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Die Erfindung betrifft ein Austragsystem für ein erstes Medium, insbesondere Wasser, das zusammen mit mindestens einem zweiten Medium, insbesondere Kraftstoff, in einem Vorratstank aufnehmbar ist, mit den Merkmalen im Oberbegriff von Anspruch 1.
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Bei technischen Einrichtungen, bei denen fluidische Medien als funktionswesentliche Betriebsmittel benutzt werden, ist in aller Regel die einwandfreie Beschaffenheit der betreffenden Medien Voraussetzung für den sicheren und störungsfreien Betrieb. U. a. gilt dies im Besonderen für Kraftstoffversorgungssysteme, beispielsweise für Dieselmotoren, oder für Hydrauliksysteme. Wasseranteile im Dieselöl können Beschädigungen im Einspritzsystem und Störungen beim Motorbetrieb verursachen. Bei Hydrauliksystemen können Wasserbeimengungen im Hydrauliköl zu Kavitation und/oder Korrosion führen. Daher ist es Stand der Technik, unter Ausnutzung des Dichteunterschiedes, wie er beispielsweise zwischen Kraftstoffen oder Hydrauliköl einerseits und Wasser andererseits gegeben ist, das dichtere Medium, das sich an einer Entnahmestelle angesammelt hat, abströmen zu lassen. Da bei der durch den Dichteunterschied bewirkten Medientrennung sich das angesammelte schwerere Medium, wie Wasser, am Boden des Vorratstankes ansammelt, sich die Entnahmestelle also am Tankboden befindet, ist die Funktionssieherheit des das Ausströmen ermöglichenden Austragssystems für die Betriebssicherheit des Gesamtsystems ausschlaggebend. Ein Versagen im Sinne einer Leckage würde bei der am Tankboden befindlichen Entnahmestelle zu einem unkontrollierten Auslaufen, beispielsweise bis zur Entleerung des Tanks, mit entsprechend drastischen Folgen, führen.
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Die
DE 38 16 303 A1 beschreibt eine Wasserabscheidungsanlage zum Abscheiden von Wasser aus Kraftstoffen, wobei Separatoren das Wasser aus dem Kraftstoff abscheiden und in einen Wassersammelbehälter ableiten. Mittels eines manuell betätigbaren Absperrventils kann das Wasser aus dem Wassersammelbehälter abgelassen werden. Das Wasser wird weder über eine Ventilsteuereinrichtung noch direkt aus einem Kraftstoffvorratstank oder einer Kraftstoffleitung abgeführt.
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Die
DE 10 2006 059 714 A1 beschreibt ein Verfahren zur Abtrennung einer Wasserphase aus einer Ölphase eines Öl-Wasser-Gemisches mit einem Druckentwässerungssystem. Hierzu werden Phasen-Trennelemente in der Art von Strömungsprofilen in zwei Stufen - bei turbulenter Umströmung und bei laminarer Umströmung - angewandt, um Wasser aus einem strömenden Öl-Wasser-Gemisch abzuscheiden. Das Wasser wird in einem Wassersammelraum gesammelt und kann aus diesem abgelassen werden.
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Die
US 2008/0128350 A1 beschreibt eine Wasserabscheideeinrichtung, bei der Wasser aus einem Kraftstofftank mit Hilfe von Druck an einer semipermeablen Membran von dem Kraftstoff getrennt wird.
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Die
US 6 207 045 B1 beschreibt eine Einrichtung zur Detektion von Wasser in Kraftstoff und zum Austrag von an einer Sammelstelle eines Wasserseparators angesammelten Wassers aus dem Separator. Hierzu weist die Einrichtung zum einen einen Sensor zur Messung der elektrischen Leitfähigkeit des in seiner Umgebung anzutreffenden Fluids auf und zum anderen ist der Sensor Teil einer Ventilsteuereinrichtung zur Ansteuerung und insbesondere zum Öffnen eines Magnetventils, das den Austrag von Wasser aus dem Separator ermöglicht.
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Die
US 2013/0284675 A1 offenbart ein gattungsgemäßes Austragsystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, nämlich ein Austragsystem für ein erstes Medium, das zusammen mit mindestens einem zweiten Medium in einem Vorratstank aufnehmbar ist, wobei das erste Medium dichtemäßig sich von dem jeweils anderen Medium separiert und an einer Entnahmestelle ansammelt, wobei mittels einer Ventilsteuereinrichtung gezielt das erste Medium von der Entnahmestelle aus dem Vorratstank abführbar ist, wobei die Ventilsteuereinrichtung zumindest zwei in Reihe hintereinander geschaltete, elektromagnetisch betätigbare Schaltventile aufweist, die gemeinsam betätigt eine medienführende Verbindung zwischen dem Vorratstank und der Abgabeseite des Systems bilden, und wobei die Funktionselemente der Ventilsteuereinrichtung zu einer Baueinheit zusammengefasst sind, die einen das erste und das zweite Schaltventil mit ihren elektromagnetischen Betätigungseinrichtungen enthaltenden Ventilblock mit Anschlussstellen für die Verbindungen zu Tank und Abgabeseite aufweist.
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Im Hinblick auf diese Problematik stellt sich die Erfindung die Aufgabe, ein Austragsystem der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, das sich durch eine hohe Betriebssicherheit auszeichnet.
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Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch ein Austragsystem gelöst, das die Merkmale des Patentanspruchs 1 in seiner Gesamtheit aufweist.
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Danach besteht eine wesentliche Besonderheit der Erfindung darin, dass die elektromagnetische Betätigungseinrichtung beider Schaltventile jeweils ein Magnetgehäuse aufweist, das samt zugehörigem Polstück und dazu entgegengesetztem Polkern in einer für jedes Schaltventil gleich ausgebildeten, gestuften Aufnahmebohrung in dem Ventilblock aufgenommen ist, dass die Schaltventile in zueinander um 180 Grad gewendeter Position eingebaut sind, dass bei dem ersten Schaltventil der Fluidweg von einem Eingangsanschluss über eine in einer Einlassbohrung eines Schraubeinsatzes gebildete Drosselstelle und über innere Bohrungen zu einem O-Ring hin verläuft, dass bei bestromtem Zustand einer Spulenwicklung des ersten Schaltventils und einem vom O-Ring abgehobenen Steuerteil der weitere Fluidweg zu einem Ankerraum hin und durch einen Durchgangskanal in einem Magnetanker hindurch zu einem Fluiddurchgang in einem Kopfteil frei ist, dass bei dem zweiten Schaltventil die Verbindungsleitung am obenliegenden Ende eines Polkernes an einer Bohrung eines weiteren Schraubeinsatzes vorgesehen ist, wobei keine Drosselstelle gebildet ist, und dass in entsprechender Weise wie beim ersten Schaltventil der Fluidweg zu einem Ausgangsanschluss bei Bestromung der weiteren Spulenwicklung des zweiten Schaltventiles freigegeben ist.
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Dadurch, dass die Ventilsteuereinrichtung zumindest zwei in Reihe hintereinander geschaltete, elektromagnetisch betätigbare Schaltventile aufweist, die gemeinsam betätigt eine medienführende Verbindung zwischen dem Vorratstank und der Abgabeseite des Systems bilden, stellt die Erfindung ein redundantes Sicherheitssystem dar, bei dem ein Medienausstrom aus der Entnahmestelle des Tanks nur in Abhängigkeit davon erfolgen kann, dass gleichzeitig beide, die Ventilsteuereinrichtung bildenden Schaltventile durch einen funktionsgerechten Schaltvorgang in ihre Offenstellung kommen. Andererseits führt während Betriebsphasen, in denen kein Austragvorgang erfolgen soll, das Versagen eines Schaltventils, das sich nicht in die dichte Schließstellung überführen lässt, nicht zu einem Systemversagen, weil auch bei nur einem dicht schließenden Schaltventil der ungewollte Medienaustritt vermieden ist.
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Dadurch, dass die Funktionselemente der Ventilsteuereinrichtung zu einer Baueinheit zusammengefasst sind, die einen das erste und das zweite Schaltventil mit ihren elektromagnetischen Betätigungseinrichtungen enthaltenden Ventilblock mit Anschlussstellen für die Verbindungen zu Tank- und Abgabeseite aufweist, bildet das Austragsystem einen kompakten, raumsparenden Baukörper, der auch in Gerätschaften ohne Schwierigkeiten einbaubar ist, bei denen ein begrenzter Einbauraum zur Verfügung steht, wie dies häufig bei mobilen Anwendungen der Fall ist.
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Es ist ferner vorgesehen, dass das Austragsystem mit einer Ventilsteuereinrichtung versehen ist, mittels deren das erste Medium, insbesondere Wasser, das durch Schwerkrafteinfluss separiert und angesammelt ist, gezielt aus dem Vorratstankabführbar ist. Mittels einer Ventilsteuereinrichtung lassen sich nicht nur jeweilige Austragvorgänge bedarfsgesteuert durchführen, beispielsweise entsprechend planmäßigen Betriebsintervallen oder einer ein Volumen an angesammelten Medium erkennenden Sensorik, sondern es lässt sich durch eine Funktionsüberwachung der Ventilsteuereinrichtung auch eine verbesserte Betriebssicherheit des Systems gewährleisten.
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Bei besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen, bei denen an einer die Schaltventile in Hintereinanderschaltung verbindenden Leitung ein Drucksensor angeschlossen ist, ergibt sich der besondere, zusätzliche Vorteil, dass eine Überwachung der Funktionssicherheit des erfindungsgemäßen Austragsystems auf besonders einfache und sichere Weise möglich ist, wenn, wie dies bei den in Frage kommenden Einsatzfällen üblicherweise der Fall ist, das dem Austragsystem zugeordnete Fluidsystem mit einem vorgegebenen Tankdruck arbeitet. Bei solchen Fluidsystemen, wie Kraftstoffversorgungssystemen, liegt der Trankdruck gewöhnlich im Bereich von 6 bis 8 bar. Bei einem Versagen des in der Medienverbindung dem Vorratstank nächstliegenden ersten Schaltventiles in der Weise, dass dieses nicht funktionsgerecht schließt, das zweite Schaltventil jedoch funktionsgerecht in der dichten Schließstellung ist, signalisiert der Drucksensor diesen Störfall durch eine dem Tankdruck entsprechende Druckanzeige. Wenn umgekehrt das erste Schaltventil funktionsgerecht schließt und das zweite Schaltventil nicht funktionsgerecht die dichte Schließstellung einnimmt, signalisiert der Drucksensor diesen Störfall durch Anzeige eines Druckabfalles vom Tankdruck zum Druck der Abgabeseite des Systems hin.
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Wenn das Austragsystem für das Kraftstoffversorgungssystem eines Verbrennungsmotors vorgesehen ist, ist die Anordnung mit Vorteil so getroffen, dass die Ventilsteuereinrichtung eine medienführende Verbindung zur Abgasanlage des betreffenden Verbrennungsmotors herstellt. Dadurch entfällt der Aufwand für die Entsorgung des ausgetragenen Fluids, wie Wasser, das bei derartigen Systemen normalerweise mit Verschmutzungen belastet ist, beispielsweise durch Anteile von Kohlenwasserstoffverbindungen, und dadurch als schadstoffbelastet behandlungsbedürftig ist. Bei Einleiten in einen Abgasstrom, in dem Einrichtungen zur katalytischen Abgasreinigung vorhanden sind, lassen sich Entsorgungsprobleme vermeiden.
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Bei vorteilhaften Ausführungsbeispielen ist zwischen Vorratstank und der Abgabeseite des Systems zumindest eine Drosselstelle vorgesehen. Dadurch lässt sich der Austragvorgang in besonders sicherer Weise mit einem gezielten, abfließenden Volumenstrom durchführen. Eine entsprechende Drosselstelle kann am Eingang des am Vorratstank geschlossenen, ersten Schaltventils in Form einer dem Ventil zugehörigen Komponente ausgebildet sein.
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Bei besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen kann in der medienführenden Verbindung ein eine Volumenausdehnung ermöglichendes, nachgiebiges Element, vorzugsweise in Form einer Membran, vorgesehen sein. Dadurch ist das Austragsystem durch einen zur Verfügung gestellten Volumenausgleich mit einem Gefrierschutz versehen, so dass das Austragsystem auch bei kalten Umgebungsbedingungen betriebssicher einsetzbar ist. Vorzugsweise ist das eine Volumenausdehnung ermöglichende Element an der die Schaltventile in Hintereinanderschaltung verbindenden Leitung angeschlossen.
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Als in einen derartigen Ventilblock einbaubare Schaltventile können mit Vorteil 2/2-Wegeventile vorgesehen sein, die in die sperrende Schaltstellung, vorzugsweise mittels einer Federanordnung, vorgespannt sind.
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Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
- 1 in Symboldarstellung die Fluidschaltung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Austragsystems in Verbindung mit einem schematisch vereinfacht angedeuteten Kraftstofftank;
- 2 einen Querschnitt des Ventilblockes des Ausführungsbeispiels;
- 3 einen gegenüber 2 in größerem Maßstab gezeichneten Teilquerschnitt des in 2 linksseitig gelegenen Teiles des Ventilblockes; und
- 4 einen gegenüber 2 kleinerer Maßstab gezeichneten Längsschnitt des Ventilblockes.
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Die 1 zeigt das Ausführungsbeispiel in Verbindung mit einem Vorratstank 2, der als Bestandteil eines nicht dargestellten Kraftstoffversorgungssystem für einen (ebenfalls nicht dargestellten) Dieselmotor einen Vorrat an Dieselöl 4 aufnimmt. Wie in 1 lediglich schematisiert mit einer Trennlinie 6 angedeutet ist, hat sich aus dem mit Wasseranteilen belasteten Dieselöl 4 am Boden des Tanks 2 durch Schwerkrafteinfluss vom Dieselöl 4 separiert ein Volumen an Wasser 8 angesammelt,, das mittels des erfindungsgemäßen Austragsystems betriebssicher ausgetragen werden soll. Eine am Tankboden vorgesehen Entnahmestelle, die in 1 mit 10 bezeichnet ist, ist über eine Leitung 12 mit dem Eingangsanschluss 16 einer Ventilsteuereinrichtung 14 verbunden. Die Ventilsteuereinrichtung 14 weist zwischen ihrem Eingangsanschluss 16 und einem Ausgangsanschluss 18 ein erstes Schaltventil 20 und ein zweites Schaltventil 22 auf, die über eine Verbindungsleitung 14 in Hintereinanderschaltung miteinander verbunden sind. An einer Abgriffstelle 26 ist die Verbindungsleitung 24 mit einem Drucksensor 28 verbunden. Der die Abgabeseite des Systems bildende Ausgangsanschluss 18 ist über eine Abströmleitung 30 mit der Abgasanlage des dem Tank 2 zugehörigen (nicht gezeigten) Verbrennungsmotors in Verbindung. Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann das erste Ventil 20 auch direkt in dem Tank 2 an einer entsprechend gestalteten Entnahmestelle 10 sitzen.
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Die 2 bis 4 zeigen nähere Einzelheiten der Ventilsteuereinrichtung 14. Diese bildet, wie 2 und 4 zeigen, eine Baueinheit aus einem die Schaltventile 20 und 22 aufnehmenden Ventilblock 32 und einem ein Abschlussteil des Ventilblockes 32 bildenden Kopfteil 34. Im Ventilblock 32 sind beide Schaltventile 20, 22 im Abstand nebeneinander angeordnet, wobei die auf die Verfahrrichtung der beweglichen Ventilteile bezogenen Längsachsen zueinander parallel verlaufen.Eingangsanschluss 16 und Ausgangsanschluss 18 münden nebeneinander an der gleichen Seite des Ventilblockes 32. Beide Schaltventile 20, 22 sind gleichartig als elektromagnetisch betätigbare 2/2-Wegeventile ausgebildet. Die elektromagnetische Betätigungseinrichtung beider Schaltventile 20, 22, die in an sich bekannter Weise ausgebildet ist, weist jeweils ein Magnetgehäuse 36 auf, das samt zugehörigem Polstück 38 und dazu entgegengesetztem Polkern 42 in einer für jedes Schaltventil 20, 22 gleich ausgebildeten, gestuften Aufnahmebohrung 40 im Ventilblock 32 aufgenommen ist.
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Wie 2 zeigt, sind die Schaltventile 20, 22 in zueinander um 180° Grad gewendeter Position eingebaut. Bei dem linksseitig gelegenen Schaltventil 20, siehe 3, erfolgt die Abdichtung gegenüber dem Ventilblock 32 und dem abschließenden Kopfteil 34 in üblicher Weise. Ein O-Ring 46, der sich zwischen Polstück 38 und Kopfteil 34 befindet, ermöglicht die Fixierung der Spule im Einbauraum und dient als Toleranzausgleich. Am gegenüberliegenden unteren Bereich ist der Polkern 42 durch einen Dichtring 44 gegenüber der gestuften Aufnahmebohrung 40 abgedichtet. Im Magnetgehäuse 36 umgibt eine Spulenwicklung 48 ein Polrohr 50 (3) das einen Teil des Polkernes 42 sowie einen Abschlusszapfen 52 übergreift, der vom Kopfteil 34 vorspringt. Der Abschlusszapfen 52 ist gegenüber dem Polrohr 50 durch einen Dichtring 54 abgedichtet. Ein Dichtring 56 dichtet den Polkern 42 gegenüber dem Polrohr 50 ab. In dem zwischen Polkern 42 und Abschlusszapfen 52 gebildeten Ankerraum ist ein Magnetanker 58 angeordnet, von dem sich bei jedem Schaltventil 20, 22 jeweils ein stangenartiges Ventil-Betätigungsteil 60 koaxial zur Ventilachse erstreckt und in einem Durchgang 62 im Polkern 42 verschiebbar geführt ist. Zur Bildung von sogenannten „drückenden“ Magnetsystemen ist der Magnetanker 58 jeweils mittels einer Feder 64, die auf das freie Ende des Betätigungsteiles 60 einwirkt, für eine Bewegung zu einer Endlage vorgespannt, bei der er beim ersten Schaltventil 20 am Abschlusszapfen 52 ansteht.
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Bei der umgekehrten Einbauposition des zweiten Schaltventils 22 liegt der Magnetanker 58, wie 2 zeigt, in der durch die Feder 64 bewirkten Endlage an einem Einsatzkörper 66 an, der sich in der Aufnahmebohrung 40 vordem Ausgangsanschluss 18 befindet und zu diesem hin einen Durchgang 68 aufweist. Der Einsatzkörper 66 ist gegenüber der Aufnahmebohrung 40 über einen Dichtring 70 und gegenüber dem Polrohr 50 durch einen Dichtring 72 abgedichtet. Wiederum, wie beim ersten Schaltventil 20, ist das Polstück 38 des zweiten Schaltventiles über ein Dichtmittel in üblicher Weise zum Ventilblock 32 abgedichtet. Der O-Ring 46 an dieser Stelle dient wiederum dem Toleranzausgleich. Die jeweils gleiche Steuerfunktion beider Schaltventile 20, 22 wird unter Bezug auf das in 3 gezeigte erste Schaltventil 20 erläutert. Wie ersichtlich weist der Durchgang 62 im Polkern 42 einen erweiterten Abschnitt 74 auf, der eine Art Ventilgehäuse bildet. Innerhalb dieses Abschnittes 74 bildet das Betätigungsteil 60 ein Steuerteil 76, das gegenüber dem am Magnetanker 58 befestigten Schaftteil im Durchmesser vergrößert ist und an dem dem Anker 58 zugewandten Rand eine Art gewölbten Ventilteller für eine abdichtende Anlage an einem O-Ring 68 bildet, an dem das Steuerteil 76 bei unbestromter Spulenwicklung 48 unter Einwirkung der Feder 64 anliegt. Letztere stützt sich einerseits am Ende des erweiterten Steuerteiles 76 des Betätigungsteiles 60 und andererseits an einem Schraubeinsatz 80 am Ende des Polkernes 42 ab. Bei dem „drückenden“ Magnetsystem am ersten Ventil 20 wirken die Feder 64 und der Druck schließend. Der Magnet wirkt dabei drückend gegen FFeder und FDruck Beide Schaltventile 20, 22 sind über eine Anschlusssteckereinrichtung 98 (4) gemeinsam bestrombar.
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Wie in 3 mit gestrichelter Linie 81 angedeutet, verläuft bei dem ersten Schaltventil 20 (3) der Fluidweg vom Eingangsanschluss 16 über eine in einer Einlassbohrung 82 des Schraubeinsatzes 80 gebildete Drosselstelle 84 und über innere Bohrungen 86 und 88 zum O-Ring 78 hin. Bei bestromtem Zustand der Spulenwicklung 48 und vom O-Ring 78 abgehobenem Steuerteil 76 ist der weitere Fluidweg zum Ankerraum hin und durch einen Durchgangskanal 90 im Magnetanker 58 hindurch zu einem Fluiddurchgang 92 im Kopfteil 34 frei. Der Fluiddurchgang 92 bildet Teil der im Kopfteil 34 ausgebildeten und in 2 und 3 nicht dargestellten Verbindungsleitung 24 (siehe 1) von deren Abgriffstelle 26 ein Abzweig zum Drucksensor 28 gebildet ist. Bei dem zweiten Schaltventil 22 ist die Verbindungsleitung 24 am in 2 obenliegenden Ende des Polkernes 42 an der Bohrung 82 des Schraubeinsatzes 80 vorgesehen, wobei keine Drosselstelle gebildet ist. In entsprechender Weise wie beim ersten Schaltventil 20 ist der Fluidweg zum Ausgangsanschluss 18 bei Bestromung der Spulenwicklung 48 frei gegeben.
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Wie die 4 zeigt, ist an der von der Abgriffstelle 26 der Verbindungsleitung 24 zum Drucksensör 28 führenden Abzweigleitung 94 eine Gefrierschutzeinrichtung ausgebildet. Diese weist für einen Volumenausgleich eine Gummimembran 96 auf, die als nachgiebiges Element eine Vergrößerung anschließender Volumina ermöglicht, um Ausdehnungen des Fluids unter Gefrierbedingungen zu ermöglichen.
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Wie bereits erwähnt, ist bei der Erfindung durch Hintereinanderschaltung von Ventilen 20 und 22, die für einen Austragvorgang gemeinsam zu betätigen sind, ein redundantes Sicherheitssystem realisiert, das Sicherheit gegen Systemversagen bietet. Zudem ermöglicht der Drucksensor 28 eine Funktionsüberwachung, durch die ein Störfall bereits erkennbar ist, falls nur eines der Ventile 20 oder 22 versagt, so dass ein Störfall bereits erkennbar ist, bevor ein Versagen des Systems eintritt. Die Einleitung eines Austragvorgangs durch Bestromen der Wicklung 48 beider Schaltventile 20, 22 kann bedarfsweise durch eine Bedienperson oder selbsttägig mittels einer Sensorik veranlasst werden, die dem Stand der Technik entsprechend ausgebildet sein kann und die Ansammlung eines entsprechenden, angesammelten Volumens an auszutragendem Fluid erkennt. Die Drosselstelle 84 ist derart bemessen, dass der Austrag mit einem gezielten Volurrienstrom erfolgt.