DE3506493A1 - Mehrwegeelektroventil - Google Patents

Description

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EATON S. a.M., 14 boulevard du Bord de Mer, Monaco

Mehrwegeelektroventil

Die Erfindung geht aus von einem Mehrwegeelektroventil mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Hauptanspruchs.

Unter Elektroventil ist nachstehend ein elektromagnetisch zu steuerndes Ventil zu verstehen; derartige Elektroventile sind dazu bestimmt, den von einem Antriebsmotor eines Kraftfahrzeuges gelieferten Unterdruck verschiedenen Geräten und Aggregaten zuzuführen, deren Funktion durch diesen Unterdruck gesteuert werden kann, dessen beträchtliche Betätigungskraft bekanntlich im wesentlichen nach der Öffnung der Ventile verschwindet. Derartige Vorrichtungen und Geräte sind beispielsweise die Klappen, mit denen die Verteilung konditionierter Luft gesteuert wird, Steuerglieder einer schadstoffvermindernden Einrichrichtung, ein Geschwindigkeitsregler, die einfahrbaren Scheinwerfer, die Zentralverriegelung der Fahrzeugtüren, die Motor- und die Kofferhaube und ähnliches.

Derartige bekannte Elektroventile tragen einerseits einen Anschlußstutzen für das zu steuernde Gerät, der in die Ventilkammer einmündet und dem kein Ventilverschluß^lied zugeordnet ist, andererseits weisen sie Anschlußstutzen auf, von denen der erste mit einer Unterdruckquelle verbindbar ist, während der andere in den Außenraum oder in ein zweites gleiches Elektroventil einmündet, das mit dem ersten in Serie geschaltet ist, wobei einer der beiden letztgenannten Anschlußstutzen offen ist, während der andere abgesperrt ist und umgekehrt. Hier-

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durch ergibt sich, daß das zu steuernde Gerät ständig entweder mit dem Unterdruck des Motors oder mit der Außenatmosphäre verbunden ist bzw. mit einem anderen ähnlichen System in Verbindung steht, das durch den herrschenden Unterdruck gesteuert ist, wobei dies mit dem allgemeinen Ausdruck "Belüftungszone" bezeichnet ist.

Im allgemeinen sind diese beiden Anschlußstutzen koaxial in den beiden im Abstand zueinander befindlichen Stirnflächen des Ventilgehäuses oder der Ventilkammer angeordnet, wobei das abwechselnde Absperren und öffnen der beiden Anschlußstutzen im wesentlichen durch das axiale Hin- und Herbewegen des Ankers eines Elektromagneten gesteuert wird, dessen Spule sich ebenso wie der Anker im Inneren dieser Ventilkammer befindet, und der Anker an jedem Ende einen die Dichtung bildenden Wulst aus weichem Material trägt, während das zur Verbindung mit der Unterdruckquelle gehörige Ende des Ankers in der Ruhestellung durch eine Rückholfeder gegen den Ventilsitz gedrückt ist, der von der Einmündung des entsprechenden Anschlußstutzens gebildet ist, wohingegen der andere Anschlußstutzen geöffnet bleibt, solange nicht der Elektromagnet erregt wird. Wenn hingegen der Benutzer ein der oben als Beispiel erwähnten Einrichtungen in Gang setzen will, betätigt er den die Erregung des Elektromagneten steuernden Schalters, was die axiale Verschiebung des Ankers entgegen die Kraft der erwähnten Feder hervorruft und dazu führt, daß eine strömungsmäßige Verbindung zwischen der Unterdruckquelle und der besagten Einrichtung zustandekommt, während gleichzeitig die Belüftung mittels des anderen Wulstes, der aus einem eine Dichtung bildenden Material besteht, abgesperrt wird,

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wobei sich der Wulst an dem Sitz dieser Belüftungsöffnung anlegt.

Derartige Ventile sind sehr einfach und ihre Benutzung ist weit verbreitet. Indessen weisen sie jedoch noch bestimmte Nachteile auf.

Zunächst ist bisher bei diesen Ventilen die erwähnte Rückholfeder um den Anker herum und damit im Inneren der Spule angeordnet, was die Kraftwirkung der Spule vermindert und insgesamt die Abmessungen vergrößert.

Zweitens muß das Material für die beiden erwähnten Dichtungen unter derzeit sehr teuren Elastomeren ausgewählt werden, da die Dichtungen erhebliche Beanspruchungen aushalten müssen, nämlich chemische (Korrosion), physikalische (erhöhte Temperaturunterschiede) und mechanische (infolge des Aufliegens schräger Flächen auf praktisch in Ebenen liegenden ringförmigen Öffnungen); zusätzlich ist es obendrein erforderlich, je Ventil zwei derartige Dichtungen vorzusehen, was je Elektroventil die erforderliche Menge dieses Materials verdoppelt.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein hinsichtlich der Materialkosten und der Außenabmessungen verbessertes Elektroventil zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das in dem Hauptanspruch gekennzeichnete Elektroventil gelöst. Infolge dieser erfindungsgemäßen Umgestaltung ist bei dem Elektroventil der Raum, in dem sich der Elektromagnet befindet, genauer gesagt die Ventilkammer, von der Steuerkammer getrennt, in die die drei oben erwähnten Anschlußstutzen einmünden, wobei sich

nun die Steuerkammer, die auf einen Raum mit kleineren Abmessungen beschränkt ist, an einem Ende der Spule bzw. des Jochs des Elektromagneten befindet. Eine derartige Anordnung bringt eine Reihe von Vorteilen:

- Der Abstand zwischen der Öffnung für den Unterdruck und die Belüftung wird sehr kurz, so daß eine einzi-

• ge Verschlußdichtung auf dem Ende des den Tauchanker des Elektromagneten verlängernden und in die Steuerkammer hineinreichenden Fortsatzes befestigt werden kann, wodurch diese einzige Verschlußdichtung mit jeder ihrer beiden im Abstand zueinander befindlichen Stirnflächen mit der öffnung des zugehörigen Anschlußstutzens in Eingriff gebracht werden kann, und zwar in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des Elektromagneten. Die bei den bekannten Ventilen notwendigen beiden Dichtungen sind auf diese Weise durch eine kaum größere einzige ersetzt worden, wobei gleichzeitig eine Vereinfachung bei der Herstellung des neuen Ventils und eine wesentliche Einsparung beim Selbstkostenpreis erreicht wird. Andere Vorteile, die sich hieraus ergeben, sind weiter unten ausgeführt.

- Die Rückholfeder kann anstatt im Inneren der Spule angeordnet zu werden, in der besagten Steuerkammer untergebracht werden, und zwar um den Fortsatz herum, nämlich zwischen einer Schulter dieser einzigen Verschlußdichtung und dem Boden, der von einer Stirnseite der Steuerkammer gebildet ist; auf diese Weise wird auch ein Gewinn bei der Magnetkraft des eingeschalteten Ventils erzielt.

- Schließlich sind in dem üblichen Fall, bei dem mehrere derartige Elektroventile parallel zueinander montiert sind und eine gemeinsame Unterdruckquelle existiert, um die verschiedenen Geräte gemäß dem Betriebszustand einer entsprechenden Anzahl von Elektromagneten zu versorgen, sämtliche zugehörigen Spulen in einem einzigen Gestell untergebracht, das sich wiederum in einem einzigen Gehäuse befindet, während die Steuerkammern getrennt oberhalb des Gehäuses angeordnet sind, von dem ebenso viele Steueranschlüsse für die zugehörigen Geräte abgehen, wobei die Stromkreise für das Erregen der Spulen als gedruckte Schaltung auf einer der Seiten des Gehäuses oder auf einer entsprechenden Platine vorgesehen sind, die das für alle Spulen gemeinsame Joch verschließt.

Wohlbemerkt soll in einer entsprechenden Stellung der einen einzigen Verschlußdichtung, die das Ventilver-Schlußglied selbst bildet, die Steuerkammer mit einem Belüftungskanal strömungsmäßig in Verbindung stehen, der sich zwischen den Körper des Tauchankers und der Innenwand der Wicklung befindet. Dieser Strömungskanal kann entweder in eine zur Außenatmosphäre führenden Belüftungsöffnung münden, die vorzugsweise mit einer Abdeckscheibe aus einem eine Packung bildenden Filtermaterial versehen ist, oder sie kann in einem abgedichtet eingesetzten Verbindungsstück oder Verbindungsrohr einmünden, derart, daß das Ventil eine neue Unterdruckquelle für ein zweites gleichartiges Ventil bildet, das in Serie hinter dem ersten angeordnet ist.

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Um eine zu schnelle Abnutzung der einzigen Verschlußdichtung zu vermeiden, weist diese vorzugsweise ein verhältnismäßig gering geneigtes Profilart, bezooen auf die Ebene jeder Öffnung, mit der die Verschlußdichtung zusammenwirkt, obwohl sie dennoch eine Führung für die sie umgebende Feder bildet.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 ein axial geschnittenes Elektroventil gemäß der Erfindung bzw. gleichzeitig einen vertikal geschnittenen Block mit sieben derartigen Elektroventilen,

Fig. 2 ein abgewandeltes Elektroventil nach Fig. 1 in einer Teilansicht,

Fig. 3 den in Fig. 1 vertikal geschnitten veranschaulichten Block aus sieben Elektroventilen gemäß der Erfindung in einer Ansicht von oben,

Fig. 4 den Block nach Fig. 3 in einer Seitenansicht,

Fig. 5 eine Platine mit einer gedruckten Schaltung, wie sie in Fig. 1 erscheint und

Fig. 6 die in dem Elektroventil angeordnete einzige Verschlußdichtung gemäß der Erfindung in einem vergrößerten Maßstab.

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In Fig. 1 ist ein aus Kunststoffmaterial gespritztes Gehäuse 1 veranschaulicht, in dem ein Elektromagnet angeordnet ist, der einen Tauchkolben 4 enthält und eine in einem zweiteiligen Eisenjoch angeordnete Spule 2 aufweist, wobei das Joch ein Winkelstück 3 sowie eine Platte 3¹ enthält. Die Spule 2 ist gegen das Eisenjoch 3-3" mittels eines einen Kragen 6 tragenden Spulenkörpers 5 aus Kunststoffmaterial isoliert, wobei der Kragen 6 durch eine in einer oberen Stirnseite 7 des Gehäuses 1 vorgesehene Öffnung hindurchführt, um in eine Ventil- oder Steuerkammer 8 hineinzuragen, die oberhalb des Gehäuses 1 angeordnet ist. Die Abdichtung zwischen dem Kragen und der Steuerkammer 8 erfolgt mittels eines Dichtungsrings 9.

Diese Steuerkammer 8 trägt drei Anschlüsse. Zunächst ist sie mittels einer oberen öffnung 10 mit einer Unterdruckquelle eines Verbrennungsmotors verbunden. Bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel eines Blocks mit sieben Ventilen sind die Öffnungen 10 sämtlicher Steuerkammern 8 an eine Sammelleitung angeschlossen, die mittels einer Platte 12 verschlossen ist und ihrerseits über einen einzigen Stutzen 13 mit der Unterdruckquelle des Verbrennungsmotors verbunden ist.

Zweitens steht die Steuerkammer 8 mit einem Anschluß-Stutzen 15 mit einer zu steuernden Vorrichtung oder einem zu steuernden Gerät in Verbindung. Bei dem Ausführungsbeispiel des sieben Ventile enthaltenden Blocks gibt es ebenso viele einzelne Anschlußstutzen 15a, 15b, 15c ... 15g wie Ventile.

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Drittens steht schließlich die Steuerkammer 8 über die zentrale Öffnung 16 des Kragens 6 des Spulenkörpers 5 mit der Belüftungszone in Verbindung, d.h. entweder mit einer in Serie angeordneten ähnlichen Einrichtung (Ausführungsbeispiel der Fig. 1) oder unmittelbar mit dem Außenraum (Ausführungsbeispiel nach Fig. 2).

Im übrigen weist der Tauchanker 4 an seinem oberen Abschnitt einen Fortsatz in Gestalt einer Stange auf, die in einem Kopf 18 endet, der der Befestigung einer weiter unten anhand der Fig. 6 im einzelnen beschriebenen Dichtung 19 dient.

Normalerweise, d.h. wenn der Elektromagnet nicht erregt ist, wird das Dichtstück 19 durch eine Feder gegen die Öffnung 10 gedrückt, wobei die Öffnung 16 freigegeben ist. Umgekehrt, wenn der Elektromagnet erregt ist, wird der Tauchanker 4 entgegen der Wirkung der Feder 20 nach unten angezogen, wobei die Öffnung 16 verschlossen und die Öffnung 10 freigegeben wird.

Die Arbeitsweise der Anordnung ist folgende, wobei die Öffnung 14 ständig frei ist:

In der Ruhestellung, in der der Elektromagnet nicht erregt ist, besteht eine strömungsmäßige Verbindung zwischen der öffnung 14 und der Öffnung 16, d.h. das pneumatische Steuersystem des jeweiligen Gerätes steht mit der Auslaßzone in Verbindung, und zwar in der Weise, daß das entsprechende Gerät selber in Ruhe ist.

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Wenn der Benutzer den Elektromagneten einschaltet, indem er den Steuerknopf für das entsprechende Gerät an dem Armaturenbrett bedient, wird die Öffnung 14 mit der Öffnung 10 strömungsmäßig in Verbindung gebracht, d.h. mit dem Unterdruck des Verbrennungsmotors, wohingegen die Belüftungsöffnung 16 verschlossen wird. Das Steuersystem des Gerätes arbeitet demzufolge unter der Wirkung der Unterdruckenergie, und zwar während der gesamten Zeit, während der dieser Steuerknopf betätigt ist, wohingegen, wenn diese Betätigung unterbrochen wird, das Steuersystem umgehend zu wirken aufhört, um in die vorherige "Ruhestellung" zurückzukehren.

Die Belüftungszone kann auch unmittelbar nach außen führen, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. In diesem Falle ist eine Öffnung 21 in der unteren Seite 22 des Gehäuses 2 mit einer Packung 23 versehen, die aus Schaumstoff hergestellt ist und eine nachgiebige Dichtung bildet. Oberhalb dieser Packung 23 ist ein Stutzen 24 angeordnet. Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 kann auch anstelle der Packung 23 in die Öffnung 21 in Rohrstutzen 24' eingesetzt sein, der durch Krallen oder Vorsprünge 25, die in das Material des Spulenkörpers 5 eindringen, gegen Verschieben gesichert ist. Mittels dieses Rohrstutzens 24' läßt sich eine strömungsmäßige Verbindung zwischen dem Auslaß bzw. der Belüftungsöffnung eines ersten Ventils mit dem Einlaß eines zweiten in Serie angeordneten Ventils herstellen, um beispielsweise abwechselnd mehrere Geräte zu steuern.

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In beiden Fällen ist vorgesehen, daß das durch die öffnung 16 einströmende Gas durch die Öffnung 21 herausströmt, wobei es zwischen dem Spulenkörper 5 und dem Tauchanker 4 vorbeiströmen muß. Um dieses Vorbeiströmen zu erleichtern, erhält der Tauchanker 4 vorteilhafterweise einen polygonalen Querschnitt, beispielsweise einen sechseckigen Querschnitt.

Es ist nunmehr insbesondere auf Fig. 6 Bezug genommen, die in vergrößertem Maßstab den der vorliegenden Erfindung entsprechenden Bereich aus der Fig. 1 zeigt; es ist ersichtlich das in dem Ventilkörper bzw. der Steuerkammer 8, die sich über dem Gehäuse 1 befindet, die eine einzige Dichtung 19 angeordnet ist, die auf dem Kopf 18 der Stange 17 befestigt ist, die wiederum den Tauchkolben 4 bis in diese Steuerkammer 8 verlängert. Diese lediglich eine bzw. einzige Dichtung 19 ergibt eine Reihe von Vorteilen.

Erstens ist diese Dichtung praktisch nicht voluminöser als die Dichtung, wie sie den bekannten Anordnungen entspricht, die jedoch eine zweite, auf der unteren Stirnseite des Tauchankers 4 befestigte Dichtung erfordern, um die Öffnung 21 oder ihr Äquivalent zu verschließen. Unter Berücksichtigung des höheren Preises für das Material, dessen Verwendung für diese Art von Dichtung unumgänglich ist, ist die so bei jedem Ventil erreichte Einsparung wesentlich.

Zweitens ist die in Fig. 6 ersichtliche Gestalt (der Maßstab von Fig. 1 gestattet nicht, diese Form wiederzugeben) insbesondere geeignet, zugleich die Abnutzung der Dichtung an den Beiden Sitzen 10 und 16 zu begrenzen und als Führung für die Feder 20 zu dienen. Tatsächlich hat die Erfahrung gezeigt, daß

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ein stärker konisches Profil, das üblicherweise verwendet wird, um eine Öffnung zu verschließen, dazu neigt, schneller durch die Anlage an einem Sitz abgenutzt zu werden. Gemäß der Erfindung weist aus diesem Grund jede gegenüberliegende Stirnfläche der Dichtung 19 nur eine wenig bombierte Gestalt auf, die eine ausgezeichnete Abdichtung bei sehr langsamer Abnutzung gewährleistet. Im übrigen stützt sich die Feder 20 einerseits an einer Rinaschulter 2 6 am Kopf der Dichtung 19 und andererseits in einer in einem oberen Rand 27 des Kragens 6 befindlichen Nut 26 ab. Bei einer konischen Gestalt des unteren Teils der Dichtung 19 reichen die beiden außenliegenden Widerlager oder Anschläge nicht aus, um eine ausreichende Führung für eine zum Ausknicken neigende Feder sicherzustellen. Eine derartige Führung ist im Gegensatz dazu jedoch bei der Gestalt nach Fig. 6 gewährleistet, die einen unteren Abschnitt aufweist, der über seinen größten Teil zylindrisch ist.

Gemäß der Erfindung ist die Feder 20 ebenfalls in der Steuerkammer 8 untergebracht, anstatt zwischen dem Tauchanker 4 und dem Kopf 24" des Rohrstutzens 24' (Fig. 1) oder des Rohrstutzens 24 (Fiu. 2) einaesetzt zu sein. Die Verluste beim magnetischen Fluß sind auf diese Weise beseitigt, was die Wirksamkeit des Elektromagneten verbessert. Diese Änderung bei der Unterbringung der Feder 20 ist ebenfalls infolge der Gestalt der Dichtung 19 möglich geworden.

Schließlich läßt die Erfindung in gleicher Weise die in den Fig. 3 bis 5 veranschaulichte Gruppenanordnung einer Vielzahl von Ventilen sowie insbesondere einen gemeinsamen elektrischen Teil zu. Wie besonders der Fig. 5 zu entnehmen ist, trägt die Platte 28, die das für

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alle Elektromagneten gemeinsame Joch i-3¹ schließt, die Verdrahtung in Gestalt einer gedruckten Schaltuna, die dazu bestimmt ist, die in in Cffnunaen bei 29a, 29b einzusetzenden Anschlüsse der Spulen 2 mit Steckern wie denen bei 30 zu verbinden, die wiederum auf einem Abschnitt 32 der Platte 28 angeordnet sind und sich in einem Gehäuse 31 außerhalb des Gehäuses 1 befinden, so daß das gleichzeitige Anstecken sämtlicher Verbindungen mit den Schaltern der Geräte ermöglicht ist, die von den solchermaßen fruooierten Ventilen zu steuern sind.

Bei diesem Ausf ührungsbeisrJiel erfolgt, wie ersichtlich, das Schließen des Gehäuses 1 mittels einer angeschraubten Kappe. Selbstverständlich kann auch jedes andere Verfahren verwendet werden, insbesondere das Verschweißen mittels Ultraschall eines in zugehörige Aufnahmen eingesetzten Randes.

Die Erfindung betrifft gleichermaßen ein einzelnes Elektroventil, wie eine Gruppe aus mehreren derartigen Elektroventxlen, wobei diese entsprechend dem Wesen des Fluids, d.h. Druck oder Unterdruck, die Quelle für Fluidenergie oder deren Senke darstellen.

BAD ORIGINAL

Claims (6)

1. 3506^93 Patentanwälte Lr.-lng. R. Rüger Dipl.-lng. K. P. Barthelt *

   zügel. Vertreter beim Europuisch&n Patentamt European Patent Attorneys

   Webergasse 3 - Postfach 348 ■ D-7300 Esslingen (Neckar·

   22. Februar 1985 PA 202 baeh

   i<; .Ajsmru

   Patentansprüche

   Mehrwegeelektroventil mit einer drei Fluidanschlüsse aufweisenden Ventilkammer, die einerseits ständig mit einem durch ein Fluid, insbesondere durch Unterdruck in einem Gas, gesteuerten Gerät, andererseits entweder mit einer Quelle für Fluidenergie oder mit einer Belüftungszone bzw. einem Fluidsumpf strömungsmäßig in Verbindunq bringbar ist, wobei der Strömungswea von der Quelle zu der Belüftungszone und umqekehrt von einem Tauchanker eines Elektromagneten gesteuert ist, der durch eine Rückholfeder in Richtunci auf das Verschließen der zur Quelle führenden öffnung zu vorgespannt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilgehäuse eine Steuerkammer (8) mit kleinen Abmessungen aufweist, die außerhalb des Elektromagneten angeordnet ist, in die die drei Fluidanschlüsse (11, 15, 24, 24') münden und in die ein Fortsatz (17) des Tauchankers (4) hineinragt, und daß auf dem Fortsatz (17) die lediglich einzige Verschlußdichtung (19) angeordnet ist, die wahlweise entweder mit der zu der Fluidquelle führenden Öffnuna (10) oder mit dor zu der Belüftungszone führende öffnung (16) in Einariff bringbar ist.

   - 2 BAD ürtiGINAL

   Konten: Deutsche Bank AG Filiale Essljngen Nr. 304 OU (BLZ 611 700 76) Postschuc* Mutlsi.irl 624 Gl Πχ ι (BL^ 6C)O KH .'■';) <!
2. 2. Elektroventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückholfeder (20) ebenfalls in der Steuerkammer (8) angeordnet ist.
3. 3. Elektroventil nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückholfeder (20) um die einzige Verschlußdichtung (19) herum angeordnet ist und sich einerseits an einer Schulter (25) der Verschlußdichtung (19) und andererseits an einem Boden (27) der Steuerkammer (8) abstützt.
4. 4. Elektroventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zu dem Tauchanker (4) koaxiale einzige Verschlußdichtung (19) eine im wesentlichen zylindrische Gestalt aufweist, und daß die im Abstand voneinander befindliehen Stirnflächen der Verschlußdichtung (19) geringfügig sphärisch konvex sind.
5. 5. Elektroventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle für die Fluidenergie der Unterdruck eines Kraftfahrzeugmotors und die zu steuernden Geräte unterschiedliche Zusatzaggregate und Vorrichtungen des Kraftfahrzeugs sind.
6. 6. Anordnung aus Elektroventilen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektromagneten in einem einzigen Gehäuse (1) gruppiert sind, oberhalb dessen die verschiedenen Steuerkammern (8) mit ihren Anschlußstutzen (15a... 15g) zur Verbindung mit den zu steuernden Geräten angeordnet sind, und daß die Quelle für die Fluidenergie an eine einzige Sammelleitung (11) angeschlossen ist.

   BAD OKfGJNAL

   Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet/ daß die Verdrahtung, mittels derer Anschlüsse der Spulen (2) sämtlicher Elektromagneten mit Anschlußsteckern (30) zum Anschluß von Schaltern für die zu steuernden Geräte als eine gedruckte Schaltung ausgeführt ist, die sich auf einer der Seiten des Gehäuses der Elektromagneten befindet.

   BAD OWGlNAL