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Vorrichtung zum Antrieb eines Schaltwerkes, insbesondere für elektrische Triebfahrzeuge
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von einer Laufstellung in die Ruhestellung nur in einer solchen Stellung des Druckluftmotors zulässt, die jeweils der gewünschten Schaltstufe entspricht.
Solche Verriegelungen sind auf elektrischem und mechanischem Wege möglich. Alle diese bekannten
Einrichtungen haben den Nachteil, dass sie einem Verschleiss unterworfen sind. Bei den bekannten Ein- und Auslass-Steuerungen und Verriegelungs-Schaltungen der Ein- und Auslass-Ventile von Druckluftmoto- rensind eine relativ grosse Anzahl von elektrischen Kontakten und mechanischen Bauelementen erforder- lich, die sich bei der oft grossen Schalthäufigkeit der vom Druckluftmotor angetriebenen Schaltwerke merklich abnützen können. Diese Abnutzung kann dazu führen, dass die Winkelbeziehunper zwischen Kurbel- und Nockenwelle nicht mehr der im neuen Zustand vorgenommenen Einstellung entsprechen und somit ein exaktes Einlaufen in die einzelnen Schaltstufen nicht mehr gewährleistet ist.
Die möglicherweise entstehenden Fehlschaltungen können zur Zerstörung des Schaltwerkes und damit zum Ausfall des zu steuernden Fahrzeuges führen.
Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Vorrichtung zum Antrieb eines Schaltwerkes, insbesondere für elektrische Triebfahrzeuge, ausgebildet als mehrzylindrischer Kolbenmotor, der in beiden Drehrichtungen betreibbar ist, und durch wahlweise Beaufschlagung von einem oder mehreren Zylindern mit einem Druckmittel in vorbestimmter Reihenfolge in bestimmte Ruhestellungen gebracht werden kann, wobei die Steuerung des Druckmittels durch elektromagnetische Ventile erfolgt, die Steuerung der elektromagnetschen Ventile mittels elektronischer Bauelemente durchzuführen.
Die Erfindung besteht darin, dass zur Steuerung der elektromagnetischen Ventile eine Anordnung elektronischer Bauelemente dient, die aus einem elektronischen Bauteil mit Differenzierglied, zwei bistabilen Kippstufen, einem Vorwärts-Rückwärtsumschalter und einem Umsetzer, einem Kommandoteil und einer Vorrichtung zur kontaktlosenSteu- erung einer Hilfsstromquelle besteht, wobei bei Vorliegen eines Fahrbefehls die Richtung dieses Befehls im Vorwärts-Rückwärtsumschalter gespeichert wird und in dem Umsetzer die nächste für die vorgewählte Drehrichtung des Kolbenmotors erforderliche Schaltkombination der Magnetventile eingestellt wird, wobei diese Schaltkombination durch verschiedene Stellungen von bistabilen Kippstufen abgebildet sind, und dass von einer mit der Kurbelwelle des Druckluftmotors gekuppelten Vorrichtung,
bei der eine Zahnscheibe zwischen den Spulen eines Oszillators rotiert, bei einer Verdrehung der Kurbelwelle des Druck- luftmotors.,/ä' tM einer Raststellung solange dem elektronischen Bauteil mit Differenzierglied Impulse zugeführt werden, bis die nächste Raststellung der Kurbelwelle des Druckluftmotors erreicht ist, so dass zum Lauf des Kolbenmotors auf Grund eines willkürlich gegebenen Schaltbefehl die elektromagnetischen Ventile in der erforderlichen Auswahl und Reihenfolge erregt und entregt werden und dass mittels der von der Motorwelle kontaktlos gesteuerten Hilfsstromquelle eine Änderung der Erregung der elektromagnetischen Ventile jeweils solange gesperrt ist, wie sich der Kolbenmotor ausserhalb einer Ruhestellung befindet.
An Hand eines Ausführungsbeispieles soll die Steuerung für die Ein- und Auslass-Ventile eines Vierzylinder-Druckluftmotors für den Antrieb eines Schaltwerkes näher beschrieben werden. Die nicht dargestellte Kurbelwelle des Kolbenmotors besitzt vier Ruhestellungen. Daoei sind zwei Zylinder mit Druckluft beaufschlagt.
Dies wird erreicht, indem die Spulen der doppelt wirkenden elektromagnetischen Ventile M 1 und M 2 in folgender Weise erregt werden :
Tabelle l :
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<tb>
<tb> Kurbelwellenstellung <SEP> Ml <SEP> M <SEP> 2 <SEP>
<tb> 1 <SEP> Winkel <SEP> 00 <SEP> 0 <SEP> 0
<tb> 2"90 <SEP> 1 <SEP> 0
<tb> 3 <SEP> tt <SEP> 1800 <SEP> 1 <SEP> 1
<tb> 4 <SEP> tt <SEP> 2700 <SEP> 0 <SEP> 1
<tb> 5 <SEP> ="1 <SEP> 3600 <SEP> 0 <SEP> 0
<tb>
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Mit 1 ist ein Umsetzer, mit 2 und 3 sind die bistabilen Kippstufen und mit 4 eine Hilfsstufe bezeichnet. 5 bedeutet einen Vorwärts-Rückwärts-Umschalter und 6 ist ein elektronischer Bauteil, der aus einem elektronischen Schalter und einem Differenzierglied besteht.
Weiter bedeutet 7 eine Verzögerungsstufe, 8 eine Vorrichtung zur kontaktlosen Steuerung einer Hilfsstromquelle durch die Motorwelle und 9 einen Kom-
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nehmen daher beim Einschalten der Versorgungsspannung definierte Zustände ein, die der Ruhestellung 1 entsprechen. Dies wird durch die Hilfsstufe 4 bewirkt, die sich nur unmittelbar nach dem Einschalten oder
Wiedererscheinen der Versorgungsspannung in Tätigkeit befindet.
Die Anordnung der beiden bistabilen Kippstufen 2 und 3 ist in einer solchen Weise getroffen, dass die i Kippstufe 3 nur dann kippt, wenn der Eingang der Stufe 3 von 1 nach 0 wechselt. Mit 0 soll dabei der spannungslose und mit 1 der entgegengesetzte Zustand gekennzeichnet sein.
In der Ruhestellung stehen die beiden Kippstufen 2 und 3 so, dass an ihren Ausgängen A 1 und B 1 bzw. an den Eingängen h und i des Umsetzers 1 keine Spannung anliegt (Zustand 0). Nun erhält die Kipp- stufe 2 über die Leitung 17 auf ihren Eingang den ersten Impuls. 1) le Stufe 2 kippt dadurch in ihre zweite stabile Lage, so dass am Eingang h des Umsetzers 1 Spannung anliegt (Zustand 1). Dementsprechend wech- selt am Ausgang A 2 der Kippstufe 2 und damit am Eingang der Kippstufe 3 der Zustand von 1 auf 0. Da nun bei einem Wechsel von 1 auf 0 an ihrem Eingang die Kippstufe 3 kippt, kippt auch diese in den Zu- stand 1, so dass auch am Eingang i des Umsetzers 1 der Zustand 1 herrscht.
Beim zweiten Impuls, der der Kippstufe 2 über die Leitung 17 zugeführt wird, kippt die Stufe 2 wieder auf 0, während die Stufe 3 aber auf 1 verharrt, da diese nur bei einem Wechsel ihrer Eingangsspan- nung vom Zustand 1 auf 0 in ihren andern stabilen Zustand zu kippen in der Lage ist. Am Eingang i des
Umsetzers 1 herrscht also weiterhin der Zustand 1. In der Tabelle 2 sind die Zustände, die sich beim
Eingang von 4 Impulsen nacheinander ergeben, zusammengestellt.
Tabelle 2 :
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<tb>
<tb> Eingang <SEP> h <SEP> Eingang <SEP> von <SEP> 3 <SEP> Eingang <SEP> i <SEP> Kurbenwellen-
<tb> =Ausgang <SEP> A <SEP> 1 <SEP> =Ausgang <SEP> A <SEP> 2 <SEP> Stellung
<tb> Anfang <SEP> 0 <SEP> 1 <SEP> 0 <SEP> 1
<tb> 1. <SEP> Impuls <SEP> 1 <SEP> 0 <SEP> 1 <SEP> 2
<tb> Z. <SEP> " <SEP> 0 <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> 3
<tb> 3. <SEP> " <SEP> 1 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 4
<tb> 4."0 <SEP> 1 <SEP> 0 <SEP> dz
<tb>
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der Stufe 2 auf den Eingang der Stufe 3, so dass sich an den Eingängen des Umsetzers 1 bei den einzelnen Impulsen, die am Eingang der bistabilen Kippstufe 2 anliegen, folgende Zustände ergeben :
Tabelle 3 :
EMI4.3
<tb>
<tb> Eingang <SEP> h <SEP> Eingang <SEP> von <SEP> 3 <SEP> Eingang <SEP> i <SEP> Kurbelwellen-
<tb> =Ausgang <SEP> A <SEP> 1 <SEP> =Ausgang <SEP> A <SEP> 1 <SEP> stellung <SEP>
<tb> Anfang <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> zo
<tb> 1. <SEP> Impuls <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> 0 <SEP> 4
<tb> 2. <SEP> " <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 1 <SEP> 3
<tb> 3. <SEP> n <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> 2
<tb> 4. <SEP> " <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 1
<tb>
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ters 5 die Zuordnung der Spannungszustände und Kurbelwellenstellungen an den Eingängen h und i des Umsetzers 1 die gleiche ist, nämlich :
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Tabelle 4 :
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<tb>
<tb> Eingang <SEP> h <SEP> Eingang <SEP> i
<tb> Stufe <SEP> 1 <SEP> : <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP>
<tb> Stufe <SEP> 2 <SEP> : <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP>
<tb> Stufe <SEP> 3 <SEP> : <SEP> 0 <SEP> 1 <SEP>
<tb> Stufe <SEP> 4 <SEP> :
<SEP> 1 <SEP> 0
<tb> Stufe <SEP> 5 <SEP> 0 <SEP> 0
<tb>
Ein Vergleich der Tabelle 4 mit der Tabelle 1 zeigt dabei keine vollständige Übereinstimmung der
Zustände für die Eingänge des Umsetzers 1 und die Erregung der Magnetventile. Der Umsetzer setzt die
Zustände der Eingänge h und i in einer solchen Weise um, dass die Magnetventile M 1 und M 2 eine Eri regung erhalten, die der Tabelle 1 entspricht. In der Tabelle 5 sind die Erregungszustände, die den Zu- ständen der Eingänge h und i zugeordnet sind, eingetragen.
Tabelle 5 :
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<tb>
<tb> Eingang <SEP> h <SEP> Eingang <SEP> i <SEP> MI <SEP> M2 <SEP>
<tb> Stufe <SEP> 1 <SEP> : <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0
<tb> Stufe2 <SEP> : <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> 0 <SEP>
<tb> Stufe <SEP> 3 <SEP> : <SEP> 0 <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> 1
<tb> Stufe <SEP> 4 <SEP> : <SEP> 1 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 1
<tb> Stufe <SEP> 5 <SEP> : <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0
<tb>
In dem Umsetzer 1 werden also die Spannungszustände an den Eingängen h und i in ihren Wirkungen derart umgesetzt, dass die Ventile M 1 und M 2 jeweils in derjenigen Kombination erregt werden, die nach der Tabelle 5 den einzelnen Stufen entspricht. Es müssen dann bei dem Zustand 0 der Eingänge h und i beide Magnetventile M 1 und M 2 spannungslos bleiben, so dass die Kurbelwelle in der Stellung 1 steht usw., wie dies in Tabelle 1 bereits wiedergegeben ist.
Der Zustand 1 an beiden Eingängen i und h und damit die Einschaltung des Magnetventiles M 1 und die Nichteinschaltung des Magnetventiles M 2 entspre- chen einer Drehung der Kurbelwelle des Druckluitmotors in btellung 2 (9u'-'). Für den dritten Schritt, also bei einem Zustand 0 des Einganges h und Zustand 1 des Einganges i werden beide Magnetventile erregt, so dass die Kurbelwelle in die Stellung 3 (1800) gedreht wird. Für den vierten Schritt, bei Zustand 1 für den Eingang h und Zustand 0 für den Eingang i wird das Magnetventil M 1 entregt und das Magnetventil M 2 erregt, wodurch die Kurbelwelle in die Stellung 4 (2700) gedreht wird. Schliesslich muss für den 5.
Schritt, nämlich Zustand 0, für den Eingang h und Zustand 0 für den Eingang i sowohl das Magnetventil M 1 als auch das Magnetventil M 2 entregt werden, so dass die Kurbelwelle um weitere 900 gedreht wird und somit eine volle Umdrehung vollendet. Für weitere Umdrehungen der Kurbelwelle läuft dieses Programm in dergleichen Weise ab.
Im folgenden soll nun die Wirkungsweise der Anordnung an Hand eines Betriebsbeispieles betrachtet werden : Bei der Betrachtung wird vorausgesetzt, dass sich die Kurbelwelle in der Stellung 1 befindet. Die beiden bistabilen Kippstufen sollen sich jeweils in dem Zustand befinden, bei dem an den Ausgängen A 1 bzw. B. l Spannung 0 liegt.
Um den Druckluftmotor zum Laufen zu bringen, wird der Schalter 10 betätigt und damit an den Eingang a des Kommandoteiles 9 eine Spannung angelegt. Sowohl am Ausgang c als auch am Ausgang d des Kommandoteiles 9 steht damit eine Spannung an. Da zu diesem Zeitpunkt der Druckluftmotor noch stillsteht, steht bei der Vorrichtung 8 noch ein Zahn zwischen den Spulen des Oszillators, so dass die Vorrichtung 8 noch unbeteiligt am Geschehen ist. Über die Leitung 16 wird vom Ausgang d des Kommandoteiles 9 her dem Vorwärts-Rückwärtsumschalter 5 eine Spannung zugeführt, die ihn bei unserem Betrachtungsbeispiel in die Vorwärtsstellung führt. Wäre eine Einspeisung des Befehles "rückwärts" über den Schalter 11
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Kommandoteil 9 der Eingang a oder b eine Spannung erhält.
Durch die Einschaltung des elektronischen
Bauteiles 6 wird ein Impuls über den Ausgang f und die Leitung 17 auf den Eingang der Kippstufe 2 gege- ben. Beide Kippstufen 2 und 3 befinden sich noch in dem angenommenen Zustand, so dass durch den vom elektronischen Bauteil 6 kommenden Impuls die Kippstufe 2 in jenen Zustand kippt, bei dem am Ausgang ! A l Spannung 1 liegt. Dabei erhält über die Leitung 18 der Eingang h des Umsetzers 1 das Signal l. Da durch den Kippvorgang die am Ausgang A 2 anstehende Spannung verschwindet, wechselt am Eingang der
Kippstufe 3 die anstehende Spannung von 1 auf 0, so dass auch diese Kippstufe kippt und an dem Eingang i des Umsetzers 1 Spannung liegt.
Der Umsetzer 1, an dessen beiden Eingängen i und h die Spannung an- steht, wertet diese aus und bewirkt die Erregung des Magnetventiles M 1, während das Magnetventil M 2 entregt bleibt. Das bedeutet, dass der Druckluftmotor ein Drehmoment erhält und damit beginnt, in die
Stellung 2 zu laufen.
An der Vorrichtung 8 verlässt, verursacht durch die Drehung der Kurbelwelle, der Zahn, der mit der
Kurbelwelle gekuppelten Scheibe, den Raum zwischen den beiden Spulen des Oszillators, so dass dieser zu schwingen beginnt und eine hochfrequente Schwingung erzeugt, deren Amplitude von der Drehgeschwin- digkeit der Metallscheibe unabhängig ist. Diese hochfrequente Spannung wird im Oszillatorteil gleichge- richtet. Diese Gleichspannung gelangt über die Leitung 13, die Verzögerungsstufe 7 und die Leitung 14 zum elektronischen Bauteil 6.
Sie wird solange erzeugt, wie kein Zahn zwischen den Spulen des Oszillators steht. Die Spannung kommt also erst zum Verschwinden, wenn die Kurbelwelle in die zweite Ruhestellung einläuft, sich also um etwa 900 gedreht hat. Durch das Differenzierglied entsteht durch das Verschwinden der Gleichspan- nung nun ein Impuls, der auf die beiden bistabilen Kippstufen 2 und 3 wirkt. Die Einwirkung wird im elektronischen Bauteil 6, wie bereits festgestellt nur freigegeben, wenn gleichzeitig auch der Befehl für das Weiterdrehen vom Kommandoteil 9 her am Eingang g des elektronischen Bauteiles 6 ansteht.
Der Eingang der Kippstufe 2 erhält bei weiterem Bestehen des Schaltbefehl vom Schalter 10 jetzt einen weiteren Impuls, so dass diese kippt und damit dem Eingang h des Umsetzers 1 die Spannung lie- fert. Am Eingang der Kippstufe 3 wechselt damit die Spannung von 0 auf 1. Dieser Wechsel bewirkt, wie bereits gesagt, jedoch kein Kippen der Kippstufe 3, so dass am Eingang i des Umsetzers 1 weiterhin die
Spannung 1 ansteht. Am Umsetzer 1 wird nach Umsetzen des am Eingang h und i anziehenden Zustandes damit der Befehl für das Erregen der beiden Magnetventile M 1 und M 2 gegeben, so dass sich die Kurbel- welle in die dritte Ruhestellung (1800) oewegt. Die beiden bistabilen Kippstufen erhalten auf die bereits geschilderte Weise einen neuen Impuls, so dass die Kurbelwelle des Druckluftmotors eine weitere Drehung um 900 vollführt.
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ansteht.
Der Druckluftmotor kann dabei mehrere Umdrehungen vollführen, da sich nach Ablauf einer Umdrehung das ganze Programm wiederholt. Wenn das mit dem Druckluftmotor gekuppelte Schaltwerk sitie Endstellung, z. B. Stufe 28 oder bei Rückwärtslauf die Stufe 1 erreicht hat, wird das Kommando am Eingang a bzw. b des Kommandoteiles 9 durch mechanische Endschalter 28 bzw. 29 unterbrochen.
Verschwindet die Spannung am Eingang a oder b des Kommandoteiles 9, so'bleibt zunächst noch die Spannung am Eingang b des elektronischen Bauteiles 6 bestehen, da die im Kommandoteil 9 enthaltenen bistabilen Kippstufen noch nicht in den Ruhezustand gekippt sind. Verschwindet auf der Leitung 12 die gleichgerichtete HF-Spannung an der Vorrichtung 8, so werden die bistabilen Kippstufen des Kommandoteiles 9 in den Ruhezustand gekippt, die Spannung an den Ausgängen c und d des Kommandoteiles 9 verschwindet, so dass der elektronische Bauteil 6 den Durchgang vom Eingang e zum Ausgang f sperrt.
Nun verschwindet auf der Leitung 14, durch die Verzögerungsstufe 7 verzögert, die von der Vorrichtung 8 gelieferte Spannung am Eingang e des elektronischen Bauteiles 6, d. h. diese Spannung steht länger an, als am Eingang g, so dass über die Leitung 17 kein Impuls mehr zur bistabilen Kippstufe 2 gelangen kann. Da die elektromagnetischen Ventile nun licht mehr umgesteuert werden, kommt der Druckluftmotor zum Stillstand.
Die bereits oben erwähnte Hilfsstufe 4 führt bei Wiederkehr nach einer ungewollten oder gewollten Ausschaltung der Hilfsspannung die beiden bistabilen Kippstufen 2 und 3 im Kommandoteil 9 über die Leitungen 25, 26 und 27 in die Ruhestellung 1 der Kurbelwelle entsprechenden Zustände 7urück. Eine Überein- stimmung mit der Stellung der Kurbelwelle des Druckluftmotors ergibt sich dadurch, dass dieser bei Ausfall der Speisespannung für die Magnetventile in die Ruhestellung 1 läuft, da dann beide Magnetventile entregt sind.
Die Anordnung ist nicht an die dargestellte Anordnung gebunden. So ist es z. B. möglich, noch einen Impulsumformer 7 dem Oszillator nachzuschalten und damit dem Gleichspannungsimpuls besonders steile
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Flanken zu geben, so dass praktisch eine Rechteckspannung entsteht.
Ebenso ist es möglich, den Motor mit einem andern Druckmittel, wie z. B. einer Flüssigkeit zu be- treiben, oder diesen mit mehr oder weniger als vier Zylindern auszubilden, wobei die Anzahl der Ven- tile und der übrigen Bauteile entsprechend zu verkleinern bzw. zu vergrössern wäre.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zum Antrieb eines Schaltwerkes, insbesondere für elektrische Triebfahrzeuge, ausge- bildet als mehrzylindrischer Kolbenmotor, der in beiden Drehrichtungen betreibbar ist und durch wahl- weise Beaufschlagung von einem oder mehreren Zylindern mit einem Druckmittel in vorbestimmter Reihenfolge in bestimmte Ruhestellungen gebracht werden kann, wobei die Steuerung des Druckmittels durch elektromagnetische Ventile erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass zur Steuerung der elektromagnetischen
Ventile eine Anordnung elektronischer Bauelemente dient, die aus einem elektronischen Bauteil mit Differenzierglied (6), zwei bistabilen Kippstufen (2, 3), einem Vorwärts-Rilckwärtsumschalter (5) und einem Umsetzer (1), einem Kommandoteil (9) und einer Vorrichtung (8)
zur kontaktlosen Steuerung einer Hilfsstromquelle besteht, wobei bei Vorliegen eines Fahrbefehls die Richtung dieses Befehls im Vorwärts- Rückwärtsumschalter (5) gespeichert wird und in dem Umsetzer (1) die nächste für die vorgewählte Drehrichtung des Kolbenmotors erforderliche Schaltkombination der Magnetventile eingestellt wird, wobei diese Schaltkombination durch verschiedene Stellungen von bistabilen Kippstufen (2, 3) abgebildet sind, und dass von einer mit der Kurbelwelle des Druckluftmotors gekuppelten Vorrichtung (8), bei der eine Zahnscheibe zwischen den Spulen eines Oszillators rotiert, bei einer Verdrehung der Kurbelwelle des Druckluftmotors aus einer Raststellung solange dem elektronischen Bauteil mit Differenzierglied (6) Impulse zugeführt werden,
bis die nächste Raststellung der Kurbelwelle des Druckluftmotors erreicht ist, so dass zum Lauf des Kolbenmotors auf Grund eines willkürlich gegebenen SchaltbefehJs die elektromagne- tischen Ventile in der erforderlichen Auswahl und Reihenfolge erregt und entregt werden und dass mittels der von der Motorwelle kontaktlos gesteuerten Hilfsstromquelle (8) eine Änderung der Erregung der elektromagnetischen Ventile jeweils solange gesperrt ist, wie sich der Kolbenmotor ausserhalb einer Ruhestellung befindet.