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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung der Dichtheit einer Sicherheitsabsperreinrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 6.
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Feuerungsanlagen, die mit flüssigem Brennstoff betrieben werden, müssen in der Brennstoffzuleitung zwei hintereinander angeordnete Schnellschlussventile als Sicherheitsabsperreinrichtung umfassen, um in einem Gefahrenmoment den Zufluss des Brennstoffs zur Feuerungsanlage sicher zu unterbinden. Es gibt in diesem Zusammenhang zwingende Vorschriften, die vorsehen, die Dichtheit jedes Schnellschlussventils der Sicherheitseinrichtung im eingebauten Zustand zu überprüfen (
DIN EN 12952-8). Aus der
DE 197 23 864 C2 ist ein Verfahren sowie eine Anordnung zur Überprüfung der Dichtheit einer Sicherheitsabsperreinrichtung bekannt geworden, bei welchem nach Abschalten der Feuerungsanlage und Schließen des in Strömungsrichtung des Brennstoffes vorderen Schnellschlussventils sowie bei einer Reduzierung des Brennstoffdrucks auf den Umgebungsdruck vor dem vorderen Schnellschlussventil der Abschnitt der Brennstoffzuleitung zwischen dem Dichtbereich des vorderen Schnellschlussventils und der Feuerungsanlage in Richtung zur Feuerungsanlage von Brennstoff freigeblasen wird, woraufhin auch das in Strömungsrichtung des Brennstoffes hintere Schnellschlussventil geschlossen wird. Der Abschnitt der Brennstoffzuleitung zwischen den beiden Dichtbereich der Schnellschlussventile wird mit Prüfluft unter erhöhtem Druck beaufschlagt und der Druck wird zeitlich begrenzt überwacht. Bei sinkendem Druck der Prüfluft wird zunächst der Schließdruck am Dichtsitz eines Schnellschlussventils unter ständiger Überwachung des Drucks der Prüfluft verstärkt und bei weiter sinkendem Druck der Prüfluft wird auch der Schließdruck am Dichtsitz des anderen Schnellschlussventils unter permanenter Beobachtung des Drucks der Prüfluft verstärkt. Bei diesem Verfahren kommt ein mobiler Druckluftverstärker zum Einsatz, der zu der jeweiligen Brennstoffleitung transportiert wird, um die Überprüfung durchzuführen. Bei größeren Feuerungsanlagen kann dieser Prüfprozess aufwendig sein. Es gibt Feuerungsanlagen mit dreißig oder mehr Brennern mit einzelnen Brennstoffzuleitungen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung zur Überprüfung der Dichtheit einer Sicherheitsabsperrung aufzuzeigen, die mit möglichst geringem technischen Mehraufwand eine Automatisierung der Dichtheitsprüfung ermöglicht.
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Diese Aufgabe ist bei einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Gegenständlich wird die Aufgabe durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Überprüfung der Dichtheit einer Sicherheitsabsperreinrichtung kann automatisiert werden und kommt in diesem Fall im Zusammenhang mit einer Brennersteuerung zum Einsatz. Die Brennersteuerung ist das übergeordnete Leitsystem der Feuerungsanlage. Eine Automatisierung der Dichtheitsprüfung ist möglich, wenn bestimmte Informationen von der Brennersteuerung bereitgestellt werden bzw. Schaltzustände der zu überprüfenden Schnellschlussventile durch die Brennersteuerung gewährleistet werden.
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Die Erfindung sieht nun vor, dass zusätzlich zu der Brennersteuerung eine sogenannte Überwachungseinheit vorgesehen ist, welche über eine Datenleitung mit der Brennersteuerung koppelbar ist. Diese Datenleitung kann auch als unidirektionale Steuerleitung von der Brennersteuerung zur Überwachungseinheit bezeichnet werden. Die Brennersteuerung ist dafür vorgesehen, die Dichtheitsprüfung zu aktivieren. Die untergeordnete Überwachungseinheit greift dabei nicht selbst in die Brennersteuerung ein. Es wird mit Ausnahme der zum Aufbringen eines Prüfdrucks notwendigen Ventile kein Einfluss auf die Schnellschlussventile oder sonstige Ventilelemente der Feuerungsanlage genommen. Die Überwachungseinheit liefert das Ergebnis der Druckprüfung an die Brennersteuerung zur weiteren Signalauswertung oder zeigt das Signal dem Bedienpersonal direkt an. Bei erfolgreicher Druckprüfung, d. h. bei festgestellter Dichtheit kann die Brennersteuerung die entsprechende Sicherheitsabsperreinrichtung weiter betreiben, d. h. die Feuerungsanlage mit flüssigem Brennstoff, insbesondere Öl, versorgen. Meldet die Überwachungseinheit hingegen eine Störung, bedeutet dies, dass wenigstens eines der Schnellschlussventile nicht dicht ist und weitere Maßnahmen erforderlich sind.
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Das Verfahren der Dichtheitsprüfung geht zunächst davon aus, dass der Brenner im Betrieb ist, d. h. dass die Brennstoffleitung mit Brennstoff gefüllt ist. In diesem Fall ist die Brennstoffzufuhr zunächst zu unterbrechen, da anderenfalls keine Dichtheitsprüfung möglich ist. Mithin wird zunächst das in Strömungsrichtung erste Schnellschlussventil von der Brennersteuerung so angesteuert, dass es geschlossen wird. Anschließend wird das zweite in Strömungsrichtung nachfolgende Schnellschlussventil geschlossen. Dieser Schließvorgang kann prinzipiell auch gleichzeitig ausgelöst erfolgen. Wichtig ist lediglich, dass das zweite Schnellschlussventil zur Druckentlastung etwas später schließt als das erste Schnellschlussventil. Hier genügt bereits ein geringer Zeitversatz. Wenn beide Schnellschlussventile gleichzeitig angesteuert werden, kann der Zeitversatz dadurch erreicht werden, dass die Entlüftung des zweiten Schnellschlussventils durch eine Drossel gehemmt wird, so dass es geringfügig langsamer schließt als das erste Schnellschlussventil. Das hat zur Folge, dass der Druck in der Brennstoffleitung zwischen den beiden Schnellschlussventilen niedriger ist als der Druck vor dem ersten Schnellschlussventil. Auf diese Druckdifferenz wird später noch eingegangen. Nun wird bei geschlossenen Schnellschlussventilen die Brennstoffleitung hinter dem zweiten Schnellschlussventil gespült, so dass dort Umgebungsdruck anliegt.
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In diesem Ausgangszustand wird nun die Überwachungseinheit von der Brennersteuerung aktiviert, um die Dichtheitsprüfung auszulösen. Alternativ kann bei außer Betrieb genommenen Brenner die Dichtheitsprüfung manuell aktiviert werden. Da die zu überprüfenden Schnellschlussventile bei Stillstand des Brenners zwangsläufig geschlossen sind, kann sich das Bedienpersonal der Anlage auch visuell überzeugen, dass die besagten Schnellschlussventile geschlossen sind.
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In der ersten Phase der Dichtheitsprüfung bleibt der Bereich der Brennstoffleitung zwischen dem ersten und zweiten Schnellschlussventil geschlossen und es wird beobachtet, ob der Druck in diesem Teil der Brennstoffleitung steigt. Das erfolgt mittels eines Druckmessmittels. Bei einer vorgegebenen Prüfdauer darf der Druck einen bestimmten Grenzwert nicht überschreiten. Da ein Druckanstieg ausschließlich durch nachströmenden Brennstoff möglich ist, deutet ein Druckanstieg darauf hin, dass das erste Schnellschlussventil nicht dicht ist. Das führt zu einer Fehlermeldung an der Überwachungseinheit und die Prüfsequenz ist beendet. Die Fehlermeldung wird vorzugsweise sowohl an der Überwachungseinheit signalisiert als auch an die Brennersteuerung weitergeleitet, so dass die in Rede stehende Brennstoffzufuhr bis zur Reparatur des ersten Schnellschlussventils nicht weiter betrieben wird.
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Ergibt die Prüfung hingegen, dass der Grenzwert nicht überschritten worden ist, beginnt die Überprüfung des zweiten Schnellschlussventils. Hierzu wird die Brennstoffleitung zwischen den beiden geschlossenen ersten und zweiten Schnellschlussventilen über einen vorgegebenen Zeitraum mit einem Prüfgas und einem bestimmten Prüfdruck beaufschlagt. Der Prüfdruck ist größer als der Umgebungsdruck, d. h. als der Druck hinter dem zweiten Schnellschlussventil.
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Gleichzeitig ist der Prüfdruck kleiner als der Druck des Brennstoffes vor dem ersten Schnellschlussventil. Nur bei der so eingestellten Druckdifferenz ist sichergestellt, dass das zweite Schnellschlussventil überprüft wird und kein Prüfgas durch das erste Schnellschlussventil entweichen kann. In der Zuleitung für das Prüfgas kann der anstehende Druck gemessen und erfasst werden. Auch der Druckverlauf kann gemessen werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch die Durchflussmenge des Prüfgases erfasst werden. Ist der Prüfraum mit Prüfgas gefüllt, dürfte sich bei entsprechender Dichtheit die Menge des Prüfgases bei gleichbleibendem Druck und gleichbleibender Temperatur nicht oder nur in geringen Grenzen verändern. Strömt hingegen kontinuierlich Prüfgas nach, ist dies auch ebenfalls ein klares Indiz dafür, dass der Prüfraum nicht dicht ist. Bestimmte Durchflussmengen innerhalb eines bestimmten Zeitraums sind tolerierbar. Werden allerdings bestimmte Grenzwerte hinsichtlich des Volumenstroms überschritten bzw. hinsichtlich des Druckabfalls unterschritten, gibt die Überwachungseinheit eine Fehlermeldung aus, dass die Sicherheitseinrichtung nicht dicht ist. Die Prüfsequenz ist damit beendet. Ein festgestellter Mangel kann nun gezielt behoben werden.
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Die gesamte Dichtheitsprüfung wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt automatisiert von der als Leitsystem dienenden Brennersteuerung aktiviert. Die Aktivierung kann turnusmäßig erfolgen oder bei bestimmten Schaltzuständen, z. B. wenn die Brennstoffversorgung ohnehin abgesperrt werden soll.
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Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass die Dichtheitsprüfung auch manuell aktivierbar ist, wenn die hintereinander angeordneten Schnellschlussventile geschlossen sind. Die Dichtheitsprüfung ist daher vollkommen unabhängig von der Brennersteuerung möglich.
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Wichtig ist auch, dass bei der Dichtheitsprüfung weder das erste noch das zweite Schnellschlussventil angesteuert werden müssen. Schnellschlussventile sind in der Regel pneumatische Ventile. In der Zuleitung für die Steuerluft für diese pneumatischen Ventile befindet sich daher ein Magnetventil. Wenn das Magnetventil angesteuert wird, öffnet sich die Zuleitung für die Steuerluft und das Schnellschlussventil wird gegen eine Federkraft geöffnet. Im stromlosen Zustand schließt das Magnetventil die Steuerleitung, so dass der Steuerdruck am Schnellschlussventil abfällt. Das Schnellschlussventil wird dann durch die Federkraft geschlossen.
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Da die Schnellschlussventile ohnehin eine Druckluftversorgung benötigen, nutzt auch die erfindungsgemäße Prüfeinrichtung dieses Druckluftsystem. Das Prüfgas ist daher vorzugsweise diesem Druckluftsystem entnommen.
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Die erfindungsgemäße Prüfeinrichtung kann als Ventilblock gestaltet sein und kann vergleichsweise einfach bei bestehenden Anlagen nachgerüstet werden. Zur automatischen Aktivierung ist es lediglich erforderlich, die Überwachungseinrichtung mit der ohnehin vorhandenen Brennersteuerung zu koppeln.
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Die erfindungsgemäße Anordnung zur Durchführung des Verfahrens umfasst neben der vorstehend beschriebenen Überwachungseinheit und der Datenleitung die eigentliche Prüfeinrichtung, die mit dem Bereich der Brennstoffleitung zwischen dem ersten und zweiten Schnellschlussventil verbunden ist. Dort soll die Druckveränderung überprüft werden. Die Prüfeinrichtung ist hierzu an eine Druckluftversorgung angeschlossen, um die Brennstoffleitung bei der Prüfung mit einem Prüfdruck beaufschlagen zu können. Die besagte Prüfeinrichtung besitzt in der Zuleitung für die Prüfluft mindestens ein Ventilelement zum Sperren der Zuleitung. Zusätzlich ist entweder ein Druckmesser oder ein Element zur Durchflussüberwachung vorgesehen. Es können auch beide vorstehend genannten Prüfmittel vorgesehen sein.
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Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung ist, dass der Installationsaufwand auch bei einer Nachrüstung relativ gering ist. Der Aufbau ist bewusst einfach und vorzugsweise auch kompakt gehalten, um die Gefahr von Montagefehlern zu reduzieren.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand des in der einzigen Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Die Abbildung zeigt eine Brennstoffleitung BSL durch die flüssiger Brennstoff BS, insbesondere Öl, in Richtung des eingezeichneten Pfeils einer Brennerlanze einer Feuerungsanlage zugeführt wird. Der Brennstoff steht unter einem Druck von beispielsweise 20 bar. Er ist über eine Sicherheitsabsperreinrichtung verschließbar, die zwei Schnellschlussventile QSV1 und QSV2 umfasst. Ferner zeigt die Abbildung eine Dampfleitung DL, die ebenfalls zur Feuerungsanlage führt. Die Dampfleitung DL ist über ein Dampf-Schnellschlussventil ASV geschlossen.
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Die Abbildung zeigt ferner eine Druckluftversorgung DLV, welche den notwendigen Steuerdruck zur Betätigung der Schnellschlussventile QSV1, QSV2 sowie des Dampfschnellschlussventils ASV bereitstellt. Die Druckluftversorgung DLV versorgt aber auch ein Ausblaseventil PV in der Dampfleitung. Alle genannten Ventile werden von einer Brennersteuerung BMS gesteuert.
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Bei einem Brennerstart werden durch die Brennersteuerung BMS zunächst die Schnellschlussventile QSV1 und QSV2 geöffnet, indem die zugehörigen Magnetventile MV1 und MV2 unter Strom gesetzt werden. Gleichzeitig ist das Ausblaseventil PV, das mit der Dampfleitung DL verbunden ist, geschlossen, indem das zugehörige Magnetventil stromlos gesetzt wird. Natürlich soll keine Prüfluft in die Brennstoffleitung BSL gelangen. Daher wird durch eine der Brennersteuerung BMS untergeordnete Überwachungseinheit LCS sichergestellt, dass das Schnellöffnungsventil QOV2 der Prüfvorrichtung 1 geschlossen ist. Zugleich wird das Dampfschnellschlussventil ASV in der Dampfleitung DL geöffnet, um den flüssigen Brennstoff BS zu zerstäuben.
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Zum Stoppen des Brenners werden zunächst die Schnellschlussventile QSV1 und QSV2 geschlossen, indem die zugehörigen Magnetventile MV1 und MV2 stromlos gestellt werden. Wichtig hierbei ist, dass das nachgeschaltete Schnellschlussventil QSV2 so eingestellt bzw. gebaut ist, dass es langsamer schließt als das vorgelagerte, erste Schnellschlussventil QSV1. Zum Spülen der Brennerlanze ist es erforderlich, das Dampf-Schnellschlussventil ASV und das Ausblaseventil PV zu öffnen. Diese beiden Ventile werden durch die Brennersteuerung BMS entsprechend angesteuert. Rückschlagventile CV in der Dampfleitung DL bzw. der Brennstoffleitung BSL verhindern das Eindringen von Dampf bzw. Brennstoff in die jeweils von den Rückschlagventilen CV abgeschirmten Bereiche. Das Schnellöffnungsventil QOV2 der Prüfeinrichtung 1 ist währenddessen geschlossen.
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Das Magnetventil MV3 ist mithin stromlos. Das heißt, der Bereich zwischen den beiden Schnellschlussventilen QSV1 und QSV2 in der Brennstoffleitung BSL wird nicht gespült. Das Ausblasen der Brennstofflanze dauert circa 30 Sekunden. Anschließend wird das Ausblaseventil PV geschlossen, indem das zugehörige Magnetventil stromlos gesetzt wird. Gleiches gilt für das Dampfschnellschlussventil ASV.
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Nach Beendigung des Ausblaseprogramms kann durch die Brennersteuerung oder auch manuell die Dichtheitsprüfung gestartet werden, indem ein entsprechendes Signal über eine Datenleitung L an die Überwachungseinheit LCS gegeben wird. Die Brennersteuerung gibt dieses Signal nur, wenn die Schnellschlussventile QSV1 und QSV2 geschlossen sind. Das ist der Fall, wenn die Magnetventile MV1 und MV2 stromlos sind. Die Überwachungseinheit LCS ist wiederum über Steuer- und Datenleitungen L1 mit der Prüfeinrichtung 1 verbunden.
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In der ersten Phase der Dichtheitsprüfung wird der Bereich der Brennstoffleitung BSL zwischen den Schnellschlussventilen QSV1, QSV2 hinsichtlich eines Druckanstiegs überwacht. Das erfolgt mittels eines Druckmessmittels insbesondere in Form eines Druckschalters PS. Bei Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes gibt die Überwachungseinheit LCS das Signal Störung aus bzw. leitet dieses über die Datenleitung L an die Brennersteuerung BMS weiter. Steigt der Druck nicht über den Grenzwert, kann daraus geschlossen werden, dass das erste Schnellschlussventil QSV1 dicht ist.
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Nun erfolgt die Überprüfung des zweiten Schnellschlussventils QSV2. Hierzu wird das Magnetventil MV3 angesteuert, so dass über die Druckluftversorgung Druckluft in den Zwischenraum zwischen den Schnellschlussventilen QSV1 und QSV2 einströmen kann. Der vorher herrschende Druck p2 in diesem Bereich wird auf einen Prüfdruck p4 > p2 angehoben. Der Prüfdruck p4 ist aber kleiner als der Druck p1 des flüssigen Brennstoffs BS in dem Bereich vor dem ersten Schnellschlussventil QSV1. Gleichzeitig ist der Druck p4 größer als der Druck p3 in dem Bereich der Brennstoffleitung BSL hinter dem zweiten Schnellschlussventil QSV2. Der Druck p1 kann zum Beispiel 10 bar betragen, während der Prüfdruck p4 6 bar beträgt und der Druck p3 in der Brennerlanze bei 0 bar liegt. Durch diese Druckdifferenzen wird sichergestellt, dass in der zweiten Sequenz der Dichtheitsprüfung nur das Schnellschlussventil QSV2 überprüft wird. Die Befüllungszeit kann im Bereich von Sekunden liegen. Während dieses Zeitraums kann die Durchflussmenge mittels eines Elements zur Durchflussüberwachung FCE überwacht werden. Die Überwachungseinheit LCS greift das Signal des Elements zur Durchflussüberwachung FCE ab und wertet aus, ob während eines Prüfungszeitraums Druckluft nachströmt und dabei bestimmte Grenzwerte (gemessen z. B. in Liter/Stunde) überschritten werden. Werden die Grenzwerte eingehalten, ist das Schnellschlussventil QSV2 dicht.
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Alternativ kann das Schnellöffnungsventil QOV2 in der Zuleitung für die Druckluft ZLD geschlossen werden und der Druckverlauf beobachtet werden. Fällt der von dem Druckmessmittel PS gemessene Druck zu stark ab, ist das Schnellschlussventil QSV2 undicht. Das Ergebnissignal der Prüfung lautet in dem Fall "Störung" und wird an der Überwachungseinheit LCS angezeigt und über die Signalleitung L an die Brennersteuerung BMS weitergegeben.
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Nach Beendigung des Prüfvorgangs kann der Zwischenraum zwischen den beiden Schnellschlussventilen QSV1 und QSV2 entlüftet werden und dann das Signal "Ende Prüfsequenz" an die Brennersteuerung BMS weitergegeben werden. Zum Entlüften reicht es, das Schnellschlussventil QSV2 kurz anzulüften. Dieser letzte Schritt der Entlüftung ist allerdings nicht zwingend erforderlich, da der Prüfdruck p4 niedriger ist als der Druck des flüssigen Brennstoffs p1.
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Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass die Dichtheitskontrolle mit dem Medium Luft durchgeführt wird und eine komplette Entlüftung des Prüfraumes nicht erforderlich ist. Ein weiterer Vorteil wird darin gesehen, dass die Überwachungseinheit LCS zur Dichtheitskontrolle ohne Eingriff in die Brennersteuerung BMS zusammen mit der Prüfeinrichtung 1 als nachrüstbare Einheit in bestehende Anlagen eingliederbar ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Prüfeinrichtung
- ASV
- Dampfschnellschlussventil
- BL
- Dampfleitung
- BMS
- Brennersteuerung
- BS
- Brennstoff
- BSL
- Brennstoffleitung
- CV
- Rückschlagventil
- DL
- Dampfleitung
- DLV
- Druckluftverteilung
- FCE
- Element zur Durchflussüberwachung
- L
- Datenleitung
- L1
- Steuer- und Datenleitung
- LCS
- Überwachungseinheit
- MV1
- Magnetventile
- MV2
- Magnetventile
- MV3
- Magnetventile
- PS
- Druckmessmittel
- PV
- Ausblaseventil
- p1
- Druck
- p2
- Druck
- p3
- Druck
- p4
- Druck
- QOV2
- Schnellöffnungsventil
- QSV1
- Schnellschlussventile
- QSV2
- Schnellschlussventile
- ZLD
- Zuleitung Druckluft
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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