DE2409446A1

DE2409446A1 - Momentanverdampfer fuer hilfsfunktionen in espresso-kaffeemaschinen

Info

Publication number: DE2409446A1
Application number: DE2409446A
Authority: DE
Inventors: Carlo Ernesto Valente
Original assignee: Edoardo Bianchi Distributori Automatici SpA
Current assignee: Edoardo Bianchi Distributori Automatici SpA
Priority date: 1973-03-09
Filing date: 1974-02-27
Publication date: 1974-09-19
Also published as: IL44387A0; JPS5069401A; NL7403002A; FR2220220A1; FR2220220B3; ES424024A1; AR200915A1; BR7401811D0

Description

EDOAHI)O BIANGHI dlSTfilliUTORI AUTOiUTICI S.p.A. Mailand (Italien)

Momentanverdampfer für nill'sranktionen in Espresso-Kaffeemaschinen

G-egenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Momentanverdampfer für die Erzeugung von Dampf, der für Hilfsfunktionen geeignet ist, die "bei Kaffeemaschinen mit einzelnen Gruppen hochdruckgespeister Kessel geleistet werden.

in solchen Maschinen sind außenliegende pumpen zur Erstellung des Druckes des Wassers vorgesehen, das in kleine Kessel mit der Kapazität von wenigen Wasserdosierungen geleitet wird.

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Der Verdampfer gemäß der Erfindung umfaßt einen Metairblock, der auf eine hohe Temperatur gebracht wird und in dem das Wasser unter Druck so zum Umlauf gebracht wird, daß es sofort, aber jedoch nur dann verdampft, wenn vom Verbraucher Dampf in der gewünschten Menge angefordert wird.

Bekannt sind Kaffeemaschinen der im folgenden beschriebenen Ausführung, die einen kleinen Kessel haben, der unter hohem Druck mit Wasser gespeist und mittels elektrischer Widerstände oder dgl. auf eine Temperatur, die für die Erzeugung der Kaffeemischung geeignet ist, geheizt wird.

Bei den kleinen Kesseln, deren Kapazität gleich einem Vielfachen der für das Herstellen einer Tasse Kaffee erforderlichen Dosis ist, ist es nicht möglich, auch den Dampf zu erzeugen, der für die mit der Kaffeemaschine verbundenen Hilfsfunktionen notwendig ist, nämlich die Erhitzung oder das Kochen der Milch, die Erhitzung von Wasser, verschiedener Getränke oder Mischgetränken, die Ausdampfung der Tassen u.dgl. Für die Hilfsfunktionen ist daher ein weiterer Niederdruckkessel zur Erzeugung des Dampfes für diese Punktionen erforderlich, der normalerweise dafür in beträchtlichem Umfang erzeugt und gebraucht wird.- Dies stellt einen schweren Nachteil sowohl für die Herstellungskosten der Maschine, als auch hinsichtlich des Platzbedarfes des besagten Kessels dar und verteuert noch dazu den Betrieb durch die Aufrechterhaltung der Temperatur einer beträchtlichen Wassermenge.

Diese Nachteile werden mit dem erfindungsgemäßen Momentanverdampfer beseitigt.

Der erfindungsgemäße Momentanverdampfer besteht aus einem Metallblock, insbesondere aus Aluminium, in dem elektrische Widerstände od.dgl. eingebaut sind, um den Block auf eine

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hohe Temperatur, z.B. 180 - 200°C zu erhitzen, die mittels eines Thermostates od.dgl. konstant gehalten wird, wobei in dem Block ein hydraulischer Kreislauf z.B. eine Rohrfolgeoder -schlange, vorgesehen ist, in den unter hohem Druck stehendes V/asser aus einer äußeren pumpe hineingepreßt wird; das besagte Wasser kann den Kessel der Maschine auch so durchlaufen, daß es vor dem Durchgang zum Momentanverdampfer vorerhitzt werden kann.

Der Erfindung gemäß durchfließt das unter hohem Druck von der pumpe kommende Wasser de-n Kessel und gelangt dann vom unteren Teil eines vertikalen Zylinders, der mittig zum Metallblock angeordnet ist, zum Verdampfer, nachdem es ein Absperrventil passiert hat, das vor dem Zylinder angeordnet ist. Nach Verlassen des Zylinders durchfließt das Wasser das Schlangenrohr im Block und nach Verlassen desselben fließt es in ein Steuerungsaggregat, das ein Sicherheitsventil und.ein Ausflußventil aufweist, welch letzteres durch Drehen an einem Drehknopf geöffnet werden kann, wobei diese Drehung außerdem die V/asserspeisepumpe in Gang setzt oder anhält. Der Erfindung gemäß ermöglicht die besondere Anordnung der Vorrichtung die sofortige Verdampfung des Wassers aufgrund der im folgenden beschriebenen Punktion: das vorerhitzte Wasser gelangt zum Boden des Mittelzylinders des Blockes und wird so stark erhitzt, daß es bestrebt ist, zu verdampfen, wodurch gleichzeitig der Druck über den Speisedruck erhöht wird. In diesem Moment hat sich bereits im Verdampfungskreislauf unterhalb des Absperrventils ein Druck aufgebaut, der größer als der Speisedruck ist, weshalb keine weitere Wasserzufuhr stattfindet.

In dem Augenblick, in dem man den Dampf entnehmen muß, betätigt man die Öffnung des Ausströmventiles, wodurch ein Druckabfall im Inneren des Verdampferkreislaufes hervorgerufen wird. Dieser Druckabfall in Verbindung mit der aufrecht-

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erhaltenen hohen Temperatur im Block "bringt das im Kreislauf enthaltene Wasser sofort zum Verdampfen, wobei der Dampf aus dem entsprechenden Rohr entweichen kann. Gleichzeitig mit der Öffnung des Auslaßventils bewirkt der Steuerknopf auch die Ingangsetzung der Speisepumpe, weshalb vor dem Absperrventil wieder ein Druck aufgebaut wird, der größer als der Druck dahinter ist, d.h. als der Druck im Kreislauf des yerdampfers, und neues Wasser kann eingespeist werden, solange der Dampfbedarf fortbesteht.

Dem Schließen 'des Abfluß- bzw. Ausströmventiles entspricht eine neue Erhöhung des Innendruckes, wodurch das Absperrventil zum Schließen und damit der Kreislauf in betriebsbereiten Zustand gebracht wird. Palis Bedarf an einer hinsichtlich des Volumens und der Menge konstanten Dauerdampferzeugung besteht, ist als Variante vorgesehen, daß ein Verdampfer zwar im wesentlichen so wie der zuvor beschriebene Verdampfer ausgebildet ist, darüber hinaus jedoch ein Absperrventil aufweist, das im Speisungsrohr des Verdampfers eingebaut ist und die Eigenschaft hat, während der Dampfabgabe eine kleine konstante und kontrollierte Wassermenge dauernd durchzulassen.

Das Ventil muß es außerdem möglich machen, daß eine gewisse Verzögerung beim Schließen durch kleine Druckschwankungen vor und nach dem Ventil entsteht, während es dagegen zur Gänze geschlossen sein muß, wenn die Beendigung der Dampfabgabe erfolgt, oder wenn starke Druckunterschiede in der Leitung ober- bzw. unter dem Ventil auftreten.

Außerdem ist gemäß dieser Ausführungsform vorgesehen, daß die in konstanter und kontrollierter Weise während des Dampfbedarfs eingespeiste Wassermenge in den Verdampferkreislauf direkt am höchsten Seil der Schlange eingeführt wird, so

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daß sie darin, infolge der schwere nach, unten fließt, wo sie bereits im dampfförmigen Zustand ankommt.

Nach dem Austreten aus der Rohrschlange wird der Dampf von unten in den zentralen zylindrischen Teil des Metallblockes geleitet, tritt am Oberteil desselben aus und fließt in das Regelgerät weiter, das aus dem sicherheitsventil und aus dem Öffnungs- und Schließventil in Verbindung mit der Steuerung der bereits beschriebenen Hochdruckspeisepumpe besteht.

Der Ausführungsform gemäß ist außerdem vorgesehen, daß der den hydraulischen Kreislauf enthaltende Metallblock auf eine Temperatur erhitzt wird, die höher als die Temperatur des bereits beschriebenen Blockes ist, beispielsweise im Bereich von 280 - 300 C liegt und daß die Temperatur mittels Thermostat od.dgl., wie bereits erwähnt, konstant gehalten wird. Die dauernde und konstante Abgabe über das besagte Ventil gemäß dieser Ausführungsform muß während der Dampfabgabe so bemessen werden, daß die Speisewassermenge gleich der Wassermenge ist, die das Gerät zu verdampfen imstande ist.

Am vorteilhaftesten ist es, wenn das Absperrventil bei kontrollierter Abgabe einen Zufluß in der Größenordnung von

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50 bis 150 cm. pro Minute bei einem Speisedruck von 8 kp/cm gewährleistet. Auf diese Y/eise öffnet, sich bei dieser Ausführungsform bei der Anforderung von Dampf durch das Öffnen des Auslaßventils und gleichzeitiger Ingangsetzung der Hochdruckpumpe das Ventil mit seinem geregelten Durchgang und läßt die kleine, bestimmte V/assermenge durchfließen. Diese tritt in die schlange ein, die sich auf hoher Temperatur befindet, fließt nach unten ab und gelangt bereits im dampfartigen Zustand zum zentralen zylindrischen Teil, der einen Ausgleichsbereich zwischen Druckdampf und Dampfreserve darstellt. Nach Schließen des Dampfausstromventiles im Kreis-

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lauf nimmt der interne Druck rasch zu und überschreitet den Speisedruck des v/assers, wodurch das Absperrventil mit der konstanten, geregelten Abgabe geschlossen und das Einfließen von Wasser in den Verdampfer verhindert wird.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele eines Momentanverdampfers für Kaffeemaschinen dargestellt. Es zeigen:

Pig. 1 eine erste Ausführungsform der gesamten Anordnung und

Fig. 2 die gleiche Anordnung wie in Bild 1 mit einer anderen Ausführungsform des Verdampfers.

Jig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Kaffeemaschine, die einen einzelnen Kessel 1 mit geringem Fassungsvermögen von einigen Portionen des Getränkes aufweist, dem eine Gruppe 2 zugeordnet ist, welche wie üblich einen Filterträger 3 umfaßt, in den das pulver für die Herstellung des Getränkes hineingegeben wird. Eine Pumpe 4, besorgt die Entnahme.des Wassers aus einer außenliegenden· Rohrleitung 5 und dessen Weiterleitung in einer Rohrleitung 6 unter einem beträchtlich hohen Druck in den Kessel 1 über ein Absperrventil 7 · Im Kessel 1 ist ein elektrischer Erhitzer 8 vorgesehen, der über Leiter 9>10 aus einer Leitung 11,12 gespeist wird. Die Temperatur des Kessels 1 wird von einem Thermostat 15 od.dgl. geregelt, der einen Unterbrecher 14 od.dgl. -steuert. Die Pumpe 4 wird von der Leitung 11,12 über die Leiter 15,16 gespeist, in welchen ein Unterbrecherschalter 17 eingebaut ist. Der erfindungsgemäße Verdampfer besteht aus einem Metallblock 18, vorzugsweise aus einer Aluminiumlegierung od.dgl., in den ein Rohrleitungskreis eingebracht ist, der aus einem vertikalen Zylinder 19 und aus einer Schlange 22 besteht. Der Zylinder wird von unten aus einer Leitung 20 gespeist, die aus dem Kessel 1 kommt und in der ein Ventil 21 als Absperrventil an-

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geordnet ist* Die Schlange 22, die vorzugsweise in den eigentlichen Block 18 versenkt ist, ist einerseits mit dem Zylinder 19 über die Rohrleitung 23 verbunden und anderseits tritt sie aus dem Block 18 mit einer Rohrleitung 24 heraus.

Die Ausgangsrohrleitung 24 der schlange mündet in eine Steuergruppe 25 , die ein von einer einstellbaren leder 27 geregeltes Sicherheitsventil 26, ein Abflußventil 28, das gegen einen Sitz 29 durch eine Feder 30 gedruckt wird, und eine Öffnungssteuerung umfaßt, die aus einem Bolzen 31 besteht, der auf das Ventil 28 wirkt und in axialer Richtung von einer Schraube 32 od.dgl. durch einen Drehknopf 33 betätigt wird. Dieser Dr-ehknopf betätigt durch einen Hebel 34 auch den Abschalter 17 für die Ingangsetzung und das Anhalten der pumpe 4 .

Eine Austrittsdüse 35, die vor dem Ventil 28 angeordnet ist, gestattet den Austritt des im Verdampfer-Rohrkreislauf erzeugten und zur Verwendung benötigten Dampfes. Der Block 18 wird auf eine hohe Temperatur im Bereich von 180 - 200⁰O durch einen elektrischen Erhitzer 36 gebracht,"der mit der elektrischen Leitung 11,12 über Leiter 37, 38 verbunden ist, in welchen ein Abschalter 39 od.dgl. untergebracht ist, der von einem Thermostat 40 od.dgl. zur Aufrechterhaltung der Temperatur des Blocks innerhalb eines erforderlichen, begrenzten Intervalles geregelt wird.

Die Arbeitsweise ist folgende;

Unter der Annahme, daß die Anordnung bereits in Betrieb genommen, doch im Augenblick im Ruhezustand ist, befindet sich das Viasser im Kessel 1 auf einer Temperatur, die dazu geeignet ist, den Kaffeeaufguß im Augenblick des Bedarfes vorzunehmen; der Druck wird durch die pumpe 4 erzeugt und aufgrund der

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Wirkung der Absperrventile 7 und 21 aufrechterhalten. Im Verdampfe rkre islauf befindet sich auch eine gewisse Menge V/asser, die. teilweise infolge der Erhitzung des Blocks 18 in Dampf umgewandelt ist. Durch die Wirkung des zusätzlichen, vom Dampf bestimmten Druckes ist das Absperrventil 21 und ebenso das Abflußventil 28 geschlossen. Im Falle eines Dampfbedarfes betätigt der Benutzer den Drehknopf 33 in dem Sinn, der einem Aufschrauben der Schraube 32 im Block 25 entspricht. Durch diesen Vorgang regelt man die Ingangsetzung der pumpe 4> die durch Einwirkung des Hebels 34 auf den Abschalter 17 betätigt wird, und öffnet das Ausflußventil 28 durch Abrücken vom Sitz 29. Diese Öffnung senkt den Druck im Verdampferkreislauf wodurch der bereits erzeugte Dampf aus der Düse 35 austreten kann, während weiteres V/asser durch das Ventil 21 in den Zylinder 19 eintritt. Im Zylinder beginnt das Wasser zu verdampfen und fährt damit in der schlange fort, wobei dies von dem momentanen Druckabfall begünstigt wird.

Gemäß der Erfindung gestattet es die Anordnung, den Kalk- stein des Wassers bereits in dem Kessel 1 u.zw. eventuell am Boden des Zylinders 19 abzulagern, wodurch die Ablagerung entlang der Schlangenrohre und in den Abflußventilen begrenzt wird. Durch Drehen an dem Drehknopf 33 in entgegengesetzter Richtung wird die Pumpe 4 angehalten und das Ventil 28 schließt sich, wodμrch der Druck im Innern des Kreislaufs bei Schließen des Absperrventils 21 wiederhergestellt wird.

Im Falle der Bereitung von Kaffee funktioniert die produktionsgruppe 1-2-3 mit der Pumpe ^v4 und dem Erhitzer 8 normalerweise, ohne den erfindungsgemäßen Momentanverdampfer zu berühren, welcher durch das Absperrventil 21 wie schon erwähnt, getrennt verbleibt. In Fig. 2 ist eine andere Ausführungsform der in Fig. 1 gezeigten Anordnung dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist der Verdampfer von einem

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Metallblock 18a gebildet, in den ein Rohrkreislauf eingebracht ist, der aus einer schlange 22a und aus einem Baum oder Behälter in zylindrischer Form 19a besteht. Die Schlange 22a wird von oben aus einer Rohrleitung 20a gespeist, die aus dem Kessel 1 kommt, und in die ein Absperrventil 21a mit geregelter konstanter Abgabe eingeschaltet ist. Der Raum, Behälter 19a od.dgl. ist vertikal im Zentrum des Blockes 18a angeordnet, unten an den unteren Auslaß der Schlange 22a über einen Anschlußstutzen 23a angeschlossen und oben mit der Rohrleitung 24a mit der Steuergruppe 25 verbunden, die bereits unter Bezugnahme auf Pig. 1 beschrieben worden ist. Der Block 18a wird auf eine hohe Temperatur im Bereich von 280 - 300° 0 durch einen elektrischen Erhitzer 36 gebracht, der mit der elektrischen Leitung 11, 12 über die Leiter 37, 38 verbunden ist, in welche ein Abschalter 38 od.dgl. eingebaut ist, der von einem Thermostat 40 od.dgl. zur AU-freunterhaltung der Temperatur des Blockes innerhalb des erforderlichen Intervalls gesteuert wird.

Die Arbeitsweise ist folgende (bezugnehmend auf Fig. 2) :

In der Annahme, daß die ganze Anlage bereits in Betrieb genommen wurde und jetzt im Ruhezustand ist, hat das Wasser des Kessels 1 eine Temperatur, die dazu geeignet ist, den Kaffeeaufguß im Augenblick des Bedarfs vorzunehmen; der Druck ist der von der pumpe 4 aufgebaute Druck und wird durch die Wirkung der Absperrventile 7 und 21a aufrechterhalten. Innerhalb des Verdampferkreislaufes befindet sich infolge der Erhitzung des Blockes 18a eine gewisse Dampfmenge. Infolge der Wirkung des vom Dampf bestimmten zusätzlichen · Druckes schließt das Absperrventil 21a und ebenso das Abflußventil 28. Im Falle des Dampfbedarfes betätigt der Benutzer den Drehknopf 33 in der Richtung des Aufschraubens des mit Gewinde versehenen Abschnittes 32 im Block 25 . Bei diesem

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Vorgang erfolgt die Ingangsetzung der Pumpe 4 durch Einwirkung des Hebels 34 auf den Abschalter 17 und ferner die Öffnung des Ausflußventils 28 durch Abrücken vom Sitz 29 . Das Öffnen führt zu einem Druckabfall im Kreislauf des Verdampfers, wodurch der bereits vorhandene Dampf aus der Düse entweichen kann und das Ventil 21a öffnet aufgrund des Ingangsetzens der Pumpe und des entstehenden Druckabfalles hinter · dem Ventil. Gemäß dieser Ausführungsform muß das Absperrventil 21a dauernd eine kleine Wassermenge im Bereich von

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50 bis 150 cm pro Minute durchlassen, welches Wasser von oben in die Schlange 22 a und durch die Schwere nach unten fließt; dabei durchfließt das Wasser rasch die auf die hohe Temperatur erhitzte Schlan_oe, was zur schnellen Umwandlung in Dampf führt.

Anschließend strömt der Dampf über den Anschluß 23 a in den zentralen Behälter 19a bis zum Austritt in die Rohrleitung 24a und durch das Ventil 28 aus der Düse 35 . Die konstant in die Schlange 22a eintretende Wassermenge muß gleich der Menge sein, die für die Erzeugung des Dampfes erforderlich ist, um durch die Düse 35 abgegeben werden zu können, d.h. im Inneren des Kreislaufes darf weder ein Dampfüberschuß entstehen, der den Innendruck so erhöht, daß er zum Schließen des Ventils 21a führt, noch darf ein Dampfmangel entstehen, damit es vermieden wird, daß die Abgabe unterbrochen oder vermindert erfolgt.

Gemäß dieser Ausführungsform hat der zentrale Behälter 19a außerdem die Aufgabe, ein Reservoir darzustellen, das einen Ausgleichsraum für den Druck bildet, um den Änderungen oder Schwankungen gerecht zu werden, die während der eigentlichen Abgabe erfolgen können.

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Bs versteht sich, daß zahlreiche verschiedene Ausführungen insbesondere hinsichtlich des A"bsperrventiles mit konstanter AhgaToe möglich sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

8 Patentansprüche 2 Figuren

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Claims

Patentanspruch:

/ 1. I Momentanverdampfer für Hilfsfunktionen in Espresso-V J Kaffeemaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem Metallblock besteht, in den ein hydraulischer Kreislauf eingebracht ist, der mit Wasser unter Druck gespeist wird, welches aus einem Kessel in dem Augenblick kommt, in dem Dampf entnommen wird, wobei der Metallblock mit dem Kreislauf auf eine hohe Temperatur erhitzt wird und das Öffnen des Ausflußventils mit einer gleichzeitigen Steuerung der Hochdruckspeisung vorgesehen ist, um einen Druckabfall im Kreislauf zur Momentanverdampfung des darin enthaltenen Wassers hervorzurufen und die Anspeisung von neuem Wasser unter hohem Druck zu ermöglichen. -

2, Verdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfungskreislauf einen vertikalen Zylinder, der von unten gespeist wird und eine schlange umfaßt, die mit dem Zylinder verbunden ist, wobei das Ganze in den Metallblock eingebaut ist und mit einem Absperrventil gegen den Kessel hin geschlossen ist, und wobei das Öffnen dieses Ventils von außen gleichzeitig mit der Ingangsetzung der Hochdruckspeisepumpe gesteuert wird.

3. Verdampfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des den Kreislauf enthaltenden Blocks innerhalb bestimmter Grenzen gehalten wird, die im vorhinein von einem Thermostaten od.dgl. festgelegt werden.

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4. Verdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisung mit neuem Wasser in kontinuierlicher Weise erfolgt u.zw. in kleinen Mengen und mit konstantem Zufluß über ein Absperrventil mit geregeltem Durchfluß.

5. Verdampfer nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfungskreislauf eine von oben gespeiste Schlange umfaßt, daß er in einen vertikalen Zylinder einmündet, der in den Metallblock eingelassen ist, daß er oberhalb eines Absperrventils gegen den Kessel und unterhalb von einem Ausflußventil abgeschlossen wird, und daß die Öffnung des letztgenannten Ventils von außen gleichzeitig mit der Ingangsetzung der pumpe zur Hochdruckspeisung gesteuert wird.

6. Verdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des den Kreislauf enthaltenden Metallblockes innerhalb eines Bereiches von 180 - 300°0 vorzugsweise 280 - 300⁰C, gehalten wird. ·

7. Verdampfer nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die dauernd durch das oberhalb der Schlange angebrachte Absperrventil fließende Wassermenge während der Dampfabgabe im wesentlichen gleich der Wassermenge ist, die für die Erzeugung des Dampfes erforderlich ist, der durch den gesteuerten Ausfluß
abgegeben wird.

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8. Verdampfer nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die in kontinuierlicher und gesteuerter Weise durch das Absperrventil fließende

Wasser] liegt.

V/asseriaenge im Bereich von 50 - 150 cm pro Minute

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