EP0400302B1 - Verfahren und Vorrichtung zum Füllen einer Stranggiesskokille mit metallischer Schmelze - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Füllen einer Stranggiesskokille mit metallischer Schmelze Download PDFInfo
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- EP0400302B1 EP0400302B1 EP90106625A EP90106625A EP0400302B1 EP 0400302 B1 EP0400302 B1 EP 0400302B1 EP 90106625 A EP90106625 A EP 90106625A EP 90106625 A EP90106625 A EP 90106625A EP 0400302 B1 EP0400302 B1 EP 0400302B1
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-
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- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D41/00—Casting melt-holding vessels, e.g. ladles, tundishes, cups or the like
- B22D41/14—Closures
- B22D41/16—Closures stopper-rod type, i.e. a stopper-rod being positioned downwardly through the vessel and the metal therein, for selective registry with the pouring opening
- B22D41/18—Stopper-rods therefor
- B22D41/186—Stopper-rods therefor with means for injecting a fluid into the melt
Definitions
- the invention relates to a method and a device for filling a continuous casting mold with a metallic melt, in which the melt is regulatedly poured into the continuous casting mold through a bottom opening of a metallurgical vessel, in particular a distribution channel, which can be moved up and down, whereby during the filling of the continuous casting mold, the stopper carries out predetermined upward and downward movements, in particular depending on the level of the bath level in the continuous casting mold, and furthermore during the filling of the continuous casting mold at the end of the stopper facing the bottom opening through an outlet opening provided there, inert gas, in particular argon, into the escaping melt is blown.
- inert gas in particular argon
- EP-A-0 084 416 From EP-A-0 084 416 it is known to provide a longitudinal bore in the stopper, through which inert gas, in particular argon, can be introduced into the outflowing melt during casting.
- inert gas in particular argon
- the reason for this measure is to avoid freezing of the metallic melt and the deposition of aluminum oxide in the area of the bottom opening of the metallurgical vessel (see page 3, lines 20 ff, and page 11, line 5, EP-A-0 084 416).
- the present invention is based on the object of providing a method and a device of the type mentioned at the outset, which allows fine adjustment of the bath level in the continuous casting mold while avoiding larger movements of the plug associated with the metallurgical vessel.
- the ferrostatic height of the melt in the metallurgical vessel is also regulated, as in the not yet published DE-A-38 17 580 by the applicant, according to which the actual value of the amount of melt in the metallurgical vessel at successive times determined or sensed in the form of the melt weight or the bath level and with a setpoint, d. H. the target weight or the target bath level height, and then at least if the actual value is greater than or equal to the target value, the tendency of the control deviation upwards or downwards is determined, when an upper or lower tendency limit value is approached or exceeded correspondingly reversed control signals are emitted to the stopper.
- the stopper movement can be reduced to a minimum, so that a constant strand withdrawal speed is ensured overall.
- system-inherent tolerances can also be compensated for in the best possible way.
- reference numeral 13 is a metallurgical vessel, e.g. B. a distribution channel or a so-called "tundish", characterized from a not shown Ladle molten metal 10 is supplied.
- the spout at the bottom of the vessel 13 is defined by a bottom opening 12 and an adjoining dip tube 26.
- the bottom opening 12 is assigned a plug 11 which can be moved up and down (double arrow 23) and with which the bottom opening 12 can be closed or opened in a predetermined manner.
- a continuous casting mold 25 is arranged beneath the vessel 13, and melt is supplied to the bottom opening 12 with a corresponding opening. This is subsequently cooled in the continuous casting mold and cooled in a strand guide (not shown further) to form a solid steel strand.
- the molten metal flowing out through the bottom opening 12 and the immersion tube 26 is identified by the arrows 28.
- a bath level control is provided in a manner known per se. This consists of a measuring device for the bath level in the continuous casting mold 25 and is formed by a radioactive rod radiator 27 and a diametrically opposite scintillation counter 20 as a receiver.
- the plug 11 can be raised and lowered in the metallurgical vessel 13 by means of a traverse 29 (double arrow 23).
- the free end of the crossmember 29 is fastened to a vertical support 30 which can be moved up and down by a device (not shown in more detail), depending on the bath level height determined by the bath level measuring device 20, 27, a stopper movement always being triggered should be when the bath level 14 in the continuous casting mold 25 exceeds or falls below an upper or lower limit.
- the last-mentioned limit values define a setpoint band, which can be broadened considerably by the measures described below, so that it is possible to move the within the considerably broadened setpoint band without plug movement Set and maintain the bath level to a specified setpoint height.
- the plug 11 has at its end facing the bottom opening 12 of the metallurgical vessel 13 an outlet opening 18 which is connected to an inert gas, in particular an argon source 17 and through which inert gas, in particular argon, can be introduced into the outflowing melt (arrow 15).
- the outlet opening 18 is connected to a central longitudinal bore 31 in the plug 11. This in turn is connected to the gas source or the gas reservoir 17 via a gas line 16, a control valve 19 being arranged in the connecting line 16 to regulate the amount of gas introduced into the melt, the degree of opening of which depends on that serving as a bath level sensor Scintillation counter 20 determined bath level 14 in the mold 25 is adjustable.
- valve body 21 of the control valve 19 can be moved by a mechanical, pneumatic, hydraulic or electromotive drive 24 into the closed position or a predetermined opening or throttle position, the drive 24 reacting to a bath level signal supplied by the scintillation counter 20, such that at in relation to a predetermined set value increasing bath level 14, the degree of opening of valve 19 is increased, and vice versa, so that when the bath level 14 increases in relation to a given set value, more argon is blown into the outflowing melt (arrow 15) than when the bath level falls, so that the bath level height is kept essentially constant within the specified setpoint range for a given degree of opening of the plug 11.
- the electrical connection between the scintillation counter 20 and the valve drive 24 is formed by the signal line 22.
- a comparator 32 is also arranged, which determines whether the bath level 14 in the mold 15 is still within the predetermined setpoint range. If this is exceeded, the stopper is readjusted 11.
- the corresponding signal for the plug drive, not shown, is identified by the reference number 33.
- the system described is based on the knowledge that the argon melted in the bottom opening area retains melt, more or less depending on the amount of argon injected. In this way, the described fine control of the bath level 14 in the continuous casting mold 25 is possible within the predetermined setpoint range without additional readjustment of the stopper position. With the help of the measures described, the bath level setpoint range can be widened 2 to 3 times compared to the conventional setpoint range.
- the argon can also be introduced through a gas line arranged in the bottom of the metallurgical vessel 13 and opening into the area of the bottom opening 12, which is also coupled to a controllable valve, so that depending on the deviation of the bath level 14 in the mold 25 from a setpoint value more or less argon can be blown into the outflowing melt with appropriate restraint.
- the latter measure can also be provided in addition to the argon injection through the plug 11.
- the control valve 19 is preferably actuated in cycles (digital).
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Füllen einer Stranggießkokille mit metallischer Schmelze, bei dem bzw. der die Schmelze durch eine mittels eines auf- und abbewegbaren Stopfens verschließbare Bodenöffnung eines metallurgischen Gefäßes, insbesondere einer Verteilerrinne, geregelt in die Stranggießkokille gegossen wird, wobei während des Füllens der Stranggießkokille der Stopfen vorgegebene, insbesondere von der Badspiegelhöhe in der Stranggießkokille abhängige Auf- und Abwärtsbewegungen ausführt, und wobei ferner während des Füllens der Stranggießkokille am der Bodenöffnung zugewandten Ende des Stopfens durch eine dort vorgesehene Austrittsöffnung Inertgas, insbesondere Argon, in die ausströmende Schmelze eingeblasen wird.
- Aus der EP-A-0 084 416 ist es bekannt, im Stopfen eine Längsbohrung vorzusehen, durch die hindurch Inertgas, insbesondere Argon, während des Gießens in die ausströmende Schmelze einleitbar ist. Der Grund für diese Maßnahme besteht darin, im Bereich der Bodenöffnung des metallurgischen Gefäßes ein Einfrieren der metallischen Schmelze sowie die Ablagerung von Aluminiumoxid zu vermeiden (s. Seite 3, Zeilen 20 ff, und Seite 11, Zeile 5, der EP-A-0 084 416).
- Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welches bzw. welche eine Feinregelung der Badspiegelhöhe in der Stranggießkokille unter Vermeidung größerer Bewegungsausschläge des dem metallurgischen Gefäß zugeordneten Stopfens erlaubt.
- Diese Aufgabe wird verfahrenstechnisch durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 und vorrichtungstechnisch durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 2 und/oder 4 gelöst.
- Laborversuche haben gezeigt, daß man durch mehr oder weniger intensives Einblasen von Inertgas, insbesondere Argon, in die ausströmende Schmelze im Bereich der Bodenöffnung des metallurgischen Gefäßes die Badspiegelhöhe äußerst exakt einstellen kann, insbesondere auf eine vorgegebene Sollwerthöhe, und zwar ohne daß der Stopfen dazu bewegt werden muß. Bekanntermaßen haben selbst geringste Stopfenbewegungen große Auswirkungen auf die Strömungs-Querschnittsfläche und damit auf die durch die Bodenöffnung ausströmende Schmelzenmenge mit der Folge, daß mit den herkömmlichen Maßnahmen eine Feinjustierung der Badspiegelhöhe in der Stranggießkokille praktisch nicht möglich ist. Darüber hinaus haben Stopfenbewegungen ein relativ unruhiges Strömungsbild zur Folge. Auch dies wird durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen vermieden.
- Vorzugsweise ist die ferrostatische Höhe der Schmelze im metallurgischen Gefäß, insbesondere Verteilerrinne oder "tundish" ebenfalls geregelt, und zwar wie in der noch nicht veröffentlichten DE-A-38 17 580 der Anmelderin, wonach zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten jeweils der Istwert der schmelzenmenge im metallurgischen Gefäß in Form des Schmelzengewichts oder der Badspiegelhöhe festgestellt bzw. getastet und mit einem Sollwert, d. h. dem Sollgewicht oder der Soll-Badspiegelhöhe, verglichen wird, und wonach anschließend zumindest dann, wenn der Istwert größer/gleich dem Sollwert ist, die Tendenz der Regelabweichung nach oben oder unten festgestellt wird, wobei bei Annäherung oder Überschreiten eines oberen oder unteren Tendenz-Grenzwertes entsprechend umgekehrte Stellsignale an den Stopfenverschluß abgegeben werden. Auf diese Weise läßt sich die Stopfenbewegung zusätzlich auf ein Minimum reduzieren, so daß insgesamt eine konstante Strangabzugsgeschwindigkeit gewährleistet ist. Mit der letztgenannten Tendenzerkennung lassen sich auch systemimmanente Toleranzen bestens kompensieren.
- Vorteilhafte Details der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind noch in den Ansprüchen 3 und 5 beschrieben, wobei die Maßnahme nach Anspruch 5, wonach der Badspiegelsensor mit einer Tendenzerkennungseinrichtung gekoppelt ist, durch die in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der Badspiegeländerung in der Stranggießkokille das Regelventil für die Argon-Einblasung steuerbar ist, eine besonders schnelle Einstellung der optimalen Argonmenge erlauben.
- Nachstehend wird das erfindungsgemäße Verfahren im Zusammenhang mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung anhand der beigefügten schematischen Zeichnung näher erläutert. In dieser Zeichnung ist mit der Bezugsziffer 13 ein metallurgisches Gefäß, z. B. eine Verteilerrinne oder ein sogenannter "tundish", gekennzeichnet, dem aus einer nicht weiter dargestellten Gießpfanne Metallschmelze 10 zugeführt wird. Der Ausguß am Boden des Gefäßes 13 ist durch eine Bodenöffnung 12 und ein sich daran anschließendes Tauchrohr 26 definiert. Der Bodenöffnung 12 ist ein auf- und abbewegbarer (Doppelpfeil 23) Stopfen 11 zugeordnet, mit dem die Bodenöffnung 12 verschlossen oder in vorgegebener Weise geöffnet werden kann. Unterhalb des Gefäßes 13 ist eine Stranggießkokille 25 angeordnet, der unter entsprechender Öffnung der Bodenöffnung 12 Schmelze zugeführt wird. Diese wird nachfolgend in der Stranggießkokille abgekühlt und in einer nicht weiter dargestellten Strangführung zu einem festen Stahlstrang erkaltet. Die durch die Bodenöffnung 12 und das Tauchrohr 26 ausströmende Metallschmelze ist mit den Pfeilen 28 gekennzeichnet.
- Um den Zufluß der Schmelze aus dem metallurgischen Gefäß 13 in die Stranggießkokille 25 derart verändern zu können, daß der Badspiegel 14 in der Stranggießkokille etwa in der gleichen Höhe erhalten bleibt, ist in an sich bekannter Weise eine Badspiegel-Regelung vorgesehen. Diese besteht aus einer Meßeinrichtung für den Badspiegel in der Stranggießkokille 25 und wird von einem radioaktiven Stabstrahler 27 und einem diametral gegenüberliegenden Szintillationszähler 20 als Empfänger gebildet. Der Stopfen 11 ist über eine Traverse 29 in dem metallurgischen Gefäß 13 heb- und senkbar (Doppelpfeil 23). Das freie Ende der Traverse 29 ist an einer vertikalen Stütze 30 befestigt, die durch eine nicht näher dargestellte Einrichtung auf- und abbewegbar ist, und zwar in Abhängigkeit von der durch die Badspiegel-Meßeinrichtung 20, 27 festgestellten Badspiegelhöhe, wobei eine Stopfenbewegung immer dann ausgelöst werden soll, wenn der Badspiegel 14 in der Stranggießkokille 25 eine Obergrenze oder Untergrenze über- bzw. unterschreitet. Die letzterwähnten Grenzwerte definieren ein Sollwertband, welches durch die nachfolgend beschriebenen Maßnahmen erheblich verbreitert werden kann, so daß es möglich ist, ohne Stopfenbewegung innerhalb des erheblich verbreiterten Sollwertbandes die Badspiegelhöhe auf eine vorgegebene Sollwerthöhe einzustellen und zu halten. Zu diesem Zweck weist der Stopfen 11 an seinem der Bodenöffnung 12 des metallurgischen Gefäßes 13 zugewandten Ende eine mit einer Inertgas, insbesondere Argonquelle 17 verbundene Austrittsöffnung 18 auf, durch die hindurch Inertgas, insbesondere Argon, in die ausströmende Schmelze einleitbar ist (Pfeil 15). Die Austrittsöffnung 18 ist mit einer zentralen Längsbohrung 31 im Stopfen 11 verbunden. Diese wiederum steht über eine Gasleitung 16 mit der Gasquelle bzw. dem Gasreservoir 17 in Verbindung, wobei zur Regelung der in die Schmelze eingeleiteten Gasmenge in der Verbindungsleitung 16 ein Regelventil 19 angeordnet ist, dessen Öffnungsgrad in Abhängigkeit von der mittels des als Badspiegel-Sensor dienenden Szintillationszählers 20 festgestellten Badspiegelhöhe 14 in der Kokille 25 einstellbar ist. Zu diesem Zweck ist der Ventilkörper 21 des Regelventils 19 durch einen mechanischen, pneumatischen, hydraulischen oder elektromotorischen Antrieb 24 in Schließstellung oder eine vorgegebene Öffnungs- bzw. Drosselstellung bewegbar, wobei der Antrieb 24 auf ein vom Szintillationszähler 20 geliefertes Badspiegelsignal reagiert, derart, daß bei im Verhältnis zu einem vorgegebenen Sollwert steigendem Badspiegel 14 der Öffnungsgrad des Ventils 19 vergrößert wird, und umgekehrt, so daß bei im Verhältnis zu einem vorgegebenen Sollwert steigendem Badspiegel 14 mehr Argon in die ausströmende Schmelze (Pfeil 15) eingeblasen wird als bei sinkendem Badspiegel, so daß innerhalb des erwähnten Sollwertbandes die Badspiegelhöhe bei vorgegebenem Öffnungsgrad des Stopfens 11 im wesentlichen konstant gehalten wird.
- Die elektrische Verbindung zwischen dem Szintillationszähler 20 und dem Ventilantrieb 24 ist durch die Signalleitung 22 gebildet. In dieser ist noch ein Komparator 32 angeordnet, welcher feststellt, ob die Badspiegelhöhe 14 in der Kokille 15 noch innerhalb des vorgegebenen Sollwertbandes liegt. Wird dieses überschritten, erfolgt eine Nachregelung des Stopfens 11. Das entsprechende Signal zum nicht näher dargestellten Stopfenantrieb ist mit der Bezugsziffer 33 gekennzeichnet.
- Dem beschriebenen System liegt die Erkenntnis zugrunde, daß durch das im Bodenöffnungsbereich eingeblasene Argon Schmelze zurückgehalten wird, und zwar in Abhängigkeit von der Menge des eingeblasenen Argons mehr oder weniger. Auf diese Weise ist die beschriebene Feinregelung der Badspiegelhöhe 14 in der Stranggießkokille 25 innerhalb des vorgegebenen Sollwertbandes ohne zusätzliche Nachjustierung der Stopfenstellung möglich. Das Badspiegel-Sollwertband kann mit Hilfe der beschriebenen Maßnahmen im Vergleich zum herkömmlichen Sollwertband auf das 2- bis 3-fache verbreitert werden.
- Die Einleitung von Argon kann auch durch eine im Boden des metallurgischen Gefäßes 13 angeordnete und in den Bereich der Bodenöffnung 12 mündende Gasleitung erfolgen, die ebenfalls mit einem regelbaren Ventil gekoppelt ist, so daß in Abhängigkeit von der Abweichung der Badspiegelhöhe 14 in der Kokille 25 von einer Sollwerthöhe mehr oder weniger Argon in die ausströmende Schmelze unter entsprechender Zurückhaltung derselben einblasbar ist. Letztgenannte Maßnahme kann auch zusätzlich zu der Argon-Einblasung durch den Stopfen 11 vorgesehen sein.
- Um die Ansteuerung der optimalen Argonmenge zu beschleunigen, ist es denkbar, den Badspiegelsensor 20 mit einer Tendenzerkennungseinrichtung (nicht dargestellt) zu koppeln, durch die die Geschwindigkeit der Badspiegeländerung in der Kokille 25 festgestellt wird und durch die in Abhängigkeit von der festgestellten Änderungsgeschwindigkeit das Regelventil 19 steuerbar ist, und zwar so, daß die Änderung der Badspiegelhöhe 14 in Tendenzrichtung verzögert wird.
- Vorzugsweise erfolgt die Ansteuerung des Regelventils 19 taktweise (digital).
- Statt der vorbeschriebenen Badspiegel-Meßeinrichtung mit Stabstrahler und Szintillationszähler können auch elektromagnetische oder optische Badspiegel-Meßeinrichtungen herkömmlicher art vorgesehen sein. Diesbezüglich handelt es sich um eine an sich bekannte Einrichtung.
-
- 10
- Schmelze
- 11
- Stopfen
- 12
- Bodenöffnung
- 13
- metallurgisches Gefäß
- 14
- Badspiegelhöhe
- 15
- Pfeil
- 16
- Verbindungsleitung
- 17
- Inertgas-, insbesondere Argonquelle
- 18
- Austrittsöffnung
- 19
- Drosselventil
- 20
- Sensor (insbesondere Szintillationszähler)
- 21
- Ventilkörper
- 22
- Signalleitung
- 23
- Doppelpfeil
- 24
- Antrieb
- 25
- Stranggießkokille
- 26
- Tauchrohr
- 27
- Stabstrahler
- 28
- Strömungspfeil
- 29
- Traverse
- 32
- Stütze
- 31
- Längsbohrung
- 32
- Komparator
- 33
- Stopfenantriebssignal
Claims (5)
- Verfahren zum Füllen einer Stranggießkokille (25) mit metallischer Schmelze (10), bei dem- die Schmelze (10) durch eine verschließbare Bodenöffnung (12) eines metallurgischen Gefäßes (13), insbesondere einer Verteilerrinne, in die Stranggießkokille (25) gegossen wird,- ein in dem metallurgischen Gefäß (13) vorgesehener Stopfen (11) während des Füllens der Stranggießkokille (25) zum Öffnen oder Verschließen der Bodenöffnung (12) in vorgegebener Weise, insbesondere in Abhängigkeit von der Badspiegelhöhe (14) in der Stranggießkokille (25), auf- bzw. abbewegt wird und bei dem- während des Füllens der Stranggießkokille (25) am der Bodenöffnung (12) zugewandten Ende des Stopfens (11) Inertgas, insbesondere Argon, eingeblasen wird (Pfeil 15),dadurch gekennzeichnet,
daß das Inertgas, insbesondere Argon, in Abhängigkeit von der Badspiegelhöhe (14) in der Stranggießkokille (25) eingeblasen wird, derart, daß bei im Verhältnis zu einem vorgegebenen Sollwert steigendem Badspiegel (14) mehr Argon eingeblasen wird als bei sinkendem Badspiegel, so daß bei vorgegebenem Öffnungsgrad des Stopfens (11) die Badspiegelhöhe (14) im wesentlichen konstant gehalten wird. - Vorrichtung zum Füllen einer Stranggießkokille (25) mit metallischer Schmelze (10), umfassend- ein metallurgisches Gefäß (13), insbesondere eine Verteilerrinne, mit einer Bodenöffnung (12), die durch einen auf- und abbewegbaren Stopfen (11) verschließ- bzw. öffenbar ist, wobei der Stopfen (11) am der Bodenöffnung (12) zugewandten Ende eine über eine Leitung (16, 31) mit einer Inertgas-, insbesondere Argonquelle (17), verbundene Austrittsöffnung (18) aufweist,- und einen Sensor (20), der die Badspiegelhöhe (14) in der Stranggießkokille (25) feststellt,dadurch gekennzeichnet,
daß in der Verbindungsleitung (16) zur Inertgas-, insbesondere Argonquelle (17) ein Regelventil (19) angeordnet ist, dessen Öffnungsgrad in Abhängigkeit von der mittels des Sensors (20) festgestellten Badspiegelhöhe (14) in der Stranggießkokille (25) einstellbar ist. - Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Regelventil (19) einen Ventilkörper (21) aufweist, der durch einen mechanischen, pneumatischen, hydraulischen oder elektromotorischen Antrieb (24) bewegbar ist, wobei der Antrieb (24) auf ein vom Sensor (20) geliefertes Signal (Signalleitung 22) derart reagiert, daß bei im Verhältnis zu einem vorgegebenen Sollwert steigendem Badspiegel (14) der Öffnungsgrad des Ventils (19) vergrößerbar ist, und umgekehrt. - Vorrichtung zum Füllen einer Stranggießkokille (25), mit metallischer Schmelze (10), umfassend- ein metallurgisches Gefäß (13), insbesondere eine Verteilerrinne, mit einer Bodenöffnung (12), die durch einen auf- und abbewegbaren Stopfen (11) verschließbar ist,- und einen Sensor (20), der die Badspiegelhöhe (14) in der Stranggießkokille (25) feststellt, insbesondere nach einem der Ansprüche 2 oder 3,dadurch gekennzeichnet,
daß zur Einleitung von Inertgas, insbesondere Argongas, im Boden des metallurgischen Gefäßes (13) eine in den Bereich der Bodenöffnung (12) mündende Gasleitung vorgesehen ist, die ein regelbares Ventil aufweist, so daß in Abhängigkeit von der Abweichung der Badspiegelhöhe (14) in der Stranggießkokille (25) von einer Sollwerthöhe mehr oder weniger Inertgas in die ausströmende Schmelze unter entsprechender Zurückhaltung derselben einblasbar ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Sensor (20) mit einer Tendenzerkennungseinrichtung gekoppelt ist, durch die in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der Badspiegeländerung das Regelventil (19) steuerbar ist.
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