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Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Lüfterantrieb für eine Kühleinrichtung eines Druckmittels, mit einer Hydropumpe und mit einem von der Hydropumpe über eine Druckleitung mit Druckmittel versorgbaren Hydromotor, von dem ein Lüfterrad mit einer in Abhängigkeit von der Temperatur des Druckmittels veränderbaren Drehzahl antreibbar ist.
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Solche hydraulischen Lüfterantriebe werden meist innerhalb einer Kühlanlage einer Brennkraftmaschine eingesetzt. Um die Kühlleistung gering zu halten, wird bei einem hydraulischen Lüfterantrieb der gattungsgemäßen Art ein Hydromotor bei einer niedrigen Temperatur des zu kühlenden Druckmittels oder Kühlmittels mit einer niedrigen Drehzahl und bei einer höheren Temperatur des Druckmittels mit einer höheren Drehzahl angetrieben. Dabei entspricht jeder Drehzahl ein bestimmter Druck in der Druckleitung, so dass man die jeweils richtige Drehzahl dadurch erhalten kann, dass in der Druckleitung ein bestimmter Druck aufrechterhalten wird. Je höher die Temperatur des zu kühlenden Druckmittels oder Kühlmittels ist, desto höher ist der Druck in der Druckleitung und umso höher ist die Menge des geförderten Druckmittels. Bei einer niedrigen Temperatur ist die Leistung, die die Hydropumpe abgibt, deshalb nur gering, bei höheren Temperaturen hingegen relativ groß. Durch eine reduzierte Lüfterdrehzahl lässt sich auch eine Geräuschminderung erreichen.
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Die
DE 38 40 023 A1 beschreibt einen hydrostatischen Antrieb für den Lüfter einer Brennkraftmaschine, der einen Zahnradmotor aufweist, dessen Drehzahl durch den von einem Thermostatventil vorgegebenen Druck auf eine sich an die Seitenflächen seiner Zahnräder anlegenden, druckbeaufschlagbaren Dichtplatte regelbar ist. Bei niedriger Temperatur der Kühlflüssigkeit ist die Drehzahl des Zahnradmotors gering, bei steigender Drehzahl erhöht sie sich durch zunehmendes Schließen des Thermostatventils und steigt bis zur Maximaldrehzahl.
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Die
DE 34 07 747 A1 beschreibt einen Kühlkreislauf für ein Kühlmittel einer Brennkraftmaschine. Beim Anlassen der Brennkraftmaschine und bei einer niedrigen Temperatur des Kühlmittels wird wenig Leistung an den Lüfterantrieb abgegeben, bei einem Warmstart der Brennkraftmaschine dagegen muß der Anlasser nicht nur die Brennkraftmaschine anwerfen, sondern auch ein relativ hohes Moment zum Antreiben der Hydropumpe aufbringen. Dadurch wird die Batterie, aus der der Anlasser üblicherweise gespeist wird, entsprechend belastet.
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In der
DE 40 25 992 A1 ist eine Antriebsbelastungs-Steuereinrichtung für eine verdrängungsvariable Hydraulikpumpe beschrieben, die eine Steuereinrichtung umfaßt. Die Steuereinrichtung berücksichtigt einen Startzustand und steuert eine Verdrängungs-Veränderungseinrichtung der Pumpe an. Damit wird die Auslaßkapazität der Pumpe reduziert und die Antriebsleistung derselben verringert.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen hydraulischen Lüfterantrieb für eine Kühleinrichtung eines Druckmittels zu schaffen, der konstruktiv einfach aufgebaut ist und einen minimierten Energiebedarf im Betrieb aufweist.
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Diese Aufgabe wird mit einem hydraulischen Lüfterantrieb für eine Kühleinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit gelöst.
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Dadurch, dass der hydraulische Lüfterantrieb eine Druckregeleinrichtung für einen Hydromotor aufweist, die einen Druckregler umfaßt, welcher wenigstens mittelbar von einem Thermoelement angesteuert ist, das von einem Bypassvolumenstrom durchströmt ist, wobei der Bypassvolumenstrom von der Druckleitung abgezweigt ist, in der auch zu kühlendes Druckmittel einer Arbeitshydraulik strömt, und stromab einer Querschnittsverengung, insbesondere in Form einer Drossel, das Thermoelement durchströmt, ist ein hydraulischer Lüfterantrieb geschaffen, der konstruktiv einfach aufbaut und der sehr direkt und damit energieeffizient die Drehzahl des Hydromotors imstande ist zu regeln.
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Die aktuelle, druckseitige Temperatur des Druckmittels der Hydropumpe für den Antrieb des Hydromotors wird als Regelgröße für das geförderte Druckmittelvolumen der Hydropumpe und damit als Regelgröße für die Drehzahl des Hydromotors genutzt. Das Druckmittel enthält auch das zu kühlende Druckmittel einer Arbeitshydraulik, da beide Hydraulikkreisläufe einen gemeinsamen Druckmittelbehälter nutzen. Das Thermoelement ermöglicht eine direkte Eingabe einer Stellgröße in die Druckregeleinrichtung oder zumindest eine mit geringem Bauaufwand verbundene indirekte Eingabe einer Stellgröße für das zu dem Hydromotor geförderte Druckmittelvolumen.
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Zwischen der durch den Hydromotor fließenden, durch die Drehzahl des Hydromotors bestimmten Druckmittelmenge pro Zeiteinheit und dem Druck in der Druckleitung besteht ein direkter Zusammenhang. Die Lüfterdrehzahl nimmt in der Regel mathematisch gesehen proportional zur Wurzel des Druckes zu. Somit ist es möglich, die Drehzahl des Hydromotors durch Konstanthalten des Druckes in der Druckleitung gleichfalls konstant zu halten oder durch eine Veränderung des Druckes in der Druckleitung diese Drehzahl zu verändern. Ferner ist es möglich, mit Hilfe der Druckregeleinrichtung die Drehzahl des Lüftermotors unabhängig von der Eingangsdrehzahl der Pumpe, die wiederum von der Drehzahl des Verbrennungsmotors abhängt, konstant zu halten.
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Bei einer besonders einfach aufbauenden Ausführungsform des hydraulischen Lüfterantriebes ist die Hydropumpe zur Förderung von Druckmittel an den zum Antrieb des Lüfterrades dienenden Hydromotor als Konstantstrompumpe ausgebildet. Um eine einfache Druckregelung und Volumenstromregelung für den Hydromotor zu bewirken, ist eine die Hydropumpe kurzschließende Druckmittelleitung vorgesehen, die einen Abgang an der Druckleitung aufweist und einen Eingang an der saugseitigen Druckmittelleitung der Hydropumpe vorsieht. Ein Wegeventil, das in der einfachsten Bauweise des Lüfterantriebes als 2/2-Wegeventil ausgebildet ist, steuert den Druckmittelstrom in dieser Bypassleitung. Das Wegeventil ist in einer seiner beiden Betätigungsrichtungen von einem Thermoelement, insbesondere von einem Dehnstoffthermoelement, und in seiner anderen Richtung von einer Druckfeder beaufschlagt. Das Thermoelement wird von einem Bypassvolumenstrom stromab einer Drossel aus dieser, die Hydropumpe insoweit kurzschließenden Druckmittelleitung durchströmt.
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Ist beispielsweise die Temperatur des das Thermoelement durchströmenden oder anströmenden Druckmittels gering, so ist das Wegeventil in einer geöffneten Schaltstellung, d. h. der Hydromotor für das Lüfterrad wird nicht oder kaum von Druckmittel durchströmt. Vielmehr wird nahezu der gesamte Volumenstrom, der von der Hydropumpe gefördert wird, über die die Hydropumpe kurzschließende Druckmittelleitung von der Druckseite zur Saugseite gefördert. Steigt die Temperatur des Druckmittels an dem Thermoelement an, so schließt das Wegeventil bevorzugt stetigverstellend die die Hydropumpe kurzschließende Druckmittelleitung und Druckmittel wird zu dem Hydromotor zum Antrieb des Lüfterrades gefördert.
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Der Druckregler kann als Mehrwegeventil ausgebildet sein, das in der einen Richtung von einer vorzugsweise schwachen Druckfeder und dem Thermoelement und in der anderen Richtung von dem Pumpendruck der Hydropumpe beaufschlagt ist. Das Thermoelement kann von einem Druckmittel-Bypassstrom beaufschlagt sein, der von einem Fluidanschluß des Mehrwegeventils abgezweigt ist.
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Das Thermoelement kann indirekt auf das Mehrwegeventil wirken, indem es ein, das Mehrwegeventil vorsteuerndes Druckminderventil ansteuert, das in der Lage ist, den an dem Druckminderventil anliegenden Pumpendruck zu verringern. Das Druckminderventil bildet somit ein Vorsteuerventil für eine Seite des Regelkolbens des Mehrwegeventils aus. Die andere Seite des Regelkolbens des Mehrwegeventils wird vom Pumpendruck her beaufschlagt.
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Als Mehrwegeventile kommen insbesondere 3/2- oder 3/3-Wegeventile in Betracht, die bevorzugt in der Art von Druckwaagen ausgebildet sind. Das 3/2-Wegeventil steuert dabei den Druck in einem Arbeitsraum einer Stelleinrichtung zur Einstellung der Fördermenge der Hydropumpe an.
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Dem Druckregler kann ein Wegeventil parallel geschaltet sein, über das beispielsweise während der Einschaltzeit eines Anlassers einer Verbrennungskraftmaschine, die die Hydropumpe antreibt, die Druckseite des Druckreglers mit einem Tankanschluß verbindbar ist. Das Wegeventil kann auch die Druckseite der Hydropumpe mit dem Tank verbinden, um eine Notfunktion des hydraulischen Lüfterantriebes zu realisieren.
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Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnung im Einzelnen näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
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1 einen schematischen Schaltplan eines ersten Ausführungsbeispiels eines hydraulischen Lüfterantriebes, wobei der Volumenstrom einer Hydropumpe von einem Wegeventil in einer Kurzschlußleitung für die Hydropumpe geregelt ist;
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2 einen weiteren schematischen Schaltplan eines weiteren zweiten Ausführungsbeispiels eines hydraulischen Lüfterantriebes mit einer Hydropumpe mit variablem Fördervolumen;
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3 einen weiteren schematischen Schaltplan eines dritten Ausführungsbeispiels eines hydraulischen Lüfterantriebes; und
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4 einen weiteren schematischen Schaltplan eines vierten Ausführungsbeispiels eines hydraulischen Lüfterantriebes mit einer Parallelschaltung eines Wegeventils zu einem Druckreger.
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In der 1 ist ein erster schematischer Schaltplan eines hydraulischen Lüfterantriebes 1 für eine Kühleinrichtung 2 zur Kühlung eines Druckmittels, wie etwa eines Hydrauliköls einer nicht näher spezifizierten Arbeitshydraulik 26, gezeigt. Eine als Konstantstrompumpe 11 ausgebildete Hydropumpe 3 ist hierbei von einer Verbrennungskraftmaschine 27 angetrieben und fördert Druckmittel aus einem Druckmittelbehälter 28 über eine Druckleitung 4 zu einem Hydromotor 5. Die Hydropumpe 3 kann als Flügelzellenpumpe oder Zahnradpumpe oder in der Art einer Axialkolbenmaschine oder in Form einer sonstigen Pumpenkonstruktion ausgebildet sein. Ein Lüfterrad 6 wird von dem Hydromotor 5 angetrieben und fördert Kühlluft auf einen Kühler 29, wobei zwischen dem Kühler 29 und der Arbeitshydraulik 26 noch eine übliche Filtereinrichtung 33 geschaltet sein kann, die von dem zu kühlenden Druckmittel der Arbeitshydraulik 26 durchströmt ist. Zwischen Kühler 29 und Arbeitshydraulik 26 ist noch eine übliche Filtereinrichtung 33 geschaltet. Der in der 1 gezeigte hydraulische Lüfterantrieb 1 weist des weiteren eine Druckregeleinrichtung 7 zur Regelung des Druckmitteldruckes in der Druckleitung 4 zu dem Hydromotor 5 auf. Die Druckregeleinrichtung 7 dient zur temperaturabhängigen Durchfluß- oder Druckregelung des Druckmittels und weist einen einzigen Druckregler 8 in Form eines Wegeventils 12, genauer in Form eines 2/2-Wegeventils auf.
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Ein nicht näher dargestellter Regelkolben des stetig verstellbaren 2/2-Wegeventils wird von einer Seite mit einer Druckfeder 16 und von seiner anderen Seite mit einem Thermoelement 9 beaufschlagt. Das Thermoelement 9 ist bevorzugt als Dehnstoffthermoelement 15 ausgebildet und wird von Druckmittel des hydraulischen Lüfterantriebes 1 und der Arbeitshydraulik 26 durchströmt.
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Zu diesem Zweck ist eine Druckmittelleitung 13 stromauf der Hydropumpe 3 vorgesehen, die eine fluidführende Verbindung zum einen zu dem 2/2-Wegeventil bildet und von der über eine als Drossel 10 gebildete Querschnittsverengung ein Bypassvolumenstrom zu dem Thermoelement 9 geführt ist. Das Thermoelement 9 wird demnach von dem Druckmittel des hydraulischen Lüfterantriebes 1 und auch der Arbeitshydraulik 26 durchströmt, da diese einen gemeinsamen Druckmittelbehälter 28 aufweisen.
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Das Thermoelement 9 steht im Wärmeaustausch mit dem Druckmittel und dehnt sich je nach dessen Temperatur mehr oder weniger aus. In dem in 1 gezeigten Schaltzustand des 2/2-Wegeventils ist das Thermoelement 9 im wesentlichen nicht ausgedehnt. d. h. der von der Hydropumpe 3 geförderte Druckmittelstrom wird zum größten Teil über das 2/2-Wegeventil kurzgeschlossen und der Saugseite 14 der Hydropumpe 3 wieder zugeführt. Der Hydromotor 5 dreht sich mit seinem Lüfterrad 6 nur mit vergleichsweise niedriger Drehzahl. Erwärmt sich nun das Druckmittel in dem Druckmittelbehälter 28 aufgrund von Wärmeeintrag von Druckmittel aus der Arbeitshydraulik 26, so dehnt sich auch das Thermoelement 9 aus und verbringt den Regelkolben des 2/2-Wegeventils in eine Schließposition, so dass mehr Druckmittel von der Hydropumpe 3 zu dem Hydromotor 5 gefördert wird. Das Lüfterrad 6 dreht sich schneller und erhöht insoweit den Kühlluftstrom auf einen Kühler 29, so dass insoweit eine verstärkte Ölkühlung des Medienstroms für die Arbeitshydraulik 26 erfolgt.
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In der 2 ist gleichfalls in der Art eines schematischen Schaltplanes ein weiteres Ausführungsbeispiel eines hydraulischen Lüfterantriebes 1 gezeigt, wobei für dieselben Bauteile auch dieselben Bezugszeichen wie in der 1 vorgesehen sind. Das bisher Gesagte gilt dann auch insoweit für das Ausführungsbeispiel nach der 2. Die Hydropumpe 3 ist diesmal als Pumpe mit variablem Fördervolumen ausgelegt, deren Fördervolumen von einem einfach wirkenden Stellzylinder als Stelleinrichtung 22 veränderbar ist. Als Druckregler 8 ist ein Mehrwegeventil 17, insbesondere ein 3/2-Wegeventil 18, vorgesehen. Der Regelkolben des 3/2-Wegeventils 18 ist in einer Richtung von dem Dehnstoffthermoelement 15 und in der anderen gegenüberliegenden Richtung von dem Pumpendruck der Hydropumpe 3 beaufschlagt.
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Eine druckseitige Druckmittelleitung 13 ist mit dem 3/2-Wegeventil 18 fluidführend verbunden. Von dieser Druckmittelleitung 13 ist ein Bypassvolumenstrom über die Drossel 10 zu dem Dehnstoffthermoelement 15 geführt, das wiederum unter in Reiheschaltung mit der Druckfeder 16 den Regelkolben des 3/2-Wegeventils 18 beaufschlagt. In der in 2 gezeigten Schaltstellung des 3/2-Wegeventils 18 ist eine fluidführende Verbindung von einem Arbeitsraum 21 der Stelleinrichtung 22 zum Druckmittelbehälter 28 geschaltet. Das Dehnstoffthermoelement 15 ist in seiner durch Wärmeeinwirkung ausgedehnten Position gezeigt. Die Hydropumpe 3 fördert einen relativ hohen Druckmittel-Volumenstrom zu dem Hydromotor 5, der wiederum einen hohen Kühlluftstrom mit seinem Lüfterrad 6 für die Arbeitshydraulik 26 erzeugt.
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Sinkt die Temperatur des Druckmittels in dem Druckmittelbehälter 28 durch Eintrag gekühlten Druckmittels an der Arbeitshydraulik 26, so wird das Dehnstoffthermoelement 15 von gekühltem Druckmittel von der Druckmittelleitung 13 über die Drossel 10 durchströmt. Es führt einen Hub des Regelkolbens des 3/2-Wegeventils 18 nach links aus der Sicht des Betrachters der 2 aus, unterstützt durch den an der gegenüberliegenden Seite des Regelkolbens wirkenden Pumpendruck. Dadurch kann Druckmittel in den Arbeitsraum 21 der Stelleinrichtung 22 gelangen und das Fördervolumen der Hydropumpe 3 wird verringert. Bei der dahingehenden Auslenkbewegung wird der Stellkolben 31 der Stelleinrichtung 22 gegen die Federwirkung einer Druckfeder 32 in Blickrichtung auf die 2 gesehen nach rechts verstellt und dadurch die Hydropumpe 3 abgeregelt.
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Es ergibt sich hieraus eine einfach bauende Regelung des hydraulischen Lüfterantriebes 1 ohne elektrische Stellglieder und ohne elektrischen Meßabgriff von Temperatur- oder Fluidkenngrößen. Während bei der Ausführungsform nach der 1 eine lineare, aber relativ steile hysteresebehaftete Kennlinie für die Temperaturführung erreicht ist, kommt es bei der Ausführungsform nach der 2 zu einem progressiven Kennlinienverlauf betreffend den Temperaturanstieg aufgetragen über dem Druck-Drehzahlverlauf der Hydropumpe 3.
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In der 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines hydraulischen Lüfterantriebes 1 mit einer mittelbaren Ansteuerung des Druckreglers 8 durch das Thermoelement 9 aufgezeigt. Die Druckregeleinrichtung 7 umfaßt hierbei ein 3/2-Wegeventil 18, das vorrangig in der Art einer Druckwaage, wie in 2 bereits dargestellt, ausgebildet ist und zusätzlich ein Druckminderventil 20. Das 3/2-Wegeventil 18, das primär den Druckregler 8 bildet, wird auf seiner einen Seite über die Druckmittelleitung 13 mit Druck beaufschlagt, die wiederum mit der Druckleitung 4 verbunden ist. Auf seiner anderen Seite wird der Regelkolben des 3/2-Wegeventils 18 durch einen Vorsteuerdruck, der von dem Druckminderventil 20 vorgegeben ist, und einer zusätzlichen Druckfeder 16 beaufschlagt.
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Das Druckminderventil 20 steuert einen Druckmittelstrom zu dem Druckmittelbehälter 28 an, der von der Druckmittelleitung 13 über eine Drossel 30 in einen Fluidanschluß 19 abgezweigt wird. Das Thermoelement 9 dient an dem Druckminderventil 20 zur Sollwerteingabe der Einstellposition des Druckminderventils 20, indem das Thermoelement 9 von Druckmittel der Druckleitung 4 über die Drossel 10 angeströmt wird. Bei hoher Temperatur des Druckmittels, das von der Hydropumpe 3 gefördert wird, geht das Druckminderventil 20 in eine geschlossene Schaltposition, wobei der Vorsteuerdruck für das 3/2-Wegeventil 18 in der Weise steigt, dass der Regelkolben in die in 3 gezeigte Schaltposition geht. Dabei kann Druckmittel aus dem Arbeitsraum 21 der Stelleinrichtung 22 entweichen und die Hydropumpe 3 geht in eine Betriebsweise, in der eine hohe Druckmittelmenge zu dem Hydromotor 5 mit Lüfterrad 6 gefördert wird. Die Drehzahl des Lüfterrades 6 steigt, wodurch das Druckmittel gekühlt wird. Eine Kühlung erfolgt so lange, bis das gekühlte Druckmittel in dem Thermoelement 9 wiederum einen Stellweg im Sinne einer geöffneten Schaltposition für das Druckminderventil 20 herstellt.
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Verfährt das Druckminderventil 20 in Richtung einer geöffneten Schaltposition, verfährt der Regelkolben des 3/2-Wegeventils 18 oder Druckreglers 8 in Blickrichtung des Betrachters der 2 gesehen nach links. Dabei wird der Arbeitsraum 21 der Stelleinrichtung 22 mit Druckmittel allmählich befüllt und der Stellkolben 31 der Stelleinrichtung 22 für die Hydropumpe verfährt nach rechts entgegen der Druckkraft der Druckfeder 32 und regelt dabei den Volumenstrom auf der Zufuhrseite der Hydropumpe 3 ab, was der Fall ist, wenn eine ausreichende Kühlung oder ein kalter Betriebszustand für die Arbeitshydraulik 26 vorliegt.
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Die Fördermenge der Hydropumpe 3 verringert sich also dadurch und die Drehzahl des Hydromotors 5 und die Kühlwirkung des Lüfterrades 6 ebenso.
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Die Druckregler 8, wie sie in den 2 bis 4 gezeigt sind, arbeiten regelmäßig als Druckwaagen, was den Vorteil hat, dass der hydraulische Lüfterantrieb 1 unabhängig von Drehzahlschwankungen der die jeweilige Hydropumpe 3 antreibenden Verbrennungskraftmaschine 27 arbeiten kann.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach der 4 ist parallel zu dem Druckregler 8, der hier als 3/2-Wegeventil 18' ausgebildet ist, vorteilhaft ein Wegeventil 23 mit einem Regelkolben 24 vorgesehen, um dergestalt eine Maximaldruckabsicherung des hydraulischen Lüfterantriebes 1 bewirken zu können oder um ein kurzzeitiges Übersteuern der Druckregeleinrichtung 7 zu bewirken, wenn beispielsweise die Verbrennungskraftmaschine 27 angelassen wird. Dadurch braucht ein Anlasser (nicht dargestellt) der Verbrennungskraftmaschine 27 nicht den hydraulischen Lüfterantrieb 1 in kaltem Zustand des Druckmittels mit anzutreiben. Der Regelkolben 24 des in der Art einer Druckwaage ausgebildeten Wegeventils 23 ist auf der einen Seite von einer von der Federstärke her einstellbaren Druckfeder 25 und dem Druckmitteldruck, wie er an dem Thermoelement 9 anliegt, beaufschlagt. Der Anschluß A bei der Hydropumpe 3 führt zur Arbeitshydraulik 26 und der Anschluß B zum Druckmittelbehälter 28. Mit Dr ist eine Leckageleitung angesprochen, die gleichfalls in den Druckmittelbehälter 28 von der Hydropumpe 3 kommend einmündet. Des weiteren ist ein Luftanschluß für die Hydropumpe Tair vorgesehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3840023 A1 [0003]
- DE 3407747 A1 [0004]
- DE 4025992 A1 [0005]
