DE2358125A1 - Durchflussmengen-regeleinrichtung - Google Patents
Durchflussmengen-regeleinrichtungInfo
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Description
Dr. F. Zumstein sen. - Dr. E. Assmahn.
Dr. R. Koenlgsberger - Dlpl.-Phys. R. Holzbauer - Dr. F. Zumstein ]un.
PATENTANWÄLTE
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TELEX529979 ' 8 MÜNCHEN 2,
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: .·.'"". . ' ]
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TE-547-G
St/th
St/th
KABUSHIKI KAISHA TOYOTA CHUQ KEHKYUSHO, ' Nägoya-shi
TOyODA-KOKT1 K^^^HKyKAISHA,_ jCariya-shi, Japan:
Dur clif lußmengen-Re ge le inr icht ung
Die Erfindung "betrifft eine Durchflußmengen-Regeleinrichtung mit
einem Gehäuse, das einen Einlaß und einen Auslaß für den Eintritt und Austritt eines unter Druck stehenden Fluids und ein
Durchflüßmengen-Rege!ventil aufweist, das zwischen dem Einlaß
und Auslaß zur Steuerung des Pluiddurchsatzes vorgesehen ist.
Da die Viskosität eines- viskosen Fluicts, wie "beispielsweise Öl,
in hohem Maße durch Temperatur änderungen beeinflußt wird, ändert
sich der durch eine Drosselstelle gesteuerte Strömungsdurchsatz'
des viskosen fluids. Bei herkömmlichen Durchflußmengen-Eege!einrichtungen
wurde ein Drosselventil mit einer Bimetallfeder verbunden,
die aus Metallen unterschiedlicher Y/ärmeausdehnungskoeffizienten
"besteht und auf Temperaturänderungen in dem viskosen
iluid anspricht.
Mit einer herkömmlichen Durchflußmengen-Regeleinrichtung ist es jedoch nicht möglich, <ktn. £Vrtf«v>u«a^ oiurcu satz eines durch die
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INSPECTED
Drosselstelle hindurchgehenden Fluids genau zu steuern, und zwar
insbesondere bei kleinen Strömungsdurchsätzen, beispielsweise ^t
10 cur/min, da die Viskositätsänderung des viskosen fluids nichib
vollständig ausgeschaltet wird.
Wenn daher das viskose Fluid, das durch eine herkömmliche Durchflußmengen-Regeleinrichtung
gesteuert wird, einem hydraulischen Arbeitsorgan einer Werkzeugmaschine oder dergleichen zur Bewegung
eines Werkzeugträgers zugeführt wird, ändert sich die Vorschubgeschwind igke it des Werkzeugträgers entsprechend der Änderung der
Temperatur des Fluids. Daher kann eine hohe Arbeitsgenauigkeit nicht erreicht werden.
Die Erfindung ist daher auf die Schaffung einer Durchflußmengen-Rege
!einrichtung gerichtet, die temperaturunahhängig eine genaue
Durchsatzsteuerung eines viskosen Fluids ermöglicht.
Die erfindungsgemäße Durchflußmengen-Regeleinrichtung, ist gekennzeichnet durch einen ersten Wärmeaustauschbereich zur Erwärmung
oder Kühlung des Gehäuses auf einen vorbestimmten Wert und einen
zweiten Wärmeaustauschbereich, der schraubenförmige oder geradlinige
Fluid durchlässe in dem Gehäuse umfaßt und einen Wärmeaustausch zwischen dem Fluid und dem Gehäuse gestattet, so daß das ;
Fluid dieselbe oder etwa dieselbe Temperatur wie das Gehäuse erreicht. Die Merkmale der erfind ungsgemaßen Regeleinrichtung :er- .
geben sich im einzelnen aus Anspruch 1. :,
Auf diese Weise ändert sich der Fluiddurchsatz durch das Regelventil
mit einer Drosselstelle nicht, und zwar auch dann nicht, wenn sich die, Temperatur des zugeführten viskosen Fluids ändert.
Die Temperatur des zu der Drosselstelle gelangenden Fluids befindet
sich stets auf einem konstanten Viert.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben
sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung.
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ORIGINAL !NSPEGTED
"; Pigvr 1 zeigt einen Querschnitt durcheine bevorzugte Ausführurigsform
einer erfindungsgemäßen Dürcliflußmengen-Eegeleinrllichtung";'■■"-■■".
-·■.:- . .. ■ " ■'". ■
3?igl 2 zeigt einem HalbHchnitt ents|ireche,nä der Linie II-II
in Fig. 1;
.. Pig. .3 ist eine. seheinatisch.e Darstellung der erfin^ungsge.-mäßen
purchflußmengen-Begeleinrichtung;. ■ , f
■ 3?ig. 4 zeigt eine Stginge einer zvreiten Ausführungsform der
Eig. 5 ist eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Durchflußmengen-Eegele'inrichtung.
Im folgenden soll auf die Zeichnungen,· und zv;ar insbesondere auf
Pig. 1 und 2 Bezug genommen werden. Das erfindungsgemäße Durch-"
flußmengen-Rege!ventil umfaßt einen ersten Y/ärmeaustauschbereich
A, einen zweiten-Wärmeaustaüsehbereich B und einen Durchflußmengeh-iünstellbereich.
C.
Im ersten Wärmeaustauschbereich A ist ein Gehäuse 1 vorgesehen,
das beispielsweise aus Aluminium mit relativ hoher Wärmeleitfähigkeit
besteht, 3ji das Gehäuse ist eine Heizeinrichtung oder
Heizspule 16 eingelassen, die beim Gießen von dem Gehäuse isolier-t
wird. Ein Temperaturdetekrtor. 101 ist in das Gehäuse eingebettet
und tastet dessen Temperatur ab. Der Detektor steht, wie
in Pig. 3 gezeigt ist, mit einer Temperatursteuereinheit 102 in
Verbindung, die ihrerseits mit einer Stromquelle 105 konstanter Spannung verbunden ist. Wenn nun der Temperaturdetektor 101
feststellt, daß die Temperatur des Gehäuses 1 niedriger als ein vorbestimmter, in die Temperatürsteuereinheit 102 eingegebener
Wert ist, wird ein Schalter 103 eines Relais iO6 geschlossen,
so daß elektrischer Strom von der Stromquelle 105 zu der Heizspule
16 gelängt und dieses erwärmt; Wenn andererseits die Temperatur
des Gehäuses T über einem vorbestimmten Wert liegt, wird
der Schalter 103 des Beiais 106 geöffnet, so daß die Stromzufuhr
zu der Heizspule 16 unterbrochen wird. Folglich wird. das Gehäuse
1 stets auf einer erforderlichen, vorbestimmten Temperatur gehal
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ten· .
Im zweiten Wärmeaustauschbereich B ist eine Anzahl von beispielsweise
sechs Längsbohrungen 17 innerhalb des Gehäuses 1 ausgebildet,
und sechs Stangen 6 liegen in diesen längsbohrungen.
Die Längsbohrungen 17 verlaufen axial durch das Gehäuse 1 parallel und in gleichem Winkelabstand zueinander auf einem
Kreis, der axial mit dem Gehäuse ausgerichtet, ist· Jede der Stangen 6 ist mit einer Schraubennut auf dem Umfang versehen,
so daß ein schraubenförmiger Eluiddurchlaß 14 zwischen den
Stangen 6 und der längsbohrung 17 gebildet, wird. Daher findet ein
wirksamer Wärmeaustausch statt, indem das durch den Einlaß 71 eintretende Fluid durch diese Pluiddurchlässe gelangt.
Der Durchflußmengen-Regelbereich C umfaßt ein Nadelventil 2, ein Einstellrad 3, ein Führungsglied 4 und einen Ventilsitz 5. Das
Führungsglied 4 ist am linken Ende des Gehäuses 1 (Pig. 1) mit Hilfe von Schrauben 8 befestigt. Der Ventilsitz 5 wird durch
eine Mittelbohrung 19 aufgenommen, die koaxial in dem Gehäuse 1 vorgesehen ist und den eigentlichen Ventilsitz 51 aufnimmt. Das
Nadelventil 2 ist drehbar und gleitend in einer Bohrung 42 angeordnet, die in dem Führungsglied 4 ausgebildet ist, das axial
mit dem Gehäuse 1 ausgerichtet, ist. Zwischen dem Ventilkopf 21 des Nadelventils 2 und dem Ventilsitz 51 ist eine Drosselstelle
E ausgebildet, über die der schraubenförmige Fluiddurehlaß 14 mit einem Auslaß 12 des Gehäuses 1 verbunden ist. Das Nadelventil
2 ist mit dem Einstellrad 3 mit Hilfe eines Stiftes 9 verbunden. Ein Gewinde 41 des Einstellrads 3 ist auf ein Gewinde 31
geschraubt, das am linken Ende des Fiihrungsgliedes 4 vorgesehen ist, so daß das Nadelventil 2 zur Einstellung der Durchflußmenge
des Fluids durch die Drosselstelle E axial beweglich ist.
Am rechten Ende des Gehäuses 1 (Fig. 1) ist der Deckel 7, der
den Einlaß 71 in der Mitte aufweist, in einer zylindrischen Bohrung 18 des Gehäuses 1 angeordnet und mit dem Gehäuse verschraubt.
Von dem Einlaß 71 zweigen Durchlässe 72 ab, die ihrerseits mit den schraubenförmigen Fluiddurchlässen 14 in Verbindung
stellen. Andererseits ist der Auslaß 12 am linken Ende des Gehäuses 1 mit einem Durchlaß 43 verbunden, der am rechten
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Ende des Führungsgliedes 4 ausgebildet ist und mit der Drosselstelle
E in Verbindung steht· Die Angaben "rechts" und "links" beziehen sich, jeweils auf die Darstellung der Fig· 1.
Als nächstes soll die Arbeitsweise der ersten, bevorzugten Ausfiihrungsform
des Durchflußmengen-Kegelventils der vorliegenden
Erfindung im einzelnen beschrieben werden.
Ein viskoses, unter Druck stehendes Fluid, wie beispielsweise
Öl, wird in den Einlaß 71 von einem Fluidbehälter 80 (Fig. 3) ·
eingeleitet und gelangt sodann zu einem hydraulischen Arbeitsorgan 81 (Fig* 3) über die Durchlässe 72, die schraubenförmigen
Fluiddurchlässe 14, die Drosselstelle E und den Auslaß 12. Das
Gehäuse 1 wird auf einen vorbestimmten Temperaturwert erwärmt,
der, wie oben erwähnt, durch Zusammenwirken der Heizspule 16, des Temperaturäetektors 101 und der Temperatursteuereinheit 102
auf konstanter Temperatur gehalten wird. Während das Fluid daher durch jeden schraubenförmigen Fluiddurchlaß 14 hindurchströmt,
erfolgt ein Wärmeaustausch zur Erhöhung der Temperatur des
Fluids auf einen vorbestimmten Wert oder in die Nähe dieses
Wertes. Der vorbestimmte Wert liegt etwas höher als der Maximalwert
der Temperatur, den das Fluid unter allen denkbaren Betriebsbedingungen
erreichen kann, bevor es in den Einlaß 71 eintritt·
Da die Temperatur des durch die Drosselstelle E hindurchgehenden
Fluids konstant gehalten wird und damit die Viskosität trotz
eines Temperaturwechsels des zu dem Durchflußmengen-Regelventils zugeführten Fluids ebenfalls konstant ist, wird eine Änderung
des Durchsatzes des Fluids durch die Drosselstelle E so lange
ausgeschaltet, wie die. Druckdifferenz stromaufwärts und stromabwärts der Drosselstelle E konstant ist.
Im folgenden wird eine zweite bevorzugte Ausführungsform beschrieben,
die "eine Abwandlung der ersten Ausführungsform ist.'
i)ie zweite bevorzugte Ausführungsform weist' dieselben konstruktiven
Merkmale wie die erste Ausführungsform auf, ausgenommen
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-G-
die Porm der Stangen, und arbeitet auf dieselbe Art wie die erste
Aiisführungsf orm.
. Wie in Pig. 4 gezeigt ist, weist eine Stange 6a, die anstelle
einer Stange 6 verwendet, wird, eine Anzahl von geraden Bohrungen
61 mit vorbestimmtem, kleinem Durchmesser auf, die an "beiden
Enden 62 und 63 offen sind. Die Stangen 6a sind jeweils in den längsbohrungen 17 des Gehäuses 1 angeordnet und "bilden den zweiten
Y/ärmeaustausehbereich. B.
Nunmehr soll eine dritte "bevorzugte Ausfuhrungsf orm besehrieben
werden, die ebenfalls eine Abwandlung der ersten Aus führ ungs form darstellt.
Die dritte Aus führ ungs form unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform in Bezug auf den ersten Wärmeaustauschbereich A,
der dazu dient, die Temperatur des Gehäuses 1 auf einen vorbestimmten Wert zu erhöhen. Der erste Wärmeaustauschbereieh A der
dritten Aus führ ungs form umfaßt ein nicht gezeigtes, hohles Rohr, das schraubenförmig in dem Gehäuse 1 angeordnet ist und durch das
erwärmtes Wasser oder dergleichen hindurchgeleitet wird, so daß ein vorbestimmter Temperatur wert des Gehäuses· erreicht wird.
Nunmehr soll eine vierte bevorzugte Aus führ ungs form der Erfindung
unter Bezugnahme auf Eig. 5 erläutert werden.
Wahrend bei der ersten Aus ftihr ungs form die Temperatur des Gehäuses
1 durch die Heizspule 16 erhöht wurde, wird die Temperatur
des Gehäuses 1 bei der vierten Ausführungsform auf der Temperatur des Fluids während der Anfangszeit des jeweiligen Tages gehalten,
indem das Gehäuse mit Hilfe eines Kühlrohres 104 gekühlt wird, das mit einer nicht gezeigten Kühlfluidquelle einer
Temperatur Steuereinheit 102a verbunden und. in das Gehäuse ebenso
wie die Heizeinrichtung der ersten bevorzugten Ausführungsform eingebettet ist.
Demnach weist die Durchflußmengen-Regeleinrichtung der vierten
Ausführungsform der Erfindung einen Kiihlbereich auf, der als
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erster Wärmeaustauschbereich dient. Die Temperatursteuereinheit\
102a, in der ein Schalter und ein Relais entsprechend dem Schalter 103 und dem Relais 106 mit der Kühlfluidquelle in Verbindung
stehen, leitet ein Kühlfluid in das Kühlrohr 104, so daß,die
!Temperatur des Gehäuses 1 auf einen vorbestimmten Wert gesenkt wird. Sodann bewirkt der zweite Wärmeaustauschbereich,daß das -Fluid
durch die schraubenförmigen Fluiddurchlässe 14 oder die geraden Bohrungen 61 der Stangen 6 oder 6a in dem Gehäuse 1 gekühlt wird.
Der Durchflußmengeneinstellbereich C ermöglicht eine Einstellung
des Durchsatzes des Fluids, das durch den Auslaß 12 über die
Drosselstelle E abgegeben wird·
■ »
Wenn bei der vierten Aus führ ungs form die durch den Temperaturdetektor 101 festgestellte Temperatur höher als die in der
TemperaturSteuereinheit 102 vorgegebene Temperatur liegt, wird
der Schalter für das Kühlrohr 104 durch das Relais geschlossen,
so daß das Gehäuse 1 durch das in das Kühlrohr 104 von der Kühlmittelquelle der Temperatursteuereinheit 102a eintretende Kühlfluid
gekühlt wird. Wenn die Temperatur des Gehäuses,1 geringer
als ein vorbestimmter Wert ist, wird der Schalter geöffnet» so ■♦
daß die Zufuhr von Kühlfluid zu. dem Kühlrohr 104 unterbrochen wird. .
Auf diese Weise wird die Temperatur des.Gehäuses 1 stets auf
einem vorbestimmten Wert gehalten. Während das Fluid durch die
schraubenförmigen Fluiddurchlässe 14 oder die geraden Bohrungen
61 in dem Gehäuse 1 hindurchgeht, wird es auf die vorbestimmte
Temperatur oder annähernd auf die Temperatur des Gehäuses 1 abgekühlt
und anschließend der Drosselstelle, E zugeleitet. Die Viskosität des zu der Drosselstelle,E gelangenden Fluids ändert'
sich daher trotz der Änderung der Temperatur des dem Einlaß 71 zugeführten .Fluids nicht. Auf diese Weise wird eine konstante
Fluidmenge durch den Auslaß 12 abgegeben, solange andere Faktoren
unverändert bleiben.
Uunmehr soll eine fünfte "bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
erläutert werden» · .
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Die fünfte Ausführungsform stimmt konstruktiv weitgehend mit der ersten Ausführungsform überein, umfaßt jedoch die Heizeinrichtung bzw. Heizspule 16 und die Kühleinrichtung "bzw· das Kühlrohr
104 der ersten und vierten Ausführungsfona. Der erste
Wärmeaustauschbereich dieser fünften Ausführungsform dient daher zürn wahlweisen Erwärmen oder Kühlen des Gehäuses 1 auf einen
vorbestimmten Wert, während der zweite Wärmeaustauschbereich zum Erwärmen oder Kühlen des durch die schraubenförmigen Pluiddurchlässe
14 oder die geraden Bohrungen 61 hindurchgehenden !Fluids auf einen vorbestimmten Temperatur wert dient·
Wenn durch den Temperaturdetektor 101 bei der vierten Ausführungsform
festgestellt wird, daß die !Temperatur höher als die durch die Temperatursteuereinheit 102a vorgegebene Temperatur
ist, wird der Schalter des Relais für das Kühlrohr 104 geschlossen, so daß Kühlfluid durch das Kühlrohr 104 in dem Gehäuse 1
hindurchläuft und das Gehäuse gekühlt wird· Gleichzeitig wird der Schalter 103 des Relais 106 für die Heizeinrichtung bzw.
Heizspule 16 geöffnet, so daß die Zufuhr elektrischen Stroms zu der Heizeinrichtung unterbrochen wird. Wenn die Temperatur des
Gehäuses niedriger ist als der vorbestimmte Wert, wird der Schalter für die Kühleinrichtung geöffnet und der Schalter
für die Heizeinrichtung wird geschlossen, so daß die Zufuhr des Kühlfluids zu dem Kühlrohr 104 beendet und elektrischer Strom
zu der Heizspule 16 zugeführt wird. Die Temperatur des Gehäuses
1 wird daher stets auf dem vorbestimmten Wert gehalten. Wenn das Fluid durch die schraubenförmigen Fluiddurchlässe 14 oder die
geraden Bohrungen 61 hindurehgeleitet wird, erfolgt ein wirksamer
Wärmeübergang zwischen dem Fluid und dem Gehäuse. Daher wird die Temperatur des Fluids nahezu auf die Temperatur des
Gehäuses 1 gebracht, bevor das Fluid zu der Drosselstelle E gelangt.
Die Durchflußmengen-Regeleinrichtung der fünften Ausführungsform
muß nicht notwendig ein unabhängiges Heiz- und Kühlsystem aufweisen. Es kann auch ein nicht gezeigtes Hohlrohr aus einem Metall
mit hoher Wärmeleitfähigkeit schraubenförmig in das Gehäuse 1 eingebettet sein und auf diese Weise die Übertragungsbahnen
409824/0283
des Fluids umgeben· Weiterhin kann eine Umschalteinrichtung
vorgesehen sein, die wahlweise Heizfluid oder Kühlfluid in das
Hohlrohr entsprechend der Temperatur des Gehäuses einleitet.Wenn
in diesem Fälle die !Temperatur des Gehäuses 1 höher als der
vorbestimmte Wert ist, wird Kiihlfluid zur Aufnahme der Wärmeenergie
des Gehäuses eingeleitet, und hei zu niedriger Temperatur
des Gehäuses Heizfluid. In jedem Falle wird das Gehäuse stets auf konstanter Temperatur gehalten.
409824/028
Claims (1)
- PatentansprücheI.JDurchflußmengen-Regeleinrichtung mit einem Gehäuse, das einen\ /Einlaß und einen Auslaß zur Aufnahme und Abgabe eines unterDruck stehenden fluids aufweist, und einem Durchflußmengen-Regelventil sswischen dem Einlaß und dem Auslaß zur Steuerung des ITluiddurchsatzes, gekennzeichnet durch einen ersten Wärmeaustauschbereich (A) in dem Gehäuse (1), der mit dem Gehäuse (1) in Wärmeaustausch steht, eine Temperatursteuereinrichtung (101, 102, 102a) zur Steuerung des ersten Wärmeaustauschbereichs (A) und damit zur Aufrechterhaltung einer konstanten Temperatur des Gehäuses (1), und durch einen, zweiten Wärmeaustauschbereich (B) in dem Gehäuse mit einer Anzahl von Pluiddurchlässen (14, .61), die den Einlaß (71) mit dem Durchflußmengen-Regelventil (2, 5, .21) verbinden und einen Wärmeaustausch zwischen dem Fluid und dem. Gehäuse (1) zur Anpassung der Temperatur des Fluids an die Temperatur des Gehäuses gestatten.2"· Durehflußmehgen-Regeleinrichtung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß die Pluiddurchlässe des zweiten Wärmeaustauschbereichs (B) durch einen schraubenförmigen Fluiddurchlaß (14) gebildet werden, der auf dem äußeren umfang einer Stange (6) vorgesehen ist, die sich in einer Längsbohrung (17) in dem Gehäuse (1) befindet·3· Durchflußmengen-Regeleinrichtung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß die Pluiddurchlässe durch eine Anzahl von geraden Bohrungen (61) gebildet werden,, die in einer Stange (6a) vorgesehen sind, die in einer üängsbohrung (17) in dem Gehäuse (1) aufgenommen ist.4· Durchflußmengen-Regeleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatursteuereinrichtung einen Temperaturdetektor (101) zum Abtasten der Temperatur des Gehäuses (1)409824/0283und eine durch den Temperaturdetektor (1Q1) gesteuerte "· Temperatursteuereinheit (102, 102a) zur Steuerung des erstten Wärmeaustauschbereiches (A) des Gehäuses umfaßt·5. Durcnflußmengen-Regeleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche ,dadurch ge-kennze i'chne t, daß der erste Wärmeaustauschbereich (A) eine elektrische Heizspule (16) umfaßt, die um das Gehäuse (1) herum angeordnet ist und über die Temperatursteuereinheit (102) mit elektrischem Strom versorgt wird·6. Burchflußmengen-Eege!einrichtung nach einem der Ansprüche "bis 4, d a d u r c h ge te η η ze i c h η e t, daß der erste Wärmeaustauschbereich (A) eine Pluidheizeinriehtung umfaßt, die um das Gehäuse (i) herum angeordnet ist.7. Durchflußmengen-Eegeleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dad u r c h g e kenn ze i c h net, daß der erste Wärmeaustauschbereich (A) ein Pluid-Kühlrohr (104) „umfaßt, das um das Gehäuse (Ί) herum angeordnet ist· .8. Durchflußmengen^Eegeleinrichtung nach Anspruch 7, d a - -. du rc h g e k e η η ζ e i c h n.e t, daß um das Gehäuse (1) herum in dem ersten Wärmeaustauschbereich (A) unabhängig voneinander eine elektrische Heizspule (16) und ein Pluid-KUhlrohr (104) vorgesehen sind·9. Durchflußmengen-Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche . bis I9 d ad u r c h g e k e η η sei c h η e t, daß der erste Wärmeäustauschbereich (A) ein schraubenförmig in dem Gehäuse (1) angeordnetes Hohlrohr zur wahlweisen Aufnahme von erwärmtem oder gekühltem Fluid aufweist.10, Durchfiußmengen-Eegeleinrichtung nach Anspruch 6, d a —. • d u r c h g e k e η η ze i c h η, e t, daß die Fluid-Heiz-einrichtung ein hohles Heizrohr umfaßt, das schraubenförmig in das Gehäuse (1) eingebettet ist.409824/Ö28311. Durchflußmengen-Regeleinrichtung nach Anspruch 8,dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Heizeinrichtung und die Pluid-Kühle inr icht ung eine Heizspule (16) und ein hohles Kühlrohr (104) umfassen, die schraubenförmig in das Gehäuse (1) eingebettet sind·409824/0 283
Applications Claiming Priority (1)
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