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Ventilanordnung zum Regeln von Druckbeziehungen zwischen zwei Räumen
Auf verschiedenen Gebieten der Technik liegt bisweilen die Aufgabe vor, zwischen
zwei Gas oder Luft enthaltenden Räumen eine bestimmte Druckbeziehung aufrechtzuerhalten,
beispielsweise einen konstanten Druckunterschied. Die Erfindung betrifft nun eine
Ventilanordnung, durch die die Druckbeziehungen zwischen zwei über diese Anordnung
in Verbindung stehenden Räumen geregelt wird. Als Beispiel für die praktische Anwendung
der Anordnung sei die Verbindung zweier Luftschläuche einer Kraftwagenbereifung
erwähnt, für die die Erfindung im besonderen bestimmt ist, ohne daß sie jedoch auf
dieses Anwendungsgebiet beschränkt ist.
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Gemäß der Erfindung geschieht die Verbindung der beiden Räume, also
im besonderen der beiden Luftschläuche, durch ein Rohr, das durch eine innere Scheidewand
in zwei Teile zerlegt ist. Von diesen beiden Teilen steht der eine in freier Verbindung
mit dem ersten und der zweite in freier Verbindung mit dem zweiten Raum. über das
Rohr ist an der Stelle, an der sich die Scheidewand befindet, eine elastische Hülse
mit den besonderen Verhältnissen entsprechend gewählter Vorspannung aufgelegt und
an beiden Enden auf dem Rohr befestigt, und es ist durch Bohrungen o. dgl. in der
Rohrwandung dafür gesorgt, daß die beiden durch die, Scheidewand getrennten Räume
auch über diese Bohrungen und unter der Hülse hindurch unter Umgebung der Scheidewand
miteinander in Verbindung treten können. Diese Verbindung wird im besonderen dann
stattfinden, wenn der Druck in dem einen der beiden Räume den auf der Außenseite
der Hülse lastenden Druck um ein Maß übersteigt, das größer ist als die elastische
Hülsenspannung.
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Diese einfache Anordnung allein kann Druckgleichheit zwischen den
beiden Räumen aufrechterhalten oder wiederherstellen, wenn der beiden"Räumen gemeinsame
Druck oder der in einem bestimmten Augenblick höhere Druck des einen der beiden
Räume über einem bestimmten Wert liegt, der bestimmt wird durch die.elastische Hülsenspannung,
und sie unterbricht die Verbindung zwischen den beiden Räumen, wenn der beiden Räumen
gemeinsame Diuck oder wenn der Höchstdruck, der in einem der beiden Räume in einem
bestimmten Augenblick herrscht, unter den angegebenen Wert abfällt.
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Wird die bisher beschriebene Vorrichtung in ein starres und dichtes
Gehäuse eingesetzt, dessen Innenraum nur mit einem der beiden Räume in Verbindung
steht, so ergibt sieh noch eine weitere Wirkung- die Abströmung
des
Druckmittels kann dann nur in einer Richtun
'g erfolgen, und zwar von dem
nicht mit dem Gehäuse verbundenen Raum aus zu dem damit verbundenen Raum. Eine Verbindung
zwischen den beiden Räumen erfolgt,
| sobald der Druck im ersten Raum den au |
| halb der Hülse herrschenden Druck, der gl |
| ist dem Druck im zweiten Raum, um e, |
Maß überschreitet, das größer ist als die elastische Hülsenspannung. Weiter bleibt
der Druck im ersten Raum immer um ein von der Hülsenspannung abhängiges Maß über
dem Druck im zweiten Raum, sobald der Druck in diesem abfällt. Die Überströl-nung
hört lediglich auf, wenn der Druck im zweiten kaum auf Null abgefallen ist; dann
bleibt der Druck im ersten Raum immer noch gleich dein Druck, der durch die für
die elastische Hülse gewählte Spannung bedingt ist.
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Diese beiden einfachen Ausgleichventile lassen sich in verschiedener
Weise mitein ii er kombinieren. Im folgenden seien an Hand der Zeichnung sowohl
die beiden Grundelemente wie auch mehrere Kombinationen derartiger Glieder geschildert.
Eines der Glieder, das im folgenden mit Glied A bezeichnet sei, ist in Fig.
i schematisch wiedergegeben. Es besteht aus einem Körper i, der an seinem einen
Ende ?- mit einem der umschlossenen Räume in Verbindung steht und an seinem
Ende 3
mit dem anderen. In der Mitte trägt der Körper eine Trennwand4, zu
deren beiden Seiten die Mündungen 5 und 6 vorgesehen sind. Eine elastische
Hülse io, zweckmäßig aus Gummi, ist auf dem Körper i befestigt und durch Abbinden
oder sonst geeignete Mittel zu beiden Seiten der Öffnungen 5 und
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bei 7 und 8 festgelegt. Es kann auch weiter eine Hülseg, die
in beliebiger, nicht dargestellter Weise befestigt wird, die elastische Hülse io
umschließen.
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An Hand der Fig. 2 und 3, die einen Schnitt nach Linie 14 darstellen,
sei die Wirkung der Anordnung betrachtet: Sind die bei 2 und 3 angeschlossenen
Räume drucklos, so legt sich die elastische Hülse io dicht um das Rohr i und schließt
die Mündungen 5 und 6 (Stellung I). Herrscht im Raum 2 Druck, so wird
die elastische Wandfläche gegenüber der Mündung zurückgedrückt, bleibt aber trotzdem
auf dem größeren Teil ihres Querschnittes und insbesondere gegenüber der Mündung
6 an das Rohr gedrückt (Stellung II). Mit fortschreitender Druckzunahme im
Raum 2 trennt sich aber die elastische Hü#lse vom Rohr auf einem mehr oder weniger
großen Teil des Umfanges, derart, daß nach und nach die abgehobene Zone auch die
Mündung 6 erreicht (Fig. 3, Stellung III). In diesem Augenblick ist
eine Verbindung zwischen den Räumen -9 und 3 hergestellt, und das
Gas gelangt frei vom Raum 2 in den Raum 3 bis zu dem Au-enblick, in dem die
beiden Drücke gleich sind.
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- Wenn der Druck im einen oder anderen -Raum anzusteigen beginnt,
so steigt er gleich-
| SM'fig in gleichem Maße im anderen Raum. |
| der Druck im einen Raum uni einen |
| ####rhältnismäßig kleinen Betrag ab, so sinkt er |
gleichzeitig in gleicher Weise im anderen Raum. Ist
V der Rauminhalt des
einen und U der des anderen Raumes und läge ein Anlaß zu einer Druckänderung im
Raum V vor, derart, daß der Druck darin sich um Dp ändern würde, wenn er nicht mit
dem Raum r' verbunden wäre, so würde dieser Anlaß durch Einwirkung auf die beiden
verbundenen Räume gleichzeitig eine Druckschwankung
verursachen. In dein besonderen Falle
V = U ergibt sich
Wenn aber der Druck wesentlich in einem der Räume abnimmt, so nähert sich die elastische
Wand oder Hülse dem Rohr i gegenüber der diesem Raum entsprechenden Bohrung, bis
sie diese abschließt und somit von neuem die Stellung II (Fig. 2,) einnimmt. Diese
Lage wird für einen mehr oder weniger hohen Druck des sich entleerenden Raumes eintreten,
je nachdem die Gummihülse io mehr oder weniger stark gespannt ist und
je nachdem die Bohrungen
5 und
6 einen mehr oder weniger großen
Querschnitt haben. Von diesem Augenblick an ist die Verbindung der beiden Räume
unterbrochen, und der Druck kann in dem oben betrachteten Raum weiter fallen, ohne
dadurch einen Druckabfall im anderen Raum herbeizuführen. Praktisch ergeben sich
die folgenden Fälle: a) Die beiden Räume werden mit gleichem Druck aufgeblasen.
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b) Die beiden Räume bleiben auf gleichem Druck, während der gemeinsame
Druck über einer unteren Grenze bleibt, die vorher festgelegt wird und von der Spannung
der Hülse io und den Querschnitten der Üffnungen
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und
6 abhängt.
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c) Wenn der Druck in einem der Räume unter idiesen Grenzdruck sinkt,
hört der Druckabfall indem zugeordneten zweiten Raum auf.
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Eine zweite Ausführung, die mit B bezeichnet sei, ist im Längsschnitt
in Fig. 4 scheinatisch wiedergegeben.
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Auch hier ist ein Rohr- oder- Hohlkörper i vorgesehen, auf dem eine
Hülse io aus Gummi o. dgl. gebracht ist. Wie bei Ausführung A
sind auch hier
eine Trennwand 4 und zwei Mündungen 5 und 6 vorhanden, die eine Verbindung
der. zu beiden Seiten der Trennwand 4 liegenden Räume:2 und 3 unter ge-_
wissen Umständen möglich machen.
Unterschiedlich von der Anordnung
nach Fig. i ist hier notwendigerweise ein Außenmantel 9 vorhanden, der mit
dem Rohr i dicht verbunden ist. Weiter verbindet eine Bohrung 12 außerhalb der elastischen
Hülle io das Innere des Mantels 9 mit einem der beiden Räume, 7. B.
Raum 3. Infolge der Einschaltung dieses Gliedes zwischen die Räume 2 und
3 wird der Druck im Raum 3 immer geringer sein als der im Raum 2.
Nimmt man nämlich auch hier wieder an, daß zunächst das Gas unter Druck in den Raum:2
fließt, so werden die Vorgänge sich zu Anfang genau so abspielen wie bei Zwischenschaltung
des Gliedes A, d. h. das einfließende Druckmittel treibt durch die
Mündung 5 die Hülse io zunächst so weit auf, bis über die Mün-dung
6 die Verbindung mit dem Raum 3 entsteht. In diesem Augenblick fließt
das Druckmittel in den Raum 3 über. Gleichzeitig aber gelangt das Druckmittel
durch die Öffnung 12 in den Mantel 9 außerhalb der Hülse io und übt darauf
einen Gegendruck entsprechend dem im Raum 3 herrschenden Druck aus. Unter
diesen Umständen wird der Druck in beiden Räumen parallel ansteigen, aber mit einem
gleichbleibenden Unterschied gleich deinjenigen Druck, der notwendig ist, um die
elastische Zwischenwand abzuheben. Sobald die Druckquelle nicht mehr arbeitet, wird
der Gegendruck im Mantel 9 sofort einen Abschluß durch die elastische Hülse
verursachen.
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Ist das Aufblasen beendigt und beginnt der Druck in dem schwächer
aufgeblasenen Raum, d. h. im Raum 3, zu sinken, so werden genau die gleichen
Vorgänge eintreten wie während des Aufblasens: Das Gas wird durch die
Öff-
nungen 5 und 6 strömen, um den Druck wieder zu erhöhen,
und das Überströmen von Druckgas aus dem Raum 2 in den Raum 3 dauert wieder
an bis zu dem Augenblick, in dem die Anfangsspannung der elastischen Hülse die Mündung
6 wieder abschließt und die Strömung unterbricht.
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Fällt andererseits der Druck im Raum 2 oder steigt er im Raum
3, so können diese Vorgänge nur die Abdichtungswirkung der elastischen Hülse
aufrechterhalten, und es tritt kein Überströmen von Druckgas ein.
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Zusammengefaßt ergibt sich also, daß die AusführungB die Wirkung hat,
gewöhnlich zwischen den Räumen 2 und 3 einen bestimmten Druckunterschied
aufrechtzuerhalten, der bei sonst -leichen Verhältnissen bestimmt zn wird durch
die Anfangsspannung der elastischen Hülse io.
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Wenn der Druck im Raum schwächeren Druckes abfällt, so sinkt der Druck
im Raum höheren Druckes im gleichen Maße, und zwar so lange, bis der Druck im Raum
niederen Druckes auf Null gefallen ist. In diesem Falle bleibt der Druck im Raum
höheren Druckes gleich dem ständigen Druckunterschied zwischen beiden Räumen.
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Wenn schließlich der Druck im Raum geringeren Druckes steigt oder
der Druck im Raum höheren Druckes fällt, so wirkt die AusführungB wie ein Rückschlagventil
und verhütet jede Überströnlung zu dem Raum, der jetzt auf geringeren Druck gelangt
ist.
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Die Erfindung betrifft auch die Anwendung der Besonderheiten, die
für die Ausführungen A und B erläutert wurden, bei Druckanlagen, die gestatten,
zwischen zwei Räumen gleiche Drücke in bestimmten Anwendungsfällen aufrechtzuerhalten,
dagegen verschiedene Drücke in anderen Anwendungsfällen, wobei sich gegebenenfalls
der eine Druck als Funktion des anderen in gewissen Fällen ändert.
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Eine erste Durchführungsform ist in Fig. 5
wiedergegeben. Sie
weist zwei Anschlußstutzen 13 auf, deren jeder mit je einem der Räume verbunden
ist. Die Leitungen 14" und i4b sind innerhalb der Gumniihülse io zusammengeführt,
die durch beliebige Einrichtungen, beispielsweise durch eine Kegelscheibe 15
und eine Mutter 16, in ihrer Lage gehalten wird. Das ganze Gebilde liegt
in einer abdeckenden Hülse 17, die so durchbohrt ist, daß sie einern Kanal 18 den
Durchtritt gewährt, der von dem Stutzen 2o ausgeht.
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Dieser Kanal 18 führt ebenfalls bis unter die Gummihülse io in der
Nähe des Kanals i4b und ist mit diesem bei ig vereinigt. Es ist leicht erkennbar,
daß hiermit die Anordnung gemäß Fig. i verwirklicht ist. Daraus folgt, daß a) die
beiden angeschlossenen Räume auf gleichen Druck aufgeblasen werden, b) der
gleiche Druck unter normalen Umständen erhalten wird, c) bei einem übermäßig starken
Druckabfall in einem der Räume das Abblasen im anderen Raum durch die Anfangsspannung
des Teiles io begrenzt wird; diese Anfangsspannung kann beliebig groß sein, im besonderen
wird sie der Dicke des Ringes io entsprechen.
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Somit kann erzielt werden, daß sich beim Fallen des Druckes in einem
Raum der Druck im anderen Raum so wenig ändert, wie es nur erwünscht ist.
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Die zweite Ausführung ist in Fig. 6 wiedergegeben. Diese Anordnung
entspricht im wesentlichen der Ausführung nach Fig. 5.
Dabei ist bei
13, das Ende des Stutzens dargestellt, der mit dem kaum schwächeren Druckes
zu verbinden ist, bei 131 das Ende des Stutzens für den Raum höheren Druckes und
bei io wieder die Gummihülse. Die Haube 17 bildet bei 23 einen dichten Abschluß,
und die Bohrung 12 der Fig. 4 ist hier
ersetzt durch eine kleine
Bohrung 24, die von dem Stutzen U, aus zum Raum innerhalb der Haube 17 führt.
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Mit diesem Glied lassen sich folgende Wirkungen erreichen: a) Die
beiden Anschlußräume werden auf ungleichen Druck aufgeblasen, und zwar hängt der
Unterschied ab von der Spannung der elastischen Hülse io.
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b) Wenn der Druck im Raum niederen Druckes abfällt, vermindert er
sich auch im Raum höheren Druckes, und zwar so. lange, bis der Druck im Raum niederen
Druckes auf Null gefallen ist; dann ist der Druck im anderen Raum gleich dem konstanten
Druckunterschied.
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c). Wenn der Druck im Raum höheren Druckes wächst, wächst er auch
im Raum niederen Druckes.
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d) Wenn der Druck im Raum höheren Druckes fällt oder imRaumniederenDruckes
wächst, tritt im anderen Raum keine Veränderung ein.
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Eine Ausführung für eine andere Anwenduligsmöglichkeit zeigt Fig.
7 in axialem L-ängsschnitt.
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Hier sind zwei GliederB, B, miteinander gekuppelt. Mit 2o ist wieder
der Anschlußstutzen zum Aufblasen bezeichnet, der durch zwei Kanäle 2,5, 26
zu den beiden Gliedern B Zugang hat. Bei io" und 'Ob sind die elastischen
Trennhülsen wiedergegeben, bei 12" und i2b die Verbindungskanäle für die Niederdruckräume
mit der Außenseite der elastischen Hülsen io, und 10a und bei 17" und
17b die Kappen entsprechend 17 in Fig. 6. Wird verdichtete
Luft bei 2o eingeführt, so stellt sich in beiden an die Enden der Vorrichtung angeschlossenen
Räumen ein Druck ein, der unter dem des Zuführungsdruckes bei 20 liegt. Sind die
beiden Hülsen io" und iob gleich, so wird der erreichte Druck für beide Räume ebenfalls
gleich sein. Sind sie dagegen verschieden, so wird es auch der Druck-in den beiden
Räumen sein.
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Die Verbindung der beiden Räume initeinander hört auf, sobald bei
2o kein Druckgas oder keine Druckluft mehr zugeführt wird-, das veranlaßt die beiden
elastischen Hülsen, gleichzeitig und endgültig die unter ihnen liegenden Mündungen
abzuschließen. Infolgedessen sind nach dem Aufblasen die Drücke in beiden Räumen
unabhängig voneinander.
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Das Schema der Fig.8 schließlich zeigt eine Kombination aus vier der
beschriebenen Glieder, und zwar zwei Gliedern A und zwei Gliedern B. Diese
Gebilde liegen paarweise hintereinandergeschaltet parallel zwischen den Räumen 2
und 3, die auf diese Weise miteinander über die beiden parallelen Verbindungskanäle
A, B, bzw. A., B» verbunden sind.
Ersichtlich sind dabei die Glieder Bl, B, symmetrisch zueinander angeordnet;
das Glied D, gestattet den Gasdurchgang von 3 nach #-" wenn der Druck im
Raum:2 kleiner ist als der im Raum 3. Das Glied g. gestattet
den Übertritt von 2 nach 3, wenn der Druck im Raum 3
kleiner ist als
der Druck in 2. Die Anschlußleitung 20 zum Aufblasen liegt zwischen dem Raum:2 und
dem Glied A..
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Beim Aufblasen gelangen die Drücke im RäUM 2 und in dem Kanal III
vor dem Glied B, auf den Druck P, Hinter dem Glied -B2 und demnach im Raum
3 erreicht der Druck einen Wert P3, der hinter dem Druck M
um einen
gegebenen Wert k entsprechend der Spannung von B, zurückbleibt. Der Druck
P, herrscht auch in der Leitung 11 zwischen dein Raum 3 und dem Glied
A, sowie zwischen A,
und BI von dem Augenblick an, in welchem
P3 so groß ist wie der Offnungsdruck der Membran von A, Weiter kann
sich aber der .Druck nicht fortsetzen, weil ja P, größer ist als
P, so daß das Glied Bl. jedes Übertragen von Gas im Sinne von 2 nach
3 verhütet. Hört das Aufblasen auf und tritt keine Druckänderung in den beiden
Räumen ein, so sind die beiden Glieder A" A, offen und die Glieder
Bl, B2 geschlossen. Fällt der Druck im Raum 3, so strömt das Druckmittel
über den Weg 1I1, und der Druck P. im Raum.2 sinkt. Er würde bis auf den
Wert k abfallen, wenn nur das Glied &. vorhanden wäre; aber infolge Vorhandenseins
des Gliedes A, kann man den Druckabfall im Raum 2 bis auf einen beliebigen
über k liegenden Wert begrenzen.
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Wenn der Druck im Raum 2 anwächst, so gestatten die Glieder
B., A. eine Fortpflanzung des Druckes nach dem Raum
3, derart, daß der Unterschied der Drücke P. und P, immer den Wert
k beibehält.
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Beginnt der Druck Is anzuwachsen, bleibt aber noch unter P, so bleibt
P., unverändert. Das Glied B. läßt nämlich kein Überströmen
in diesem Sinne zu, und das gleiche gilt für B, solange P. noch über P3 liegt.
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Das gleiche gilt, wenn P.> abfällt, aber noch über P, bleibt.
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Wenn aus irgendeinem Gruiide"P. unter l's sinkt und wenn der negative
Unterschied P,-P3 einen Wert m erreicht, ferner beliebig klein sein kann und abhängt
von der Anfangsspannung der Membran von Bl, so gestattet BI eine Fortsetzung des
Druckes über den Weg II, so daß ein Druckausgleich eintritt. Fällt aber P, unter
einen bestimmten Wert, der abhängt von der Spannung der Membran des Gliedes
A, so begrenzt dieses Glied das Überströmen des Gases, derart, daß
die Druckminderung im Raum P2 keinen entsprechenden Abfall des Druckes P, im Raum
3
herbeiführen kann.
Unter normalen Verhältnissen gilt also
die Gleichung: P, = P3 + k, solange P, über einem Grenzwert
bleibt.
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Dieser Unterschied bleibt ?mfrechterhalten, solange er anzuwachsen
sucht, d. li. solange P.,
wächst oder Pa sinkt.
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Der Unterschied wird nicht mehr aufrechterhalten, wenn er absinkt,
d. h. wenn P2 abfällt oder P3 wächst. Wenn jedoch P3 größer wird als
P, (d. h. wenn der Sinn des Druckunterschiedes sich umkehrt), so stellt
sich eine Kompensierung von neuem ein, sobald der Unterschied einen bestimmten Wert
m erreicht hat, wenigstens wenn P2 unter einen bestimmten Grenzwert fällt; in diesem
Falle ändert sich P3 nicht mehr.
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Eine praktische Durchführung des Schemas der Fig. 8 zeigt Fig.
g.
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Hier sind die vier Glieder an den vier Enden eines kreuzförmigen Gebildes
angeordnet. Bei 20 liegt die Aufblaseleitung. An den Enden einer der gekreuzten
Leitungen liegen die Glieder A, und A, und an den Enden einer quer
dazu verlaufenden Leitung die Glieder B, B.. Der Raum 3 ist
am rechten Ende der Figur und der Raum 2 am linken Ende angeschlossen zu denken.
Der Weg III, entsprech#end Fig. 8, ist durch punktierte Linien und der We-
II durch strichpunktierte Linien angedeutet.
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In der Beschreibung ist erwähnt, daß die miteinander verbundenen Räume
z. B. zwei Luftschläuche sein können. Die Erfindung erschöpft sich jedoch nicht
in der Anwendung auf dieses Gebiet. Vielmehr können die Einrichtungen auch unter
anderen Verhältnissen angewendet werden. Hierfür sei nur ein Beispiel angeführt:
Es kann darauf ankommen, für die Untersuchung einer physikalischen oder chemischen
Erscheinung dafür Sorge zu tragen, daß in einem Untersuchungsraum für längere Dauer
ein genau gleichbleibender Druck herrscht. Dann soll dieser Raum gemäß der Erfindung
von einem besonderen Vorratsbehälter unter Zwischenschaltung der vorstehend- beschriebenen
Einrichtung gespeist werden, wenn der Druck in dein Untersuchungsraum fällt, während
andererseits ein Abblasen selbsttätig unter Zwischenschaltung eines derartigen Geräts,
beispielsweise in die Außenluft, stattfindet, wenn der Druck im Untersuchungsel
raum zunehmen will.