EP0115571A2 - Solenoid valve for controlling engine idling speed - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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- F02M3/06—Increasing idling speed
- F02M3/07—Increasing idling speed by positioning the throttle flap stop, or by changing the fuel flow cross-sectional area, by electrical, electromechanical or electropneumatic means, according to engine speed
- F02M3/075—Increasing idling speed by positioning the throttle flap stop, or by changing the fuel flow cross-sectional area, by electrical, electromechanical or electropneumatic means, according to engine speed the valve altering the fuel conduit cross-section being a slidable valve
Definitions
- the invention relates to an arrangement for regulating the idling speed of an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
- Such arrangements are used to regulate the idling speed in order to set the lowest possible speed, in particular in motor vehicles, which results in favorable consumption and emission values. If the filling of the internal combustion engine remains the same, fluctuations in the idling speed can occur in particular as a result of different loads which are caused by auxiliary units. In addition, at low idle speed, the operating state of an internal combustion engine is close to the unstable speed range in which the engine may die if there is an additional load. Therefore, the air flow or the filling is not fixed at idle, but regulated according to the fluctuations in the idle speed.
- the solenoid is acted upon by an actuating current which is formed, inter alia, as a function of the actual speed and which causes the valve element connected to the solenoid to be adjusted such that the actual speed reaches a predetermined target speed largely independently of disturbance variables.
- valve element is held in the fully open or fully closed position by the return spring when the solenoids are de-energized. Only when the solenoid is acted upon by the actuating current does the valve element move against the force of the return spring into a middle position between these two end positions until there is a balance of forces between the magnetic force and the force of the return spring.
- the internal combustion engine is therefore operated either with the largest possible air flow rate in the idling range, which normally gives an undesirably high idling speed, or with the lowest air flow rate with the risk of death.
- the present invention is therefore based on the object of developing the arrangement for regulating the idle speed of the type mentioned in such a way that even if the solenoid or the current actuating it fails, an average idle air throughput is set automatically, which is one for most load cases satisfactory idle operation can be expected from the internal combustion engine.
- the air throughput in idle mode is set to a medium value if the solenoid fails.
- the automatic setting of an average air flow when the solenoid is de-energized takes place through the action of the auxiliary spring via the actuating element on the valve element, against the force of the return spring.
- the actuating element is held on the stop by the auxiliary spring and thereby positions the valve element in a central position, while the valve element would be held in an end position without the auxiliary spring by the action of the return spring.
- the specified function of the actuating element requires such a design of the lifting magnet that the magnetic fluxes from the lifting magnet can pass into the area of the ferromagnetic actuating element in order to generate the desired force effect thereon.
- the lifting magnet must therefore not be completely closed magnetically in the area of the actuating element.
- this is ferromagnetic element designed as a perforated disc ! through which extends the valve element, the displaceable core of the solenoid and the stop connecting rod together.
- This arrangement is compact and inexpensive to manufacture, since the lifting rod is practically only to be provided with an additional stop compared to a conventional design.
- the ferromagnetic actuating element is arranged approximately coaxially to the lifting rod in the extension of the lifting magnet.
- the disk which represents the ferromagnetic actuating element can be pivoted about an axis which is arranged on the end of the lifting magnet which is not magnetically closed and the auxiliary spring engages on an end of the disk which is opposite the pivot axis.
- the disc is in the case of de-energized solenoids by the force of the auxiliary spring at the end at which the auxiliary spring engages, folded away from the end face of the lifting magnet and is against the stop.
- the actuating current is applied to the solenoid, the disc swivels onto the face that has not been magnetically closed until then and releases the stop.
- the disk rests on the end face of the lifting magnet, its magnetic flux can advantageously form on the end face of the ferromagnetic disk, so that the efficiency of the lifting magnet is high.
- the disk can also be guided so as to be displaceable parallel to the lifting rod.
- the parallel guide thus takes the place of the pivot axis of the first-mentioned embodiment.
- the disk is stressed mechanically and magnetically symmetrically here, which can be advantageous in individual applications.
- the core fastened on a lifting rod 5 can be moved together with the latter.
- the lifting rod carries at the left in the drawing a valve element 6, to which a valve seat 7 belongs in the idle air path of a combustion engine, not shown.
- a return spring 8 engages, which in the present case tries to press the valve element 6 into the closed position as a compression spring.
- a stop 9 is also formed on the right-hand side of the lifting rod. In the designated position, a pivotable ferromagnetic disc 10 is pulled against the stop under the force of an auxiliary spring 11. The pivot axis of the disc is designated by 12.
- the solenoid 1 is de-energized, so that only the force of the auxiliary spring acts on the disk 10.
- the auxiliary springs pull the lifting rod 5 via the stop 9 to an open position to the right until there is a balance of forces between the auxiliary spring and the return spring opposing this movement. This results in an average idle air flow rate at the valve.
- the auxiliary spring 11 can also be arranged as a compression spring between the disk and the end face of the lifting magnet.
Abstract
in einer Anordnung zur Regelung der Leerlaufdrehzahl eines Verbrennungskraftstoffmotors durch Beeinflussung der Füllung mit einem elektromechanischen Stellglied ist in dem Einflußbereich eines Hubmagneten ein ferromagnetisches Betätigungselement vorgesehen. An dem Betätigungselement greift ferner eine Hilfsfeder an, die ein Ventilelement zur Einstellung eines mittleren Luftdurchsatzes bei stromlosem Hubmagnet entgegen der Kraft einer Rückstellfeder bewegt. Wenn der Hubmagnet mit Strom beaufschlagt wird, ist das Betätigungselement von einem Anschlag weggezogen, so daß sich das Ventilelement nur unter der Krafteinwirkung des Hubmagneten und der Rückstellfeder einstellen kann.
Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Regelung der Leerlaufdrehzahl eines Verbrennungskraftstoffmotors nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an arrangement for regulating the idling speed of an internal combustion engine according to the preamble of
Derartige Anordnungen werden zur Regelung der Leerlaufdrehzahl verwandt, um eine möglichst geringe Drehzahl, insbesondere in Kraftfahrzeugen einzustellen, die günstige Verbrauchs-und Emissionswerte zur Folge hat. Beim Gleichbleiben der Füllung des Verbrennungskraftstoffmotors können Schwankungen der Leerlaufdrehzahl insbesondere durch unterschiedliche Belastungen auftreten, die durch Hilfsaggregate verursacht sind. Hinzu kommt, daß bei kleiner Leerlaufdrehzahl sich der Betriebszustand eines Verbrennungskraftstoffmotors nahe dem instabilen Drehzahlbereich befindet, in dem bei einer weiteren zusätzlichen Belastung der Motor absterben kann. Deswegen wird der Luftdurchfluß, bzw. die Füllung im Leerlauf nicht fest eingestellt, sondern entsprechend den Schwankungen der Leerlaufdrehzahl reguliert. Hierzu wird der Hubmagnet mit einem Stellstrom beaufschlagt, der unter anderem in Abhängigkeit von der Ist-Drehzahl gebildet wird und der eine solche Verstellung des mit dem Hubmagneten verbundenen Ventilelements bewirkt, daß die Ist-Drehzahl eine vorgegebene Soll-Drehzahl weitgehend unabhängig von Störgrößen erreicht.Such arrangements are used to regulate the idling speed in order to set the lowest possible speed, in particular in motor vehicles, which results in favorable consumption and emission values. If the filling of the internal combustion engine remains the same, fluctuations in the idling speed can occur in particular as a result of different loads which are caused by auxiliary units. In addition, at low idle speed, the operating state of an internal combustion engine is close to the unstable speed range in which the engine may die if there is an additional load. Therefore, the air flow or the filling is not fixed at idle, but regulated according to the fluctuations in the idle speed. For this purpose, the solenoid is acted upon by an actuating current which is formed, inter alia, as a function of the actual speed and which causes the valve element connected to the solenoid to be adjusted such that the actual speed reaches a predetermined target speed largely independently of disturbance variables.
Normalerweise sind bekannte Anordnungen zur Regelung der Leerlaufdrehzahl im einzelnen so ausgebildet, daß bei stromlosen Hubmagneten das Ventilelement durch die Rückstellfeder entweder in der vollgeöffneten oder ganz geschlossenen Stellung gehalten wird. Erst wenn der Hubmagnet mit dem Stellstrom beaufschlagt wird, bewegt sich das Ventilelement entgegen der Kraft der Rückstellfeder in eine zwischen diesen beiden Endstellungen befindliche mittlere Stellung,bis ein Kräftegleichgewicht zwischen der Magnetkraft und der Kraft der Rückstellfeder herrscht.Normally, known arrangements for regulating the idle speed are designed so that the valve element is held in the fully open or fully closed position by the return spring when the solenoids are de-energized. Only when the solenoid is acted upon by the actuating current does the valve element move against the force of the return spring into a middle position between these two end positions until there is a balance of forces between the magnetic force and the force of the return spring.
Bei einem Ausfall der Einrichtung, die den Stellstrom erzeugt oder einer Störung des Hubmagneten wird demzufolge der Verbrennungskraftstoffmotor entweder mit dem in dem Leerlaufbereich größtmöglichen Luftdurchsatz, der normalerweise eine unerwünscht hohe Leerlaufdrehzahl ergibt, oder mit kleinstem Luftdurchsatz mit der Gefahr des Absterbens betrieben.In the event of a failure of the device which generates the actuating current or a malfunction of the solenoid, the internal combustion engine is therefore operated either with the largest possible air flow rate in the idling range, which normally gives an undesirably high idling speed, or with the lowest air flow rate with the risk of death.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Anordnung zur Regelung der Leerlaufdrehzahl der eingangs genannten Gattung so weiterzubilden, daß auch bei Ausfall des Hubmagneten, bzw. des ihn betätigenden Stroms sich selbsttätig ein mittlerer Leerlauf-Luftdurchsatz einstellt, der einen für die meisten Belastungsfälle des Verbrennungskraftstoffmotors befriedigenden Leerlaufbetrieb erwarten läßt.The present invention is therefore based on the object of developing the arrangement for regulating the idle speed of the type mentioned in such a way that even if the solenoid or the current actuating it fails, an average idle air throughput is set automatically, which is one for most load cases satisfactory idle operation can be expected from the internal combustion engine.
Diese Aufgabe wird durch die in dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Erfindung gelöst.This object is achieved by the invention specified in the characterizing part of
Erfindungsgemäß wird erreicht, daß mit einer fertigungsgünstigen und wenig aufwendigen Anordnung die keine weiteren elektrischen Schaltelemente benötigt, der Luftdurchsatz im Leerlaufbetrieb auf einen mittleren Wert eingestellt wird, wenn der Hubmagnet ausfällt. - Die selbsttätige Einstellung eines mittleren Luftdurchsatzes, wenn der Hubmagnet stromlos ist, erfolgt durch die Einwirkung der Hilfsfeder über das Betätigungselement auf das Ventilelement, und zwar entgegen der Kraft der Rückstellfeder. Bei stromlosen Hubmagneten wird nämlich das Betätigungselement durch die Hilfsfeder an dem Anschlag gehalten und positioniert dadurch das Ventilelement in eine mittlere Stellung, während das Ventilelement ohne die Hilfsfeder durch die Wirkung der Rückstellfeder in einer Endstellung gehalten würde. In dieser mittleren Stellung des Ventilelements hat sich ein Kräftegleichgewicht durch die dieser Stellung entsprechenden Verformungen der Rückstellfeder und der Hilfsfeder eingestellt. - Wenn der Hubmagnet hingegen bei ordnungsgemäß funktionierender Regelung mit einem Stellstrom beaufschlagt wird, zieht dieser das ferromagnetische Betätigungselement entgegen der Kraft der Hilfsfeder an, so daß sich das Betätigungselement von dem Anschlag löst. Dadurch wird das Ventilelement unabhängig von dem Betätigungselement und der Hilfsfeder nur entsprechend dem Kräftegleichgewicht zwischen dem Hubmagneten und der Rückstellfeder wie üblich eingestellt. Die Stellcharakteristik dieser Anordnung wird also insofern durch die Hilfsfeder und das ferromagnetische Betätigungselement in vorteilhafter Weise nicht verändert. - Die angegebene Funktion des Betätigungselements setzt eine solche Ausbildung des Hubmagneten voraus, daß die magnetischen Flüsse aus dem Hubmagneten in den Bereich des ferromagnetischen Betätigungselements übertreten können, um an diesem die gewünschte Kraftwirkung zu erzeugen. Der Hubmagnet darf also nicht in dem Bereich des Betätigungselements magnetisch vollständig geschlossen sein. - Durch diese Ausbildung des Hubmagneten und die Anordnung des ferromagnetischen Betätigungselements in dessen Einflußbereich wird also eine Verstellung des Betätigungselements durch den Hubmagneten möglich, wenn dieser mit normalen Stellströmen beaufschlagt wird.According to the invention it is achieved that with a production-favorable and less complex arrangement that does not require any further electrical switching elements, the air throughput in idle mode is set to a medium value if the solenoid fails. - The automatic setting of an average air flow when the solenoid is de-energized, takes place through the action of the auxiliary spring via the actuating element on the valve element, against the force of the return spring. In the case of de-energized solenoids, the actuating element is held on the stop by the auxiliary spring and thereby positions the valve element in a central position, while the valve element would be held in an end position without the auxiliary spring by the action of the return spring. In this central position of the valve element, an equilibrium of forces has been established by the deformations of the return spring and the auxiliary spring corresponding to this position. - If, however, the solenoid is acted upon by a control current with properly functioning control, this pulls the ferromagnetic actuating element against the force of the auxiliary spring, so that the actuating element is released from the stop. As a result, the valve element is set as usual independently of the actuating element and the auxiliary spring only in accordance with the balance of forces between the lifting magnet and the return spring. The actuating characteristic of this arrangement is therefore advantageously not changed by the auxiliary spring and the ferromagnetic actuating element. - The specified function of the actuating element requires such a design of the lifting magnet that the magnetic fluxes from the lifting magnet can pass into the area of the ferromagnetic actuating element in order to generate the desired force effect thereon. The lifting magnet must therefore not be completely closed magnetically in the area of the actuating element. - This design of the solenoid and the arrangement of the ferromagnetic actuating element in its area of influence, so an adjustment of the actuating element by the solenoid is possible when it is acted upon by normal control currents.
In einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform ist das ferromagnetische Element als gelochte Scheibe ausgebildet, ! durch die eine das Ventilelement, den verschiebbaren Kern des Hubmagneten und den Anschlag miteinander festverbindende Hubstange hindurchreicht. - Diese Anordnung ist kompakt und kostengünstig herstellbar, da die Hubstange gegenüber einer üblichen Ausführung praktisch nur mit einem zusätzlichen Anschlag zu versehen ist. Das ferromagnetische Betätigungselement ist annähernd koaxial zu der Hubstange in Verlängerung des Hubmagneten angeordnet.In a particularly expedient embodiment, this is ferromagnetic element designed as a perforated disc ! through which extends the valve element, the displaceable core of the solenoid and the stop connecting rod together. - This arrangement is compact and inexpensive to manufacture, since the lifting rod is practically only to be provided with an additional stop compared to a conventional design. The ferromagnetic actuating element is arranged approximately coaxially to the lifting rod in the extension of the lifting magnet.
In einer besonders unkomplizierten Anordnung ist die das ferromagnetische Betätigungselement darstellende Scheibe um eine Achse schwenkbar, die an der magnetisch nicht abgeschlossenen Stirnseite des Hubmagneten angeordnet ist und die Hilfsfeder greift an einem der Schwenkachse entgegengesetzten Ende der Scheibe an. - Bei dieser Anordnung ist also die Scheibe bei stromlosen Hubmagneten durch die Kraft der Hilfsfeder an dem Ende, an dem die Hilfsfeder angreift, von der Stirnseite des Hubmagneten weggeklappt und liegt an dem Anschlag an. Wenn der Hubmagnet mit dem Stellstrom beaufschlagt wird, schwenkt die Scheibe auf die bis dahin magnetisch nicht abgeschlossene Stirnseite und gibt den Anschlag frei. Sobald die Scheibe an der Stirnseite des Hubmagneten anliegt, kann sich in vorteilhafter Weise dessen Magnetfluß an der Stirnseite der ferromagnetischen Scheibe ausbilden, so daß der Wirkungsgrad des Hubmagneten hoch ist.In a particularly uncomplicated arrangement, the disk which represents the ferromagnetic actuating element can be pivoted about an axis which is arranged on the end of the lifting magnet which is not magnetically closed and the auxiliary spring engages on an end of the disk which is opposite the pivot axis. - In this arrangement, the disc is in the case of de-energized solenoids by the force of the auxiliary spring at the end at which the auxiliary spring engages, folded away from the end face of the lifting magnet and is against the stop. When the actuating current is applied to the solenoid, the disc swivels onto the face that has not been magnetically closed until then and releases the stop. As soon as the disk rests on the end face of the lifting magnet, its magnetic flux can advantageously form on the end face of the ferromagnetic disk, so that the efficiency of the lifting magnet is high.
In einer Variante der Anordnung kann die Scheibe auch zu der Hubstange parallel verschiebbar geführt sein. - Dabei tritt also die Parallelführung an die Stelle der Schwenkachse der erstgenannten Ausführungsform. Die Scheibe wird hier mechanisch und magnetisch symmetrisch beansprucht, was in einzelnen Anwendungsfällen vorteilhaft sein kann.In a variant of the arrangement, the disk can also be guided so as to be displaceable parallel to the lifting rod. - The parallel guide thus takes the place of the pivot axis of the first-mentioned embodiment. The disk is stressed mechanically and magnetically symmetrically here, which can be advantageous in individual applications.
Ein Ausführungsbeispiel der Anordnung mit einer schwenkbaren Scheibe wird im folgenden anhand der Zeichnung besprochen:
- In der Zeichnung ist mit 1 ein Hubmagnet mit einer Spule 2und einem
verschiebbaren Kern 3 bezeichnet. Der Hubmagnet ist an seinerStirnseite 4 offen, d.h. durch kein ferromagnetisches Gehäuseteil abgeschlossen.
- In the drawing, 1 denotes a lifting magnet with a
coil 2 and adisplaceable core 3. The lifting magnet is open on itsend face 4, ie it is not closed by a ferromagnetic housing part.
Der auf einer Hubstange 5 befestigte Kern ist zusammen mit dieser verschiebbar. Die Hubstange trägt an dem in der Zeichnung linken Ende ein Ventilelement 6, zu dem ein Ventilsitz 7 in dem Leerlauf-Luftweg eines nicht dargestellten Verbrennung kraftstoffmotors gehört.The core fastened on a
An dem in der Zeichnung rechten Ende des Hubmagneten greift eine Rückstellfeder 8 an, die in dem vorliegenden Fall als Druckfeder das Ventilelement 6 in die geschlossene Stellung zu drücken sucht.At the right end of the solenoid in the drawing, a return spring 8 engages, which in the present case tries to press the
Ebenfalls an der rechten Seite der Hubstange ist aus dieser ein Anschlag 9 ausgeformt. An den Anschlag wird in der bezeichneten Stellung eine schwenkbare ferromagnetische Scheibe 10 unter der Kraft einer Hilfsfeder 11 gezogen. Die Schwenkachse der Scheibe ist mit 12 bezeichnet.A stop 9 is also formed on the right-hand side of the lifting rod. In the designated position, a pivotable
In der gezeichneten Stellung ist der Hubmagnet 1 stromlos, so daß auf die Scheibe 10 ausschließlich die Kraft der Hilfsfeder einwirkt. Die Hilfsfedernzieht über den Anschlag 9 die Hubstange 5 soweit in eine offene Stellung nach rechts, bis ein Kräftegleichgewicht zwischen der Hilfsfeder und der dieser Bewegung entgegenstehenden Rückstellfeder herrscht. Dabei stellt sich ein mittlerer Leerlauf-Luftdurchsatz an dem Ventil ein.In the position shown, the
Während also die bezeichnete Stellung dem Störungsfall entspricht, wird im normalen Betriebsfall des Hubmagneten dieser mit dem Stellstrom beaufschlagt, so daß die ferromagnetische Scheibe 10 auf die Stirnseite 4 des Hubmagneten gezogen wird. Diese Schwenkbewegung erfolgt entgegen der Kraft der Hilfsfeder 11. Dabei löst sich die Scheibel0 vom den Anschlag 9, so daß nun auf die Hubstange. nur die von dem Kern 3 und der Rückstellfeder 8 ausgeübten Kräfte einwirken, bis sich diese im Gleichgewicht halten. Die Stellung des Ventilelements entspricht also in den üblichen normalen Betriebsfällen dem Stellstrom in dem Hubmagneten bei vorgegebener Kennlinie der Rückstellfeder 8.So while the designated position corresponds to the fault, in normal operation the solenoid will acted upon by the actuating current, so that the
In einer Variante der gezeichneten Ausführungsform kann die Hilfsfeder 11 auch als Druckfeder zwischen der Scheibe und der Stirnseite des Hubmagneten angeordnet sein.In a variant of the embodiment shown, the
Claims (5)
daß im Einflußbereich des Hubmagneten (1) ein ferromagnetisches Betätigungselement (Scheibe 10) angeordnet ist, welches mittels mindestens einer Hilfsfeder (11) gegenüber dem Ventilelement (6) bis an einen mit dem Ventilelement in fester Verbindung stehenden Anschlag (9) verschiebbar ist, und daß die Hilfsfeder in Relation zu der Rückstellfeder (8) so dimensioniert ist, daß das Ventilelement (6) bei stromlosen Hubmagneten durch die auf es im einander entgegengesetzten Sinne einwirkende Hilfsfeder (11) und Rückstellfeder (8) in einer Stellung mittleren Luftdurchsatzes gehalten wird.1. Arrangement for regulating the idling speed of an internal combustion engine by influencing the filling with an electromechanical actuator which has a valve element which can be moved by a lifting magnet against the force of a return spring, characterized in that
that a ferromagnetic actuating element (disk 10) is arranged in the area of influence of the lifting magnet (1), which can be displaced by means of at least one auxiliary spring (11) relative to the valve element (6) up to a stop (9) which is fixedly connected to the valve element, and that the auxiliary spring in relation to the return spring (8) is dimensioned such that the valve element (6) is held in a position of medium air flow rate when the solenoids are de-energized by the auxiliary spring (11) and return spring (8) acting on it in opposite senses.
dadurch gekennzeichnet,
daß der Hubmagnet (1) eine magnetisch nicht abgeschlossene Stirnseite (4) aufweist, der gegenüber das ferromagnetische Betätigungselement (10) gelagert ist.2. Arrangement with an electromagnet in which a core connected to the valve element can be displaced,
characterized,
that the lifting magnet (1) has a magnetically incomplete end face (4) which is mounted opposite the ferromagnetic actuating element (10).
dadurch gekennzeichnet ,
daß das ferromagnetische Betätigungselement als gelochte Scheibe (10) ausgebildet ist, durch die eine das Ventilelement (6), den verschiebbaren Kern (3) und den Anschlag (9) miteinander fest verbindende Hubstange (5) hindurchreicht.3. Arrangement according to claim 1 and 2,
characterized ,
that the ferromagnetic actuator is designed as a perforated disc (10) through which the valve element (6), the displaceable core (3) and the stop (9) firmly connecting lifting rod (5) passes through.
dadurch gekennzeichnet ,
daß die Scheibe (10) um eine Schwenkachse (12) schwenkbar ist, die an der magnetisch nicht abgeschlossenen Stirnseite (4) des Hubmagneten (1) angeordnet ist, und daß die Hilfsfeder (11) an einem der Schwenkachse (12) entgegengesetzten Ende der Scheibe angreift.4. Arrangement according to claim 3,
characterized ,
that the disc (10) is pivotable about a pivot axis (12) which is arranged on the magnetically incomplete end face (4) of the lifting magnet (1), and that the auxiliary spring (11) on one of the pivot axis (12) opposite end of the Disc attacks.
dadurch gekennzeichnet ,
daß die Scheibe zu der Hubstange parallel verschiebbar gelagert ist.5. Arrangement according to claim 3,
characterized ,
that the disc is mounted parallel to the lifting rod.
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