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Die Erfindung betrifft eine Druckbegrenzungseinrichtung zur Absicherung von
zumindest einem Arbeitsdruck.
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Derartige Druckbegrenzungseinrichtungen werden in hydrostatischen
Antriebssystemen, beispielsweise Fahrantrieben im geschlossenen Kreislauf, zur
Absicherung des Kreislaufs und somit des Verbrauchers eingesetzt.
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In der Fig. 3 ist ein als Fahrantrieb ausgebildetes, hydrostatisches Antriebssystem mit
einer Druckbegrenzungseinrichtung des Standes der Technik gezeigt.
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Das Antriebssystem weist eine von einem Antriebsmotor 1, beispielsweise einem
Verbrennungsmotor, angetriebene Pumpe 2 auf, die im geschlossenen Kreislauf mit
als Fahrmotoren 3a, 3b ausgebildeten Verbrauchern in Verbindung steht. In den
Druckmittelleitungen 4a, 4b ist hierbei jeweils eine Druckregeleinrichtung 5a, 5b
angeordnet. Die Druckregeleinrichtung 5a, 5b kann beispielsweise als im Einstelldruck
veränderbares Druckbegrenzungsventil oder Druckminderventil ausgebildet sein, das
die Funktion eines Bremsventils aufweist. Zur Absicherung der Fahrmotoren 3a, 3b
sind kombinierte Druckbegrenzungs-Nachsaugeventile 6a, 6b vorgesehen. Das
Druckbegrenzungs-Nachsaugeventil 6a steht hierbei am Hochdruckanschluss mit der
Druckmittelleitung 4a zwischen der Druckregeleinrichtung 5a und den Fahrmotoren 3a,
3b in Verbindung. Entsprechend steht das Druckbegrenzungs-Nachsaugeventil 6b am
Hochdruckanschluss mit der Druckmittelleitung 4b zwischen der Druckregeleinrichtung
5b und den Fahrmotoren 3a, 3b in Verbindung. Das Druckbegrenzungs-
Nachsaugeventil 6a begrenzt somit den an den Fahrmotoren 3a, 3b in der
Druckmittelleitung 4a anstehenden Arbeitsdruck und das Druckbegrenzungs-
Nachsaugeventil 6b den an den Fahrmotoren 3a, 3b in der Druckmittelleitung 4b
anstehenden Arbeitsdruck. Die Druckbegrenzungs-Nachsaugeventile 6a, 6b stehen am
Niederdruckanschluss mittels einer Zweigleitung 7 mit einer Einspeiseeinrichtung 8 in
Verbindung. Die Einspeiseeinrichtung 8 umfasst zwei Einspeiseventile 8a, 8b, die als in
Richtung zu den Druckmittelleitungen 4a, 4b öffnende Rückschlagventile ausgebildet
sind und mit den von der Pumpe 2 zu den Druckregeleinrichtungen 5a, 5b geführten
Abschnitten der Druckmittelleitungen 4a, 4b in Verbindung stehen. Es ist ebenfalls
möglich, die Einspeiseventile 8a, 8b als kombinierte Druckbegrenzungs-
Nachsaugeventile auszubilden, wodurch in der Bremsphase der an der Pumpe 2
anstehende Arbeitsdruck begrenzbar ist.
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Mit den Druckbegrenzungs-Nachsaugeventilen 6a, 6b und als Druckbegrenzungs-
Nachsaugeventile ausgebildeten Einspeiseventilen 8a, 8b kann hierbei sowohl in
Vorwärtsfahrt als auch in Rückwärtsfahrt in der Antriebsphase und der Bremsphase
des Antriebssystems der hydraulischen Kreislauf vor unzulässig hohen Arbeitsdrücken
geschützt werden und Kavitation vermieden werden. Bei dem Antriebssystem des
Standes der Technik sind zur Absicherung des Systems jedoch zwei
Druckbegrenzungs-Nachsaugeventile 6a, 6b und zwei beispielsweise als
Druckbegrenzungs-Nachsaugeventile ausgebildete Einspeiseventile 8a, 8b
erforderlich, wodurch sich ein hoher Bauaufwand und Herstellaufwand ergibt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Druckbegrenzungseinrichtung zur Verfügung zu stellen, die mit geringem Bauaufwand
eine Absicherung eines hydrostatischen Antriebssystems bzw. eines Verbrauchers
ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die
Druckbegrenzungseinrichtung einen Ventilkörper aufweist, der mit zumindest zwei in
Richtung einer Durchflussstellung wirkenden Druckflächen in Wirkverbindung steht. Mit
einer erfindungsgemäßen Druckbegrenzungseinrichtung können auf einfache Weise
zumindest zwei Arbeitsdrücke erfasst, miteinander verglichen und der höchste
Arbeitsdruck begrenzt werden. Dadurch ergibt sich beispielsweise in einem als
Fahrantrieb im geschlossenen Kreislauf ausgebildeten Antriebssystem ein geringer
Bauaufwand für die Absicherung des Kreislaufs, da durch die erfindungsgemäße
Druckbegrenzungseinrichtung mehrere Arbeitsdrücke an verschiedenen Stellen des
Kreislaufs erfasst und abgesichert werden können.
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Die Druckflächen können gleiche Größe aufweisen. Besondere Vorteile ergeben sich,
wenn gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Druckflächen
unterschiedliche Größe aufweisen. Hierdurch ist es auf einfache Weise möglich,
unterschiedlich hohe Arbeitsdrücke eines Antriebssystems mit einer
Druckbegrenzungseinrichtung einzustellen und abzusichern.
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Ein einfacher Aufbau der Druckbegrenzungseinrichtung ergibt sich, wenn eine erste
Druckfläche an dem Ventilkörper ausgebildet ist und zumindest eine Kolbeneinrichtung
vorgesehen ist, die mit dem Ventilkörper in Wirkverbindung bringbar ist, wobei an der
Kolbeneinrichtung eine zweite Druckfläche ausgebildet ist. Mit einer Kolbeneinrichtung
kann auf einfache Weise eine zweite Druckfläche gebildet werden, die den Ventilkörper
in Richtung einer Durchflussstellung zur Begrenzung eines zweiten Arbeitsdruckes
beaufschlagt. An einem üblichen Druckbegrenzungsventil mit einer an dem
Ventilkörper ausgebildeten Druckfläche ist somit lediglich eine entsprechende
Kolbeneinrichtung vorzusehen, um eine erfindungsgemäße
Druckbegrenzungseinrichtung zu erzielen, wodurch eine erfindungsgemäße
Druckbegrenzungseinrichtung einen einfachen und kompakten Aufbau aufweist.
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Ein geringer Bauaufwand ergibt sich hierbei, wenn der Ventilkörper und die
Kolbeneinrichtung koaxial angeordnet sind.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist eine Nachsaugeeinrichtung
vorgesehen. Mit einer erfindungsgemäßen Druckbegrenzungseinrichtung kann durch
eine integrierte Nachsaugeeinrichtung Kavitation am Hochdruckanschluss der
Druckbegrenzungseinrichtung auf einfache Weise vermieden werden.
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Ein einfacher Aufbau ergibt sich hierbei, wenn die Nachsaugeeinrichtung einen
Sitzventilkörper aufweist und der Ventilkörper innerhalb des Sitzventilkörpers
angeordnet ist. Mit dem Sitzventilkörper kann hierbei auf einfache Weise eine
Nachsaugeeinrichtung gebildet werden und somit ein Druckbegrenzungsventil mit
integrierter Nachsaugung gebildet werden.
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Sofern der Sitzventilkörper in einer Gehäusebohrung angeordnet ist und einen
zwischen einem Hochdruckanschluss und einem Niederdruckanschluss ausgebildeten
Ventilsitz ansteuert, wobei der Ventilkörper einen am Sitzventilkörper ausgebildeten,
dem Niederdruckanschluss zugewandten Ventilsitz ansteuert und zwischen dem
Sitzventilkörper und dem Ventilkörper ein Ringraum ausgebildet ist, der mit dem
Hochdruckanschluss in Verbindung steht, ergibt sich eine einfache Bauweise für ein
Druckbegrenzungsventil mit einer integrierten Nachsaugeeinrichtung.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung steht der Ventilkörper mit einem
Federteller in Wirkverbindung, wobei eine mit dem Federteller und dem Sitzventilkörper
in Wirkverbindung stehende, erste Feder vorgesehen ist, die den Ventilkörper in
Richtung der Sperrstellung beaufschlagt, und eine mit dem Federteller in
Wirkverbindung stehende, zweite Feder vorgesehen ist, die den Sitzventilkörper in
Richtung einer Sperrstellung beaufschlagt. Die erste Feder beaufschlagt somit den
Ventilkörper in Richtung einer Sperrstellung und stellt die Feder der
Druckbegrenzungseinrichtung dar. Die zweite Feder beaufschlagt den Sitzventilkörper
in Richtung der Sperrstellung und stellt somit die Feder der Nachsaugeeinrichtung dar.
Mit einem mit dem Ventilkörper in Verbindung stehenden Federteller können hierbei
auf einfache Weise die Federn mit dem Ventilkörper und dem Sitzventilkörper in
Wirkverbindung stehen.
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Besondere Vorteile ergeben sich bei der Verwendung einer erfindungsgemäßen
Druckbegrenzungseinrichtung in einem hydrostatische Antriebssystem mit zumindest
einem im geschlossen Kreislauf an eine Pumpe angeschlossenen Verbraucher,
insbesondere einem Fahrantrieb. Mit einer erfindungsgemäßen
Druckbegrenzungseinrichtung ist es auf einfache Weise möglich, in einem
geschlossenen Kreislauf durch unterschiedliche Größenverhältnisse der Druckfläche
unterschiedliche Bremsdrücke und Beschleunigungsdrücke des Verbrauchers
einzustellen und abzusichern. Durch die Integration der Nachsaugeeinrichtung in die
Druckbegrenzungseinrichtung kann zudem der Verbraucher auf einfache Weise vor
Kavitation an der Zulaufseite abgesichert werden. Sofern der Verbraucher in beiden
Bewegungsrichtungen betrieben wird, sind lediglich zwei erfindungsgemäße
Druckbegrenzungseinrichtungen erforderlich, um in allen Betriebszuständen den
Verbraucher gegen unzulässig hohe Arbeitsdrücke und Kavitation abzusichern.
Hierdurch ergibt sich gegenüber Antriebssystemen mit
Druckbegrenzungseinrichtungen gemäß dem Stand der Technik ein geringer
Bauaufwand.
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Sofern zumindest einer von der Pumpe zu Verbraucher geführten Druckmittelleitung
eine Druckregeleinrichtung, insbesondere eine Bremsventileinrichtung, angeordnet ist,
wobei die erste Druckfläche mit dem von der Pumpe zur Druckregeleinrichtung
geführten Abschnitt der Druckmittelleitung und die zweite Druckfläche mit dem vor
Druckregeleinrichtung zum Verbraucher geführten Abschnitt der Druckmittelleitung in
Verbindung steht, kann an der ersten Druckfläche der Beschleunigungsdruck und an
der zweiten Druckfläche der Bremsdruck des Verbrauchers abgesichert werden. Durch
entsprechende Größenverhältnisse der Druckflächen können mit der
erfindungsgemäßen Druckbegrenzungseinrichtung auf einfache Weise an dem
Verbraucher unterschiedliche Brems- und Beschleunigungsdrücke abgesichert werden.
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Zweckmäßigerweise steht hierbei der Hochdruckanschluss mit dem von der Pumpe zur
Druckregeleinrichtung führenden Abschnitt der Druckmittelleitung in Verbindung.
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Sofern gemäß einer Weiterbildung der Erfindung jeder Druckmittelleitung eine
Druckbegrenzungseinrichtung zugeordnet ist und die Niederdruckanschlüsse der
Druckbegrenzungseinrichtungen miteinander in Verbindung stehen, kann auf einfache
Weise beim Ansprechen der Druckbegrenzungseinrichtung das abströmende
Druckmittel über die Nachsaugefunktion der Druckbegrenzungseinrichtung der
Gegenseite des Kreislaufs zuströmen.
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Bei der Verwendung eines erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventils als
Druckabschneideventil in einem hydrostatischen Antriebssystem kann auf einfache
Weise eine Druckhochschaltung an der Pumpe des Antriebssystems erzielt werden.
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Zweckmäßigerweise ist hierbei die Druckbegrenzungseinrichtung einer
Lastdruckmeldeleitung zugeordnet und die erste Druckfläche mit dem Arbeitsdruck
zumindest eines ersten Verbrauchers und die weitere Druckfläche mit dem
Arbeitsdruck zumindest eines zweiten Verbrauchers beaufschlagbar. Hierdurch können
auf einfache Weise an einem Antriebssystem mit einem Fahrantrieb und einer
Arbeitshydraulik mit dem erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventil als
Druckabschneideventil unterschiedliche, maximale Arbeitsdrücke für die
Arbeitshydraulik und den Fahrantrieb abgesichert werden. Mit einer
erfindungsgemäßen Druckbegrenzungseinrichtung kann somit auf einfache Weise der
zu der Pumpe des Antriebssystems gemeldete, in der Lastdruckmeldeleitung
anstehende Lastdruck und somit der von der Pumpe geförderte Förderdruck auf
unterschiedliche Werte eingestellt und abgesichert werden.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der in den
schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Hierbei
zeigt:
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Fig. 1 eine erfindungsgemäße Druckbegrenzungseinrichtung in einer
Schnittdarstellung,
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Fig. 2 ein als Fahrantrieb ausgebildetes, hydrostatisches Antriebssystem mit
erfindungsgemäßen Druckbegrenzungseinrichtungen,
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Fig. 3 ein als Fahrantrieb ausgebildetes, hydrostatisches Antriebssystem mit
Druckbegrenzungseinrichtungen des Standes der Technik.
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In der Fig. 1 ist ein erfindungsgemäße Druckbegrenzungseinrichtung 10 in einer
Schnittdarstellung gezeigt.
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Die Druckbegrenzungseinrichtung 10 weist einen in einer Gehäusebohrung 11
längsverschiebbar angeordneten Sitzventilkörper 12 auf, der einen in der
Gehäusebohrung ausgebildeten Ventilsitz 13 ansteuert. Der in der Fig. 3 rechts vom
Ventilsitz 13 angeordnete Bereich der Gehäusebohrung 11 bildet hierbei einen
Niederdruckanschluss und der bezüglich des Ventilsitzes 13 linke Bereich der
Gehäusebohrung 11 einen Hochdruckanschluss, an dem ein erster zu begrenzender
Arbeitsdruck ansteht.
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Der Ventilsitzkörper 12 ist mit einer Längsbohrung 14 versehen, in der ein Ventilkörper
15 längsverschiebbar angeordnet ist. Der Ventilkörper 15 ist mit einer kegelförmigen
Sitzventilfläche versehen und steuert einen an der dem Niederdruckanschluss
zugewandten, rechten Stirnseite des Ventilsitzkörpers 12 ausgebildeten Ventilsitz 16
an.
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Zwischen dem Ventilsitzkörper 12 und dem Ventilkörper 15 ist ein Ringraum 17
ausgebildet, der auf nicht mehr dargestellte Weise mit dem Hochdruckanschluss in
Verbindung steht.
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Der Ventilkörper 15 weist einen Schaft 18 auf, der mit einem Federteller 19 in
Wirkverbindung steht. Zwischen dem Federteller 19 und dem Ventilsitzkörper 12 ist
eine erste Feder 20 angeordnet, die den Ventilkörper 15 in Richtung des Ventilsitzes
16 und somit in Richtung einer Sperrstellung beaufschlagt. Der Ventilkörper 15 und die
Feder 20 bilden somit ein Druckbegrenzungsventil. Eine zweite Feder 21 ist zwischen
dem Federteller 19 und einem Verschlussstück 22, das in der Gehäusebohrung 11
befestigt ist und diese verschließt, angeordnet und beaufschlagt den Ventilsitzkörper
12 in Richtung des Ventilsitzes 13 und somit in Richtung der Sperrstellung. Die Feder
21 und der Ventilsitzkörper 12 bilden somit eine Nachsaugeeinrichtung.
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An dem Schaft 18 ist an der in der Fig. 1 linken Stirnfläche eine erste Druckfläche 25
ausgebildet, die den Ventilkörper 15 entgegen der Kraft der Feder 20 in Richtung einer
Öffnungsstellung beaufschlagt, in der der Ventilsitz 16 geöffnet ist und der
Hochdruckanschluss mit dem Niederdruckanschluss in Verbindung steht. Die erste
Druckfläche 25 ist hierbei von dem am Hochdruckanschluss anstehenden Arbeitsdruck
beaufschlagbar.
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In dem Verschlussstück 22 ist eine als Kolben ausgebildete Kolbeneinrichtung 26
koaxial zum Schaft 18 und somit zum Ventilkörper 15 angeordnet. An der in der Fig. 1
linken Stirnfläche der Kolbeneinrichtung 26 ist eine zweite Druckfläche 27 ausgebildet.
Die zweite Druckfläche 27 ist in einem im Verschlussstück 28 ausgebildeten
Druckraum 28 angeordnet, in dem über ein Bohrungssystem 29 ein zweiter zu
begrenzender Arbeitsdruck ansteht.
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Die erfindungsgemäße Druckbegrenzungseinrichtung 10 arbeitet wie folgt:
Übersteigt der an der ersten Druckfläche 25 und somit am Hochdruckanschluss
anstehende, erste Arbeitsdruck die Einstellung der Feder 20, wird der Ventilkörper 15
nach in der Fig. 1 rechts in eine Öffnungsstellung beaufschlagt, wodurch der
Hochdruckanschluss über den Ringraum 17 und den geöffneten Ventilsitz 16 mit dem
Niederdruckanschluss in Verbindung gelangt und somit der am Hochdruckanschluss
anstehende Arbeitsdruck begrenzt wird.
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Bei einem an der zweiten Druckfläche 27 anstehenden, zweiten Arbeitsdruck wird die
Kolbeneinrichtung 26 nach in der Figur rechts in Anlage an den Schaft 18 des
Ventilkörpers 15 beaufschlagt. Übersteigt der an der zweiten Druckfläche 27
anstehende Arbeitsdruck die Kraft der Feder 20, wird der Ventilkörper 15 in die
Öffnungsstellung beaufschlagt, wodurch der Hochdruckanschluss mit dem
Niederdruckanschluss in Verbindung gelangt.
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Zur Nachsaugung von Druckmittel in den Hochdruckanschluss kann der
Ventilsitzkörper 12 entgegen der Kraft der Feder 21 nach in der Fig. 1 links
beaufschlagt werden, wodurch der Ventilsitz 13 geöffnet wird und Druckmittel zur
Nachsaugung von dem Niederdruckanschluss in den Hochdruckanschluss strömen
kann.
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Durch entsprechende Größenverhältnisse der ersten Druckfläche 25 und der zweiten
Druckfläche 27 können hierbei mit einer Feder 20 unterschiedliche zu begrenzende
Arbeitsdrücke eingestellt werden.
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In der Fig. 2 ist ein als Fahrantrieb im geschlossenen Kreislauf ausgebildetes,
hydrostatisches Antriebssystem gezeigt. Von der von einem Antriebsmotor 1
angetriebenen Pumpe 2 führen Druckmittelleitungen 4a, 4b zu den als Fahrmotoren
ausgebildeten Verbrauchern 3a, 3b. In den Druckmittelleitungen 4a, 4b ist jeweils eine
Druckregeleinrichtung 5a, 5b angeordnet. Die Druckregeleinrichtung 5a bzw. 5b ist
beispielsweise als kombiniertes Druckbegrenzungs-Nachsaugeventil mit
veränderbarem Einstelldruck ausgebildet und weist die Funktion einer
Bremsventileinrichtung auf.
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Den Druckmittelleitungen 4a, 4b ist jeweils eine erfindungsgemäße
Druckbegrenzungseinrichtung 10a, 10b zugeordnet. Die Druckbegrenzungseinrichtung
10a bzw. 10b ist hierbei als kombiniertes Druckbegrenzungs-Nachsaugeventil
ausgebildet. Der Hochdruckanschluss der Druckbegrenzungseinrichtung 10a steht mit
dem von der Pumpe 2 zu der Druckregeleinrichtung 5a geführten Abschnitt der
Druckmittelleitung 4a in Verbindung. Entsprechend ist der Hochdruckanschluss der
Druckbegrenzungseinrichtung 10b an den von der Pumpe 2 zu der
Druckregeleinrichtung 5b geführten Abschnitt der Druckmittelleitung 4b angeschlossen.
Die Niederdruckanschlüsse der Druckbegrenzungseinrichtungen 10a, 10b stehen
miteinander in Verbindung.
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Die Druckbegrenzungseinrichtung 10a bzw. 10b ist mittels der Feder 20a bzw. 20b in
Richtung einer Sperrstellung beaufschlagt. An jeder Druckbegrenzungseinrichtung 10a
bzw. 10b ist die erste Druckfläche 25a bzw. 25b sowie die zweite Druckfläche 27a bzw.
27b ausgebildet, wobei die ersten und zweiten Druckflächen in Richtung einer
Durchflussstellung wirken. Die zweite Druckfläche 27a bzw. 27b ist hierbei an der
Kolbeneinrichtung 26a bzw. 26b ausgebildet. Die erste Druckfläche 25a bzw. 25b steht
hierbei mit der Druckmittelleitung 4a bzw. 4b zwischen der Pumpe 2 und der
Druckregeleinrichtung 5a bzw. 5b in Verbindung. Die zweite Druckfläche 27a bzw. 27b
steht mit der Druckmittelleitung 4a bzw. 4b zwischen der Druckregeleinrichtung 5a
bzw. 5b und den Fahrmotoren 3a, 3b in Verbindung.
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An den Druckbegrenzungseinrichtungen 10a, 10b ist somit der Druck stromauf und
stromab der Druckregeleinrichtungen 5a, 5b in den Druckmittelleitungen erfassbar und
vergleichbar, wobei der höhere Arbeitsdruck begrenzt wird. An der ersten Druckfläche
25a, 25b steht hierbei entsprechend der Vorwärtsfahrt bzw. der Rückwärtsfahrt der
Beschleunigungsdruck an. An die zweiten Druckflächen 27a, 27b wird der sich sowohl
in der Vorwärtsfahrt bzw. der Rückwärtsfahrt von den Druckregeleinrichtungen 5a bzw.
5b aufgestaute Bremsdruck gemeldet.
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In Vorwärtsfahrt und Rückwärtsfahrt kann somit mit den erfindungsgemäßen
Druckbegrenzungseinrichtungen 10a, 10b in der Antriebsphase und der Bremsphase
das Antriebssystem vor unzulässig hohen Drücken abgesichert werden.
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Durch entsprechende Größenverhältnisse der ersten Druckfläche 25a, 25b und der
zweiten Druckfläche 27a, 27b ist es hierbei möglich, unterschiedliche Bremsdrücke und
Beschleunigungsdrücke mit den Druckbegrenzungseinrichtungen 10a, 10b
abzusichern, beispielsweise an den ersten Druckflächen 25a, 25b einen höheren
Beschleunigungsdruck einzustellen als den an den zweiten Druckflächen 27a, 27b
anstehenden Bremsdruck.
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Durch die Verbindung der Niederdruckanschlüsse der Druckbegrenzungseinrichtungen
10a, 10b ist es auf einfache Weise möglich, bei Ansprechen der
Druckbegrenzungseinrichtung 10a bzw. 10b von der Hochdruckseite ausströmendes
Druckmittel durch die in die Öffnungsstellung beaufschlagten Ventilsitzkörper 12a, 12b
zur Nachsaugung zur Niederdruckseite des Kreislaufs zu führen.
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Über die von den Ventilsitzkörpern 12a, 12b und den Federn 21a, 21b gebildeten
Nachsaugeventile der Druckbegrenzungseinrichtungen 10a, 10b kann somit Kavitation
an den Druckmittelleitungen 4a, 4b vermieden werden.
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Bei einem Antriebssystem im geschlossenen Kreislauf sind somit lediglich zwei
erfindungsgemäße Druckbegrenzungseinrichtungen 10a, 10b zur Absicherung des
Kreislaufs gegen unzulässig hohe Arbeitsdrücke und gegen Kavitation sowohl im
Bremsbetrieb als auch im Antriebsbetrieb erforderlich, wodurch sich ein geringer
Bauaufwand ergibt.