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Die
Erfindung betrifft eine Dosiereinrichtung, enthaltend einen Dosiervorlagebehälter, an
den mindestens zwei Dosierarmaturen für unterschiedliche, fließfähige Komponenten
angeschlossen sind, und der mittels eines Absperrorgans an einen
Zielbehälter
für das
Komponentengemisch anschließbar
ist.
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Bei
verfahrenstechnischen Prozessen mit kurzen Zykluszeiten werden die
zu dosierenden flüssigen
Komponenten – von
einer Waage gesteuert – mittels
Komponenten-Dosierarmaturen
nacheinander in einen Dosiervorlagebehälter eingefüllt. Dieser Behälter ist
meist trichterförmig
aufgebaut. Zur Übertragung
der Komponentenmischung in die Zielapparatur gekommen ist, wird
das Absperrorgan geöffnet und
die Komponentenmischung fließt
unter Schwerkrafteinfluss in der Regel durch eine für eine genaue Wägung erforderliche
flexible Leitung in die Zielapparatur. Die Dosierarmaturen können ebenfalls
mittels flexibler Leitungen an den Dosiervorlagebehälter angeschlossen
sein.
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Das
Einfüllen
der Mischungskomponenten in den Dosier-Vorlagebehälter kann
auch mittels Dosierapparaturen mit jeweiliger Mengen- bzw. Durchflussmessung
erfolgen.
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Zum Überführen der
Komponentenmischung in den Zielbehälter werden häufig auch
Pumpen benutzt.
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Ein
Nachteil der oben beschriebenen bekannten Techniken ist bedingt
durch den Nachlauf der Komponenten von den benetzten Oberflächen. Will
man die in der Dosiervorlage verbleibenden Restmengen klein halten,
verlängert
sich das Umfüllen
der Komponentenmischung aus der Dosiervorlage in den Zielbehälter und
damit die Zykluszeit der Gesamtanlage. Werden viele Chargen nacheinander mit
der gleichen Rezeptur gefahren und hält man exakt gleichlange Nachlaufzeiten
ein, werden Dosierfehler zwar minimiert, wobei jedoch Schwankungen in
der Viskosität
der einzelnen Komponenten in der Regel zu Fehlern führen. Es
ist dabei davon auszugehen, dass die Temperaturen der den Dosierarmaturen
vorgeschalteten Komponentenbehälter
und der Dosierleitung nie exakt gleich sind, so dass die Temperaturen
und damit die Viskositäten
der Komponenten schwanken und es vor allem Abweichungen zwischen
der ersten Dosierung und den nachfolgenden Dosierungen gibt, und
zwar insbesondere, wenn nur wenige Chargen nacheinander mit der
gleichen Rezeptur gefahren werden. Bei Rezepturwechseln sind außerdem fast
immer Spül-
und Reinigungsvorgänge erforderlich,
da auch bei langen Ablaufzeiten immer Restmengen an den Wandungen
der Dosiervorlage verbleiben. Daraus resultieren ein erhöhter Zeitaufwand
mit einer Effektivitätsreduzierung,
ein erhöhter Spülmittelverbrauch
sowie Abfallentsorgungskosten.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine demgegenüber verbesserte
Dosiereinrichtung zu schaffen.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe dient eine Dosiervorrichtung, wie sie im Patentanspruch
1 beschrieben ist.
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Weitere
bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen behandelt. Die Erfindung
wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beiliegenden 1 bis 8 beschrieben,
in denen verschiedene Ausführungsformen
der Erfindung schematisiert dargestellt sind.
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Eine
erste bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung gemäß 1 enthält den zu
beschickenden Zielbehälter 1,
dem ein auf einer Wägeeinrichtung 2 gelagerter,
vorzugsweise zylindrischer Dosier-Vorlagebehälter 3 vorgeschaltet
ist, in dem ein in Richtung des Pfeiles f1 mechanisch hin- und hergehend
antreibbarer Passkörper 4,
z. B. in Form eines Kolbens, vorzugsweise abdichtend geführt ist.
Zum Beschicken des Behälters 3 ist
an diesen für
jede einzudosierende Komponente eine Dosierarmatur D1; D2; D3 usw.
angeschlossen. Der Behälter 3 ist
vorzugsweise schräggestellt
gelagert, um in den Zylinder Komponenten auch frei – also ohne
feste Verbindung zu Anschlussleitungen oder Dosierarmaturen – einlaufen
lassen zu können
und ihn dann trotzdem von einem Passkörper leerdrücken und reinigen lassen zu
können,
derart, dass der an den Behältermantel 3.2 anschließende, unterste
Abschnitt des Behälterbodens 3.1 vorzugsweise
zentral über
dem Zielbehälter 1 liegt.
An diesen untersten Abschnitt des Behälterbodens 3.1 ist
ein Absperrorgan 6 angeschlossen, an das eine in den Zielbehälter 1 mündende,
flexible Leitung 7 angeschlossen ist, die für eine genaue Wägung erforderlich
ist. Die Dosierarmaturen D1; D2; D3 sind an den Behälter 3 und/oder
an vorgeschaltete Vorratsbehälter
für die
einzelnen Komponenten, vorzugsweise ebenfalls mittels flexibler
Leitungen angeschlossen. Die Anzahl der Dosierarmaturen hängt jeweils
von der Anzahl der in den Dosiervorlagebehälter einzudosierenden Komponenten
ab.
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Der
Behälter 3 kann
auch jede andere Form und Anordnung haben, wobei jedoch gewährleistet sein
muss, dass eine praktisch vollkommene, störungsfreie Entleerung mittels
eines Passkörpers
erreicht wird.
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Bei
dieser Einrichtung wird der Vorlagebehälter 3 bei geöffneter
Entlüftungsarmatur
E1 aufeinanderfolgend in der Weise beschickt, dass eine erste Komponente
z. B. durch die Dosierarmatur D1 so lange eingefüllt wird, bis die Wägeeinrichtung 2 nach Einfüllen einer
vorgegebenen Gewichtsmenge einen Schließbefehl an die Dosierarmatur
D1 und einen Öffnungsbefehl
an die Dosierarmatur D2 gibt, um eine zweite Komponente so lange
in den Behälter 3 einzufüllen, bis
die Wägevorrichtung
nach Einfüllen der
vorgegebenen Gewichtsmenge der zweiten Komponente einen Schließbefehl
an die Dosierarmatur D2 und einen Öffnungsbefehl an die Dosierarmatur
D3 usw. gibt. Wenn der Behälter 3 im
vorgegebenen Umfang mit den verschiedenden Komponenten befüllt worden
ist, wird nach Öffnen
des Absperrorgans 6 der Passkörper 4 im Entleerungshub
in den Behälter 3 eingefahren,
um die eindosierte Komponentenmischung in den Zielbehälter 1 umzufüllen. Der Behälter 3 kann
damit schnell entleert werden und er wird beim Vorwärts- und
Rückwärtshub des Passkörpers 4 gleichzeitig
gereinigt. Damit werden Prozesse mit kurzen Zykluszeiten extrem
beschleunigt, indem Reinigungszeiten und die mit der Reinigung des
Vorlagebehälters 3 verbundenen ökologischen
und ökonomischen
Nachteile meist völlig
vermieden werden. Dichtet der Passkörper 4 in beiden Bewegungsrichtungen
gleichermaßen
ab, ist im oberen Bereich des schrägstehenden Behälterbodens 3.1 eine
Belüftungsarmatur 5 an
den Behälter
angeschlossen. Ist der Passkörper
gemäß weiterer
Erfindung ähnlich
wie der Kolben einer Fahrrad-Luftpumpe ausgeführt, kann die Belüftungsarmatur
entfallen. Während
der Passkörperbewegung
dienen im Einzelnen nicht dargestellte Befestigungseinrichtungen für eine stabile
und sichere Lagerung des Behälters 3,
um die Wägeeinrichtung 2 während der
Passkörperbewegung
gegen dynamische Belastungen zu sichern.
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Gemäß 2 ist
der Behälter 3 unmittelbar oberhalb
des Zielbehälters 1 angeordnet,
wobei das Absperrorgan 6 mittels starrer Leitungsabschnitte
an den Behälter 3 und
an den Zielbehälter 1 angeschlossen
sein kann. Die Dosierarmaturen D1; D2, D3 sind als Durchflussmesser
ausgestaltet oder damit kombiniert, so dass die einzudosierenden
Komponenten entsprechend den jeweiligen Mengenvorgaben gleichzeitig
in den Behälter 3 eingefüllt werden
können.
Das Entleeren des Behälters 3 erfolgt
in der an Hand von 1 beschriebenen Einrichtung.
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3 zeigt
eine weitere bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung, bei der der Zielbehälter 1 in größerem Abstand
von dem Vorlagebehälter 3 liegt,
an den als Durchflussmesser ausgebildete oder mit Durchflussmessern
kombinierte Dosierarmaturen z. B. Kugelhähne D1', D2',
D3', eine Belüftungsarmatur 5 und
eine Entlüftungsarmatur
EI angeschlossen sind. Zwischen dem Behälter 3 und dem Zielbehälter 1 liegt
eine Transferleitung 8, die einen konstanten Leitungsquerschnitt
für einen
den Leitungsquerschnitt im wesentlichen ausfüllenden Passkörper 9 hat.
An das dem Vorlagebehälter 3 zugewandten Ende
dieser Transferleitung 8 sind eine Einlassarmatur T1 für ein gasförmiges oder
flüssiges
Treibmittel, vorzugsweise Stickstoff oder Druckluft, und eine Entlüftungsarmatur
E2 angeschlossen. Die den Behälter 3 mit
der Transferleitung 8 verbindende Leitung 10 mündet in
die Transferleitung 8 an einer Stelle, die vor dem seine
Endstellung einnehmenden Passkörper 9 liegt.
In die Leitung 10 ist vorzugsweise ein Absperrorgan 11 eingesetzt,
das beim Befüllen
des Vorlagebehälters 3 durch
die Durchflussmesser-Dosierarmaturen D1', D2',
D3' entweder geöffnet oder
geschlossen sein kann.
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An
das dem Zielbehälter 1 zugewandte
Ende der Transferleitung 8 sind eine Treibmittel-Einlassarmatur T2
und das an den Zielbehälter 1 angeschlossene
Absperrorgan 6 angeschlossen. Bei geöffneten Absperrorganen 6 und 11 sowie
geschlossener Treibmittel-Einlassarmatur
T2 wird das in den Vorlagebehälter 3 eindosierte
Komponentengemisch von dem Passkörper 4 durch
die Transferleitung 8 in den Zielbehälter 1 gedrückt, bis
der Passkörper 4 seine im
wesentlichen gegen den Behälterboden 3.1 anliegende
Endposition erreicht hat. Das in der Transferleitung 8 befindliche
Komponentengemisch wird nach dem Schließen des Absperrorgans 11 durch Beaufschlagen
des Passkörpers 9 mit
durch die Treibmittel-Einlassarmatur T1 eingeblasenem Treibmittel
in den Zielbehälter 1 gefördert. Wenn
der Passkörper 9 das
dem Zielbehälter 1 zugewandte
Ende der Transferleitung 8 erreicht hat, werden das Absperrorgan 6 geschlossen
und die Treibmittel-Einlassarmatur T2 geöffnet, um bei geöffneter
Entlüftungsarmatur
E2 und geschlossener Treibgas-Einlassarmatur
T1 den Passkörper 9 wieder
mit Treibmittel zu beaufschlagen und in seine Ausgangsstellung zurückzubewegen.
Die Innenwand des Vorlagebehälters 3 wird
während
der Vorwärts-
und Rückwärtsbewegung
des mechanisch beaufschlagten Passkörpers 4 gereinigt,
ebenso wie die Innenwand der Transferleitung 8 von dem
Passkörper 9.
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Die
weitere bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung gemäß 4 unterscheidet
sich von der Einrichtung gemäß 3 dadurch,
dass zum Entleeren des Vorlagebehälters 3 anstelle eines
mechanisch beaufschlagten Passkörpers
ein mit Treibmittel beaufschlagbarer Passkörper 4' vorgesehen ist, der den Querschnitt
des Behälters 3 im
wesentlichen ausfüllt
und damit im wesentlichen abdichtend in den Behälter 3 geführt ist.
An den Deckel 3.3 des Behälters 3 sind eine
Treibmittel-Einlassarmatur T3 und eine Entlüftungsarmatur E3 angeschlossen.
Sobald das Komponentengemisch entsprechend den Rezepturvorgaben
in den Behälter 3 eindosiert
worden ist, wird der Passkörper 4' durch die Treibmittel-Einlassarmatur
T3 mit Treibmittel beaufschlagt, so dass das Komponentengemisch
bei geöffneten
Absperrorganen 11 und 6 durch die Transferleitung 8 in
den Zielbehälter 1 gedrückt wird.
Die in der Transferleitung 8 verbliebene Restmenge wird
anschließend wie
bei der Ausführungsform
gemäß 3 mittels des
Passkörpers 9 in
den Zielbehälter 1 gefördert, und
der Passkörper 9 wird
anschließend
wieder, wie anhand von 3 beschrieben, in seine Ausgangsstellung
zurückgedrückt.
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Bei
dieser Ausführungsform
kann an sich die Belüftungsarmatur 5 entfallen,
da der Passkörper 4', nachdem der
Passkörper 9 seine
Endstellung erreicht hat, bei geöffnetem
Absperrorgan 11 wieder in seine Ausgangsstellung in dem
Behälter 3 zurückgedrückt wird.
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Die
in den 1 bis 4 dargestellten Formen und Anordnungen
des Dosiervorlagebehälters 3 sind
nicht zwingend; es muss aber gewährleistet sein,
dass die Entleerung der Dosiervorlagebehälter mittels eines mechanisch
oder pneumatisch ggf. auch hydraulisch angetriebenen Passkörpers einerseits
eine weitgehende Reinigung der Behälterinnenwand und andererseits
eine praktisch vollständige Entleerung
des Behälters
bewirkt.
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Die
in 5 dargestellte, bevorzugte weitere erfindungsgemäße Ausführungsform
enthält
eine auslaufseitig an den Zielbehälter 1 angeschlossene Transportleitung 12,
die einlaufseitig über
einen Teil ihrer Länge
als den Dosiervorlagebehälter
bildender Dosierleitungsabschnitt 12' ausgebildet ist, der durch ein
vorzugsweise als Kugelhahn oder Schieber ausgebildetes Absperrorgan 13 begrenzt
ist, das in seiner Offenstellung den gleichen Durchtrittsquerschnitt aufweist
wie die Transportleitung 12 und der Leitungsabschnitt 12', an dessen
Ende eine Treibmittel-Einlassarmatur T3 und eine Entlüftungsarmatur E3
angeschlossen sind. An den Leitungsabschnitt 12' sind eine Treibmittel-Einlassarmatur
T4 und eine Entlüftungsarmatur
E4 in einem solchen Abstand von dem Ende des Leitungsabschnitts 12', dass zum Ende
der Leitung hin Platz für
einen ersten Passkörper 14 vorhanden
ist. Ein zweiter Passkörper 15 liegt in
der in 5 dargestellten Ausgangsposition gegen das Absperrorgan 13 an,
derart, dass der Leitungsabschnitt 12' von diesen beiden Passkörpern 14 und 15 begrenzt
ist, die einen dem Innenquerschnitt der Transportleitung 12 und
des Leitungsabschnitts 12' entsprechenden
bzw. daran angepassten Außendurchmesser
haben. Um den zweiten Passkörper 15 in
die in 5 dargestellte Ausgangsposition zu bewegen, wird
das Absperrorgan 13 zum Zwecke der Entlüftung des Leitungsabschnitts 12' geringfügig geöffnet, so
dass dieser zweite Passkörper 15 von
dem durch die Treibmittel-Einlassarmatur T3 zugeführtem Treibgas
in diese Ausgangsstellung bewegt werden kann.
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Die
Transportleitung 12 ist mittels des Absperrorgans 6 an
den Zielbehälter 1 angeschlossen. An
das Ende der Transportleitung 12 sind die Treibmittel-Einlassarmatur
T2 und die Entlüftungsarmatur E5
angeschlossen.
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Die
Funktion der Transportleitung 12 mit zugeordnetem Vorlage-Leitungsabschnitt 12' startet mit dem Öffnen des
Absperrorgans 13 und dem Öffnen der Entlüftungsarmatur
E5. Entsprechend der Anzahl der einzudosierenden Komponenten werden
diese durch die entsprechende Anzahl von Dosierarmaturen D1'–D8' parallel in den Leitungsabschnitt 12' eingespeist.
Bei einer erfindungsgemäß bevorzugten Anordnung
der Dosierarmaturen rund um den Leitungsabschnitt 12' wird beim Einfüllen der
einzelnen Komponenten bereits eine Vormischung bewirkt. Durch das
Einfüllen
der einzelnen Komponenten wird, falls das Absperrorgan 13 bereits
vollständig geöffnet ist,
der zweite Passkörper 15 in
Richtung des Zielbehälters 1 gedrückt, wobei
gleichzeitig in der Transportleitung 12 befindliches Treibmittel
durch die Entlüftungsarmatur
E5 entweicht. Nachdem alle Komponenten eingefüllt und die Dosierarmaturen wieder
geschlossen sind, wird die Treibmittel-Einlassarmatur T3 geöffnet, wodurch die beiden Passkörper 14 und 15 zusammen
mit dem dazwischen befindlichen Komponentengemisch in Richtung des Zielbehälters 1 bewegt
werden. Sobald der zweite Passkörper 15 das
Ende der Transportleitung 12 erreicht hat, wird das Entlüftungsventil
E5 geschlossen, wobei ggf. der Druck des Treibmittels hinter dem
ersten Passkörper 14 aufrecht
erhalten bleibt. Damit steht das Komponentengemisch für den Abruf
in den Zielbehälter 1 bereit.
Nach dem Öffnen
des Absperrorgans 6 wird das Komponentengemisch in den
Zielbehälter 1 eingefüllt, was
besonders dann schnell erfolgt, wenn das Treibmittel vorgespannt
ist.
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Wenn
das Komponentengemisch in den Zielbehälter 1 eingefüllt ist,
werden das Absperrorgan 6 und die Treibmittel-Einlassarmatur
T3 geschlossen, und die Treibmittel-Einlassarmatur T2 sowie die Entlüftungsarmaturen
E3 und E4 werden geöffnet.
Durch die Treibmittel-Einlassarmatur T2 einströmendes Treibmittel treibt die
beiden Passkörper 14 und 15 bis zum
Ende des Leitungsabschnitts 12', so dass darin die Treibmittel-Einlassarmatur
T2 und die Entlüftungsarmaturen
E3 und E4 geschlossen werden können.
Danach wird die Entlüftungsarmatur
E5 geöffnet und
das Absperrorgan 13 wird zumindest teilweise geschlossen.
Durch Einblasen von Treibmittel durch die Treibmittel-Einlassarmatur
T4 wird der Passkörper 15 gegen
das geringfügig
geöffnete
Absperrorgan 13 gedrückt.
Danach wird die Treibmittel-Einlassarmatur T4 geschlossen, und der
Raum zwischen den beiden Passkörpern 14 und 15 wird über die
Entlüftungsarmatur
E4 entspannt. Nach dem Schließen der
Entlüftungsarmaturen
E4 und E5 ist wieder die in 5 dargestellte
Ausgangsstellung erreicht.
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Die
Funktion einer weiteren erfindungsgemäßen, in 6 dargestellten
Dosiereinrichtung entspricht weitgehend derjenigen von 5.
Der Unterschied besteht darin, dass entweder alle Dosier-Armaturen
D1; D2 usw. so angeordnet sind, dass sie in den Zwischenraum zwischen
den beiden Passkörpern 14 und 15 hineindosieren,
wodurch der zweite Passkörper 15 sofort
in Richtung des Zielbehälters 1 bewegt
wird, oder aber, dass zumindest mit einer Komponente, die in jeder
Rezeptur vorkommt, der Dosiervorgang gestartet wird und der Zulauf
der anderen Komponenten erst dann, wenn der zweite Passkörper 15 sich
soweit bewegt hat, dass alle anderen Dosierarmaturen zwischen den
beiden Passkörpern
liegen. Damit können
das Absperrorgan 13 sowie die beiden Armaturen T4 und E4,
die gemäß 4 vorgesehen
sind, eingespart werden.
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7 zeigt
eine der Dosiereinrichtung gemäß 5 entsprechende
erfindungsgemäße Dosiereinrichtung,
die über
eine Weiche 16 in der Lage ist, z. B. zwei Zielbehälter 1 und 1' mit einem Komponentengemisch
zu versorgen, und zwar entweder den Zielbehälter 1 durch die Transportleitung 12 oder den
Zielbehälter 1' durch den an
die Weiche 16 anschließenden
Transportleitungszweig 12.2. Dem Zielbehälter 1' sind das Absperrorgan 6', die Treibmittel-Einlassarmatur T2' sowie die Entlüftungsarmatur
E5' zugeordnet.
Ein derartiges System ist dann von besonderem Vorteil, wenn die
Prozesszeiten in den Zielbehältern 1 bzw. 1' gegenüber dem
eigentlichen Eindosierprozess im Bereich der Dosier-Vorlageleitung 12' zeitaufwendiger
sind.
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Bei
dem System gemäß 8 sind
erfindungsgemäß z. B.
zwei Dosiervorlageleitungsabschnitte 12.1, 12.1' einem einzigen Zielbehälter 1 vorgeschaltet,
was dann vorteilhaft ist, wenn die Prozessdauer innerhalb des Zielbehälters 1 kürzer ist
als die Zeitdauer des Eindosierens des Komponentengemisches in die
Leitungsabschnitte 12.1 bzw. 12.1'. In diesem Fall kann entweder
der Leitungsabschnitt 12.1 oder der Leitungsabschnitt 12.1' und anschließende Leitungen 12 bzw. 12' mittels der
Weiche 17 und daran anschließendem Transportleitungszweig 12'' an den Zielbehälter 1 angeschlossen
werden. In diesem Fall entspricht die obere Dosiereinrichtung im Bereich
des Leitungsabschnitts 12.1 einschließlich der Transportleitung 12 dem
System gemäß 5; bei
dem im unteren Teil der 8 dargestellten System haben
die einzelnen Elemente jeweils die gleiche Funktion wie bei der
oben dargestellten Einrichtung und tragen die gleichen, aber jeweils
mit einem Indexstrich versehenen Bezugszeichen wie im oben dargestellten
System.
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Die
Weichen 16 bzw. 17 sind übliche Weichenarmaturen, die
so gestaltet sind, dass die Passkörper 14 und 15 bzw. 14' und 15' diese Weichen
sowohl beim Vorwärtslauf
als auch beim Rückwärtslauf passieren
können.