DE2335996A1

DE2335996A1 - Steuer- und regeleinrichtung

Info

Publication number: DE2335996A1
Application number: DE19732335996
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: BIAS SYDNEY C
Current assignee: BIAS SYDNEY C
Priority date: 1973-07-16
Filing date: 1973-07-16
Publication date: 1975-02-06

Description

14.7.73 LU/ES/sw L-OB 1

Sydney C. Bias, Scott Depot, USA

Steuer- und Regeleinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Steuer- und Regeleinrichtung zur Verwendung in Verbindung mit einem Druckdifferenzmessinstrument. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Steuer- und Regeleinrichtung, die eine Hoch- und eine Niederdruckseite aufweist und mit einer von einer Drosselstelle, z.B. einer Prozessblende kommenden Hessblendenleitung und einem Druckdifferenzmessinstrument verbindbar ist.

Beim Mengentransport eines Strömungsmittels wird normalerweise die Durchflussgeschwindigkeit mittels einer Blende gemessen. Und zwar wird dazu die sich, aufgrund der Fliessrichtung ergebende Druckdifferenz an der Blende benützt; d.h. die stromaufwärtsliegende Seite der Blende weist einen tiohen Druck auf, während die stromabwärtsliegende Seite der Blende niedrigen Druck aufweist. An die Messleitungen der Blende ist bei be~ kannten Einrichtungen ein Druckdifferenzmessinstrument angeschlossen,

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das derart gestaltet ist, dass die Durchflussmenge in Abhängigkeit vom Druckunterschied an den Seiten der Blendenöffnung bestimmt wird. Gelegentlich wird bei einer Störung des Systems das zu messende Medium, bzw. eine bestimmte Durchflussmenge des nachfolgend als Prozessmedium oder Prozessmaterial bezeichneten Strömungsmittels einen Weg in die Messblendenleitung finden und die Anzeige eines unzuverlässigen oder unbrauchbaren Wert veranlassen. In manchen Fällen, wo die Störungen gross sind, kann das Medium in das Druckdifferenzmessinstrument gelangen und Schaden verursachen. Es besteht daher ein Bedürfnis, nach einer Steuer- und Regeleinrichtung bzw. einem Vielfach-Steuergerät oder Instrument zum Schutz des Messinstrumentes und zur Entleerung bzw. Klärung der Messblendenleitungen von dem Prozessmaterial, welches einfach, wirksam und billig ist. Verschiedene bekannte Einrichtungen dieser Art wurden untersucht, doch konnten sie die notwendigen Anforderungen nicht erfüllen. (Vgl. z.B. US-PS 2 832 221, US-PS 3 381 532 und US-PS 3 105 384.)

Durch die Erfindung wird eine Steuer- und Regeleinrichtung geschaffen, die die benötigten Schutzeigenschiften in sich vereinigt und die ausserdem ein erleichtertes Entfernen v<*fl Prozessmaterial aus a&r Blenden^ Messleitung gestattet. Diese Eiηrichtung ist billig und kann zwecks Ersatz oder Reparatur schnell abgeiKHpien werden. Eine s<?1che Steuer- und Regeleinrichtung besteht erfirvdungsfemäss aus einem Gehäuse, das einen ersten Kanal aufweist, der von einem Einlass für den Anschluss der Hochdruck-Messblendenleitung m Gehäuse an einer Seite des Gehäuses ausgeht und einen zweiten Kanal aufweist, der von einem Einlass für den

Abschluss der Niederdruck-Messblendenleitung an einer Seite des Gehäuses am Gehäuse ausgeht, und ferner das Gehäuse einen dritten und vierten getrennten Kanal aufweist, die jeweils mit den ersten und zweiten Kanälen kommunizieren und wobei das Gehäuse weitere Durchtritte aufweist, die sich vom dritten Kanal zu Oeffnüngen an der Aussenseite des Gehäuses erstrecken und Mittel zum Einführen eines unter Druck stehenden Mediums in den vierten Kanal vorgesehen sind, wobei Druckausgleichsmittel im dritten Kanal eingesetzt sind und im Gehäuse integrierte und im ersten und zweiten Kanal gegenüber dem dritten Kanal angeordnete Ventilmittel vorgesehen sind und andere im Gehäuse integrierte Ventilmittel vorgesehen sind, die im ersten und im zweiten Kanal gegenüber dem vierten Kanal angeordnet sind, wobei die Ventilmittel gegenüber dem vierten Steuer- und Regelmittel aufweisen, die den Durchtritt von unter Druck stehendem Arbeitsmittel bzw. Strömungsmediums bei üeberdruck gegenüber dem ersten und zweiten Kanal gestatten.

Weitere Merkmale und Vorteile der Steuer- und Regeleinrichtung nach der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausrührungsbeispiels des Gegenstandes der Erfindung an Hand von Zeichnungen, in denen gleiche Teile in den verschiedenen Figuren gleiche Bezugszeichen haben.

Es zeigt:

Fig. 1 ein einfaches Fliessschema einer Einrichtung nach der Erfindung,

wobei der Erfindungsgegenstand in Verbindung mit einer Blende und einen

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Druckdifferenzmessinstrument dargestellt ist, Fig. 2 ein Schrägrissbild der Vorderseite der Einrichtung, Fig. 3 ein Schrägrissbild der Rückseite der Einrichtung, Fig. 4 einen Schnitt der Einrichtung entlang der Linie C-C irr Fig. 3, Fig. 5 einen Schnitt der Einrichtung entlang der Linie A-A¹ in Fig. 3, Fig. 6 einen Schnitt der Einrichtung entland der Linie B-B¹ in Fig. 3, und Fig. 7 eine vergrösserte Darstellung des Ausschnittes D in Fig. 4.

Nach Figur 1 wird das Strömungsmedium (in der Richtung des Pfeiles fliessend) durch die übertragungsleitung 1 und durch die Blende 2 befördert. Die Blende 2 wird nachfolgend als Prozessblende bezeichnet. In dieser Anordnung ist die Messblendenleitung 3 mit der Hochdruckseite der Prozessblende 2 verbunden, wogegen die Messblendenleitung 4 mit der Niederdruckseite der Prozessblende 2 verbunden ist. Ueblicherweise wird zur Feststellung der Druckdifferenz in einer Prozessblende und zur Bestimmung der Durchflussgeschwindigkeit des gemessenen Strömungsmediums ein Druckdifferenzmessinstrument an die Messblendenleitungen 3 und 4 angeschlossen. Ein Strömungsmittel, z.B. Gas, meist Gegendruckgas genannt, wird gegen den Druck in der Messblendenleitung aufgeboten und zwar in genügender Menge, um das zu messende Strömungsmedium am Eintritt in das Instrument zu hindern. Die Druckdifferenz wird bekannterweise durch ein Druckdifferenzmessinstrument 5 gemessen, welches zur Anzeige der Fliessgeschwindigkeit des Strömungsmediums in der Blende der Leitung 1 geeicht ist.

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Gemäss Figur 1 ist zwischen die Messblendenleitungen 3 und 4 und das Druckdifferenzmessinstrument 5 die Regel- und Steuereinrichtung 6, welche den Gegenstand der Erfindung bildet, eingeschaltet. Die Hochdruck-Messblendenleitung 3 tritt in die Steuer- und Regeleinrichtung 6 am Einlass 7 ein und die Niederdruck-Hessblendenleitung 4 gelangt über den Einlass 8 in die Steuer- und Regeleinrichtung 6.

Die Leitung 9 des DruckdifferenzmessInstrumentes 5 ist an die Hochdruckseite der Regel- und Steuereinrichtung 6 an der Oeffnung 10 angeschlossen. Die Leitung 11 des Druckdifferenzmessinstrumentes 5 ist entsprechend an die Niederdruckseite der schützenden Steuer- und Regeleinrichtung 6 an der Oeffnung 12 angeschlossen.

Mit dem Bezugszeichen 13 ist jener Punkt am Gehäuse der Steuer- und Regeleinrichtung 6 bezeichnet, wo das Arbeitsmittel des Druckdifferenzmessinstrumentes 5 z.B. das oben genannte "Gegendruckgas" (oder auch "Vergleichsgas") in die Steuer- und Regeleinrichtung 6 eintritt.

In Figur 2 bezieht sich das Bezugszeichen 14 auf das Gehäuse der Steuer- und Regeleinrichtung 6. An der Hochdruckseite der Steuer- und Regeleinrichtung 6 sind Ventile 15, 16 und 17 vorgesehen. Die Ventile 18, 19 und 20 sind an der Niederdruckseite des Gehäuses 14 der Regel- und Steuereinrichtung 6 angeordnet. Ein Ventil 21 steuert den Fluss des das Messinstrument steuernden Arbeitsmittels(Vergleichsgas, Gegendruckgas) zur Steuer- und Regeleinrichtung 6, wobei das "Gegendruckgas" Luft oder Stickstoff sein kann. Ein Ventil 22 regelt den Druck innerhalb der

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Steuer- und Regeleinrichtung 6. Die Oeffnungen 23 und 24 sind für Manometeranschlüsse (nicht dargestellt) vorgesehen, welche an der Hoch- und Niederdruckseite der Steuer- und Regeleinrichtung 6 zum Zweck der Prüfung des Druckdifferenzmessinstrumentes 5 angeordnet sein können.

In der Figur 3 sind die Einlasse 7 und 8 der Hochdruck-i'essblendenleitung 3 und der Niederdruck-Messblendenleitung 4 erkennbar. Die Bezugszeichen 10 und 12 zeigen die Oeffnungen für das Druckdifferenzmessinstrurrent 5 am Steuer- und Regeleinrichtung 6 an, an die die Leitungen 9 und 11 gemäss Figur 1 angeschlossen sind. Das Instrumentarbeitsmittel (Gegendruckgas) z.B. Luft, gelangt über die Oeffnung 13 in die Steuer- und Regeleinrichtung 6.

Gemäss Figur 4 wird die Hessblendenleitung 3 nach Figur 1 von der Hochdruckseite der Prozessblende 2 am Einlass 7 der Steuer- und Regeleinrichtung 6 angeschlossen. Die Messblendenleitung 4 nach Figur 1 von der Niederdruckseite der Prozessblende 2 wird an der Steuer- und Regeleinrichtung 6 am Einlass 8 angeschlossen. Der Einlass 7 ist mit einem Kanal 26 verbunden, der nachfolgend gelegentlich als Hochdruckkanal bezeichnet wird, und der Einlass 8 ist mit einem Kanal 27 verbunden, der nachfolgend gelegentlich als Niederdruckkanal bezeichnet wird, und zwar jeweils über Verbindungsbohrungen 52 und 53.

Bei normaler Funktion sind die Ventile 16, 17, 19 und 20 wie gezeigt geöffnet. Die Ventile 15 und 18 sind geschlossen. Die Ventilkörper 28, 29

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30 und 31 sind aus vollem Material und sind derart gestaltet, dass sie gegen die Ventilsitze 32, 33, 34 und 35 abdichten. Die Ventilsitze können aus Metall gebildet werden, bestehen aber vorzugsweise aus einem Tetrafluoräthylen-Polymer, bekannt unter dem Handelsnamen Teflon. Die Ventilkörper 36 und 37 der Ventile 15 und 18 sind nicht aus vollem Material, sondern haben eine besondere Form zur Aufnahme von porösen metallischen Drosseln 38 und 39. Die porösen metallischen Drosseln 33 und 39 sind derart gestaltet, dass sie in die Ventilkörper 36 und 37 eingesetzt werden können und für die Reinigung und den Ersatz leicht herausgenommen werden können. Am Boden der Drossel 38 im Ventilkörper ist eine Oeffnung bzw. ein Anzapfloch 40 vorgesehen, das mit dem Kanal 26 direkt kommuniziert und offen ist. Im Boden der Drossel 39 des Venti!körpers 37 ist entsprechend eine Oeffnung, bzw. ein Anzapfloch 41 vorgesehen, das direkt mit dem Kanal 27 kommuniziert und offen ist. Die Ventilsitze 42 und 43 sind an den Ventil körpern 36 und 37 aer Ventile 15 und 18 zur Dichtung vorgesehen.

Bei normaler Funktion wird das, das Messinstrument 5 steuernde Arbeitsmittel, z.B» Luft oder Stickstoff ("Gegendruckgas") bei genügendem Druck durch das Ventil 21 in den Kanal 44 bzw. 45 eingebracht. Das das instrument^ teuernde Arbeitsmittel (Gegendruck-,Vergleichsgas) strömt dann durch die porösen Drosseln 38 und 39 und die Anzapflöcher 40 und 41 in die Hochdruck- bzw. Niederdruckkanäle 26 und 27 und zwar in ausreichender Menge um den hohen, bzw. niederen Druck in den Messblendenleitungen 3 und 4 zu kompensieren. Die Drosseln 38 und 39 in den Ventilkörpern 36

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und 37 sind für die präzise Regelung des das Messinstrument 5 steuernden Arbeitsmittels verantwortlich, wenn dieses durch die Kanäle 44 und in die Kanäle 26 und 27 gelangt.

Das das Messinstrument steuernde Arbeitsmittel gelangt unter hohem Druck in den Kanal 48 und unter niedrigem Druck in den Kanal 47 und strömt dann zum Druckdifferenzmess instrument, wie in Figur 6 besser erkennbar ist.

Die Ventilkörper 36 und 37 der Ventile 15 und 18 sind zur Aufnahme von herkömmlichen Blenden oder Drosseln ausgerüstet. Bevorzugt werden dabei poröse metallische Drosseln, da gefunden wurde, dass diese die feine Regelung ergeben, welche zur Regulierung des Druckes in der Steuer- und Regeleinrichtung 6 notwendig ist. Besonders geeignete Drosseln sind die im Handel erhältlichen der Firma Matt Metallurgial Corp., Farmington, Connecticut, USA. Die Ventilkörper 36 und 37 sind kegelig und mit Schraubervgewinde zur besonderen Aufnahme dieses Types von Drosseln ausgerüstet. Obwohl die genannten Drosseln sich als sehr zufriedenstellend erwiesen haben, kann man natürlich auch andere beliebige Drosseleinrichtungen, z.B. Blenden, in den Ventilkörper einsetzen. Es liegt im Rahmen dieser Erfindung, dass die Ventilkörper und 37 als eine Einheit speziell ausgebildet werden und zur Regelung der Luft-Durchflussmenge an den Kanä'len 44 und 45 geeignet sind.

Nach Figur 5 gelangt das das Messinstrument steuernde Arbeitsmittel von

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einer äusseren nicht dargestellten Quelle über die Oeffnung 13 durch die Bohrung 54 in die Steuer- und Regeleinrichtung 6. Die"Durchflussmenge wird mittels des Ventils 21 geregelt, das unter normalen Betriebsbedingungen, wie gezeigt, in der Offenstellung ist.

Gemäss Figur 6 gelangt das das Messinstrument steuernde Arbeitsmittel hohen Druckes vom Hochdruckkanal 26 in den Kanal 48 und das das Hessinstrument steuernde Arbeitsmittel niedrigen Druckes vom Hiederdruckkanal 27 in den Kanal 47. Bei normalem Betrieb ist das Bypassventil 22 geschlossen,wie dargestellt und damit die Niederdruckseite der Steuer- und Regeleinrichtung 6 von der Hochdruckseite getrennt. Die Bohrungen 55 und 56 erstrecken sich von den Kanälen 47 und 48 zu den Oeffnungen IO und 12. Die Oeffnungen 10 und 12 sind zum Anschluss der Hoch- und Niederdruckleitung 9 und 11 des Druckdifferenzmessinstrumentes 5 gemäss Figur 1 ausgebildet, an dem die jeweilige Ablesung vorgenommen werden kann. Zum„Ausgleich des Druckes an beiden Seiten der Regel- und Steuereinrichtung 6 wird das Bypassventil 22 geöffnet und das Messinstrument-Arbeitsmittel erreicht über den Durchgang 49 einen Druckausgleich.

Figur 7 zeigt eine vergrösserte Ansicht des Ventilkörpers 37 aus Figur Bei normalem Betrieb tritt das das Messinstrument steuernde Arbeitsmittel aus der Bohrung 45 in die Drossel 39 über die Passage 50, durch poröses Material 51 und dann zum Anzapfloch 41, welches mit dem Niederdruckkanal 27 in Verbindung steht. Der Ventilkörper 36 hat den gleichen Aufbau wie dieses Element.

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Eine Steuer- und Regeleinrichtung gemäss dem Gegenstand der Erfindung hat mehrere einzigartige Merkmale.

Es bildet eine Sicherungseinrichtung derart, dass, wenn unausgeglichene Bedingungen auftreten und das zu messende Strömungsmedium in der Leitung 1 der Figur 1 in die Messblendenleitung 3 und 4 getrieben wird, es mit einer Regel- und Steuereinrichtung 6 zwischen der Blende 2 der Leitung 1 und dem Messinstrument 5 verhindert werden kann, dass das Strömungsrr-edium in das Messinstrument 5 eintritt und dort Schäden verursacht.

Ferner ist die Anwendung der Regel- und Steuereinrichtung 6 bei unausgeglichener Bedingungen im Strömungsmedium-Uebertragungs-System von Vorteil, wenn das Strömungsmedium bzw. Prozessmaterial in die Messblendenleitung 3 und 4 gedruckt wird. Die Messblendenleitungen 3 und 4 müssen dann vor dem Messbetrieb geklärt werden, damit zuverlässige Ablesungen erreichbar sind. Die Regel- und Steuereinrichtung 6 nach dem Erfindungsgegenstand sieht hiezu ein Verfahren zur Entfernung dieses Materials vor. Dazu werden die Ventile 16 und 19 geschlossen, die Ventile 17 und 20 geöffnet und die Ventile 15 und 18 geöffnet, um den vollen Durchfluss des das Messinstrument steuernden Arbeitsmittels durch die Regeleinrichtung 6 in die Messblendenleitung 3 und 4 zu gestatten. Dadurch wird jedes Material, welches in der Steuer- und Regeleinrichtung oder in den Messblendenleitungen 3 und 4 vorhanden ist, weggeschafft.

Die Ventile 17 und 20 gestatten das schnelle Entfernen und das Ersetzen

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der Steuer- und Regeleinrichtung 6 im Instrumentensystem. Wenn z.B. die Einrichtung nicht benötigt wird oder z.B. das das Messinstrument steuernde Arbeitsmittel nicht verfügbar ist, dann wird das System durch einfaches Schiiessen der Ventile 17, 20 und 21 abgetrennt, ohne dsss irgend ein Teil beschädigt werden kann. Die Ventile 17 und 20 können in aer Messblendenleitung 3 und 4 angeordnet sein, jedoch werden sie bevorzugt im Gehäuse 14 der Regel- und Steuereinrichtung 6 vorgesehen.

Wie gezeigt, werden in der dargestellten Einrichtung manuell betätigte Ventile verwendet. Darin kann jedoch keine Begrenzung des Erfindungsgegenstandes gesenen werden, denn es liegt ohne weiteres im Rahmen der Erfindung, anstatt der manuellen bzw. von Hand bedienten Ventile automatisch arbeitende Einrichtungen vorzusehen.

Weitere Einzelheiten der Erfindung und besondere Ausgestaltungen derselben ergeben sich aus den Einzelheiten der Zeichnung und der vorangehenden Beschreibung.

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Claims

Patentansprüche:

1.) Steuer- und Regeleinrichtung zur Verwendung in Verbindung pit einen Druckdifferenzmessinstrument, welche mit jeweils einer von einer Mess-Drosselsteile, z.B. einer Prozessblende könnenden Hochdruck- und Niederdruck-Messblendenleitung versehen ist und einem Druckdifferenzmessinstrument verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (14) einen ersten Kanal (26) aufweist, der von ei^ve~ Einlass (7) für den Anschluss der Hochdruck-Messblendenleitung (3) am Gehäuse an einer Seite des Gehäuses ausgeht und einen zweiten Kanal (27) aufweist, der von einem Einlass (8) für den Anschluss der 'nederdruck-Messblendenleitung (4) am Gehäuse an einer Seite des Gs'^äuses ausgeht, und ferner das Gehäuse (14) einen dritten (£/. ^3) md vierten (44, 45) getrennten Kanal aufweist, die jeweils mit den ersten und zweiten Kanälen (26, 27) kommunizieren, und wobei das Gehäuse (14) weitere Durchtritte (55, 56) aufweist, die sich vom dritten Kanal (47, 48) zu Oeffnungen (10,12) an der Aussenseite des Gehäuses erstreckend Mittel (13) zum Einführen eines unter Druck stehenden Arbeitsmittels in den vierten Kanal (44, 45) vorgesehen sind, wobei Druckausgleichmittel (11,49) im dritten Kanal (47, 48) eingesetzt sind und im Gehäuse (14) integrierte und im ersten und zweiten Kanal (26, 27) gegenüber dem dritten Kanal (47, 48) angeordnete Ventilmittel (16, 19) vorgesehen sind und andere in Gehäuse integrierte Ventilmittel (15, 18) vorgesehen sind, die im ersten und in zweiten Kanal (26, 27) gegenüber dem vierten Kanal (44, 45) angeordnet sind, wobei die Ventilmittel (15, 18) gegenüber dem vierten Kanal

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Steuer- und Regelnrittel (33 - 41) aufweisen, die den Durchtritt des unter Druck stehenden Arbeitsmittels bzw. Strömungsmediuns bei Ueberdruck gegenüber den ersten und zweiten Kanal (26, 27) gestatten.

2. Steuer- und Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (38 - 41) zum Durchtritt des unter Druck stehenden Arbeitsmittels bzw. Strömungsmediums einerseits aus einem Yentilkörper (36, 37) und andererseits aus Druckregulierungsmitteln (51) gebildet sind, wobei der Ventil körper (36, 37) einen nach einer Seite offenen Hohlraum aufweist und im Boden desselben eine Oeffnung (£"3, 41) vorgesehen ist, die den Hohlraum mit dem jeweils anschliesseiden Kanal (26, 27) verbindet, und das Druckregulierungsmittel (51) in enger Verbindung mit dem Hohlraum des Ventilkörpers (36, 37) steht.

3. Steuer- und Regeleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckregulierungsmittel (51) eine Drossel aus porösem Metall ist. -

4. Steuer- und Regeleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckregulierungsmittel im dritten Kanal (47, 48) ein Bypassventil (22) mit einem Durchgang (49) umfasst.

5. Steuer- und Regeleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass am dritten Kanal (47, 48) jeweils eine an den beiden Seiten des Bypassverttils (22) liegende Bohrung (55, 56) vorgesehen ist, die zu

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den Oeffnungen (10, 12) an der Aussenseite des Gehäuses (14) führt.

6. Steuer- und Regeleinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Einführen des unter Druck stehenden Arbeitsmittels bzw. Strömungsmediums in den vierten Kanal (44, 45) einerseits aus einer vom Eintritt (13) zum vierten Kanal führenden Bohrung (54) und andererseits aus einem dieser Bohrung (54) gegenüberliegend angeordnetem Regelventil (21) bestehen.

7. Steuer- und Regeleinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (14) noch zusätzliche Ventilmittel (16", "!f), vollkommen innerhalb der Kanäle (26 bzw. 27) angeordnet sind, die die Verbindung zwischen denselben und dem vierten Kanal (44, 45) unterbrechen können.

8. Steuer- und Regeleinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass alle Ventile (15 - 20) Ventilsitze (32 - 35, 42, 43) aus einem Tetrafluoräthylen-Polymer aufweisen.

9. Steuer- und Regeleinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Manometeranschlüsse (23, 24) am ersten und zweiten Kanal (26, 27) vorgesehen sind.

10. Steuer- und Regeleinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilmittel (15 - 22) manuell bedienbare Ventile sind.

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η. Steuer- und Regeleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckregulierungsmittel (51) eine Blende ist.

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