daß es sich gegenüber dem Magnet reibungslos bewegen kann und im wesent= . liehen gleich große Luftspalte zwischen den Glockenarmen und den magnetisch wirksamen Flächen des Jochs läßt. Dieses Ventil hat den Nachteil, daß besondere Vorkehrungen getroffen

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werden müssen, um den Spalt zwischen dem Joch und dem Glokkenmagnet möglichst klein zu halten. Venn dieser Forderung genügt wird, so besteht die Gefahr einer Verlagerung der Steuerorgane. Die Forderung eines genau parallelen Luftspaltes macht darüberhinaus sehr enge Toleranzen und eine genaue Eichung notwendig. Um das Gewicht des Jochs zu kompensieren, wird dieses von einem Diaphragma oder mittels einer Feder gehalten. Dies bedeutet, daß der Glockenmagnet gegenüber dem Flüssigkeitsdruck und der Zugspannung der Membran bzw. der Feder ausbalanciert wird. Die Funktion dieses Ventils ist bei einem eingestellten Druck darüberhinaus von der Strömung des Mediums abhängig, da deren Änderung sich auf den Strömungsquerschnitt auswirkt.

Es wurden auch andere Steuerventile entwickelt, die nach dem Doppel-"flapper"~Düse-Prinzip arbeiten und bei denen der elek trische Strom einen hydraulischen Differenzdruck hervorruft. Bei diesen Ventilen ist ein speziell entwickelter Motor beispielsweise an einer Torsionsfeder aufgehängt, die unter der Wirkung des Motors eine Drehbewegung des Ankers in beiden Drehrichtungen hervorruft, der als "flapper" mit zwei Düsen zusammenwirkt. Diese beiden Düsen ergeben einen Dif~ ferenzdruck, der einem dem rotierenden Motor aufgegebenen

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Impuls proportional ist.

Alle diese bekannten Ventile sind aus verhältnismäßig kleinen Teilen aufgebaut, die sehr schmutzempfindlich und in der Herstellung teuer sind.

Auch die zum Aufbau solcher Ventile verwendeten Werkstoffe müssen sehr sorgfältig ausgewählt werden, da der für die Achse verwendete magnetische Werkstoff und der für den Aufbau des Ventilgehäuses verwendete korrosionsbeständige Werkstoff unterschiedliche lineare Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, die besondere Probleme aufwerfen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ventil der vorgenannten Art so zu konstruieren, daß sie einen einfachen Aufbau aufweisen, einen sicheren, die vorgenannten Nachteil vermeidenden Betrieb gewährleisten und trotzdem nur verhältnismäßig geringe Herstellungskosten verursachen.

Dies wird gemäß der Erfindung bei einem Ventil der vorgenannten Art dadurch erreicht, daß ein Druckregulierelement verwendet wird, das durch eine mit dem keiner mechanischen Kraft unterworfenen Anker des Elektromagneten verbundene Stange gebildet wird, die unmittelbar mit ihrer Stirnfläche

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oder über ein Druckregulierorgan mit einer Düse zusammenwirkt und in einer Büchse mit geringem, eine Schmierung ermöglichendem Spiel gelagert ist.

Weitere erfindungsgemäße Merkmale sind in den Ansprüchen und in der Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele aufgeführt.

Aufgrund der Anwendung eines verhältnismäßig einfachen Konstruktionsprinzips und der Verwandung eines billigen Elektromagneten kann das Ventil aus verhältnismäßig einfachen Bauteilen aufgebaut werden. Das Ventil kann zu den verschiedensten Zwecken dienen und diesen angepaßt werden, wobei die Leistungsfähigkeit, wenn erforderlich, auch noch leicht verbessert werden kann, was bei einem Doppel-^Ilflapperⁿ-Ventil nicht möglich ist. Die einzelnen einfachen Bauteile können leicht ausgewechselt werden und durch zusätzliche Maßnahmen, die Erregerstromschwankungen entgegenwirken, kann das Ventil auch da eingesetzt werden, wo eine verbesserte Steuerung verlangt wird. Das Ventil ist insbesondere gegen Verschmutzungseinflüsse unempfindlich, da die einzelnen wirksamen Flächen eine verhältnismäßig große Ausdehnung haben. Auch kann die Auswahl der verwendeten Werkstoffe so getroffen

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werden, daß eich an den einseinen Teilen des Ventils kein Schmutz niederschlägt bzw. anlagert. Ein weiterer Vorteil dee Ventils ist eine weitgehende Temperaturunabhängigkeit als Folge seines Aufbaue und seiner magnetischen Charakteristik, so daß die Auswahl der einzelnen Werkstoffe ohne Be· rückeichtigung der unterschiedlichen linearen Ausdehnungskoeffizienten erfolgen kann.

Bin besonderer Vorteil des Ventile besteht darin, daß die Stirnfläche einer mit dem Anker verbundenen Achse entweder direkt oder über ein Druckregulierorgan die Druckregulierung bewirkt, wobei auf den Anker keine zusätzlichen mechanischen Ijtfte einwirken und die mit dem Anker verbundene Stange in einem gleichzeitig als Dichtung wirkenden Lager gelagert ist, das ein gewisses Spiel aufweist, so daß ein die Reibung vermindernder Flüsslgkeitsfilm zwischen der Stange und dem Lager aufrechterhalten wird.

Verschiedene Ausführungsbeisplele des erfindungsgemäßen Ventils sind in sohematlecher Weise in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 eine Seitenansicht teilweise im Längsschnitt und

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eine Draufsicht auf _4as Ventil, -

Fig. 2 den Einbau des Ventils nach Pig. 1 in ein Leitungssystem, ·

Fig. 3, 4 und 10 verschiedene Diagramme,

Fig. 5 die Wirkungsweise eines mit der Düse zusammenwirkenden Druckregulierorgans,

Fig. 6 die Abhängigkeit des Flüssigkeitsdrucks von dem Erregerstrom bei verschiedenen Durchmessern der Düsenöffnung und verschiedenen Charakteristiken des Elektromagnets,

Fig. 7, 8, 9, 11, 12 und 13 verschiedene Ausführungsbeispiele mit unterschiedlicher Abhängigkeit des Drucks von dem Erregerstrom,

Fig. 14 einen elektrischen Schaltplan, Fig. 15 verachiedene Strom--Zeit-Diagramme,

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Pig. 16, 17 und 18 drei Ausführungsbeispiele des Druckregulierorgans mit zugehörigen Druck-Zeit-Diagrammen,

Fig. 19» 20 und 21 die Anordnung der in Fig. 16, 17* und 18 dargestellten Druckregulierorgane an der Ankerstange,

Fig. 22 das Druckregulierorgan nach Fig. 20 mit einer an diesem zusätzlich angebrachten Masse,

Fig. 23 ein teilweise längsjgesohnittenes weiteres Aus» führungsbeispiel,

Fig. 24 einen Schaltplan für den Einbau des Ventils nach Fig. 23,

Fig. 25 einen Schaltplan für drei in Serie angeordnete Ventile nach der Erfindung»

Das in Fig. 1 dargestellte Ventil 1 weist einen Elektromag= net 2 auf, der mittels Schrauben 3 und Unterlegscheiben 4 auf ein Ventilgehäuse 5 aufgeschraubt ist, das einen Einlaß

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kanal 6 und einen Auslaßkanal 7 für die Druckflüssigkeit aufweist. Das Ventilgehäuse 5 besteht aus korrosionsbeständigem Material, xn das Ventilgehäuse 5 ist eine Düse 8 eingesetzt, deren Bohrung 9 mit der Längsachse einer Stange 10 fluchtet, auf deren Stirnseite 10" ein Druckregulierorgan 11 aufgesetzt ist, das, wenn es gegen die Stirnfläche der Düse θ anliegt, deren Bohrung abdichtet. Bei verschiedenen Äusführungsformen des Ventils 1 ist ein besonderes Druckregulierorgan 11 nicht erforderlich, so daß die Stirnfläche 10' unmittelbar mit der Bohrung 9 der Düse 8 zusammenwirkt. Die Stange 10 besteht aus nicht-magnetischem Werkstoff, wie auch die Düse 8 und das Organ 11 aus nicht-magentischem Werkstoff bestehen kann. Die Düse 8 verbindet die Kanäle 6 und 7» wobei in dem Ventilgehäuse zwischen der Düse 8 und dem Auslaßkanal 7 ein Raum 12 ausgespart ist. Zur Abdichtung des Ventilgehäuses 5 gegenüber dem Elektromagnet 2 ist zwischen deren eich gegenüberliegenden Stirnflächen ein O-Ring 13 in eine Ringnut eingelegt. Der Elektromagnet weist Lüftungskanäle 14 auf, die von dem Raum 12 zu dem den Anker aufnehmenden Raum führen» Der in dem Innenraum 12 herrschende Druck wirkt somit auf die obere Stirnfläche des Ankers* die denselben Querschnitt wie die Stange 10 aufweist und ist somit bestrebt, daß Ventil zu schließen. Ändert sich der Druck im

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Baum 12, eo ändert sich auch die auf den Anker wirkende Kraft entsprechend. Wird die in den Einlaßkanal 6 einströmende Flüssigkeitsnenge verringert, so sinkt auch der Druck in dem Raun 12 und damit die auf den Anker ausgeübte Kraft. Der Anker wird infolgedessen um einen kleinen Betrag angehoben, so daß in den Raum 12 eine größere Flüssigkeitemenge einströmt und dabei den Druck in Raun 12 erhöht, so daß der Anker wieder in Richtung auf die Düse β bewegt wird. Dies ergibt ein oszillierendes Spiel des Ankers. In die Kanäle H sind nit Gewinde versehene Pfropfen 15 eingeschraubt· Die Stange 10 wird in einen Lager 16 mit solohen Spiel geführt, daß eine geringe Menge öl in den Elektromagnet eindringen kann. Die Auebildung des Lagere 16 verhindert eine pulsierende Strömung der Flüssigkeit, wodurch die oszillierende Bewegung des Ankere gedämpft wird. Öleloheeitig werden hierdurch die sich gegeneinander bewegenden Teile geschmiert und die Reibung verringert. Für die Wirkungsweise des Ventils ist dies von wesentlicher Bedeutung.

Das Ventilgehäuse 5 «äst darüberhlnaus einen Druckflüssigkeit skanal 17 auf, der nit den Einlaßkanal 6 in Verbindung steht und In den ein Kupplungsstück 18 eingeschraubt ist. Dieses Kupplungsstück 18 enthält ein Rückschlagventil 19, das eine Verbindung zu dem Kanal 20 herstellt, dessen Aus-

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laß mittels einer Gewindekappe 21 abgedeckt ist. Dieses Kupplungsstück 18 ist dafür vorgesehen, rau während des Beiaiebs des Ventils den Flüssigkeitsdruck au prüfea_s wenn in dem Flüssigkeitssystem irgend welche Unregelmäßigkeiten auftreten«, Die Schutzkappe 21 wird dann abgeschraubt und an den Kanal 20 ein Manometer angeschlossen,, nittels .ütessen-, nachdem das Rückschlagventil abgehoben aat_B ü®t Druck in Yen-feil gemessen werden kann.

Der Elektromagnet 2 wirkt _t wenn er erreg* 1st,.auf fi@a Anker im Sinne einer diesen gegen äie Bus© 8 gerichtetes. Iraft«, Der Erregerstrom wird der Magnetspule über file Salbei 22 und 23 zugeführt. Um die druckreguliereade fnaaktioa &e& V ©at ils 1 bei stromloser Magnetspule zu prüfen₉ ist mm oh^r des Magnets ein Betätigungetoiopf 24 worges®&en₉ i©s> einer Schraubenfeder 25 in neutraler S-Selluag Um das Ventil zu prüfen, ist es lediglich Knopf 24 abwärts zu drüeken_f wodurch äi© feder gedrückt wird, so daß das mit eiern Knopf 24 stanzstück 26 die Stange 10 nach unten ■ den Abstand zwischen dem Drwekregnlieror ein solches nicht vorhanden ist, zwiselie 10' der Stange und der Stirnfläche äar Düse 8

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Sas Ventil 1 arbeitet hierbei, wie es in Pig, 2 dargestellt ist, in einer solchen Weise, daß der Druck±a der Leitung 28 reguliert wird, wenn der Einlaßkanal 6 mit einer Druckflüssigkeitsquelle 27 verbunden ist, von der die Leitung 28 gespeist wird. Die Leitung 29 zeigt in symbolischer Weise die Fortpflanzung des Flüssigkeitsdruckes an, der den Druck ausbalanciert, für den der Elektromagnet 2 ausgelegt ist. Die Flüssigkeit, die für den Aufbau des Druckes in der Leitung 28 nicht benötigt wird, fließt über die Leitung 30 zu dem
Behälter 31 zurück, wenn als strömendes Druckmedium Hydraulikflüssigkeit verwendet wird. In der von der Druckquelle
27 ausgehenden, zu dem Ventil 1 führenden Leitung ist eine Drossel 33 eingebaut, deren Funktion im folgenden ausführlicher beschrieben wird.

Die Druckkraft F. des Hagnets 2 ist direkt proportional dem Erregerstrom I, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Wie in Fig. 4 dargestellt ist, hat der Magnet 2 für einen bestimmten Bereioh s- - s« des gesamten Ankerhubs eine nahezu konstante Kraft Fg.

Dies bedeutet, wie dies in Fig. 5 erläutert ist, daß die
Kraft des strömenden Mediums F_ = ρ · Tj fl". ., = ρ · A ist,
wobei ρ der Druck des Mediums in der Bohrung 9 und d der

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mittlere Durchmesser dieser Bohrung ist» Die Kraft Pj. kann die Kraft F_ des Magneten 2 innerhalb eines bestimmten Bereiche S₁ - s„ ausbalancieren, ohne daß ρ geändert wird, auch wenn die Menge Q des in das Ventil einströmenden Mediums sich ändert. Wenn in die leitung 32 (Fig. 2) eine Drossel 33 eingebaut ist, so bedeutet dies praktisch, daß die Strömung von der Viskosität und damat auch die Menge Q des strömenden Mediums von der Temperatur abhängig ist. Die Entfernung s zwischen der Stirnfläche der Düse 8 und den Druckregulierorgan 11 ändert sicS teaii für verschiede»© Werte Q, was jedoch keine Änderung i@s Braekes ρ zur hat, sofern der Druck der Bruekquelle 27, unter gung möglicher Druckverluste vor Eintritt des Mediums in ä as Ventil 1, nicht geringer ist als der in der Leitung 28 gewünschte Druck.

Halten sich die Drücke F_@ und Fj₁ das Gleichgewicht, so bedeutet dies, da F_ = k »I? worin k eine Proportionalitätskon» stante ist, und Fj₁ = ρ ^β A₈₁ ist, daß k ^β I = ρ · A_n, somit P=TeI , und damit auch ρ = k^ ° I ist, worin k₁ eine Proportionalitätskonstante ist, woraus ersichtlich ist, daß der Druck direkt proportional dem Erregerstrom ist« Ändert sich der Wert Q, so ändert sich auch der Druck ρ im Verhält-

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nie zu den Wert Q, wobei der Ringspalt bei einem gegebenen Abstand β zwischen dem Organ 11 und der Stirnfläche der Düse θ konstant ist.. Eine Änderung des Brücke ρ hat eine Änderung der Kraft F_fl zur Folge, da F_n = ρ · A_n, was automatisch ein Ungleichgewicht der Kräfte F und F_ß zur Folge hat. Da die Kraft F₀ des Magneten 2 bei einem gegebenen Wert des Erregerstroms I innerhalb des Arbeitsbereiches konstant ist, wird der Anker so lange verschoben, bis der vorgegebene Druck und damit auch das Gleichgewicht der Kräfte F₆ und F_n wieder hergestellt ist.

Dies bedeutet, daß das Ventil innerhalb seines Arbeitsbereiches von dem Fluß des Mediums und damit auch von der Temperatur und der Viskosität abhängig ist.

Fig. 6 zeigt, auf welche Weise unterschiedliche Funktionskurven ρ a f (I) erhalten werden können. Es wurde schon gezeigt, daß für einen gegebenen mittleren Durchmesser d_ der Bohrung 9 P = k₁ · I ist. Dies bedeutet, daS für unterschiedliche mittlere Durchmesser d_m der Bohrung 9 unterschiedliche Kurven erhalten werden» In Fig. 6 sind diese Kurven mit d ^, ^dm2 ¹^ ^dmn ^bezeicJine*· Dies bedeut, daß, in Abhängigkeit

von dem mittleren Durchmesser, der Druck ρ * k · d ist.

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Der mittlere Durchmesser der Strömung durch die Düse 8 kann auf verschiedene Weise verändert werden» Der einfachste Weg ist, in das Ventil Düsen 8 mit unterschiedlich großem Bohrungsdurchmesser einzusetzen» Eine zweite Möglichkeit zeigt Fig. 7, bei der die Bohrung 9 der Düse 8 mittels einer versehieVbaren Platte 34, in der Bohrungen mit verschiedenen Durchmessern vorgesehen sind, teilweise abgedeckt wird» Eine dritte Möglichkeit zeigt Pig. 8, bei der eine Platte 35 drehbar angeordnet ist, in der ebenfalls mindestens zwei Bohrungen unterschiedlichen Durehmessers vorgesehen sind» Eine weitere Möglichkeit zeigt Pig» 9, bei der in die Bohrung 9 verschiedene Hohlzylinder 36a, 36b u«s.w. eingeschoben werden»

Eine vätere Möglichkeit den Verlauf der Kurven nach Pig. 6 zu verändern, besteht darin, die Charakteristik P₀ = f (I)

dP des Magneten 2 zu ändern, d«h, den Quozienten β zu ändern,

dl wobei unterschiedliche Werte P_ für unterschiedliche Hub-

strecken (Pig. 10) erhalten werden=. Diese geänderten Kurven sind in Pig. 6 mit s_a, s^ und s_c bezeichnet»

Auch kann eine Änderung des Verlaufs der Kurven ρ = f (I) mob. noch dadurch erreicht werden, daß die Bohrung 9 unter-

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Bchiedliohe, von einer Kreisfläche abweichende Querschnitte erhält.

Eine vierte Möglichkeit zur Änderung des Verlaufs der vorgenannten K&en besteht in einer solchen Anordnung, wie sie flg. 11 zeigt. Hierbei ist an den Druckregulierorgan 11 ein Flügelrad 37 mit schräg gestellten Flügeln angeordnet, so daß auf die Stange 10 durch das strömende Medium eine Axialkraft ausgeübt wird.

Sine fünfte Möglichkeit zur Änderung des Verlaufs der vorgenannten Kurven besteht in einer AusfUhrungsform, wie sie die Fig. 12a, 12b und 12c zeigen, nämlich in der Verwendung unterschiedlicher Durchmesser d™.., d-n« und d» des Brück« regulierOrgans 11 bei gleichem Aufiendurchmesser d der Düse 8, oder wie in den Flg. 13a, 13b und 13o dargestellt, in der Verwendung unterschiedlicher Außendurohmeeser d -, dp und d der Düse 8 bei gleichem Außendurohmesaer dp des Druokregulierorgans 11. In beiden Fällen wird der Innendurchmesser d, der Bohrung 9 konstant gehalten. Sie Änderung des Verlaufs der vorgenannten Kurven wird in beiden Fällen durch unterschiedliche tlberlappungebereiche der ein-.mclar gegenüberliegenden Flächen erreicht.

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Schließlich, kann eine Inäerung Sas Tcrlaiif s- Her vorgenannten Kursen amen- aoen äaiisircli srreieM we?l@s_B daß äis Büee 8 als dünnwandige Hülse ausgebildet hjItü wi übt jdweils ge wünschte Str'omangaqueTB€ihml%t mittele eiaai⁵ Sislir&iföearos'-richtung verengt oder erweitert wiri_o Hi^^gii ist. ©s a©twen·» dig, für die Düse ein elastisches SEaterlELl.. sm TerwsMön^ s© daß sich t)eiin SurÜoMrelien der S©teaul*@ jeweils. wiei@r ursprüngliche Durelanesser einstellt.

1st bekannt, daS bei der Magnetisierung und rung eines Elektromagneten für gleiche Erregerstromstärkea unterschiedliche Werte erhalten werden· Biese Hyetereseerscheinung ist in den meisten Fällen τοπ den Belbungskräften des Magneten abhängig· Die Auswirkung äer %etereee auf den Betrieb des Tent ils Izann daäurelt ^@milndert werden, daS man die Stange 10 ein« ©ssillieread© Mngebewegung ©äsr ©Ine Drehbewegung ausfüteem IsBt^₃ Bi© ossillieremäe Bewegimg ka&a daduroh hervorgerufen- w@?4@b₉ Sau ßer uagii©^ 2 mit @is%er sueätzlichen Spule ire^ß©^©» wlTäv die alt ©ln©iB poleieveaflen Gleichstrom gespeist xfi^ä« Eis© tsei^ere Höflichkeit Hervorrufung einer ©saiIXiesieaioa Eewgpmg tea Asto^s steht darin, die
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eines gleichgerichteten Wocheeletroom mit einen Wechselstrom erzeugt wird, wie dies die flg. 15a« 15b und 15o zeigen. Hierzu dient die in Flg. 14 dargestellte Schaltung· Bine oszillierende Bewegung dee Ankers kann auch durch Druok-Bohwankungen des in das Ventil eingeleiteten Mediumstervor-' gerufen werden. Solche Druokechwankungen treten häufig schon dann auf, wenn als Förderpumpe eine Zahnradpumpe Verwendung findet.

line Verminderung der Hyetereeeersoheinung duroh eine Dreh- '■ bewegung der Ankerstange 10 kann auoh dadurch bewirkt werden_t &*8 nit &em Hagnet ein kleiner elektrischer oder by- j draulisoher Motor gekuppelt wird, der die Ankeretange IO antreibt· Schließlich kann eine Drehbewegung der Ankeretange auch dadurch hervorgerufen werden» daS an dem Druokregulierorgan 11, wie dies Fig. 11 zeigt, ein Flügelrad angebraoht wird.

Pie Reibung zwischen dem Elektromagneten und der Ankerstange kann auch dadurch vermindert werden, daß der Magnet · ' und der Anker genau ausbalanciert werden, so daß auf den Anker keinerlei radial oder unter einem Winkel zu der Achse "-Anker β wirkend« Kräfte ausgeübt werden. Auch kann die

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Ankeretange 10 dadurch zentriert warden» daß sie in einea hydrostatischen Lager gelagert wirft* Xs Pall® des Betriebs des Ventils mit einem Druckgas kmsm am Si© Stell® solchen Lagers ein luftkissenlager treten«

Die titoliehen !©gulierTOatile Kit ©iafe@&©a ganen (^wf lapper¹¹) weisen den laelateil auf ₉ tei ©i© &&m Gleichgewicht geraten «nfi' iiisliee@si©2'@ g©g©sf^®2? aiaesi la ■ « umgekehrter Eichtung wirkenden Druck sehr enpfiiidlieh sind· Dies ist auch bei "flapper^Konstruktionen nit Botationsmo·» toren der Fall. Sin in umgekehrter !Richtung wirkender Druck führt meist zu Schwingungen des etrdm@nden H@äli»s. Dieser Erscheinung wird gemäß einer Weiterbildung d@r Erfindung dadurch entgegengewirkt, daß der Anker des Elektromagneten denselben Querschnitt aufweist wie die Bohrung 9« Auch wird angestrebt, daß der den Anker aufnehmende Raum des Elektromagneten von dem Innenraum des Ventilgehäuse^ getrennt angeordnet ist. Durch die Wahl gleicher Durchmesser bzw. gleicher Querschnitte kann der vorgenannte Zweck erreicht werden.

Die mit Stromschwankungen ssusaimaenhängenden Probleme können. bei Regulierventilen dazu führen, daß in dem strömendem Ma-

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diuB Druckwellen erzeugt werden, die zu nachträglichen Folgeerscheinungen führen.

Bs ist bekannt, wie dies aus 71g. 16a ersichtlich 1st, daß mit einem Regulierorgan in Gestalt eines "flappers" 40 ein Strömungsqueraohnitt A_y erhalten wird, der bei kleinen Schwankungen Δ β Druoksohwankungen - Δ .,ρ (Fig, 16b) hervorruft. Um diese Bruokschwankungen zu unterdrücken bzw. zu vermindern wurden verschiedene Änderungen des Regulierorgane vorgenommen. Eine solche Änderung besteht darin, daß als Segulierorgan ein spitzwinkliger Kegel verwendet wird (Flg. 17a). Die Einführung dieses Kegele 41 hat zur Folge, daß der Strömungsquersohnitt Α~ bei derselben Änderung Δ β wesentlich geringer ist als der Strömungsquerschnitt A_? gemäß Fig. 16a· Dies führt zu Druokschwankungen von einer geringeren Größe Zi₂P (Fig. 17b). Je kleiner der Kegelwinkel

0v ist, desto kleiner werden die Druckschwankungen. Die Änderung des Strömungsquersohnittes Δ Ag im Verhältnis zu der Änderung in der Länge des Hubs Δa muß auf einem kleinen Wert gehalten werden, wenn die Drucksohwankungen möglichst gering bleiben sollen.

Eine zweite Möglichkeit besteht darin, das Druokregulieror-

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gan 42 mit einer kegelförmigen Aussparung zu versehen» wie ate Fig, 18a zeigt. Dies ergibt einen StrömungsqLueraehnitt ^A0K* ^^er ^^ei g^^ei^c^^er Abstandsänderung Δ β eine Druckschwankung ^ttP (Fig. 18b), deren Größe zwischen den Werten der Fig. 16b und 17b liegt, ergibt.

Eine dritte, in den Fig. 19, 20 und 21 dargestellte Möglichkeit zur Verminderung der Druekschwankungen besteht darin, daß zwischen dem Druckregulierorgan 11 und der Anker» stange 10 ein kleines Spiel aufreohterhalten wird» Da® Druckregulierorgan 11 ist hierbei tÄt#©glieh aze, der Aakerstange 10 angeordnet. Das Druckregulierorgan (43» 44$ 45) weist eine Sacklochbohrrag 46 auf, die ein© Kugel 47 auf» nimmt. In der die Saokloehbohrung umgebenden Wandung sind Bohrungen 48 und 49 vorgesehen» die ©inen Lagerbolzen 50 aufnehmen, der den "flapper" 43» den Segel 44 bzw« das Organ 45 durchsetzt . und gelenkig mit der Ankerstange 10 verbindet. Auf diese Weise erhält uian ein. Sruokregalierorgoii mit sehr kleinen Bewegungen in axialer Richtung®

Eine vierte, in der Fig. 22 dargestellte Möglichkeit besteht darin, daß gemäß einer Abwandlung der Anordnung nach Fig. das Druckregulierorgan 11 mit einer zusätzlichen Masse 51 versehen wird, die ebenfalls auftretende Druckschwankungen

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dämpft. Auf diese Weise bleibt das Druokregulierorgan in Ruhe, auch wenn der Elektromagnet infolge von Schwankungen in der Erregerstromstärke vibriert. Auf diese zusätzliche Hasse kann selbstverständlich verzichtet werden, wenn das Druokregulierorgan als solches schon ein ausreichendes Gewicht aufweist.

Eine Dämpfung der Schwingungen des Ankers kann auch dadurch bewirkt werden, daß dieser für sich in einem geschlossenen Baum angeordnet ist. Eine Dämpfung kann auch dadurch bewirkt werden, daß auf den Anker eine Feder mit unterschiedlicher Eigenfrequenz wirkt·

Fig. 23 zeigt eine Weiterentwicklung des in Fig. 1 dargestellten Ventils, wie es in ein System gemäß Fig. 2 eingebaut ist. Wie aus dieser Figur ersichtlich ist, wird das Medium in den Behälter 31 geleitet, wenn eine Entnahme aus der Leitung 28 nicht erfolgt. ITm diesen Rüokfluß in den Behälter zu vermeiden, wird das Druckregulierorgan 11, wie in Fig. 23 dargestellt, mit einer Einrichtung versehen, die den Einlaßkanal 6 absperrt. Diese Einrichtung 52 besteht aus einem Dichtorgan 53, das mit dem Druckregulierorgan 11 über eine Stange 54 verbunden ist. Das Ventilgehäuse 55 weist in diesem Fall drei Kanäle 6, 7 und 56 auf, von denen

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der Kanal 6 als Einlaßkanal, der Kanal 7 als Auslaßkanal und der Kanal 56 als Yerbindungs&anal zu dem System dient* in dem der Druck reguliert werisa solle Die "beiden Kanäle 6 und 56 sind durch einen Kanal 57 miteinander verbunden, der einen Sitz 58 für das Dichtorgan 53 aufweist©

Die Arbeitsweise dieses Ventils ist die folgend©« W©nn der Elektromagnet 2 nicht erregt ist, wird das Die&torgan 53 gegen den Sitz 58 gedrückt und sperrt somit den Kanal 57 ab» Wenn der Magnet 2 erregt ist, nimmt die magnetische Kraft P_ß zu und erreicht denselben Wert wie an der Stelle des Diehtorgans 53, der durch den Druck des Mediums im Kanal 6 hervorgerufen wird. Wird der Magnet weiter erregt, so wird der Förderkanal 57 geöffnet und das. Ventil arbeitet in derselben Weise wie das Ventil nach Pig» 1_O

Wird der Magnet entmagnetisiert, so wird der Zufluß zu den Kanälen 56 und 7 geschlossen, wenn die Kraft P₀ während der Entmagnetisierung geringer wird als die Kraft, die auf das Dichtorgan 53 von dem Druck des Mediums im Einlaßkanal 6 ausgeübt wird.

Fig„ 24 zeigt in echematischer Weise den Einbau eines Ventils

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nach Fig. 25 in ein leitungssystem. Der Unterschied zwischen den Fig« 2 und 2? besteht darin, daß die Verbraucherleitung 28 mit den zusätzlichen, im Gehäuse 55 vorgesehenen Kanal 56 verbunden ist.

Fig. 25 zeigt ein Beispiel für die Verwendung des erfindunga« gemäßen Ventils» bei welchen» drei Regulierventile 59i 60 und 61 in Reihe miteinander verbunden sind, um zu einem Druck zu gelangen, der ausschließlich durch das Ventil bestimmt wird, das die höchste Einstellung aufweist. Die Druckeinstellung erfolgt somit nicht durch eine Summierung, wie Ublicherweise bei in Serie geschalteten Regulierventilen (P- + P« ⁺ ^c3 ^β ^ctot^' sondern eher nach Art einer Vorrang-Einstellung, bei der ausschließlich das Ventil mit der höchsten Druckeinstellung dem Druck in der Förderleitung bestimmt, da, wie schon oben ausgeführt wurde, der Druck in der Rückflußleitung keinerlei Auswirkung auf den Druck in der Förderleitung hat.

Durch den Einbau eines erfindungsgemäßen Ventils mit elektromagnetischer Druckeinstellung in ein Leitungssystem kann die Strömung in diesem innerhalb sehr enger Grenzen festgelegt werden. Auch kann die Erregung des Elektromagneten

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Claims

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Patentansprüche

1· Elektromagnetisch gesteuertes Flüssigkeitsdruck- Regulier ventil mit einen zylinderförmigen Elektromagnet, einem in diesem axial verschiebbaren Anker und einer in einer Hülse angeordneten Hagnetspule, einem Ventilgehäuse mit einem mit der Druokflüssigkeitsleitung verbundenen Strömungakanal und den Durchfluß durch diesen Kanal regelnden elektromagnetiech gesteuerten Elementen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sruckregulierelement durch eine nit dem keiner mecha -nischen Kraft unterworfenen Anker des Elektromagneten (2) verbundene Stange (10) gebildet wird, die unmittelbar mit ihrer Stirnfläche (10*) oder Über ein Druokregulierorgan (11) mit einer Düse (β) zusammenwirkt und

in einer Büchse (16) mit geringem, eine Schmierung ermöglichendem Spiel gelagert ist.

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Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Düse (8) mit der Stange (10) bzw,, dem am Ende der Stange, angebrachten Druckregulierorgan (11) axial fluchtend angeordnet ist <·

ο Ventil nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch

gekennzeichnet , daß die Stange (10) aus nicht magnetischem Material besteht_o

4β Ventil nach den Ansprüchen 1 bis 3» dadurch

gekennzeichnet , daß der Elektromagnet (2) mit dem Inneren des Ventilgehäuses (5) kommunizierende, mit Schraubstöpseln (15) verschließbare Luftkanäle (14) aufweist, daß die Stange (10) in ihrer Lagerbüchse (16) abgediclrtetist und der Elektromagnet (2) als ganzes gegenüber dem Ventilgehäuse (5) mittels eines O-Ringes abgedichtet ist»

5. Ventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil so ausgelegt ist, daß die von dem Elektromagnet (2) auf den Anker ausgeübte Kraft direkt propor- ■ tional dem das Ventil durchsetzenden Flüssigkeitsstrom ist.

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6. Ventil naoh einem oder mehreren der Ansprüche 1 Isis 5, daduroh gekennzeichnet, daß innerhalb eines vorgegebenen Ankerhubs die auf den Anker ausgeübte Druck- bzw. Zugkraft einen konstanten Wert auf· weist.

7· Ventil nach den Ansprüchen 5 und 6, daduroh gekennzeichnet , daß der wirksame Anker» hub nur einen Teil des normalen Ankerhubs beträgt.

8. Ventil nach den Ansprüchen 1 bis 7t dadurch gekennzeichnet , daß das Ventilgehäuse (5t 55) aus korrosionsbeständigem Material besteht.

9· Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Druokregulierorgan (11) aus nicht-magnetischem Material besteht.

10. Ventil nach Anspruch 1, daduroh gekennzeichnet , daß die Düse (8) aus nichtmagnetischem Material besteht.

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11. Ventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß

das Ventilgehäuse (5, 55) einen Einlaßkanal (6) aufweist, der über die Düse (8) und die Druckkammer (12) mit dem Auslaßkanal (7) in Verbindung steht.

12_O Ventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der eingestellte Druck (p) direkt proportional dem Erregerstrom (I) ist, wobei die Proportionalitätskonstante (k) dem jeweiligen Durchmesser (ä_ffi) der Düsenöffnung (9) entspricht.

13« Ventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet* daß an der Stirnseite der Düse (8) eine Platte (34) mit unterschiedlich großen Bohrungen verschiebbar oder drehbar angeordnet ist.

14« Ventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch geke-anzeichnet,. daß

in das druckkammerseitige Ende der Düse (8) eine oder mehrere hohlzylindrische Hülsen eingesteckt sind,

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15· Ventil nach einen oder mehreren der Ansprüche 1 hie 12, gekennzeichnet durch die wahlweise Verwendung eines Elektromagneten (2) mit unterschiedlicher Charakteristik.

16. Ventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 his 12, dadurch gekennzeichnet, daß an dem der Düse (8) gegenüberliegenden Ende der Ankeretange (10) bzw. dem Druckregulierorgan (11) ein Lüfterrad gelagert ist.

17. Ventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch eine auswechselbare Anordnung von Druokregulierorganen (11) mit unterschiedlichem !Durchmesser (dg) bei konstantem Aufiendurohmeaeer (d ) der Düse (8).

ι 18. Ventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1

bis 12, gekennzeichnet durch

' eine auswechselbare Anordnung von Düsen (β) mit unterschiedlichem AuBendurohmesser (d ) bei konstantem Au-Bendurohmeeser (dg) des Druckregulierorgans (11).

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19« Ventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Düse (8) mit mittels einer Verstelleohraube o.dgl. veränderbarem Querschnitt«

20. Ventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 19» dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerstange (10) eine pulsierende Längs- oder Drehbewegung ausführt.

21. Ventil nach Anspruch 20, . gekennzeichnet durch eine zusätzliche mit Wechselstrom gespeiste Erregerwicklung des Elektromagneten (2).

22. Ventil nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerwicklung des Elektromagneten (2) mit pulsierendem Gleichstrom erregt wird, der durch Überlagerung eines Wechselstroms und eines gleichgerichteten Wechselstroms erzeugt wird.

23. Ventil nach Anspruch 20, dadur ch gekennzeichnet , daß die Ankerstange (10)

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duroh einen auf das Druckregulierorgan (11) wirkenden pulaierenden Flüssigkeitsstrom in Schwingungen versetzt wird.

24. Ventil nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet , daß die drehbar gelagerte Ankeratange (10) durch einen Elektro- oder Hydraulikmotor angetrieben wird»

25. Ventil nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet , daß zum Antrieb der drehbar gelagerten Ankerstange (10) an dem Druckregulierorgan (11) ein Lüfterrad (37) befestigt ist.

26. Ventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet! daß der Elektromagnet (2) und der Anker ausgewuchtet sind.

27. Ventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 26, dadurch g ekennzeichnet, daß das Druokregulierorgan (11) ale eine ebene Unterseite auf weisendes topfförmiges, mit der Düse (8) zusammenwirkendes Abschlußteil (40, 43) ausgebildet ist.

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28. Ventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckregulier organ (11) als Kegel (41) ausgebildet ist.

ο Ventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckregulierorgan (11) als eine kegelförmige Aussparung aufweisendes Teil (42) ausgebildet ist«

30. Ventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckregulierorgan (11) als an der Ankeretange (10) beweglich angeordnetes Teil ausgebildet ist.

31. Ventil nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet , daß das Druckregulierorgan (43, 44, 4^) an seiner der Düse (8) abgewandten Seite ein das Ende der Ankerstange (10) und eine Kugel (47) mit Spiel aufnehmendes axiales Sackloch (46) aufweist, in dessen Wandung zwei einem die Stange (10) durchsetzenden Gelenkbolzen (50) als Lager dienende Bohrungen (48, 49) vorgesehen sind.

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32. Ventil nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet , daß an dem Druckregulierorgan (43t 44, 45) zur Vergrößerung seines Gewichts eine zusätzliche Hasse angebracht ist.

33. Ventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerstange (10) denselben Querschnitt aufweist wie der wirksame Querschnitt der Düse (8).

34. Ventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 33t dadurch gekennzeichnet« daß das Druckregulierorgan (11) mit einem Verechlußmechanismus (52) für den Einlaßkanal (6) verbunden ist, der aus einer Stange (54) mit einem an ihrem Ende befestigten, gegen eine Dichtfläche (58) eines den Einlaß (6) und einen zusätzlichen Kanal (56) verbindenden Kanals (57) wirkenden Verschlußorgan (53) besteht, wobei der zusätzliche Kanal (56) zu dem druckregulierten Objekt führt.

35· Ventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 34t dadurch' gekennzelch nee t , daß

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an dem Ventilgehäuse (5, 55) ein zusätzlicher Druckflüs*= sigkeitskanal (17) mit einem Gewindeanschluß (18, 20, 21) für ein Nanometer mit Rückschlagventil vorgesehen ist.

36«Ventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 his 35, gekennzeic h η et durch eine auf

Ankerstange (10) einwirkende Kontrollvorrichtung, die aus einem Betätigungsknopf (24), einer Schraubenfeder (25) und einem Distanzstück (26) besteht«,