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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Startsystem für Motoren, die mit einer gemeinsamen
Kraftstoffeinspritzleitung versehen sind.
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Heutzutage
suchen die Automobilhersteller nach den Technologien, die es ihnen
erlauben, weniger umweltschädliche
Kraftfahrzeuge herzustellen. Zunächst,
da die Fahrer der Fahrzeuge mehr denn je auf die Umwelt achten,
aber vor allem, weil die in Kraft tretenden Normen bezüglich der
Emissionen immer strenger werden.
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Eine
der Lösungen,
die von den Herstellern in Betracht gezogen werden, um die Schadstoffemissionen
zu reduzieren, besteht darin, den Motor abzustellen, wenn er nicht
beansprucht wird, wie zum Beispiel an einer roten Ampel. Diese Technik
wird allgemeiner als "Stop-Start" (im englischen "stop and start") bezeichnet. Das
Abstellen des Motors ermöglicht
es nämlich,
den Kraftstoffverbrauch zu senken und somit die Schadstoffemissionen
zu verringern. Dieses Absenken der Emissionen ist insbesondere in der
Stadt bedeutend, wo die hohe Konzentration der Straßenverkehrszeichen
regelmäßig zum
Anhalten zwingt und wo oft Staus entstehen.
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Diese "Stop-Start"-Technik ist bei
den Motoren leicht anwendbar, bei denen die Einspritzung in jeden
Zylinder einzeln gesteuert wird. Dies ist aber nicht der Fall bei
den Motoren, die mit einer gemeinsamen Kraftstoffleitung (im Englischen "common rail") versehen sind,
die das gleichzeitige Einspritzen in mehrere Zylinder steuert. Das
heutige Starten dieser mit einer gemeinsamen Kraftstoffleitung mit Hochdruck-Kraftstoffstrahl
versehenen Motoren ist nämlich
zu langsam, um die "Stop-Start"-Technik dabei anzuwenden.
Diese Langsamkeit wird durch die Zeit bewirkt, die die Hochdruckpumpe
benötigt,
um den in der gemeinsamen Kraftstoffleitung vorhandenen Kraftstoff
bis auf den Minimaldruck zu verdichten, der für den Betrieb der Einspritzdüsen notwendig ist.
Damit die Motoren mit gemeinsamer Kraftstoffleitung im Modus "Stop-Start" arbeiten können, ist
es daher notwendig, ihre Startzeit zu verkürzen.
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Die
Patentanmeldung US 5839413 offenbart ein System, das es ermöglicht,
die Startzeit eines mit einer gemeinsamen Kraftstoffleitung versehenen
Motors zu reduzieren. Das Prinzip dieses Systems besteht darin,
die gemeinsame Kraftstoffleitung mit Hilfe von zwei kalibrierten
Rückschlagventilen
(ein erstes Niederdruckventil und ein zweites Hochdruckventil) nicht
nur mit einer Hochdruckpumpe, sondern auch mit einem Niederdruckkreis
in Verbindung zu bringen. Der Niederdruckkreis besitzt einen Niederdruckspeicher,
der es ermöglicht,
einen stabilen Druck unterhalb demjenigen aufrechtzuerhalten, der
geliefert wird, wenn die Hochdruckpumpe unter Volllast ist.
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Beim
Start, wenn die Hochdruckpumpe eingeschaltet wird, verdichtet der
Niederdruckkreis bereits den Kraftstoff in der gemeinsamen Kraftstoffleitung.
Wenn dann die Hochdruckpumpe einen höheren Druck als der in dem
Niederdruckkreis herrschende Druck ausübt, schließt sich das Niederdruckventil, das
bis dahin den Niederdruckfluss durchgelassen hat, zugunsten des
zweiten Ventils. Die gemeinsame Kraftstoffleitung wird schließlich nur
von der Hochdruckpumpe unter Druck gesetzt. Die Druckanstiegszeit
mittels dieses Systems ist also verkürzt. Diese Technik ist aber
nicht zufriedenstellend, einerseits, weil sie zu komplex in der
Anwendung ist, und andererseits, weil sie nicht schnell genug ist,
damit ihre Anwendung auf die "Stop-Start"-Technik nutzungsfreundlich
ist.
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Aus
der Druckschrift
US 20010054412 ist
ein System vom Typ "Common
Rail" bekannt, das
eine Druckspeichereinrichtung und Mittel aufweist, die sowohl elastisch
als auch elektromagnetisch sind, um eine Verbindung zwischen dem
Druckspeicher und dem Common Rail aufzubauen. Diese Vorrichtung
ist aber relativ komplex, da der Speicher einer mit Stickstoff gefüllten Druckkammer
zugeordnet ist. Außerdem
ist bei diesem System auf jeder Seite einer Wand ein Betätigungsglied
angeordnet, mit der Gefahr von Lecks.
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Es
ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, die oben erwähnten Nachteile
ganz oder teilweise zu beheben, indem sie ein einfaches Startsystem
vorschlägt,
das ein redundantes Verdichtungsmittel aufweist, das leicht integrierbar
ist, um die vorhandenen Motoren an die "Stop-Start"-Technik anzupassen.
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Zu
diesem Zweck bezieht die Erfindung sich auf ein Startsystem für einen
Verbrennungsmotor, das Einrichtungen zur Zufuhr von unter Druck
stehendem Kraftstoff, eine von den Zufuhreinrichtungen mit unter
Druck stehendem Kraftstoff belieferte Speichereinrichtung und mindestens
eine Einspritzeinrichtung aufweist, die von der Speichereinrichtung mit
Kraftstoff versorgt wird, wobei eine Bevorratungsvorrichtung von
unter Druck stehendem Kraftstoff mit Hilfe des in der Speichereinrichtung
herrschenden Drucks versorgt wird und in der Lage ist, beim Start den
bevorrateten Kraftstoff zu liefern, wobei die in direkter Verbindung
mit der Speichereinrichtung stehende Bevorratungsvorrichtung mindestens
eine Bevorratungseinrichtung, eine Kugel, um die Verbindung zwischen
der Bevorratungsvorrichtung und der Speichereinrichtung zu öffnen oder
zu schließen,
und Öffnungseinrichtungen
aufweist, die auf die Kugel einwirken und elektromagnetische Einrichtungen
und elastische Einrichtungen aufweisen. Dieses System ist außerdem dadurch
gekennzeichnet, dass
- – die elektromagnetischen und
elastischen Einrichtungen mechanisch durch ein Betätigungsglied
verbunden sind, das die Kugel verschiebt, um die Verbindung zu öffnen oder
zu schließen, und
selektiv von den elektromagnetischen und den elastischen Einrichtungen
gesteuert wird, um die Energie zu begrenzen, die geliefert werden muss,
um das Startsystem zu steuern, um es dem Motor zu ermöglichen,
schneller zu starten, und
- – die
elektromagnetischen Einrichtungen eine Spule, die ein Magnetfeld
erzeugt, das das Betätigungsglied
verschieben kann, und deren Innendurchmesser einen Tunnel zwischen
der mindestens einen Bevorratungseinrichtung und der Speichereinrichtung
formt, und eine erste Stange, die sich im Wesentlichen in der Mittelachse
des von der Spule gebildeten Tunnels befindet, eine Platte, die
im Wesentlichen lotrecht zu einem Ende der ersten Stange befestigt
ist – wobei
die Platte beim Durchgang eines Stroms durch die Spule von der Spule
angezogen wird – und
eine zweite Stange aufweisen, die in der Verlängerung des anderen Endes der
ersten Stange mit der Kugel in Kontakt ist, was es ermöglicht,
der Bewegung der Kugel zu folgen oder sie zu auszulösen.
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Vorteilhafterweise
weisen die elastischen Einrichtungen gemäß der Erfindung eine Feder
auf, wobei eine ausgehöhlte
Platte, die zwischen den elektromagnetischen Einrichtungen und der
Bevorratungseinrichtung befestigt ist, und die Kugel, die in der
Lage ist, die Aushöhlung
der Platte zu verschließen
und fest mit der Feder verbunden ist, je nach den relativen Drücken zwischen
der Speichereinrichtung und der mindestens einen Bevorratungseinrichtung die
Verbindung zwischen diesen beiden letzteren erlauben.
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Vorteilhafterweise
weist das Betätigungsglied
erfindungsgemäß eine erste
Stange, die im Wesentlichen auf der zentralen Achse des von der
Spule gebildeten Tunnels angeordnet ist, eine im Wesentlichen lotrecht
zu einem Ende der ersten Stange befestigte Platte und eine zweite
Stange auf, die in der Verlängerung
des anderen Endes der ersten Stange mit der Kugel in Kontakt ist
und einen Durchmesser aufweist, der geringer ist als die Aushöhlung der
Platte, was es ermöglicht,
der Bewegung der Kugel zu folgen oder sie auszulösen. Die Platte weist zusätzlich vorteilhafterweise
gemäß der Erfindung
mindestens eine Rille auf, die in der Lage ist, in ihrer Aushöhlung Kraftstoff
durchzulassen, wenn die Platte gegen die elektromagnetische Einrichtung
anliegt.
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Erfindungsgemäß weisen
die Zufuhrmittel vorteilhafterweise eine Pumpe, die die Speichereinrichtung
mit Kraftstoff speist, und ein Rückschlagventil
auf, das eine Fließrichtung
des Kraftstoffs nur von der Pumpe zur Speichereinrichtung erlaubt.
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Weitere
Besonderheiten und Vorteile gehen aus der nachfolgenden Beschreibung
anhand der Figuren hervor. Es zeigen:
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1 eine
schematische Gesamtansicht des erfindungsgemäßem Startsystems;
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2 eine
schematische Ansicht der Kraftstoffbevorratungsvorrichtung gemäß der Erfindung;
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3 eine
Ansicht des erfindungsgemäßen Betätigungsglieds.
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In
dem in 1 dargestellten Beispiel kann man sehen, dass
das erfindungsgemäße Startsystem 1 hauptsächlich eine
gemeinsame Kraftstoffleitung 2, Zufuhreinrichtungen 3,
Einspritzeinrichtungen 4 und eine Bevorratungsvorrichtung 5 von
unter Druck stehendem Kraftstoff aufweist.
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Der
sehr bekannte Betrieb einer gemeinsamen Kraftstoffleitung für einen
Verbrennungsmotor wird in diesem Patent nicht im Einzelnen erläutert.
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Im
in 1 dargestellten Beispiel bestehen die Zufuhreinrichtungen 3 aus
einer Hochdruckpumpe 6, einer Leitung 7 und einem
Rückschlagventil 8. Diese
Pumpe verdichtet unter Druck stehenden Kraftstoff und schickt ihn über die
Leitung 7 an die gemeinsame Kraftstoffleitung 2.
Das Rückschlagventil 8,
das in die gleiche Leitung montiert ist, wird verwendet, um das
Zurückdrängen von
Kraftstoff in die Pumpe 6 zu vermeiden, wenn der Druck
des Kraftstoffs in der gemeinsamen Kraftstoffleitung 2 höher ist
als am Ausgang der Pumpe.
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Die
Einspritzeinrichtungen 4 im in 1 dargestellten
Beispiel weisen hauptsächlich
für jeden Zylinder
des Motors eine Rohrleitung 9 und eine Einspritzdüse 10 auf.
Die Rohrleitung 9 ermöglicht
es der Einspritzdüse 10,
mit der gemeinsamen Kraftstoffleitung 2 verbunden und so
mit unter Druck stehendem Kraftstoff versorgt zu werden. Jede Einspritzdüse kann
nämlich
nur mit einem Kraftstoff unter einem vorbestimmten Minimaldruck
arbeiten. Für einen
Motor mit vier Zylindern müssen
also vier Einheiten aus Rohrleitung 9 und Einspritzdüse 10 verwendet
werden.
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Die
Bevorratungsvorrichtung 5 von unter Druck stehendem Kraftstoff
steht in dem gleichen dargestellten Beispiel über einer Leitung 11 in
direkter Verbindung mit der gemeinsamen Kraftstoffleitung. Im in 2 dargestellten
Beispiel kann man genauer sehen, dass die Bevorratungsvorrichtung
Bevorratungseinrichtungen 12 und Öffnungseinrichtungen 13 aufweist.
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Die
Bevorratungseinrichtungen 12 weisen hauptsächlich einen
Raum 14 und einen Sensor 15 auf. Ersterer kann
Kraftstoff auf einem Druck mindestens gleich demjenigen enthalten,
der von der Hochdruckpumpe 6 geliefert wird. Der Sensor 15 ermöglicht es,
den Druck des Kraftstoffs innerhalb des Raums festzustellen.
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Die Öffnungseinrichtungen 13 ermöglichen die
Verbindung zwischen dem Raum 14 und der Leitung 11.
Diese Öffnungseinrichtungen
weisen erste Elemente mit elastischen Eigenschaften 16 und zweite
Elemente mit elektromechanischen Eigenschaften 17 auf,
wobei diese zwei Reihen von Elementen mechanisch verbunden sind.
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Die
ersten Elemente weisen eine Feder 18, eine Kugel 19,
einen ausgehöhlten
Federsitz 20 und einen ausgehöhlten Kugelsitz 21 auf.
Der Federsitz 20 wird nicht nur verwendet, um die Ausrichtung
der Feder aufrechtzuerhalten, sondern auch aufgrund seiner Aushöhlung, um
Kraftstoff zwischen den Öffnungseinrichtungen 13 und
den Bevorratungseinrichtungen 12 fließen zu lassen.
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Die
Feder 18 weist am dem Federsitz gegenüberliegenden Ende die Kugel 19 auf.
Je nach den Reaktionen der Feder auf die angewendeten Beanspruchungen
verleiht diese eine Translationsbewegung, die fähig ist, die Aushöhlung des
Kugelsitzes 21 zu öffnen
oder zu schließen
und so das Fließen von
Kraftstoff zwischen dem Federsitz 20 und der Leitung 11 zu
erlauben.
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Die
zweiten Elemente weisen Steuerelektroden 22, eine Spule 23 und
ein Betätigungsglied 24 auf.
Die Elektroden 22 liefern Strom in die Spule 23, um
ein Magnetfeld zu induzieren, das fähig ist, das Betätigungsglied
zu verschieben. Außerdem
ist die Spule 23 derart gegen den Kugelsitz 21 montiert, dass
ihr Innendurchmesser auf den gleichen Punkt zentriert ist wie derjenige
der Aushöhlung
des Kugelsitzes 21. So muss der Kraftstoff, um zwischen
der Aushöhlung
des Kugelsitzes 21 und der Leitung 11 durchzugehen,
den Innendurchmesser der Spule 23 durchqueren.
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Wie
im Beispiel der 3 dargestellt, weist das Betätigungsglied 24 eine
kreisförmige
Platte 25, eine erste Stange 26 und eine zweite
Stange 27 auf. Die Platte 25 besitzt magnetischen
Eigenschaften, so dass sie beim Durchgang des Stroms durch die Spule 23 zu
dieser letzteren angezogen wird. Außerdem besitzt die Platte 25 drei
Rillen 28 mit gleichem Abstand zueinander auf der der Spule
gegenüberliegenden
Seite.
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Die
erste Stange 26 ist fest mit der Platte verbunden montiert,
so dass die Stange sich im Wesentlichen entlang der zentralen Achse
der Innenfläche der
Spule 23 befindet. In der Verlängerung der ersten Stange 26 ist
die zweite Stange 27 befestigt. Letztere ist dünner als
die erste Stange 26, aber ebenfalls als die Aushöhlung des
Kugelsitzes, so dass sie sie durchqueren kann.
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Außerdem ist
erfindungsgemäß die zweite Stange 27 in
Dauerkontakt mit der Kugel 19, was es ermöglicht,
die elastischen Elemente 16 und die elektromagnetischen
Elemente 17 mechanisch zu verbinden. Wenn der relative
Druck des Kraftstoffs die Kugel 19 zu ihrem Sitz 21 drückt, wird
so das Betätigungsglied 24 von
der Spule 23 entfernt, oder wenn die Spule 23 Strom
empfängt,
entfernt das Betätigungsglied 24 die
Kugel 19 aus ihrem Sitz 21.
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Beim
ersten Start ist die Bevorratungseinrichtung 14, die mit
Kraftstoff auf niedrigem Druck gefüllt ist, nicht betriebsbereit.
Der Sensor 15 erfasst dies und erlaubt die Öffnung der
Bevorratungsvorrichtung beim Start nicht.
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Der
Motor wird dann gestartet, und mittels des Verteilelements wird
die Hochdruckpumpe 6 in Gang gesetzt. Die Trägheit der
Pumpe 6 führt
dazu, dass sie nicht sofort den Minimaldruck liefert, der für die Einspritzdüsen 10 notwendig
ist. Wenn dieser Minimaldruck überschritten
ist, erhöht
die Pumpe 6 weiter den Druck in der gemeinsamen Kraftstoffleitung 2, und
dann ist Kraftstoff in der Leitung 11, um die Platte 25 herum
und in dem ausgehöhlten
Innenvolumen der Spule 23 vorhanden. Außerdem werden die ersten Einspritzungen
durchgeführt.
Der Motor ist dann gestartet.
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Wenn
der Druck eine Mindestschwelle in der gemeinsamen Kraftstoffleitung 2 erreicht
hat, erlaubt die auf diesen Druck kalibrierte Feder 18 den
Durchgang des Kraftstoffs und somit das Füllen der Bevorratungseinrichtung 14.
Je nach dem relativen Druck zwischen der gemeinsamen Kraftstoffleitung 2 und der
Bevorratungseinrichtung 14 zieht die Feder 18 sich
zusammen oder entspannt sich, damit jeweils der Druck des in der
Bevorratungseinrichtung 14 enthaltenen Kraftstoffs steigt
oder stabil bleibt.
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Wenn
in zufälliger
Weise bezüglich
des Startsystems der Fahrer entscheidet, den Motor abzustellen,
wird die Hochdruckpumpe 6 abgeschaltet. Der Druck in der
gemeinsamen Kraftstoffleitung 2 sinkt, die Feder 18 entspannt
sich, um die Kugel 19 auf ihren Sitz 21 zu drücken und
so den unter Druck stehenden Kraftstoff in der Bevorratungseinrichtung 14 einzuschließen. Der
Motor ist dann abgestellt und die Bevorratungsvorrichtung 5 betriebsbereit.
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Beim
folgenden Start erfasst der Sensor 15, dass der Druck ausreichend
ist, und erlaubt dann die Freigabe des in der Bevorratungseinrichtung 14 enthaltenen
Kraftstoffs zur gemeinsamen Kraftstoffleitung 2. Dies wird
durch die Aktivierung der Spule 23 durchgeführt. Das
Betätigungsglied
wird dann gegen die Spule 23 angezogen und drückt so die
Kugel 19 aus ihrem Sitz 21 mit Hilfe der Stangen 26 und 27. Der
in der Bevorratungseinrichtung 14 enthaltene Kraftstoff
wird dann freigegeben und geht nacheinander durch die Aushöhlung des
Federsitzes 20, die Aushöhlung des Kugelsitzes (um die
Stange 27 herum), den Innendurchmesser der Spule 23 (um
die Stange 26 herum), die Rillen 28 der Platte 25 und
die Leitung 11.
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Da
die Pumpe 6 noch keinen höheren Druck als derjenige liefert,
der von der Freigabe induziert wird, verschließt das Rückschlagventil 8 die
Leitung 7 und ermöglicht
es so, den Druck aufgrund der Freigabe in der gemeinsamen Kraftstoffleitung 2 konstant zu
halten.
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Der
Druck in der gemeinsamen Kraftstoffleitung 2 ist dann ausreichend,
damit ein (nicht dargestellter) Rechner des Motors den Betrieb der
Einspritzdüsen 10 erlaubt.
Da die Hochdruckpumpe 6 ausgehend von den Verteilelementen
des Motors in Bewegung versetzt wird, haben die ersten Einspritzungen
eine Beschleunigungswirkung bezüglich
der Leistungen der Pumpe 6, deren Druck also schneller ansteigt.
Wenn die Pumpe 6 dann einen Druck liefert, der höher ist
als derjenige, der in der gemeinsamen Kraftstoffleitung 2 herrscht,
erlaubt das Rückschlagventil 8 der
Leitung 7 die Verbindung zwischen der gemeinsamen Kraftstoffleitung
und der Pumpe 6, damit diese letztere die Bevorratungsvorrichtung 5 ablöst. In diesem
Moment wird die Spule 23 dann vorzugsweise deaktiviert.
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Weiter
vorzugsweise ist die Bevorratungseinrichtung 14 so bemessen,
dass zwei Einspritzzyklen durchgeführt werden können, ehe
die Hochdruckpumpe einen Druck liefert, der über dem der gemeinsamen Kraftstoffleitung 2 liegt.
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Wenn
der Druck eine Mindestschwelle in der gemeinsamen Kraftstoffleitung 2 erreicht
hat, erlaubt die auf diesen Schwellendruck kalibrierte Feder 18 den Durchgang
des Kraftstoffs und so das Füllen
der Bevorratungseinrichtung 14. Der Zyklus der Bevorratungsvorrichtung 5 wiederholt
sich wie oben erläutert, um
es dem Motor zu erlauben, einen ausreichend kurzen Start zu erlangen,
um ihn an die "Stop-Start"-Technik anzupassen.
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Natürlich ist
die vorliegende Erfindung nicht auf das dargestellte Beispiel beschränkt, sondern kann
verschiedene Varianten und Abänderungen
erfahren, die dem Fachmann geläufig
sind. Insbesondere kann der Einsatzort der Bevorratungsvorrichtung
ein anderer sein. Ebenfalls kann die Bewegung der Platte 24 mit
Hilfe von Anschlägen
linearer gestaltet werden, die das Gleiten des Betätigungsglieds entlang
der Bevorratungsvorrichtung 5 begleiten. Außerdem kann
das Rückschlagventil 8 in
die Hochdruckpumpe 6 integriert sein. Schließlich kann
das System ohne Drucksensor 15 arbeiten und den in der Bevorratungseinrichtung 14 enthaltenen
Druck mit Hilfe eines Verzögerungsglieds
oder anderen Organs freisetzen.