DE2113382A1

DE2113382A1 - Selbsteinstellende pneumatische Vorrichtung zur Stoss- und Schwingungsdaempfung

Info

Publication number: DE2113382A1
Application number: DE19712113382
Authority: DE
Inventors: Pepi Jerome S
Original assignee: Barry Wright Corp
Current assignee: Hutchinson Aerospace and Industry Inc
Priority date: 1970-03-19
Filing date: 1971-03-19
Publication date: 1971-11-18
Also published as: JPS4934866B1; CA948658A; GB1335218A

Description

Selbsteinstellende pneumatische Vorrichtung zur Stoß- und Schwingungsdämpfung

Die Erfindung betrifft allgemein die Stoß- und Schwingungsisolierung und insbesondere ein neuartiges pneumatisches und selbsteinstellendes Stoß- und Schwingungsdämpfungssystem, das nicht nur eine Schwingungsisolierung ermöglicht, sondern auch den isolierten Körper in einer bestimmten mittleren Winkelstellung mit Bezug auf die örtliche Abstützung um eine waagrechte Achse unabhängig von andauernden Beschleunigungen oder Lastveränderungen des isolierten Körpers hält. Diese Ergebnisse werden mit einem

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robusten System erzielt, das über lange Zeiträume unter ungünstigen Bedingungen zuverlässig arbeitet.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Stoß- und Schwingungsdämpfers.

Ferner soll dieses Ziel der Erfindung durch eine pneumatisch wirkende und selbsteinstellende Vorrichtung erreicht werden.

Weiter soll durch die Erfindung ein System geschaffen werden, das über lange Zeiträume unter ungünstigen Bedingungen zuverlässig arbeitet.

Desgleichen soll bei dem erfindungsgemässen System eine Verbindungsleitung und eine KanalanOrdnung vermieden werden, wie sie gewöhnlich für ein Stellungsregelventil mit einer gesonderten Auslaßkammer erforderlich sind.

Ausserdem gehört es zur Aufgabe der Erfindung, spannungserzeugende Kräfte zu reduzieren. *

Weiter gehört es zur Aufgabe der Erfindung, eine Stellüngsregelung mit-einem Ventil zu erzielen, das dem Isoliersystem eine vernachlässigbare Steifheit verleiht.

Schließlich gehört es zur Aufgabe der Erfindung, die vorstehenden Ziele mit einem doppeltwirkenden System zu erreichen.

Erfindungsgemäß ist eine lasttragende Kammer vorgesehen, die zum Teil durch einen Kolben eingeschlossen ist, ein Einlaßventil für den wahlweisen Zutritt eines Mediums, beispielsweise von Druckluft, zur lasttragenden Kammer und ein Auslaßventil zur wahlweisen Freigabe von Druck- \

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medium aus der lasttragenden Kammer. Der Kolben trägt eines der Ventile. Die Ventile haben je beweglicheElemente, welche durch ein Verbindungsorgan innerhalb der lasttragenden Kammer mechanisch verbunden sind, um die beweglichen Elemente in einem festen Verhältnis zueinander zu halten. Eine relative Verlagerung des Kolbens hat zur Folge, daß das eine oder das andere Ventil öffnet, bis der Kolben eine bestimmte Stellung mit Bezug auf die lasttragende Kammer mit beiden Ventilen in der Schließstellung einnimmt.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß eine Vorbelastungskammer vorgesehen ist, welche den Kolben umgibt, um ein Medium unter einem Druck aufzunehmen, der höher ist als der Druck unter der Lastkammer, um die Verwendung der Isolier- bzw. Dämpfungsvorrichtung in jeder Stellung zu ermöglichen.

Weitere Merkmale, Zieleuid Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen und zwar zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht im Längsschnitt einer erfindungsgemässen pneumatischen selbsteinstellenden Stoß- und Schwingungsdämpfungsvorrichtung und

Fig* 2 eine Ansicht im Längsschnitt einer doppeltwirkenden pneumatischen, selbsteinstellenden Stoß- und Schwingungsdämpfungsvorrichtung .

In Fig. 1 ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemässen pneumatischen selbsteinstellenden Stoß- und Schwingungsdämpfungsvorrichtung im Längsschnitt dargestellt. Da die Ausführungsform eine kreisförmig zylindrische Symmetrie aufweist^ wird durch diese Ansicht die Ausführungsform voll.

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und angemessen dargestellt. Der hohle Abstützzylinder 11 ist in eine untere Kammer 12 und in eine obere lasttragende Kammer 13 durch eine ringförmige Schulter 9 unter-teilt, die ein unteres Ventil 14 trägt, das als Einlaßventil für die Kammer 13 dient.

Der obere Flansch 15 des Zylinders 11 trägt einen Teil 16 von im wesentlichen J-förmigem Querschnitt, der durch trapezförmige Rippen 17 und 18 versteift ist. Ein elastomerer Stoßdämpfer 21 trennt den Teil 16 von dem ringförmigen Schaumstoff-Dämpfungselement 22 und von der Stulpenmembran 23, welche den Mittelteil 24 des Kolbens 25 umgibt.

Der Mittelteil 24 ist mit einer kreisförmigen Plattform 8 als Träger des zu isolierenden Körpers und mit Luftaustrittskanälen 26 und 27 ausgebildet, ferner mit einer Gewindebohrung 31, in welche der zu isolierende Körper eingeschraubt werden kann, und mit einem oberen VentiJaislaßkanal 32, durch welchen Luft aus der kegelstumpfförmigen unteren Öffnung 33 (die als Ventilsitz dient) austreten kann, wenn das Kugelventil 34 in einer nachstehend beschriebenen Weise abgesenkt wird.

Das untere Ende des Mittelteils 24 ist mit einem Gewinde versehen, wie bei 7 gezeigt, um eine mit einer mittigen Gewindebohrung versehene untere Scheibe 35 aufnehmen zu können, die an ihrem Aussenumfang einen elastomeren Stoßdämpfer 36 trägt.

Das untere Lufteinlaßventil 14 weist einen zylindrischen Einsatz 41 auf, der mit einer sich verjüngenden öffnung bzw. mit einem Ventilsitz 42 geformt ist. Ein Kugelventil 43 verschließt normalerweise die öffnung in die obere lasttragende Kammer 13 und ist mit dem Ventil 34 durch eine

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Verbindungsstange 44 verbunden. Ein herkömmlicher Schlauch mit Anschlußkupplungen 45 leitet Luft vom Lufteinlaß 46 zum Einlaß 42. Dämpfungsöffnungen 40, 40 von kleinem Durchmesser zwischen den Kammern 12 und 13 unterstützen die Dämpfungswirkung.

Die Wirkungsweise des vorangehend beschriebenen Aufbaus der erfindungs gemäss en Vorrichtung ist wie folgt. Es sei zunächst angenommen, daß sich die Vorrichtung in stehender Stellung befindet, wie gezeigt, und das untere sowie das obere Ventil geschlossen sind. Dies ist die normale stabile Stellung des Kolbens 25 mit Bezug auf den hohlen Stützzylinder 11. Wenn nun der Kolben 25 sich, geringfügig aufwärts bewegt, wird der Ventilsitz 3 3 von dem oberen Kugelventil 34 weggezogen, so daß das obere Ventil öffnet und Luft durch die Öffnung 33, den Kanal 32 und die Kanäle 26 und 27 austreten kann. Hierdurch wird der Druck in der Kammer 13 herabgesetzt und die gegen die Scheibe ausgeübte Kraft verringert, so daß sich der Kolben 25 abwärts bewegt, bis die Kugel 34 das obere Ventil wieder schließt.

Wenn sich der Kolben 25 etwas abwärts bewegt, bewegen sich das obere Kugelventil 34, die Verbindungsstange 44 und die untere Kugel 43 gemeinsam abwärts, wodurch das untere Ventil 14 geöffnet wird und Druckluft.aus dem Einlaß 46 in die obere lasttragende Kammer 13 eintreten kann, was zur Folge hat, daß der Druck auf die Scheibe 35 und auf denjenigen Teil des Kolbens 25, der sich innerhalb der lasttragenden Kammer befindet, mit Bezug auf den ausserhalb der Kammer zunimmt. Der Kolben 25 wird daher wieder etwas nach oben bewegt, bis das untere Kugelventil 43 wieder den Lufteinlaß schließt.

Diese Ausführungsform der Erfindung stellt eine Verbes-

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serung gegenüber den bekannten selbsteinstellenden Stoß- und Schwingungsdampfern insofern dar, als die obere lasttragende Kammer 13 nicht nur die Aufgabe erfüllt, als Isolierkammer zu wirken, sondern auch als Auslaßkammer für das Stellungsregelventil wirkt, wodurch die Notwendigkeit einer Verbindungsleitung und der dazu gehörigen Anordnung vermieden wird, welche gewöhnlich für ein Stellungsregelventil mit einer gesonderten AElaßkammer erforderlich ist. Die Verbindungsstange 44 des Stellungsregelventils übt eine Kraft gegen den Kolben 25 aus, die ausserordentlieh klein im Vergleich zu den Kräften ist, welche durch ein herkömmliches System ausgeübt werden, die ein Ventil aufweisen, bei welchem eine biegsame Membran als bewegliche viand einer gesonderten Ventilauslaßkammer verwendet wird. Ferner wird durch das Stellungsregelventil die wirksame Steifheit des Isoliersystems nur um einen sehr geringen Betrag erhöht im Vergleich zu der Steifheit, die durch ein Ventil unter Verwendung einer biegsamen Membran als bewegliche Wand einer gesonderten Ventil· auslaßkammer verliehen wird.

In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, die durch eine doppeltwirkende, pneumatische selbsteinstellende Stoß- und Schwingungsdämpfungsvorrichtung zur Abstützung einer Last, beispielsweise einer schwingenden Maschine od. dgl. in einer bestimmten mittleren Stellung mit Bezug auf die örtliche Abstützung gebildet wird. Diese Ausführungsform weicht von der Ausführungsform nach Fig. 1 insofern ab_t als der Auslaß durch das untere Ventil und der Einlaß durch das obere Ventil aus ■ einer VorbeXastungskammer erfolgt, die unter einem Druck, welcher vorzugsweise konstant ist, gehalten wird, der höher als derjenige in der lasttragenden Kammer ist.

Diese Ausführungsform der Erfindung ist ebenfalls im Längs-

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schnitt gezeigt» Ein hohler Zylinder 61 bildet das tragende Bauelement und ist in ein unteres Abteil 62, in eine zwischenliegende lasttragende Kammer 6 3 und in eine obere V orb e las tun gs kammer 64- unterteilt.

Eine ringförmige Scheibe 60 trennt die untere Kammer 6 2 von der Zwischenkammer 63. Ein unteres Auslaßventil 50 besitzt eine untere Austrittsöffnung 65, die als unterer Ventilsitz dient und in einem Ventilkörper 52 ausgebildet ist, der mittels eines Kugelgelenks 66 gelagert ist und mit einer Austrittsleitung 67 in Verbindung steht. Eine obere Einlaßventil-Trägeranordnung mit einer biegsamen Stulpenmembran 71 trennt die zwischenliegende lasttragende Kammer 63 von der oberen Vorbelastungskammer 6¹I. Der untere Teil 72a des Kolbens 72 trägt ein oberes Einlaßventil 54, welches eine kegelstumpfförmige öffnung 7 3 aufweist, die als oberer Ventilsitz dient und in einem Ventilkörper 56 ausgebildet ist, welcher von einem Kugelgelenk 74 getragen wird. Die öffnung 7 3 steht mit der Vorbelastungskammer 64 durch Einlaßkanäle 75 und 76 in Verbindung.

Ähnlich wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist ein oberes Einlaßkugelventil 77 durch eine Stange 81 mit einem unteren Auslaßkuge'lventil 8 2 verbunden, welch letzteres in der kegelstumpfförmigen Austrittsöffnung 65 beweglich ist. Der Unterschied gegenüber der Ausftihrungsform nach Fig. 1 besteht darin, daß die Stellungen der Einlaß- und Auslaßventile umgekehrt ist, da bei der Ausführungsform nach Fig. 1 das Einlaßventil unten war und das Auslaßventil oben.

Ein Ring 8 3 aus elastomerem Material umgibt den unteren Teil 72a des Kolbens 72 und befindet sich in Kontakt mit der unteren Stulpenmembran 71.

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Der hohle Stützzylinder 61 ist mit einem sich nach aussen erstreckenden Flansch 84 an seinem oberen Ende ausgebildet, der ein ringförmiges Element 85 trägt. Das ringförmige EIemeng 85 ist mit einer Öffnung 86 versehen, die einen Einlaß zur Aufnahme einer Druckluftzufuhr von einer äusseren Quelle zum Aufladen der Vorbelastungskammer 64- bildet, sowie mit einer Anzahl von in der Umfangsrichtung voneinander in Abstand befindlichen öffnungen 87 zur Befestigung des Stützzylinders 61 an einem tragenden Bauelement. Das ringförmige Element 8 5 trägt ein weiteres ringförmiges Element 91 mit einem sich nach innen erstreckenden erhöhten Ringteil 91a. Zwischen den Elementen 8 5 und 91 ist eine Smlpenmembran 92 befestigt, die sich teilweise um einen elastomeren Stoßdämpfer 93 herum erstreckt. Der Stoßdämpfer 93 liegt gegen den oberen Ringteil 91a des Elements 91 und gegen einen Teil der Stulpenmembran 92 an. Die Stulpenmembran 9-2 ist ferner an dem oberen Teil 94 des Kolbens 7 2 befestigt, um die Abdichtung des oberen Teils der Vorbelastungskammer 64 ,zu vervollständigen. Die Stulpenmembran 71 ist zwischen dem unteren Teil des Elements 8 5 und dem Flansch 84 befestigt.

Die Plattform 95 des Kolbens 72, die als Träger für den zu isolierenden Körper dient, ist durch eine verstellbare Verschraubung abgestützt, die eine Klemmschraube 96 aufweist, welche eine Verstellung der Höhe der Plattform 95 mit Bezug auf den Stützzylinder 61 ermöglicht. Die Unterseite der Plattform 95 dient daher als Begrenzungsanschlag für eine vertikale Abwärtsbewegung, während die ringförmige Innenschulter 97 als Begrenzungsanschlag für eine vertikale Aufwärtsbewegung des Kolbens 72 wirkt, indem sie an der Oberseite bzw. Unterseite des elastomeren Stoßdämpfers 93 zur Anlage kommen.

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' Die Wirkungsweise der vorangehend beschriebenen Aus- führungsform ist wie folgt. Druckluft tritt durch den Luftzufuhreinlaß 86 in die Vorbelastungskammer 61 ein. Der Druck innerhalb der Vorbelastungskanuner 61 übt eine nach unten gerichtöte Kraft gegen den Kolben 72 aus. Die Druckluft strömt aus der Kammer 61 zum oberen Höhenregelventil durch die Kanäle 75, 76 und 73. Der Druck in der Vorbelastungskammer 64 ist grosser als der Druck in der lasttragenden Kammer 63 und die Querschnittsfläche des Luftzufuhreinlasses 86 beträgt vorzugsweise das Mehrfache der Querschnittsfläche der Einlasse 75 und 76 zum Höhenregelventil, um ein stabiles Regelsystem zu erhalten.

Diese Ausführungsform kann in jeder Richtung im Raum verwendet werden, wenn die nach unten gerichtete Kraft, welche durch den Vorbelastungsdruck ausgeübt wird, grosser als das Gewicht des isolierten Körpers ist. Wenn die Druckluftquelle eine ausreichende Strömungskapazität hat, wird die Vorbelastungskammer auf einem konstanten Druck gehalten, während Luft den Regelventilen mit einer Geschwindigkeit zugeführt wird, die notwendig ist, um die gewünschte Ansprechgeschwindigkeit des Höhenregelsystems zu erzielen. Gegebenenfalls kann (nicht gezeigt) ein biegsamer Schlauch, der gegenüber der Vorbelastungskammer abgedichtet ist, vorgesehen werden, um Luft unmittelbar von der Druckluftquelle zum Stellungsregelventil mit einem Druck zuzuführen, der vom Druck der Vorbelastungskammer unabhängig ist.

Die Druckluft in der Einlaßöffnung 73 reicht aus, die Kugel 8 2 in der AustrittsÖffnung 65 nach unten zu drücken, um die letztere zu verschliessen. Wenn sich der Kolben 7 infolge einer nach unten gerichteten Kraft, die beispielsweise durch das Aufsetzen einer Last verursacht werden kann, abwärts bewegt, tritt Luft in die lasttragende Kammer 6 3 aus der Vorbelastungskammer 61 über die Öffnung 73 ein

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(und die Luft in der letzteren Kanuner wird durch den Luftzufuhreinlaß 86 ersetzt) bis ausreichend Druckluft in die lasttragende Kammer 6 3 eingetreten ist, um den Kolben 72 nach oben zu bewegen, bis die Kugel 77 in der Einlaßöffnung 7 3 sitzt. Wenn sich die nach unten gerichtete Kraft am Kolben 72 verringert, beispielsweise dadurch, daß die Last abgenommen wird, bewegen sich die durch die Stange 81 miteinander verbundenen Kugeln 77 und 8 2 gemeinsam aufwärts, wodurch die Austrittsöffnung 8 2 geöffnet wird, und Luft aus der lasttragenden Kammer 6 3 freigegeben wird, bis ausreichend Luft ausgetreten ist, um die neue H Last in der bestimmten Höhe auszugleichen.

Diese" Ausführungsform der Erfindung besitzt alle vorangehend beschriebenen Merkmale der Ausführungsform nach Fig. 1. Zusätzlich erleichtert sie die Einstellung der Plattform in jeder Stellung. Zur besseren Darstellung des Prinzips der Erfindung wurden deren Ausfuhrungsformen für das Erzielen einer einachsigen Nivellierung und Stoßdämpfung längs der vertikalen Achse beschrieben. Für solche eindimensionalen Systeme bestehen zahlreiche praktische Anwendungsmöglichkeiten. Das Prinzip der Erfindung-ist natürlich auch auf voll isolierte Systeme anwendbar, welche gewöhnlich drei gesonderte pneumatisch geregelte, selbsteinstellende S4»ß- und Schwingungsdämpfer gemäß der Erfindung besitzen. Durch Abstützen des isolierten Körpers (der als starr angenommen wird) in drei bestimmten mittleren vertikalen Stellungen mit Bezug auf die örtliche Unterstützung, wird der isolierte Körper selbsttätig in einer bestimmten mittleren Winkelstellung um eine horizontale Achse gehalten. Die Isolier- bzw. Dämpfungsvorrichtungen können allein, parallel mit einer Mehrzahl ähnlicher Vorrichtungen oder als Hauptexnstellvorrxchtung für eine Anzahl nicht in ihrer Stellung geregelte, pneumatische lasttragende Vorrichtungen verwendet werden. Obwohl die erfindungsgemässe

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Dämpfungsvorrichtung normalerweise zur vertikalen Anordnung des isolierten Körpers verwendet wird, kann sie auch in irgendeiner anderen Ausrichtung im Raum benutzt werden, vorausgesetzt, daß der isolierte Körper in geeigneter Weise in der Stellungsfühlrichtung der Dämpfungsvorrichtung vorbelastet ist.

Im Vorangehenden wurden neuartige pneumatische, selbsteinstellende Stoß- und Schwingungsdämpfer beschrieben, bei denen verhältnismässig wenige leicht herzustellende mechanische Teile verwendet werden, jedoch eine ausgezeichnete Stoß- und Schwingungsdämpfung mit Präzisionsnxvellierung erzielt wird. Die Erfindung ist natürlich nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann innerhalb ihres Rahmens verschiedene Abänderungen erfahren.

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Claims

B-102-G . 19. März 1971 Patentansprüche :

1. Selbsteinstellende Vorrichtung zur Stoß- und Schwingungsdämpfung, gekennzeichnet durch einen Kolben als Träger einer Last, Mittel, welche eine lasttragende Kammer begrenzen, die ein Druckmedium zur Abstützung des Kolbens enthält, ein erstes Ventil für den v/ahlweisen Austausch des Mediums zwischen der lasttragenden Kammer und einer ersten äusseren Einrichtung ausserhalb der lasttragenden Kammer, weIcher Kolben ein zweites Ventil zum v/ahlweisen Austausch des erwähnten Mediums zwischen der las'ttragenden Kammer und einer zweiten äusseren Einrichtung ausserhalb der lasttragenden Kammer aufweist, die lasttragende Kammer ferner eine Kammer des erwähnten Ventils bildet, und ein Organ zur mechanischen Verbindung des ersten und des zweiten Ventils miteinander in einer festen relativen Anordnung zueinander, um die relativen Verlagerung zwischen dem Kolben und dem ersten Ventil als bestimmte mittlere Verlagerung aufrecht zu erhalten.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Ventil ein erstes bzw. ein zweites Ventilelement aufweisen und die erwähnte mechanische Verbindung durch eine Stange gebildet wird, die an jedem Ende je eines der Ventilelemente trägt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel,

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welche eine Vorbelastungskammer benachbart der lasttragenden Kammer und dem Kolben begrenzen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ventil am Kolben angeordnet ist und das zweite Ventil durch Mittel getragen wird, welche die lasttragende Kammer enthalten.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben ein Lastaufnahmeelement trägt, das mit Bezug auf diesen verstellbar angeordnet ist»

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben mit mechanischen Anschlägen zur Begrenzung der Aufwärts- und Abwärtsbewegung versehen ist, von welchen Anschlägen einer innerhalb der Vorbelastungskammer angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6_S dadurch- gekennzeichnet, daß die eine Wand der Vorbelastungskammer einen Teil der beiden mechanischen Begrenzungsanschlage für die Aufwärtsbewegung und die Abwärtsbewegung bildet.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Ventil universal gelagert sind, so daß Ausfluchtungsabweichungen des Kolbens mit Bezug auf die das Medium enthaltende Kammer ohne Störung der

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Wirkungsweise der Vorrichtung stattfinden können.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, 'daß das erste und das zweite Ventil durch Kugelventile gebildet werden, welche mit sich verjüngenden Ventilsitzen zusammenwirken und mechanisch so verbunden sind, daß sie mit Bezug aufeinander unbeweglich sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben einen Teil der lasttragenden Kammer begrenzt und das erste sowie das zweite Ventil einen ersten bzw. einen zweiten Ventilsitz benachbart entgegengesetzten Seiten der lasttragenden Kammer aufweist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,

daß das erwähnte mechanische Verbindungsorgan durch eine Stange in der lasttragenden Kammer gebildet wird, welche die Kugelventile in dem ersten und in dem zweiten Ventil- | sitz miteinander verbindet.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erwähnte erste Ventil einen Teil der einen Wand der lasttragenden Kammer bildet und die Drücke in der ersten und in der zweiten Susseren Einrichtung höher bzw. niedriger als in der lasttragenden Kammer sind.

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