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Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Antriebssystem gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Aus der
US 2008/0087014 A1 ist ein hydraulisches Antriebssystem bekannt. Gemäß der
1 der
US 2008/0087014 A1 umfasst das hydraulische Antriebssystem eine Pumpe
26, welche Hydraulikfluid von einem Tank
28 zu einem Stellglied
12 fördern kann. Das Stellglied ist in Form eines hydraulischen Gleichlaufzylinders ausgeführt, welcher die Lenkung eines Fahrzeuges betätigt.
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Weiter ist eine Ventilanordnung 40; 42; 22; 44; 46; 24 vorgesehen, welche den Fluidstrom zum Stellglied steuern kann. Die Ventilanordnung umfasst eine erste Ventilunteranordnung 40; 42; 22 und eine zweite Ventilunteranordnung 44; 46; 42, welche jeweils die gleiche Schaltfunktion ausführen können, nämlich den Gleichlaufzylinder wahlweise nach links oder nach rechts bewegen. Die beiden redundanten Ventilunteranordnungen sind vorgesehen, damit die Lenkvorrichtung auch dann noch funktionstüchtig ist, wenn eine der Ventilunteranordnungen ausfällt.
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Der Nachteil des bekannten hydraulischen Antriebssystems besteht darin, dass gesonderte Ventile 22; 24 vorgesehen sein müssen, um eine zugeordnete Ventilunteranordnung stillzulegen, wenn diese defekt ist. Dies ist maßgeblich darauf zurückzuführen, dass die beiden Ventilunteranordnungen parallel geschaltet sind, so dass eine defekte Ventilunteranordnung einen unkontrollierten Fluidstrom zum Stellglied bewirken kann, so dass das Stellglied keine kontrollierte Bewegung mehr ausführt.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein einfacheres hydraulisches Antriebssystem mit redundanten Ventilunteranordnungen anzugeben, bei dem insbesondere auf gesonderte Ventile zum Stilllegen einer Ventilunteranordnung verzichtet werden kann.
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Gemäß dem selbständigen Anspruch wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die erste und die zweite Ventilunteranordnung in Reihe geschaltet sind. Damit kann der Fluidstrom, der von einer defekten Ventilunteranordnung eingestellt wird, weiterhin durch die andere Ventilunteranordnung beeinflusst werden. Häufig befindet sich bei einer defekten Ventilunteranordnung das entsprechende Ventil in einer Endschaltstellung. Die defekte Ventilunteranordnung stellt dann einen Fluidstrom ein, der das Stellglied fehlerhafterweise mit maximaler Geschwindigkeit in eine der beiden möglichen Antriebsrichtungen fahren lässt. Dieser Volumenstrom kann von der anderen, intakten Ventilunteranordnung leicht so beeinflusst werden, dass sich am Stellglied dennoch die gewünschte Bewegungsgeschwindigkeit und -richtung einstellt. Folglich ist es nicht notwendig, die defekte Ventilunteranordnung durch ein gesondertes Ventil still zu setzen.
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In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung angegeben.
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Die erste und/oder die zweite Ventilunteranordnung können jeweils zwei Eingangs- und zwei Ausgangsanschlüsse aufweisen, wobei je nach Schaltstellung die Eingangs- und die Ausgangsanschlüsse parallel oder überkreuz miteinander verbunden sind. Mit derartigen Ventilunteranordnungen kann das Stellglied wahlweise in eine der beiden Bewegungsrichtungen bewegt werden. Darüber hinaus lassen sich diese Ventilunteranordnungen leicht in Reihe schalten, indem die beiden Ausgangsanschlüsse der ersten Ventilunteranordnung mit den beiden Eingangsanschlüssen der zweiten Ventilunteranordnung verbunden werden. Im Normalbetrieb wird eine der Ventilunteranordnungen in eine Endschaltstellung gebracht, wobei die andere Ventilunteranordnung die Steuerung des Stellgliedes bzw. des entsprechenden Fluidstroms alleine übernimmt. Zur Verbesserung des Feinsteuerverhaltens ist es möglich, beide Ventilunteranordnungen gleichzeitig zu betreiben.
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In einer ersten Ausführungsform wird die erste und/oder die zweite Ventilunteranordnung von einem einzigen 4/2-Wegeventil mit zwei Eingangs- und zwei Ausgangsanschlüssen gebildet, wobei je nach Schaltstellung die Eingangs- und die Ausgangsanschlüsse parallel oder überkreuz miteinander verbunden sind. Hierbei handelt es sich um die einfachste Möglichkeit, eine Ventilunteranordnung zu realisieren. Das entsprechende 4/2-Wegeventil ist vorzugsweise als Proportionalwegeventil ausgeführt, damit der Betrag des Fluidstroms bzw. die Bewegungsgeschwindigkeit des Stellgliedes eingestellt werden kann.
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In einer zweiten Ausführungsform wird die erste und/oder die zweite Ventilunteranordnung von einem ersten und einem zweiten 4/2-Wegeventil mit jeweils zwei Eingangs- und zwei Ausgangsanschlüssen gebildet, wobei jeder Anschluss der beiden Wegeventile mit einem entsprechenden Anschluss der Ventilunteranordnung verbunden ist, wobei die beiden Wegeventile jeweils eine Sperrstellung und eine Durchgangsstellung aufweisen, wobei in der Sperrstellung alle vier Anschlüsse gesperrt sind, wobei in der Durchgangsstellung die Eingangs- und die Ausgangsanschlüsse entweder parallel oder überkreuz miteinander verbunden sind. Bei dieser Ausführungsform werden die Wegeventile vorzugsweise als Schaltventile mittels Pulsbreitenmodulation angesteuert, um die Bewegungsgeschwindigkeit des Stellgliedes einzustellen. Es ist aber genauso gut denkbar, Proportionalwegeventile einzusetzen.
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In einer dritten Ausführungsform wird die erste und/oder die zweite Ventilunteranordnung von einem ersten und einem zweiten 3/2-Wegeventil mit jeweils zwei Eingangs- und einem Ausgangsanschluss gebildet, wobei die beiden Eingangsanschlüsse mit einem entsprechenden Eingangsanschluss der Ventilunteranordnung verbunden sind, wobei der Ausgangsanschluss der beiden Wegeventile mit je einem der beiden Ausgangsgangsanschlüsse der Ventilunteranordnung verbunden ist, wobei je nach Schaltstellung des Wegeventils einer der Eingangsanschlüsse des Wegeventils mit dem Ausgangsanschluss verbunden ist, während der andere Eingangsanschluss gesperrt ist. Bei dieser Ausführungsform handelt es sich um eine Alternative zur zweiten Ausführungsform, die im Wesentlichen die gleichen Eigenschaften aufweist. Unterschiede ergeben sich allenfalls bezüglich der Ansteuerung der beiden Wegeventile.
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In einer vierten Ausführungsform wird die erste und/oder die zweite Ventilunteranordnung von vier gesonderten 2/2-Wegeventilen gebildet wird, die in einer Brückenschaltung mit vier Brückenanschlüssen zusammengeschaltet sind, wobei zwei gegenüberliegende Brückenanschlüsse die Eingangsanschlüsse der Ventilunteranordnung bilden, wobei die beiden anderen gegenüberliegenden Brückenanschlüsse die Ausgangsanschlüsse der Ventilunteranordnung bilden. Bei dieser Ausführungsform werden alle vier Wegeventile vorzugsweise als Schaltventile mit einem pulsbreitenmodulierten Signal angesteuert. Die Wegeventile sind vorzugsweise in einer schnell schaltenden Bauweise ausgeführt, wobei die Schaltzeit vorzugsweise weniger als 10 ms beträgt.
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Die beiden Ventilunteranordnungen können nach der gleichen Ausführungsform gebildet sein. Es ist aber genauso gut denkbar, die beiden Ventilunteranordnungen nach unterschiedlichen Ausführungsformen auszubilden.
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Die erste und die zweite Ventilunteranordnung können als gesonderte Ventilscheiben eines Ventilblocks in Scheibenbauweise ausgeführt sein. Hierdurch ergibt sich eine besonders kompakte Ventilanordnung.
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Es können Überwachungsmittel vorgesehen sein, mit denen eine Störung der ersten und/oder der zweiten Ventilunteranordnung, insbesondere eines der entsprechenden Wegeventile erkannt werden kann. Als Überwachungsmittel können beispielsweise Wegesensoren an einzelnen oder an allen Wegeventilen eingesetzt werden. Es kann aber auch das aus der
DE 10 2008 059 712 A1 bekannte Überwachungsmittel verwendet werden, bei dem aus den Schaltgeräuschen eines Wegeventils auf seine ordnungsgemäße Funktion geschlossen wird.
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Das Stellglied kann mit einem Stellungssensor versehen sein. Mit Hilfe des Stellungssensors kann eine übergeordnete Steuereinheit feststellen, ob sich das Stellglied entsprechend der Ansteuerung bewegt. Ist dies nicht der Fall, kann es die Ansteuerung der Ventilunteranordnung so anpassen, dass sich trotz eines Fehlers wieder die gewünschte Bewegung des Stellgliedes ergibt.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es stellt dar:
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1 einen Schaltplan eines erfindungsgemäßen hydraulischen Antriebssystems;
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2 eine erste Ausführungsform einer Ventilunteranordnung;
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3 eine zweite Ausführungsform einer Ventilunteranordnung;
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4 eine dritte Ausführungsform einer Ventilunteranordnung; und
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5 eine vierte Ausführungsform einer Ventilunteranordnung.
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1 zeigt einen Schaltplan eines erfindungsgemäßen hydraulischen Antriebssystems 10. Das hydraulische Antriebssystem 10 umfasst eine Pumpe 12, eine Ventilanordnung 14 und ein Stellglied 13. Die Pumpe 12 fördert Hydraulikfluid aus einem Tank 11 zum Stellglied 13. Bei dem Stellglied 13 kann es sich wie dargestellt um einen Hydraulikzylinder handeln, es kann aber auch ein Hydromotor vorgesehen sein. Die Ventilanordnung 14 steuert den Fluidstrom zum Stellglied 13 und von diesem zurück in den Tank 11, um die Bewegungsrichtung und die Bewegungsgeschwindigkeit des Stellglieds 13 einzustellen.
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Die Ventilanordnung 14 umfasst eine erste und eine zweite Ventilunteranordnung 20; 30, die jeweils einen ersten 21; 31 und einen zweiten Eingangsanschluss 22; 32 und einen ersten 23; 33 und einen zweiten Ausgangsanschluss 24; 34 aufweisen. Je nach Schaltstellung der Ventilunteranordnung 20; 30 sind die Eingangsanschlüsse parallel oder überkreuz mit den Ausgangsanschlüssen verbunden, d. h. in der ersten Schaltstellung ist der erste Eingangsanschluss 21; 31 mit dem ersten Ausgangsanschluss 23; 33 und der zweite Eingangsanschluss 22; 32 mit dem zweiten Ausgangsanschluss 24; 34 verbundnen. In der zweiten Schaltstellung ist der erste Eingangsanschluss 21; 31 mit dem zweiten Ausgangsanschluss 24; 34 und der zweite Eingangsanschluss 22; 32 mit dem ersten Ausgangsanschluss 23; 33 verbunden. Auf die Darstellung einer Schaltstellung, in der beiden Eingangs- und Ausgangsanschlüsse unterbrochen sind, wurde verzichtet.
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Die erste und die zweite Ventilunteranordnung 20; 30 sind in Reihe geschaltet, d. h. der erste Ausgangsanschluss 23 der ersten Ventilunteranordnung 20 ist mit dem ersten Eingangsanschluss 31 der zweiten Ventilunteranordnung 30 verbunden, wobei der zweite Ausgangsanschluss 24 der ersten Ventilunteranordnung 20 mit dem zweiten Eingangsanschluss 32 der zweiten Ventilunteranordnung 30 verbunden ist.
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Das Stellglied 13 ist mit den Ausgangsanschlüssen 33; 34 der zweiten Ventilunteranordnung 30 verbunden. Die Pumpe 12 fördert das Hydraulikfluid zum ersten Eingangsanschluss 21 der ersten Ventilunteranordnung 20, wobei der zweite Eingangsanschluss 22 der ersten Ventilunteranordnung 20 an den Tank 11 angeschlossen ist.
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Weiter ist eine Steuereinheit 15 vorgesehen, die über eine oder mehrere Steuerleitungen 16 mit der ersten und der zweiten Ventilunteranordnung 20; 30 verbunden ist, um diese so anzusteuern, dass sich an dem Stellglied 13 die gewünschte Bewegung einstellt. Dabei können beispielsweise analoge Steuersignale, pulsbreitenmodulierte Steuersignale oder digitale Steuersignale zum Einsatz kommen.
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2 zeigt eine erste Ausführungsform einer Ventilunteranordnung 20; 30, bei der diese von einem einzigen 4/2-Wegeventil 40 gebildet wird. Die beiden Ein- und Ausgangsanschlüsse 80–83 des Wegeventils 40 bilden dementsprechend die Ein- und Ausganganschlüsse 21–24; 31–34 der Ventilunteranordnung 20; 30. In einer ersten Schaltstellung sind die Ein- und Ausgangsanschlüsse des Wegeventils 40 parallel miteinander verbunden, d. h. der erste Eingangsanschluss 80 mit dem ersten Ausgangsanschluss 82 und der zweite Eingangsanschluss 81 mit dem zweiten Ausgangsanschluss 83. In einer zweiten Schaltstellung sind die Ein- und Ausgangsanschlüsse des Wegeventils 40 überkreuz miteinander verbunden, d. h. der erste Eingangsanschluss 80 mit dem zweiten Ausgangsanschluss 83 und der zweite Eingangsanschluss 81 mit dem ersten Ausgangsanschluss 82.
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Das Wegeventil 40 wird vorzugsweise elektromagnetisch betätigt und ist mit einer Federrückstellung ausgestattet.
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3 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Ventilunteranordnung 20; 30. Diese umfasst ein erstes und ein zweites 4/2-Wegeventil 50; 51, die jeweils einen ersten 80 und einen zweiten Eingangsanschluss 81 und einen ersten 82 und einen zweiten Ausgangsanschluss 83 aufweisen. Die ersten Eingangsanschlüsse 80 der beiden Wegeventile 50; 51 sind miteinander verbunden und bildet den ersten Eingangsanschluss 21; 31 der Ventilunteranordnung 20; 30. Analog wurde mit den zweiten Eingangsanschlüssen 81; 22; 32 verfahren. Der erste Ausgangsanschluss 82 des ersten Wegeventils 50 wurde mit dem zweiten Ausgangsanschluss 83 des zweiten Wegeventils 51 verbunden und bildet den ersten Ausgangsanschluss 23; 33 der Ventilunteranordnung 20; 30. Analog wurde mit den jeweils anderen Ausgangsanschlüssen verfahren.
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Die beiden Wegeventile 50; 51 sind identisch aufgebaut und weisen eine erste und eine zweite Schaltstellung auf. Die erste Schaltstellung ist eine Sperrstellung, in der alle vier Anschlüsse 80–83 gesperrt sind, wobei das Wegeventil 50; 51 von einer Rückstellfeder in der ersten Schaltstellung gehalten wird. Die zweite Schaltstellung des Wegeventils 50; 51 ist eine Durchgangsstellung, bei der die Ein- und Ausgangsanschlüsse parallel miteinander verbunden sind, d. h. dass der erste Eingangsanschluss 80 mit dem ersten Ausgangsanschluss 82 und der zweite Eingangsanschluss 81 mit dem zweiten Ausgangschluss 83 verbunden ist. Es ist aber genauso gut denkbar, eines oder beide Wegeventile 50; 51 in der Durchgangsstellung überkreuz zu verschalten, wobei die Verknüpfung der Ausganganschlüsse 82; 83; 23; 24; 33; 34 entsprechend angepasst werden muss.
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Die beiden 4/2-Wegeventile 50; 51 werden vorzugsweise mit jeweils einem gesonderten Elektromagneten betätigt. Dabei können die Wegeventile 50; 51 als Proportionalwegeventile ausgebildet sein, wobei die Ansteuerung mit analogen Spannungssignalen erfolgt. Es können aber auch Wegeventile in Form von schnell schaltenden Schaltventilen 50; 51 vorgesehen sein, die mit einem pulsbreitenmodulierten Signal angesteuert werden.
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4 zeigt eine dritte Ausführungsform einer Ventilunteranordnung 20; 30, die ein erstes und ein zweites 3/2-Wegeventil 60; 61 umfasst. Der erste Eingangsanschluss 80 des ersten Wegeventils 60 ist mit dem zweiten Eingangsanschluss 81 des zweiten Wegeventils 61 verbunden, um den ersten Eingangsanschluss 21; 31 der ersten Ventilunteranordnung 20; 30 zu bilden. In analoger Weise wurde mit den verbleibenden Eingangsanschlüssen verfahren. Der Ausgangsanschluss 82 des ersten Wegeventils 60 bildet den ersten Ausgangsanschluss 23; 33 der Ventilunteranordnung 20; 30. Der Ausgangsanschluss 82 des zweiten Wegeventils 61 bildet den zweiten Ausgangsanschluss 24; 34 der Ventilunteranordnung 20; 30.
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Die identisch ausgebildeten Wegeventile 60; 61 werden von einer Rückstellfeder in einer ersten Schaltstellung gehalten, in der der erste Eingangsanschluss 80 mit dem Ausgangsanschluss 82 verbunden ist, wobei der zweite Eingangsanschluss 81 gesperrt ist. In einer zweiten Schaltstellung, die mittels einer elektromagnetischen Ansteuerung eingestellt werden kann, ist der zweite Eingangsanschluss 81 mit dem Ausgangsanschluss 82 verbunden, wobei der erste Eingangsanschluss 80 gesperrt ist.
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Die Wegeventile 60; 61 können als Proportionalwegeventile ausgebildet sein, wobei die Ansteuerung mit analogen Spannungssignalen erfolgt. Es können aber auch Wegeventile in Form von schnell schaltenden Schaltventilen vorgesehen sein, die mit einem pulsbreitenmodulierten Signal angesteuert werden.
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5 zeigt eine vierte Ausführungsform einer Ventilunteranordnung 20; 30, welche vier schnell schaltende 2/2-Wegeventile 70–73 umfasst. Die Wegeventile 70–73 sind identisch ausgebildet und werden von einer Rückstellfeder in einer Sperrstellung gehalten. Mittels einer elektromagnetischen Betätigung können sie in eine Durchgangsstellung gebracht werden. Die Schaltzeit beträgt dabei vorzugsweise weniger als 10 ms, wobei als Ansteuersignal ein pulsbreitenmoduliertes Signal zum Einsatz kommt. Es können aber auch vier 2/2-Proportionalwegeventile eingesetzt werden.
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Die vier Wegeventile 70–73 sind in Form einer Brückenschaltung mit vier Brückenanschlüssen 74–77 zusammengeschaltet. Zwischen je zwei benachbarten Brückenanschlüssen 74; 75 bzw. 75; 76 bzw. 76; 77 bzw. 77; 74 ist je ein Wegeventil 70–73 eingebaut, wobei die sich gegenüber liegenden Brückenanschlüsse 74; 76 bzw. 75; 77 nicht miteinander verbunden sind.
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Die gegenüberliegenden Brückenanschlüsse 74; 76 bilden die Eingangsanschlüsse 21; 22; 31; 33 der Ventilunteranordnung 20; 30. Die beiden anderen gegenüberliegen Brückenanschlüsse 75; 77 bilden die Ausgangsanschlüsse 23; 24; 33; 34 der Ventilunteranordnung 20; 30.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- hydraulisches Antriebssystem
- 11
- Tank
- 12
- Pumpe
- 13
- Stellglied
- 14
- Ventilanordnung
- 15
- Steuereinheit
- 16
- Steuerleitung
- 20
- erste Ventilunteranordnung
- 21
- erster Eingangsanschluss der ersten Ventilunteranordnung
- 22
- zweiter Eingangsanschluss der ersten Ventilunteranordnung
- 23
- erster Ausgangsanschluss der ersten Ventilunteranordnung
- 24
- zweiter Ausgangsanschluss der ersten Ventilunteranordnung
- 30
- zweite Ventilunteranordnung
- 31
- erster Eingangsanschluss der zweiten Ventilunteranordnung
- 32
- zweiter Eingangsanschluss der zweiten Ventilunteranordnung
- 33
- erster Ausgangsanschluss der zweiten Ventilunteranordnung
- 34
- zweiter Ausgangsanschluss der zweiten Ventilunteranordnung
- 40
- 4/2-Wegeventil (erste Ausführungsform)
- 50
- erstes 4/2-Wegeventil (zweite Ausführungsform)
- 51
- zweites 4/2-Wegeventil (zweite Ausführungsform)
- 60
- erstes 3/2-Wegeventil (dritte Ausführungsform)
- 61
- zweites 3/2-Wegeventil (dritte Ausführungsform)
- 70
- erstes 2/2-Wegeventil (vierte Ausführungsform)
- 71
- zweites 2/2-Wegeventil (vierte Ausführungsform)
- 72
- drittes 2/2-Wegeventil (vierte Ausführungsform)
- 73
- viertes 2/2-Wegeventil (vierte Ausführungsform)
- 74
- erster Brückenanschluss
- 75
- zweiter Brückenanschluss
- 76
- dritter Brückenanschluss
- 77
- vierter Brückenanschluss
- 80
- erster Eingangsanschluss des Wegeventils
- 81
- zweiter Eingangsanschluss des Wegeventils
- 82
- erster Ausgangsanschluss des Wegeventils
- 83
- zweiter Ausgangsanschluss des Wegeventils
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2008/0087014 A1 [0002, 0002]
- DE 102008059712 A1 [0015]
