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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1 und auf eine dementsprechende Vorrichtung nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 4. Derartige Verfahren und Vorrichtungen werden von
gärtnerischen,
land- und forstwirtschaftlichen Betrieben zum Einbringen von flüssigen Stoffen,
beispielsweise von Düngemitteln oder
Pflanzenschutzmitteln in den Wurzelbereich von Kulturpflanzen angewendet.
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Kulturpflanzen
müssen
zur Erhaltung und Steigerung ihrer Erträge regelmäßig mit Düngemittel und/oder mit Pflanzenschutzmittel
versorgt werden. Das geschieht in der Regel bei Düngemitteln
in einer flächendeckenden
Streuung, die sehr uneffektiv ist. So erreichen die ehemals körnigen Düngemittel
in flüssiger
Form die Pflanzenwurzel zum Teil erst nach Tagen und dann auch nur
in einer Teilmenge, weil die Düngemittel
in der Zwischenzeit durch Oberflächenwasser
abgeschwemmt oder unterirdisch ausgewaschen oder in die freie Atmosphäre abgegast
sind. Diese Art der Ausbringung von Düngemittel bzw. Pflanzenschutzmittel
bringt daher große
wirtschaftliche Verluste mit sich und belastet die Umwelt erheblich.
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Zur
Vermeidung dieser Nachteile gibt es seit geraumer Zeit Bestrebungen,
diese Düngemittel
bzw. Pflanzenschutzmittel in flüssiger
Form auszubringen und sie gezielt in den Wurzelbereich der Kulturpflanze
zu injizieren.
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Dazu
ist aus der
EP 1 086
617 A1 beispielsweise eine Vorrichtung bekannt, die aus
einer Mehrzahl von parallel zueinander angeordneten Speichenrädern besteht.
Diese Speichenräder
haben ein gemeinsames Kanalsystem, das einerseits über eine Zuführleitung
mit einem transportablen Flüssigkeitstank
verbunden ist und das andererseits zu den radialen Enden der Speichen
aller Speichenräder führt. Dabei
ist auf das Ende jeder Speiche ein freistehender Spoke mit einer
radialen Austrittsöffnung aufgesetzt,
die während
der Lauf- und Drehbewegung des Speichenrades in den Erdboden eintaucht. Das
gemeinsame Kanalsystem besitzt innerhalb der Radnabe eine Verteilungseinrichtung,
die das Kanalsystem stets und nur mit der Speiche eines Speichenrades
verbindet, dessen Spoke sich gerade im Erdboden befindet. Durch
den im Kanalsystem herrschenden Flüssigkeitsdruck wird die einzubringende Flüssigkeit
aus der Austrittsöffnung
der im Erdboden befindlichen Speiche in den Wurzelbereich der Kulturpflanze
befördert.
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In
unmittelbarer Nähe
der radialen Austrittsöffnung
jedes Spokes befindet sich innerhalb der Speiche ein Tropfschutzventil,
das verhindern soll, dass die noch in der auftauchenden Speiche
befindliche Flüssigkeit
ausläuft
und sich an der Erdoberfläche
verteilt. Dazu ist das Tropfschutzventil als ein Kugelrückschlagventil
ausgebildet, dessen Ventilkugel von einer metallischen Druckfeder
belastet wird.
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Die
Vorrichtung hat zunächst
funktionelle Nachteile. Durch die größere Umfangsgeschwindigkeit
der in den Erdboden eintauchenden Spokes gegenüber dem auf der Erdoberfläche abrollenden Speichenrad
werden die freien Enden der Spokes und damit die in diesem Spitzenbereich
jeweils angesiedelte radiale Austrittsöffnung für den flüssigen Stoff über eine
bestimmte Wegstrecke praktisch durch das Erdreich gezogen. Das führt dazu,
dass auch der flüssige
Stoff über
diese Wegstrecke verteilt in das Erdreich injiziert wird und somit
nicht konzentriert zur Verfügung
steht. Durch die relative Bewegung der radialen Austrittsöffnung für den flüssigen Stoff
gegenüber
dem Erdreich besteht auch die Gefahr des Zusetzens der Austrittsöffnung,
wodurch die Injektion nachhaltig gestört wird. Ein weiterer funktioneller
Nachteil ergibt sich durch das notwendige Tropfschutzventil. So
hat sich herausgestellt, dass sich im Einbauraum der Druckfeder
Restmengen an Flüssigkeit
sammeln, die nach einer längeren
Verweilzeit auskristallisieren und die Funktion der metallischen
Druckfeder außer
Funktion setzen. Damit kann der Kulturpflanze nach einer erneuten
Inbetriebnahme der Vorrichtung keine dosierte Menge an Flüssigkeit
mehr bereitgestellt werden. Entweder öffnet das Tropfschutzventil
nicht im gewollten Maße, sodass
entweder die Flüssigkeit
nicht mehr wie erforderlich austreten kann, oder das Tropfschutzventil schließt nicht
mehr und die in der Speiche befindliche Restmenge an Flüssigkeit
kann sich nach dem Auftauchen aus dem Erdboden in unzulässigerweise oberflächlich verteilen.
Daher muss das Tropfschutzventil nach jedem Arbeitseinsatz aufwendig
gereinigt und so für
den nächsten
Arbeitseinsatz vorbereitet werden.
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Die
Vorrichtung ist auch nicht sehr leistungsfähig. So weisen die parallelen
Speichenräder
einen relativ großen
Durchmesser auf, um einen Abstand zwischen den einzelnen Spokes
eines jeden Speicherrades zu erzielen, der dem Pflanzenabstand innerhalb
einer Pflanzreihe entspricht. Außerdem müssen die Radnaben konstruktiv
groß und
robust ausgeführt
sein, damit die entsprechende Flüssigkeitsverteilungseinrichtung
Platz findet und die Speichenräder
eine ausreichende Stabilität
erhalten. Das alles führt
aber zwangsläufig
zu einer großen
Masse, die den Bodendruck erhöht
und zu einem erheblichen Schleppwiderstand führt. Dieser hohe Schleppwiderstand
verlangt einen leistungsstarken Antrieb und begrenzt die Anzahl
der parallelen Speichenräder
und damit eine Auslegung der Vorrichtung in ihrer Breite erheblich.
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Die
Vorrichtung ist auch nur begrenzt einsetzbar, weil die Radnaben
wegen der Robustheit der Nabenräder
eine sehr große
Breite haben und sich daher ein relativ großer Abstand zwischen den Speichenrädern ergibt.
Mit diesem breiten Abstand der Speichenräder können Pflanzreihen in einem üblichen
Reihenabstand von 12,5 cm und weniger nicht bearbeitet werden.
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Die
Vorrichtung ist auch sehr reparaturanfällig, weil die freistehenden
Spokes in unvertretbarer Weise durch die relative Bewegung zum Erdreich und
durch das häufige
Auftreffen auf steinige Hindernisse belastet werden. Trotzt erhöhter Aufwendungen
zur Verstärkung
und zur Materialauswahl unterliegen die Spokes durch Verbiegung
oder durch Brechen einem hohen Verschleiß.
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Die
Vorrichtung ist aber auch sehr teuer, weil eine Vielzahl von Speichenräder und
Spoke erforderlich sind und die robuste und großvolumige Ausführung der
Speichenräder
und die hochwertige Ausführung
der Spoke einen hohen Materialeinsatz und die Aggressivität der flüssigen Stoffe
den Einsatz von widerstandsfähigen
und damit hochwertigen Materialien verlangen.
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Es
besteht daher die Aufgabe, ein gattungsgemäßes Verfahren zu entwickeln,
mit dem der flüssige
Stoff konzentrierter und gezielter injiziert werden kann. Die dementsprechende
Vorrichtung soll einfacher im Aufbau und anpassungsfähiger an
unterschiedliche Einsatzfälle
sein.
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Die
verfahrensseitige Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale
des Anspruchs 1 und die vorrichtungsseitige Aufgabe durch die kennzeichnenden
Merkmale des Anspruchs 4 gelöst.
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Zweckdienliche
Ausgestaltungen ergeben sich aus den Ansprüchen 2 und 3 und 5 bis 9. Die neuen
Lösungen
beseitigen die genannten Nachteile des Standes der Technik.
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Im
Kern besteht die neue technische Lehre darin, die Funktionen der
zur Fortbewegung der Vorrichtung dienenden Räder von den Funktionen der
Injektionseinrichtungen zu trennen. Dabei können die Funktionen der jeweiligen
Injektionseinrichtung sowohl von externen Antriebs- und Steuereinheiten
als auch von den Bewegungen der Räder aktiviert werden. Beim
Antrieb und der Steuerung der Injektionseinrichtung durch die Räder der
Vorrichtung ist die Verwendung der unterschiedlichsten Getriebe und
Steuereinrichtungen möglich.
Dadurch wird die Vorrichtung einfacher und leichter im Aufbau und besser
in der Anpassung an unterschiedliche Anwendungsfälle.
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Die
Vorrichtung ist auch wenig anfällig
gegen Beschädigungen
durch vorhandene Bodenhindernisse, wie Steine und dergleichen. Trifft
die Vorrichtung während
der Fahrt beispielsweise auf ein solches Hindernis, das auf dem
Boden liegt, dann schlägt
das Spokerohr an dieses Hindernis an und gleitet durch die Vorwärtsbewegung
der Vorrichtung über
dieses Hindernis hinweg.
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Trifft
die Vorrichtung während
der Fahrt auf ein Hindernis, das sich im Boden befindet, dann schlägt die Spokespitze
auf das Hindernis auf und verharrt in dieser Position. Die Nockenscheibe
dreht sich weiter, während
der Gelenkarm auf grund des Bodenwiderstandes in seiner Stellung
verharrt. Die Spokespitze erreicht nicht den unteren Totpunkt und der
Betätigungsstößel des
entsperrbaren Rückschlagventils
wird nicht betätigt,
sodass auch keine Injektion erfolgt. Beim Weiterdrehen der Nockenscheibe
bekommt die Nockenscheibe wieder Kontakt mit dem Gelenkarm und hebt
das Spokerohr wieder aus dem Erdboden heraus.
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Das
neue Verfahren und die neue Vorrichtung sollen nachstehend an Hand
eines Ausführungsbeispieles
näher erläutert werden.
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Dazu
zeigt die einzige Figur eine schematisierte Seitendarstellung der
Vorrichtung. Danach besteht die Vorrichtung zum Einbringen eines
flüssigen Stoffes
in den Erdboden aus einem kastenförmigen Rahmen 1, der
sich in der Breite über
mehrere Pflanzreihen erstreckt. Dieser kastenförmige Rahmen 1 ist
in fahrfähiger
Weise auf mindestens zwei, seitlich angeordneten Räder 2 aufgesetzt
und mit einer Zugstange 3 ausgestattet, die als Anschlagmittel für eine nicht
dargestellte Zugmaschine dient. Der kastenförmige Rahmen 1 trägt weiterhin
mehrere parallel zueinander angeordnete und sich über die
Breite des kastenförmigen
Rahmens 1 erstreckende Injektionseinrichtungen 4.
Jede dieser Injektionseinrichtungen 4 besteht aus einem
wagerecht ausgerichteten Gelenkarm 5 und einem in Fahrtrichtung hinter
dem Rad 2 angeordneten und vertikal ausgerichteten Spokerohr 6.
Dabei ist der Gelenkarm 5 einerseits im vorderen Bereich
des Rahmens 1 über ein
Drehgelenk 7 am Rahmen 1 angeschlagen und andererseits über ein
Drehgelenk 8 mit dem vertikalen Spokerohr 6 verbunden.
Damit sind der Gelenkarm 5 und das Spokerohr 6 gegenüber dem
Rahmen 1 in vertikaler Richtung und das Spokerohr 6 gegenüber dem
Gelenkarm 5 in horizontaler Richtung schwenkbar. An seinem
freien, zum Erdboden gerichteten Ende besitzt jedes Spokerohr 6 eine
aufgeschweißte
Spokespitze 9 mit einer radialen Austrittsöffnung für den flüssigen Stoff
Der Gelenkarm 5 ist durch ein Federelement 10 in
Richtung zum Erdboden und das Spokerohr 6 durch ein Federelement 11 in
Fahrtrichtung der Vorrichtung belastet. Es obliegt dem Fachmann,
die Federelemente 10, 11 in Anpassung an bestimmte
Anwendungen in einer solchen schrägen Einbaulage anzubringen,
wie es beispielsweise die Lage des Federelementes 11 zeigt.
Dadurch werden die Federkräfte
in Kraftkomponenten zerlegt, die dann in ausgewählten Größenordnungen in die beiden
genannten Richtungen wirken. Mit dieser schrägen Anordnung ist es auch denkbar,
nur ein Federelement einzusetzen, das sowohl das Spokerohr 6 als
auch den Gelenkarm 5 belastet und dessen ausreichend konzipierte
Kraftkomponenten sowohl in die Fahrtrichtung als auch in die Bodenrichtung
wirken. Am Rahmen 1 befinden sich an den passenden Stellen
Anschläge 12 für die Spokerohre 6,
die den horizontalen Schwenkbereich des jeweiligen Spokerohres 6 auf
ein bestimmtes Maß beschränkt. Zur Einstellung
dieses Schwenkbereiches ist der Anschlag 12 verstellbar
ausgeführt.
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Im
Rahmen 1 ist eine die gesamte Breite des Rahmens 1 überspannende
Profilwelle 13 gelagert, die mindestens ein, mit einem
der Räder 2 der
Vorrichtung in Wirkverbindung stehendes Reibrad 14 trägt. Auf
der Profilwelle 13 befinden sich weiterhin so viele Nockenscheiben 15,
wie es Injektionseinrichtungen 4 gibt. Dabei sind die Nockenscheiben 15 auf der
Profilwelle 13 so angeordnet, dass der Gelenkarm 5 jeder
Injektionseinrichtung 4 durch seine Schwerkraft und durch
die Kraft des Federelementes 10 auf die entsprechende Nockenscheibe 15 zur
Auflage kommt. Zur Verringerung des Reibungswiderstandes zwischen
dem Gelenkarm 5 und der entsprechenden Nockenscheibe 15 wird
der Gelenkarm 5 in vorteilhafter Weise mit einem Kugellager 16 ausgerüstet. Die
Nocken der Nockenscheiben 15 aller Injektionseinrichtungen 4 sind
für einen
asynchronen Bewegungsablauf aller Injektionseinrichtungen 4 in einer
drallförmig
verlaufenden Linie ausgerichtet. Damit wird eine gleichmäßige Belastung
der Profilwelle 13 und des Reibrades 14 erreicht.
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Zur
Versorgung der Injektionseinrichtung 4 mit dem flüssigen Stoff
besitzt die Vorrichtung einen Flüssigkeitskreislauf
mit einem zentralen Versorgungstank 17, mit einer zentralen
Versorgungspumpe 18 und mit mehreren flexiblen Versorgungsleitungen 19,
die den zentralen Versorgungstank 17 mit der radialen Austrittsöffnung einer
jeden Spokespitze 9 verbinden. In jeder flexiblen Versorgungsleitung 19 befindet
sich ein in Richtung zum Spokerohr 6 entsperrbares Rückschlagventil 20,
das vorzugsweise als ein Membranabsperrventil ausgeführt und
mit einem Betätigungsstößel ausgerüstet ist.
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Das
entsperrbare Rückschlagventil 20 ist durch
eine Federkraft dauernd geschlossen. Dabei ist der Betätigungsstößel des
entsperrbaren Rückschlagventils 20 so
auf die Schwenkbewegung des Gelenkarmes 5 abgestimmt, dass
der Gelenkarm 5 kurz vor dem Erreichen des unteren Totpunktes
mit dem Betätigungsstößel in Kontakt
gerät und
das entsperrbare Rückschlagventil 20 öffnet. Nach
dem Verlassen dieser Position schließt das entsperrbare Rückschlagventil 20 durch
die Kraft der Feder.
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Zur
Steuerung der zentralen Versorgungspumpe 18 besitzt die
Vorrichtung weiterhin einen Steuerkreislauf mit einem Geschwindigkeitssensor 21,
der mit einem der Räder 2 korrespondiert,
mit einer Steuerleitung 22 und mit einem elektrischen Steuerventil 23,
das vom elektrischen Signal des Geschwindigkeitssensors 21 angeregt
wird und das die Verstellpumpe 18 auf eine geschwindigkeitsabhängige Leistung
einstellt.
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Die
Funktion der Vorrichtung soll nun an Hand der einzigen sichtbaren
Injektionseinrichtung 4 erläutert werden.
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Im
ruhenden Ausgangszustand liegt der Gelenkarm 5 durch die
Kraft des Federelementes 10 auf dem Nocken der Nockenscheibe 15 auf
und das Spokerohr 6 liegt am Anschlag 12 des Rahmens 1 an.
Mit der obenliegenden Nocke der Nockenscheibe 15 befindet
sich die Spokespitze 9 am oberen Totpunkt einer Hubbewegung
und damit außerhalb
des Erdreiches in der gestrichelt dargestellten rechten Position. Die
Versorgungspumpe 18 fördert
den flüssigen
Stoff im Leerlauf drucklos um, weil der Geschwindigkeitssensor 21 keine
Geschwindigkeit am Rad 2 feststellt.
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Mit
der Fortbewegung der Vorrichtung in Fahrtrichtung ermittelt der
Geschwindigkeitssensor 21 die entsprechende Geschwindigkeit
am Rad 2 und überträgt ein entsprechendes
elektrische Signal an das elektrische Steuerventil 23.
Darauf regelt das Steuerventil 23 die Leistung der Verstellpumpe 18 auf die
entsprechende Größe ein,
sodass sich vor dem entsperrbaren Rückschlagventil 20 ein
entsprechender Flüssigkeitsdruck
aufbaut. Das entsperrbare Rückschlagventil 20 bleibt
zunächst
geschlossen.
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Mit
der gleichen Fortbewegung der Vorrichtung in Fahrtrichtung treibt
das Rad 2 der Vorrichtung das Reibrad 14 an, wodurch
sich die Profilwelle 13 dreht und damit alle Nockenwellen 15 mitnimmt.
Dabei folgt der Gelenkarm 5 durch die Kraft des Federelementes 10 dem
Kurvenverlauf der drehenden Nockenwelle 15 und schwenkt
zusammen mit dem Spokerohr 6 um das Drehgelenk 7.
Mit der Schwenkbewegung des Gelenkarmes 5 führt das
Spokerohr 6 eine Hubbewegung in Richtung zum Erdboden aus, wobei
beide Bewegungen von der Kurve der Nockenscheibe 15 gesteuert
werden. Damit bewegt sich das Spokerohre 6 von seinem oberen
Totpunkt in Richtung zu einem unteren Totpunkt, bei dem der Nocken der
Nockenscheibe 15 seine untere Position einnimmt. Im Rahmen
dieser Hubbewegung und durch die Kraft des Federelementes 11 gleitet
das Spokerohr 6 am Anschlag 12 des Rahmens 1 abwärts, bis die
Spokespitze 9 unter einem vorbestimmten Winkel auf den
Erdboden aufsetzt. Dabei bilden die Spokespitze 9 und der
Erdboden einen festen Drehpunkt. Durch die Fortbewegung der Vorrichtung
hebt das Spokerohr 6 vom Anschlag 12 ab und schwenkt
dabei um den festen Drehpunkt der Spokespitze 9 am Erdboden
und um das Drehgelenk 8 zum Gelenkarm 5. Durch
die Kraft des Federelementes 10 dringt das Spokerohr 6 mit
seiner Spokespitze 9 in den Erdboden ein und verlagert
den Drehpunkt von der Oberfläche
des Erdbodens bis in eine vorbestimmte Injektionstiefe. In dieser
Position der Spokespitze 9 nimmt auch der Gelenkarm 5 seine
tiefste Position ein, sodass der Betätigungsstößel des entsperrbaren Rückschlagventiles 20 das
Ventilelement des entsperrbaren Rückschlagventils 20 entlastet
und einen entsprechenden Öffnungsquerschnitt
freigibt. Dadurch strömt
eine dosierte Flüssigkeitsmenge
unter dem geschwindigkeitsabhängigen
Druck von der Versorgungspumpe 18 durch die flexible Versorgungsleitung 19,
durch das Spokerohr 6 bis in die Spokespitze 9,
wo es aus der radialen Austrittsöffnung
austritt und sich im Bereich des Drehpunktes ablagert.
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Durch
die Fortbewegung der Vorrichtung hebt die Nockenscheibe 15 den
Gelenkarm 5 und damit das Spokerohr 6 wieder an,
sodass die Spokespitze 9 ihren Drehpunkt wieder in Richtung
zur Oberfläche
des Erdbodens verlagert. Gleichzeitig verschiebt sich auch der Betätigungsstößel des
entsperrbaren Rückschlagventils 20 und
verschließt
den Öffnungsquerschnitt
im Rückschlagventil 20.
Damit ist die Injektion für
diesen Drehpunkt beendet. Auf dem Wege zum oberen Totpunkt der Hubbewegung verlässt die
Spokespitze 9 in der gestrichelt dargestellten linken Position
den Erdboden und das Spokerohr 6 legt sich durch die Kraft
des Federelementes 11 wieder am Anschlag 12 des
Rahmens 1 an. Dieser Vorgang wiederholt sich, solange die
Vorrichtung fortbewegt wird.
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Mit
dieser Vorrichtung wird ein flüssiger
Stoff in einer neuen Verfahrensweise aus einem zentralen Versorgungstank 17 über eine
Versorgungsleitung 19 zu einer in den Erdboden eingestochenen
Spokespitze 9 einer Injektionseinrichtung 4 befördert. Dabei fährt die
Vorrichtung entlang einer oder mehreren Reihen von Kulturpflanzen,
wobei jeder Pflanzreihe ein Spokerohr 6 mit einer Spokespitze 9 zugeordnet ist.
Diese Spokespitze 9 wird während der Fortbewegung der
Vorrichtung im Intervall und vertikal in den Erdboden gestochen
und verbleibt während
der Weiterfahrt der Vorrichtung an der Einstichstelle. Während dieser
Zeit wird der flüssige
Stoff in einer vorbestimmten Menge mit einem Druck eingespritzt,
der von der Fahrgeschwindigkeit der Vorrichtung bestimmt wird.
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- 1
- Rahmen
- 2
- Rad
- 3
- Zugstange
- 4
- Injektionseinrichtung
- 5
- Gelenkarm
- 6
- Spokerohr
- 7
- Drehgelenk
- 8
- Drehgelenk
- 9
- Spokespitze
- 10
- Federelement
- 11
- Federelement
- 12
- Anschlag
- 13
- Profilwelle
- 14
- Reibrad
- 15
- Nockenscheibe
- 16
- Kugellager
- 17
- Versorgungstank
- 18
- Versorgungspumpe
- 19
- Versorgungsleitung
- 20
- entsperrbares
Rückschlagventil
- 21
- Geschwindigkeitssensor
- 22
- Steuerleitung
- 23
- Steuerventil