DE2253476A1

DE2253476A1 - THREE-POINT CONTROLLER WITH FEEDBACK

Info

Publication number: DE2253476A1
Application number: DE19722253476
Authority: DE
Inventors: Norbert Dipl Ing Dr In Jeschke
Original assignee: Samson Apparatebau AG
Current assignee: Samson Apparatebau AG
Priority date: 1972-10-31
Filing date: 1972-10-31
Publication date: 1974-05-22
Also published as: DE2253476B2; FR2204832B1; FR2204832A1

Description

Patentanwalt München, den 31. Oktober 1972Patent attorney Munich, October 31, 1972

Dipl.-Ing.E.F.Eitner (344)Dipl.-Ing.E.F.Eitner (344)

8ooo München 9o 22534768ooo Munich 9o 2253476

Schlotthauerstr. 3Schlotthauerstr. 3

Tel.(0811) 65 23 21Tel. (0811) 65 23 21

SAMSON APPARATEBAU A.fi, Frankfurt am Main 1 Weismüllerstraße 3SAMSON APPARATEBAU A.fi, Frankfurt am Main 1 Weismüllerstraße 3

Dreipunktregler mit RückThree-point controller with return

führungguide

Die Erfindung betrifft einen Dreipunktregler, bei dem bei fallendem und bei steigendem Meßwert der Regelgröße nach Überwindung eines Schaltabstandes je ein Schalter betätigt wird, von denen der eine die Tätigkeit eines integralen Stellgliedes einschaltet, der andere dagegen ausschaltet.The invention relates to a three-point controller in which, when the measured value is falling and when the measured value is rising, the Controlled variable after overcoming a switching distance depending a switch is operated, one of which activates the action of an integral actuator, the other, on the other hand, switches off.

Durch die Erfindung wird bezweckt, die bisher bekannten Dreipunktregler dieser Art zu verbessern und zu vereinfachen.The aim of the invention is to improve the previously known three-point controller of this type and to simplify.

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Die bisher bekannten Dreipunktregler mit Rückführung arbeiten nach dem in Fig. 1 der Zeichnung dargestellten Prinzip. Wenn im Schaltglied der Eingangswert χ. den Schaltabstand s nach oben oder nach unten überschreitet, erfolgt ein positiver oder negativer Ausgang y_e, der ein integral wirkendes Stellglied I (z.B. einen Motor) in der einen oder anderen Richtung antreibt. Der Ausgangswert y wird in der Rückführung entsprechend der Funktion der Rückführung in x_r umgewandelt. An der Vergleichsstelle V wird χ mit x^ verglichen. Erreicht χ den Wert x_w# so wird χ = 0 und infolgedessen auch der Ausgangswert y_ = 0. Das integrale Stellglied I bleibt stehen und entsprechend der Funktion der Rückführung verringert sich nun der Wert x_r wieder, und wenn beim Vergleich mit x^ der Wert (^ - χ ) größter als der halbe Schaltabstand wird, wird y wieder positiv. Dieser Vorgang wiederholt sick, bis die Regelabweichung zu null wird. Die Regelung findet nicht kontinuierlich sondern in einzelr nen aufeinanderfolgfinden Impulsen statt. Wenn man einen plötzlich auftretenden Regelwertsprung annimmt, wie in Fig. 2a dargestellt, so ergibt sich der Regler-· ausgangswert y , wie in Fig. 2b dargestellt· ,The previously known three-point controllers with feedback operate according to the principle shown in FIG. 1 of the drawing. If the input value χ. exceeds the switching distance s upwards or downwards, there is a positive or negative output y _e , which drives an integrally acting actuator I (eg a motor) in one direction or the other. The output value y is converted _{into x r} in the feedback according to the function of the feedback. At the comparison point V, χ is compared with x ^ . If χ reaches the value x _{w #,} then χ = 0 and consequently also the output value y_ = 0. The integral actuator I stops and, according to the function of the feedback, the value x _r decreases again, and if when comparing with x ^ the Value (^ - χ) is greater than half the switching distance, y becomes positive again. This process is repeated until the system deviation becomes zero. The regulation does not take place continuously but in individual successive impulses. If one assumes a sudden change in control value, as shown in Fig. 2a, the controller output value y results, as shown in Fig. 2b,

Nach der ersten Ausschaltung des Reglerausgangs·* wertes folgen einzelne kurzzeitige Sinechaltungen.After the controller output · * value has been switched off for the first time, individual brief switching operations follow.

INSPECTEDINSPECTED

Pig. 2c zeigt den Verlauf der Stellgröße y. Diese steigt bei eingeschaltetem Stellglied mit etwa konstanter Geschwindigkeit an, bei ausgeschaltetem Stellglied wird y konstant gehalten.Pig. 2c shows the course of the manipulated variable y. When the actuator is switched on, this increases at a roughly constant rate Speed on, when the actuator is switched off, y is kept constant.

Demgegenüber ist der Dreipunktregler gemäß der Erfindung im wesentlichen gekennzeichnet durch eine Rückführung, die auf beide Schalter in der Weise einwirkt, daß der Schaltabstand vergrößert und dadurch der eingeschaltete Schalter ausgeschaltet wird.In contrast, the three-point controller according to the invention is essentially characterized by a Feedback, which acts on both switches in such a way that the switching distance increases and thereby the switched on switch is switched off.

Bei dem Dreipunktregler nach der Erfindung wird der Äusgangswert χ der Rückführung nicht mit dem Regelistwert direkt verglichen, sondern die Schaltung im Schaltglied wird dadurch zurückgeschaltet, daß die Rückführung den Schaltabstand vergrößert,und zwar nach beiden Richtungen, sowohl im Sinne eines steigenden als auch in dem eines fallenden Regelwertes.In the three-point controller according to the invention, the output value χ of the feedback is not with the Actual control value compared directly, but the circuit in the switching element is switched back in that the Feedback increases the switching distance, namely after in both directions, both in the sense of a rising as well as a falling control value.

Für die Erfindung ist die besondere Art und Anordnung der Rückführung wesentlich, welche auch bei elektrischen oder elektronischen Reglern noch nicht bekannt ist und welche für den Regelablauf «praktisch wichtige Vorteile bietet. Der Umstand, daß bei dem ferfindungsgemäßen Dreipunktregler die Rückführung nicht den Eingangswert x_Q des Schaltgliedes vergrößert,The special type and arrangement of the feedback is essential for the invention, which is not yet known even in the case of electrical or electronic controllers and which offers practically important advantages for the control sequence. The fact that in the three-point controller according to the invention, the feedback does not increase the input value x _{Q of} the switching element,

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um die Schaltung zu bewirken, hat die Vergrößerung der Nichtlinearität zur Folge. Damit wird bei geeigneter Abstimmung die Dämpfung erhöht und ein schnelles Abklingen von plötzlichen oder größeren Sprüngen der Regelgröße erzielt.to effect the circuit results in the increase in non-linearity. This will be appropriate for Voting increases the damping and the rapid decay of sudden or larger jumps Controlled variable achieved.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können die Schalter durch ein Zwischenglied geschaltet werden, welches durch den Meßwert in einer Richtung und durch die Rückführung in einer anderen, vorzugsweise dazu etwa senkrechten Richtung verschoben wird.According to an advantageous embodiment of the invention, the switches can be through an intermediate member which can be switched by the measured value in one direction and by the feedback in another, is preferably shifted to approximately perpendicular direction.

Eine zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung ist ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter durch ein Zwischenglied geschaltet werden, welches vom Meßwert gedreht und von der Rückführung in axialer Richtung verschoben wird oder umgekehrt.An expedient embodiment of the invention is further characterized in that the switches be switched by an intermediate member, which rotates from the measured value and from the return in the axial Direction is shifted or vice versa.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht, wie in der nachstehenden Beschreibung näher erläutert wird.In the drawing, the invention is illustrated, for example, as in the description below is explained in more detail.

Fig. 5 soll die Arbeitsweise des Reglers versinnbildlichen. Im Schaltglied ist die Funktion desFig. 5 is intended to symbolize the operation of the controller. The function of the

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Reglerausgangswertes y dargestellt einmal vor Einschaltung der Rückführung a) und einmal nach Wirkung der Rückführung b). Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die normale Regelung genauso arbeitet wie bei den bekannten Dreipunktreglern, daß aber bei plötzlichen starken Abweichungen der Regelgröße der Regler unempfindlicher wird, d.h. weniger zu großen Pendelungen neigt. Außerdem braucht man nur eine Rückführung, die das Einstellen des Reglers erleichtert und die, was b esonders bei einem pneumatischen Regler zutrifft, eine Vereinfachung im Aufbau und deshalb eine Ersparnis der Fertigungskosten des Reglers bedeutet.Controller output value y shown once before switch-on the return a) and once after the return b). This arrangement has the advantage that the normal regulation works in the same way as with the known three-point regulators, but that with sudden ones large deviations in the controlled variable the controller becomes less sensitive, i.e. less excessive oscillations tends. In addition, you only need a feedback that makes setting the controller easier and what Particularly in the case of a pneumatic controller, a simplification of the structure and therefore a saving the manufacturing costs of the controller means.

Im folgenden soll ein Beispiel eines der Erfindung entsprechenden pneumatischen Dreipunktreglers anhand der schematischen Darstellung Fig. 4 beschrieben werden.The following is an example of a pneumatic three-point controller corresponding to the invention the schematic representation of FIG. 4 will be described.

Der Regler soll den Druck eines Gases in dem Druckbehälter 10 konstant halten. Der Zufluß kommt von links über das Ventil 11, das während des Betriebes ge- ■ öffnet ist. Die Regelung soll durch Stellen des durch eine Membran betätigten Abflußventiles 12 erfolgen. Druck in der Membrankammer I5 bewirkt Schließen des Ventiles.The regulator is supposed to control the pressure of a gas in the pressure vessel Keep 10 constant. The inflow comes from the left via the valve 11, which is activated during operation is open. The regulation is to take place by setting the drain valve 12 actuated by a membrane. Pressure in the diaphragm chamber I5 causes the valve to close.

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Die Schaltung des Reglers erfolgt durch zwei Strahl- und Fangdüsen-Schalter 14 und I5, von denen Fig. 5 einen schematischen Querschnitt zeigt. Der Luftdruck wird in eine Strahldüse 16, die gegenüber einer Fangdüse I7 angeordnet ist, eingeleitet. Zwischen Strahl- und Fangdüse schiebt sich das Abdeckblech 18 hinein. Je nach der Stellung des Abdeckbleches wird der Luftdruck durch die Strahldüse in die Fangdüse geleitet oder (wenn das Blech die Fangdüse ganz abdeckt) der Luftdruck zurückgehalten, so daß die Auffangdüse die Leitung entlüftet.The controller is switched by two jet and catch nozzle switches 14 and I5, one of which Fig. 5 shows a schematic cross section. The air pressure is in a jet nozzle 16, which is opposite a collecting nozzle I7 is arranged, initiated. The cover plate slides between the blasting nozzle and the collecting nozzle 18 inside. Depending on the position of the cover plate, the air pressure through the jet nozzle into the Catching nozzle passed or (if the sheet metal completely covers the catching nozzle) the air pressure is retained so that the The collecting nozzle vents the line.

Das Abdeckblech 18 hat zwei schräge Steuerkanten 19 und 20, die in Nullstellung die Strahl- und Fangdüsenschalter 14 und I5 gerade abdecken. Das Abdeckblech 18 wird vom Manometer 21 parallel verschoben, bezogen auf Fig. 4 nach oben bei steigendem Druck, nach unten bei fallendem Druck. Das Manometer 21 besteht aus einem fest eingebauten Balg 22, der sich gegen die Feder 24 abgestützt und dessen Innenraum mittels der Leitung 2j5 mit dem Druckbehälter verbunden ist. Durch die Lenkstange 25 wird die Bewegung des Manometers auf die Abdeckplatte 18 übertragen. Durch die Rückführung 26, die später beschrieben wird, kann die Abdeckplatte 18 in Bezug auf Fig.The cover plate 18 has two inclined control edges 19 and 20, which in the zero position just cover the jet and catch nozzle switches 14 and I5. The cover plate 18 is displaced in parallel by the manometer 21, in relation to FIG. 4 upwards with increasing pressure, downwards with decreasing pressure. The manometer 21 consists of a permanently installed bellows 22 which is supported against the spring 24 and the interior of which is connected to the pressure vessel by means of the line 2j5. The movement of the manometer is transmitted to the cover plate 18 by the handlebar 25. By means of the return 26, which will be described later, the cover plate 18 with reference to FIG.

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nach links verschoben werden. Die Rückführung greift dabei mittels der Gleitführung 27 an dem Abdeckblech an, um die Bewegung durch das Manometer 21 nicht zu stören.moved to the left. The return engages the cover plate by means of the sliding guide 27 in order not to disturb the movement through the manometer 21.

Von dem Schalter 14 geht eine Leitung 28 zu den Mikroschaltern 29 und 50, und vom Schalter 15 geht eine Leitung 53 zu den Mikroschaltern 51 und 52* und zwar jeweils in den Eingang 1.A line 28 is connected from switch 14 microswitches 29 and 50, and from switch 15 a line 53 goes to microswitches 51 and 52 * in each case in entrance 1.

Die Schalter 50 und 52 steuern den Zu- und Abfluß zur Membrankammer I5 des Regelventils 12. Die Eingänge 2 dieser Schalter sind offen,, die Eingänge 5 geschlossen. Der Eingang 4 des Schalters 50 ist offen, der Ausgang 5 steht über ein einstellbares Drosselventil 54 mit der Leitung 55 und damit mit der Membrankammer \j> in Verbindung. Der Eingang 4 des Sehalters 52 erhält Zuluft über die Leitung 57, der Ausgang 5 steht über ein einstellbares Drosselventil ~$6 Mit der Leitung ^o in Verbindung.The switches 50 and 52 control the inflow and outflow to the diaphragm chamber I5 of the control valve 12. The inputs 2 of these switches are open, the inputs 5 are closed. The input 4 of the switch 50 is open, the output 5 is connected via an adjustable throttle valve 54 with the line 55 and thus with the diaphragm chamber \ j> . The input 4 of the Sehalters 52 receives supply air via the line 57, the output 5 is connected to the line ^ o via an adjustable throttle valve ~ $ 6 .

Die Eingänge 2 der Schalter 29 und 5I. sind offen, die Eingänge 5 geschlossene Die Eingänge 4 erhalten Zuluft über die Leiimng 57. Die Ausgänge 5 sind miteinander verbunden durch die Leitung 58, von der die gemeinsameThe inputs 2 of switches 29 and 5I. are open, The inputs 5 are closed. The inputs 4 receive supply air via the piping 57. The outputs 5 are connected to one another connected by line 58, of which the common

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Leitung über die Vordrossel 39 und die einstellbare Drossel 45 zu dem Rückführbalg 40 führt. Zwischen Drossel 39 und 45 ist eine Leitung 43 angeschlossen, die über eine weitere einstellbare Drossel 44 ins Freie führt. Der Rückführbalg 40 ist fest eingebaut und stützt sich gegen die Feder 42 ab. Die Stange 41 verbindet den Rückführbalg mit der Gleitführung 27· Durch diese kann der Rückführbalg, wenn Druck in ihm vorhanden ist, das Abdeckblech 18 parallel nach links, auf Fig. 4 bezogen, verschieben.Line via the choke 39 and the adjustable Throttle 45 leads to the return bellows 40. A line 43 is connected between throttle 39 and 45, which leads to the outside via a further adjustable throttle 44. The return bellows 40 is permanently installed and is supported against the spring 42. The rod 41 connects the return bellows with the sliding guide 27 · Through this, the return bellows, if there is pressure in it, can move the cover plate 18 parallel to it to the left, based on FIG. 4, move.

Findet eine Druckerhöhung im Behälter 10 statt, so schiebt das Manometer 21 das Abdeckblech 18 nach oben. Die Strahl- und Fangdüse 14 erhält Luftdruck, der über die Leitung 28 die Mikroschalter 29 und 30 betätigt. Der Schalter 30 verbindet nun die Membrankammer 13 des Regelventils 12 über die Leitung 35 und das Drosselventil 3^ ^mit der Atmosphäre. Dadurch kann Druckluft aus der Membrankammer 13 entweichen, und das Regelventil 12 öffnet sich mehr. Gleichzeitig leitet der Schalter 29 über Leitung 37 und 38 und Vordrossel 39 und Drossel 45 Luftdruck in den Rückführbalg 40. Das Abdeckblech 18 wird nach links geschoben, bis es wieder den Luftstrom durch die Strahl- und Fangdüse 14 unterbricht und die Leitung 28 entlüftet. DieIf there is an increase in pressure in the container 10, the pressure gauge 21 pushes the cover plate 18 upwards. The jet and catch nozzle 14 receives air pressure which actuates the microswitches 29 and 30 via the line 28. The switch 30 now connects the diaphragm chamber 13 of the control valve 12 via the line 35 and the throttle valve 3 ^ ^with the atmosphere. This allows compressed air to escape from the diaphragm chamber 13 and the control valve 12 opens more. At the same time, the switch 29 conducts air pressure into the return bellows 40 via lines 37 and 38 and choke 39 and choke 45. The cover plate 18 is pushed to the left until it again interrupts the air flow through the jet and catch nozzle 14 and the line 28 is vented. the

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Mikroschalter 29 und 30 schalten zurück. Die Leit ung 35 wird nach außen abgeschlossen. Der Druck in der Membrankammer I3 bleibt bestehen und das Regelventil bleibt in seiner Stellung, Die Leitung wird von der Zuluft getrennt. Über die Drosseln 44. und 45 entweicht der Druck aus dem Rückführbalg 4o. Die Feder 42 schiebt? das Abdeckblech 18 nach rechts, bis es die Fangdüse 14 wieder freigibt und sich damit der ganze Vorgang wiederholt.Microswitches 29 and 30 switch back. The Leit ung 35 is closed to the outside. The pressure in the diaphragm chamber I3 remains and the control valve remains remains in its position, the line is disconnected from the supply air. About the chokes 44. and 45 the pressure escapes from the return bellows 4o. The spring 42 pushes? the cover plate 18 to the right, until it releases the collecting nozzle 14 again and the whole process is repeated.

In dieserWeise arbeitet der Regler in ununterbrochenen Schritten, wobei die Schritte bei kleinen Regelabweichungen kleiner ausfallen als bei großen.In this way the regulator works in uninterrupted fashion Steps, whereby the steps are smaller for small system deviations than for large ones.

Ist der Sollwert der Regelgröße erreicht und die Rückführung zurückgegangen, so deckt das Abdeckblech 18 beide Fangdüsen ±% 14 und I5 ab und der Regler" bleibt.in Ruhe.If the setpoint of the controlled variable has been reached and the feedback has decreased, then the cover plate 18 covers both collecting nozzles ±% 14 and I5 and the controller “remains idle.

Sinkt der Druck im Behälter 10, so zieht das Mano meter 21 das Abdeckblech nach unten und gibt die Strahl- und Fangdüse yf frei. Druck gelangt in die Mikroschalter 31 und 32 durch die Leitung 33. Schalter 32 schaltet Zuluft aus Leitung 37 über das einstellbare Drosselventil 36 in die Membrankammer 13* das Regelventil 12 bewegt sich in Schließrichtung. Der RückführvorgangIf the pressure in the container 10 drops, the manometer 21 pulls the cover plate down and releases the jet and catch nozzle yf . Pressure reaches the microswitches 31 and 32 through the line 33. Switch 32 switches supply air from line 37 via the adjustable throttle valve 36 into the diaphragm chamber 13 * the control valve 12 moves in the closing direction. The return process

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erfolgt genau wie oben für steigenden Behälterdruck beschrieben und das Schließen des Regelventils 12 wird unterbrochen. In einzelnen Schritten wird das Regelventil 12 so lange in Schließrichtung bewegt, bis der Druck im Behälter 10 den Sollwert erreicht.takes place exactly as described above for increasing tank pressure and the closing of the control valve 12 will be interrupted. The control valve 12 is moved in the closing direction in individual steps as long as until the pressure in the container 10 reaches the setpoint.

Durch Drosseln der Drosselventile ^4 und ~j6 kann das öffnen und Schließen des Regelventils 12 verlangsamt werden und in Verbindung mit der Drosselung des Drosselventils 45, das dieRückführung verlangsamt, die Frequenz der Regelimpulse und auch das Integralverhalten des Reglers eingestellt werden. Durch Einstellen des Drosselventils 44 wird die Kraft der Rückführung beeinflußt. Man kann dadurch die Starke der Impulse, also etwa den Proportionalbereich oder die Verstärkung einstellen.By throttling the throttle valves ^ 4 and ~ j6 , the opening and closing of the control valve 12 can be slowed down and, in conjunction with the throttling of the throttle valve 45, which slows down the feedback, the frequency of the control pulses and also the integral behavior of the controller can be adjusted. By adjusting the throttle valve 44, the force of the return is influenced. This allows you to set the strength of the impulses, for example the proportional range or the gain.

In Fig. 6 der Zeichnung ist eine Anordnung dargestellt, bei der das Zwischenglied vom Meßwert gedreht wird und bei der die Düsen von der Rückführung in axialer Richtung verschoben werden. In der Fig. 6 sind der besseren Übersichtlichkeit halber die Lager der Achse 101, um die das Zwischenglied vom Meßwert (Manometer) über den Hebel 102 gedreht wird, fortgelassen. Die übrigen Bezugszeichen derIn Fig. 6 of the drawing, an arrangement is shown in which the intermediate member of the measured value is rotated and in which the nozzles are moved by the return in the axial direction. In the For the sake of clarity, FIG. 6 shows the bearings of the axle 101 around which the intermediate member of the measured value (manometer) is rotated via the lever 102, omitted. The other reference numerals of the

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Fig. 6 entsprechen sinngemäß den vorstehend beschriebenen Teilen. Der Dreipunktregler gemäß Fig. 6 ist vor allem dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter durch ein Zwischenglied geschaltet werden, welches vom Meßwert gedreht und von der Rückführung in axialer Richtung verschoben wird oder umgekehrt (Ansprüche 2 und J5). Der besondere Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß auf das Zwischenglied keine größeren Kräfte oder Reibungen wirken, welche das Meßresultat beeinflussen könnten. Dadurch erhält man eine größtmögliche Genauigkeit der Regelung.Fig. 6 correspond mutatis mutandis to the parts described above. The three-point controller according to FIG. 6 is mainly characterized in that the switches are switched by an intermediate element, which is rotated by the measured value and shifted by the feedback in the axial direction or vice versa (claims 2 and J5). The particular advantage of this arrangement consists in the fact that no major forces or frictions act on the intermediate member, which would affect the measurement result could influence. This results in the greatest possible accuracy of the regulation.

Der beschriebene Regler ist als pneumatischer Regler gedacht. Er arbeitet mit Strahl- und Fangdüsen als Schalter. Ohne vom Erfindungsprinzip abzugehen, können stattdessen auch Düsen mit Prallplatten verwendet werden. Ebenso könnte der Regler mit hydraulischem Antrieb arbeiten oder das Prinzip auch auf elektrische Regler angewandet werden*The controller described is intended as a pneumatic controller. He works with jet and catch nozzles as a switch. Without departing from the principle of the invention, nozzles with baffle plates can also be used instead will. Likewise, the controller could work with a hydraulic drive or the principle could also work with an electric drive Controllers are applied *

Ansprüche 409821/09 5 5 Claims 409821/09 5 5

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Claims

Patent claims * £ ο ο η / υ

1. Three-point controller, where when falling and when rising Measured value of the controlled variable after overcoming a switching distance each switch is operated, of which one switches on the activity of an integral actuator, the other switches it off, marked by a feedback that acts on both switches in such a way that the switching distance increases and thereby the switched-on switch is switched off.

2. Three-point controller according to claim 1, characterized in that the switches are connected by an intermediate member that by the measured value in one direction and by the return in an approximately perpendicular to it Direction is shifted.

3. Three-point controller according to claim 1, characterized in that the switches are connected by an intermediate member that is rotated by the measured value and shifted by the feedback in the axial direction or vice versa.

SAMSON APPARATEBAU A.G. vertreten durch:SAMSON APPARATEBAU A.G. represented by:

(Edmund F.Eitηer) Patentanwalt(Edmund F.Eitηer) Patent attorney

4 09821/09554 09821/0955

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