DE2435256C3 - Servogesteuertes Ventil - Google Patents
Servogesteuertes VentilInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein servogesteuertes Ventil mit einem zwischen einem Einlaß und einem Auslaß
angeordneten Ventilsitz, der durch ein erstes bewegliches Schließteil vers:hließbar ist, dessen dem Ventilsitz
abgekehrte Seite eine Wand einer Steuerkammer bildet, die einerseits über eine Drosselöffnung mit dem Einlaß
Verbunden ist und andererseits über ein Pilotventil mil dem Auslaß verbindbar ist, wobei das Schließteil des
Pilotventils koaxial an einem weichmagnetisehen Magnetanker gehaltert, mittels eines elastischen Elements
in Schließstellung vorgespannt und mittels eines in einer von der Steuerkarnmer durch eine Abschlußwand
getrennten Magnetkaiflmer koaxial zur Bewegungsrichtung
des Schließteils des Piltotventils und in dieser Richtung über ein Druckmittel verschiebbaren
Permanentmagneten entgegen der Wirkung des elasti
schen Elements vom Sitz des Pilotventils abhebbar ist.
Ein derartiges Ventil ist aus dem DE-GM 19 34400 bekannt Bei der einen Ausführungsform dieses
bekannten Ventils ist der den Magnetanker und mithin das Pilotventil öffnende bzw. schließende Permanentmagnet
in der Art eines mittels eines Drehknopfes cin- und ausschaltbaren Spannmagneten ausgebildet. Dabei
ist ein starker Permanentmagnet in einer Ausnehmung zwischen zwei Weicheisenjochen drehbar gelagert, so
in daß diese Joche je nach Lage des Permanentmagneten
diesen entweder gewissermaßen verlängern (Einschaltstellung) oder aber dessen Feld rückführen (Ausschaltstellung).
Die Weicheisenjoche liegen auf einem magnetisierfähigen und magnetisch umpolbaren Zwischenglied
auf, das je nach Stellung des Permanentmagneten dessen Feld in die Steuerkammer weiterleitet
oder aber seinerseits einen Rückschlußpfad für die Weicheisenjoche bildet.
Dieser Ausführungsform haften mehrere Nachteile
Dieser Ausführungsform haften mehrere Nachteile
»n an. Erstens wirkt der Permanentmagnet nur auf
Umwegen, nämlich über die Joche und über das Zwischenglied auf den kolbenförmigen Magnetanker.
Demgemäß muß der Permanentmagnet immer über zwei Luftspalte auf den Anker einwirken, nämlich über
2". einen zwischen dem Permanentmagnet und dem magnetischen Zwischenglied vorhandenen Luftspalt
und einen zwischen diesem Zwischenglied und dem Anker gelegenen Luftspalt. In magnetischen Kreisen
bildet jedoch jeder Luftspalt eine erhebliche Verlust-
Ji) quelle, so daß bei dem bekannten Ventil notwendigerweise
ein sehr kräftiger und damit schwerer Permanentmagnet verwendet werden muß. Zweitens ist bei dem
bekannten Ventil nur eine Betätigung an Ort und Stelle möglich, da eine Fernbetätigung aufgrund des erforder-
r> liehen Verdrehens des Drehknopfes und der Bewegung
des schweren Magneten mit erheblichem technischen Aufwand verbunden wäre, der normalerweise nicht in
Kauf genommen werden kann.
Bei einer /weiten Ausführungsform des bekannten
41! Ventils ist ein Permanentmagnetblock an dem einen
Ende eines in die Magnetkammer eingreifenden, zweiarmigen Hebels befestigt. Das andere Ende des
Hebels ist als herausgeführter Handhebel ausgebildet. Auch hier ist es die weichmagnetische Zwischenplatte.
■ei die unmittelbar auf den Magnetanker wirkt, und zwar
nach dem, ob der Magnetblock sich in ihrer Nähe oder nicht in ihrer Nähe befindet. Bei dieser Ausführungsform
ist der magnetische Wirkungsgrad aufgrund der beiden Luftspalte, insbesondere des Luftspaltes zwisehen
Permanentmagnet und Zwischenplatte, noch schlechter als bei der ersten Ausführungsform. Eine
Fernbetätigung dieser Anordnung dürfte nur dann möglich sein, wenn eine erhebliche Betätigungsenergie
zur Verfügung steht und man bereit ist, einen
Ί5 beträchtlichen Aufwand im Zusammenhang mit der
unmittelbaren Betätigung des .Schwenkmagneten über Hebelgetriebe oder Kabelzüge in Kauf zu nehmen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein servogesteuertes Ventil der eingangs definierten Gutung derart auszubil·
ft» den, daß bei einfachem Aufbau exakte Umschaltvorgänge
auch mit sehr geringer Betätigungsenergie gewährleistet werden können Und das Vemtil somit besonders
zur Fernbetätigung mit einem Mindestmaß an Fremdenergie
geeignet ist.
i»i Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch
gelöst, daß die Steuerkammer mittels einer nichtmagnetischen Abschlußwand von der Magnetkammer ge'
trennt und der Permaneritmagnet in an sich bekannter
Weise ring- oder scheibenförmig ausgebildet ist.
Durch die Trennung der Steuerkammer von der Magnetkammer mittels einer nichtmagneiischen Wand
werden die Luftspaltverluste minimiert, und es wird erreicht, daß der ring- oder scheibenförmig ausgebildete
Permanentmagnet trotz geringer Baugröße ein schlagartiges Anziehen des von ihm nur durch einen einzigen
Luftspalt getrennten Magnetankers bewirken kann. Dieses schlagartige Anziehen entspricht einer Schnappfunktion
des Scniießteils des Pilotventils, und gerade dieser Schnappeffekt ist bei derartigen Ventilen
besonders vorteilhaft.
Weiterhin wirkt sich der verlustarme Betätigungskreis im Zusammenhang mit einer Fernbetätigung
besonders günstig aus, weil bereits ein geringer Druckstoß ausreicht, um den ring- oder scheibenförmigen
Permanentmagneten so weit zu verschieben, daß ein Anziehen des Magnetankers und damit eine
Betätigung des Pilotventils erfolgt. Das servogesteuerte
Ventil nach der Erfindung eignet sich demgemäß besonders gut zur Betätigung mittels schwacher
pneumatischer Impulse.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der Permanentmagnet eine gerade
Anzahl, abwechselnd in entgegengesetzter Richtung magnetisierter Sektoren auf. Derartige Permanentmagneten
sind bekannt. Ihr Einsatz erbringt in dem servogesteuerten Ventil nach der Erfindung besondere
Vorteile, da bei ihrer Verwendung die Konzentration der Magnetfeldlinien im Bereich der Mitte des Ankers
vermieden werden und demgemäß der Magnetanker entsprechend dünn bemessen werden kann, so daß er
unter der Wirkung des Permanentmagneten sehr schnell seine Sättigung erreicht, was eine Optimierung
des Ansprechverhaltens zur Folge hat.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß der Permanentmagnet
auf seiner dem Magnetanker abgekehrten Seite an einer umfangsseitig über den Permanentmagneten
mit einem Randflansch abstehenden Rückschlußplatte befestigt ist, deren Randflansch mit einer in
der Magnetkammer ausgebildeten Schulter ein die andere Endlage der Permanentmagneten definierendes,
ein Aufschlagen des Permanentmagneten auf die nichtmagnetische Abschlußwand verhinderndes Anschlagpaar
bildet.
Zweckmäßigerweise wirkt das Druckmittel auf eine Membran, an der mittig der Permanentmagnet mit der
Rückschlußplatte druckknopiartig befestigt ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Zeichnung
näher erläutert; in der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform. die besonders für kleine Durchflußquerschnitte
geeignet ist,
F i g. 2 einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform für mittlere Durchflußquerschnitte und
F i g. 3 einen Querschnitt durch eine Ausführungsform für praktisch beliebig große Durchflußquerichnitte.
Das in Fig. I dargestellte Ventil 10 besitzt ein aus drei Teilen 12, 13 und 14 aufgebautes Gehäuse 11, Die
drei Gehäuseteile 12 bis 14 sind durch geeignete Mittel, t. B. Spannbolzen, fest aufeinander montiert. Der
Gehäuseteil 14 weist einem zum Anschluß einer Rohrleitung geeigneten Einlaß 15 sowie einen ebenfalls
zum Anschluß einer Rohrleitung geeigneten Auslaß 16 auf. Zwischen dem Einlaß 15 und dem Außlaß 16 ist ein
ringförmiger Ventilsitz Γ/ vorhanden, der von einer ringförmigen Einströmkammer 18 umgeben ist, die
direkt mit dem Einlaß 15 kommuniziert. Andererseits umgibt der Ventilsitz einen abgewinkelten Durchlaß 19,
der in den Auslaß i6 ausmündet
In einer in der Stoßfläche 20 zwischen dem Gehäuseteil 13 und dem Gehäuseteil 14 ausgebildeten
kreisförmigen Nut 21 ist der als Wulst 22 ausgebildete und mithin als Dichtung wirkende Umfangsrand einer
Membran 23 fest eingespannt Der mittlere Bereich
id dieser Membran 23 ist verdickt und wirkt somit als
Schließteil, der mit dem Ventilsitz 17 zusammenwirkt. Die dem Ventilsitz 17 abgekehrte Seite der Membran 23
bildet zusammen mit einer im Gehäuseteil 13 vorhandenen Ausdrehung 25 eine Steuerkammer 24. Diese
ti Steuerkammer ist einerseits über eine in der Membran
ausgebildete kleine Drosselöffnung 26 mit dem Einlaß 15 des Ventils verbunden. Im weiteren ist im zentralen
Bereich der Membran 23 eine durchgehende, sogenannte Pilotöffnung 27 vorhanden, deren eines Ende direkt in
JIi den DurchlaG 19 mündet, während deren anderes Ende
in der in F i g. 1 dargestellten Stellung . us Ventils durch
ein .Schlieüteil 28 verschlossen ist. Das i.jhließteil 28
besitzt etwa die Form eines Nietes, der in einem tellerförmigen Magnetanker aus weichmagnetisrhem
r, Material befestigt ist. Der Außendurchmesser des Magneta-kers 29 entspricht beinahe dem Innendurchmesser
der Ausdrehung 25, mithin der Steuerkammer 24. Auf dem Boden einer im Magnetanker 29
ausgebildeten Delle 30 ist das eine Ende einer als
in elastisches Element wirkenden Druckfeder 31 abgestützt,
deren anderes Ende auf der der Membran 23 gegenüberliegenden Abschlußwand 32 der Steuerkammer
24 abgestützt ist.
Diese Abschlußwand 32 besteht aus nichtmagneti-
r, schem Material und bildet zugleich den Boden einer
weiteren, im Gehäuseteil 13 ausgebildeten Magnetkammer 33. Die Magnetkammer 33, die über eine
Entlüftungsöffnung 34 mit der Umgebung verbunden ist, ist durch eine weitere Membran 35 abgeschlossen, deren
in wiederum als Wulst 36 ausgebildeter Umfangsrand in
einer an der Oberkante des Gehäuseteils 13 ausgebildeten,
kreisförmigen Nut 37 angeordnet und durch die darauf passende Stoßfläche 38 des Gehäuseteils 12
festgeklemmt ist. In ihrem mittleren Bereich ist die
r. Membran 35 wiederum verdickt und trägt in ihrer Mitte
einen angeformten Knopf 39. Dieser Knopf 39 greift durch die zentrale Bohrung 40 einer napfförmigen
Rückschlußplatte 41, die mithin durch den Knopf 39 formschlüssig mit der Membran 35 verbunden ist. In der
v\ öffnung der Rückschlußplatte 41 ist ein ringförmiger
Permanentmagnet 42 befestigt, z. B. verklebt, der in Axialrichtung magnetisiert ist. Wie die Buchstaben N
und 5 in den F i g. 2 und 3 ~u erkennen geben, ist jedoch diese a-.ia!e Magnetisierung des ringförmigen Perma-
>■> nentmagneten 42 im Umfangsinne nicht überall gleichgerichtet. Vieimehr weist der ringförmige
Permanentmagnet 42, magnetisch gesehen, eine gerade Anzahl Ringsektoren auf, wobei die Magnetisierungsrichtung des einen Sektors zwar nach wie vor axial, aber
w) entgegengesetzt zu der Magnetisierungsrichtung des
benachbarten Sektors verläuft.
In der öffnung des ringförmigen Permanentmagneten 42 ist eine Druckfeder 47 angeordnet, die mit ihrem
einen Ende auf der Abschlußwand 32 abgestützt ist, und
iii mit ihrem anderen Ende die Rückschlußplatte 41 und
damit die Membran 35 und den Permanentmagneten 42 gegen den Gehäuseteil 11 hin drängt.
Dieser Gehäuseteil Il begrenzt: zusammen mit der
Dieser Gehäuseteil Il begrenzt: zusammen mit der
dem Permanentmagneten 42 abgekehrten Seite der Membran 35 eine weitere Magnetkammer 33', die über
einen am Gehäuseteil 11 angeformlen Anschlußstutzen 43 mit einer Druckleitung 44 verbunden ist, die ihrerseits
in der Kammer eines pneumatischen Tasters 45 mit Membranblase 46 endet.
Die Wirkungsweise des in Fig. 1 in geschlossener Stellung dargestellten Ventils 10 ist folgende: Wird die
Membranblase 46 des Tasters 45 gedrückt, entsteht in der Druckleitung 44 und damit in der Magnetkammer
33' ein Druckstoß, der auf die gesamte Fläche der Membran 35 wirkt. Dadurch wird diese und mit ihr die
Rückschlußplatte 41 sowie der Permanentmagnet 42 entgegen der Wirkung der Druckfeder 47 zur
Abschlußwand 32 hin gedrängt. Dadurch erhöht sich die im Bereich des Magnetankers 29 wirksame magnetische
Feldstärke beträchtlich, so daß der Magnetanker 29 unter Überwindung der von der Feder 31 ausgehenden
nachfolgende Beschreibung auf die wesentlichen Unterschiede beschränken kann.
Da, wie bereits erwähnt, die Ausführungsform der Fig. 2 für größere Durchflußquerschnitte bemessen ist,
ist auch der Durchmesser des Ventilsitzes 17 größer als
bei der Ausführungsform der Fig. 1. Dementsprechend ist der mittlere Bereich der Membran 23 auf eine
Versteifungsplatte aufgestülpt, die den mittleren Bereich der Membran 23 versteift. Die Versteifungsplatte
48 weist etwa denselben Außendurchmesser wie der Magnetanker 29 auf. d. h. sie ist mil geringem Spiel in
der Steuerkammer 24 auf und ab verschiebbar. Die Pilotöffnuiig 27 in der Membran 23 ist durch einen
Durchlaß 49 fortgesetzt, der in einer kleinen Erhebung 50 in der Versteifungsplatte endet. Diese Erhebung 50
bildet auch den Sitz für das Schließteil 28, das wie bisher wie ein Niet eine zentrale Bohrung im Magnetanker 29
durchgreift. Bei dieser Ausführungsform ist der
Kraft in Richtung suf die Abschlußwand 32 hin Wagp.etanker 29 flach ausgefüh't. dagegen besitz·, die
angezogen wird. In dieser Stellung bleibt der Magnetanker, solange der Permanentmagnet ebenfalls an der
Abschlußwand 32 anliegt, d. h. solange das Druckgefälle zwischen der Magnetkammer 33' und der Magnetkammer
33 zusammen mit der gegenseitigen Anziehungskraft Permanentmagnet 42 — Magnetanker 29 die Kraft
der Feder überwindet. Bei abgehnbenem Magnelanker 29 ist auch der Schließteil 28 der Pilotöffnung 27
abgehoben, d. h. über die Pilotöffnung 27 steht die Steuerkammer 24 mit dem Auslaß in direkter Verbindung.
Dadurch fällt der Druck in der Steuerkammer 24, der bis dahin wegen der Drosselstelle 26 dem Druck am
Einlaß 15 entsprach, plötzlich ab, der Druck in der Einströmkammer 18 überwiegt damit den Druck in der
Steuerkammer 24, und die Membran 23 wird vom Ventilsitz 17 abgehoben. Damit ist das Ventil offen und
bleibt offen, solange der Druck der Feder 31 nicht auf die Membran 23 wirksam wird, d. h. solange der
Magnetanker 29 angezogen bleibt. Es ist zu beachten, daß bei offenem Ventil das Druckgefälle zwischen dem
Einlaß 15 bzw. der Einströmkammer 18 und dem Durchlaß 19 bzw. dem Auslaß 16 sehr gering ist. Dies hat
zur Folge, daß selbst bei angehobenem Magnetanker 29 und angehobener Membran 23, d.h. bei wieder
verschlossener Pilotöffnung 27, der von der Steuerkammer 24 auf die Rückseite der Membran 23 ausgeübte
Druck nicht ausreicht, diese wieder in Schließstellung zu bewegen. Allenfalls können Druckstöße, soweit sie von
der Drosselstelle 26 durchgelassen werden, ein kurzzeitiges und geringes Abheben der Membran vom
Schließteil bewirken, was aber wieder zu einem sofortigen Druckausgleich führt
Aus dem Gesagten ergibt sich, daß das dargestellte, indirekt gesteuerte Ventil keinerlei Energiequelle für
den Steuerkreis bedarf, wenn man vom Druck auf den pneumatischen Taster 45 absieht Außerdem wirkt die
vom Permanentmagneten 42 ausgehende magnetische Feldstärke hauptsächlich auf die periphere, kreisringförmige
Fläche des Magnetankers 29, und in diesem verlaufen die magnetischen Feldlinien praktisch als zum
Umfang des Magnetankers 29 konzentrische Kreisbogen. Dadurch ergibt sich nicht nur eine durch
magnetische Kräfte verursachte Bewegung, sondern auch gewissermaßen eine magnetische Führung des
Magnetankers 29.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausfflhrungsform sind
die Bestandteile, die ihr funktionell entsprechendes Gegenstück in der Ausführungsform der F i g. 1 haben,
mit denselben Bezugsziffern bezeichnet, so daß sich die Abschlußwand 32 eine Delle 51. die einerseits zur
Aufnahme der Druckfeder 31 und andererseits zur Führung der Druckfeder 47 dient. An der die zwei
Magnetkammern 33 und 33' voneinander trennenden Membran 35 ist die wiederum napfförmig jedoch mit
2) einem abstehenden Randflansch 52 ausgebildete Rückschlußplatte
41 mittels eines Stiftes 53 in einer zentralen, nabenartigen Verdickung der Membran 35 befestigt.
Beim Beaufschlagen der Oberseite der Membran 35 mit einem Druckimpuls spielen sich dieselben Vorgänge
ab, wie anhand der Fig. 1 beschrieben, mit dem Unterschied, daß der ringförmige Permanentmagnet 42
nicht zur unmittelbaren Auflage auf die Abschlußwand 32 gelangt. Vielmehr ist es der Randflansch 52 der
Rückschlußplatte 41, der zum Aufliegen auf eine in der Magnetkammer 33 ausgebildeten Schulter 54 gelangt.
Bei der in F i g. 3 dargestellten Ausführungsform sind wiederum die sich funktionell entsprechenden Bestandteile
mit denselben Bezugsziffern bezeichnet wie in den Fig. 1 und 2. Der wesentliche Unterschied besteht bei
dieser Ausführungsform darin, daß die Drosselstelle (Öffnung 26 in den F i g. 1 und 2) sowie die Pilotöffnung
27, 49 nicht in der Membran 23 selbst ausgebildet sind. Bei dieser Ausführungsform ist die Steuerkammer in
zwei Abteile 24' und 24" ausgebildet, wobei das Abteil 24' im Gehäuseteil 14 angeordnet ist und das Abteil 24"
im wesentlichen im Gehäuseteil 13. Diese beiden Abteile sind miteinander durch einen durch das Gehäuseteil 14
und durch ein Zwischenteil 55 zwischen dem Gehäuseteil 13 und 14 durchgehende Durchlaß 56,57 verbunden.
w Vom Durchlaß 56 zweigt eine sich erweiternde Bohrung
, 58 ab, die mit einem Stopfen 59 verschlossen is' Der Stopfen 59 trägt einen Einsatz, der einen von einer
Filterhülse 60 umgebenen Kern 61 aufweist Im Kern 61 ist ein Durchlaß 62 vorhanden, von dem die bezüglich
ihres Durchlaßvermögens mittels einer Stellschraube 63 regulierbare Drosselbohrung 26 ausgeht. Diese Drosselbohrung
26 mündet in das Ende der genannten Bohrung 58, die vom Durchlaß 56 ausgeht Von der Seite der
Bohrung 58 dagegen geht ein direkt in den Einlaß 15
mi führender Durchlaß 64.
Die Pilotöffnung 27, 49 ist, wie in Fig.3 dargestellt,
im Zwischenteil 55 ausgebildet und führt in einen weiteren Durchlaß 65, der oberhalb des Abteils 24'
hinweg und direkt in den Auslaß 16 mündet
ι-· Die bei dieser Ausführungsform undurchlässige
Membran 23 ist durch eine schwache Druckfeder 66, die
auf einem in der Mitte der Membran 23 festgeschraubten Teller 67 abgestützt ist. auf den Ventilsitz 17
vorgespannt. Die Druckfeder 66 ist deswegen notwendig,
weil die auf den Anker 29 wirkende Druckfeder 31 infolge des Zwischenteils 55 nicht auch auf die Membran
23 wirken kann.
Der übrige Aufbau der Ausführungsform der Fig.3
ist weitgehend zu jenem der Ausführungsform 2 identisch. Namentlich sind sämtliche in den Gehäuselei·
led 12 und 13 vorhandenen Bestandteile gleich bemessen und gleicher Art wie die entsprechenden
Bestandteile bei der Ausführungsforrn der F i g. 2, so daß sich deren Beschreibung an dieser Stelle erübrigt.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Servogesteuertes Ventil mit einem zwischen einem Einlaß und einem Auslaß angeordneten
Ventilsitz, der durch ein erstes bewegliches Schließteil verschließbar ist, dessen dem Ventilsitz abgekehrte
Seite eine Wand einer Steuerkammer bildet, die einerseits über eine Drosselöffnung mit dem
Einlaß verbunden ist und andererseits über ein Pilotventil mit dem Auslaß verbindbar ist, wobei das
Schließteil des Pilotventils koaxial an einem weichmagnetischen Magnetanker gehaltert, mittels
eines elastischen Elements in Schließstellung vorgespannt und mittels eines in einer von der
Steuerkammer durch eine Abschlußwand getrennten Magnetkammer koaxial zur Bewegungsrichtung
des Schließteils des Pilotventils und in dieser Richtung über ein Druckmittel verschiebbaren
Permanentmagneten entgegen der Wirkung des elastischen Klements vom Sitz des Pilotventils
abhebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkammer (24) mittels einer nichtmagnetischen
Abschlußwand (32) von der Magnetkammer (33, 33') getrennt und der Permanentmagnet
(42) in an sich bekannter Weise ring- oder scheibenförmig ausgebildet ist.
2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (42) eine gerade
Anzahl, abwechselnd in entgegengesetzter Richtung magnelisierter Sektoren (N. S) aufweist.
3. Ventil n„jh einem der Ansprüche 1 oder 2.
dadurch gekennzeichne.', daß d — Permanentmagnet (42) auf seiner dem Magpetanker (29) abgekehrten
Seite an einer umfangsseitij* üb.:· den Permanentmagneten
(42) mit einem Randflansch (52) abstehenden Rückschlußplatte (41) befestigt ist, deren
Randflansch (52) mit einer in der Magnelkammer (33, 33') ausgebildeten Schulter (54) ein die andere
Endlage des Permentmagneten (42) definierendes, ein Aufschlagen des Permanentmagneten (42) auf
die nichtmagnetische Abschlußwand (32) verhinderndes Anschlagpaar bildet.
4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmittel auf eine Membran (35)
wirkt, an der mittig der Permanentmagnet (42) mit der Rückschlußplatte (41) druckknopfartig (39, 40)
befestigt ist.
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