DE2813256A1 - ELECTRICALLY POWERED LINEAR ACTUATOR - Google Patents
ELECTRICALLY POWERED LINEAR ACTUATORInfo
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Description
HOFFMANN · EITLE & PARTNERHOFFMANN · EITLE & PARTNER
PATENTANWÄLTE DR. ING. E. HOFFMANN · DIPL.-ING. W. EITLE · DR. RER. N AT. K. HOFFMAN N · DIPL.-ING. W. LEH N D-8000 MÖNCHEN 81 · AR AB E LLASTRASS E 4 (STER N H AU S) · TE LE FON (089) 911087 · TELEX 05-29619 (PATHE)PATENT LAWYERS DR. ING. E. HOFFMANN · DIPL.-ING. W. EITLE DR. RER. N AT. K. HOFFMAN N DIPL.-ING. W. LEH N D-8000 MÖNCHEN 81 AR AB E LLASTRASS E 4 (STER N H AU S) TE LE FON (089) 911087 TELEX 05-29619 (PATHE)
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LUCAS INDUSTRIES., BIRMINGHAM / ENGLANDLUCAS INDUSTRIES., BIRMINGHAM / ENGLAND
Elektrisch betriebene LinearbetätigungsvorrichtungElectrically operated linear actuator
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Elektrisch betriebene Linearbetätigungsvorrichtung Electrically operated linear actuator
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrisch betriebene Linearbetätigungsvorrichtung, die insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, zur Betätigung einer Brennstoff-Abschaltvorrichtung einer Dieselbrennkraftmaschine vorgesehen ist.The invention relates to an electrically operated linear actuator which, in particular, however not exclusively, to operate a fuel cut-off device a diesel engine is provided.
Eine Linearbetätigungsvorrichtung gemäß der Erfindung weist einen Vorrichtungskörper und eine relativ zu dem Vorrichtungskörper linear bewegbare Achse auf, welche an eine zu betätigende Vorrichtung anschließbar gestaltet ist, wobei ein Elektromotor an dem Vorrichtungskörper abgestützt ist, dessen Abtrieb über eine Schraubenantriebsverbindung mit der Achse gekuppelt ist, so daß durch die Betätigung des Motors die Achse axial in der einen Richtung aus einer Ruheposition in eine Betriebsposition bewegt wird, in welcher die Achse von einem Elektromagneten gehalten wird, der an dem Vorrichtungskörper abgestützt ist.A linear actuator according to the invention comprises a device body and a relative to the device body linearly movable axis which is connected to a actuating device is designed to be connectable, an electric motor being supported on the device body, whose output is coupled to the axle via a screw drive connection, so that by actuating the Motor, the axis is moved axially in one direction from a rest position to an operating position in which the axis is held by an electromagnet supported on the device body.
Vorzugsweise ist eine elektrische Schaltereinrichtung vorgesehen, welche von der ihre Betriebsposition erreichenden Achse zur Aberregung des Motors betätigbar ist.Preferably, an electrical switch device is provided, which from the reaching its operating position Axis can be actuated to de-excite the motor.
Bevorzugt wird die Achse in ihre Ruheposition von einer Feder zurückbewegt, sobald der Elektromagnet aberregt ist.The axle is preferably moved back into its rest position by a spring as soon as the electromagnet is de-energized.
Die beiliegende Zeichnung ist eine schematische Schnittdarstellung einer elektrisch betriebenen Linearbetätigungsvor-The accompanying drawing is a schematic sectional view an electrically operated linear actuator
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richtung gemäß eines Ausführungsbeispieles der Erfindung.direction according to an embodiment of the invention.
Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, enthält die Linearbetätigungsvorrichtung einen rohrförmig hohlen Betätigungskörper 1 1 , in welchem eine Achse 12 gleitend gelagert ist. Die Achse 12 erstreckt sich aus dem einen Ende des Vorrichtungskörpers 11 für den Anschluß an eine zu betätigende Vorrichtung heraus. Benachbart zu dem einen Ende des Vorrichtungskörpers 1 1 ist ein die Achse 12 umgebender Elektromotor 13 angeordnet/ dessen Abtrieb von einer Hohlnabe 14 gebildet ist, welche sich axial durch den Vorrichtungskörper IT erstreckt und durch welche die Achse 12 verläuft. Mit der Nabe 14 drehbar sind drei in gleichen Winkeln im Abstand voneinander angeordnete Stählkugeln vorgesehen, von denen eine bei 16 dargestellt ist. Die drei Kugeln sind in entsprechenden Löchern in der Nabe 14 aufgenommen und stehen daraus bis in den Eingriff mit einer dreigängigen Schnellgangsschraube 17 hervor, welche an der Achse 12 zwischen ihren Enden gebildet ist. Die Kugeln sind gegen die radial nach außen gerichtete Bewegung an einer Messingbuchse 15 gehalten, so daß die Kugeln mit der Nabe 14 umlaufen. Der Motor 13 umfaßt einen Stator 13a, welcher ein Dauermagnetstator sein kann, und einen drahtbewickelten Rotor 13b, welcher fest an der Nabe 14 abgestützt ist. Ein Kommutator 13c, dessen Segmente elektrisch an die Wicklung des Rotors 13b angeschlossen sind, ist ebenfalls fest an der Nabe 14 abgestützt, jedoch axial vom Rotor 13b im Abstand angeordnet. Ein paar Bürsten 18 sind unter Federkraft radial in Eingriff mit dem Kommutator 13c gedrückt und dienen in üblicher Weise zur Leitung elektrischer Energie zu der Wicklung des Rotors.As can be seen from the drawing, the linear actuator includes a tubular, hollow actuating body 1 1 in which an axis 12 is slidably mounted. The axis 12 extends from one end of the device body 11 for connection to one to be operated Device out. Adjacent to one end of the device body 11 is an electric motor surrounding the axis 12 13 arranged / whose output is formed by a hollow hub 14 which extends axially through the device body IT extends and through which the axis 12 runs. With the Hub 14 are rotatable three at equal angles at a distance from one another arranged steel balls are provided, one of which is shown at 16. The three balls are in corresponding Holes added in the hub 14 and are up therefrom into engagement with a three-start overdrive screw 17 emerges, which is formed on the axis 12 between its ends is. The balls are directed against the radially outward Movement held on a brass bushing 15 so that the Balls rotate with the hub 14. The motor 13 includes a stator 13a, which may be a permanent magnet stator, and one wire-wound rotor 13b, which is firmly supported on the hub 14 is. A commutator 13c, the segments of which are electrically connected to the winding of the rotor 13b, is also firmly supported on the hub 14, but axially from the rotor 13b in the Spaced. A pair of brushes 18 are pressed radially into engagement with the commutator 13c under spring force and serve in a conventional manner to conduct electrical energy to the winding of the rotor.
Eine Druckschraubenfeder 19 wirkt zwischen dem einen Ende des Vorrichtungskörpers 11 und einem Anschlag 21 an der Achse, so daß die Achse in der Zeichnung nach rechts gedrückt wird. AnA compression coil spring 19 acts between one end of the Device body 11 and a stop 21 on the axis, so that the axis is pushed to the right in the drawing. At
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ihrem dem Anschlag 21 abgewendeten Ende trägt die Achse 12 einen Elektromagnetanker 22, welcher unter der Wirkung der Feder 19 an einer festen Abstützung 23 anliegt, welche an dem Vorrichtungskörper 11 abgestützt ist. Durch den Anschlag zwischen .dem Anker 22 und der Abstützung 23 ist das Ausmaß begrenzt, um welches die Achse 12 aus dem Vorrichtungskörper unter der Wirkung der Feder 19 herausragen kann, so daß in dieser Weise eine Ruheposition für die Achse 12 relativ zu dem Vorrichtungskörper 11 definiert ist. Ein flexibler Faltenbalg 24 greift mit seinem einen Ende an der Achse 12 und mit seinem anderen Ende an dem Vorrichtungskörper 11 an und dient dazu, den herausragenden Schraubteil 17 der Achse 12 und die Feder 19 einzuhüllen und daher zu schützen. An dem dem Motor 13 abgewendeten Ende des Vorrichtungskörpers 11 ist ein Elektromagnet 25 angeordnet. Der Elektromagnet 25 ist auf eine zylindrische Kernhülse 26 gewickelt, welche hohl ist und mit ihrer Achslinie koaxial mit der Achslinie des Vorrichtungskörpers 11 und der Achse 12 verläuft. In die Kernhülse 26 erstreckt sich an ihrem einen Ende der Anker 22 und an ihrem entgegengesetzten Ende ein Pol 27 des Elektromagneten. Der Pol 27 ist mit einer Durchgangsöffnung versehen, in welcher eine Stößelstange 28 gleitend aufgenommen ist. An dem dem Motor 13 abgewendeten Ende des Elektromagneten ist ein Kontaktträger 29 aus Isoliermaterial ausgebildet, welcher ein Paar fester Kontakte 31 trägt. Die festen Kontakte 31 wirken mit einem bewegbaren überbrückungskontakt 32 zusammen, welcher an dem Ende der Stößelstange 28 abgestützt ist. Zwischen einem Enddeckel des Vorrichungskörpers 11 und dem Überbrückungskontakt 32 wirkt eine Feder 33, durch welche der überbrückungskontakt 32 in Eingriff mit den. Kontakten 31 gedrückt wird. Das dem Kontakt 32 abgewendete Ende der Stößelstange 28 ragt aus dem Pol 27 hervor, so daß es von dem Anker 22 betätigbar ist.The end facing away from the stop 21 carries the axle 12 an electromagnetic armature 22 which, under the action of the spring 19, rests against a fixed support 23 which is on the device body 11 is supported. By the stop between .dem anchor 22 and the support 23 is the extent limited around which the axis 12 from the device body can protrude under the action of the spring 19, so that in this way a rest position for the axis 12 relative to the device body 11 is defined. A flexible bellows 24 engages with its one end on the axis 12 and with its other end on the device body 11 and serves to fix the protruding screw part 17 of the axle 12 and to enclose and therefore protect the spring 19. On the that Motor 13 facing away from the end of the device body 11, an electromagnet 25 is arranged. The electromagnet 25 is wound on a cylindrical core sleeve 26, which is hollow and with its axis line coaxial with the axis line of the Device body 11 and the axis 12 extends. In the Core sleeve 26 extends at one end of the armature 22 and at its opposite end a pole 27 of the Electromagnets. The pole 27 is provided with a through opening in which a push rod 28 is slidably received is. At the end of the electromagnet facing away from the motor 13, a contact carrier 29 made of insulating material is formed, which carries a pair of fixed contacts 31. The fixed contacts 31 act with a movable bridging contact 32 together, which is supported on the end of the push rod 28. Between an end cover of the device body 11 and the bridging contact 32, a spring 33 acts through which the bridging contact 32 in engagement with the. Contacts 31 is pressed. The end facing away from the contact 32 of the push rod 28 protrudes from the pole 27 so that it is of the Armature 22 can be actuated.
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Der elektrische Kreis des Motors 13 läuft über die festen Kontakte 31, so daß der Motor nur erregt sein kann, wenn der Überbrückungskontakt 32 die Kontakte 31 überbrückt.The electrical circuit of the motor 13 runs via the fixed contacts 31, so that the motor can only be excited when the bridging contact 32 bridges the contacts 31.
Der Betrieb der Linearbetätigungsvorrichtung ist wie folgt: Es wird davon ausgegangen, daß die Achse 12 sich unter der Wirkung der Feder 19 in ihrer Ruhestellung befindet und axial in eine Betriebsstellung bewegt werden soll, indem die Achse 12 in den Vorrichtungskörper 11 zurückgezogen wird. Die Bedienungsperson bewirkt die Betätigung der Betätigungsvorrichtung dadurch, daß sie einen entfernt angeordneten elektrischen Schalter betätigt, welcher der Linearbetätigungsvorrichtung zugeordnet ist. Durch das Schließen des Schalters werden die Wicklungen des Elektromagneten und auch der Motor 13 erregt. In diesem Stadium ist der Erregungskreis des Motors über den überbrückungskontakt 32 geschlossen, welcher mit den Kontakten 31 in Berührung steht. Der Motor wird in dieser Weise betätigt, so daß sein Abtrieb sich dreht, wodurch die Kugeln 16 gedreht werden. Die Drehrichtung ist derart, daß durch das Zusammenwirken der Kugeln 16 und des Schraubenteils 17 der Achse diese axial nach links in der Zeichnung getrieben wird, wodurch die Achse in den Vorrichtungskörper zurückgezogen wird. Die Achse kann sich nur axial bewegen, weil sie gegen eine Drehung gehalten ist und die Kugeln 16 gegen eine axiale Bewegung gehalten sind.The operation of the linear actuator is as follows: It is assumed that the axis 12 is under the action of the spring 19 in its rest position and is to be moved axially into an operating position by pulling the axis 12 back into the device body 11 will. The operator causes the actuation device to be actuated by actuating a remotely located electrical switch which is the linear actuator assigned. Closing the switch causes the windings of the electromagnet and also the motor 13 is energized. At this stage the excitation circle is of the motor is closed via the bridging contact 32, which is in contact with the contacts 31. The motor is operated in this way so that its output rotates, whereby the balls 16 are rotated. the The direction of rotation is such that the cooperation of the balls 16 and the screw part 17 of the axle axially is driven to the left in the drawing, thereby retracting the axle into the device body. the Axis can only move axially because it is held against rotation and the balls 16 are held against axial movement are.
Anfänglich ist der Spalt zwischem dem Pol 27 und dem Anker 22 sehr groß, so daß die Wirkung des Elektromagneten 25, selbst wenn er erregt ist, auf den Anker 22 verhältnismäßig gering ist. Wenn jedoch der Anker 22 dem Pol 27 als Ergebnis der Betätigung des Motors 13 näher kommt, wird die Anziehung zwischen dem Pol und dem Anker größer. Kurz bevor der AnkerInitially the gap is between the pole 27 and the armature 22 very large, so that the effect of the electromagnet 25, even when it is energized, on the armature 22 is relatively is low. However, when the armature 22 comes closer to the pole 27 as a result of the operation of the motor 13, the attraction becomes between the pole and the anchor larger. Just before the anchor
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22 den Pol 27 berührt, greift der Anker 22 an dem hervorstehenden Ende der Stößelstange 28 an und bewegt die Stösselstange 28 und somit den Kontakt 23 entgegen der Wirkung der Feder 33, wodurch der Erregungskreis des Motors 13 unterbrochen wird und dieser aberregt wird. Daher wird die Achse 12 von dem Motor nicht mehr axial bewegt. An dieser Stelle der Bewegung des Ankers 22 auf den Pol 27 zu ist jedoch die Anziehungskraft zwischen dem Pol 27 und dem Anker 22 aus der Erregung des Elektromagneten ausreichend, um den Anker 22 und die Achse 12 entgegen der Wirkung der Feder 19 zu halten. Solange daher der Elektromagnet erregt bleibt, ist die Achse 12 in ihrer Betriebsstellung gehalten. 22 touches the pole 27, the armature 22 engages the protruding End of the push rod 28 and moves the push rod 28 and thus the contact 23 against the action the spring 33, whereby the excitation circuit of the motor 13 is interrupted and this is de-excited. Hence the Axis 12 is no longer moved axially by the motor. At this point, however, the movement of the armature 22 towards the pole 27 is towards the attractive force between the pole 27 and the armature 22 from the excitation of the electromagnet is sufficient to the armature 22 and the axis 12 against the action of the Hold spring 19. As long as the electromagnet remains energized, the axis 12 is held in its operating position.
Durch die Aberregung des Elektromagneten 25, was beispielsweise durch die Unterbrechung des Erregungskreises an dem externen Schalter durch die Bedienungsperson geschieht, verschwindet die Anziehungskraft zwischen dem Pol 27 und dem Anker 22, so daß die Feder 19 die Achse 12 und den Anker 22 in die Ruheposition zurückführt. Es ist ersichtlich, daß während der Rückführbewegung der Abtrieb des Motors 15 durch die Axialbewegung der Achse 12 sich dreht. Die Feder 19 ist hinreichend stark, um den Widerstand gegen die Drehung des Motors zu überwinden. Der Abtrieb des Motors und die Kugeln 16 sind derart ausgelegt, daß der Widerstand gegen die Bewegung minimiert ist.By de-energizing the electromagnet 25, for example by interrupting the excitation circuit on the external switch happens by the operator, the force of attraction between the pole 27 and the disappears Armature 22, so that the spring 19, the axis 12 and the armature 22 returns to the rest position. It can be seen that the output of the motor 15 by during the return movement the axial movement of the axis 12 rotates. The spring 19 is strong enough to overcome the resistance to the rotation of the motor. The output of the motor and the balls 16 are designed so that the resistance to movement is minimized.
Es sind Linearbetätigungsvorrichtungen bekannt, welche ähnliche Funktionen ausführen, wobei jedoch die gesamte Bewegung der Achse 12 unter der Wirkung eines Elektromagneten erfolgt.Linear actuators are known which perform similar functions, but with the entire movement of the Axis 12 takes place under the action of an electromagnet.
Bei solchen Anordnungen ist es erforderlich, einen Elektromagneten ähnlich dem Elektromagneten 25 zum Halten der Achse in ihrer Betrxebsposition zu verwenden, wobei es zusätzlichSuch arrangements require an electromagnet to use similar to the electromagnet 25 to hold the axis in their Betrxebsposition, with it in addition
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jedoch erforderlich ist, einen sehr viel größeren Elektromagneten vorzusehen, welcher eine hinreichend große Kraft erzeugt, daß die Achse 12 aus ihrer Ruheposition in ihre Betriebsposition bewegt wird. Da der axiale Bewegungsweg für die Achse groß ist, muß ein solcher Elektromagnet eine beträchtlich große Kraft erzeugen, so daß er selbst groß sein muß und eine große Kupfermenge für seine Konstruktion haben muß. Durch die Verwendung eines kleinen und einfachen Elektromagneten nur als Haltemagnet, der mit einem Elektromotor zusammenwirkt, welcher die Achse aus ihrer Ruheposition in ihre Betriebsposition bewegt, ist eine beträchtliche Kupfermenge eingespart, so daß auch der Aufwand geringer ist im Vergleich mit einer nur elektromagnetisch betriebenen Linearbetätigungsvorrichtung.however, it is necessary to provide a much larger electromagnet which has a sufficiently large force generated that the axis 12 is moved from its rest position to its operating position. Because the axial travel for the axis is large, such an electromagnet must generate a considerably large force, so that it is itself large must be and a large amount of copper for its construction must have. By using a small and simple electromagnet only as a holding magnet, the one with an electric motor cooperates, which moves the axis from its rest position to its operating position, is a considerable Saved amount of copper, so that the effort is also lower in comparison with an only electromagnetically operated Linear actuator.
In einer praktischen Ausführungsform der beschriebenen Konstruktion wird die Linearbetätigungsvorrichtung verwendet, eine Brennstoff-Steuervorrichtung für eine Dieselbrennkraftmaschine zu betätigen. Die Achse 12 ist an eine Brennstoff-Abschaltvorrichtung angelenkt. In der Ruhestellung der Achse 12 ist die Vorrichtung so wirksam, daß der Brennkraftmaschine kein Brennstoff zugeführt werden kann. Der Bedienungsperson der Brennkraftmaschine steht ein Steuerschalter zur Verfügung, der, üblicherweise mit einem Schlüssel betätigbarf eine Ausschaltstellung, in welcher sämtliche der Diesel-Brennkraftmaschine zugeordneten elektrischen Kreise abgeschaltet sind, beispielsweise die Kreise eines von einem Dieselmotor angetriebenen Fahrzeugs, eine Einschaltstellung für den Dieselmotor, in welcher die Brennkraftmaschine laufen kann, und eine Startposition aufweist, in welche der Schalter bewegt wird, um den Anlasser der Brennkraftmaschine zu betätigen.In a practical embodiment of the construction described, the linear actuator is used to actuate a fuel control device for a diesel internal combustion engine. The axle 12 is articulated to a fuel cut-off device. In the rest position of the axle 12, the device is so effective that no fuel can be supplied to the internal combustion engine. The operator of the internal combustion engine has a control switch available, which can usually be operated with a key f a switch-off position in which all electrical circuits assigned to the diesel internal combustion engine are switched off, for example the circuits of a vehicle driven by a diesel engine, a switch-on position for the diesel engine, in which the internal combustion engine can run, and has a start position into which the switch is moved in order to operate the starter of the internal combustion engine.
In der Abschaltposition des mit dem Schlüssel betätigten Schalters ist keiner der elektrischen Kreise der Linearbetätigungsvorr ichtung erregt, so daß die Betätigungsvorrich-In the switched-off position of the switch operated with the key, none of the electrical circuits of the linear actuation device is open direction excited so that the actuating device
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tung sich in ihrer Ruheposition befindet, wodurch die Brennstoff-Steuervorrichtung die Brennkraftmaschine von der Brennstoffzufuhr trennt. In der Betriebsposition des Schalters sind der Elektromagnet 25 und der Motor 13 erregt, und wenngleich die Achse 12 sich in ihrer Ruhestellung befindet, so daß der Spalt zwischen dem Anker 22 und dem Pol 27 zu groß ist, als daß der Elektromagnet 25 eine Wirkung haben könnte, wird die Achse 12 unter dem Antrieb des Motors 13 in ihre Betriebsposition bewegt, so daß die Brennstoff-Steuervorrichtung aus ihrer Abschaltposition in ihre Einschaltposition bewegt wird und daher der Brennkraftmaschine Brennstoff zugeführt werden kann.device is in its rest position, whereby the fuel control device disconnects the internal combustion engine from the fuel supply. In the operating position of the switch the electromagnet 25 and the motor 13 are energized, and although the axis 12 is in its rest position, so that the gap between the armature 22 and the pole 27 is too large for the electromagnet 25 to have an effect, the axis 12 is under the drive of the motor 13 in their Operational position moved so that the fuel control device moves from its cut-off position to its on-position and therefore fuel can be supplied to the internal combustion engine.
Wenn die Achse ihre Betriebsposition erreicht, wird der Motor 13 in der oben beschriebenen Weise aberregt, während der Elektromagnet 25 erregt bleibt, so daß er die Achse 12 in ihrer Betriebsposition hält. Durch die Bewegung des mit einem Schlüssel betätigten Schalters in seine Startposition werden der Anlasser der Brennkraftmaschine und auch andere, dem Startvorgang zugeordnete Elemente erregt, beispielsweise "Heizvorrichtungen", durch welche der Startvorgang unterstützt wird.When the axis reaches its operating position, the motor 13 is de-energized in the manner described above, while the electromagnet 25 remains energized so that it holds the axle 12 in its operative position. By moving the with a key operated switch in its start position, the starter of the internal combustion engine and others, energized elements associated with the starting process, for example "heating devices", through which the starting process is supported will.
Nachdem die Brennkraftmaschine angelassen ist, wird der schlüsselbetätigte Schalter manuell oder selbsttätig in die Betriebsposition für die Brennkraftmaschine zurückgeführt. In der Betriebsposition bleibt der Elektromagnet 25 erregt, während der Motor 13 unter der Wirkung der Kontakte 31, 32 aberregt bleibt, die oben beschrieben sind. Daher verbleibt die Achse 12 in ihrer Betriebsposition, so daß der Brennkraftmaschine Brennstoff zugeführt werden kann. Durch die manuelle Bewegung des schlüsselbetätxgten Schalters in die Abschaltposition wird der elektrische Kreis des Elektromagneten 25 unterbrochen, so daß die Achse 12 von der FederAfter the internal combustion engine has started, the key-operated switch is switched to manually or automatically returned the operating position for the internal combustion engine. The electromagnet 25 remains in the operating position energized, while the motor 13 remains de-energized under the action of the contacts 31, 32 described above. Hence remains the axle 12 in its operating position so that fuel can be supplied to the internal combustion engine. By manual movement of the key operated switch to the cut-off position becomes the electrical circuit of the electromagnet 25 interrupted so that the axis 12 from the spring
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19 in ihrer Ruheposition zurückbewegt wird, wodurch die Brennstoff-Steuervorrichtung in ihre Abschaltposition bewegt wird r so daß die Brennstoffzufuhr zu der Brennkraftmaschine unterbrochen wird. Daher wird die Brennkraftmaschine abgeschaltet.19 is moved back in its rest position, whereby the fuel control device is moved into its switch-off position r so that the fuel supply to the internal combustion engine is interrupted. The internal combustion engine is therefore switched off.
Es ist ersichtlich, daß die Verwendung der Linearbetätigungsvorrichturig, die oben beschrieben ist, nicht auf die Anwendung bei der oben beschriebenen Brennstoff-Steuervorrichtung beschränkt ist.It can be seen that the use of the linear actuator, described above does not apply to the above-described fuel control device is limited.
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