DE2809949A1

DE2809949A1 - Verfahren zum lueften von raeumen sowie lueftungsvorrichtung zur durchfuehrung dieses verfahrens

Info

Publication number: DE2809949A1
Application number: DE19782809949
Authority: DE
Inventors: Karl Heinz Fischbach
Original assignee: Siegenia Frank KG
Current assignee: Siegenia Aubi KG
Priority date: 1978-03-08
Filing date: 1978-03-08
Publication date: 1979-09-13

Description

78 112 PGH SIEGENIA-FRANKKG, Eisenhüttenstr. 22, 5900 Siegen 1

a) Titel

Verfahren zum Lüften von Räumen sowie Lüftungsvorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens

b) Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Lüften von Räumen durch einen an jedem Ende mindestens eine Durchlaßöffung aufweisenden, insbesondere quer zu diesen Durchlaßöffnungen gerichteten, Kanal, bei dem der Luftstrom in der einen Durchlaßöffnung durch einen wesentlich größeren Querschnitt als in der anderen Durchlaßöffnung geführt und dabei im Kanal unmittelbar vor oder hinter der Durchlaßöffnung größeren Querschnitts spontan durch eine Strecke mit noch größerem Querschnitt geleitet wird. Ferner befaßt sich die Erfindung mit einer Lüftungsvorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

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nachgereichtI

Ein Lüftungsverfahren und eine Lüftungsvorrichtung der gattungs gern äßen Art sind Gegenstand der Patentanmeldung P ·².⁸ ?.⁹ ί³.¹.¹·.⁹- . . ( internes Zeichen 78 111 PGH ).

Stand der Technik

Das Lüftungsverfahren und die Lüftungsvorrichtung nach Patentanmeldung P 28 09 611.9 nutzen das Prinzip

der sogenannten Rohrströmung in Rohren mit unstetigen Querschnittsänderungen,, bei der sich am Ort der Querschnittssprünge Druckänderungen ergeben, die im Falle einer scharfkantigen Verengung durch die Kontraktion des Strömungsquerschnitts und im Falle einer plötzlichen Erweiterung durch den sogenannten CARNOT'schen - Stoß verursacht werden.

Im Rahmen dieses Lüftungs ve rfahrens und der zu seiner Durchführung benutzten Lüftungsvorrichtung werden dabei in bestimmter Weise verschiedene Querschnittsprofile, nämlich einerseits Kreisquerschnitte und andererseits Rechteckquer schnitte, im Strömungsweg hintereinander geschaltet, die verschiedenen Widerstandsgesetzen unterliegen.

Dabei hat sich gezeigt, daß unter allen vorkommenden Betriebsbedingungen die Effektivität der Lüftungswirkung gegenüber herkömmlichen Lüftungsverfahren und Lüftungsvorrichtungen entscheidend verbessert werden kann.

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jlNACHQEREICHT

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Im Rahmen der experimentellen Untersuchung der beim Verfahren und der Lüftungsvorrichtung nach Patentanmeldung P 28 09 611.9 auftretenden Rohrströmung wurde gefunden,

daß die Effektivität der Lüftung nicht nur von den jeweiligen Druck- und/ oder Strömungsverhältnissen im Bereich der beiden Durchlaßöffnungen des Kanals abhängig ist, sondern vielmehr auch noch vom Volumen der der Durchlaßöffnung größeren Querschnitts benachbarten Durchströmstrecke mit noch größerem Querschnitt beeinflußt wird«

d) Beschreibung der Erfindung

Auf der Basis dieser Erkenntnisse ist der Erfindung das Ziel gesetzt, eine Möglichkeit zu schaffen, durch die beim Betrieb der Lüftungsvorrichtung zur Durchführung des Lüftungsverfahrens das Volumen der Durchströmstrecke noch größeren Querschnitts auf die jeweils herrschenden Umweltbedingungen abgestimmt werden kann„

Die Lösung dieses Problems wird nach der Erfindung verfahrenstechnisch in der Hauptsache dadurch erreicht, daß das Volumen der Strecke mit noch größerem Durchströmquerschnitt in Abhängigkeit vom unterschiedlichen Druck- und/ oder Strömungsverhältnissen an verschiedenen Meßpunkten des Strömungsweges verändert wird«

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Auf diese Art und Weise kann nämlich das Volumen der Durchströmstrecke mit noch größerem Querschnitt völlig selbsttätig jeweils auf denjenigen Wert eingestellt werden, der unter den gegebenen Bedingungen den optimalen Lüftungseffekt garantiert.

Eine erfindungswesentliche Weiterbildung der Verfahrenstechnik besteht dabei darin, daß die Druck- und/ oder Strömungsverhältnisse im Strömungsweg mindestens an zwei verschiedenen Stellen gemessen und als Stellgrößen für die Volumens änderung der Durchströmstrecke mit noch größeren Querschnitt benutzt werden.

In den weitaus meisten Fällen ist es dabei ausreichend, wenn die Druck- und/ oder Strömungsverhältnisse jeweils im Bereich der beiden Durchlaßöffnungen des Kanals gemessen und als Stellgrößen benutzt werden. Vielfach ist es jedoch erwünscht, die Druck- und/ oder Strömungsverhältnisse zusätzlich noch an mindestens einer Stelle innerhalb der Durchströmstrecke mit noch größeren Querschnitt zu messen, um hierüber beispielsweise einen Sollwert zu bilden.

Eine Lüftungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, bei der die Durchströmstrecke noch größeren Qierschnitts von einer Kammer gebildet wird, zeichnet sich nach der Erfindung hauptsächlich dadurch aus, daß mindestens eine Wandung der Kammer durch eine Antriebsvorrichtung, z.B. einen Elektromotor, verstellbar ist.

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In weiterbildender Ausgestaltung der Lüftungsvorrichtung kann dabei erfindungsgemäß die Antriebsvorrichtung über ein Untersetzungsgetriebe, ζ. B. ein Schraubengetriebe oder eine langsam laufende Kurbel, an der verstellbaren Wandung angreifen.

Als nachahmenswert hat es sich im Rahmen der Erfindung erwiesen, wenn die einzelnen Meßpunkte von Strömungssonden gebildet sind, die mit einer Vergleichsschaltung, z.B. einem Regelkreis, in Verbindung stehen, welche bzw. welcher einen Stellwertgeber für die Antriebsvorrichtung bildet. Als Strömungssonden können dabei druckabhängige Kapazitäten oder Induktivitäten, piezoelektrische Kristalle oder auch durch Druckeinfluß längenabhängige Widerstände ( Dehnungsmeßstreifen) vorgesehen werden.

Da beim Betrieb der gattungsgemäßen Lüftungsvorrichtungen in Folge der sich ändernden Umwelteinflüsse nur verhältnismäßig kleine Druckänderungen auftreten, kann sich die Verwendung von Biege Schwingern aus Seignettesalz aus Strömungssonden als besonders vorteilhaft erweisen, weil diese für kleine Druckänderungen besonders empfindlich sind.

Natürlich lassen sich als Meßsonden auch Pitot-Rohre oder Prandtl'sche Rohre einsetzen, wenn diese mit geeigneten Umformerelementen ausgestattet sind, die eine Verbindung mit der Vergleichsschaltung zur Einwirkung auf den Regelkreis gestatten.

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e) Beschreibung der Zeichnungsfiguren

Fig. 1 zeigt in schematisch vereinfachter Schnittdarstellung eine erste Ausführungsform einer Lüftungsvorrichtung mit einer hinsichtlich ihres Volumens regelbaren Durchströmstrecke, in

Fig. 2 ist in entsprechender Darstellung eine abgewandelte Ausführungsform einer Lüftungsvorrichtung mit einer hinsichtlich ihres Volumens regelbaren Durchströmstrecke dargestellt, während

Fig. 3 rein schematisch, einen Regelkreis zeigt, in dem die Re gelstrecke von der in ihrem Volumen veränderbaren Durchströmstrecke der Lüftungsvorrichtung und der Regler von dem die Volumensänderung bewirkenden Stellglied gebildet ist.

f) Wege zur Ausführung der Erfindung

Die in Fig. 1 dargestellte Lüftungsvorrichtung 1 weist einen Kanal

2 auf, welcher an jedem seiner beiden Enden eine Durchlaß Öffnung

3 bzw. 4 hat. Dabei erstreckt sich der Kanal 2 im wesentlichen quer zur Achse der beiden Durchlaßöffnungen 3 und 4. Diese Durchlaßöffnungen 3 und 4 sind verschiedenen Kanalseiten zugeordnet und befinden sich, bezogen auf die Einbauebene der Lüftungsvorrichtung 1,

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vorzugsweise an einander gegenüberliegenden Kanalseiten.

Die beiden Durchlaßöffnungen 3 und 4 sind hinsichtlich ihres Luftdurchgangquerschnitts größenmäßig völlig verschieden ausgelegt, und zwar ist im gezeigten Beispiel die Durchlaßöffnung 3 wesentlich größer bemessen als die Durchlaßöffnung 4.

Unmittelbar an die größere Durchlaßöffnung 3 anschließend ist im Kanal 2 eine Kammer 5 angeordnet bzw. ausgebildet, welche einen relativ zur größeren Durchlaßöffnung 3 wiederum, und zwar spontan, vergrößerten Querschnitt aufweist. Dieser größere Querschnitt der Kammer 5 geht, wiederum unter spontaner Verengung, in die Kanalstrecke 6 über, deren Durchströmquerschnitt nicht nur kleiner als der Durchgangsquerschnitt der Durchlaßöffnung 3 und der Kammer 5, sondern auch kleiner als der Durchgangsquerschnitt der Durchlaßöffnung 4 ist.

Die Kanalstrecke 6 schließt sich an die Kammer 5, in Achsrichtung der Durchlaßöffnung 3 gesehen, unter einem spitzen, beispielsweisen einem rechten Winkel an, und zwar so, daß ihre karnmerseitige Mündung 7 sowohl von der Vorderwand 8 und der Rückwand 9 als auch von Bodenwand und Deckenwand einen gewissen Abstand aufweist.

Die Durchlaßöffnung 3 wird von einem in die Kammer 5 hineinragenden Mantelring 12 begrenzt, der nötigenfalls einen Axial Ventilator 13 aufnehmen kann.

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Die Kanalstrecke 6 und die Kammer 5 haben vorzugsweise einen rechteckigen Durchströmquerschnitt, während die Durchgangsquer schnitte der Durchlaßöffnungen 3 und 4 vorzugsweise kreisförmig sind.

Aufgrund der beschriebenen Ausgestaltung für die Lüftungsvorrichtung 1 wirkt diese nach dem Druckbehälter-Prinzip und unterliegt dabei den verschiedenen Widerstandsgesetzen der sogenannten Rohrströmung. Dabei wird das Strömungsverhalten der Luft durch die gesamte Lüftungsvorrichtung vom Volumen der Kammer 5 und den an den beiden unterschiedlich großen Durchlaßöffnungen 3 und 4 jeweils anstehenden Druckdifferenzen bestimmt.

Während dabei die Druckdifferenzen von den jeweils herrschenden Umweltbedingungen abhängig sind, muß das Volumen der die Wirkungsweise der Lüftungsvorrichtung 1 wesentlich mitbestimmenden Kammer 5 konstruktiv festgelegt werden.

Aufgrund experimenteller Untersuchungen hat sich ergeben, daß sich bei unterschiedlichen Umweltbedingungen ( Druck- und Strömungsverhältnissen) bei einem bestimmten, konstruktiv festgelegten Volumen der Kammer 5 unterschiedliche Wirkungsgrade der Lüftungsvorrichtung 1 einstellen. Es konnte auch nachgewiesen werden, daß sich der Wirkungsgrad der Lüftungsvorrichtung 1 bei verschiedenen Umweltbedingungen durch Volumens änderungen der Kammer 5 nachhaltig beeinflussen läßt.

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Um daher in Anpassung an die wechselnden Umweltbedingungen einen möglichst gleichbleibenden Wirkungsgrad der Lüftungsvorrichtung 1 zu erhalten, werden Vorkehrungen getroffen, durch die sich das wirksame Volumen der Kammer 5 ändern läßt.

Bei der Lüftungsvorrichtung nach Fig. 1 der Zeichnung sind zu diesem Zweck die beiden Seitenwandungen 19 und 20 der Kammer verstellbar.angeordnet. Und zwar sind die beiden Seitenwandungen 19 und 20 zwischen der Vorderwand 8, der Rückwand 9, der Bodenwand und der Deckenwand verschiebbar geführt. Beide Seiten wandungen 19 und 20 sind dabei mit den Mündungen 7 für die Kanalstrecken 6' und 6" versehen, wobei sich an diese Mündungen jeweils Stutzen 7' und 7" anschließen, deren Querschnittsform der Querschnittsform der Kanalstrecken 6' und 6" angepaßt ist, wobei die Stutzen 7' und 7" dauernd mit den ihnen benachbarten Kanalstreckeh 6' und 6" in Eingriffsverbindung stehen.

Durch entsprechende Verschiebung der beiden Seitenwände 19 und 20 läßt sich also das Volumen der Kammer 5 zwischen einem Größtwert und einem Kleinstwert praktisch stufenlos verändern.

Bei der Lüftungsvorrichtung 1 nach Fig. 2 sind hingegen die Seitenwandungen 19 und 20 der Kammer 5 starr ausgeführt, während die der Durchlaßöffnung 3 größeren Durchtrittsquerschnitts gegenüberliegende Rückwand 9 der Kammer 5 stufenlos verstellbar

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ausgebildet ist. Hier läßt sich also das Volumen der Kammer 5 durch entsprechende Verlagerung der Rückwand 9 stufenlos verändern.

Zur Verstellung der Seitenwände 19 und 20 oder der Rückwand 9 dient ein Elektromotor 30, welcher im Falle der Fig. 1 beispielsweise zwei Schraubspindel-Getriebe 31', 31" bewegt, mit deren Hilfe die beiden Seitenwände 19 und 20 jeweils gleichzeitig und gegenläufig verschoben werden können.

Im Falle der Fig. 2 arbeitet dieser Elektromotor 30 hingegen auf nur ein Schraubspindel-Getriebe 31, welches die Rückwand 9 stufenlos verstellen kann.

Damit das Volumen der Kammer 5 durch Verstellung der Seitenwände 19, 20 oder der Rückwand 9 selbsttätig und stufenlos in Abhängigkeit von den jeweiligen Umwelteinflüssen immer so eingestellt wird, daß die Lüftungsvorrichtung 1 den günstigsten Wirkungsgrad erreicht, wird der Elektromotor 30 über eine Vergleichsschaltung in Form eines geschlossenen Regelkreises betätigt, wie er als Blockschaltbild in Fig. 3 dargestellt ist.

In diesem geschlossenen Regelkreis wird die Regelstrecke von der Lüftungsvorrichtung 1 gebildet, während das Stellglied für den aus der Kammer 5 bzw. deren verstellbaren Wänden 9 oder 19, 20 bestehenden Regler der Elektromotor 30 ist.

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In den Regelkreis kann die Führungsgröße, welche die Werte der Regelgröße bestimmt, ein-ge speichert werden.

Die Störgrößen werden hingegen von den jeweiligen Umwelteinflüssen bestimmt und können beispielsweise einerseits an einem Meßpunkt 32 im Bereich der Durchlaßöffnung 3 und an Meßpunkten 33 im Bereich der Durchlaßöffnungen 4 bzw. 4', 4" abgegriffen werden.

Als solche Störgrößen lassen sich dabei die Druck- und Strömungsverhältnisse im Freien und im Rauminneren benutzen, welche beispielsweise über Strömungssonden abgegriffen werden. Als solche Strömungssonden lassen sich dabei druckabhängige Kapazitäten oder Induktivitäten, piezoelektrische Kristalle oder auch durch Druckeinfluß längenabhängige Widerstände (Dehnungsmeßstreifen) vorsehen. So ist es beispielsweise möglich, als Strömungs sonden Biege schwinger aus Seignettesalz vorzusehen, weil diese schon auf sehr geringe Druckschwankungen ansprechen. Möglich wäre es auch, als Strömungssonden Pitot-Rohre oder Prandl 'sehe Rohre zu benutzen, wenn diese mit geeigneten Verbindungsgliedern auf den Regelkreis einwirken.

Die an den verschiedenen Meßpunkten 32 und 33 von den Strömungssonden ermittelten Störgrößen werden in den Regelkreis nach Fig. 3 eingeführt und wirken auf diesen zusammen mit der Führungsgröße so ein, daß der als Stellglied dienende

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Elektromotor 30 die als Regler wirkende Kammer 5 in ihrem Volumen variiert, um dadurch die die Regelstrecke bildende Lüftungsvorrichtung 1 im Sinne der Erzielung einer optimalen Lüftungswirkung zu beeinflussen.

In manchen Fällen kann es auch noch von Vorteil sein, wenn innerhalb der Kammer 5 zusätzliche Meßpunkte 34 bzw. 34', 34" in Form von geeigneten Strömungssonden vorgesehen werden. Diese Meßpunkte 34 bzw. 34', 34" bzw. Strömungssonden können beispielsweise dazu benutzt werden, zusätzlich zu den durch die Umwelteinflüsse bestimmten Störgrößen Korrekturgrößen in den Regelkreis einzugeben. Diese Korrekturgrößen können dann Einfluß auf die Führungsgröße des Regelkreises nehmen, dergestalt, daß eine Regelstrecke mit Ausgleich geschaffen wird.

Der Regelkreis nach Fig. 3 ist als eine sogenannte stetige Regelung aufgebaut, bei der also die Regelgröße laufend gemessen wird. Hierbei unterliegt die Regelstrecke 1 Störgrößen Z. Die Regelgröße X wird mit dem Sollwert X^ verglichen, die entweder eine konstante oder aber vorzugsweise eine zeitlich veränderliche Führungsgröße W ist. In den Regler 5 bzw. 9 ; 19, 20 geht die Regelabweichung X-W ein, so daß aus dem Regler der Stellwert Y herauskommt. Nach der Scbiießbe-

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dingung des Regelkreises wirkt dann der Stellwert Y mit

negativem Vorzeichen auf die Regelstrecke 1 ein (Y = - Y₀) so daß in die Regelstrecke 1 die Differenz - Y₀ + Z hineingeht.

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Falls der Lüftungsvorrichtung 1 im Bereich der Durchlaßöffnung 3 ein Axial-Ventilator 13 zugeordnet ist, kann dieser natürlich funktionell in den Regelkreis einbezogen werden, und zwar dergestalt, daß er in Abhängigkeit von den an den Meßpunkten 32 und 33 anstehenden Umweltbedingungen und gegebenenfalls auch in Abhängigkeit von den an den Meßpunkten 34 bzw. 34', 34" in der Kammer 5 herrschenden Druck- und Strömungsverhältnissen selbsttätig ein- und ausgeschaltet wird.

Da die Umweltbedingungen nicht nur von Druck- und Strömungsverhältnissen bestimmt sind, sondern auch anderen Einflüssen unterliegen, können der Lüftungsvorrichtung 1 auch noch andere Meßpunkte zugeordnet werden, die auf den Regelkreis als Störgrößen einen Einfluß nehmen. So lassen sich an den zusätzlichen Meßpunkten durch geeignete Sensoren nicht nur Temperaturen sondern beispielsweise auch Gaskonzentrationen ermitteln, die auf den Regelkreis Einfluß nehmen, und dadurch den jeweiligen Betriebszustand der Lüftungsvorrichtung 1 mitbestimmen.

g) Der gewerbliche Nutzungsbereich

Die beanspruchte und vorstehend beschriebene Verfahrensart zur Lüftung von Räumen und die zu deren Durchführung vorgesehene Lüftungsvorrichtung lassen sich überall dort in Benutzung nehmen, wo es darauf ankommt, menschliche Aufenthalts räume in optimaler Weise zu lüften.

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Leerseite

Claims

NACHGEREICHT 78 112 PGH SIEGENIA-PRANK KG, Eisenhüttenstr. 22, 5900 Siegen 1 Patentansprüche

1. J Verfahren zum Lüften von Räumen durch einen an jedem Ende mindestens eine Durchlaßöffnung aufweisenden, insbesondere quer zu diesen Durchlaßöffnungen gerichteten, Kanal, bei dem der Luftstrom in der einen Durchlaßöffnung durch einen wesentlich größeren Querschnitt als in der anderen Durchlaßöffnung geführt und dabei im Kanal unmittelbar vor oder hinter der Durchlaßöffnung größeren Querschnitts spontan durch eine Strecke mit noch größerem Querschnitt geleitet wird, nach Patentanmeldung P . J^. ?^.9? ?J3··^ ( interne Mappe 78 111 PGH ),
dadurch gekennzeichnet,

daß das Volumen der Strecke (5) mit noch größerem Querschnitt in Abhängigkeit von unterschiedlichen Druck- und/ oder Strömungsverhältnissen - oder auch anderen wechselnden Umweltbedingungen, wie z.B. Temperaturen, Gaskonzentrationen o. dgl. - an verschiedenen Meßpunkten (32; 33, 33', 33";34, 34', 34" des Strömungsweges (3, 5, 6 bzw. 6', 6", 4 bzw. 4', 4") verändert wird ( 19, 20 bzw. 9} .

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2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Druck- und/ oder Strömungsverhältnisse im Strömungsweg (3, 5, 6 bzw. 6', 6", 4 bzw. 4', 4") mindestens an zwei verschiedenen Stellen (32, 33 bzw. 33', 33" ) gemessen und als Störgrößen für die Volumens änderung der Strecke ( 5) benutzt werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die Druck- und/ oder Strömungsverhältnisse jeweils im Bereich der beiden Durchlaßöffnungen (3 und 4 bzw. 4' 4" ) des Strömungsweges (3, 5, 6 bzw. 6', 6", 4 bzw. 4', 4") gemessen werden.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

daß die Druck- und/ oder Strömungsverhältnisse zusätzlich an mindestens einer Stelle (34 bzw. 34', 34") innerhalb der Strecke (5) noch größeren Querschnitts gemessen werden.

5. Lüftungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Strömungs strecke noch größeren Querschnittes von einer Kammer gebildet wird,

dadurch gekennzeichnet,

daß mindestens eine Wandung (9 bzw. 19, 20) der Kammer (5)

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durch eine Antriebsvorrichtung, z. B. einen Elektromotor (30 ) verstellbar ist.

6. Lüftungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

daß die Antriebsvorrichtung (30) über ein Untersetzungsgetriebe, z. B. ein Schraubengetriebe (31 bzw. 31', 31") oder eine langsam laufende Kurbel, an der verstellbaren Wandung (9 bzw. 19, 20) angreift.

7. Lüftungsvorrichtung nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet,

daß die Meßpunkte (32, 33 bzw. 33', 33", 34 bzw. 34', 34" ) von Strömungssonden gebildet sind, die mit einer Vergleichs schaltung, z. B„ einen R-egelkreis ( Fig. 3 ) in Verbindung stehen, welche bzw. welcher einen Stellwertgeber für die Antriebsvorrichtung (30) bildet.

8. Lüftungsvorrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet,

daß als Strömungssonden druckabhängige Kapazitäten oder Induktivitäten, piezoelektrische Kristalle oder auch durch Druckeinfluß längenabhängige Widerstände (Dehnungsmeßstreifen) vergesehen sind.

9. Lüftungsvorrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet,

daß als Strömungssonden Biege schwinger aus Seignettesalz vorgesehen sind.

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10. Lüftungsvorrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß dem Regelkreis ( Fig. 3) als zusätzliche Meßpunkte Sensoren zugeordnet sind, die beispielsweise auf Temperatur änderungen, Änderungen der Gaskonzentration od. dgl. ansprechen.

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