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Einrichtung zum Regulieren der Dampferzeugung eines Elektroden-Dampfkessels
mit einem Dampfreservoir Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Regulieren
.der Dampferzeugung an einem elektrischen Elektroden-Dampfkessel mit einem Dampfreservoir,
wobei der Flüssigkeitsraum des Kessels mit demjenigen des Reservoirs kommuniziert.
Es ist schon vorgeschlagen worden, in solchen Dampfkesseln den Dampfdruck oder die
Menge des erzeugten Dampfes oder die zugeführte elektrische Energie durch Vergrößerung
oder Verkleinerung der Berührungsfläche zwischen den Elektroden und dem Wasser zu
regulieren. Diese Änderung der Berührungsfläche wird durch Heben oder Senken des
Wasserspiegels erreicht. Langsame Veränderungen des Wasserstandes können durch Vermehrung
oder Verminderung der dem Dampfkessel zugeführten Speisewassermenge erzielt werden.
Isst aber eine rasche Senkung des Wasserspiegels und eine rasche dementsprechende
Verminderung des Leistungsaufwandes erwünscht, so war es üblich, das Ablaßventil
am Kesselboden zu öffnen und so viel Wasser abzuzapfen, bis der Wasserspiegel auf
das gewünschte Niveau gesenkt war. Das ab@gezap'fte Wasser trägt aber viel Wärme
mit sieh, welche zurückgewonnen werden sollte, indem das, abgezapfte Wasser z. B.
zum Vorwärmen. von Speisewasser verwendet würde, welches bestimmt ist, dem Wasserraum
des Dampfkessels zugeführt zu werden. Jedoch ist in vielen
Anlagen
keine Möglichkeit vorhanden, alle im abgezapften Wasser enthaltene Wärme zu verwenden,
in welchem Fall ein gewisser Wärmeverlust unvermeidlich isst.
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Mit der Erfindung wird bezweckt, eine rasche Regulierung der Dampferzeugung
zu erzielen, ohne daß wesentliche Energieverluste eintreten. Gemäß der Erfindung
steht mit :dem Dampfraum des Elektrodenkessels und demjenigen des Reservoirs eine
Dampfentnahmeleitung in Verbindung und besitzt die diese Leitung mit dem Elekt.rodenke:ssel
verbindende Leitung einen ;durch einen Regler gesteuerten Durchflußwiderstand, welcher
Regler einerseits diesen Widerstand bei die Dampfentnahme übersteigender Dampferzeugung
selbsttätig erhöht, so daß sich ein vermehrter Druckabfall zwischen den Dampfräumen
des Elektradenkessels und des Reservoirs ergibt, der Flüssigkeitsstand im Elektro,denkessel
gesenkt und die- Dampferzeugung vermindert wird, und welcher Regler andererseits
diesen Widerstand bei die Dampfentnahme unterschreitender Dampferzeugung vermindert,
so daß sich ein verminderter Druckabfall ergibt, .der Flüssigkeitsstand im Elektrodenkes-sel
ansteigt und die Dampferzeugung zunimmt. Die beabsichtigte Veränderung des Flüssigkeitsstandes
kann id.urch einen Druck im Dampfkessel selbst beeinflußt werden. Dies kann dadurch
erreicht wenden, daß der Regler entweider in Abhängigkeit vom Druck im Elektroderkessel
oder vom Druck im Reservoir arbeitet.
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Andererseits kann bezweckt sein, die zugeführte elektrische Energie
auf einem konstanten Wert halten zu können, @da dies von ökonomischer Wichtikkeiit
ist, insbesondere bei gewissen, durch die Kraftwerke angewandten Tarifen. Zu diesem
Zwecke kann der Regler ein Impulsorgan besitzen, welches durch die den Elektroden,
zugeführte elektrische Energie beeinflußt wird.
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In der Zeichnung sind beispielsweise zwei Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes
sowie zwei Varianten zu diesen Ausführungsformen veranschaulicht.
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Fig. i zeigt einen schematischen Vertikalschnitt durch ein erstes
Beispiel mit einem Dampfkessel, der einen in das Reservoir fast ganz eingebaut--n
Elektrodenkessel besitzt; Fi.g. 2 zeigt einen Vertikalschnitt durch einen in der
ersten Ausführungsform verwendeten Regler; Fig. 3 und 4 veranschaulichen je eine
Variante zu der in Fig. i gezeigten Ausführungsform; Fig. 5 zeigt einen schematischen
Vertikalschnitt durch eine weitere Ausführungsform, und Fig. 6 und 7 sind. Varianten
dazu.
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Diese Beispiele (Fig.5 bis 7) entsprechen im Prinzip,den in den Fig.
1, 3 bzw. 4 dargestellten, mit dem Unterschied, :daß ein Dampfkessel mit zwei getrennten
Kesseln (Elektrodenkessel, Dampfreservo-ir) vorhanden ist.
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Bei der in Fig. 1 veranschaulichten Ausführungsform ist in einen äußeren,
das Dampfreservoir bildenden Kessel 1 ein innerer, einen stehenden Zylinderdarstellender,
den Elektrodenkessel bildender Kessel: eingesetzt, welcher an seinem unteren Ende
offen und an seinem oberen Erde mittels eines abnehmbaren Deckels 3 verschlossen
ist. Der Zylinder 2 reicht von oben in den. Kessel 1, ohne dessen Boden zu -,rreichen.
Am Deckel 3, d. h. somit im oberen, geschlossenen Teil des Kessels 2, sind die Elektroden
4, 5 und 6 unter Verwendung von isolierten Durchführungen 7, 8 und 9 aufgehängt.
Als Stromzuführung dienen drei Fiter 1o, 11 und 12, welche einen Dreiphas:nwechselstrom
von einer nicht dargestellten elektrischen Kraftquelle zuführen. Eine Dampfauslaßleitung
13a, 13b führt vom oberen geschlossenen Teil des Elektrodenkessels 3 in eine Entnahmeleitung
14, die mit einem Abschlußventi1 15 versehen ist. Zwischen den Leitungsabschnitten
13" und 13b ist ein Druckregler 16 eingesetzt, dessen Bauart weiter unten beschrieben
wird. Die Leitungen 14 und 13b stehen .durch eine Rohrleitung 17 mit dem oberen
Teil, d. h. dem Dampfraum des Dampfreservoirs 1, in Verbindung. Ein aus dem Innenraum
des E,lektro,derikessels führendes Rohr 18 und ein. mit dem unteren Teil des Reservoirs
verbundenes Rohr 19 bilden einen Flüs-sigkeitsstiand'anzeiger 2a, an welchem der
Flüssigkeitsstand im Elektrodenkessel 2 abgelesen werd--n kann. Die Speiseflüssigkeit
tritt durch eine mittels eines Ventils 21 gesteuerte Zuleitung 22 in das Reservoir
1 ein.
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Die Bauart des Reglers 16 ist aus. Fig. 2 ersichtlich. Im Reglergehäuse
23 ist ein Eintrittskanal 24 und ein Austrittskanal 25 vorgesehen, an welche die
entsprechenden Leitungsabschnitte 13" und 13b angeschlossen sind. Ferner besitzt
das Gehäuse 23 eine obere Bohrung, in welche eine Büchse 26 druckdicht eingeschraubt
ist. Die obere Öffnung der Büchse 26 ist durch eine Abdichtungskapsel 27 verschlossen;
welche mit einer Führungshülse 28 versehen ist, in der eine einen Ventilkörper 3o
tragende Ventilstange 29 in Längsrichtung verschiebbar ist. Zwischen, dem Ventilkörper
30 und einer Schulter in der Büchse 26 ist eine Druckfeder 31 unter Spannung gehalten.
Der Ventilkörper 3o bildet mit einem Ventilsitz ein Drosselventil, welches an einer
Öffnung 32 in der Trennwand. 33 zwischen dem Eintritts- und Austrittskanal 24 bzw.
25 vorgesehen ist. An der von der Ventilstange 29 abgekehrten Seite des Ventilkörpers
30 ist eine Stange 34 befestigt, welche einen Flansch 35 besitzt. Auf der vom Ventil
30 abgekehrten Seite des Flansches 35 ist eine Membran 36 aus Gummi oder
anderem biegsamem Material angebracht, die mit ihrer Peripherie zwischen einem Flansch
des Gehäuses 23 einerseits und dem Flansch einer in das Gehäuse 23 eingeschraubten
Hülse 37 andererseits eingeklemmt ist. Der Innenraum dieser Hülse 37 steht durch
einen in der Hülsenwand vorgesehenen Schlitz 38 mit- der Außenluft in Verbindung.
Auf Idas untere Ende der Hülse 37 ist eine Hülsenmutter 39 aufgeschraubt, deren
unterer Teil seinerseits durch eine aufgeschraubte Kapsel 40 umschlossen ist. In
der Hülsenmutter 39 ist eine Spindel qi1",drehbargelagert, die einen Flansch 42
hat,
der normalerweise auf der oberen Seite der Hülsenmutter 39
aufliegt. Die Spindel 41 ist mit einem Gewinde 43 versehen und trägt auf diesem
eine Wandermutter 44, die einen sich in den Schlitz 38 erstreckenden Führungsstift
45 besitzt, der sie am Drehen verhindert. Zwischen einem auf der Unterseite der
Membran 36 an der Stange 34 befestigten Federteller 46 einerseits und einer Schulter
an der Wandermutter 44 andererseits ist ein: Druckfeder 47 mit Vorspannung eingesetzt.
Diese Vorspannung läßt sich durch Drehen eines z. B. vierkantigen Kopfes 48 der
Spindel 41 regulieren, wobei die Mutter 44 hinauf- oder hinunterwandert. Die Spannung
der Feder 47 ist so einzustellen, daß die Summe des Federdruckes und des Luftdruck
es, die auf die eine Seite der Membran 36 wirkt, mit !dem auf die andere Membranseite
wirkenden Druck der Feder 31 und dem Dampfdruck im Austrittskanal 25 im Gleichgewicht
ist, wobei der Dampfdruck im Austrittskanal 25 annähernd dem im Reservoir i `herrschenden
Dampfdruck entspricht, vorausgesetzt, daß ,dieser Druck einem vorbestimmten Grenzwert
entspricht. Wenn der Dampfdruck diesen Wert übersteigt, erlauben die =Membran 36
und die Feder 47 dem Ventilkörper 30, sich seinem Sitz zu nähern und die in Fg.2
gezeigte Schließlage einzunehmen. Fällt andererseits der Druck unter diesen Grenzwert,
so wind der Ventilkörper 30 durch d.ie Wirkung der Feder 47 in vom Ventilsitz abgehobener
Stellung gehalten.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende: Es werde angenommen,
daß der Flüssigkeitsstand H im Reservoir ii und der Flüssigkeits.stan.d h im Elektrodenkessel
2 die in Fig. i .gezeigten Stellungen einnehmen und daß der Regler 16 geöffnet ist
und Dampf zur Entnahmeleitung 14 durchläßt. Wenn nun z. B. die Dampfentnahmemenge
durch teihveiis,es Schließen des Ventils 15 vermindert wird, übersteigt die im Elektrodenkessel
2 stattfindende Dampferzeugung die Dampfentnahme, weshalb der Druck ansteigt, bis
der Ventilkörper 30 den Durchgang durch den Regler 16 zu drosseln beginnt. Dadurch
wird zwischen .dem Abschnitt 13a der Auslaßleitung und deren Abschnitt 13b ein Druckabfall
verursacht, so daß der im Elektrodenkessel2 herrschende Druckhöher sein wird als
der Druck im Reservoir i. Somit wird Wasser aus dem Kessel 2 durch seine Bodenöffnung
in das Reservoir i gedrückt, wobei der Flüssigkeitsstand h des Elektrodenkessels
2 gesenkt wird und .die Berührungsfläche der Elektroden 4 bis 6 mit der Flüssigkeit
abnimmt und daher .die Dampferzeugung vermindert. Wenn schließlich der Druck genügend
gesunken ist oder die Dampfentnahme durch Idas Ventil 15 zunimmt, ist der Dampfdruck
im Leitungsabschnitt 13b so weit herabgesetzt, daß der Regler 16 den Durchlaß wieder
vergrößert, wobei der Druckabfall zwischen dem Leitungsabschnitt 13a und dem Leitungsabschnitt
,13b Wieder vermindert wird und der Flüssigkeitsstand h im Elektrodenkessel 2 steigt,
so .daß sich die wirksame Fläche der Elektroden vergrößert und die Dampferzeugung
zunimmt. Wie sich aus der Zeichnung ersehen läßt, ist die Fläche des Flüssigkeitsspiegels
h im Elektro@denkes,sel2 beträchtlich kleiner a.lis die Fläche des Flüssigkeitsspiegels
H im Reservoir. Somit bewirken selbst vergleichsweise .große Änderungen des Flüssigkeitsstandes
h nur kleine Änderungen des Flüssigkeitsstandes H. Zu diesem Zwecke sind die Wandungen
der Kessel i und 2 so, gestaltet, d-aß das obengenannte,Flächenverhältnis der beiden
Flüssigkeitsspiegel wenigstens im Bereich der normalen Schwankungen .der Flüs,s,ig"keitsstände
H und h g.leichbleibt.
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Im beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der Druck im Reservoir i
für die Betätigung des Reglers 116 ausschlaggebend. Im Ausführungsbeispiel gemäß
Fig. 3 ist die. zugeführte elektrische Energie und somit die pro Zeiteinheit erzielte
Dampferzeugung für den Verlauf der Regulierung ausschlaggebend. Zu diesem Zwecke
ist im Stromleiter i i ein Stromwandler 49 eingebaut, -der mit einer Stromspule
5o eines Relais 51 verbunden ist. Eine der Phasenspannungen ist über -die Leiter
52 und 53 auf eine Spannungsspule 54 des Relais geleitet. Die Stromspule und die
Spannungsspule treiben eine .drehbare Metallscheibe 55 gemäß dem bekannten und in
Wattmetern oft angewandten Prinzip von F e r r a r i an. Die Scheibe 55 sitzt auf
einer drehbaren Welle 56, die über eine Spiralfeder 57 mit einem auf einer drehbaren
Einstellspindel 59 befestigten Hebelarm 58 elastisch gekuppelt ist. Die Spindel
59 läßt sich mittels eines Knopfes 6o einstellen, dessen Einstellwinkel auf einer
Skala 61 abgelesen werden kann. Die Welle 56 ist mit einem Kontaktarm 62 versehen,
welcher über einen zum Teil biegsamen und zum Teil festmontierten Leiter 63 mit
dem einen Pol einer Batterie 70 verbunden ist und welcher mit zwei Kontakten
64, 65 an je einem Leiter 66 bzw. 67 zusammenarbeitet. An diesen Leitern 66, 67
sind die einen Enden von zwei Relaisspulen 68, 69 angeschlossen, während deren andere
Enden in Parallelschaltung an den anderen Po,-1 der Batterie 70 gelegt sind.
Je nachdem der Arm 62 den Kontakt 64 oder den Kontakt 65 berührt, wird von der Batterie
70 Strom durch den Leiter 66 und die Spule 68 oder den Leiter 67 und die
Spule 69 fließen. Die Relaisspulen 68 und 69 steuern einen Anker 71, :der befähigt
ist, einen in zwei Phasen der Netzleiter 73 eines Dreiphaseninduktionsmotors 74
eingebauten Phasenumkehrschalter 72 zu betätigen. Je nachdem der Anker 71 durch
die Spule 68 oder !die Spule 69 angezogen wird, verschiebt der Schalter 72 die Phasenfolge
im Stator des Motors 74, so daß dessen Rotor in der einen oder anderen Richtung
rotiert. Der Rotor des Motors 74 ist vorzugsweise über ein in der Zeichnung nicht
dargestelltes Schneckengetriebe oder ein anderes Reduktionsgetriebe mit großem Reduktionsverhältnis
mit einem Drosselventil 75 gekuppelt, welches zwischen -die Rohrleitungsabschnitte
13a und 13b in ähnlicher Weise wie der Regler 16 in Fig. i eingebaut ist. Die Spindel
des Ventils 75 ist in bekannter Weise mit einer Drosselscheibe versehen, welche
den freien Durchgang
durch das Ventil in einem der Drehung der
Ventilstange entsprechenden Grad drosselt.
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Dne beschriebene Ausführungsform nach Fig. 3 arbeitet in folgender
Weise: Es werde angenommen, ,daß @die durch .die Leiter i@o bis %a2 zugeführte elektrische
Energie einen bestimmten Wert hat und der Entnahme einer bestimmten bampfmengedurch
die Entna'hmeleitunig 14 und das Ventil 15 entspricht. In diesem Gleichgewichtszustand
nehmen die Flüssigkeitsspiegel 1a und H die in der Zeichnung gezeigte Lage
ein. Ferner wird angenommen, daß der Knopf 6o bezüglich der Skala 61 so eingestellt
sei, daß das .durch die Scheibe 55 ausgeübte Drehmoment durch die Feder 57 ausbalanciert
sei, so daß der Kontaktarm 62 im Zwischenraum zwischen :den Kontakten 64 und 65
spielt, ohne @diese zu berühren, weshalb die Relaisspulen 69 und 68 unerregt sind
und der Anker 71 in einer solchen Mittellage gehalten wird, daß der Schalter 72
.die beiden unter seiner Kontrolle stehenden Phasen unterbrochen hält und der Motor
74 somit stillsteht.
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Wenn nun aus irgendeinem Grunde der Flüssigkeitsstand h sich ändert,
z. B. erhöht, so nimmt die wirksame Oberfläche der Elektroden und somit die durch
die Leiter :io bis 12 zugeführte elektrische Energie sofort zu, und die Scheibe
55 wird einem vermehrten Drehmoment unterworfen, wobei die Gegenkraft der Feder
57 überwunden wird und der Kontaktarm 62 z. B. .mit dem Kontakt 64 in Berührung
gelangt. Dadurch wird die Spule 68 erregt, und der Anker 711 bringt den Schalter
72 in eine solche Stellung, daß der Motor 74 in einer Drehrichtung zu rotieren beginnt,
bei der das Drosselventil 75 im Sinne einer Zunahme :des Druckabfalls zwischen den
Leitungsabschnitten 13" und 13v betätigt wird, so daß der Druck im Kessel 2 steigt
und der Flüssigkeitsstand h abnimmt. Sinngemäß umgekehrt sind die Vorgänge, wenn
sich der Flüssigkeitsstand 1a gesenkt 'hat, indem dann der Kontakt 65 die Spule
69 über den Leiter 67 erregt, wobei der Motor 74 in entgegengesetzter Drehrichtung
zu rotieren beginnt und das. Drosselventil 75 allmählich öffnet, so daß der Druckabfall
zwischen den Leitungsabschnitten 13a und 13v reduziert wird und der Flüssigkeitsstand
1a ansteigt: . Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform wird die Stellung des
Reglers durch den Druck im Elektrodenkesse.1 2 mittels der am.schließend beschriebenen
Einrichtung gesteuert. Zwischen den Leitungsabschnitten 13a und 13v ist ein Drosselventil
76 eingebaut, welches über eine drehbare Ventilstange 77 normalerweise durch eine
Rückführkraft, wie z. B. ein Gewicht 78 oder eine Federkraft, in voll geöffneter
Stellung gehalten wird. Ein. Regler 79, beispielsweise von der durch T. K ä 11 e
in, seinen USA.-Patenten 1 73$ 072 und 2147977 beschriebenen Bauart, besitzt
ein Impulsorgan, welches durch eine Rohrleitung 8o und ein in dieser eingebautes
Ventil 8i mit dem Druck in der Leitung 113' in Verbindung steht und durch
diesen Druck gesteuert-wird, der praktisch dem Druck im Elektrodenkesse1 2 gleich
ist. Der Regler 79 isst befähigt, sobald der Druck einen bestimmten Wert überschreitet,
einen Zug auf einen Draht 82 auszuüben, der üben- eine Umkehrrolle 83 an einem Sektor
84 angreift, welcher derart auf der Ventilstange 77 sitzt, daß ein Zug von hinreichender
Kraft am Draht 82- die Ventilstange 77 entgegen der Wirkung des Gewichts 78 rotiert
und somit der Strömungswiderstand im Ventil 76 allmählich zunimmt und ein größerer
Druckabfall zwischen den Leitungsabschnitten 13a und 13v verursacht wird.
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Die, beschriebene Einrichtung nach Fig. 4 arbeitet in ähnlicher Weise
wie .die in Verbindung mit Fig. i beschriebene, mit dem Unterschied, daß nicht der
Druck im Reservoir i, sondern derjenige im Elektroidenkessel 2 für die Betätigung
der Einrichtung ausschlaggebend ist.
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Bei -dem in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Reservoir
i vom Elektrodenkessel 2 thermisch getrennt, wenn von .den Auslaßrc'hrleitungen
13a und 13v und (dem Flüssigkeitsdurchlaß .durch eine Leitung 85 abgesehen wird.
Die Dampfauslaßleitung ist mit einem Drosselventil versehen, das durch einen. Regler
16 gesteuert wird, welcher von der in Fig.2 gezeigten Bauart sein kann. Das Reservoir
i ist zweckmäßig mit einem Flüssigkeitsstandanzeiger 86 und außerdem mit einer elektrischen
Flüssigkeitssitandsteuervorrichtung 87 von bekannter Bauart versehen, die befähigt
ist, sobald der Flüssigkeitsspiegel die mit ,dem Rohr 88 übereinstimmende Lage übersteigt,
drie Netzleitung 89 zu einem Elektromotor go zu unterbrechen, der eine in den Kessel
i fördernde Speisepumpe 9i antreibt. Die Vorrichtung 87 schaltet den Motor 9o wieder
ein, wenn der Flüssigkeitsspiegel wieder auf die mit dem Rohr 92 übereinstimmende
Lage gefallen ist.
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Die Einrichtung nach Fig. 5 arbeitet im wesentlichen in gleicher Weise
wie diejenige nach Fig. i. In dem in Fing. 6. gezeigten Ausführungsbeispiel sind
Ele'lctrodenlcessel 2 und Reservoir i thermisch voneinander getrennt. Im übrigen
entspricht diese Einrichtung derjenigen nach Fig. 3. Ebenso ist ihre von der zugeführten
elektrischen Energie abhängige Wirkungsweise dieselbe wie die in Verbindung mit
der Fig. 3 beschriebene.
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Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 unterscheidet sich von dem in
Fig. 4 veranschaulichten nur durch die getrennte Anordnung,der Kessel i -und 2,
während .die Wirkungsweise dieselbe :ist.
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In den. beschriebenen Ausführungsbeispielen wird der Regler automatisch
bewegt. Doch kann ebensogut eine Änderung des Flüssi lkeitsstandes absichtlich verursacht
werden, indem. der Regler von Hand verstellt wird, so daß der Sollwert der zu regelnden
Größe verändert wird.
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Unter der in -der Beschreibung verwendeten Bezeichnung Flüssigkeit
sei irgendeine verüampf'bare Flüssigkeit, z. B. Wasser, verstanden, die sich zur
Betätigung der Einrichtung in der beschriebenen Weise eignet.
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Es versteht sich, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die in der
Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiele
beschränkt sein soll,
sondern alle Varianten umfaßt, die im Geltungsbereich der nachfolgenden Ansprüche
liegen.