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Kalorimetrische Bombe
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Die Erfindung betrifft eine kalorimetrische Bombe mit einem lösbar
befestigten Verschlußkörper, der auf seiner Innenseite eine Halterung und Zündvorrichtung
für einen Verbrennungstiegel aufweist und durch den sich eine Zuleitung für Sauerstoff
und eine Ableitung für Verbrennungsgase erstrecken, die mit Hilfe einer Ventilanordnung
absperrbar sind.
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Derartige kalorimetrische Bomben sind beispielsweise in der DIN-Norm
51900 für die Prüfung fester und flüssiger Brennstoffe zur Bestimmung des Brennwertes
und des Heizwertes sowie aus der DE-OS 32 21 548 bekannt. Die zu verbrennenden Brennstoffe
sind im Innenraum der kalorimetrischen Bombe in einem Verbrennungstiegel untergebracht
und werden mit Hilfe eines elektrisch aufheizbaren Zünddrahtes gezündet. Das Vorbereiten
eines Versuches erfordert eine Reihe von Handgriffen und ein gewisses Maß an Geschicklichkeit,
um den Verbrennungstiegel zu füllen, den Bombenkörper zu verschließen, Sauerstoff
einzufüllen, nach dem Versuch die Verbrennungsgase abzuleiten und schließlich den
Bombenkörper wieder zu öffnen. Dabei muß der Laborant teilweise beide Hände sowie
Hilfswerkzeuge verwenden und eine Reihe von Nebenarbeiten erledigen.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, eine kalorimetrische Bombe zu schaffen, die besonders gut zu handhaben
ist, insbesondere ein sicheres Füllen und ein einfaches Entgasen sowie ein Öffnen
und Verschließen ohne zusätzliches Hilfswerkzeug gestattet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Zuleitung
für den Sauerstoff und als Ableitung für die Verbrennungsgase eine mit einem Absperrventil
versehene axiale Durchgangsbohrung durch den Verschlußkörper vorgesehen ist, in
die von außen ein an einem durch eine Renkverbindung mit dem Verschlußkörper verbindbares
Anschlußstück für eine Gasleitung angeordneter Rohrstutzen einsteckbar ist, der
gegen einen axial verschiebbaren Ventilstift des Absperrventils andrückbar ist.
Zweckmäßigerweise ist der Verschlußkörper als Boden in dem Bombenkörper eingeschraubt
und das Anschlußstück auf dem Gehäuse eines Verbrennungs-Kalorimeters befestigt.
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Die Renkverbindung zwischen dem Anschlußstück und dem Verschlußkörper
gestattet es, diesen festzulegen, so daß hierdurch eine Hand des Laboranten frei
wird. Nach dem Füllen des Verbrennungstiegels kann der Bombenkörper bequem mit beiden
Händen auf das wie in einem Schraubstock gehaltene Anschlußstück aufgeschraubt werden.
Durch den in die Durchgangsbohrung des Verschlußkörpers eingesteckten Rohrstutzen
ist ein Füllen mit Sauerstoff möglich, ohne daß zusätzliche Leitungen herangeführt
werden müssen. Durch die Renkverbindung ist die Bombe gehalten, so daß sie unter
dem Sauerstoffdruck nicht wegfliegen kann. Wenn der Verschlußkörper am Boden ausgebildet
ist, ergeben sich beträchtliche Vorteile vom Standpunkt der Meßtechnik aus, weil
dabei wesentlich günstigere Verhältnisse der Verteilung der freigegebenen Verbrennungswärme
erreicht werden.
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Das Absperrventil wird entweder durch den Überdruck des Sauerstoffs
selbsttätig oder aber durch Andrücken des Rohrstutzens gegen den Kopf des Ventilstiftes
geöffnet und dabei nach Erreichen eines ausreichenden Innendrucks oder nach Freigeben
des Kopfes durch eine Druckfeder im Absperrventil geschlossen. Das Absperrventil
dient aber nicht nur zum Einlassen von Sauerstoff, sondern auch zum Auslassen der
Verbrennungsgase, wobei das Absperrventil mechanisch durch eine axiale Bewegung
des Rohrstutzens gegenüber dem Verschlußkörper geöffnet werden kann. Dazu ist es
nach einer Messung lediglich erforderlich, die kalorimetrische Bombe erneut mit
dem Anschlußstück zu verbinden und durch Herabdrücken des Bombenkörpers, Anheben
des Rohrstutzens oder Absenken des beweglichen rohrförmigen Abschnittes im Anschlußstück
das Absperrventil zu betätigen. Wenn der Überdruck im Innern des Bombenkörpers abgebaut
ist, wird das Anschlußstück als Verschraubungshilfe verwendet, indem der Bombenkörper
besonders bei festsitzendem Verschlußkörper mit beiden Händen gedreht wird, wobei
das Gegendrehmoment durch die Renkverbindung des Anschlußstückes aufgebracht wird.
Auf diese Weise kann der Laborant ohne weitere Hilfswerkzeuge besonders einfach
hohe Drehkräfte zum Losschrauben des Bombenkörpers vom Verschlußkörper aufbringen.
Das Anschlußstück hat somit neben der Funktion eines Steckers zum Füllen mit Sauerstoff
und eines Steckers zum Entleeren noch die Funktion einer Haltevorrichtung und Verschraubungshilfe.
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Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind
in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung
näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine kalorimetrische Bombe gemäß
der Erfindung in einem Längsschnitt, Fig. 2 eine Draufsicht von unten auf die kalorimetrische
Bombe gemäß Fig. 1, Fig. 3 die kalorimetrische Bombe nach der Verbindung mit dem
zugeordneten Anschlußstück im Längsschnitt, Fig. 4 das Anschlußstück in einer Seitenansicht,
Fig. 5 das Anschlußstück in einer Ansicht von oben, Fig. 6 einen im wesentlichen
Fig. 3 entsprechenden auszugsweisen Längsschnitt durch die kalorimetrische Bombe
und das Anschlußstück bei einer Betätigung des Absperrventils über den Rohrstutzen
des Anschlußstückes zum Entleeren des Bombenkörpers, Fig. 7 einen Längsschnitt durch
den unteren Teil der erfindungsgemäßen kalorimetrischen Bontbe und ein zweites Ausführungsbeispiel
eines Anschlußstücks mit einem axial verschiebbaren Rohrstutzen und Fig. 8 einen
Längsschnitt durch ein Anschlußstück gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel mit
einem axial beweglichen rohrförmigen Abschnitt.
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Die Fig. 1 zeigt im Schnitt die kalorimetrische Bombe 1 ohne ein in
den Figuren 3 bis 8 erkennbares und der
kalorimetrischen Bombe
zugeordnetes Anschlußstück 2, 42 oder 52. Die kalorimetrische Bombe 1 verfügt über
einen druckfesten topfförmigen Bombenkörper 3 und einen in diesen gasdicht einschraubbaren
Verschlußkörper 4. Wie man in Fig. 1 erkennt, stellt der Verschlußkörper 4 den Boden
des zylindrischen Bombenkörpers 3 dar.
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Der Verschlußkörper 4 ist mit einem Außengewinde 5 versehen, das in
ein zugeordnetes Innengewinde 6 im Bombenkörper 3 eingreift. Der Durchmesser des
Außengewindes 5 und des Innengewindes 6 ist größer als der Durchmesser im Innenraum
7 des Bombenkörpers 3. Aus diesem Grunde weist der Bombenkörper 3 einen ringförmigen
Absatz 8 auf, gegen den eine durch den Verschlußkörper 4 unter Druck setzbare Dichtung
9 anliegt.
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Im Innenraum 7 der kalorimetrischen Bombe 1 befindet sich ein Verbrennungstiegel
10, der in einen Haltering 11 eingesetzt ist, der seinerseits durch einen Elektrodendraht
12 mit dem metallischen Verschlußkörper 4 verbunden ist. Das freie Ende des Elektrodendrahts
12 ist mit einem Ende eines Zünddrahtes 13 zum elektrischen Zünden des Inhalts des
Verbrennungstiegels 10 verbunden. Das andere Ende des Zünddrahtes 13 ist mit einem
beweglichen Elektrodendraht 14 verbunden, der elektrisch und mechanisch an einer
Ventilkappe 15 befestigt ist.
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Auf der vom Innenraum 7 wegweisenden Seite verfügt der Verschlußkörper
4 über eine ringförmige Ausnehmung 16, in die radial mehrere Mitnehmereinsätze 17
hineinragen, wie insbesondere in Fig. 2 dargestellt ist. Vorzugsweise sind drei
Mitnehmereinsätze 17 vorgesehen, die
jeweils im Winkel von 120°
voneinander angeordnet sind.
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Die nach außen weisenden Flächen 18 der Mitnehmereinsätze 17 fluchten
mit der Außenstirnfläche 19 des Verschlußkörpers 4, wie man in der Zeichnung deutlich
erkennt.
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Konzentrisch zur ringförmigen Ausnehmung 16 ist im Verschlußkörper
4 eine Durchgangsbohrung 20 vorgesehen.
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Die Mündung der Durchgangsbohrung 20 in den Innenraum 7 ist durch
einen radial nach innen weisenden Anschlagring 21 verengt.
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Der Durchgangsbohrung 20 ist ein Absperrventil 22 zugeordnet. Das
Absperrventil 22 verfügt über einen Ventilstift 23 in Gestalt einer Schraube mit
einem Kopf 24, auf deren dem Kopf 24 gegenüberliegenden Ende der Ventilkörper 15
aufgeschraubt ist.
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Der Ventilstift 23 ist in der Durchgangsbohrung 20 mit Hilfe einer
Zentrierscheibe 25 und einer Zentrierbuchse 26 geführt, die aus einem nichtleitenden
Kunststoff hergestellt sind und mit in der Zeichnung nicht erkennbaren Einkerbungen
am Rand versehen sind. Die Zentrierbuchse 26 ragt etwas in den Innenraum 7 der kalorimetrischen
Bombe 1 hinein und ist von einem axial und radial überstehenden Dichtring 27 umgeben.
Eine zwischen der Zentrierscheibe 25 und der Zentrierbuchse 26 eingespannte Druckfeder
28 bewirkt ein Andrücken des Ventilkörpers 15 gegen den Dichtring 27 und damit ein
Verschließen des Absperrventils 22 in der in den Figuren 1 und 3 gezeigten Stellung.
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In Fig. 3 erkennt man das erste Ausführungsbeispiel eines in den Verschlußkörper
4 eingesetzten Anschlußstückes 2, welches vorzugsweise auf dem Gehäuse eines Verbrennungs-Kalorimeters
befestigt ist. Die Fig. 3 zeigt nur eine von mehreren Schrauben 29 zur Befestigung
des Anschlußstückes 2 auf einer Gehäuseplatte 30 des Verbrennungs-Kalorimeters.
Das Anschlußstück 2 verfügt über einen Anschlußstutzen 31, der mit einer in Fig.
3 schematisch dargestellten Gasleitung 32 verbunden ist, durch die je nach der Stellung
eines 3-Wege-Ventils 33 entweder Sauerstoff eingeblasen oder Verbrennungsgase abgelassen
werden können.
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Das Verschlußstück 2 verfügt weiterhin über einen Rohrstutzen 34 zum
Einstecken in die Durchgangsbohrung 20 und einen konzentrisch angeordneten rohrförmigen
Abschnitt 35, der mit drei rechtwinkligen Schlitzen 36 versehen ist, um mit den
Mitnehmereinsätzen 17 und der ringförmigen Ausnehmung 16 des Verschlußkörpers 4
eine Renkverbindung zu bilden.
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Bei dem in den Figuren 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiel haben
die rechtwinkligen Schlitze einen ersten axial verlaufenden Bereich 37 mit einer
Breite, die der Breite der Mitnehmereinsätze 17 entspricht, und einen zweiten in
Umfangsrichtung verlaufenden Bereich 38, dessen Höhe bei dem in den Figuren 3 und
4 dargestellten Ausführungsbeispiel mit einem unbeweglichen Rohrstutzen 34 größer
ist als die Höhe der Mitnehmereinsätze 17, so daß die Renkverbindung zwischen dem
Anschlußstück 2 und dem Verschlußkörper 4 eine gegenseitige axiale Bewegung zuläßt.
Eine Draufsicht auf das Anschlußstück 2 mit dem einen Kanal 39 aufweisenden Rohrstutzen
34 ist in Fig. 5 dargestellt.
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Nach dem axialen Zusammenstecken und anschließenden radialen Verdrehen
des Verschlußkörpers 4 und des Anschlußstückes 2 liegt das vordere Ende des Rohrstutzens
34 versenkt in der Durchgangsbohrung 20. Eine Abdichtung erfolgt dabei mit einem
O-Ring 40.
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Beim Einsatz der kalorimetrischen Bombe 1 wird zunächst deren Verschlußkörper
4 mit dem Verbrennungstiegel 10 auf das Anschluß stück 2 aufgesteckt und dann erst
der Bombenkörper 3 auf den am Gerätegehäuse festgehaltenen Verschlußkörper 4 aufgeschraubt.
Dabei dient das Anschlußstück 2 als Verschraubungshilfe und gestattet ein Verschrauben
des Bombenkörpers 3 mit dem Verschlußkörper 4 auf eine einfache und sichere Weise,
wobei der Bombenkörper 3 mit beiden Händen gehalten werden kann.
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Nach dem Verschließen des Bombenkörpers 3 wird das 3-Wege-Ventil 33
in eine Stellung gebracht, bei der die Sauerstoffleitung mit der Gasleitung 32 kommuniziert.
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Der unter Druck in den Zwischenraum 41 einströmende Sauerstoff bewirkt
eine axiale Verschiebung des Ventilstiftes 3 und der Ventilkappe 15 entgegen der
Kraft der Druckfeder 28. Nach dem Füllen des Innenraumes 7 kann die Renkverbindung
zwischen der kalorimetrischen Bombe 1 und dem Anschlußstück gelöst werden tind die
kalorimetrische Bombe in ein Verbrennungs-Kalorimeter eingesetzt werden, das in
der Zeichnung nicht dargestellt ist. Zum Zünden des Inhalts im Verbrennungstiegel
10 genügt es, die erste elektrische Leitung mit dem Verschlußkörper 4 und die zweite
elektrische Leitung mit dem Kopf 24 des Ventilstiftes 23 zu verbinden.
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Wenn die Messung im Kalorimeter beendet ist, wird die
kalorimetrische
Bombe 1 wieder durch axiales Zusammenstecken und anschließendes radiales Drehen
mit dem Anschlußstück 2 auf dem Gehäuse des Kalorimeters verbunden und in der in
Fig. 6 dargestellten Weise nach unten gedrückt, wobei der Rohrstutzen 34 gegen den
Kopf 24 zur Anlage kommt und die Ventilkappe 15 entgegen der Kraft der Druckfeder
28 hochhebt. Die im Innenraum 7 vorhandenen und unter Druck stehenden Verbrennungsgase
können daher über die Einkerbungen am Rand der Zentrierbuchse 26 und der Zentrierscheibe
25 des Absperrventils 22 in den Zwischenraum 41 und von dort über den Kanal 39 und
das entsprechend umgeschaltete 3-Wege-Ventil 33 ins Freie entweichen. Sobald der
Innenraum 7 drucklos geworden ist, kann der Bombenkörper 3 vom durch das Anschlußstück
2 als Verschraubungshilfe gehaltenen Verschlußkörper 4 abgeschraubt werden, wobei
der Bombenkörper 3 mit beiden Händen erfaßt werden kann und kein zusätzliches Werkzeug
benötigt wird.
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In Fig. 7 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines Anschlußstücks
42 dargestellt, dessen Rohrstutzen 44 im Gegensatz zum Rohrstutzen 34 des Anschlußstückes
2 im Anschlußstück 2 axial verschiebbar geführt ist. Zum Entgasen des Bombenkörpers
3 wird nach einem Einrenken des Verschlußkörpers 4 in das Anschlußstück 42 der Rohrstutzen
44 mit Hilfe einer schematisch als Hebel 45 dargestellten Vorrichtung über einen
Schieber 46 zunächst in die Durchgangsbohrung 20 eingeführt und danach schließlich
gegen den Kopf 24 angedrückt, um den Innenraum 7 zu entgasen. Fig. 7 zeigt eine
Zwischenstellung nach dem Einführen des ebenfalls einen O-Ring 40 aufweisenden Rohrstutzens
44. In dieser Zwischenstellung
kann Sauerstoff entgegen dem Druck
der Druckfeder 28 in die kalorimetrische Bombe 1 eingefüllt werden. Bei einem weiteren
Hochschieben des Rohrstutzens 44 wird das Absperrventil 22 zum Entgasen, druckverlustfreien
Füllen oder Spülen des Innenraumes 7 geöffnet.
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Wie man in der Zeichnung erkennt, ist dem Schieber 46 eine Ausnehmung
47 zugeordnet, um den Rohrstutzen 44 gegenüber der in Fig. 7 dargestellten Mittelstellung
weiter nach unten und weiter nach oben bewegen zu können. Wenn der Rohrstutzen 44
mit dem O-Ring 40 in die unterste Stellung gebracht worden ist, ergeben sich beim
Einsetzen und Abnehmen der kalorimetrischen Bombe 1 geringere Reibungskräfte, wodurch
die Handhabung erleichtert wird.
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Wie man in Fig. 7 erkennt, ist der zweite Bereich 38 des rechtwinkligen
Schlitzes 36 in etwa so hoch, wie die Mitnehmereinsätze 17, da eine axiale Verschiebbarkeit
zur Steuerung des Absperrventils 22 infolge der Beweglichkeit des Rohrstutzens 44
nicht erforderlich ist.
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Ein drittes Ausführungsbeispiel für ein Anschlußstück 52 ist in Fig.
8 dargestellt und verfügt, wie das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7, über Schlitze
36, deren Abmessungen im eingerenkten Zustand des Verschlußkörpers 4 keine axiale
Bewegung der Mitnehmereinsätze 17 zulassen. Die rechtwinkligen Schlitze 36 sind
in einem rohrförmigen Abschnitt 55 ausgebildet, dessen Innendurchmesser und Außendurchmesser
den Durchmessern
der rohrförmigen Ausnehmung 16 entsprechend dem
rohrförmigen Abschnitt 35 des Anschlußstückes 2 angepaßt sind.
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Im Gegensatz zu den oben erörterten beiden Ausführungsbeispielen ist
der rohrförmige Abschnitt 55 axial verschiebbar mit dem Anschlußstück 52 verbunden.
Während bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 der Rohrstutzen 44 gegenüber dem
Anschlußstück 42 beweglich ist, ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8 ein
Rohrstutzen 54 vorgesehen, der den feststehenden Teil des Anschlußstückes 52 bildet
und dem der axial bewegliche rohrförmige Abschnitt 55 zugeordnet ist. Auf diese
Weise kann eine Relativbewegung zwischen dem vorderen Ende des Rohrstutzens 54 und
dem vorderen ringförmigen Rand des rohrförmigen Abschnitts 55 erfolgen, um die bereits
oben erörterten Steuerbewegungen für das Absperrventil 22 sowie das Einführen des
Rohrstutzens 54 in die Durchgangsbohrung 20 zu ermöglichen.
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Das Anschlußstück 52 verfügt über einen mit der Gehäuseplatte 30 durch
Schrauben 29 verbundenen Fuß 60, der mit einer Anschlußöffnung 61 für die Gasleitung
32 versehen ist. Der Fuß 60 geht in den Rohrstutzen 54 über, der vom Kanal 39 durchquert
ist und die zusätzliche Funktion einer Achse für einen Drehkonus 62 hat.
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Der Drehkonus 62 ist mit einer Lageröffnung 63 versehen, die in einen
Aufnahmeraum 64 größeren Durchmessers mündet. Auf diese Weise entsteht zwischen
dem Rohrstutzen 54 und dem oberen Bereich des Drehkonus 62 ein Ringraum, in dem
der rohrförmige Abschnitt 55 axial verschiebbar geführt ist.
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Um die Beweglichkeit des rohrförmigen Abschnitts 55 auf eine axiale
Bewegung zu beschränken, ist im Rohrstutzen 54 eine Längsnut 65 vorgesehen, i.n
die ein Stift 66 hineinragt, der mit dem rohrförmigen Abschnitt 55 fest verbunden
ist. In Fig. 8 ist die untere Stellung des Stiftes 66 zu erkennen.
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Wie man in Fig. 8 weiter erkennt, ist im Rohrstutzen 54 eine Ringnut
67 vorgesehen, in der eine Wellensicherung 68 eingreift, so daß der Drehkonus 62
axial festgelegt ist.
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Der Drehkonus 62 ist mit Hilfe eines Hebels 69 verdrehbar. Eine in
der Zeichnung im einzelnen nicht dargestellte gewindeartige Vorrichtung gestattet
es, die Drehbewegung des Drehkonus 62 in eine Translationsbewegung des rohrförmigen
Abschnitts 55 umzusetzen. Dazu kann beispielsweise im Drehkonus 62 ein Innengewinde
70 mit großer Steigung vorgesehen sein, dem Gewindeelemente 71 des rohrförmigen
Abschnittes 55 zugeordnet sind. Je nach der Steilheit der Gewinde gestattet es eine
Rotationsbewegung des Hebels 69 um etwa 120°, den rohrförmigen Abschnitt 55 zwischen
der in Fig. 8 gezeichneten unteren Stellung und einer oberen Stellung zu verschwenken,
bei der im eingerenkten Zustand des Verschlußkörpers 4 das vordere Ende des Rohrstutzens
54 mit seinem O-Ring 40 noch nicht in die Durchgangsbohrung 20 im Verschlußstück
4 eintaucht.
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Wenn der rohrförmige Abschnitt 55 sich in der oberen in Fig. 8 nicht
dargestellten Stellung befindet, erfolgt das Verbinden oder Lösen der kalorimetrischen
Bombe 1
mit dem Anschlußstück 52. Durch Absenken des rohrförmigen
Abschnitts 55 gelangt der Rohrstutzen 54 in die Durchgangsbohrung 20 und gestattet
es schließlich, das Absperrventil 22 zu betätigen, um Sauerstoff einzublasen, Verbrennungsgase
abzulassen oder den Innenraum 7 zu spülen.
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Das Ein- und Ausschrauben des Verschlußkörpers 4 erfolgt wie bei den
ersten beiden Ausführungsbeispielen wobei ein Gegendrehmoment über den Stift 66
und den mit seinem Fuß 60 an der Gehäuseplatte 30 befestigten Rohrstutzen 54 aufgebracht
wird, so daß das Anschlußstück 52 auch als Schlüssel dienen kann.
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