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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Karosseriestruktur und einer mit dieser gelenkig verbundenen Klappe, die in einer abgesenkten ersten Stellung eine Karosserieöffnung verschließt und in einer angehobenen zweiten Stellung die Karosserieöffnung freigibt, wobei auf die Klappe mindestens ein hydraulischer Verstellantrieb wirkt, welcher eine reversierbare Motor-Pumpe-Einheit, dessen Pumpenanschlüsse über ein Wechselventil mit einem Tank verbunden sind, und mindestens einen von der Motor-Pumpe-Einheit beaufschlagbaren, sich an der Karosseriestruktur abstützenden hydraulischen Linearaktuator umfasst.
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Im Interesse eines gesteigerten Komforts werden bei Kraftfahrzeugen zum Öffnen und Schließen der jeweiligen Heckklappe zunehmend Verstellantriebe eingesetzt. Deren Betätigung erfolgt dabei typischerweise mittels eines im Fahrerraum bzw. an der Heckklappe angeordneten Schalters/Tasters, einer - in den „Schlüssel“ integrierten - Fernbedienung und/oder einer einen Sensor umfassenden Fußbetätigung.
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Der jeweilige Verstellantrieb kann, wie dies eingangs angegeben ist, hydraulisch ausgeführt sein, d. h. mindestens einen hydraulischen Linearaktuator in Form eines Hydraulikzylinders umfassen. Der im Hinblick auf eingangs angegebene Kraftfahrzeuge einschlägige druckschriftliche Stand der Technik wird beispielsweise repräsentiert durch die
US 5335926 A ,
US 5760695 A ,
US 6217105 B1 ,
US 6422127 B1 und
WO 02/061288 A2 . Andere hydraulische Heckklappen-Verstellantriebe sind beispielsweise bekannt aus der
US 6446538 B2 und der
US 6477936 B2 .
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Namentlich unter Kostenaspekten haben in der Praxis allerdings rein elektrische Verstellantriebe, welche insbesondere (vgl. beispielsweise
DE 102013022102 A1 ) einen Linearaktuator in Form einer elektrisch angetriebenen Verstellspindel umfassen können, signifikant größere Verbreitung gefunden als hydraulische, d. h. elektro-hydraulische Verstellantriebe. Angesichts der bei üblichen Kraftfahrzeugen typischerweise bestehenden, sich aus der Einbausituation ergebenden Beschränkungen hinsichtlich der Abmessungen der Linearaktuatoren kommen indessen solche rein elektrischen Verstellantriebe an ihre Grenzen, was die mögliche Verstellkraft angeht. Bei schweren Heckklappen und/oder ungünstigen kinematischen Verhältnissen kann es nämlich dazu kommen, dass die von einer elektrisch angetriebenen Verstellspindel (mit vorgegebenen Maximalabmessungen) bereitgestellte Verstellkraft nicht ausreicht, um die Heckklappe anzuheben. Für derartige Anwendungsfälle kommt der Einsatz von elektrischen Verstellantrieben mit Federunterstützung in Betracht, bei denen ein erheblicher Teil der für das Anheben der Heckklappe erforderlichen Kraft durch eine entsprechend vorgespannte, funktional zur elektrischen Verstellspindel parallel geschaltete mechanische Feder bereitgestellt wird. Die - insbesondere bei geschlossener Heckklappe - permanent wirkende, vergleichsweise hohe Vorspannkraft einer solchen Feder kann sich allerdings in verschiedener Hinsicht nachteilig auswirken. Wird, um diese Nachteile zu vermeiden, die Feder-Vorspannkraft auf ein moderates Maß begrenzt, führt dies zu einem größeren Bedarf an Bauraum für die gesamte Verstellantriebs-Anordnung, was - insbesondere bei sehr schweren Heckklappen - zu unerwünschten Einschränkungen hinsichtlich der Größe der verbleibenden Ladeöffnung führen kann.
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Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gemacht, eine praxisgerechte Lösung der vorstehend dargelegten Problematik anzubieten. Die vorliegende Erfindung ist, mit anderen Worten, darauf gerichtet, ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, welches die namentlich bei schweren Heckklappen bestehenden Nachteile von Kraftfahrzeugen mit einem rein elektrischen Klappen-Verstellantrieb oder einem elektrischen Klappen-Verstellantrieb mit Federunterstützung vermeidet und gleichwohl - unter Kosten- und anderen praxisrelevanten Gesichtspunkten - zu diesen konkurrenzfähig ist.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die aufgezeigte Aufgabenstellung, wie im Anspruch 1 angegeben, durch ein Kraftfahrzeug der eingangs angegebenen Bauweise gelöst, bei dem sich der hydraulische Verstellantrieb durch die folgenden Merkmale auszeichnet:
- der mindestens eine hydraulische Linearaktuator weist nur einen durch die Motor-Pumpe-Einheit beaufschlagbaren Arbeitsraum auf;
- in der den beaufschlagbaren Arbeitsraum mit der Motor-Pumpe-Einheit verbindenden, an einen ersten Pumpenanschluss angeschlossenen Druckleitungsanordnung sind in Reihe ein hydraulisch entsperrbares Rückschlagventil und ein Drosselrückschlagventil mit jeweils in Strömungsrichtung zum beaufschlagbaren Arbeitsraum öffnender Rückschlagfunktion angeordnet;
- der zweite Pumpenanschluss ist zusätzlich zu seiner Verbindung mit dem Wechselventil ausschließlich über eine ein Drosselelement aufweisende Abströmleitung mit dem Tank und eine Steuerleitung mit dem Steuereingang des in der Druckleitungsanordnung angeordneten entsperrbaren Rückschlagventils verbunden.
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In Anwendung der vorliegenden Erfindung lässt sich, wie insbesondere auch deren nachstehende Erläuterung aufzeigt, ein Kraftfahrzeug bereitstellen, dessen hydraulischer Klappen-Verstellantrieb sämtliche praktisch-technischen Anforderungen erfüllt, wobei das System ohne ständig wirkende Vorspannkräfte auskommt und zugleich so einfach aufgebaut sein kann, dass das Fahrzeug - insbesondere auch unter Berücksichtigung von Folgevorteilen - kostenmäßig mit solchen konkurrieren kann, die einen (rein) elektrischen Klappen-Verstellantrieb aufweisen. Für die Erfindung, im synergetischen Zusammenwirken mit weiteren Aspekten, tragende Gesichtspunkte bestehen dabei darin, dass der hydraulische Verstellantrieb allein für das Öffnen der durch ihn betätigten Klappe ausgelegt ist, wohingegen das Schließen der Klappe ohne Mit- und Einwirkung des hydraulischen Verstellantriebs, typischerweise allein unter Ausnutzung der auf die Klappe wirkenden Schwerkraft, erfolgt und dass die mit hydraulischen Linearaktuatoren erzielbaren hohen Leistungsdichten zulassen, dass selbst besonders schwere Klappen typischerweise allein (oder zumindest nahezu allein) unter Wirkung des hydraulischen Verstellantriebs geöffnet werden können. So kann das hydraulische System besonders einfach und kostengünstig ausgelegt sein, was zusätzlich auch dem Raumbedarf und der Funktionssicherheit entgegenkommt. Und trotz besonders hoher, das Öffnen selbst sehr schwerer Klappen bewirkender Verstellkräfte lassen sich in Anwendung der vorliegenden Erfindung, wie dargelegt, ständig wirksame Vorspannkräfte, jedenfalls solche von nennenswerter Höhe, vermeiden. Hieraus ergibt sich insbesondere eine Schonung beteiligter Bauteile.
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Je nach der Geometrie der Klappe, konstruktiver Details von deren Lagerung und den hierdurch bestimmten kinematischen Verhältnissen in der vollkommen angehobenen zweiten Stellung der Klappe kann in dieser unter Umständen das Gewicht der Klappe nicht ausreichen, um eine (allein) schwerkraftbedingte Bewegung der Klappe in Richtung auf die geschlossene erste Stellung einzuleiten. Dies gilt insbesondere bei extremen, über eine indifferente Zwischenstellung (Totpunkt) hinausgehenden Öffnungswinkeln der Klappe. Zur Umsetzung der vorliegenden Erfindung bei derartigen Einbausituationen kann - gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung - eine (nur) in der zweiten Stellung der Klappe und zu dieser benachbart wirksame Rückstellfeder vorgesehen sein, die die Schließbewegung der Klappe aus der zweiten Stellung bis über den Totpunkt einleitet, bevor dann die schwerkraftbedingte weitere Bewegung der Klappe in Richtung auf die geschlossene erste Stellung einsetzt. Eine solche nur phasenweise wirksame Rückstellfeder kann insbesondere in dem zweiten, nicht beaufschlagbaren „Arbeitsraum“ des jeweiligen hydraulischen Linearaktuators untergebracht sein. Bei diesem kann es sich insbesondere um den (bevorzugt belüfteten) Kolbenstangenraum eines den hydraulischen Linearaktuator bildenden einfach wirkenden Hydraulikzylinders handeln.
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Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind zusätzlich zum entsperrbaren Rückschlagventil und zum Drosselrückschlagventil in der Druckleitungsanordnung keinerlei weitere Ventile angeordnet. Hier stellt sich der vorstehend dargelegte Vorteil der vorliegenden Erfindung, nämlich die besonders einfache kostengünstige und zuverlässige Bauweise in besonders ausgeprägten Maße ein.
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Eine wiederum andere bevorzugte Weiterbildung der vorliegenden Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der beaufschlagbare Arbeitsraum des hydraulischen Linearaktuators über eine Nachsaugleitung mit einem Nachsaug-Rückschlagventil mit in Strömungsrichtung zum beaufschlagbaren Arbeitsraum öffnender Rückschlagfunktion mit dem Tank verbunden ist. Hierdurch lässt sich mit geringstmöglichem Aufwand eine zuverlässig wirksame Notbetätigung der Klappe (beispielsweise im Falle einer entladenen Fahrzeugbatterie) sicherstellen, indem sich die Klappe ohne weiteres auch manuell öffnen lässt. In abermals bevorzugter Weiterbildung können dabei in der besagten Nachsaugleitung zwischen dem Tank und dem beaufschlagbaren Arbeitsraum des hydraulischen Linearaktuators zusätzlich zum Nachsaug-Rückschlagventil keinerlei weitere Ventile angeordnet sein.
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Gemäß einer wiederum anderen bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der beaufschlagbare Arbeitsraum des hydraulischen Linearaktuators über eine Entlastungsleitung mit einem Druckbegrenzungsventil mit dem Tank verbunden. Hierdurch wird ein wirksamer Schutz des Systems vor einem schädlichen Überdruck (beispielsweise im Falle einer Störung der Steuerung der Motor-Pumpe-Einheit) bereitgestellt, wodurch mit kostenintensiven Instandsetzungen verbundenen Folgeschäden wirksam vorgebeugt werden kann. Bei geeigneter Vorgabe des durch das Druckbegrenzungsventil definierten maximalen Druckwerts im System ist einerseits sichergestellt, dass die Klappe (bei Stillstand der Motor-Pumpe-Einheit) zuverlässig in ihrer angehobenen Stellung verbleibt, auf der anderen Seite aber (im Sinne einer Notbetätigung) ein manuelles Schließen der Klappe problemlos und ohne Beschädigung des hydraulischen Systems oder mechanischer Komponenten möglich.
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Im Lichte dessen, dass die hydraulische Verstelleinrichtung erfindungsgemäß ausschließlich die für das Öffnen der Klappe erforderliche Kraft bereitstellt, nicht indessen eine Schließkraft, ist besonders vorteilhaft, wenn der Kolbenarbeitsraum des mindestens einen - als Hydraulikzylinder ausgeführten - hydraulischen Linearaktuators der durch die Motor-Pumpe-Einheit beaufschlagbare Arbeitsraum ist und der Kolbenstangenraum den nicht hydraulisch beaufschlagbaren zweiten „Arbeitsraum“ des hydraulischen Linearaktuators bildet.
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Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand eines in der Zeichnung auf dem Wege des zugehörigen Hydraulikschemas veranschaulichten bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt
- 1 schematisch den hier relevanten Heckbereich eines die Erfindung umsetzenden Kraftfahrzeugs und
- 2 im Detail den bei dem Kraftfahrzeig nach 1 realisierten hydraulischen Verstellantrieb.
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Das eine Karosseriestruktur KS, welche eine mittels einer Klappe K verschließbare Karosserieöffnung KÖ aufweist, umfassende Kraftfahrzeug KFZ ist in
1 der Zeichnung nur schematisch und nur in dem hier interessierenden Heckbereich veranschaulicht; denn es kann in jeder beliebigen bekannten Weise gemäß dem jedermann hinlänglich bekannten Stand der Technik (vgl. beispielsweise
US 6217105 B1 ) ausgeführt sein, so dass sich eine zeichnerische Darstellung von Details erübrigt. Dies gilt erst recht, zumal es für die vorliegende Erfindung nicht auf Details des Fahrzeugs ankommt, soweit sie nicht vorstehend oder nachfolgend erläutert werden. So konzentriert sich die Zeichnung auf die Darstellung des hydraulischen Systems, das der Betätigung der Klappe K dient, welche dergestalt gelenkig mit der Karosseriestruktur KS verbunden ist, dass sie in einer abgesenkten ersten Stellung die Karosserieöffnung KÖ verschließt und in einer (in
1 gezeigten) angehobenen zweiten Stellung die Karosserieöffnung KÖ freigibt.
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Der mindestens eine auf die Klappe K wirkende hydraulische Verstellantrieb V umfasst, in als solches bekannter Weise, ein über die Versorgungsleitung L elektrisch betriebenes Hydraulikaggregat HA mit einer reversierbar ausgeführten, einen (nicht gezeigten) Elektromotor und eine mit diesem gekoppelte Pumpe 2 umfassende Motor-Pumpe-Einheit 3. Die beiden Pumpenanschlüsse der Pumpe, d. h. deren erster Pumpenanschluss 4 und deren zweiter Pumpenanschluss 5, sind über ein Wechselventil 6 mit einem Tank 7 verbunden, so dass - abhängig von der Förderrichtung der Pumpe 2 - die jeweilige Saugseite über das Wechselventil 6 mit dem Tank 7 kommuniziert, wohingegen der über das Wechselventil 6 verlaufende Strömungsweg von der jeweiligen Druckseite der Pumpe 2 zum Tank 7 gesperrt ist.
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Das Hydrauliksystem umfasst weiterhin zwei strömungstechnisch zueinander parallel geschaltete hydraulische Linearaktuatoren 8 in Form von Hydraulikzylindern 9, wobei einer der Hydraulikzylinder 9 benachbart zu dem rechten Traggelenk der Klappe K angeordnet ist und der andere Hydraulikzylinder 9 benachbart zu dem linken Traggelenk. Die beiden Hydraulikzylinder 9 stützen sich jeweils mit ihrem einen Ende (typischerweise dem Zylinder 10), in als solches bekannter Weise, endseitig an der Karosseriestruktur KS ab, wohingegen das jeweils andere Ende (typischerweise die Kolbenstange 11) endseitig direkt oder mittelbar (z. B. über einen Lenker) mit der Klappe K verbunden ist. Die Hydraulikzylinder 9 sind dabei so eingebaut, dass eine Druckbeaufschlagung des jeweiligen Kolbenarbeitsraumes 12 im Sinne eines Anhebens der Klappe K wirkt.
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Die beiden Hydraulikzylinder 9 sind einfachwirkend ausgeführt. Es ist jeweils mittels der Motor-Pumpe-Einheit 3 nur einer der beiden „Arbeits“-Räume beaufschlagbar, nämlich der jeweilige - einen beaufschlagbaren Arbeitsraum 13 bildende - Kolbenarbeitsraum 12. Der Kolbenstangenraum 14 ist demgegenüber hydraulisch funktionslos. Bei Bedarf kann allerdings im Einzelfall hier beispielsweise eine - das Schließen der Klappe K unterstützende - mechanische Rückstellfeder 27 untergebracht sein (s. u.).
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Der jeweilige beaufschlagbare Arbeitsraum 13 der beiden Hydraulikzylinder 9 ist über eine Druckleitungsanordnung 15 an den ersten Pumpenanschluss 4 angeschlossen. In der Druckleitungsanordnung 15 sind in Reihe hintereinander ein hydraulisch entsperrbares Rückschlagventil 16 und ein Drosselrückschlagventil 17 angeordnet. Sowohl das hydraulisch entsperrbare Rückschlagventil 16 als auch das Drosselrückschlagventil 17 sind jeweils mit jeweils in Strömungsrichtung von der Pumpe 2 zum beaufschlagbaren Arbeitsraum 13 öffnender und in Gegenrichtung schließender Rückschlagfunktion verbaut. Der zweite Pumpenanschluss 5 ist zusätzlich zu seiner Verbindung mit dem Wechselventil 6 ausschließlich über eine ein Drosselelement 18 aufweisende Abströmleitung 19 mit dem Tank 7 und über eine Steuerleitung 20 mit dem Steuereingang 21 des in der Druckleitungsanordnung 15 angeordneten entsperrbaren Rückschlagventils 16 verbunden.
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Das Hydrauliksystem weist weiterhin eine die beaufschlagbaren Arbeitsräume 13 der beiden Hydraulikzylinder 9 mit dem Tank 7 verbindende Entlastungsleitung 22 mit einem darin angeordneten Druckbegrenzungsventil 23 auf. Weiterhin ist eine die beaufschlagbaren Arbeitsräume 13 der beiden Hydraulikzylinder 9 mit dem Tank 7 verbindende Nachsaugleitung 24 mit einem Nachsaug-Rückschlagventil 25 vorgesehen, wobei das Nachsaug-Rückschlagventil 25 mit in Strömungsrichtung vom Tank 7 zum jeweiligen beaufschlagbaren Arbeitsraum 13 öffnender, in Gegenrichtung schließender Rückschlagfunktion verbaut ist.
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Bei Betrieb der Motor-Pumpe-Einheit 3 in einem ersten Betriebsmodus mit Förderrichtung (Pfeil A) vom zweiten Pumpenanschluss 5 zum ersten Pumpenanschluss 4 werden die beaufschlagbaren Arbeitsräume 13 der beiden Hydraulikzylinder 9 von der Pumpe 2 - über die Druckleitungsanordnung 15 - mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt, welche über das Wechselventil 6 und den zweiten Pumpenanschluss 5 aus dem Tank 7 angesaugt wird. Die Klappe K wird mittels der aus dem jeweiligen Zylinder 10 ausfahrenden Kolbenstange 11 geöffnet. Beim Stillstand der Motor-Pumpe-Einheit 3 (keine Förderung) ist die Hydraulikflüssigkeit in den beaufschlagbaren Arbeitsräumen 13 der beiden Hydraulikzylinder 9 eingesperrt, nämlich unter der Sperrwirkung des hydraulisch entsperrbaren Rückschlagventils 16, der Sperrwirkung des in der Nachsaugleitung 24 angeordneten Nachsaug-Rückschlagventils 25 und des in der Entlastungsleitung 22 angeordneten Druckbegrenzungsventils 23. So wird die Klappe K (entgegen der auf sie wirkenden Schwerkraft) in ihrer jeweiligen Stellung gehalten.
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Bei Betrieb der Motor-Pumpe-Einheit 3 in einem zweiten Betriebsmodus mit Förderrichtung (Pfeil B) vom ersten Pumpenanschluss 4 zum zweiten Pumpenanschluss 5 baut sich unter der Wirkung des in der Abströmleitung 19 vorgesehenen Drosselelements 18 an dem zweiten Pumpenanschluss 5 ein Druck auf, der über die Steuerleitung 20 an dem Steuereingang 21 des hydraulisch entsperrbaren Rückschlagventils 16 anliegt und bewirkt, dass dieses öffnet. Damit wird eine hydraulische Verbindung der beaufschlagbaren Arbeitsräume 13 der beiden Hydraulikzylinder 9 über die Druckleitungsanordnung 15 (samt Drosselrückschlagventil 17 und entsperrtem Rückschlagventil 16) sowie das Wechselventil 6 zum Tank 7 hergestellt. Damit kann (unter der Wirkung des Eigengewichts der Klappe K) Hydraulikflüssigkeit aus den beaufschlagbaren Arbeitsräumen 13 der beiden Hydraulikzylinder 9 in den Tank 7 verdrängt werden, wodurch sich die Klappe K absenkt. Die Geschwindigkeit, mit der die Klappe K sich absenkt, wird dabei durch die Drosselkomponente 26 des Drosselrückschlagventils 17 vorgegeben. Diese ist somit auf das Gewicht der Klappe K abgestimmt, ebenso wie das Drosselelement 18 auf die Steuercharakteristik des hydraulisch entsperrbaren Rückschlagventils 16 und die Druck-/Fördercharakteristik der Pumpe 2 in ihrem zweiten Betriebsmodus abgestimmt ist.
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Veranschaulicht ist in 2 die Unterbringung einer Rückstellfeder 27 in dem jeweiligen Kolbenstangenraum 14 der beiden Hydraulikzylinder 9. Diese Rückstellfedern 27 sind so bemessen, dass sie nur in und nahe der vollständig ausgefahrenen Stellung der Kolbenstangen 11 - und somit nur in und nahe der vollständig geöffneten zweiten Stellung der Klappe K - eine rückstellende Wirkung entfalten, im Übrigen indessen wirkungslos sind. Solche Rückstellfedern sind zweckmäßig, wenn sich die Klappe K über einen Totpunkt hinausgehend öffnen lässt, indem sie dazu beitragen, dass auch gegen Ende des Öffnens der Klappe - nahe bei und in der zweiten Stellung - eine Unterdrucksituation in den beaufschlagbaren Arbeitsräumen 13 der Hydraulikzylinder 9 vermieden wird, und bewirken, dass das Schließen der Klappe K selbsttätig einsetzt, sobald, wie beschrieben, die beaufschlagbaren Arbeitsräume 13 der Hydraulikzylinder 9 drucklos gemacht werden.
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Eine Notbetätigung der Klappe K dergestalt, dass diese bei Stillstand der Motor-Pumpe-Einheit 3 manuell geöffnet und geschlossen werden kann, ist, wie weiter oben erläutert, über die Nachsaugleitung 24 bzw. die Entlastungsleitung 22 möglich.