WO2002095241A1 - Vorrichtung und verfahren zur pneumatischen steuerung und regelung von druckmittelströmen - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur pneumatischen steuerung und regelung von druckmittelströmen Download PDF

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WO2002095241A1
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channel
pneumatic control
regulating device
slide element
valve piston
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Bertram Bauer
Daniel Konrad
Jens Schrader
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Robert Bosch Gmbh
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    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F15B13/02—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors
    • F15B13/04—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor
    • F15B13/0401—Valve members; Fluid interconnections therefor
    • F15B13/0402—Valve members; Fluid interconnections therefor for linearly sliding valves, e.g. spool valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T137/00—Fluid handling
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    • Y10T137/2544—Supply and exhaust type
    • Y10T137/2554—Reversing or 4-way valve systems

Definitions

  • the invention relates to a control device. and regulation of pressure medium flows or of a method for controlling and regulating pressure medium flows.
  • Pneumatic control and regulating circuits are used in a variety of technical applications.
  • EP 0 812 743 B1 which describes a pressure-operated windshield wiper motor.
  • the wiper motor of EP 0 812 743 B1 has a double-acting working cylinder in which two piston surfaces are pressurized against each other. Depending on the position of the drive, a reversing slide feeds the pressure medium in the area of the outer end positions of the piston surfaces and switches through for ventilation in the area of the inner end positions of the piston surfaces.
  • the two pistons or piston surfaces are coupled via a mechanical connection and provided with a rack.
  • the rack engages with a rotary drive, so that the linear movement between the two outer end positions of the piston surfaces is converted into a rotary movement for wiper actuation via the rotary drive.
  • a so-called reversing slide is used for reversing, i.e. reversing the rotary movement as soon as one of the end positions is reached.
  • This is a valve in which the valve spool is also operated in a double-acting manner analogous to the double-acting working cylinder. In relation to the movement of the double-acting working cylinder, the reversing slide executes movements in the opposite direction.
  • a pneumatically controlled seat for a vehicle is known from US Pat. No. 4,655,505, which makes it possible to vary the pressure distribution of the seat for the driver.
  • This device comprises a plurality of flexible air chambers integrated in the seat of the vehicle, which are connected to an air pump and a pressure sensor via a corresponding number of connecting means. Each connecting means comprises a valve, the electronic about ' "control means, which evaluate the signal of the pressure sensor can be driven.
  • the combined, pneumatic and electrical circuitry of this device allows, due to the large number of valves, to build up defined pressures in the individual air chambers of the seat, thus increasing both the comfort of the seat and taking account of longitudinal or lateral accelerations of the vehicle.
  • the device of US Pat. No. 4,655,505 allows the pressure in each individual air chamber to be varied continuously over time, so that an optimized pressure distribution can be set or the driver experiences a massage effect through an oscillating change in the pressure conditions in the air chambers.
  • the device according to the invention with the features of claim 1 and also the method according to the invention according to claim 17 has the advantage that electrical or electronic components can be almost completely dispensed with.
  • the pneumatic circuit according to the invention for regulating the pressure medium flows requires no electrically controlled valves, no pressure sensors and also no computer-controlled control device. Only a compressor or the pump for providing the pressure medium can possibly be designed as an electrically driven pump.
  • a slide element is moved such that an output channel of the pneumatic device is alternately connected to one input channel and the other output channel is simultaneously connected to the venting channel of the device.
  • the respective connection between the one input channel, the respective output channel and the second output channel and the ventilation channel can be established in a simple and elegant manner.
  • the slide element thus acts as an adjustable switch which takes on the assignment of the four channels of the device to one another.
  • Time constant of the alternating movement can be set flexibly. Only when there is a pre-defined pressure in the work area is a sufficiently large restoring force exerted on the valve piston and the associated slide element. The slide element is then moved automatically, so that the alternative
  • the work area of the device according to the invention assigned to the two output channels is part of the valve chamber in which the valve piston moves.
  • the working spaces are closed off from the valve chamber, for example via a membrane, which is connected to the valve piston in the vicinity of one of its ends.
  • These elastic membranes which can advantageously consist of an elastomer, such as rubber or silicone, simply transmit the pressure present in the working chamber to the valve piston.
  • the valve piston can thus be set into an oscillating movement by the relative pressure difference between the working chambers, which drives the slide element controlling the pressure medium accordingly.
  • the valve piston is not freely movable in the valve chamber, but is secured by a counter device.
  • This counter device counteracts the force generated by the pressure difference in the working chambers on the valve piston.
  • the counter device which can be implemented, for example, in the form of a detent spring, thus also allows the internal time constant of the pneumatic device according to the invention Set the control and regulating device in the desired manner.
  • the force which the counter device exerts on the valve piston can be set manually or optionally also automatically, so that the time constant of the oscillating movement of the valve piston can be changed in a simple manner, for example by the driver himself.
  • a cost-effective and lightweight design of the device according to the invention results if it is partially or completely made of plastic.
  • other materials are also possible for the claimed control and regulating device without sacrificing its functionality.
  • control and regulating device is advantageously used when a small compressor for the pressure medium, such as a vane cell compressor or a diaphragm pump, is connected to one input channel and the two output channels are each connected to a flexible air chamber.
  • the control and regulating device according to the invention ensures that one of the air chambers is alternately inflated and the other air chamber is vented at the same time, so that there is an alternating movement of the air chambers if the device according to the invention is only subjected to a constant pressure medium flow.
  • the time constant of this mutual movement is determined solely by the passive means of the device according to the invention and can be varied in a simple and advantageous manner by means of various chokes and counter elements and adapted to the respective requirements. If the device according to the invention includes a pump delivering the pressure medium and the output side
  • Air chambers built into the seat of a vehicle this allows, for example, an advantageous massage effect for the occupants of the vehicle to be achieved without the need for complex electronic circuitry, as in the case of the
  • the method according to the invention allows the control and regulation of pressure medium flows in a simple and advantageous manner solely with pneumatic means.
  • the claimed method enables the simple implementation of the adjustable time constant and adapted delays for the alternating movements solely by means of a pneumatic regulation of the pressure medium flows.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a first exemplary embodiment of a circuit of the inventive pneumatic device for a first end position of the slide elements of the device
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of the first exemplary embodiment of a circuit of the pneumatic device according to the invention for a second end position of the slide elements of the device
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of a second exemplary embodiment of a circuit of the pneumatic device according to the invention for the first end position of the slide elements of the device
  • Figure 4 shows a section through part of an embodiment of the device according to the invention in a first end position of the slide element
  • Figure 5 is a plan view of an embodiment of a channel plate and slider element arranged below the device according to the invention.
  • the schematic circuit of the pneumatic device 10 according to the invention shown in FIG. 1 shows a slide element 12 which connects an input channel 14 of the device to a first output channel 16 and a second output channel 18 to a ventilation channel 20.
  • the ventilation channel 20 does not necessarily have to be at atmospheric pressure. Rather, a closed circuit for the device is also conceivable.
  • An adjustable throttle 15 is connected upstream of the input channel 14.
  • the output channel 16 is connected to a recipient 24 via connecting means 22.
  • the connecting means 22 has, among other things, a metering egg 26 with which the flow through the connecting means 22 is in the desired manner Way can be set.
  • a further connecting means 28 branches off from the output channel 16, which leads via a delay element 29, which in the present exemplary embodiment is implemented by a throttle 30, to a reservoir 34 serving as the first working space 32, which is emptied via a check valve 35 and the connecting means 28 can.
  • the reservoir 32 is in turn coupled to the slide element 12 via a device 37 in terms of printing technology.
  • the second output channel 18 is connected, on the one hand, to a second recipient 42 via connecting means 38 and a throttle 40 and, on the other hand, is coupled to a reservoir 50 serving as a second working space 48 via connecting means 44 and a throttle 46.
  • the supply line to the reservoir 50 also has a delay element 31 and a check valve 47 for venting.
  • the reservoir 50 like the reservoir 34, is coupled to the slide element 12 on the opposite side via a device 39.
  • the slide element 12 has continuous channels 52 in its interior, which mediate the respective connection between the one input channel 14, the two output channels 16 and 18 and the ventilation channel 20 depending on the position of the slide element 12.
  • the mobility of the slide element 12 is regulated by a counter device 54, which is shown schematically in FIG. 1 as an elastic spring 64.
  • the input channel 14 of the device 10 according to the invention is pressurized with a pressure medium, such as air, for example the pressure medium passes through a channel 56 and the throttle 26 into the recipient 24, which is shaped, for example, as an elastic air cushion 58.
  • the air cushion 58 will fill with the pressure medium and will be inflated accordingly.
  • the recipient 42 is connected via a channel 60 to the ventilation channel 20 of the device, so that, for example, atmospheric pressure prevails therein.
  • the air cushion 58 While the air cushion 58 is being inflated, part of the pressure medium flow is supplied to the working space 32 via the connecting means 28 and a correspondingly set throttle 30.
  • the exact setting of the throttle 30 determines the time it takes to fill the working space 32.
  • the working space 32 is connected to the slide element 12, for example, via an elastic membrane 62.
  • the counter device 54 which is indicated in the form of two elastic springs 64 in FIG. 1. If the force exerted on the slide element 12 by the pressure in the working space 32 exceeds the latching force of the slide element 12, the latter is displaced and assumes a position as shown in FIG. 2.
  • the recipient 24 is now connected to the venting channel 20 via a channel 66 in the slide learning t 12, so that the pressure built up in the recipient 24 can escape and the air cushion 58 is thus emptied again.
  • the associated work space 32 is also emptied via the valve 35, the connecting means 28 and the channel 66 in the slide element 12.
  • the recipient 42 which can be a flexible air cushion 68, is in turn connected to the one input channel 14 via a channel 70 and is filled by the pressure medium present there. At the same time, a Part of this pressure medium is supplied to the second working space 48 via the connecting means 44 and the throttle 46.
  • the pressure in the second work space now rises in accordance with the setting of the throttle 46 while the recipient 42 is being pumped up, as has already been described above in an analogous manner for the first work space.
  • a force is thus exerted on the slide element 12 via the device 37, which can also be a membrane 72, for example. If this force is sufficiently large to overcome the latching force of the slide element 12 due to the counter device 54, that is to say that a sufficiently high pressure has built up in the working space 48, the slide element 12 is pushed back into its first position - shown in FIG. 1 - so that the associated air cushion 68 •• ' in turn via the channel 60 of the slide element 12 ' • -. is vented.
  • a system based on this invention in the seat of a vehicle can improve the seating comfort and relieve the spine through the resulting massage effect.
  • the oscillation period of this movement can be set via the setting of the relative throttle sizes, the size of the volumes involved and, not least, also via the delivered pressure medium flow.
  • a small compressor such as a vane pump or a diaphragm pump, can be used for the pneumatic supply of the device.
  • the device is shown in FIG. 3.
  • the pump 78 driven by a motor 76, which is preferably used in the form of an electric motor, acts on the device 10 according to the invention via the adjustable throttle 15 and the inlet channel 14 with the pressure medium, which is preferably air, but can also be a different mixture or gas can.
  • FIG. 3 Exemplary embodiment of the device according to the invention is shown in FIG. 3, monitor a volume 82 which is connected upstream of the input channel 14.
  • the motor 76 driving the pump 78 is controlled via a pressure sensor 84 in the feed line 86 and an associated switch.
  • the pump 78 and the associated motor 76 driving it can be arranged in the immediate vicinity of the pneumatic device 10 or can also be spatially separated by means of corresponding connecting means and thus optionally acoustically decoupled from the vehicle seat.
  • Figure 4 shows a cross section through an embodiment of the pneumatic device according to the invention.
  • the pressure medium passes through the inlet channel 14 and a channel plate 88 to the slide element 12.
  • the slide element 12 is firmly connected to a valve piston 90.
  • the valve piston 90 in turn is arranged in a valve chamber 92.
  • the slide element 12 can be displaced below, that is to say on the side of the channel plate 88 facing away from the input channel or the output channels, so that different openings in the channel plate 88 can optionally coincide with the channels 52 of the slide element 12. This is shown in FIG. 5 in a top view of the channel plate 88.
  • the movable slide element 12 is shown under the channel plate 88.
  • the pressure present at the inlet channel 14 is permanently connected to the valve camera 92.
  • the working space 48 is permanently connected to the outlet channel 18 and the working chamber 33 is permanently connected to the outlet channel 16.
  • the pressure in the working space 32 is vented and increased in the working space 48. This continues until the pressure difference between the two working spaces 48 and 32 is large enough to overcome the adjustable latching force of the counter device 54, which in the exemplary embodiment in FIG. 4 is realized by a prestressed latching spring in the form of a snap ball 94.
  • the counter device 54 can also be implemented, for example, by means of a leaf spring or other counter devices familiar to the person skilled in the art.
  • the system pressure of the counter device can be varied via an adjusting mechanism 96.
  • the differential pressure of the working spaces 48 and 32 causes a resultant force on the flexible membranes 62 and 72, so that the valve piston 90 connected to the membranes is moved against the force of the detent spring 94 and the slide element 12 is moved into the second end position of the device 10.
  • the device according to the invention is not limited to use for the mutual ventilation of air cushions in vehicle seats.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine pneumatische Steuer- und Regelvorrichtung (10) für Druckmittelströme mit einem Eingangskanal (14), mit zwei Ausgangskanälen (16, 18) und mit einem Entlüftungskanal (20) sowie mit einem zwischen diesen Kanälen vermittelnden, in einer Ventilkammer (92) angebrachten Ventilkolben (90) sowie ein Verfahren zur Steuerung und Regelung von Druckmittelströmen. Es wird vorgeschlagen, dass durch einen pneumatisch getriebenen Ventilkolben (92) alternierend, mit einer vorgebbarer Zeitkonstante, jeweils ein Ausgangskanal (16, 18) der pneumatischen Steuer- und Regelvorrichtung (10) mit dem einen Eingangskanal (14) und der anderen Ausgangskanal gleichzeitig mit dem Entlüftungskanal (20) verschaltet ist.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur pneumatischen Steuerung und Regelung von Druckmittelströmen
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Steuerung . und Regelung von Druckmittelströmen beziehungsweise von einem Verfahren zur Steuerung und Regelung von Druckmittelströmen.
Pneumatische Steuer- und RegelSchal ungen werden in einer Vielzahl von technischen Anwendungen benutzt. Beispielhaft sei hier auf die Europäische Patentschrift EP 0 812 743 Bl verwiesen, die einen druckmittelbetriebenen Scheibenwischer- Motor beschreibt.
Der Scheibenwischer-Motor der EP 0 812 743 Bl besitzt einen doppelt wirkenden Arbeitszylinder in dem zwei Kolbenflächen gegeneinander druckmittelbeaufschlagt werden. Ein Umsteuerschieber speist je nach Stellung des Antriebs das Druckmittel im Bereich der äusseren Endlagen der Kolbenflächen ein und schaltet im Bereich der inneren Endlagen der Kolbenflächen zur Entlüftung durch. Die beiden Kolben beziehungsweise Kolbenflächen sind dabei über eine mechanische Verbindung gekoppelt und mit einer Zahnstange versehen. Die Zahnstange wiederum greift auf einen Drehabtrieb ein, so dass die lineare Bewegung zwischen den beiden äusseren Endlagen der Kolbenflächen über den Drehabtrieb in eine Drehbewegung zur Wischerbetätigung überführt wird.
Zur Umsteuerung, das heisst zur Umkehrung der Drehbewegung, sobald eine der Endlagen erreicht ist, wird ein sogenannter Umsteuerschieber verwendet. Hierbei handelt es sich um ein Ventil, bei welchem der -VentilSchieber analog zum doppelt wirkenden Arbeitszylinder ebenfalls doppelt wirkend betätigt wird. Der Umsteuerschieber führt, bezogen auf die Bewegung des doppelt wirkenden Arbeitszylinders, dazu entgegengesetzt Bewegungen aus . Aus der US 4,655,505 ist ein pneumatisch kontrollierter Sitz für ein Fahrzeug bekannt, der es ermöglicht, die Druckverteilung des Sitzes für den Fahrer zu variieren. Diese Vorrichtung umfasst eine Vielzahl von in den Sitz des Fahrzeuges integrierten, flexiblen Luftkammern, die über eine entsprechende Anzahl von Verbindungsmitteln mit einer Luftpumpe und einem Drucksensor verbunden sind. Jedes Verbindungsmittel weist ein Ventil auf, das über '" elektronische Kontrollmittel, die das Signal des Drucksensors auswerten, angesteuert werden kann.
Die kombinierte, pneumatische und elektrische Schaltung dieser Vorrichtung gestattet es durch die Vielzahl der Ventile, definierte Drücke in den einzelnen Luftkammern des Sitzes aufzubauen und so, sowohl den Komfort des Sitzes zu erhöhen, als auch longitudinalen oder lateralen Beschleunigungen des Fahrzeugs Rechnung zu tragen.
Im Besonderen gestattet es die Vorrichtung der US 4,655,505 den Druck in jeder einzelnen Luftkammer zeitlich kontinuierlich zu variieren, so dass eine optimierte Druckverteilung einstellbar ist beziehungsweise der Fahrer durch eine oszillierende Änderung der Druckverhältnisse in den Luftkammern einen Massage-Effekt erfährt.
Zur Erzielung dieser Variation in den Druckverhältnissen der einzelnen Luftkammern des Sitzes der US 4,655,505 ist eine aufwendige elektrische Kontroll- und Steuereinheit mit entsprechender Elektronik und zumindest ein Drucksensor und eine zentrale Recheneinheit von Nöten.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 beziehungsweise auch das erfindungsgemäße Verfahren nach Anspruch 17 hat demgegenüber den Vorteil, dass auf elektrische oder elektronische Komponenten fast vollständig verzichtet werden kann. Die erfindungsgemäße pneumatische Schaltung zur Regelung der Druckmittelströme bedarf keiner elektrisch angesteuerten Ventile, keiner Drucksensoren und auch keiner rechnerisch gesteuerten Kontrolleinrichtung. Lediglich ein Kompressor beziehungsweise die Pumpe zur Bereitstellung des Druckmittels kann eventuell als elektrisch angetriebene Pumpe ausgebildet sein.
Durch den rein pneumatisch getriebenen Ventilkolben der erfindungsgemäßen Steuer- und Regeleinrichtung wird ein Schieberelement der Art bewegt, dass alternierend jeweils ein Ausgangskanal der pneumatischen Vorrichtung mit dem einen Eingangskanal und der andere Ausgangskanal gleichzeitig mit dem Entlüftungskanal der Vorrichtung verschaltet -ist.."
Auf diese Weise ist das Füllen einer ersten Kammer mit dem Druckmittel und das gleichzeitige Entleeren einer zweiten Kammer wechselseitig möglich, ohne die Druckmittelzufuhr zu den Kammern über elektromagnetische Ventile steuern zu müssen.
Vorteilhafte Ausführungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den in den Unteransprüchen aufgezeigten Maßnahme .
Durch die Ausbildung von Verbindungskanälen in dem beweglichen Schieberelement lässt sich auf einfache und elegante Art und Weise die jeweilige Verbindung zwischen dem einen Eingangskanal, dem jeweiligen Ausgangskanal sowie dem zweiten Ausgangskanal und dem Entlüftungskanal herstellen. Das Schieberelement wirkt somit wie eine verstellbare Weiche, die die Zuordnung der insgesamt vier Kanäle der Vorrichtung zueinander übernimmt.
Mit einer einstellbaren Drossel, die den Durchfluss des Druckmittels in eine parallel zum jeweiligen Ausgangskanal angeordnete Arbeitskammer regelt, lässt sich beispielsweise auf einfache Art ein Verzögerungsglied für die erfindungsgemäße Schaltung realisieren, so dass die
Zeitkonstante der alternierenden Bewegung flexibel eingestellt werden kann. Erst, wenn im Arbeitsraum rin zuvor definierter Druck anliegt, wird eine genügend große rücktreibende Kraft auf den Ventilkolben und dem damit verbundenen Schieberelement ausgeübt. Das Schieberelement wird dann automatisch bewegt, so dass sich die, alternative
Zuordnung der Kanäle einstellt. So ist es allein über die
Größe der Arbeitsräume und die Einstellung der Drosseln möglich die Zeitverzögerung innerhalb der pneumatischen
Schaltung ohne elektronische Bausteine zu realisieren.
In vorteilhafter Weise sind die den beiden Ausgangskanälen zugeordneten Arbeitsrau e der erfindungsgemäßen Vorrichtung Teil der Ventilkammer, in der sich der Ventilkolben bewegt. Die Arbeitsräume sind zur Ventilkammer hin beispielsweise über eine Membran, die jeweils in der Nähe eines seiner Enden mit dem Ventilkolben verbunden ist, abgeschlossen. Diese elastischen Membranen, die vorteilhaft aus einem Elastomer, wie beispielsweise Kautschuk oder Silikon bestehen können, übertragen in einfacher Weise den in der Arbeitskaitimer anliegenden Druck auf den Ventilkolben. Der Ventilkolben kann so durch die relative Druckdifferenz der Arbeitskammern zueinander in eine oszillierende Bewegung versetzt werden, die das Druckmittel steuernde Schieberelement entsprechend antreibt.
Damit die beanspruchte Steuer- und Regel orrichtung einen gewünschten Druck aufbauen kann, ist der Ventilkolben nicht freibeweglich in der Ventilkammer angeordnet, sondern durch eine Kontereinrichtung gesichert. Diese Kontereinrichtung wirkt der durch die Druckdifferenz in der Arbeitskammern erzeugten Kraft auf den Ventilkolben entgegen. Die Kontereinrichtung, die beispielsweise in Form einer Rastfeder realisiert sein kann, erlaubt somit ebenfalls die interne Zeitkonstante der erfindungsgemäßen pneumatischen Steuer- und Regeleinrichtung in gewünschter Weise einzustellen.
In einer vorteilhaften Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung lässt sich die Kraft, die die Kontereinrichtung auf den Ventilkolben ausübt manuell oder wahlweise auch automatisch einstellen, , so dass die Zeitkonstante der oszillenden Bewegung des Ventilkolbens auf einfache Art beispielsweise vom Fahrer selbst geändert werden kann.
Eine kostengünstige und vom Gewicht her leichte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergibt sich, wenn diese teilweise oder vollständig in Kunststoff ausgeführt wird. Andere Materialien sind aber ebenfalls für die beanspruchte Steuer- und Regelvorrichtung ohne Abstriche in ihrer Funktionsweise möglich.
Eine vorteilhafte Anwendung erfährt die erfindungsgemäße Steuer und Regeleinrichtung, wenn an dem einen Eingangskanal ein Kleinkompressor für des Druckmittel, wie beispielsweise ein Flügelzellenkompressor oder auch eine Membranpumpe angeschlossen ist, und die beiden Ausgangskanäle jeweils mit einer flexiblen Luftkammer verbunden sind. In dieser Ausgestaltung sorgt die erfindungsgemäße Steuer- und Regelvorrichtung dafür, dass wechselseitig jeweils eine der Luftkammern aufgepumpt und die andere Luftkammer zeitgleich entlüftet wird, so dass es zu einer alternierenden Bewegung der Luftkammern kommt, falls die erfindungsgemäße Vorrichtung nur mit einem konstanten Druckmittelstrom beaufschlagt wird.
Die Zeitkonstante dieser wechselseitigen Bewegung ist allein durch die passiven Mittel der erfindungsgemäßen Vorrichtung bestimmt und lässt sich in einfacher und vorteilhaf er Art durch diverse Drosseln und Konterelemente variieren und den jeweiligen Erfordernissen anpassen. Wird die erfindungsgemäße Vorrichtung einschließlich einer das Druckmittel fördernden Pumpe und den ausgangsseitigen
Luftkammern in den Sitz eines Fahrzeuges eingebaut, so lässt sich dadurch beispielsweise ein vorteilhafter Massage-Effekt für die Insassen des Fahrzeuges realisieren, ohne dass eine aufwendige elektronische Schaltung, wie bei den
Vor ichtungen des Standes der Technik üblich, eingesetzt werden muß. Die beanspruchte Erfindung realisiert dieses
Massagesystem mit einer rein pneumatischen Steuer- und
Regelschaltung.
Somit ist es möglich, einen entsprechenden Fahrzeugsitz mit einem hohen Komfort unter Verwendung von lediglich passiven, pneumatischen Mitteln zu realisieren. Auf die Verwendung von elektronischen Schalt- und Regeleinrichtungen kann in vorteilhafter Weise verzichtet werden. Der Aufwand zur Realisierung solcher Massage-Systemen ist damit deutlich reduziert worden.
Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet in einfacher und vorteilhafter Weise die Steuerung und Regelung von Druckmittelströmen allein mit pneumatisehen Mitteln. Insbesondere ermöglicht das beanspruchte Verfahren die einfacheRealisierung vom einstellbaren Zeitkonstanten und angepassten Verzögerungen für die alternierenden Bewegungen allein durch eine pneumatische Regelung der Druckmittelströme.
Zeichnung
In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, die in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert werden soll .
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Schaltung der erfindungsgemäßen, pneumatischen Vorrichtung für eine erste Endstellung des Schieberelemente der Vorrichtung,
Figur 2 eine schematische Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels einer Schaltung der erfindungsgemäßen, pneumatischen Vorrichtung für eine zweite Endstellung des Schieberelemente der Vorrichtung,
Figur 3 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Schaltung der erfindungsgemäßen, pneumatischen Vorrichtung für die erste Endstellung des Schieberelemente der Vorrichtung,
Figur 4 einen Schnitt durch einen Teil eines Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer ersten Endstellung des Schieberelementes
und
Figur 5 eine Aufsicht auf ein Ausführungsbeispiel einer Kanalplatte und darunter angeordnetem Schieberelement der erfindungsgemäßen Vorrichtung .
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die in der Figur 1 dargestellte schematische Schaltung der erfindungsgemäßen, pneumatischen Vorrichtung 10 zeigt ein Schieberelement 12 , das einen Eingangskanal 14 der Vorrichtung mit einem ersten Ausgangskanal 16 und einen zweiten Ausgangskanal 18 mit einem Entlüftungskanal 20 verbindet. Der Entlüftungskanal 20 braucht nicht unbedingt an Atmosphärendruck anliegen. Vielmehr ist auch ein in sich geschlossener Kreislauf für die Vorrichtung denkbar.
Dem Eingangskanal 14 vorgeschaltet ist eine einstellbare Drossel 15. Der Ausgangskanal 16 ist über Verbindungsmittel 22 mit einem Rezipienten 24 verbunden. Das Verbindungsmittel 22 weist unter Anderem eine Dossei 26 auf, mit der der Durchfluss durch das Verbindungsmittel 22 in gewünschter Weise eingestellt werden kann. Vom Ausgangskanal 16 zweigt ein weiteres Verbindungsmittel 28 ab, das über ein Verzögerungsglied 29, das in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel durch eine Drossel 30 realisiert ist, zu einem als ersten Arbeitsraum 32 dienenden Reservoir 34 führt, welches über ein Rückschlagventil 35 und das Verbindungsmittel 28 entleert werden kann. Das Reservoir 32 wiederum ist drucktechnisch über eine Vorrichtung 37 mit dem Schieberelement 12 gekoppelt.
Der zweite Ausgangskanal 18 ist zum Einen über Verbindungsmittel 38 und eine Drossel 40 mit einem zweiten Rezipienten 42 verbunden und andererseits über Verbindungsmittel 44 und eine Drossel 46 an ein als zweiten Arbeitsraum 48 dienendes Reservoir 50 gekoppelt. Die Zuleitung zum Reservoir 50 weist ebenso ein Verzögerungsglied 31 und ein Rückschlagventil 47 für die Entlüftung auf. Das Reservoir 50 ist, wie das Reservoir 34, jedoch auf der entgegengesetzter Seite über eine Vorrichtung 39 mit dem Schieberelement 12 gekoppelt.
Das Schieberelement 12 weist in seinem Innern durchgehende Kanäle 52 auf, die die jeweilige Verbindung zwischen dem einen Eingangskanal 14, den beiden Ausgangskanälen 16 beziehungsweise 18 und dem Entlüftungskanal 20 in Abhängigkeit von der Stellung des Schieberelementes 12 vermitteln. Die Beweglichkeit des Schieberelementes 12 wird durch eine Kontereinrichtung 54, die in der Figur 1 schematisch als elastische Feder 64 dargestellt ist, reguliert.
Im Folgenden soll die Funktionsweise der e findungsgemäßen, pneumatischen Steuer- und Regelvorrichtung 10 anhand der Darstellungen in der Figur 1 beziehungsweise Figur 2 näher beschrieben werden.
Wird der Eingangskanal 14 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10, wie sie in der Figur 1 dargestellt ist, mit einem Druckmittel, wie beispielsweise Luft beaufschlagt, so gelangt das Druckmittel durch einen Kanal 56 und die Drossel 26 in den Rezipienten 24, der beispielsweise als ein elastisches Luftkissen 58 ausgeformt ist..Das Luftkissen 58 wird sich mit dem Druckmittel füllen und entsprechend aufgeblasen werden. Der Rezipient 42 ist zu diesem Zeitpunkt über einen Kanal 60 mit dem Entlüftungskanal 20 der Vorrichtung verbunden, so dass in diesem beispielsweise Atmosphärendruck herrscht.
Während das Luftkissen 58 aufgeblasen wird, wird ein Teil des Druckmittelstromes über das Verbindungsmittel 28 und eine entsprechend eingestellte Drossel 30 dem Arbeitsraum 32 zugeführt. Die genaue Einstellung der Drossel 30 bestimmt dabei die Zeit, die notwendig, ist, um den Arbeitsraum 32 zu füllen. Der Arbeitsraum 32 ist beispielsweise über eine elastische Membran 62 mit -dem .Schieberelement 12 verbunden. Wenn der Druck im Arbeitsraum 32 steigt, und sich die Membran 62 ausdehnt, wird die Kraft auf das Schieberelement 12 vergrößert. Das Schieberelement 12 ist über die Kontereinrichtung 54, die in der Figur 1 in Form zweier elastischer Federn 64 angedeutet ist, verrastet. Übersteigt die auf das Schieberelement 12 durch den Druck im Arbeitsraum 32 ausgeübte Kraft die Rastkraft des Schieberelementes 12, so wird dieses verschoben und nimmt eine Position ein, wie sie in Figur 2 dargestellt ist.
In dieser Stellung gemäß Figur 2 ist nun der Rezipient 24 über einen Kanal 66 in dem Schieberelerne t 12 mit dem Entlüftungskanal 20 verbunden, so dass der im Rezipienten 24 aufgebaute Druck entweichen kann, und sich das Luftkissen 58 damit wieder entleert. Gleichzeitig entleert sich auch der zugehörige Arbeitsraum 32 über das Ventil 35, das Verbindungsmittel 28 und den Kanal 66 im Schieberelement 12.
In der in Figur 2 dargestellten Stellung des Schieberelementes 12 ist nun wiederum der Rezipient 42, der ein flexibles Luftkissen 68 sein kann, über einen Kanal 70 mit dem einen Eingangskanal 14 verbunden, und wird von dem dort anliegenden Druckmittel gefüllt. Gleichzeitig wird ein Teil dieses Druckmittels über das Verbindungsmittel 44 und die Drossel 46 dem zweiten Arbeitsraum 48 zugeführt.
Der Druck in dem zweiten Arbeitsraum steigt nun gemäß der Einstellung der Drossel 46 an, während der Rezipient 42 aufgepumpt wird, wie bereits oben in analoger Weise für den ersten Arbeitsraum beschrieben worden ist. Über die Vorrichtung 37, die beispielsweise ebenfalls eine Membran 72 sein kann, wird damit eine Kraft auf das Schieberelement 12 ausgeübt. Ist diese Kraft hinreichend groß, um die Rastkraft des Schieberelementes 12 aufgrund der Kontereinrichtung 54 zu überwinden, hat sich also im Arbeitsraum 48 ein genügend hoher Druck aufgebaut, so wird das Schieberelement 12 wieder in seine - in Figur 1 dargestellte - erste Stellung zurückgeschoben, so dass das zugeordnete Luftkissen 68 ••' wiederum über den Kanal 60 des Schieberelementes 12 ' •- . entlüftet wird.
Damit ist ein vollständiger Zyklus der erfindungsgemäßen Steuer- und Regelvorrichtung abgeschlossen und das System beginnt wieder selbständig mit der Füllung des Rezipienten 58, wie bereits oben beschrieben.
Durch das wechselseitige Aufblasen und Entlüften der beteiligten Luftkissen lässt sich mit einem auf dieser Erfindung basierenden System im Sitz eines Fahrzeuges der Sitzkomfort verbessern und eine Entlastung der Wirbelsäule Durch den sich einstellenden Massage-Ef ekt erreichen. Die Oszillationsperiode dieser Bewegung kann über die Einstellung der relativen Drosselgrößen, der Größe der beteiligten Volumina und nicht zuletzt auch über den geförderten Druckmittelstrom eingestellt werden. Über die direkte Einstellung der Stärke der Kontervorrichtung ist es beispielsweise dem Nutzer selbst leicht möglich die Frequenz der Bewegung individuell anzupassen.
Zur pneumatischen Versorgung der Vorrichtung kann ein Kleinkompressor, wie beispielsweise eine Flügelzellenpumpe oder auch eine Membranpumpe eingesetzt werden. Eine solche Vorrichtung ist in der Figur 3 dargestellt. Die durch einen Motor 76, der vorzugsweise in Form eines Elektromotors verwendet wird, angetriebene Pumpe 78 beaufschlagt die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 über die einstellbare Drossel 15 und den Eingangskanal 14 mit dem Druckmittel, das vorzugsweise Luft ist, aber durchaus auch ein anderes Gemisch oder Gas sein kann.
Um die Laufzeit der Pumpe zu reduzieren und ihre Lebensdauer damit zu- erlängern, kann diese, wie in dem
Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in der Figur 3 dargestellt ist, ein Volumen 82, das dem Eingangskanal 14 vorgeschaltet ist, überwachen. Dazu wird der die Pumpe 78 antreibende Motor 76 über einen Drucksensor 84 in der Zuleitung 86 und einem zugeordneten Schalter gesteuert.
Die Pumpe 78 und der zugehörige, sie antreibende Motor 76 kann in unmittelbarer Nähe der pneumatischen Vorrichtung 10 angeordnet sein oder auch über entsprechende Verbindungsmittel räumlich getrennt und so gegebenenfalls akustisch vom Fahrzeugsitz entkoppelt werden.
Figur 4 zeigt einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen, pneumatischen Vorrichtung.
Das Druckmittel gelangt durch den Eingangskanal 14 und eine Kanalplatte 88 zum Schieberelement 12. Das Schieberelement 12 ist fest an einen Ventilkolben 90 verbunden Der Ventilkolben 90 seinerseits ist in einer Ventilkammer 92 angeordnet. Das Schieberelement 12 kann unterhalb, das heisst auf der dem Eingangskanal beziehungsweise den Ausgangskanälen abgewandten Seite der Kanalplatte 88 relativ zu dieser verschoben werden, so dass wahlweise verschiedene Öffnungen in der Kanalplatte 88 mit den Kanälen 52 des Schieberelementes 12 zur Deckung kommen. Dies ist in der Figur 5 in einer Aufsicht auf die Kanalplatte 88 dargestellt. Unter der Kanalplatte 88 ist das bewegliche Schieberelement 12 eingezeichnet. Der am Eingangskanal 14 anliegende Druck hat permanent Verbindung mit der Ventilkamer 92. Der Arbeitsraum 48 ist ständig mit dem Ausgangskanal 18 und der Arbeitsraum 33 ständig mit dem Ausgangskanal 16 verbunden.
In der in Figur 5 gezeigten Stellung des Schieberelementes 12 wäre der Verbindungskanal der Ventilkammer 92 zum Ausgangskanal 18 freigegeben und der Ausgangskanal 16 über einen Kanal im Schieberelement 12 mit dem Entlüftungskanal 20 der Vorrichtung verbunden.
Durch eine solche Stellung des Schieberelementes 12 wird der Druck im Arbeitsraum 32 entlüftet und im Arbeitsraum 48 erhöht. Dies geschieht solange, bis die Druckdifferenz der beiden Arbeitsräume 48 und 32 groß genug ist, um die einstellbare Rastkraft der Kontereinrichtung 54, die im Ausführungsbeispiel der Figur 4 durch eine vorgespannte Rastfeder in Form einer Schnappkugel 94 realisiert ist, zu überwinden. Die Kontereinrichtung 54 kann aber beispielsweise ebenso durch eine Blattfeder oder andere, dem Fachmann geläufige Kontereinrichtungen realisiert werden. Der Anlagedruck der Kontereinrichtung kann über einen Stellmechanismus 96 variiert werden kann.
Der Differenzdruck der Arbeitsräume 48 und 32 bewirkt eine resultierende Kraf auf die flexiblen Membranen 62 und 72 , so dass der mit den Membranen verbundene Ventilkolben 90 gegen die Kraft der Rastfeder 94 bewegt wird und das Schieberelement 12 in die zweite Endstellung der Vorrichtung 10 verschoben wird.
In dieser Stellung wird nun der Ausgangskanal 16 vom Schieberelement 12 freigegeben und mit der Ventilkammer 92 verbunden. Der Ausgangskanal 18 wird über einen entsprechenden Kanal im Schieberelement 12 mit dem Entlüftungskanal 20 verbunden. Diese Stellung des Ventilkolbens 90 wird beibehalten bis der Differenzdruck der beiden Arbeitsräume 32 und 48 die Rastkraft der Kontereinrichtung 54 wiederum überwindet und der Ventilkolben 90 und damit auch das Schieberelement 12 zurückgeschaltet wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist nicht auf die Nutzung zur wechselseitigen Be- und Entlüftung von Luftkissen in Fahrzeugsitzen beschränkt.
Als weitere Einsatzgebiete der erfindungsgemäßen, pneumatischen Steuer- und Regelvorrichtung sind prinzipiell alle intermittierenden oder oszillierenden Bewegungen von Kolben und anderen Stellelementen denkbar.

Claims

Ansprüche
1. Pneumatische Steuer- und Regelvorrichtung (10) mit einem mit einem Druckmittel beaufschlagten Eingangskanal (14) , mit zwei Ausgangskanälen (16,18) und mit einem Entlüftungskanal (20) sowie mit einem zwischen diesen Kanälen vermittelnden, in einer Ventilkammer (92) angebrachten, beweglichen Ventilkolben (90) , dadurch gekennzeichnet, dass durch ein mit dem pneumatisch getriebenen Ventilkolben (90) verbundenes Schieberelement (12) alternierend jeweils ein Ausgangskanal (16,18) der pneumatischen Steuer- und Regelvorrichtung (10) mit dem einen Eingangskanal (14) und der andere Ausgangskanal (18,16) gleichzeitig mit dem Entlüftungskanal (20) der Vorrichtung (10) verschaltet ist.
2. Pneumatische Steuer- und Regel orrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung des jeweils einen Ausgangskanals (16,18) mit dem Eingangskanal (14) und des zweiten Ausgangskanals (18 , 16) mit dem Entlüftungskanal
(20) durch Kanäle (52) in dem Schieberelement (12) realisiert ist.
3. Pneumatische Steuer- und Regelvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mit einem Ausgangskanal (16,18) verbundene eine Eingangskanal (14) gleichzeitig über ein pneumatisches Verzögerungsglied (29,31) auch mit jeweils einem dem Ausgangskanal zugeordneten
Arbeitsraum (32,48) verbunden ist.
4. Pneumatische Steuer- und Regelvorrichtung nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, dass das Verzögerungsglied (29,31) zur Erzeugung einer vorgebbaren Zeitkonstanten eine Drossel (30,46), insbesondere eine einstellbare, im Durchmesser variierbare Drossel beinhaltet.
5. Pneumatische Steuer- und RegelVorrichtung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die den jeweiligen Ausgangskanälen (16,18) zugeordneten Arbeitsräume (32,48)
Teil der Ventilkammer (92) sind.
6. Pneumatische Steuer- und Regelvorrichtung (10) nach Anspruch 3,4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsräume (32,48) jeweils über mit dem Ventilkolben (90) verbundene
Membranen (62,72) von der restlichen Ventilkammer (92) abgegrenzt sind.
7. Pneumatische Steuer- und RegelVorrichtung (10) nach Anspruch
6, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranen (72) der Arbeitsräume (32,48) aus einem Elastomer, insbesondere Silikon oder Kautschuk bestehen.
8. Pneumatische Steuer- und Regelvorrichtung (10) nach Anspruch
7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkolben (90) durch eine Druckdifferenz in den beiden Arbeitsräumen (32,48) über die Membranen (72) in der Ventilkammer (90) bewegbar ist.
9. Pneumatische Steuer- und Regelvorrichtung (10) nach Anspruch
8, dadurch gekennzeichnet, dass die Beweglichkeit des Ventilkolbens (92) in der Ventilkaπv er (90) über eine Kontereinrichtung (54) einstellbar ist.
10. Pneumatische Steuer- und RegelVorrichtung (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontereinrichtung (54) ein elastisches Federelement (94) aufweist.
11. Pneumatische Steuer- und RegelVorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) zumindest teilweise in Kunststoff ausgeführt ist.
12. Pneumatische Steuer- und Regelvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Eingangskanal mit einem Kleinkompressor (78) , wie beispielsweise einem Flügelzellenkompressor oder einer Membranpumpe, verbunden ist und die Ausgangskanäle (32,48) mit jeweils einem Rezipienten (24,42) verbunden sind.
13. Pneumatische Steuer- und RegelVorrichtung (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der eingangskanalseitige Kompressor (78) durch einen in einem Verbindungsmittel (86) angebrachten Drucksensor (84) schaltbar ist.
14. Pneumatische Steuer- und Regelvorrichtung (10) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgangskanalseitigen Rezipienten (24,42) als elastische Luftkissen (58,68) ausgebildet sind.
15. Pneumatische Steuer- und Regelvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die elastischen Luftkissen
(58,68) in die Polsterung eines Fahrzeugsitzes integriert sind.
16. Fahrzeugsitz für ein Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine, vorzugsweise aber mehrere, der nach den Ansprüchen 13 bis 15 beschriebenen Steuer- und Regelvorrichtungen (10) in den Sitz zur Erhöhung des Sitzkomforts und / oder zur Erzeugung eines Massage-Effektes integriert ist.
17. Verfahren zur pneumatischen Steuerung und Regelung von Druckmittelströmen, bei dem ein Eingangskanal (14) einer Steuer- und Regelvorrichtung (10) , die zumindest einen Eingangskanal (10) , einen Entlüftungskanal (20) und zwei
(16,18) beinhaltet, mit einem konstanten Druck beaufschlagt wird, so dass in einer ersten Endposition eines beweglichen Schieberelementes (12) der Vorrichtung ein Druckmittel in einen ersten Ausgangskanal (16) der Vorrichtung (10) geleitet wird, wobei das Schieberelement (12) über eine Kontereinrichtung (54) solange in dieser ersten Endposition gehalten wird, bis die Druckdifferenz zwischen einem mit dem ersten Ausgangskanal (16) verbundenen ersten Arbeitsraum (32) und einem zweiten Arbeitsraum (48) , der seinerseits mit einem zweiten Ausgangskanal (18) und einem Entlüftungskanal (20) verbunden ist; so groß ist, dass die Kraft auf einen mit dem Schieberelement (12) verbundenen Ventilkolben (90) die Rastkraft der Kontereinrichtung (54) überwindet und das Schieberelement (12) in eine zweite, ebenfalls durch eine Rastung gesicherte Endposition verschoben wird, die es durch in dem Schieberelement (12) vorhandene Kanäle (52) ermöglicht, dass der erste Arbeitsraum (32) und der erste Ausgangskanal (16) nun mit dem Entlüftungskanal (20) verbunden werden und andererseits der eine Eingangskanal (14) mit dem zweiten Ausgangskanal (18) sowie dem zweiten Arbeitsraum (48) verbunden wird, solange bis die über den zweiten Arbeitsraum (48) auf den Ventilkolben (90) übertragene Kraft, wiederum die Rastkraft des Ventilkolbens (90) in der zweiten Endpositiόn übersteigt und das Schieberelement .(12) zurück in die erste Endposition verschoben wird.
18. Verfahren zur pneumatischen Steuerung und Regelung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der erste (16) beziehungsweise der zweite Arbeitsraum (18) jeweils über mindestens ein- Verzögerungselement (29,30), insbesondere eine einstellbare Drossel (30,46) mit dem Druckmittel aus dem jeweiligen Ausgangskanal (16,48) beaufschlagt wird.
19. Verfahren zur pneumatischen Steuerung und Regelung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der erste (32) und der zweite Arbeitsraum (48) jeweils über elastische Elemente (62) , insbesondere Membranen (72) auf den Ventilkolben einwirken.
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