DE102006060326A1 - Hydraulische Ventilanordnung - Google Patents

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Abstract

Es wird eine hydraulische Ventilanordnung (1) angegeben mit mehreren Ventilmodulen (2-6), von denen jedes eine Versorgungskanalanordnung mit einem Hochdruckkanal (7) und einem Niederdruckkanal (8), eine Arbeitsanschlußanordnung mit mindestens einem Arbeitsanschluß (A, B), eine Richtungsventileinrichtung (15, 16) zwischen Versorgungskanalanordnung und Arbeitsanschlußanordnung und eine Kompensationseinrichtung (19, 28) aufweist. Man möchte die Steuermöglichkeiten erweitern. Hierzu ist vorgesehen, daß in mindestens einem Ventilmodul (3, 5) die Kompensationseinrichtung als Pre-Kompensationseinrichtung (19) und in mindestens einem anderen Ventilmodul (4, 6) die Kompensationseinrichtung als Post-Kompensationseinrichtung (28) ausgebildet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine hydraulische Ventilanordnung mit mehreren Ventilmodulen, von denen jedes eine Versorgungskanalanordnung mit einem Hochdruckkanal und einem Niederdruckkanal, eine Arbeitsanschlußanordnung mit mindestens einem Arbeitsanschluß, eine Richtungsventileinrichtung zwischen Versorgungskanalanordnung und Arbeitsanschlußanordnung und eine Kompensationseinrichtung aufweist.
  • Eine derartige Ventilanordnung wird vielfach verwendet, um in einer Arbeitsmaschine, einem Fahrzeug oder einer anderen Einrichtung hydraulische Antriebe zu betätigen. Beispielsweise kann man in einem Bagger einen ersten hydraulischen Antrieb verwenden, um einen Baum gegenüber einem Chassis zu neigen, einen zweiten hydraulischen Antrieb, um einen Arm gegenüber dem Baum zu neigen und einen dritten hydraulischen Antrieb, um eine Schaufel zu betätigen. Ein vierter hydraulischer An trieb kann vorgesehen sein, um den Oberwagen des Baggers gegenüber dem Unterwagen zu verdrehen.
  • Die Verwendung einer Kompensationseinrichtung hat dabei den Vorteil, daß man eine lastdruckunabhängige Steuerung erhält. Die Kompensationseinrichtung sorgt dafür, daß ein Druckabfall über die Richtungsventileinrichtung oder eine damit kombinierte Meßblende immer konstant bleibt, unabhängig davon, wie stark der Arbeitsdruck ist und unabhängig davon, wie weit die Richtungsventileinrichtung geöffnet worden ist. Damit ist der Strom der Hydraulikflüssigkeit von der Versorgungskanalanordnung zum angeschlossenen hydraulischen Antrieb im Grunde nur davon abhängig, wie weit die Richtungsventileinrichtung öffnet. Damit erhält man eine quasi proportionale Funktion der Richtungsventileinrichtung.
  • Es gibt prinzipiell zwei Arten, wie eine Kompensationseinrichtung aufgebaut werden kann. Eine erste, im folgenden als "Pre-Kompensationseinrichtung" bezeichnete Kompensationseinrichtung weist eine Druckwaage auf, die strömungstechnisch stromaufwärts von der obengenannten Meßblende geschaltet ist. Die Kompensationseinrichtung weist einen Drosselschieber auf, der in Schließrichtung vom Druck stromauf der Meßblende und in Öffnungsrichtung vom Druck stromab der Meßblende, also vom Lastdruck zuzüglich der Kraft einer Feder, beaufschlagt ist. Eine solche Kompensationseinrichtung wird gelegentlich auch mit "Primärindividualdruckwaage" bezeichnet.
  • Eine andere Ausbildung, die im folgenden als "Post-Kompensationseinrichtung" bezeichnet ist, verwendet ei ne Druckwaage, die in Strömungsrichtung der Meßblende nachgeschaltet ist. Der Drosselschieber in der nachgeschalteten Druckwaage wird in Öffnungsrichtung vom Druck stromab der Meßblende und in Schließrichtung vom jeweils höchsten Lastdruck und einer Feder beaufschlagt.
  • Bei einem Ventilmodul mit Post-Kompensationseinrichtung fließt bei Parallelbetätigung von zwei oder mehr Ventilmodulen und einer nicht ausreichenden Versorgung mit Hydraulikflüssigkeit gleichmäßig über alle Meßblenden weniger Flüssigkeit. Der zur Verfügung stehende Flüssigkeitsstrom wird also proportional auf alle Antriebe verteilt. Dies ist bei einem Ventilmodul mit einer Pre-Kompensationseinrichtung nicht möglich.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Steuermöglichkeiten einer Ventilanordnung zu erweitern.
  • Diese Aufgabe wird bei einer hydraulischen Ventilanordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß in mindestens einem Ventilmodul die Kompensationseinrichtung als Pre-Kompensationseinrichtung und in mindestens einem anderen Ventilmodul die Kompensationseinrichtung als Post-Kompensationseinrichtung ausgebildet ist.
  • Mit dieser Ausgestaltung hat man die Möglichkeit, den oder die an das oder die Ventilmodule mit Pre-Kompensationseinrichtung angeschlossenen Antrieb bei einer Unterversorgung anders anzusteuern als die Antriebe, die an Ventilmodule mit Post-Kompensationseinrichtung angeschlossen sind. Bei dem oben erwähnten Beispiel eines Baggers mit mehreren Antrieben kann man den An trieb, der den Oberwagen gegenüber dem Unterwagen verschwenkt, beispielsweise an ein pre-kompensiertes Ventilmodul anschließen, während die anderen Antriebe, die die Baggerschaufel, den Arm und den Baum betätigen, an post-kompensierte Ventilmodule angeschlossen werden können. Wenn dann alle Antriebe gleichzeitig betätigt werden, wird wahrscheinlich eine Unterversorgung auftreten. Diese Unterversorgung wird dann aber anders als bisher aufgeteilt. Der Schwenkantrieb wird von der Unterversorgung praktisch nicht betroffen. Der Oberwagen wird also mit der vom Benutzer gewünschten Geschwindigkeit weiter verschwenkt werden. Die anderen Antriebe bekommen den Rest der Hydraulikflüssigkeit, der dann proportional zu den einzelnen Stellungen der Richtungsventile aufgeteilt wird. Ein derartiges Steuerungsverhalten wird von vielen Anwendern als angenehmer empfunden. Natürlich sind auch andere Beispiele denkbar, wo man pre-kompensierte Ventilmodule und post-kompensierte Ventilmodule in einer Ventilanordnung mit mehreren Ventilmodulen mischt.
  • Bevorzugterweise weist die Post-Kompensationseinrichtung eine Schließfeder und die Pre-Kompensationseinrichtung eine Öffnungsfeder auf, wobei die Schließfeder schwächer als die Öffnungsfeder ausgebildet ist. Bei der Post-Kompensationseinrichtung wirkt die Schließfeder zusammen mit dem Druck in einer Lastfühlleitung. In Öffnungsrichtung wirkt der Druck hinter der Meßblende. Bei einem pre-kompensierten Ventil wirkt die Feder hingegen in Öffnungsrichtung und in Schließrichtung wirkt der Druck vor der Meßblende. Durch die genannte Dimensionierung der Federn wird auf einfache Weise sichergestellt, daß das pre-kompensierte Ventilmodul immer Priorität über dem oder den post-kompensierten Ventilmodulen hat.
  • Vorzugsweise erzeugt die Öffnungsfeder eine Steuerkraft, die kleiner ist als eine Druckkraft im Leerlauf-Betrieb, die der Öffnungsfeder entgegenwirkt. Dadurch läßt sich ein energiesparendes Verhalten des pre-kompensierten Ventilmoduls erhalten. Insbesondere dann, wenn der im Hochdruckkanal anstehende Druck durch eine Verstellpumpe oder eine andere Regeleinrichtung im Leerlauf abgesenkt wird, kann das pre-kompensierte Ventil schließen oder jedenfalls stark drosseln, um einen möglichen Volumenstrom zu unterbinden.
  • Bevorzugterweise ist im Ventilmodul mit der Pre-Kompensationseinrichtung die Kompensationseinrichtung in einer Leitung angeordnet, die von einem Ausgang zu einem Eingang der Richtungsventileinrichtung verläuft. Man ordnet also die Pre-Kompensationseinrichtung physikalisch hinter der Richtungsventileinrichtung und damit auch hinter der Meßblende an. Die Richtungsventileinrichtung gibt dann bei Betätigung einen Strömungspfad für Hydraulikflüssigkeit vom Hochdruckkanal zum Eingang der Pre-Kompensationseinrichtung frei.
  • Hierbei ist bevorzugt, daß sowohl die Pre-Kompensationseinrichtung als auch die Post-Kompensationseinrichtung in jeweils einer Leitung angeordnet ist, die von einem Ausgang zu einem Eingang der Richtungsventileinrichtung verläuft. Damit läßt sich die Bauart eines pre-kompensierten Ventilmoduls und eines post-kompensierten Ventilmoduls annähern. Der Fertigungsaufwand wird kleiner.
  • Hierbei ist besonders bevorzugt, daß im Ventilmodul mit Pre-Kompensationseinrichtung und im Ventilmodul mit Post-Kompensationseinrichtung die Kompensationseinrichtung jeweils an der gleichen Position angeordnet ist. Dies erlaubt eine noch weitergehende bauliche Übereinstimmung zwischen dem Ventilmodul mit Pre-Kompensationseinrichtung und dem Ventilmodul mit Post-Kompensationseinrichtung.
  • In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, daß sowohl das Ventilmodul mit Pre-Kompensationseinrichtung als auch das Ventilmodul mit Post-Kompensationseinrichtung gleiche Ventilgehäuse aufweisen und eine Feder bei der Pre-Kompensationseinrichtung auf einer anderen Seite eines Schiebers angeordnet ist als bei einer Post-Kompensationseinrichtung. Dies hält den Aufwand für die Fertigung einer Ventilanordnung klein, auch wenn Ventilmodule mit unterschiedlichem Steuerverhalten verwendet werden. Man kann sowohl bei der Pre-Kompensation als auch bei der Post-Kompensation die gleichen Ventilgehäuse verwenden. Diese Ventilgehäuse müssen lediglich einige Kanäle mehr aufweisen, als dies notwendig wäre, wenn das Ventilgehäuse nur für eine Funktion vorgesehen wäre. Die überflüssigen Kanäle kann man aber einfach durch Stopfen verschließen. Dies ist kostengünstiger, als für beide Funktionalitäten jeweils getrennte Ventilgehäuse vorzusehen.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigt die einzige Fig. eine schematische Darstellung einer hydraulischen Ventilanordnung.
  • Eine hydraulische Ventilanordnung 1 weist mehrere Ventilmodule 26 auf. Die Ventilmodule 26 sind zu einem Block zusammengeflanscht. Durch den Block sind ein Hochdruckkanal 7 und ein Niederdruckkanal 8 geführt, die zusammen eine Versorgungskanalanordnung bilden.
  • Ein Eingangsmodul 9 ist an eine Seite des Blocks aus den Ventilmodulen 26 angeflanscht und ein Endmodul 10 an das gegenüberliegende Ende. Das Eingangsmodul 9 weist einen Druckanschluß P auf, der mit dem Hochdruckkanal in Verbindung steht. Das Endmodul weist einen Anschluß T auf, der mit dem Niederdruckkanal 8 in Verbindung steht. Der Hochdruckanschluß P kann mit einer Pumpe oder einer anderen Druckquelle verbunden sein. Der Niederdruckanschluß T steht mit einem Tank oder einem anderen Behälter in Verbindung. Darüber hinaus weist das Eingangsmodul 9 noch einen Lastfühlanschluß LS auf, der den höchsten in den Ventilmodulen 26 vorkommenden Lastdruck führt. Ein entsprechender Lastdruckkanal 11 ist ebenfalls durch alle Ventilmodule 26 geführt. Er steht im Endmodul 10 mit der Niederdruckleitung 8 in Verbindung. Wechselventile 12 bilden eine Kaskade in dem Lastfühlkanal 11. Sie geben jeweils den höchsten Druck an ihren Eingängen an ihren Ausgang weiter, so daß im Lastdruckkanal 11 im Eingangsmodul 9 der höchste in allen Ventilmodulen 26 herrschende Druck anliegt.
  • Der Lastdruckkanal 11 weist einen Abschnitt in Form einer Lastfühlleitung 13 auf, die ebenfalls durch alle Ventilmodule 26 geführt ist.
  • Im Eingangsmodul 9 ist eine Eingangs-Druckwaage 14 vorgesehen, die dafür sorgt, daß der Druck im Hochdruckkanal 7 stets um einen zumindest weitgehend konstanten Wert höher ist als im Lastfühlkanal 13.
  • Das Ventilmodul 2 weist einen Arbeitsanschluß A und einen weiteren Anschluß T2 auf. Der Arbeitsanschluß A kann mit Hydraulikflüssigkeit unter Druck versorgt werden, der T2-Anschluß T2 hingegen nicht. Dementsprechend kann an das Ventilmodul 2 ein einfach wirkender hydraulischer Antrieb angeschlossen werden, der beispielsweise nur zum Anheben einer Last dient. Das beim Anheben der Last aus dem Hydraulikantrieb verdrängte Hydraulikvolumen kann dann über den T2-Anschluß vom Ventilmodul 2 aufgenommen und abgefördert werden. Beim Absenken der Last kann über den T2-Anschluß T2 Hydraulikflüssigkeit nachfließen.
  • Die anderen Ventilmodule 36 weisen jeweils zwei Arbeitsanschlüsse A, B auf, die, wie nachfolgend erläutert werden wird, jeweils gesteuert unter Druck gesetzt werden können.
  • Die Ventilmodule 3 und 5 sind jeweils gleich aufgebaut. Sie weisen beide ein Richtungsventil 15 auf, dem eine Meßblende 16 nachgeschaltet ist. Die Meßblende 16 kann natürlich auch Bestandteil des Richtungsventils 15 sein. Meßblende 16 und Richtungsventil 15 werden daher gemeinsam als Richtungsventileinrichtung bezeichnet.
  • Das Richtungsventil 15 steht über einen Eingang 17 mit dem Hochdruckkanal 7 in Verbindung. Ein Ausgang 18 der Richtungsventileinrichtung 15, 16 führt zu einem Kom pensationsventil 19, das einen Kompensationsschieber 20 aufweist, der in Öffnungsrichtung von einer Öffnungsfeder 27 und in Schließrichtung vom Druck im Hochdruckkanal 7 beaufschlagt ist. In Öffnungsrichtung wirkt ferner der Druck am Ausgang 18 der Richtungsventileinrichtung 15, 16, so daß sich der Kompensationsschieber 20 immer so einstellt, daß der Druck über die Meßblende 16 der Kraft der Öffnungsfeder 27 entspricht.
  • Das Kompensationsventil 19 ist über ein Rückschlagventil 21, das zum Richtungsventil 15 hin öffnet, mit einem Eingang 22 des Richtungsventils 15 verbunden, der in Abhängigkeit von der Betätigung des Richtungsventils 15 mit einem der Arbeitsanschlüsse A, B verbunden werden kann. Vor den Arbeitsanschlüssen A, B sind noch aufsteuerbare Rückschlagventile 23, 24 angeordnet, die einen tropfdichten Anschluß der hydraulischen Maschinen ermöglichen sollen.
  • Da das Kompensationsventil 19 vom Druck vor der Meßblende 16 gesteuert wird, wird es auch als Pre-Kompensationsventil bezeichnet. Die Ventilmodule 3, 5 können also auch als "pre-kompensierte" Ventilmodule bezeichnet werden.
  • Die Ventilmodule 4, 6 sind ebenfalls gleich aufgebaut. Auch hier ist ein Richtungsventil 15 und eine Meßblende 16 vorgesehen, die zusammen eine Richtungsventileinrichtung bilden. Der Eingang 17 des Richtungsventils 15 ist mit dem Hochdruckkanal 7 verbunden.
  • Mit dem Ausgang 18 der Richtungsventileinrichtung 15, 16 ist ebenfalls ein Kompensationsventil 28 verbunden, dessen Kompensationsschieber 25 in Schließrichtung von einer Schließfeder 26 beaufschlagt ist. In Schließrichtung wirkt auch der Druck am Lastfühlanschluß LS, der über die Lastfühlleitung 13 hierher weitergeleitet wird. In Öffnungsrichtung wirkt der Druck am Ausgang 18 der Richtungsventileinrichtung 15, 16 auf den Kompensationsschieber 25.
  • Der Ausgang des Kompensationsventils 28 ist wiederum mit dem Eingang 22 des Richtungsventils 15 verbunden. Das Richtungsventil 15 kann diesen Eingang 22 in Abhängigkeit von seiner Stellung mit einem der Arbeitsanschlüsse A, B verbinden, wobei auch hier wieder aufsteuerbare Rückschlagventile 23, 24 vorgesehen sind, um eine Leckage an den Arbeitsanschlüssen A, B zu verhindern.
  • Da das Kompensationsventil 28 vom Druck hinter der Meßblende 16 gesteuert wird, wird es auch als "Post-Kompensationsventil" bezeichnet. Die Ventilmodule 4, 6 sind dementsprechend "post-kompensierte" Ventilmodule.
  • Das Ventilmodul 2 weist ebenfalls ein Pre-Kompensationsventil 19 auf.
  • Ein pre-kompensiertes Ventilmodul 3, 5, dessen Richtungsventileinrichtung 15, 16 dann auch als LS-Ventil mit Primärindividualdruckwaage bezeichnet werden kann, ermöglicht keine versorgungsabhängige Aufteilung des zur Verfügung stehenden Stromes an Hydraulikflüssigkeit. Wenn mehrere solche Ventilmodule im Parallelbetrieb gleichzeitig ihre Antriebe ansteuern, so wird zuerst der Antrieb mit dem niedrigsten Lastdruck mit Hy draulikflüssigkeit versorgt, während der Rest des Volumenstroms zu den anderen Antrieben geleitet wird. Letztendlich führt dies dazu, daß bei Unterversorgung die Funktion des am niedrigsten belasteten Antriebs erhalten bleibt, während ein anderer Antrieb stehen bleibt, der höher belastet ist.
  • Ein post-kompensiertes Ventilmodul 4, 6 erlaubt hingegen die Aufteilung des Stromes der Hydraulikflüssigkeit proportional zu den Stellungen der jeweiligen Richtungsventileinrichtungen 15, 16. Ein post-kompensiertes Ventilmodul kann auch als "LC-Ventil" bezeichnet werden.
  • Die Schließfeder 26 in den post-kompensierten Ventilmodulen 4, 6 ist schwächer als die Öffnungsfeder 27 in den pre-kompensierten Ventilmodulen 3, 5. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß die pre-kompensierten Ventilmodule 3, 5 immer Priorität vor den postkompensierten Ventilmodulen 4, 6 haben. Es werden bei einer Unterversorgung daher zunächst die Antriebe betätigt, die an die pre-kompensierten Ventilmodule 3, 5 angeschlossen sind. Die Antriebe, die an die post-kompensierten Ventilmodule 4, 6 angeschlossen sind, setzen ihre Arbeitsgeschwindigkeit hingegen proportional herab.
  • Die proportionale Reduzierung des Volumenstromes bei post-kompensierten Ventilen beruht hauptsächlich auf dem Absinken des "margin pressure", wodurch die Öffnungskraft am Kompensator reduziert wird, während sich auf der Federseite nichts ändert. Bei post-kompensierten Ventilen wirkt sich dieses Absinken sofort aus, bei pre-kompensierten Ventilen aber erst dann, wenn der "margin pressure" unter den Federwert der Öffnungsfeder sinkt.
  • Man kann die Öffnungsfeder 27 vorzugsweise so gestalten, daß der von ihr ausgeübte Druck geringer ist als ein Leerlaufdruck im Hochdruckkanal 7, der auch als "stand-by pressure" oder "margin pressure" bezeichnet werden kann. Dies ermöglicht ein energiesparendes Arbeiten.
  • Wie aus der schematischen Darstellung ersichtlich ist, ist die Leitungsführung und die Anordnung der einzelnen Elemente in den pre-kompensierten Ventilmodulen 3, 5 weitgehend gleich zu den entsprechenden Leitungsführungen und Anordnungen der Elemente in den post-kompensierten Ventilmodulen 4, 6. Dies gilt, wie ohne weiteres zu erkennen ist, für den Weg vom Richtungsventil 15 zu den Arbeitsanschlüssen A, B einschließlich der aufsteuerbaren Rückschlagventile 23, 24.
  • Der Ort für die Kompensationsventile 19, 28 ist aber in beiden Ventilmodularten gleich. Man muß lediglich die Schließfeder 26 des Kompensationsschiebers 25 auf die andere Seite des Kompensationsschiebers 25 verlagern, um einen pre-kompensierten Kompensationsschieber 20 zu erzeugen. Darüber hinaus ist es lediglich erforderlich, die in einem post-kompensierten Ventilmodul 4, 6 bestehende Leitung zwischen dem Kompensationsschieber 25 und der Lastfühlleitung 13 aufzulösen und zu ersetzen durch eine Leitung zwischen dem Eingang 17 des Richtungsventils 15 und dem Kompensationsschieber 20. Prinzipiell reicht es daher aus, für diese beiden Leitungen ent sprechende Bohrungen im Gehäuse vorzusehen und diese dann gegebenenfalls durch Stopfen oder ähnliches zu verschließen.

Claims (7)

  1. Hydraulische Ventilanordnung mit mehreren Ventilmodulen, von denen jedes eine Versorgungskanalanordnung mit einem Hochdruckkanal und einem Niederdruckkanal, eine Arbeitsanschlußanordnung mit mindestens einem Arbeitsanschluß, eine Richtungsventileinrichtung zwischen Versorgungskanalanordnung und Arbeitsanschlußanordnung und eine Kompensationseinrichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einem Ventilmodul (3, 5) die Kompensationseinrichtung als Pre-Kompensationseinrichtung (19) und in mindestens einem anderen Ventilmodul (4, 6) die Kompensationseinrichtung als Post-Kompensationseinrichtung (28) ausgebildet ist.
  2. Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Post-Kompensationseinrichtung (28) eine Schließfeder (26) und die Pre-Kompensa tionseinrichtung (19) eine Öffnungsfeder (27) aufweist, wobei die Schließfeder (26) schwächer als die Öffnungsfeder (27) ausgebildet ist.
  3. Ventilanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungsfeder (27) eine Steuerkraft erzeugt, die kleiner ist als eine Druckkraft im Leerlauf-Betrieb, die der Öffnungsfeder (27) entgegenwirkt.
  4. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Ventilmodul (3, 5) mit der Pre-Kompensationseinrichtung (19) die Kompensationseinrichtung in einer Leitung angeordnet ist, die von einem Ausgang (18) zu einem Eingang (22) der Richtungsventileinrichtung (15, 16) verläuft.
  5. Ventilanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Pre-Kompensationseinrichtung (19) als auch die Post-Kompensationseinrichtung (28) in jeweils einer Leitung angeordnet ist, die von einem Ausgang (18) zu einem Eingang (22) der Richtungsventileinrichtung (15, 16) verläuft.
  6. Ventilanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Ventilmodul (3, 5) mit Pre-Kompensationseinrichtung (19) und im Ventilmodul (4, 6) mit Post-Kompensationseinrichtung (28) die Kompensationseinrichtung (19, 28) jeweils an der gleichen Position angeordnet ist.
  7. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl das Ventilmodul (3, 5) mit Pre-Kompensationseinrichtung (19) als auch das Ventilmodul (4, 6) mit Post-Kompensationseinrichtung (28) gleiche Ventilgehäuse aufweisen und eine Feder bei der Pre-Kompensationseinrichtung (19) auf einer anderen Seite eines Schiebers (20) angeordnet ist als bei einer Post-Kompensationseinrichtung (28).
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