DE2220327A1 - Druckmessgeraet - Google Patents

Description

"D r u c k m e ß g e r ä t"

Die Erfindung bezieht sich auf Geräte zum Anzeigen oder Regeln eines einzelnen veränderbaren Zustandes wie des Strömungsdrucks, der Temperatur usw. Bei den meisten auf einen Zustand ansprechenden Instrumenten, z. B. bei einem Druckmesser oder dergl., zum sichtbaren oder anderen Anzeigen der Höhe des Druckes in der entsprechenden Anlage ist das Instrument durch eine direkte Druckempfindlichkeit nur der zu messenden Anlage gekennzeichnet. Wenn man von einer oder mehreren Anlagen den Differentialdruck ablesen will, werden gewöhnlich mehrere Druckabtastgerate, z. B. zwei Bälge, verwendet, die je mit einem der zu messenden Drücke verbunden sind und gegeneinander wirken. Da es bei einem Balg in diesen bekannten Anlagen üblich ist, an deren Innenseite den Einlaßdruck aufzunehmen, während sie an der Außenseite dem atmosphärischen Druck ausgesetzt sind, ist der Balg an seinen Wänden einem Druckunterschied ausgesetzt, der unter den Grenzen des Materials gehalten werden muß, aus dem er besteht« Wegen dieser Beschränkung hinsichtlich des Materials besteht dort eine Grenze des statischen Arbeitsdruckes, mit dem die bisherigen Anlagen mit gegeneinander wirkenden Bälgen verwendet werden können«. Weil die in diesen älteren Anlagen benutzten Bälge mit Herstellungstoleranzen gefer-

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tigt werden, die ihre wirksamen Gebiete beeinflussen, ist ein Anpassen eines eng eingestellten Druckes notwendig, um keine unerwünschten Fehler in die Meßanlage einzuführen.

Es ist bereits ein Gerät vorgeschlagen worden, das den gemessenen Druck anzeigen oder ein Signal hoher Genauigkeit liefern kann. Dieses Gerät verwendet den Kräfteausgleich, bei welchem bei Nullstellungsbetrieb diskrete Änderungen des zu messenden Zustandes eine bi-direktionale Bewegung einer Abtastvorrichtung aus der Nullstellung heraus liefert, um wiederum Betriebssignale zu erzeugen, die der Zustandsänderung entsprechen und ihr proportional sind. Die so erzeugten Signale wirken über einen Antriebsmechanismus und stellen den Abgleich bei der Nullstellung wieder her, während die Meßwerte des ausgesetzten Zustandes gleichzeitig angezeigt werden. In Anpassung für eine hohe Empfindlichkeit und Ablesegenauigkeit enthält das Gerät eine Kombination eines mechanischen Antriebe mit einer Bewegungskraft aus verschiedenen Energiequellen, z. B. Pneumatik, Elektronik, Elektrik usw. Ein Gerät zum Anpassen des Gerätes nach der Hauptanmeldung ist für jede absolute oder differentielle Druckempfindlichkeit beschrieben.

Die Erfindung bezieht sich auf ein neuartiges Gerät zum Bewirken einer Differentialdruckempfindlichkeit einer Druckmeßeinrichtung im allgemeinen und auf ein Gerät einer solchen Empfindlichkeit bei einem Kräfteausgleich-Nulleistungs-Druckanzeiger, z_oB. nach der Hauptanmeldung, durch den die Empfindlichkeit von einem direkten Druck in einen Differentialdruck umgewandelt wird, im besonderen. Dementsprechend enthält es ein druckdichtes Gehäuse mit einer Einlaßverbindung an einem verhältnismäßig hohen

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Druck und einen Dehnungsbalg mit einer Einlaßverbindung an einem verhältnismäßig niedrigen Druck. Das freie Ende des Balges "bewegt sich proportional dem Druckdifferential zwischen seinem empfangenen verhältnismäßig niedrigen Eingangsdruck und dem umgebenden hohen Eingangsdruck im Innern des Gehäuses. Sin am freien Ende des Balges überträgt mit dem aus dem außen am Gehäuse angebrachten Hebel die Ausgangskraft des Balges auf den bi-direktionalen Abtaster des erwähnten Nullstellungsdruckanz'eigers. Dadurch werden frühere Grenzen statischen Arbeitsdruckes aufgehoben, die nur den bestehenden Materialbeschränkungen durch den Balg unterworfen sind. In ähnlicher Weise fällt das bisherige Problem des Anpassens weg, da jeder Balg selbst betriebsmäßig direkt auf die innere und äußere Druckdifferenz anspricht. Nicht nur deshalb ergibt die Einrichtung den Vorteil, der durch den Wegfall der bisherigen Probleme und Beschränkungen erhalten ist, sondern gleichzeitig wird seine ■ Genauigkeit durch die höhere Empfindlichkeit vergrößert. Das auf diese Weise erhaltene Ergebnis ist sowohl nützlich' als auch weniger kostspielig im Vergleich mit den bisherigen Techniken.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein neuartiges Gerät zum Bewirken einer Empfindlichkeit für einen Differentialdruck eines Meßgerätes anzugeben. Dieses Gerät soll leicht und einfach bei einem Anzeigegerät der Eräfteausgleichs-Nullstellungsart die Direktdruckempfindlichkeit in eine Differentialdruckempfindlichkeit umwandeln. Ein Anpassen des Druckes, wie es zum Bewirken ähnlicher Ergebnisse der bisherigen Technik bekannt ist, soll hierbei wegfallen, ohne den vorher aufgetretenen statischen Betriebsarbeitsdruck zu begrenzen und ohne daß die Empfindlichkeit beeinträchtigt wird.

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Zur Erläuterung der Erfindung dienen die Zeichnungen. In diesen ist:

Figur 1 eine schematische Darstellung des Differentialdruckgerätes nach der Erfindung, das in Verbindung mit einer Hullstellungs-Kraftausgleichs-Druckmeßeinrichtung arbeitet;

Figur 2 eine Draufsicht in größerem Maßstab des Differentialdruckgerätes :

Figur 3 eine Vorderansicht, bei der der vordere Gehäusedeckel abgenommen ist;

Figur 4 eine Seitenansicht von der rechten Seite der Figur 2 aus gesehen;

Figur 5 ^ein Teil des Balges in Verbindung mit seinem Ausgangshebel in größerem Maßstab;

Figur 6 eine maßgerechte Darstellung der Einstellmutter für die Verbindung der Figur 5 in größerem Maßstab; und

Figur 7 die Darstellung eines Teils des äußeren Abtasters, dessen Bewegung durch den Balgausgangshebel bewirkt wird.

Das in den Zeichnungen dargestellte Gerät ist in der Hauptanmeldung beschrieben, auf die hier bezug genommen wird. Während verschiedene Ausführungsbeispiele in der Hauptanmeldung beschrieben worden sind, die in Verbindung mit verschiedenen Energiequellen arbeiten, wie z.B. Pneumatik, Elektronik, Elektrik usw., wird der Eürze wegen das elektronische Ausführungsbeispiel zum Verständnis der Erfindung herangezogen, worauf jedoch die Erfindung nicht beschränkt ist.

Der Differentialdruck der zu messenden Anlage wird, wie

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Figur 1 zeigt, von der Einrichtung 1o abgetastet, deren Ausgang mit einem Flügelglied 11 verbunden ist. Das Flügelglied 11 "besitzt einen Querschlitz 12, der in der Nullstellung in der Mitte zwischen einer konstant gespeisten Lampe 15 und Doppelphotozellenelementen 14 und 15 angeordnet ist. Hier wird eine konstante, aber sehr kleine Belichtung Jeder Photozelle und eine abgeglichene Brückenschaltung aus den Widerständen 18 und 19 mit geerdeter Verbindung gezeigt, wobei ein Nullspannungsdifferential an den Eingängen zu einer Differentialverstärkerstabilisierschaltung 2o besteht= Die Ausgangsbewegung der Differentialdruckzelle 1o bei änderungen des abgetasteten Druckes läßt durch den Schlitz 12 einen Lichtstrahl fallen, der aus der Mitte verschoben werden soll, um die Brückenschaltung aus dem Abgleich zu bringen und ein verstärktes Signal zum Antrieb eines Gleichstrom-Servomotors zu liefern. Sowohl Richtung als auch Geschwindigkeit des Motors 21 stehen in Beziehung zueinander und sind der Lage.verschiebung des Schlitzes 12 proportional und bewirken über einen Eückkopplungsmeehanismus mit den Zahnrädern 24 _v 25 und 26, der Führungsschraube 27 und der Rückkopplungsfeder 28 die Zurückführung des Flügelschlitzes 12 in die Hullsteilung, wo der Lichtstrahl die Brückenschaltung wieder abgleicht. Beim Wiederabgleichen in die Nullstellung wird der Rückkopplungsmechanismus dem Arbeiten verschiedener entfernt angeordneter Anzeigegeräte, z.B.. einem Meßschreiber Jo, einer Sichtanzeige 3I und/oder einem Druckzähler 32 angepaßt, durch die der gemessene Zustand angezeigt werden kanne

Die Figuren 2 bis 6 zeigen die Differentialdruckeinrichtung oder Zelle 1o, die aus einem L-förmigen Gußgehäuse 38 mit einem in der Mitte offenen Hohlraum 4-6 besteht. Das Gehäuse ist an seiner Rückseite geschlossen und über eine Yerschlußplatte 39 und einen durch Kopfschrauben

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■befestigten Deckel 4o gegen Ringdichtungen 42 und 43 druckdicht. Im Hohlraum 46 befindet sich ein Veränderungsbalg 47, der durch eine Schraubnippelverbindung 48 am vorderen Ende mit der Verschlußplatte 39 fest verbunden ist, die frei gehalten oder gegen atmosphärische Druckeinwirkungen durch den Deckel abgeschirmt ist. Am gegenüberliegenden schwimmenden oder bewegten Ende des Balges befindet sich ein in Längsrichtung seitlich verlaufender Hebel 49, der durch zwei Einstellmuttern 5° (Figuren 5 und 6) am Balgbolzen 54- mit einem Schraubenspindel schlitz 58 und einer durch den Hebel hindurchgehenden öffnung 55 verschraubt ist. Die Einstellmuttern befinden sich in Vertiefungen 56 und 5Ί und enthalten einen Schraubenspindelschlitz 59 und einen Sechskant 6ö zum Angreifen eines Schlüssels beim Zusammenbau. Ein Gewindeansatz 61 dient zur Aufnahme eines abnehmbaren Dichtungsringstöpsels 62 zum Bedienen dieser Verbindung, während das Gehäuse bei normalem Betrieb der Einrichtung dicht gehalten wird. Mit dieser Konstruktion kann ein Einstellhebel 49 in einem geforderten Abstand von der Gehäusewand nach innen gebracht werden, wodurch Abweichungen der Balgabmessungen ausgeglichen werden»

Während der Differentialdruck, bei dem das Gerät empfindlich ist, die Differenz zwischen den Drücken innerhalb und außerhalb des Balges 47 ist, tritt der höhere abzutastende Bezugsdruck vorzugsweise an der Außenseite auf. Für diese Zwecke wird deshalb der höhere Druck an einem Paßteil 64 und durch ein Rohr 65 aufgenommen, das mit dem Paßteil 66 verbunden ist und dessen Druck an dem Hohlraum 46 des Gehäuses liegt. Gleichzeitig wird der niedrigere abzutastende Bezugsdruck am Verbindungsstück 7o aufgenommen, von dem ein Rohr 71 Druck an ein Verbindungsstück 72 legt, das unmittelbar durch einen Nippel 48 in das Innere des Balges 47 führt.

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Die Bälgbewegung in bezug auf das an den Verbindungsstücken "64·. und 7o aufgenommene Druckdifferential wird über den Hebel 4-9 auf die Außenseite des Gehäuses übertragen, um eine entsprechende Bewegung des llügelgliedes 11 zu bewirken. Hierfür dient eine gesteuerte biegsame Verbindung, die die Hebelbewegung übertragen kann, während die für das Gehäuse notwendige .druckdichte Beziehung aufrechterhalten wird. Zur Erläuterung dienen hierfür die Figuren 2 bis 4 und 7« Das Gehäuse. 38 enthält einen angeformten seitlich verlaufenden Gußarm 75. Am Arm verläuft zusammen und mittig eine Längsöffnung 76, durch die der Hebel 49 frei mit ausreichendem Abstand hindurchgeht, um eine freie Querbewegung zu ermöglichen. Das rechte Inde des Armes 75 (nach der Darstellung in den Zeichnungen) läuft in eine vertikale Fläche 8o aus, gegen die eine biegsame dünne Metallmembranplatte 81 ausgerichtet ist, die quer über der Öffnung 76 liegt« Bei 83 ist am Arm 75 ein runder Bügel'82 angeschraubt, der die Membran 81 an ihrem äußeren Rand erfaßt und sie fest gegen die Bndfläche 8o hält, während eine zusammengedrückte Ringdichtung 84 die notwendige Druckdichtung zum Gehäuse besorgt.

Um den Ausgang des Hebels 49 ,aus dem Gehäuse zu bringen, ist ein Ausgangsträger 88 Vorgesehen, der mit der Membran verbunden ist und senkrecht zum Hebel 49 verläuft. Der Träger 88 enthält einen anschlagähnlichen Ansatz 89, der koaxial seitlich durch eine Bügelöffnung 9o hindurchgeht, um ein ausgerichtetes Angreifen gegen die Bndfläche der Membran 81 zu bewirken. Durch die Membran hindurch ist in das Ende des Hebels 49 nach innen in den Anschlag 89 eine Senkschraube eingeschraubt,, die den Hebel 49 ständig in fester Lage hält. Die Verbindung des Armes 75 sm Ausgangsträger ist ein Paar von oben und unten längs verlaufender Glieder 94 und 95) die einen

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Träger in einer axialen Richtung ergeben, um den Hebel 49 gegen den gegen die Membran 81 wirkenden Innendruck zurückzuhalten. Jede dieser Abbiegungen ist durch Schrauben 98 an Laschen 96 und 97 am Arm 75 befestigt. Diese Schrauben halten wiederum die Abbiegungen zwischen zwei Unterlegscheiben 99 und I000 Die Schrauben Ιοί verbinden in ähnlicher Weise die Abbiegungen 94- und 95 mit dem Ausgangsträger 88.

Um sich zu stellen, daß die Einrichtung auf bestehende Differentialdrücke am Balg 47 richtig anspricht, ergeben die Druckdichtungen und biegsamen Verbindungsglieder nicht selbst eine reine Kraft durch die gegen sie wirkenden Drückeο Folglich stimmen die Ebenen der Abbiegungen 94- und 95 überein und sind so eingestellt, daß sie an dem wirksamen Mittelgebiet der Membran 81 liegen. Da die genaue Mitte beim Aufbauen unbekannt ist, wird anfangs derselbe statische Druck sowohl an der Innen- als auch an der Außenseite des Balgs angelegt, während die Unterlegscheiben 99 und I00 zum Bewegen der ggerdeten Enden der Abbiegungen 94· und 95 dienen, bis eine genaue Abgleichung erfolgt ist. Ist der Abgleich einmal erfolgt, so stellen die übertragung der Balgkräfte genau die bestehenden Differentialdrücke dar, was mit Hilfe von Figur 7 erläutert wird.

Zum Zweck der besseren Darstellung wird die Befestigung der Biegungsenden und der Membran symbolisch als Anker dargestellt und ein Drehmittelpunkt 1o2 dient als Lagerzwischenabschnitt. Bei dieser Konstruktion bewirkt die Bewegung des Hebels 49 bei einer Bewegung des Balges in der durch den Pfeil 1o3 dargestellten Richtung ein Moment um den Lagerabschnitt 1o2 und erzeugt eine gleichartige Bewegung des Ausgangsträgers 88 in einer durch den Pfeil 1o4 gezeigten senkrechten Richtung.

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Die Bewegung des Ausgangsträgers 88 wird über eine schraubverbundene Biegeplatte 1o6 am Anker 1o7 mit einer Schraubverbindung übertragen, die an der Unterseite eines Winkelhebelbiegungsträgers 1o8 befestigt ist. Dieser Träger ist bei 1o9 an einem stationären Träger 11ο drehbar gelagert und wiederum über eine Überspannengseinstellung 115 mit einem Winkelbiegeträger 114 verbunden, der bei 115 in ähnlicher V/eise mit einem stationären Träger 116 verbunden ist. Am gegenüberliegenden Ende ist der Träger 114 mit dem Flügelgied 11 verbunden, um es, wie beschrieben, zu bewegen, und an einer Zwischenstelle ist er mit der Rückkopplungsfeder 28 verbunden.

Das beschriebene neuartige Differentialdruckgerät ist kompakt und kann das Druckmeßgerät der älteren Patentanmeldung leicht in einen Differentialdruckausgang umwandeln. Bei Verwendung des Innenhohlraumes des Gußgehäuses zur Aufnahme der höheren Bezugsdrücke und des Balginneren fallen die bisherigen, bei statischen Arbeitsdrücken solcher Differentialdruckzellen gegebenen Beschränkungen weg. Während des ersten Anlaufs werden die hohen und niedrigen Drücke gleichzeitig und sorgfältig angelegt, um eine fühlbare Differenz an dem die Materialgrenzen des Balgs überschreitenden Einsatz zu vermeiden, die diese Ausführung des Balges schädlich beeinflussen könnten. Durch die einzigartige biegsame Verbindung wird, wenn der Hebel 49 auf den Ausgangsträger 88 anspricht, eine senkrechte Bewegung über eine biegsame Kreuzungsverbin- . dung übertragen, die so biegsam ist, daß sich die Membran um die Kreuzungsachse drehen kann. Das hier verwendete Membranglied ist so biegsam, daß die erforderlichen Begrenzungen der Federkraft eingehalten werden, ohne daß die für die Wirkungen des gegen ihn angelegten statischen Arbeitsdrucks für sich erforderlich werden. Durch diese Anordnung können deshalb die Biegeglieder keinen

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instabilen Druckzustand annehmen, der sich aus einem Vakuumdruck im Gehäuse ergibt, der die Zelle zum Messen des Differentialdrucks sowohl über als auch unter Atmosphärendruck geeignet macht. Durch entsprechend gewählte Komponenten mit geeigneten Arbeitskennlinien, die die wirksamen Balgbereiche, Federkräfte, Membranen, Biegungen usw., einschließen, kann ein vollständiges Arbeitsgebiet der Meßeinrichtung leicht beherrscht werden.

Es sind natürlich durchaus Abänderungen des beschriebenen Aufbaues nach der Erfindung möglich, ohne von deren Gedanken abzuweichen, so daß die jirfindung nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt ist»

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Claims (3)

.- 11 - Patentansprüche:

1. Druckmeßgerät mit einer an eine zu messende Druckquelle anzuschließenden und in Abhängigkeit von wahrgenommenen Druckänderungen beweglichen, auf Druck ansprechenden Einrichtung bestehend aus folgenden Teilen:

a) ein druckdichtes Gehäuse mit einem inneren Hohlraum;

b) ein Ausdehnungsbalg im Hohlraum des Gehäuses, der sich entsprechend den Differentialdrücken, denen er ausgesetzt ist, ausdehnt oder zusammenzieht:?

c) eine Einlaßeinrichtung zur Aufnahme eines Einlaßdruckes, der in den Hohlraum an die Außenseite des Balges gegeben wird;

d) eine zweite Einlaßeinrichtung zur Aufnahme eines anderen Einlaßdruckes, der in das Innere des Balges gegeben wird, und

e) einen beweglichen, am Balg befestigten Hebel, der in Seitenrichtung verläuft und auf die Ausdehnung oder Zusammenziehung des Balges anspricht und so eine entsprechende Bewegung aus dem Gehäuse heraus überträgt.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einlaßeinrichtung den höheren Druck aufnimmt.

3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausgangsarm außerhalb des Gehäuses vorgesehen ist und eine Schwenkbiegung, die den Hebel mit dem Ausgangsarm verbindet, die .Balgbewegung überträgt.

4o Gerät nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkbiegung einen Drehmittelschwenkkreuzung besitzt,

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die die Hebelarmbewegung, die in einer ersten Richtung verläuft, zur Ausgangsarmbewegung, die in einer zweiten, von der ersten Richtung abweichenden Richtung verläuft, überträgt.

5· Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Bewegungsrichtungen in rechten Winkeln zueinander verlaufen„

6. Gerät nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkbiegung mehrere Biegeglieder enthält, die in Kreuzungsebenen angeordnet sind, die die Drehmittelschwenkkreuzungen bilden.

,7· Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegeglieder eine biegsame Membran enthalten, die an ihrem Außenumfang befestigt ist und quer unmittelbar am Hebel und am Ausgangsarm geschichtet ist, und zwei einzelne Abbiegungen den Ausgangsarm mit dem Gehäuse verbinden und in einer gemeinsamen Ebene verlaufen, die die Membran in ihrem wirksamen Mittelpunkt schneidet.

8ο Gerät nach Anspruch 7j dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Biegungen und die Membran in Ebenen verlaufen, die praktisch senkrecht zueinander stehen.

9· Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von einem druckdichten Gehäuse ein Hohlraum gebildet wird, in dem sich ein Dehnungsbalg entsprechend den angelegten Differentialdrücken ausdehnt und zusammenzieht, daß zwei Einlasse vorgesehen sind, von denen einer den Einlaßdruck an den Hohlraum außerhalb des Balges und der zweite einen anderen Einlaßdruck an das Innere des Balges legt, und daß am Balg ein Hebel- befestigt ist, der entsprechend der Expansions- und Kontraktionsbewegung des Balges eine

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entsprechende Bewegung auf ein Druckanzeigegerät außerhalb des Gehäuses überträgt.

Ιο« Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Einlaß den höheren Druck aufnimmtο

11 ο Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein außerhalb des Gehäuses befindlicher Ausgangsarm mit der Druckanzeigeeinrichtung kraftschlüssig verbunden ist und eine Schwenkbiegung den Hebel mit dem Ausgangsarm verbindet und so die Balgbewegung vom Hebel auf den Arm überträgtο

12o Gerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkbiegung eine mittlere Schwenkkreuzung·bildet, die die Bewegung des Hebelarmes, der in einer ersten Richtung verläuft, zur Ausgangsbewegung, die in einer zweiten von der ersten abgebogenen Richtung verläuft, überträgt»

13« Gerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Bewegungsrichtungen in rechten 7/inkeln zueinander verlaufen.

14. Gerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkabbiegung mehrere Biegeglieder besitzt, die in Kreuzungsebenen angeordnet sind und die mittlere Dreh-Schwenkkreuzung ergeben.

15· Gerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegeglieder eine biegsame Membran enthalten, die an ihrem Außenrand befestigt und quer zwischen dem Hebel und dem Ausgangsarm geschichtet ist und zwei ß±p.zelne Abbiegungen den Ausgangsarm mit dem Gehäuse verbinden und so angeordnet sind, daß sie in einer übereinstimmenden Ebene verlaufen, die die Membran mit ihreii/ wi3?ksiamen Mittelpunkt kreuzt, · ■ /1 I

3 0 9 8 4 3 / 0 3 3 U Dipl.-Ing. γ. π. Meissner