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Einrichtung zur selbsttätigen Regelung der Luftmenge in Druckkesseln
Automatische Wasserversorgungsanlagen, z. B. in Grundstücken, die nicht an ein öffentliches
Wasserleitungsnetz angeschlossen sind, bestehen im allgemeinen aus einem Brunnen,
einer Pumpe und einem Windkessel oder Druckkessel, in den die Pumpe das aus dem
Brunnen angesaugte Wasser fördert. Der Druck der über dem Wasserspiegel im oberen
Teil des Druckkessels eingeschlossenen Luft wird dabei auf einen bestimmten Wert
eingestellt, der um einen gewissen Betrag oberhalb der in dem angeschlossenen Wohn-
oder Fabrikgebäude zu überwindenden Steighöhe liegt; sobald dieser Druck im Windkessel
erreicht ist, schaltet sich die Pumpe selbsttätig ab. Bei der Wasserentnahme aus
dem an den Druckkessel angeschlossenen Hausleitungsnetz dehnt sich das über dem
Wasserspiegel im Druckkessel liegende Luftpolster wieder aus, und sobald sein Druck
auf einen eingestellten unteren Betrag abgefallen ist, schaltet sich die Pumpe zu
neuem Förderspiel wieder ein.
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In neuerer Zeit zeichnet sich auch in der Ölhydraulik eine analoge
Linie ab, die darauf hinausläuft, Drucköl in ähnlicher Weise zu speichern, wie es
bei Wasserversorgungsanlagen seit langem üblich ist. Wesentlicher Vorteil einer
derartigen Einrichtung ist der, daß mit kleinen Pumpen größere Druckölhnengen erzeugt
werden können, indem die Pumpe während der Zeit, in der kein Ö1 aus dem Druckkessel
entnommen wird; in den Druckkessel speichert, so daß aus diesem kurzzeitig bedeutend
mehr Öl entnommen werden kann, als die Pumpe in derselben Zeit fördert. Wie bei
einer Wasserversorgungsanlage wird das
Pumpenspiel durch einen Druckschalter
gesteuert, indem dieser bei einem einstellbaren Höchstdruck die Pumpe aus- und bei
einem Niedrigstdruck die Pumpe einschaltet.
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Da derartige Druckkessel im albgemeinen mit höheren Drücken arbeiten,
so ist die Luftpölsterregelung von besonderer Bedeutung; denn nur bei entsprechend
großem Luftpolster ist das erforderliche Expansionsvermögen des Luftpolsters vorhanden,
um zwischen zwei Pumpenspielen eine möglichst große Ölmenge dem Druckkessel entnehmen
zu können.
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Erfahrungsgemäß machen sich nun bei den Luftpolstern in solchen Druckkesseln
Einflüsse geltend, die die Luftmenge über dem Flüssigkeitsspiegel nach und nach
kleiner werden lassen. Bei kleineren Wasserversorgungsanlagen, z. B. für Ein- oder
Zweifamilienhäuser, sind die Betriebsansprüche meistens nur bescheiden, so daß für
eine besondere Überwachung und Regelung der Luftmenge im Druckkessel kein nennenswertes
Bedürfnis besteht. Für große Anlagen dagegen, beispielsweise frei stehende Fabriken
mit größerem Bedarf an Betriebswasser von höherem Druck und mit noch größerer Notwendigkeit
bei Druckölanlagen, muß das Luftpolster im Druckkessel dauernd überwacht und gewartet
werden, wenn es seinen richtigen Wert beibehalten und die Anlage wirtschaftlich
arbeiten soll. Das bisher üblichste Regelverfahren ist wohl das Ansaugen von Luft
durch die Pumpe mittels eines Schnüffelventils (insbesondere bei Hauswasseranlagen)
bzw. das Auffüllen des Luftpolsters durch einen Kompressor (bei größeren Betriebswasseranlagen).
Die erstgenannte Methode hat den wesentlichen Nachteil, daß insbesondere bei Strömungspumpen
der Wirkungsgrad durch die saugseitenmäßig eingeführteLuft negativbeeinflußt wird;
des weiteren ist auf diesem Wege eine vollkommene Regelung nur schwer zu erreichen.
Die zweite Methode erfordert zusätzlich einen Kompressor bzw. das Vorhandensein
von Preßluft.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zur selbsttätigen Regelung
der Luftmenge in Druckkesseln; hierdurch wird unabhängig von der Pumpe ein wählbar
großes Luftpolster erzeugt und in dieser Größe dauernd aufrechterhalten, so daß
die Anlage keiner Wartung mehr bedarf und selbst ein Vorkomprimieren des Druckkessels
bei der ersten Inbetriebnahme nicht mehr erforderlich ist, weil der Regler das Luftpolster
in kurzer Zeit auf den gewünschten Wert erweitert.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß zu
dem Druckkessel, dessen Luftmenge in gewünschter Weise konstant gehalten werden
soll, ein ebenfalls als Druckkessel gebauter Regler parallel angeordnet ist, dergestalt,
daß der Flüssigkeitsraum desDruckkessels mitdemFlüssigkeitsraum des Reglers kommuniziert,
während der Luftraum des Reglers über ein Rückschlagventil mit dem Luftraum des
Druckkessels in Verbindung steht. Unter gewissen Bedingungen kann daher Flüssigkeit
aus dem Druckkessel in den Regler und Luft aus dem Regler in den Druckkessel strömen,
während der umgekehrte Weg für die Luft immer und für das flüssige Medium in gewissen
Fällen versperrt ist.
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Bei zu kleinem Luftpolster und demzufolge zu hohem Flüssigkeitsstand
im Druckkessel läßt der Druckunterschied gegenüber dem Regler Flüssigkeit aus dem
Druckkessel zeitweise in den Regler übertreten; hierdurch wird Luft aus dem Regler
in den Druckkessel gedrängt.
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Um für diese verdrängte Luftmenge Ersatz zu schaffen, ist in der oberen
Wand des Reglers oder an einer sonst geeigneten Stelle in seinem Luftraum ein nach
innen öffnendes Ventil vorgesehen, durch das in gewissen Betriebszuständen, wenn
der Druck im Regler hinreichend sinkt, von außen her Luft in den Regler einströmen
kann.
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Für den Betrieb der Anlage ist weiter eine Entleerungseinrichtung
erforderlich, die zweckmäßig an der tiefsten Stelle des Reglers angebracht ist und
durch das untere Ende einer Schwimmerstange oder Ventilnadel verschlossen gehalten
wird, bis ein an der Stange in einstellbarer Höhe feststellbarer oder gleitend geführter
Schwimmer von der im Regler ansteigenden Flüssigkeit so beflutet wird, daß die Stange
von dem Ventilsitz abgehoben wird und die Entleerungseinrichtung freigibt. In dieser
geöffneten Stellung wird die Schwimmerstange vorzugsweise durch ein mechanisches,
hydraulisches oder magnetisches Gesperre so lange festgehalten, bis der Regler den
größten Teil seiner Wassermenge durch die Entleerungseinrichtung verloren hat. Die
Schwimmerstange steuert gegenläufig zur Entleerungseinrichtung eine Fülleinrichtung
für den Regler, durch die der Regler aus dem Druckkessel gefüllt werden kann, wenn
die Entleerungseinrichtung geschlossen ist.
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Die sonstigen Erfindungsmerkmale, insbesondere auch die für ihre Anwendung
in Druckölversorgungsanlagen erforderlichen Besonderheiten, ergeben sich aus der
nachstehenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele und den ihr zur Erläuterung
dienenden Zeichnungen.
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Fig. i ist ein schematischer Längsschnitt durch eine Seitenwand und
die obere Abschlußkappe eines Druckkessels für eine Wasserversorgungsanlage mit
seitlich angebautem Regler gemäß der Erfindung; Fig. 2 stellt die allgemeine Anordnung
eines Druckkessels für eine Wasserversorgungsanlage dar, bei der ein Regler etwas
anderer Bauart verwendet wird; Fig. 3 und q. sind Längsschnitte durch zwei Regler
verschiedener Bauart, wie sie in einer Wasserversorgungsanlage gemäß Fig. 2 verwendet
werden können; Fig. 5 ist eine Schnittansicht ähnlich Fig. i, die die besonderen
Einrichtungen erkennen läßt, die für die erfindungsgemäße Luftpolsterregelung in
Druckölanlagen vorzugsweise erforderlich sind.
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In der Anordnung nach Fig. i ist das Reglergehäuse i seitlich an den
aufrecht stehenden Druckkessel 2 mit zwei Stutzen und Muffen
angeschlossen,
wie sie für die Befestigung von Wasserstandarmaturen üblich sind. Der untere Anschluß
führt in den Wasserraum des Druckkessels, der obere in seinen Luftraum. In der Mittelachse
des zweckmäßig zylindrisch ausgebildeten Reglergehäuses ist axial geführt eine Schwimmerstange
q. angeordnet, die in der Höhe einstellbar einen Schwimmer 3 trägt und unten als
Ventilkörper 7 ausgebildet ist, durch den bei tiefer Stellung der Schwimmerstange
das Entleerungsventil 8 geschlossen gehalten wird. Der Schwimmer 3 wird zweckmäßig
auf der Stange 4 so eingestellt, daß er sich ungefähr in der Höhe des Wasserspiegels
5 im Druckkessel bei richtig bemessenem Luftpolster 6 befindet. Diese Höhe wird
im folgenden mit Sollhöhe bezeichnet.
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Das Überström- oder Füllventil 9, das die Verbindungsleitung
13 vom Druckkessel zum Regler im Innern des Reglergehäuses abschließen kann, sitzt
auf dem kurzen Schenkel eines Winkelhebels i i, der innen an der Reglerwand drehbar
gelagert ist. Der Winkelhebel tritt mit seinem langen Schenkel durch einen Längsschlitz
io der Schwimmerstange 4 hindurch und ruht auf einem durch eine Feder 2o nach oben
gehaltenen Druckkölbchen 21. Die Schwimmerstange ist in einiger Enfernung von ihrem
unteren Ende eingedreht, so daß eine ringförmige Kerbe 22 entsteht, in die bei angehobener
Schwimmerstange 4 eine Sperrklinke 16 eingreifen kann. Die Sperrklinke ist das kurze
Ende eines zweiten Winkelhebels, der mit seiner, Achse 14 im Reglerinnern drehbar
gelagert ist und an seinem langen Ende einen Hilfsschwimmer 15 trägt.
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Von dem Entleerungsventil 8 führt eine Abflußleitung 12, die unterhalb
des Entleerungsventils eine verengte Stelle 23 enthält, zweckmäßig in den Brunnen,
aus dem die Pumpe ansaugt.
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An seinem oberen Ende ist der Regler über eine zweite Verbindungsleitung
18 mit dem Luftraum des Druckkessels verbunden; ein Rückschlagventil 17 gestattet
der Luft den Durchtritt vom Regler zum Druckkessel, versperrt ihr aber den Weg in
umgekehrter Richtung. Das Rückschlagventil 17 ist zweckmäßig ein Gummiventil ähnlich
den Füllventilen in Fahrradschläuchen, das zu seiner Öffnung in der Freigaberichtung
eines gewissen geringen Druckes bedarf, in der gesperrten Richtung aber keinerlei
Luftdurchgang gestattet. Mit i9 ist der in seiner Höhe veränderliche Wasserspiegel
des Reglers bezeichnet; 24 ist ein nur nach innen öffnendes, nach außen absperrendes
Schnüffelventil, das der Außenluft den Zutritt zum Innenraum des Reglers gestattet,
wenn darin kein Überdruck über die Außenluft herrscht.
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Um die Arbeitsweise der Einrichtung zu verstehen, unterscheidet man
zweckmäßig verschiedene Betriebsphasen.
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i. Erste Inbetriebnahme des Druckkessels ohne Vorkompression Das Luftpolster
des ohne Vorkompression in Betrieb genommenen Druckkessels ist so klein, daß der
Wasserspiege15 beim Pumpenaus- und Pumpeneinschaltdruck über der Sollhöhe liegt.
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Der Druckkessel 2 wird durch die Pumpe mit Wasser gefüllt. Die Schwimmerstange
4 im Regler i hält das Entleerungsventil 8 geschlossen und das Füllventil 9 offen.
Sobald der ansteigende Wasserspiegel 5 die Verbindungsleitung 13 erreicht, beginnt
der Regler sich ebenfalls mit Wasser zu füllen, nachdem in ihm bereits der Luftdruck
vorhanden ist, der auch im Druckkessel herrscht, wenn der Wasserspiegel 5 die Höhe
der Leitung 13 erreicht hat. Zunächst wird der Hilfsschwimmer 15 beflutet, so daß
dieser aufsteigt und die Sperrklinke 16 seitlich gegen die Schwimmerstange 4 drückt.
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Da Druckkessel und Regler infolge des geöffneten Füllventils 9 kommunizierende
Gefäße sind, so steigt der Wasserspiegel i9 im Regler i mit dem Wasserspiegel s
im Druckkessel 2 weiter an. Die Luft über dem Wasserspiegel i9 wird damit durch
das Rückschlagventil 17 in das Luftpolster des Druckkessels verdrängt. Der Wassserspiegel
i9 bleibt dabei um die Höhe derjenigen Wassersäule hinter dem Wasserspiegels zurück,
deren Druck zum Öffnen des Rückschlagventils 17 erforderlich ist.
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Noch bevor der Pumpenausschaltdruck erreicht wird, steigen beide Wasserspiegel
so weit, daß der Schwimmer 3 die Schwimmerstange 4 anhebt. Dadurch öffnet sich das
Entleerungsventil 8, Füllventil 9 wird geschlossen, und die Sperrklinke 16 schnappt
in die Kerbe 22 ein und hält somit die Schwimmerstange in ihrer angehobenen Stellung
fest. Die Verengung 23 unterhalb des Ventils 8 dient dazu, das Anheben der Schwimmerstange
zu erleichtern; denn das abfließende Wasser staut sich zunächst unter dem Ventilende
7 der Schwimmerstange, so daß diese entlastet wird. Während die Schwimmerstange
4 durch die Sperrklinke 16 in ihrer oberen Stellung festgehalten wird, fließt Wasser
aus dem Regler durch das Ventil 8 ab, anfangs schneller, da im Luftraum des Reglers
zunächst noch Überdruck herrscht, dann nach Entspannung auf atmosphärischen Druck
langsamer, und in dieser Periode wird durch das Rückschlagventil 24 (Schnüffelventil)
Luft in den Regler eingesaugt. Nachdem die Entleerung so weit fortgeschritten ist,
daß der Auftrieb des Hilfsschwimmers 15 nicht mehr ausreicht, das Gesperre 16, 22
geschlossen zu halten, fällt die Schwimmerstange in ihre Anfangsstellung zurück,
schließt das Entleerungsventil8 und öffnet das Füllventil9. (Die Pumpe hat in der
ganzen Zeit weitergearbeitet.) Unter der Wirkung des Überdruckes im Druckkessel
strömt Wasser zu neuem Reglerspiel in den Regler; dessen Wasserspiegel i9 steigt
an und verdichtet die soeben durch das Ventil 24 angesaugte Luft zunächst auf den
augenblicklichen Betriebsdruck des Druckkessels. Da infolge des noch zu kleinen
Luftpolsters der Wasserspiegel 5 noch oberhalb der Sollhöhe pendelt, so steigt der
Wasserspiegel i9 im Regler unverzüglich weiter, so daß erneut Luft in das Luftpolster
gefördert wird, bis der Schwimmer 3 und damit die Schwimmerstange
wieder
angehoben werden und ein neuer Entleerungsvorgang beginnt.
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Indem das Reglerspiel sich in ununterbrochener Folge wiederholt, wird
das Luftpolster mit jedem Spiel erweitert, bis der Wasserspiegel 5 nicht mehr oberhalb
der Sollhöhe pendelt, sondern innerhalb eines Pumpenspiels zeitweise auch unterhalb
der Sollhöhe steht.
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2. Reglerspiel wird vom Pumpenspiel überlagert Hat in einem neu begonnenen
Reglerspiel der Wasserspiegel ig die Höhe erreicht, daß die zuvor eingesaugte Luft
auf den Betriebsdruck des Druckkessels verdichtet ist; und steht der Wasserspiegel
5 bei ausgeschalteter Pumpe augenblicklich unterhalb der Sollhöhe, so steigt der
Wasserspiegel ig im Regler nicht so hoch, daß der Schwimmer 3 beflutet oder hinreichend
beflutet wird. Erst wenn der Spiegel 5 im Druckkessel nach erneutem Einschalten
der Pumpe wieder steigt, steigt auch der Spiegel ig weiter an, bis er den Schwimmer
zum Umschalten auf Entleeren ausreichend beflutet hat. Dieses Umschalten kann also
nur erfolgen, wenn der Wasserspiegel s oberhalb der Sollhöhe steht. Das Luftpolster
wird in diesem Betriebszustand weiterhin aufgefüllt, bis der Wasserspiegel 5 auch
beim Pumpenausschaltdruck die Sollhöhe nicht mehr übersteigt, d. h. bis das Luftpolster
seine durch die Höhe der Schwimmeranordnung gewählte Größe und damit den Normalzustand
erreicht hat. 3. Normalzustand Der Regler schaltet aus den dargelegten Gründen nicht
mehr auf Entleeren um. Bei Wasserentnahme und damit sinkendem Wasserspiegels sinkt
auch der Spiegel i9 im Regler, indem Wasser aus dem Regler durch das Füllventil
g in den Druckkessel zurückfließt, so daß im Regler und Druckkessel jederzeit Druckgleichheit
besteht. Der Regler ist in diesem Zustand ein zweiter, parallel geschalteter Druckkessel.
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Sobald das Luftpolster etwas kleiner geworden ist, so daß der Wasserspiegel
s bis zum Pümpenausschaltdruck die Sollhöhe um einen geringen Betrag übersteigt,
wird das Luftpolster durch sofort einsetzendes Reglerspiel wieder auf seine gewählte
Größe aufgefüllt.
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Um bei etwa notwendigen Ausbesserungen, Reinigungsarbeiten usw., die
am Regler vorzunehmen sind, den Betrieb der Wasserversorgungsanlage nicht unterbrechen
zu müssen, kann man zweckmäßig in den Verbindungsleitungen 13 und 18 je ein nicht
dargestelltes Absperrventil vorsehen, mit dem der Regler i vorübergehend vom Druckkessel
2 abgeschaltet werden kann. Man fährt dann während der Dauer der Reinigungsarbeiten
vorübergehend ohne Luftpolsterregelung.
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In der Fig. 2 ist- ein Druckkessel mit Regler für eine Wasserversorgungsanlage
dargestellt, und die Fig. 3 und 4 zeigen zwei Bauarten des zugehörigen Reglers,
wobei eine Konstanthaltung des Luftpolstern im Druckkessel mit etwas verschiedenen
Mitteln angestrebt wird.
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Der Regler ioi sitzt, wie Fig. 2 zeigt, auch hier seitlich am Druckkessel
ioz, aber erheblich tiefer, nämlich unterhalb eines Wasserstandrohres i i3, in das
vom Regler aus nach oben eine Stichleitung 118 hineinragt, deren oberes Ende ii8a
in der Höhe des im Druckkessel beim Erreichen des Pumpenabschaltdruckes gewünschten
Wasserspiegels 1o5 (Sollhöhe) liegt. Vom Boden des Reglers führt eine Abflußleitung
1i2 ins Freie bzw. in den Brunnen, aus dem die Pumpe ansaugt, oder in die Saugleitung
selbst.
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Nach Fig. 3 besteht der Regler aus einer Hauptkammer ioia und einer
über dieser sitzenden Vorkammer ioib. Im Boden der Hauptkammer befindet sich ein
Entleerungsventil io8, das durch die untere Spitze einer Ventilnadel oder -stange
104 in deren tiefster Stellung verschlossen wird. Auf der Ventilstange 10q. sitzt
ein Schwimmer 103. Wenn der Schwimmer 103 durch das Wasser im Regler in seine
oberste Stellung gehoben ist, so wird eine Düse zog in der Zwischenwand zwischen
Vorkammer ioib und Hauptkammer ioia durch die obere Spitze der Ventilstange 10d.
verschlossen. Die Düse zog hat einen um ein Vielfaches kleineren Querschnitt als
das Entleerungsventil io8. Von der Trennwand zwischen Vor- und Hauptkammer führt
eine Leitung 117a nach dem oberen Teil der Vorkammer ioib; sie wird durch ein (Gummi-)
Rückschlagventil 117 verschlossen gehalten. Oberhalb dieser Leitung 117"
mit ihrem Abschlußventil führt die erwähnte Stichleitung 1i8 nach oben. Ein Schutzsieb
ioga über der Düse zog ist dazu bestimmt, Verschmutzung und Verstopfung der Düse
zu verhindern. Ein weiteres, nach innen öffnendes (Gummi-) Rückschlagventil 124
ist in der Reglerwand nahe der oberen Abschlußkappe angeordnet. Wirkungsweise des
Reglers nach Fig. 3 Betriebszustand All Der Druckkessel 1o2 ist leer und
geschlossen; in ihm herrscht normaler atmosphärischer Druck (keine Vorkompression).
Die Pumpe (ohne Schnüffelventil) fährt an und fördert nur Wasser. Die im Druckkessel
vorhandene Luftmenge bildet nach der ersten Kompression durch den ansteigenden Wasserspiegel
ein Luftpolster, welches so klein ist, daß der Wasserspiegel zunächst zwischen dem
Aus- und Einschaltdruck stets oberhalb der Sollhöhe (Mündung ii8a der Stichleitung
118) bleibt. Der Regler befindet sich i in dem in Fig. 3 dargestellten Zustand.
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Wie erwähnt, ist ein auf diese Weise entstehendes Luftpolster viel
zu klein, um eine Anlage wirtschaftlich arbeiten zu lassen. Der jeweils im Druckkessel
1o2 herrschende Druck gelangt über die i Stichleitung i 18 in die Vorkammer
i o i b und von dort durch die Düse zog in die Hauptkammer ioia; im Regler herrscht
also der gleiche Druck wie im Druckkessel.
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übersteigt der Wasserspiegel die Mündung 1,8a der Stichleitung 118,
deren lichter Durchmesser so
bemessen ist, daß in ihr Wasser abwärts
dringen kann, während Luftblasen durch sie nach oben entweichen, so sickert Wasser
durch sie in die Vorkammer ioib; die Luft in der Vorkammer, die durch das eindringende
Wasser verdrängt wird, entweicht durch die Stichleitung i 18 in das Wasserstandsrohr
113 und damit in das Luftpolster des Druckkessels. Hat der Wasserspiegel in der
Vorkammer die Höhe der Düse iocg erreicht, so dringt das Wasser weiter durch das
Schutzsieb Toga und die Düse iog in die Hauptkammer Lola, wobei wiederum die Luft
aus der Hauptkammer durch die Leitung i ioa und das Rückschlagventil 117 in die
Vorkammer lolb und damit in das Luftpolster des Druckkessels verdrängt wird. Wichtig
ist dabei, daß der Höhenunterschied zwischen dem Rückschlagventil 117 und der Düse
iog so groß ist, daß der Druck der diesem Höhenunterschied entsprechenden Wassersäule
größer ist als jener Druck, der erforderlich ist, das Rückschlagventil 117 zu öffnen.
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Während Wasser auf vorgenannte Weise in die Hauptkammer ioiadringt,wird
inzwischen derAbschaltdruck erreicht. Damit setzt die Pumpe aus. Gemäß den obigen
Angaben bleibt der Wasserspiegel io5 zunächst auch beim Erreichen des Einschaltdruckes
noch oberhalb der Mündung ii8a der Stichleitung l18.
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Mit steigendem Wasserspiegel in der Hauptkammer des Reglers erfährt
der Schwimmer 103 einen Auftrieb. Schwimmervolumen, Eigengewicht von Schwimmer und
Ventilnadel und der Querschnitt des Entleerungsventils io8 sind so bemessen, daß
der völlig unter Wasser stehende Schwimmer die Ventilnadel anheben kann, wenn etwa
der mittlere Druck zwischen Ein- und Ausschaltdruck, im folgenden als Reglerarbeitsdruck
bezeichnet, im Druckkessel und damit auch im Regler vorhanden ist. Im Druckbereich
oberhalb des Reglerarbeitsdruckes hebt die Ventilnadel nicht an. Gegebenenfalls
ist es erforderlich, den Einfluß, den der Druck in der Saugleitung (bei Pumpenstillstand)
über die Leitung 112 auf das Ventil io8 ausübt, durch ein weiteres (Gummi-)Rückschlagventil
in dieser Leitung auszuschalten, derart, daß nur Wasser vom Regler in die Saugleitung,
nicht aber umgekehrt, gelangen kann.
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Fällt der Druck im Druckkessel infolge Wasserentnahme auf den Reglerarbeitsdruck
ab, so hebt der Schwimmer io3 die Ventilnadel ioq. an, so daß das Ventil io8 geöffnet
und die Düse 1o9 verschlossen wird. Nach diesem Umsteuern der Ventilnadel entweicht
zunächst noch kein Wasser aus dem Regler durch die Leitung 112, da diese Leitung
in die Saugleitung der Pumpe mündet, deren Fußventil bei stillstehender Pumpe geschlossen
ist. Durch weitere Wasserentnahme sinkt der Druck im Druckkessel auf den Einschaltdruck
ab, so daß die Pumpe wieder in Tätigkeit tritt.
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Unmittelbar nach dem Einschalten der Pumpe wird das Wasser aus dem
Regler über das offene Ventil io8 und die Leitung 112 abgesaugt. Dabei bleibt zunächst
die Düse iog durch die obere Spitze der Ventilnadel 10q. verschlossen, weil der
Auftrieb des Schwimmers um ein Vielfaches größer ist als die Kraft, die erforderlich
ist, um den kleinen Querschnitt der Düse iog zu verschließen. In der Hauptkammer
des Reglers entsteht also ein Unterdruck, so daß Luft von außen durch das Rückschlagventil
124 in den Regler strömt, und zwar so lange, bis der Wasserspiegel im Regler so
weit abgesunken ist, daß der Schwimmer abfällt, das Ventil io8 wieder schließt und
die Düse iog wieder freigegeben ist.
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Dies geschieht nicht schlagartig. Vielmehr erfüllt jetzt die Düse
iog ihre eigentliche Aufgabe, indem sie bewirkt, daß auch unter dem Einfluß des
Druckes im Druckkessel nur wesentlich weniger Wasser in den Regler nachströmen kann,
als durch das Ventil io8 abgesaugt wird, wodurch die Abwärtsbewegung des Schwimmers
und der Ventilnadel gesichert wird. Wenn das Ventil io8 wieder geschlossen hat,
verbleibt im Regler eine kleine Restwassermenge.
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Da auf Grund des viel zu geringen Luftpolsters der Wasserspiegel 1o5
auch beim Einschalten der Pumpe immer noch über der Mündung 118a der Stichleitung
118 steht, so ist die Stichleitung einschließlich der Vorkammer iolb ständig mit
Wasser gefüllt. Unter dem Einfluß des Überdruckes in der Vorkammer gegenüber dem
Druck in der Hauptkammer strömt, unmittelbar nachdem die Ventilnadel begonnen hat
abzusinken, Wasser von der Vorkammer durch die Düse iog in die Hauptkammer. Sind
die Drücke in der Vorkammer (Druckkessel) und in der Hauptkammer auf diese Weise
ausgeglichen (die Luft in der Hauptkammer wird dabei auf den Druckkesseldruck verdichtet),
so sickert das Wasser weiterhin durch die Düse io9 in die Hauptkammer, wobei dann
die Luft, die beim Einschalten der Pumpe in den Regler gesaugt wurde, allmählich
durch die Leitung 117a und das Rückschlagventil 117 in das Luftpolster verdrängt
wird und es somit auffüllt. Auf diese Weise wird das Luftpolster bei jedem Einschalten
der Pumpe erweitert, bis durch sein Anwachsen der Betriebszustand Bi herbeigeführt
wird.
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Betriebszustand Bi. Das Luftpolster ist auf vorstehend beschriebene
Weise so weit vergrößert, daß der Wasserspiegel beim Reglerarbeitsdruck unterhalb,
beim Abschaltdruck oberhalb der Mündung i i 8a der Stichleitung i 18 steht. Das
Luftpolster ist immer noch zu klein.
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Im Betriebszustand Bi ist im Zeitpunkt des Zurücksteuerns der Ventilnadel
ioq. nach unten nur die Wassermenge oberhalb der Düse iog vorhanden, die dem Volumen
der Vorkammer ioib und der Stichleitung 118 entspricht. Dieses Volumen wird zweckmäßig
so groß gewählt, daß die Wassermenge ausreicht, um dieLuft aus der Hauptkammer völlig
zu verdrängen.
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Nachdem der Regler eine bestimmte Anzahl von Schaltungen in diesem
Zustand gearbeitet hat, das Luftpolster also immer noch vergrößert wird; wird die
Höhe, um die der Wasserspiegel 1o5 die Mündung i 18a der Stichleitung i 18 beim
Abschaltdruck
übersteigt, immer geringer. Es tritt schließlich der
Fall ein, daß die Vorkammer ioib und die Stichleitung 118 nicht mehr völlig mit
Wasser gefüllt werden. Damit befindet sich die Anlage im Betriebszustand Ci.
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Betriebszustand C1. Das Luftpolster hat seinen richtigen Wert. Der
Wasserspiegel 1o5 pendelt beim Abschaltdruck um die Mündung 118a der Stichleitung
118 (Sollhöhe).
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Der Regler arbeitet nur zeitweise, und zwar wie im Betriebszustand
B., wenn das Luftpolster aus den eingangs erwähnten Gründen kleiner geworden ist.
Der Regler arbeitet nicht, wenn der Wasserspiegel unterhalb der Stichleitung 118
bleibt (Schalttoleranzen des Druckschalters). Fortan arbeitet der Regler im Wechsel
zwischen den Betriebszuständen B1 und Cl* Der Regler nach Fig. 3 hat noch zwei wesentliche
Nachteile: i. Die Düse bringt mit ihrem engen Querschnitt eine gewisse Unsicherheit
für die Funktion des Reglers mit sich; 2. der Regler ist durch eine Leitung mit
der Pumpe verbunden und daher im gewissen Sinne von ihr abhängig. Diese beiden Nachteile
sind bei dem Regler nach Fig. 4. weitgehend ausgeschaltet.
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Die Stichleitung 2i8 mündet wiederum in eine Vorkammer 2oib, in der
unter einer Schutzkappe 2o9b, deren zylindrischeWandung zu einemSchutzsieb 209a
ausgebildet ist, ein Schwimmer 203a auf einer Ventilnadel 2o41 fest angeordnet ist.
Die untere Spitze der Ventilnadel 204a verschließt in ihrer unteren (gezeichneten)
Stellung das Ventil 2o9, welches in der Trennwand zwischen Vorkammer 20ib und Hauptkammer
2oia eingebaut ist. An der unteren Spitze der Ventilnadel 204' ist an einer Verlängerung
225 eine Verdickung 226 angebracht, derart, daß die Verdickung 226 in die Bohrung
des Ventils 2o9 gezogen wird und dadurch den Querschnitt des Ventils wesentlich
verkleinert, wenn der Schwimmer 203' mit der Ventilnadel 204a so weit nach
oben steigt, bis er an der Wölbung der Schutzkappe 209b zum Anschlag kommt. Am Boden
der Hauptkammer 2oia befindet sich das Entleerungsventil 2o8, welches von der Ventilnadel
204b verschlossen wird. Auf der Ventilnadel 204b sind zwei Schwimmer 203b und
203'
fest montiert, wobei der Schwimmer 203b möglichst nahe dem unteren Ende
und der Schwimmer 203c möglichst nahe dem oberen Ende der Ventilnadel angeordnet
ist. Die Leitung 212 mündet ins Freie bzw. in den Pumpenbrunnen. Von der Trennwand
zwischen Vor- und Hauptkammer führt eine Leitung R i 9a in den Ringraum, der von
den Wänden der Vorkammer 201b und der Schutzkappe 209b gebildet wird. Am oberen
Ende der Leitung 217' befindet sich ein (Gummi-)Rückschlagventil217; ein gleiches
Ventil 224 sitzt in der Wand der Hauptkammer- 2o f a. Wirkungsweise des Reglers
nach Fig. 4 Betriebszustand A2. Der Druckkessel 2o2 ist leer und geschlossen; in
ihm herrscht normaler atmosphärischer Druck (keine Vorkompression). Die Pumpe (ohne
Schnüffelventil) fährt an und fördert nur Wasser. Die, im Druckkessel vorhandene
Luftmenge bildet nach der ersten Kompression durch den ansteigenden Wasserspiegel
ein Luft-Polster, welches so klein ist, daß der Wasserspiegel 2o5 zunächst zwischen
dem Aus- und Einschaltdruck stets oberhalb der Sollhöhe, d. h. der Mündung 218a
(Fig. 2) der Stichleitung 218 bleibt. Der Regler befindet sich in dem in Fig. 4
dargestellten Zustand.
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Wie erwähnt, ist ein auf diese Weise entstehendes Luftpolster viel
zu klein, um eine Anlage wirtschaftlich arbeiten zu lassen. Über die Stichleitung
218 stellt sich derselbe Druck in der Vorkammer 2oib ein, der jeweils im Druckkessel
2ö2 herrscht. In die Hauptkammer 2oia des Reglers gelangt dieser Druck zunächst
nicht, da das Ventil 2o9 durch die Ventilnadel 204a verschlossen ist. Bis zum Erreichen
des Abschaltdruckes übersteigt aus bekannten Gründen der Wasserspiegel 2o5 die Mündung
218a der Stichleitung 218.
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Sobald der Wasserspiegel 2o5 die Mündung2i8a übersteigt, sickert Wasser
durch die Stichleitung 218 in die Vorkammer 2oib, während die Luft von dort in das
Luftpolster verdrängt wird. Mit steigendem Wasserspiegel in der Vorkammer dringt
das Wasser durch das Schutzsieb 209a in den Innenraum der Schutzkappe 209b und verleiht
hier dem Schwimmer 203a einen Auftrieb. Der Schwimmer 203" und der Querschnitt
des Ventils 2o9 sind so bemessen, daß der Schwimmer, wenn er völlig überflutet ist,
in jedem Falle die Ventilnadel 2o4a anhebt, auch wenn der Abschaitdruck (Höchstdruck)
auf dem Ventil 209 lastet.
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Wie oben ausgeführt wurde, pendelt der Wasserspiegel 205 zwischen
dem Ein- und Ausschaltdruck zunächst oberhalb der Mündung 218a der Stichleitung
218. Nachdem also der Schwimmer 203adas erste Mal angehoben worden ist, verbleibt
er in seiner oberen Stellung, bis der Betriebszustand Az nach Fig. 4 beendet ist.
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Mit dem Anheben der Ventilnadel 20411 gelangt die Verdickung 226 in
den Querschnitt des Ventils 2o9 und verengt ihn derart, daß er dem Querschnitt der
Düse 1o9 in Fig. 3 entspricht. Gegenüber der Ausführung der Düse in dem Regler nach
Fig. 3 hat diese Ausführung den Vorteil, daß diese Verengung nicht ständig besteht
und zudem durch die Bewegungen des Schwimmers 203'
automatisch gereinigt wird.
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Im Augenblick des Anhebens der Ventilnadel 204a dringt Wasser aus
der Vorkammer 2oib unter dem Einfiuß des überdruckes in die Hauptkammer 2oia und
komprimiert zunächst die dort vorhandene Luft so lange, bis in der Hauptkammer der
gleiche Druck vorhanden ist, wie er in der Vorkammer bzw. im Druckkessel herrscht.
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Mit steigendem Wasserspiegel in der Hauptkammer wird zunächst der
unterste Schwimmer 203b überflutet, welcher so bemessen ist, daß sein Auftrieb bei
völliger überflutung etwa dem Eigengewicht der Schwimmer 203b und 203c und der
Ventilnadel
204b entspricht. Unter dem Einfluß des jetzt in der Hauptkammer vorhandenen Druckes
hebt der Schwimmer 203b in Abhängigkeit vom Querschnitt des Ventils 2o8 die Ventilnadel
204b zunächst nicht an. Vielmehr dringt weiterhin Wasser durch das verengte Ventil
209 in die Hauptkammer, so daß die inzwischen darin auf den Kesseldruck komprimierte
Luft durch die Leitung 217a und das Rückschlagventil 217 in das Luftpolster des
Druckkessels verdrängt wird.
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Dabei kommt allmählich der Schwimmer 203a unter Wasser, so daß auch
dieser einen Auftrieb erfährt. Dieser Schwimmer ist so ausgelegt, daß auch sein
maximaler Auftrieb im Verein mit dem des Schwimmers 203b nicht ausreicht, um die
Ventilnadel 204b anzuheben, solange in der Anlage ein Druck herrscht, der höher
liegt als der bei dem Regler nach Fig. 3 erwähnte Reglerarbeitsdruck.
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Bis dieser Druck infolge Wasserentnahme eintritt, ist die Hauptkammer
des Reglers restlos beflutet; die vorher darin vorhandene Luft ist damit in das
Luftpolster des Druckkessels 202 gefördert. Im Moment des Eintritts des Reglerarbeitsdruckes
heben beide Schwimmer 2031' und 203c die Ventilnadel 204b an. Dadurch öffnet
das Ventil 2o8, und das Wasser der Hauptkammer entweicht durch die Leitung 212 ins
Freie, und zwar schneller, als Wasser durch das verengte Venti1209 in die Hauptkammer
nachströmen kann. Auf diese Weise wird Luft von außen durch das Rückschlag-Ventil
224 in die Hauptkammer nachgesaugt. Erst wenn der Wasserspiegel in dieser so weit
gesunken ist, daß der Auftrieb des Schwimmers 2036 kleiner wird, senkt sich die
Ventilnadel 204b und verschließt wieder das Entleerungsventil 2o8. In der Hauptkammer
verbleibt eine Restwassermenge.
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Solange der Betriebszustand A2 besteht, arbeitet nun der Regler im
Druckbereich zwischen Reglerarbeitsdruck und Einschaltdruck ununterbrochen in vorstehend
beschriebener Weise, wobei das Luftpolster ständig erweitert wird. Im Druckbereich
zwischen Reglerarbeitsdruck und Abschaltdruck arbeitet der Regler nicht. Auf diese
Weise gelangt die Anlage bald in den Betriebszustand B2.
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Betriebszustand B2. Das Luftpolster ist so weit vergrößert, daß der
Wasserspiegel 205 beim Reglerarbeitsdruck unterhalb, beim Abschaltdruck oberhalb
der Mündung 21811 der Stichleitung 218 steht. Das Luftpolster ist immer noch zu
klein.
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Gegenüber dem Betriebszustand A2 besteht der Unterschied, daß über
dem Ventil 209 nur eine Wassermenge zur Verfügung steht, die so groß ist wie das
Volumen der Vorkammer 20,b einschließlich der Stichleitung 2i8. Dadurch tritt der
Fall ein, daß der Schwimmer 203a zeitweise auftriebslos wird und die Ventilnadel
2o411 in ihre untere Lage zurückkehrt, wobei der Querschnitt des Ventils 209 zunächst
voll freigegeben und dann durch die Spitze der Ventilnadel geschlossen wird. Um
den Regler arbeiten zu lassen, sind dann mehrere Pumpenschaltungen erforderlich,
ehe die Hauptkammer völlig beflutet wird. Auf diese Weise gelangt die Anlage in
den Betriebszustand C2. Betriebszustand C2. Das Luftpolster hat seinen richtigen
Wert. Der Wasserspiegel pendelt beim Abschaltdruck um die Mündung 21811 der Stichleitung
218.
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Der Regler arbeitet nur noch zeitweise, und zwar wie unter B2, wenn
das Luftpolster aus den eingangs erwähnten Gründen kleiner geworden ist. Der Regler
arbeitet nicht, wenn der Wasserspiegel unterhalb der Mündung 218a der Stichleitung
218 bleibt, z. B. infolge der Schalttoleranzen des Druckschalters. Fortan regelt
der Regler im Wechsel zwischen den Betriebszuständen B2 und C2. Vergleich der Regler
nach Fig. I, 3 und 4 Die wesentlichen Merkmale der drei vorstehend beschriebenen
Regler können wie folgt vermerkt werden: i. Die Regler sind Bestandteile des Druckkessels
2, i02, 2o2 und arbeiten daher unabhängig von der Pumpe; dies gilt insbesondere
für die Regler nach Fig. i und 4; 2. die Regler beeinflussen das Luftpolster derart,
daß der Wasserspiegel 105, 205 im Druckkessel beim Erreichen des Abschaltdruckes
eine wählbar festzulegende Höhe (Sollhöhe) einnimmt, so daß es möglich ist, unter
Berücksichtigung der Differenz zwischen Ein- und Ausschaltdruck für jede Anlage
das ideale Luftpolster einzustellen; 3. die Regler entbinden die Pumpe von der Aufgabe,
auch lufttechnische Förderleistungen aufzuweisen, und die Pumpe kann daher auf reine
Wasserförderleistung ausgerichtet werden; dies ist insbesondere bei Strömungspumpen
sehr von Vorteil; 4. ein Vorkomprimieren des Druckkessels ist nicht mehr erforderlich.
Der Regler erweitert das Luftpolster selbsttätig auf den gewählten Wert und hält
es dann konstant.
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In der Fig. 5 ist ein Regler dargestellt, der in Anlehnung an den
beschriebenen Regler nach Fig. i die Erfordernisse einer Luftpolsterregulierung
an einem öldruckkessel zu erfüllen geeignet ist.
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Um unter Berücksichtigung des höheren Betriebsdruckes die Öffnungs-
bzw. Schließkräfte für das Entleerungs- und Füllventil möglichst klein zu halten,
tritt an Stelle dieser beiden Ventile ein am unteren Ende der Schwimmerstange befestigter
Steuerschieber, der in der (gezeichneten) angehobenen Stellung der Schwimmerstange
die Verbindungsleitung vom Ölraum des Druckkessels in den Ölraum des Reglers schließt,
während er die Leitung vom Ölraum des Reglers zum drucklosen ölvorratsbehälter öffnet,
und umgekehrt. Damit der Steuerschieber unter Einwirkung des im Regler auftretenden
Druckes keine Eigenbewegungen ausführen kann, führt vom Ölraum des Reglers eine
Ausgleichsleitung 312a unter den Steuerschieber, so daß dieser jederzeit druckentlastet
ist.
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Im Gegensatz zu der Reglerausführung für Wasserdruckkessel, insbesondere
nach Fig. i, ist der Schwimmer auf der Schwimmerstange beweglich angeordnet, so
daß er zwischen einem unteren und einem oberen Anschlag auf der Schwimmerstange
gleiten kann.
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Das Reglerspiel beginnt auch hier mit dem Füllvorgang des Reglers
301, indem der Steuer-
Schieber 308 in der abgesunkenen Stellung
die Verbindungsleitung 313 öffnet und die Entleerungsleitung 312 schließt.
Mit steigendem Ölspiegel im Regler steigt der Schwimmer 303 mit, bis er gegen
den oberen Anschlag 304a auf der Schwimmerstange 304 stößt. Dabei wird Luft in bekannter
Weise aus dem Regler über das Rückschlagventi1317 in das Luftpolster des Druckkessels
302- verdrängt.
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Damit der Steuerschieber 308 zügig aus seiner unteren Arbeitsstellung
in seine obere verschoben wird, ist es erforderlich, daß der Schwimmer
303,
nachdem er den oberen Anschlag 304a berührt hat, um einen bestimmten
Betrag weiter beflutet wird, ohne daß er zunächst den Steuerschieber bewegt. Dies
wird z. B. dadurch erreicht, daß unter dem Steuerschieber ein permanenter Magnet
328 engeordnet ist, der den Steuerschieber in seiner unteren Stellung mit der Kraft
festhält, die, erforderlich ist, um den Schwimmer hinreichend in den Ölspiegel eintauchen
zu lassen. Mit weiter steigendem Ölspiegel ist dann der Schwimmer auf Grund seines
Auftriebes in der Lage, den Steuerschieber von der Haftkraft des Magneten abzuziehen
und ihn in seine obere Arbeitsstellung umzusteuern, wobei ihm gegen Ende der Umsteuerung
der Magnet 329 zu Hilfe kommt, indem dieser den oberen Anschlag 304a der Schwimmerstange
304 mit Annäherung mehr und mehr anzieht.
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Die Haftkraft des oberen Magneten 329 ist so bemessen, daß dieser
die Schwimmerstange 304 in der angehobenen Stellung festhält, während der Schwimmer
303 infolge der nun einsetzenden Entleerung an der Schwimmerstange abwärts
gleitet. Nachdem die Entleerung den Punkt überschreitet, in welchem sich der Überdruck
der Restlufimenge auf atmosphärischen Druck entspannt hat, wird in bekannter Weise
Luft durch das Rückschlagventil 324 in den Regler nachgesaugt.
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Analog zu der Wirkung des Magneten 328 beim Anheben der Schwimmerstange
hält auch jetzt der Magnet 329 die Schwimmerstange in ihrer oberen Stellung so fest,
daß der Schwimmer sie- nicht unmittelbar nach der Berührung des unteren Anschlags
304b absinken läßt. Erst wenn nach weiterer Entleerung des Reglers das Eigengewicht
des Schwimmers zu einem bestimmten Teil frei geworden ist und auf den Anschlag 304b
einwirkt, löst die Gesamtkraft, die sich aus dem Eigengewicht der Schwimmerstange
und des Steuerschiebers und dem teilweisen Eigengewicht des Schwimmers zusammensetzt,
den oberen Anschlag 304' von der Haftkraft des Magneten 329, so daß der Steuerschieber
zügig in seine untere Stellung zurückbewegt wird und ein neues Reglerspiel beginnen
kann.