DE2611533A1 - Fernsteuerbare betaetigungsvorrichtung mit rueckstellung bei nichtbeanspruchung - Google Patents

Description

Meissner & Meissner

PATE NTANWALTS BÜRO

^BERLIN - ^MÜNCHEN 2611533

PATENTANWÄLTE

DIPL-ING. W. MEISSNER (BLN) DIPL-ING. P. E. MEISSNER (MCHN) DlPL-ING. H.-J. PRESTING (BLN)

1 BERLIN 33, HERBERTSTR. 22

Ihr Zeichen Ihr Schreiben vom Unser Zeichen Berlin, den '

.Fall - 63 Societe Anonyme dite:

λ2 HüiUF^iüHIi; !^.^CkaELL^ A.M.R. I., 50 Avenue Daumesnil,

75012 Paris, Frankreich

j'ernsteuerbare Betätigunsvorrichtung mit xackstellung bei rii Giltbeanspruchung

Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung, aie --.uf mechanischem, h3'"draulischem oaer pneumatischem .-vege ferngesteuert; werden kann und dr.nn sofort wieder in seine -iUs^an^stellung zurückkehrt, sobald sie niciit irchr in ..-.nspruch genommen v/ird, wobei sie während der - uf^enc-ninenen Verbindung einen jjruck und ein xiucksch^lt^onent liefert, dessen i^odul sich während aer gesamten Laufzeit als Punktion des -urbeitsprinzips und der 3etriebsre?rel des .jrbeitsablaufs verändert.

Die Erfindung richtet sich insbesondere auf eine Betätigungsvorrichtung, die eine hydraulische oder pneumatische Winde verwendet, die eine einfache zum Beureiben von Drosselventilen oder dgl. abgestellte wirkungsweise besitzt und eine mechanische Vorxüchtung zur Energiesaiimlung aufweist, durch die das Drosselventil rückgecitelit und in seiner äußersten .Stellung gehalten wira, wenn uer (aer

609840/1013

BORO MÖNCHEN:	TELEX:	TELEGRAMM:	TELEFON: BANKKONTO:	POSTSCHECKKONTO:
8 MÖNCHEN 22	1-856 44	INVENTION	BERLIN BERLINER BANK AG.	W. MEISSNuR1 BLN-W
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			BAD ORKStttAL

261153

hydraulische oder pneumatische) Antriebsdruck einen bestimmten wert unterschreitet ο

.lJs ist bekannt, daß bei derartigen Betätigungsvorrichtungen eine .ochli einstellung sehr genau bestimmt v/erüen sollte von der die diesbezüglich bedingte dichtung des /entils und der ordnungsgemäße Zustand des ^itzes oder des elastischen liinges abhangt <>

Darüber hinaus müssen diese "Vorrichtungen an die Steuerv/elle des Ventils das erforderliche Lloment zum ausschalten aller anderen Einwirkungen so?/ie ein toment liefern, das f c.r aie Umgebung der Yentilschließung von Bedeutung ist, eine neciu.nische Verriegelung in der bchlielistellung ermöglichen und schließen das Drosselventil i'iigsan aus aer Hdhe der ochiießstellung in die Ii..he aer geöffneten Stillung bringen, so daß die abgegebene Leistung ebenmäßig vermindert und die .bt.ör-ungen vermieden werden, die auf die heftige Betätigung der Treibstangen beim ßen zurückzuführen sincu

iis ist dabei leicht einzusehen, da£ derartige besondere ü ;enßchaften f Ir den Betrieb in einer xticlitung mittels einer einfach 7/irkenden hydraulische oder rneumatische .winde zu erzielen ist, aie an ein passendes ,bertragungs- und I^rra.v/ano.lungssystem in^eschlossen ist (geradlinige Bewegung/ürehbewegung).

Jemge^enüber verhält es sich jedoch beim Betrieb aer Betätigungsvorrichtung in der umgekehrten dichtung ganz anders, wenn nämlich kein hydraulischer oder ;neumatischer jjruck besteht„

i)s /urden bereits baüimlersysteme mit iTederbesi; .ckung ge-

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schaffen, um die Winde und demzufolge auch das Ventil
in seine Ausgangsstellung zurückzuholen, wenn aie winde nicht mehr mit Druck beaufschlagt ist, wobei derartige Systeme einfache schraubenförmige JtPedern verwenden, die von der Spindel der vvinde zusammengedrückt .werden, wenn letztere mit einem hydraulischen Steuerdruck beaufschlagt wird, und in !form potentieller Energie einen Teil der Energie der winde absorbieren sowie diese Energie wieder hergeben, indem die Spindel der
Winde in die Ausgangsstellung zurückgedrückt wird, wenn sie nicht mehr antreibt.

Dennoch ist es bei der Verwendung derartiger Hückholfedern nicht möglich, die vorher erwähnten Eigenschaften zu erhalten, hauptsächlich aufgrund der Tatsache, daß das Übertragungs- und Umwandlungssystem im allgemeinen die Sachlage berücksichtigt, daß der von der Spindel der Winde ausgeübte Druck während der seiner ganzen Verschiebung konstant bleibt·

Dieses System ist also nicht länger geeignet, daß bei . nicht bestehendem Steuerdruck die Betätigungsvorrichtung unter der Einwirkung der energiespeichernden Federn in seine Ausgangsstellung zurückgeholt wird. Dabei ist bekannt, daß die von einer leder ausgeübte Kraft nicht konstant ist, sondern sich in .abhängigkeit ihrer Längung verändert. Demzufolge wird die von der -^ückschaltfeder zum Schließen des Ventils ausgeübte Kraft, falls die Tätigkeit der Winde die Öffnung des Ventils bewirken soll, am Anfang des Schließungsvorgangs größer sein als bei der Schließstellung, was also dem angestrebten Zielvorstellungen widerspricht»

Deshalb verfolgt die Erfindung das Ziel, diese Nachteile.

zu beseitigen ο Die erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtung besitzt eine Energieübertragungs- und Energieumwandlungssystem, mit dem Übertragungs- und TJmwandlungssystem verträglich ist, das der hydraulisch oder pneumatisch betriebenen Spindel der Winde zugeordnet ist, so daß sich bei der- Rückkehr in die Ausgangsstellung der Betätigungsvorrichtung in Abwesenheit eines Steuerdrucks eine Rückschalt- oder Rückstellkraft ergibt, deren Wert sich in abhängigkeit der Verschiebung der Windenspindel nach einer bestimmten Zielvorstellung entsprechender Regel verändert.

Demgemäß weist die Betätigungsvorrichtung nach der Erfindung im wesentlichen ein Antriebsorgan, z.B. eine einfach wirkende hydraulische oder pneumatische Winde auf, deren geradlinig bewegliches .uusgangsglied (z.B. die Spindel der Winde) kraftschlüssig mit dem mechanischen System zur übertragung und Umwandlung der geradlinigen Bewegung in Drehbewegung verbunden ist und an seinem Ende wenigstens eine Führungskante besitzt, auf der wenigstens eine unter der Wirkung einer federnden Vorrichtung als Energiesammler stehende Laufrolle derart geführt wird, di.-.J3 einerseits, wenn das bewegliche uusgangsglied sich in einer Richtung unter der Wirkung des Steuerdrucks seitens des Antriebsorgans verschiebt, die Führungsschienen/die Laufrolle gegen die Wirkung der Federkraft zurückdrängt, wobei im Laufe der Verschiebung die federnde Vorrichtung einen Teil der vom Antriebsorgan zugeführten Energie in Form potentieller Energie speichert und andererseits, wenn kein Steuerdruck vom Antriebsorgan vorliegt, die potentielle gespeicherte Energie das Ausgangsglied durch die Wirkung der Laufrolle auf die Führungskante in die Ausgangsstellung zurückführt, und zwar nach einer Variationsregel Kraft/Verschiebung

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in Abhängigkeit des Profils der Führungskante, dessen Ausbildung entsprechend auf die Art des Übertragungsund Umwandlungssystems und auf dem verfolgten Zweck abgestellt ist.

Nach einer Anwendungsweise des erfindungsgemäßen Betätigungsorgans mit einem Klappenventil, dessen Offnen und. Schließen durch eine Vierteldrehung der Steuerachse des Ventils erreicht wird, wobei das mechanische Übertragungsund Umwandlungssystem von geradliniger Bewegung in Dreh^ bewegung eine Treibstange aufweisen kann, die einerseits an einem kraftschlüssig mit dem beweglichen Ausgangsglied verbundenen Kern und andererseits am auslaufenden Ende eines Hebelarms angelenkt ist, der kraftSchlussig mit einem Dorn verbunden ist, der auf der antriebswelle oder Vierkantwelie des Ventils befestigt ist. Durch dieses Übertragungs- und Umwandlungssystem läßt sich ein Antriebsmoment auf der Antriebsachse das Klappenventil erzeugen, das ausgehend von der geöffneten stellung des Ventils fortschreitend bis zur geschlossenen Stellung zunimmt, in der es theoretisch unendlich ist, und dies für eine im wesentlichen konstante Belastung des ^ntriebsorgans.

Ss werden nachstehend in Zusammenhang mit den Zeichnungen einige Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Es zeigen:

Figo 1 und 2 einen axialen Längsschnitt einer Betätigungsvorrichtung für ein 'Klappenventil mit einfachwirkender pneumatischer ./inde, wobei die figur 1 der geschlossenen und die Figur 2 der gebf/netan ütellung des Ventils entspricht $

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Fig. 3 und 4- einen axialen Längsschnitt, der den Schnitten der Fig. 1 und 2 analog ist, wobei die Betätigungsvorrichtung jedoch mit einer hydraulischen "winde verbunden ist;

Fig. 5 einen Schnitt auf der Linie A-A der Fig. 1,2,3 und 4; und

Fig. 6, 7 und S drei schematische Schnitte anhand deren das Prinzip des in der Fig. 1,2,3 und 4 verwendeten Lbertragungs- und Umwandlungssystems dargestellt wird.

Die Betätigungsvorrichtung 1 weist nach den Fig. 1,2 und 5 eine einfach wirkende pneumatische Winde 2 auf, die auf bekannte .'/eise einen zylinder 3 und einen kraftschlüssig mit einer Spindel oder Stange 5 verbundenen Kolben 4- besitzt, der geradlinig beweglich ist. Die Spindel 5 weist in seinem mittleren Bereich einen Kern 6 auf, an .em eine Treibstange 7 angelenkt ist, die ihrerseits am kraftschlüssig mit dem Dorn 9 verbundenen Hebelarm 8 an^elemcb ist, wobei der Dorn 9 ?uf der Yierkanttreibwelle 10 eines Klappenventil feststehend aufgesetzt ist. Die Spindel 5 3-^er */inde 2 sowie die Elemente des Übertragungs- und Umwcndlungssystems, d.h. die Treibstange und der Hebelarm 0, liegen in den orthogonalen Ebenenzur Antriebsachse der Klappe des "Ventils.

Die Spin,x8l > der .iinde 2 trägrb auf seinem freien Ende eine Kante o-'iei· einoti spit bogenförmigen Mitnehmer 12, die das Fuhr=-.D₄₁ ¹S^-ide ' χ.ι öi^-^n Führungsrohr 13 bildet, wodurch Ji-. ίνα?-.-j .,ei:.dli^iye /erjohiebung ;ier Spindel 5 crins ij^i kl 1 Ciα;i> ^>. :.»^3_ ei-L-uicho /vLLX'd.

- 7 jiu:;-"-*.0/r0i3

BAD OBIGWAL

Auf der Außenfläche des Mitnehmers 12 legen sich mehrere Laufrollen 14 an, durch die -mittels eines v/inkellenksystems der durch ein federndes Element ausgeübter Druck auf den Mitnehmer übertragen wird. Das feaernde Element liegt koaxial zur äußeren Peripherie des Führungsrohrs 13.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht das Lenksystem aus einem beweglichen Teil oder einer vi/ippe 15 in Form eines Teilkranzes mit einem Winkel im Mittelpunkt von annähernd 90°, dessen äußere Umfangsflache sich an die Innenfläche eines Lagers 16 paßgerecht anlegt, das kraftschlüssig mit dem Körper 17 äer Betätigungsvorrichtung 1 verbunden ist. Zur maximalen Begrenzung des Energieverlustes durch Reibung zwischen dem beweglichen Teil oder der Wippe 15 und dem Lager 16 liegt ein Kugel- oder Nadellager 18 zwischen den beiden Flächen.

Das bewegliche Teil 15 trägt auf einem Ende eine schwenkbar eingesetzte Laufrolle 14, die mit dem tlitnehmer 12 in Kontakt kommt und auf der rinderen Seite eine Rolle .an die sich.eine Druckscheibe 20 anlegt, die auf dem Führungsrohr 13 gleitend geführt und den Belastungen des federnden Elements ausgesetzt wird. Somit kann bei den Verschiebungen des beweglichen Teils 15 die Rolle auf der Druckscheibe 20 radial abrollen. Das federnde Element besteht auch aus einem Stapel Federscheiben 22, die um das Führungsrohr 13 zwischen einem als Gegenlager dienenden Teil 23 des Körpers 17 und der Druckscheibe 20 liegt.

Bei der durch die Wirkung des federnden Elements hervor-.

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gerufenen dchließung des Ventils wird die Spindel 5 in der geschlossenen Stellung des Ventils (Pig. I) "geschluckt" und die Laufrollen 14 konnten mit dem Ende von geringem Durchmesser des Mitnehmers 12 in Kontakt. Das federnde Element ist d_?nn zum Teil entspannt. Um ein Cffnen des Ventils zu erreichen, wird die Winde 2 derart mit Druck beaufschlagt, daß sich die Spindel 5 verschiebt. Im Laufe dieser Verschiebung stößt der Mitnehmer 12 die Laufrollen 14 zurück, wodurch mittels des Winkellenksystems das federnde Element zusammengedrückt wird. Somit wird ein Teil der von der Winde 2 gelieferten Energie vom federnden Element in der Form potentieller Energie gespeichert. Fach Abschluß des Öffnungsvorgangs hi-bon die Laufrollen 14 mit dem großen Durchmesser des Mitnehmers (Fig. 2) Kontakte Wird der Druck im innern der Winde 2 unterdrückt, verschiebt sich die Spindel die nun nur noch der Rückholkraft ausgesetzt ist, jetzt in umgekehrter Richtung und bewirkt das Schließen des Ventils (Fig.1).

Im Laufe dieser Verschiebung befolgt die Rückholkraft eine Variationsregel, die einerseits unmittelbar von der Eigenart des federnden Elements und andererseits vom Profil des Mitnehmers 12 abhängt. Selbstverständlich ist diese Variationsregel, die durch die Umsetzungsfunktions des Übertragungs— und Umwandlungssystems transformiert wird, als bestmögliche Reaktion auf das Verhalten des Ventils beim Offnen und Schließen erstellt worden.

Die Betätigungsvorrichtung (Figo 3 und 4), die vom übertragungs- und Umwandlungssystems 27 Symetriezustand empfängt, stellt sicher, daß das Ventil durch das Energiespeichersystem 28 in die geöffnete Stellung zurück-

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kehrt, wogegen die Schließung des Ventils durch die Wirkung der Winde 26 erreicht wird.

Um den öffnungsvorge.ng für den Fall zu ermöglichen, daß das Ventil sich unter der "irkung des federnden Elements in der Schließstellung befindet oder d.-u3 (dem entgegengesetzt) die hydraulische oder pneumatische Energie nicht zur Verfügung" steht, z.B. bei Betriebsausfall in der Energieversorgung und -verteilung, oder bei Ingangsetzen der Anlage, sieht die Erfindung ein Hilfssteuerungssystem vor.

Zu diesem Zwecke ist eine koaxiale zur Spindel 5 der Winde mit Innengewinde versehene Öffnung 29 hinter dem Mitnehmer im Körper der Betätigungsvorrichtung angeordnet.

Die Öffnung 29 wird normalerweise von einer Verschließ- ■ schraube 31 geschlossen gehalten, die nach Bedarf bei einsetzender Energiestörung in der Hydraulik oder Pneumatik durch eine mit Außengewinde versehenen Stift 3d entfernt und ersetzt wird, der sich in die Öffnung 29 einschrauben läßt und beim Einschrauben den hinteren Teil des Mitnehmers zurückdrückt, indem es auf diese Y/eise den nicht verfügbaren hydraulischen oder pneumati-. sehen Druck ersetzt.

Die Figuren 6,7 und 8 veranschaulichen die Arbeitsweise des in der Betätigungsvorrichtung nach den Figuren 1, 2 und 3 und 4 angewandten Prinzips des Übertragungs- und Umwandlungssystem und zwar insbesondere die Jeweiligen ' vom Kern 6, den Treibstangen 7 und dem Dorn in geöffneter

-10 -ORIGINAL INSPECTED

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Stellung (Fig. 6), in der intermediären Stellung .7) und in der geschlossenen Stellung (Fig. 8) des Ventils eingenommen Stellungen.

wenn somit der Kern 6, an dem die Treibstange 7 angelenkt ist, in der üffnungsstellung nach Fig. 6 einer konstanten Kraft ausgesetzt wird, entspricht das auf der Dornachse liegende laoment der Gleichung G = F.h. (wobei h die Entfernung der Treibstange 7 zur Dornachse 9 ist.)

Nach Maßgabe der Verschiebung des Kerns 6 ?/ird zunächst eine leichte Abnahme des Moments G bei einer geringen Verringerung der Entfernung hp (Fig. 7) festgestellt, die danach durch die Zunahme der Komponente F^ auf die Längsachse der Treibstange 7 kompensiert wird, wobei dieses ivioment fortlaufend größer wird, bis es die in der Fig. 8 dargestellte geschlossene Stellung erreicht, wo es theoretisch unendlich ist.

Die geringfügige Abnahme des Moments in der Zwischenstellung wird leicht durch eine geeignete Ausbildung des Profils des Mitnehmers 12 kompensiert.

- Patentansprüche -

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Claims (1)

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   PATENTANWÄLTE

   DIPL-ING. W. MEISSNER (BLN) DIPL-ING. P. E. MEISSNER (MCHN) DIPL-ING. H.-J. PRESTING (BLN)

   1 BERLIN 33, HERBERTSTR. 22

   i HiL-

   Ihr Zeichen Ihr Schreiben vom Unser Zeichen Berlin, den

   Fall-63 Patentansprüche:

   h J Fernsteuerbare Betätigungsvorrichtung mit Rückstellung in die Ausgangsposition bei Nichtbeanspruchung, insbesondere für Ventile mit "Vierteldrehung", gekennzeichnet durch ein Antriebsorgan, z.B. eine einfach wirkende hydraulische oder pneumatische Winde (2), deren geradlinig bev/egliches Ausgangsglied (5) (z.B. die Spindel einer Winde) kraftschlüssig mit dem mechanischen System zur übertragung und Umwandlung der geradlinigen Bewegung in Drehbewegung verbunden ist, und an seinem Ende wenigstens eine Führungskante aufweist, auf der wenigstens eine unter Wirkung einer federnden Vorrichtung (22) als Energiesammler stehende Laufrolle (14-) derart geführt wird, daß einerseits, wenn das bewegliche Ausgangsglied (5) sich in einer Richtung unter der Wirkung des Steuerdrucks seitens des Antriebsorgans (2) verschiebt, die Führungskante (12) die Laufrolle (14) . gegen die Wirkung der Federkraft zurückdrängt, wobei im Laufe der Verschiebung die federnde Vorrichtung einen Teil der vom Antriebsorgan zugeführten Energie in Form potentieller Energie speichert, und andererseits, wenn kein Steuerdruck vom Antriebsorgang vorliegt, die po-

   - 12 609840/1013

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   MÖNCHEN Ω 1-85644 INVENTION BERLIN BERLINER BANK AG. W. MEISSNER, BLN-W

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   TEL.: 089/22 35 44 030/886 23 82 3695716000

   tentielle gespeicherte Energie das ausgangsglied durch ■J.e wirkung der Laufrolle (14) auf die Führungskante in aie Ausgangsstellung zurückführt, und zwar nach einer Variticnsregel Kraft/Vercchiebung in --bhängigkeit des Profils der i'Thrungskante, und durch anpassen des Profils :-.n dio _:.rt des tbertragungs- und Umwo.r.&lungssy stems .'¹U in "-iinolick auf e.en beabsichtigten Zweck.

   .:. Betätigungsvorrichtung fur Ventil, mit durch Viertelcirehurg der oteuorachse des Ventils erzieltem offnen ■.-.na _hjciilieien ae.^: Ventils nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, d.-.B das mechanische obertragungs und Um-•,va^uiungssysuei: der j-radlinigen "Bewegung in Drehbewegung eine Treibstange (7) auf v/eist, die einerseits auf dem Ji.us-j"---ng3_c_;liea aes ,.ntriebsorgans and andererseits :-uf dem ^nde eines -!ebelrrias (8) cngelenkt ist, der kro.ftschlüssig nit einem Dorn (9) verbunden ist, der auf der ...ntriebs- der Vierkantwelle des Ventils stationär befestigt 'iot.

   ο Betätigungsvorriclitung nach einem der vorhergehenden j.i.nsj)rüche, dadurch gekennzeichnet, daL· die -uühx'ungsk.-nte aIs spitbogenformigor iJitnehmer (12) ausgebildet ist, dessen Ünde in eir.em kraftschliissig mit dem Körper der Betätigungsvorrichtung verbundenen Führungsrohr 03) gleitend geführt wird, daß sich an die ^.uSenflache des , itnehmers (12) mehrere Laufrollen (14) anlegen, durch die über ein v/inke llenksys tem die durch die auf der äußeren Peripherie des Führungsrohrs (13) koaxial liegende feaernae Vorrichtung ausgeübte Belastung auf den ;,-itnehmer übertragen wird.

   4. Betätigungsvorrichtung nach .a.nspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das winkellenksystem einen beweglichen

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   ■Teil oder eine wippe (15) in -J'orn eines Toilkr;.nzes besitzt, dessen cuiiere Urd·'. uff 1- _ci±e ir einer komplementären inneren Tjrulauf fläche eines Layers (18) ruht, dBs kraftsclilüssig mit aem Körper der üet-ütigungsvorrichtung verbunden ist, wobei ein ί'αΐ_ο·;-·1- oder L'aaella&er zwischen den Flachen eingesetzt sein

   5. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn-

   - zeichnet^ daß ciie vii__ype (15) ^£;n einem !inae eine LfiUfrolle (14), die an den kitnehmer (i^) anstößt, ..nd auf der anderen oeite eine Holle (19) aufweist, en aie sich eine Druckscheibe (20) anlehnt, die gleitend auf dem Führungsrohr geführt und den Belastungen seitens der federnden Vorrichtung ausgesetzt wird«

   6. Betätigungsvorrichtung nr.ch einem der vorhergehenden anspräche, dadurch gekennzeichnet, d-ß die feuernde Vorrichtung aus einem otapel federnder Scheiben besteht, die um das Führungsrohr herum zwischen er. nem als Gegenlager (23) ausgebildeten Teil des Körpers der Betätigungsvorrichtung und der ^ruckscbeibe (2ü) angeordnet ist.

   7. Betätigungsvorrichtung nach, einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ?ls .Intriebsorgan eine hydraulische oder pneumatische winde verwendet wird.

   8. Betätigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden .anspräche, dadurch gekennzeichnet, daß ihr Körper eine mit Innengewinde versehene Öffnung im hinteren Teil des Mitnehmers (12) und koaxial zu diesem verlaufend aufweist, welche normalerweise von einer Verschlußschraube (31) ge-

   - schlossen ist, die im Bedarfsfalle durch einen mit außengewinde versehenen Stift (32) entfernt und ersetzt werden

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   BAD

   ZDI iOO° - 14- -

   _■:-. rm und dabei als Hilf steuermittel dient, aas beim iL:Lr-i3cLir^:--.-.uben dua hintere '^eii des Eitnehmers zurückarän^-j, so ά."β in Abwesenheit des Betriebsdrucks der .-rbeitsg^ng durchgeführt v/ira.

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   BAD ORlQiNAL