EP0211980A1 - Antriebsdrehmoment-Regeleinrichtung - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B49/00—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
- F04B49/002—Hydraulic systems to change the pump delivery
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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- F04B49/08—Regulating by delivery pressure
Definitions
- the invention relates to a control device for adjusting the drive torque of a hydraulic pump with a variable displacement volume according to the preamble of claim 1.
- the object is achieved to provide a control device for adjusting the drive torque of a hydraulic pump with a variable displacement volume, which can be conveniently set or remotely adjusted by the operator, for example from an operating cabin.
- a remote control device is designed to deliver a remote control pressure signal which the control piston device counteracts the action of Return device can be fed.
- the remote control device can be constructed hydromechanically or hydroelectrically.
- further status signals of the engine and the working machine can be processed and taken into account in order to meet the numerous special requirements for the respective user. Two use cases are discussed below:
- Preselecting the drive torque of the pump should be one of the simplest arrangements for adapting to the power requirement.
- the remote control device can be designed as an electro-hydraulic servo valve. Such can be controlled arbitrarily by hand or automatically by means of electronics, whereby further parameters can be taken into account.
- the remote control device can also be designed as a pressure reducing valve.
- the control valve can be a conventional compensator construction in which an additional auxiliary piston is installed to act on the compensator slide, so that an adapted control piston device is provided tion is created according to the cross-sectional relationships of the compensator slide and the auxiliary piston.
- a hydraulic pump 10 with a variable displacement volume and with a flow direction is connected to a suction line 12 and a pressure line 14, which delivers a delivery flow Q at a pressure P.
- the hydraulic pump 10 has a displacement adjustment device 16 and a hydraulic servomotor 18, which is pretensioned by a return spring or hydraulically reset.
- the hydraulic pump 10 is driven via a drive shaft 20 by a motor, not shown, which develops the necessary torque M within certain limits.
- the pump pressure line 14 has a branch 22 for supplying a control pressure circuit 25.
- the control pressure circuit 25 includes a torque scanner 28, which consists of two changeable laminar throttles 29a, 29b, which are arranged in series with a drain line 26, 30.
- a pressure sensing line 32 is connected at the connection point of the two laminar throttles 29a, 29b. These are formed by a thin flow space between a long cylinder 34 and a piston 36.
- the piston 36 is mechanically connected to the displacement adjustment device 16, as indicated by an action line 38. If the displacement volume of the pump 10 is reduced, the mechanical Connection 38 displaces the piston 36 in such a way that the resistance of the laminar throttle 29a is reduced and the resistance of the laminar throttle 29b is increased.
- the control pressure circuit 25 also has a control valve 42, often referred to as a compensator, which can be designed as a throttling three-way valve, so that three connection openings are provided, one of which is connected to the branch line 22 via a branch line 44, while the second connection opening is connected via a control line 40 is connected to the hydraulic servomotor 18 and the third connection opening leads to the tank via a drain line 46.
- the control valve 42 has a slide piston 43 which is on the one hand under the action of a return device 50 and on the other hand a control piston device 51.
- the return device 50 consists of an adjustable valve spring.
- the control piston device 51 contains a first piston 48, which is connected to the torque scanner 28 via the line 32 and acts against the force of the return device 50.
- the pump 10 in operation supplies the fluid through the pump pressure line 14 against variable pressure and with variable swallowing capacity (requirement on the flow rate) of the consumer.
- the line 32 is connected to the pump pressure line 14 via the drain line 22, 26, 30, the sensed pressure P f in the line 32 depends on the level of the pump pressure in the line 14 and on the ratio a / b of the resistances of the laminar chokes 29a and 29b to each other. Since the piston 36 is connected to the displacement setting device 16, the ratio a / b of the resistance values changes with the displacement setting of the pump 10.
- the pressure P f in the line 32 is therefore proportional to the product of the displacement volume and the pump pressure.
- each set displacement of the pump 10 corresponds to a specific pump Flow rate Q in line 14.
- the pressure P f in line 32 is then also proportional to the pump output, which results from the product of the pump pressure P and the flow rate Q.
- the switching pressure (cracking pressure) of the control valve 42 can be adjusted at which fluid begins to flow into the control line 40.
- Each setting of the valve spring therefore corresponds to a certain graded maximum pump output.
- graduated maximum pump outputs can be represented by hyperbola in a pressure-flow diagram, i.e. Operating points of a power-controlled pump can be found in the respective field between the coordinate axes and the respective hyperbola.
- the power limitation also means a limitation of the drive torque, since the drive power can also be calculated from the drive torque multiplied by the speed.
- Each hyperbola in FIG. 4 is accordingly assigned a specific drive torque in FIG. 5.
- the control device differs from the known one in the design of the control piston device 51 and in that a remote control device 60 is provided.
- the remote control device 60 consists of a directional control valve 61 and a pressure reducing valve 62, which are arranged one behind the other in a remote control line 63 connected to pump pressure, which leads to the control piston device 51.
- the output pressure P c of the pressure reducing valve 62 can be adjusted by adjusting the valve spring 64 accordingly. If you can quickly wants to preselect a plurality of drive torques on the shaft 20, then a plurality of pressure reducing valves 62 with different outlet pressures P c1 ...
- P cn are arranged in parallel next to each other and can be activated individually by a corresponding multi-way valve 61.
- a corresponding multi-way valve 61 instead of the directional control valve 61 shown with two connections and two specific positions and with manual operation, it is of course also possible to use electrically or hydraulically switching devices in connection with pressure control valves.
- control piston device 51 also has a second piston 52 which is acted upon by the outlet pressure P c and acts in the same sense as the first piston 48 against the force of the return device 50.
- the output pressure P c thus represents a heel control signal, via which the switching state of the control valve 42 is more likely to be reached and the torque on the shaft 20 is reduced accordingly.
- the remote control signal P c can also (see FIG. 2) be formed by a pilot pump 65 with the aid of at least one pressure limiting valve 66. If you want to change the torque M quickly, you can provide several pressure relief valves 66 side by side and connect one each to the remote control line 63 via a selector switch (corresponding to the directional control valve 61 in Fig. 1), so that this pressure relief valve determines the desired remote control signal P c .
- the pressure relief valve 66 can be actuated hydromechanically or electrohydraulically.
- two pistons 48, 52 are arranged side by side, only a range of, for example, 80 to 10% of the maximum torque can be set remotely.
- FIG 3 shows an exemplary embodiment without this limitation and with a pilot-controlled control valve 42 and a proportional throttle 70 as a remote control device 60.
- the control valve 42 has a main valve 45 as the first stage and a pilot valve 47 as the second stage.
- the adjustable return device 50 also has a throttle 56, via which the pump pressure is fed to the pilot valve 47, which opens according to an adjustable valve spring 57 at a specific, adjustable response pressure, after which the pressure in the spring pressure chamber 55a of the main valve 45 drops and the valve spool 43 for connecting the lines 14 and 40 is moved.
- the pilot valve 47 returns to its initial position, and the spool 43 shuts off the line 40 after the displacement setting device 16 has assumed a new position. This known mode of action does not need to be examined in greater detail here.
- the control piston device 51 has an auxiliary piston 58, to which the pressure P f of the line 32 is present and which acts on the slide piston 43.
- the slide piston 43 has a piston surface 59 which is acted upon by the pressure P c in the line 63.
- the remote control device 60 contains an electro-hydraulic servo valve 70, which is designed as a throttling three-way valve.
- a connection 74 is connected to a pressure supply, a second connection 75 to the tank and the third connection 73 to the line 63.
- the throttle slide 72 can be adjusted so that a desired pressure P c is fed via line 63 to the control valve 42 in order to set a desired power specification or a desired maximum torque.
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Abstract
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf eine Regeleinrichtung zur Einstellung des Antriebsdrehmomentes einer Hydropumpe mit veränderlichem Verdrängungsvolumen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Zur Begrenzung des Antriebsdrehmoments einer Hydropumpe mit veränderlichem Verdrängungsvolumen ist es bereits bekannt (US-A-3 742 820), die Rückholfeder des Steuerventils (oder Kompensators) auf einen jeweils passenden Vorspannungswert einzustellen, der den Begrenzungsdruck der Regeleinrichtung bestimmt. Diese Einstellung erfolgt bei der Pumpe in Anpassung an den jeweiligen Antriebsmotor der Pumpe. An eine Ferneinstellung ist nicht gedacht worden.
- Bei Arbeitsmaschinen ist es mitunter vorteilhaft, nicht die volle Antriebsleistung auszunutzen, sondern die Antriebsenergie auf den gerade benötigten Wert zu beschränken. Dadurch wird offenbar der Leistungsverbrauch reduziert.
- Mit der Erfindung wird die Aufgabe gelöst, eine Regeleinrichtung zur Einstellung des Antriebsdrehmoments einer Hydropumpe mit veränderlichem Verdrängungsvolumen zu schaffen, die von einem Bedienungsmann bequem, beispielsweise aus einer Bedienungskabine heraus, auf den jeweils benötigten Wert eingestellt bzw. ferneingestellt werden kann.
- Erfindungsgemäß ist eine Fernsteuereinrichtung zur Lieferung eines Fernsteuer-Drucksignals ausgebildet, das der Steuerkolbeneinrichtung entgegen der Wirkung der Rückholeinrichtung zuführbar ist.
- Die Fernsteuereinrichtung kann hydromechanisch oder hydroelektrisch aufgebaut sein. Insbesondere bei der hydroelektrischen Version können weitere Zustandssignale des Motors und der Arbeitsmaschine verarbeitet und berücksichtigt werden, um den zahlreichen speziellen Erfordernissen bei dem jeweiligen Anwender zu genügen. Zwei Anwendungsfälle sind nachstehend erörtert:
- Wenn Beton mittels Betonpumpen gefördert werden soll, dann möchte man die Abgabe des gelieferten Betons in die Baustellenschalung hinsichtlich Menge und Strömungsgeschwindigkeit an die örtlichen Gegebenheiten anpassen können. Der Betondurchsatz hängt von der Förderhöhe und von der Betonreibung ab, die wiederum von der Länge der Förderleitung und der Konsistenz des Betons abhängen. Für einen optimalen Durchsatz muß man demnach einen hinsichtlich Leistungsabgabe einstellbaren Antrieb vorsehen. Mit der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung wird eine variable Einstellung der Drehmomentbegrenzung ermöglicht, und damit kann optimales Arbeiten der Betonpumpe erreicht werden.
- Bei Baggern wird neuerdings auf Energieeinsparung geachtet, indem der voraussichtliche Leistungsbedarf vorgewählt wird. Die Vorwahl des Antriebsdrehmoments der Pumpe dürfte eine der einfachsten Anordnungen für die Anpassung an den Leistungsbedarf sein.
- Die Fernsteuereinrichtung kann als elektrohydraulisches Servoventil ausgebildet sei. Ein solches läßt sich willkürlich von Hand oder automatisch über eine Elektronik steuern, wobei weitere Parameter berücksichtigt werden können.
- Wenn nur wenige, fest vorgegebene, gewünschte Antriebsdrehmomente einzustellen sind, kann die Fernsteuereinrichtung auch als Druckminderventil ausgebildet sein.
- Bei dem Steuerventil kann es sich um eine übliche Kompensatorkonstruktion handeln, bei der ein zusätzlicher Hilfskolben zur Einwirkung auf den Kompensatorschieber eingebaut ist, so daß eine angepaßte Steuerkolbeneinrich tung entsprechend den Querschnittsverhältnissen des Kompensatorschiebers und des Hilfskolbens geschaffen wird.
- Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:
- Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Regeleinrichtung,
- Fig. 2 eine zweite Ausführungsform,
- Fig. 3 eine dritte Ausführungsform,
- Fig. 4 ein schematisiertes Diagramm des Pumpendrucks P über dem Förderstrom Q für Fernsteuerdrücke Pco...Pcn,
- Fig. 5 ein Diagramm des Drehmoments M über dem Pumpendruck P für Fernsteuerdrücke Pco... Pcn.
- Eine Hydropumpe 10 mit veränderlichem Verdrängungsvolumen und mit einer Stromrichtung ist mit einer Saugleitung 12 und einer Druckleitung 14 verbunden, die einen Förderstrom Q bei einem Druck P liefert. Die Hydropumpe 10 weist eine Verdrängungseinstelleinrichtung 16 und einen hydraulischen Stellmotor 18 auf, der durch eine Rückholfeder vorgespannt oder hydraulisch rückgestellt wird. Die Hydropumpe 10 wird über eine Antriebswelle 20 von einem nicht gezeigten Motor angetrieben, der dabei innerhalb bestimmter Grenzen das nötige Drehmoment M entwickelt.
- Die Pumpendruckleitung 14 weist eine Abzweigung 22 zur Versorgung einer Steuerdruckschaltung 25 auf. Die Steuerdruckschaltung 25 schließt einen Drehmomentabtaster 28 ein, der aus zwei veränderbaren Laminardrosseln 29a, 29b besteht, die in Serie zu einer Abflußleitung 26, 30 angeordnet sind. Eine Druckabtastleitung 32 ist am Verbindungspunkt der beiden Laminardrosseln 29a, 29b angeschlossen. Diese werden durch einen dünnen Strömungsraum zwischen einem langen Zylinder 34 und einem Kolben 36 gebildet. Der Kolben 36 ist mechanisch mit der Verdrängungseinstelleinrichtung 16 verbunden, wie durch eine Wirklinie 38 angedeutet. Wenn das Verdrängungsvolumen der Pumpe 10 vermindert wird, erfolgt über die mechanische Verbindung 38 eine Verschiebung des Kolbens 36 in der Weise, daß der Widerstand der Laminardrossel 29a vermindert und der Widerstand der Laminardrossel 29b vergrößert wird.
- Die Steuerdruckschaltung 25 weist auch ein häufig als Kompensator bezeichnetes Steuerventil 42 auf, das als drosselndes Dreiwegeventil ausgebildet sein kann, so daß drei Anschlußöffnungen vorgesehen sind, von denen eine über eine Zweigleitung 44 mit der Zweigleitung 22 verbunden ist, während die zweite Anschlußöffnung über eine Steuerleitung 40 mit dem hydraulischen Stellmotor 18 verbunden ist und die dritte Anschlußöffnung über eine Abflußleitung 46 zum Tank führt. Das Steuerventil 42 besitzt einen Schieberkolben 43, der einerseits unter der Wirkung einer Rückholeinrichtung 50 und andererseits einer Steuerkolbeneinrichtung 51 steht. Im dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die Rückholeinrichtung 50 aus einer einstellbaren Ventilfeder. Die Steuerkolbeneinrichtung 51 enthält einen ersten Kolben 48, der über die Leitung 32 mit dem Drehmomentabtaster 28 verbunden ist und entgegen der Kraft der Rückholeinrichtung 50 wirkt.
- Die Pumpe 10 im Betrieb liefert das Fluid durch die Pumpendruckleitung 14 gegen variablen Druck und bei variablem Schluckvermögen (Anford_erung an den Förderstrom) des Verbrauchers. Da die Leitung 32 über die Ablaufleitung 22, 26, 30 mit der Pumpendruckleitung 14 verbunden ist, hängt der abgetastete Druck Pf in der Leitung 32 von der Höhe des Pumpendrucks in der Leitung 14 und von dem Verhältnis a/b der Widerstände der Laminardrosseln 29a und 29b zueinander ab. Da der Kolben 36 mit der Verdrängungseinstelleinrichtung 16 verbunden ist, ändert sich das Verhältnis a/b der Widerstandswerte mit der Verdrängungseinstellung der Pumpe 10. Der Druck Pf in der Leitung 32 ist daher proportional zum Produkt des Verdrängungsvolumens und des Pumpendruckes. Unter der Voraussetzung, daß der Antriebsmotor der Pumpe 10 mit konstanter Drehzahl läuft, entspricht jedem eingestellten Verdrängungsvolumen der Pumpe 10 ein bestimmter Pumpen förderstrom Q in der Leitung 14. Der Druck Pf in der Leitung 32 ist dann auch proportional zur Pumpenleistung, die sich aus dem Produkt des Pumpendruckes P und des Förderstroms Q ergibt.
- Durch Verstellung der Rückholeinrichtung 50, d.h. durch entsprechende Einstellung der Federkraft der Ventilfeder, kann der Schaltdruck (cracking pressure) des Steuerventils 42 eingestellt werden, bei dem Fluid in die Steuerleitung 40 zu strömen beginnt. Jeder Einstellung der Ventilfeder entspricht somit eine bestimmte abgestufte maximale Pumpenleistung. Abgestufte maximale Pumpenleistungen können bekanntlich durch Hyperbeln in einem Druck-Förderstrom-Diagramm dargestellt werden, d.h. Arbeitspunkte einer leistungsgeregelten Pumpe sind in dem jeweiligen Feld zwischen den Koordinatenachsen und der jeweiligen Hyperbel anzutreffen.
- Die Leistungsbegrenzung bedeutet auch eine Begrenzung des Antriebsdrehmomentes, da man die Antriebsleistung auch aus dem Antriebsdrehmoment multipliziert mit der Drehzahl errechnen kann. Jeder Hyperbel in Fig. 4 ist demnach ein bestimmtes Antriebsdrehmoment in Fig. 5 zugeordnet.
- Bei der bekannten Regeleinrichtung nach US-A-3 742 820 kann man faktisch nur eine der hyperbolischen Begrenzungskurven auswählen, was man als Überlastschutz praktiziert hat, während bei der Erfindung eine rasche Umstellung möglich sein soll.
- Die erfindungsgemäße Regeleinrichtung unterscheidet sich von der bekannten in der Ausbildung der Steuerkolbeneinrichtung 51 sowie darin, daß eine Fernsteuereinrichtung 60 vorgesehen ist. In Fig. 1 besteht die Fernsteuereinrichtung 60 aus einem Wegeventil 61 und einem Druckreduzierventil 62, die hintereinander in einer an Pumpendruck angeschlossenen Fernsteuerleitung 63 angeordnet sind, welche zur Steuerkolbeneinrichtung 51 führt. Der Ausgangsdruck Pc des Druckreduzierventils 62 kann eingestellt werden, indem die Ventilfeder 64 entsprechend eingestellt wird. Wenn man rasch hintereinander mehrere Antriebsdrehmomente an der Welle 20 vorwählen will, dann sind mehrere Druckreduzierventile 62 mit unterschiedlichen Ausgangsdrücken Pc1 ... Pcn parallel nebeneinander angeordnet und können durch ein entsprechendes Mehrwegeventil 61 jeweils einzeln wirksam gemacht werden. Statt des gezeigten Wegeventils 61 mit zwei Anschlüssen und zwei bestimmten Stellungen sowie mit Handbetätigung können naturlich auch elektrisch oder hydraulisch schaltende Einrichtungen in Verbindung mit Druckregelventilen verwendet werden.
- Die Steuerkolbeneinrichtung 51 weist neben dem bereits beschriebenen ersten Kolben 48 noch einen zweiten Kolben 52 auf, der vom Ausgangsdruck Pcbeaufschlagt wird und im gleichen Sinne wie der erste Kolben 48 entgegen der Kraft der Rückholeinrichtung 50 wirkt. Der Ausgangsdruck Pc stellt somit ein Ferssteuersignal dar, über das der Schaltzustand des Steuerventils 42 eher erreicht und das Drehmoment an der Welle 20 dementsprechend herabgesetzt wird.
- Das Fernsteuersignal Pc kann auch (s. Fig. 2) von einer Pilotpumpe 65 unter Zuhilfenahme wenigstens eines Druckbegrenzungsventils 66 gebildet werden. Wenn man das Drehmoment M rasch ändern will, kann man mehrere Druckbegrenzungsventile 66 nebeneinander vorsehen und jeweils eines an die Fernsteuerleitung 63 über einen Wahlschalter (entsprechend dem Wegeventil 61 in Fig. 1) anschließen, so daß dieses Druckbegrenzungsventil das gewünschte Fernsteuersignal Pc bestimmt. Das Druckbegrenzungsventil 66 kann hydromechanisch betätigbar sein oder elektrohydraulisch.
- Wenn gemäß Fig. 1 und 2 zwei Kolben 48, 52 nebeneinander angeordnet sind, kann nur ein Bereich von z.B. 80 bis 10 % des maximalen Drehmoments fern eingestellt werden.
- Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel ohne diese Beschränkung sowie mit einem pilotgesteuerten Steuerventil 42 und einer Proportionaldrossel 70 als Fernsteuereinrichtung 60.
- Soweit Bauteile denen nach Fig. 1 entsprechen, sind sie mit den gleichen Bezugszeichen belegt und müssen nicht im einzelnen beschrieben werden. Statt eines einzelnen Stellzylinders sind jedoch zwei Stellzylinder 18, 19 für die Hydropumpe 10 vorgesehen.
- Das Steuerventil 42 weist ein Hauptventil 45 als erste Stufe und ein Pilotventil 47 als zweite Stufe auf. Die einstellbare Rückholeinrichtung 50 weist neben der einstellbaren Ventilfeder 55 noch eine Drossel 56 auf, über die der Pumpendruck dem Pilotventil 47 zugeführt wird, welches zufolge einer einstellbaren Ventilfeder 57 bei einem bestimmten, einstellbaren Ansprechdruck öffnet, wonach der Druck im Federdruckraum 55a des Hauptventils 45 abfällt und der Ventilschieber 43 zur Verbindung der Leitungen 14 und 40 verschoben wird. Das Pilotventil 47 kehrt in seine Ausgangslage zurück, und der Schieberkolben 43 sperrt die Leitung 40 ab, nachdem die Verdrängungseinstelleinrichtung 16 eine neue Lage eingenommen hat. Diese bekannte Wirkungsweise muß hier nicht näher vertieft werden.
- Die Steuerkolbeneinrichtung 51 weist einen Hilfskolben 58 auf, an dem der Druck Pf der Leitung 32 anliegt und der auf den Schieberkolben 43 einwirkt. Der Schieberkolben 43 weist eine Kolbenfläche 59 auf, die vom Druck Pc in der Leitung 63 beaufschlagt wird.
- Die Fernsteuereinrichtung 60 enthält ein elektrohydraulisches Servoventil 70, das als drosselndes Dreiwegeventil ausgebildet ist. Ein Anschluß 74 ist mit einer Druckzuführung, ein zweiter Anschluß 75 mit dem Tank und der dritte Anschluß 73 mit der Leitung 63 verbunden. Durch entsprechende Erregung eines Magneten 71 kann der Drosselschieber 72 so verstellt werden, daß ein gewünschter Druck Pc über die Leitung 63 dem Steuerventil 42 zugeführt wird, um eine gewünschte Leistungsvorgabe bzw. ein gewünschtes maximales Drehmoment einzustellen.
Claims (12)
die Hydropumpe (10) weist eine Verdrängungseinstelleinrichtung (16) und einen hydraulischen Stellmotor (18) auf, der mit einem Steuerventil (42) verbunden ist;
das Steuerventil (42) weist eine einstellbare Rückholeinrichtung (50) und eine Steuerkolbeneinrichtung (51) auf;
ein Drehmomentabtaster (28) beaufschlagt die Steuerkolbeneinrichtung (51) mit einem hydraulischen Rückkopplungs-Drucksignal (Pf) entgegen der Wirkung der Rückholeinrichtung (50),
gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
die Steuerkolbeneinrichtung (51) ist entgegen der Wirkung der Rückholeinrichtung (50) von einem weiteren Drucksignal (Pc) beaufschlagt, das von einer Fernsteuereinrichtung (60) bereitgestellt wird.
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