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Die vorliegende Erfindung betrifft einen hydraulischen Lüfterantrieb, insbesondere einen Lüfterantrieb für eine Arbeitsmaschine, wie beispielsweise einen Radlader, mit wenigstens einer Druckölpumpe, mit wenigstens einem von der Druckölpumpe mit Drucköl versorgten Ölmotor, der einen Lüfter antreibt.
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Aus dem Stand der Technik sind bereits andere Lüfterantriebe bekannt. Beispielsweise bezieht sich die
DE 100 05 425 A1 auf einen hydrostatischen Lüfterantrieb mit variabler Drehzahl, der insbesondere zur Kühlung des Fahrzeugmotors eines Kraftfahrzeugs vorgesehen ist. Dieser Lüfterantrieb besteht aus einem Hydraulikmotor, einem mit dem Hydraulikmotor verbundenen Lüfter und einer Pumpenanordnung, die über eine Leitung in Verbindung mit dem Hydraulikmotor steht, um Fluid zum Hydraulikmotor zu fördern. Ferner offenbart die
DE 10 2012 017 206 A1 eine Vorrichtung mit einer Regeleinrichtung für einen Lüfterantrieb eines Ladeluftkühlers einer Brennkraftmaschine sowie ein Verfahren zur Steuerung des Lüfterantriebs. Hierbei ist der Ladeluftkühler insbesondere zur Kühlung von aufgeladener Luft vorgesehen. Die
DE 199 60 894 A1 beschreibt wiederum eine Vorrichtung, bei der eine Druckmittelquelle, eine Lenkhilfe und mindestens ein Aggregat mit hydrostatischem Antrieb einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeuges mit einem Druckmittel beliefert wird. Bei dem mindestens einen Aggregat handelt es sich um einen Lüfter, der über einen eigenen Hydromotor verfügt. Lenkhilfe und Lüfter sind in Reihenschaltung angeordnet. Dadurch versorgt die Druckmittelquelle erst alle angeschlossenen Aggregate mit hydrostatischem Antrieb mit dem Druckmittel, bevor die Lenkhilfe von diesem durchsetzt wird.
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Ein anderer aus dem Stand der Technik bekannter hydraulischer Lüfterantrieb ist aus 3 ersichtlich. In 3 kennzeichnet der mit dem Bezugszeichen 5 gekennzeichnete Bereich denselben Bereich, der in 1 mit dem Bezugszeichen 5 gekennzeichnet ist. Die darin angeordneten Komponenten befinden sich somit auch in der Schaltung gemäß 3.
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Die Druckölpumpe 8 versorgt einen Ölmotor 7, der das Gebläse bzw. den Lüfter antreibt. Über ein parallel zu dem Ölmotor 7 angeordnetes Ventil 6 kann der Lüfterdruck, d.h. der am Ölmotor 7 anliegende Druck eingestellt werden. Parallel zu dem Ventil 6 ist ein Rückschlagventil angeordnet.
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Bei dem Ventil 6 handelt es sich um das erfindungsgemäß „zweite Ventil“. Das Ventil 6 kann stufenweise oder stufenlos verstellbar ausgeführt sein, so dass sich unterschiedliche Strömungsquerschnitte und somit Strömungswiderstände im Ventil 6 ergeben.
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Jeder Hydraulikdruck entspricht einer Drehzahl. Je weiter das Ventil 6 geöffnet ist, desto geringer ist der am Ölmotor 7 anliegende Druck und somit die Drehzahl des Lüfters. Die maximale Drehzahl des Lüfters ergibt sich maximaler Drosselung bzw. beim Schließen des Ventils 6.
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Aus dem Stand der Technik bekannte Lüfterantriebe werden so ausgelegt, dass sie bei allen üblicherweise auftretenden Umgebungsbedingungen eine ausreichende Leistung erbringen. Wird die Arbeitsmaschine bei einer geringen Umgebungstemperatur betrieben, wird eine geringe Lüfterdrehzahl benötigt, was durch die Einstellung eines entsprechend geringen Hydraulikdrucks am Ölmotor 7 erreicht wird.
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Da es sich bei der Druckölpumpe 8 um eine Konstantpumpe handelt, fördert die Druckölpumpe 8 immer die volle, ihrer Drehzahl entsprechende Menge des Drucköls gegen den Lüfterdruck. Bei Umgebungstemperaturen, die unterhalb der maximalen Auslegungstemperatur liegen, was häufig der Fall ist, benötigt der Lüftermotor 7 jedoch nur die seiner nun geringeren Drehzahl entsprechende Menge des Drucköls. Die Restmenge, die von der Druckölpumpe 8 gefördert wird, wird über das Ventil 6 in den Tank 4 gefördert und stellt damit eine Verlustleistung dar.
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Wie dies weiter aus 3 in Verbindung mit 1 hervorgeht, gelangt das Drucköl, das den Ölmotor 7 durchströmt hat sowie das Drucköl, das das Ventil 6 durchströmt hat, in denselben Tank 4. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass dazu unterschiedliche Tanks verwendet werden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Lüfterantrieb der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass dessen Verlustleistung gegenüber der bekannten Ausführung verringert ist.
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Diese Aufgabe wird durch einen Lüfterantrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Danach ist allgemein vorgesehen, dass der Lüfterantrieb zumindest eine erste und eine zweite Druckölpumpe aufweist, von denen zumindest die zweite in einem ersten Betriebszustand mit dem Ölmotor in Fluidverbindung steht, so dass diese Drucköl zu dem Ölmotor fördert, und in einem zweiten Betriebszustand mit einem Ablauf in Fluidverbindung steht, so dass diese das Drucköl zu dem Ablauf fördert, wobei zwischen der zweiten Druckölpumpe und dem Ölmotor sowie dem Ablauf wenigstens ein erstes Ventil angeordnet ist, mittels dessen der erste und der zweite Betriebszustand einstellbar sind, und wobei parallel zu dem Ölmotor wenigstens ein zweites Ventil (6) ge-schaltet ist, das derart angesteuert wird, dass dessen Strömungswider-stand von einer Temperatur, wie z. B. der Umgebungstemperatur bzw. von der gewünschten Drehzahl des Lüfters abhängt.
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Anspruchsgemäß ist der Lüfterantrieb weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ventil und das zweite Ventil derart miteinander verschaltet sind, dass bei Übersteigen eines bestimmten Öffnungszustandes des zweiten Ventils das erste Ventil derart verstellt wird, dass von dem ersten auf den zweiten Betriebszustand umgestellt wird.
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Die aus dem Stand der Technik bekannte einzige Druckölpumpe 8 wird somit durch zwei (oder mehr als zwei) Druckölpumpen ersetzt, die vorzugsweise zusammen dieselbe oder eine geringfügig höhere Förderleistung besitzen, wie die Druckölpumpe 8.
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Bei der ersten und zweiten Druckölpumpe kann es sich um identisch ausgebildete Druckölpumpen oder auch um unterschiedlich ausgebildete Druckölpumpen handeln.
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Die zweite Druckölpumpe fördert je nach Betriebszustand des Lüfterantriebs, d.h. je nach dem Leistungsbedarf des Lüfters zu dem Ölmotor oder in den Ablauf, wie beispielsweise in einen Tank.
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Die erste Druckölpumpe liefert vorzugsweise eine so große Menge an Drucköl, dass der Ölmotor eine bestimmte (mittlere) Drehzahl erreichen kann, die einer mittleren Temperaturen, insbesondere Umgebungstemperatur entspricht. Diese mittlere Temperatur kann beispielswiese in einem Bereich ≤ 30 °C liegen. Die Funktion entspricht der aus dem Stand der Technik bekannten Funktion, die Menge, die durch die erste Druckölpumpe gefördert werden muss, ist jedoch geringer als bei der aus dem Stand der Technik bekannten Druckölpumpe 8.
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Die zweite Druckölpumpe fördert vorzugsweise bis zu mittleren Temperaturen, insbesondere Umgebungstemperaturen direkt in den Ablauf und muss somit nur vergleichsweise geringe Leitungswiderstände überwinden. Die Leistungsaufnahme der zweiten Druckölpumpe ist in diesem Betriebszustand minimal, so dass erfindungsgemäß eine nennenswerte Einsparung erzielt wird.
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Wenn im Folgenden von Umgebungstemperaturen die Rede ist, steht dieser Begriff stellvertretend für jede beliebige Temperatur, also auch für die Temperatur einer Komponente oder eines Betriebsmittels der Arbeitsmaschine, wie beispielsweise des Kühlwassers.
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Steigt die Umgebungstemperatur an bzw. bei höheren Umgebungstemperaturen fördert die zweite Druckölpumpe in dem ersten Betriebszustand zusammen mit der ersten Druckölpumpe das Drucköl zum Ölmotor, der somit höhere Drehzahlen erreichen kann, bis hin zu der maximalen Drehzahl, die bei der maximal zulässigen Umgebungstemperatur benötigt wird. In diesem ersten Betriebszustand entspricht der Lüfterantrieb gemäß der Erfindung hinsichtlich der Energieaufnahme dem bekannten Lüfterantrieb. Jedoch sind die Zeitspannen, in denen der Lüfterantrieb in dem zweiten Betriebszustand betrieben wird, üblicherweise vergleichsweise groß, so dass eine Energieeinsparung erzielt wird.
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Vorzugsweise wird der Lüfterantrieb somit derart betrieben, dass bei bestimmten ersten Umgebungstemperaturen bzw. in einem ersten Bereich von Umgebungstemperaturen der erste Betriebszustand und dass bei im Verhältnis dazu geringeren zweiten Umgebungstemperaturen bzw. in einem zweiten Bereich von geringeren Umgebungstemperaturen der zweite Betriebszustand gewählt wird.
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Gemäß Anspruch 1 ist der Lüfterantrieb somit mit einer Steuer- oder Regelungseinheit ausgeführt oder steht mit einer solchen in Verbindung, die bei Umgebungstemperaturen, die in einem ersten Bereich liegen (z.B. Umgebungstemperaturen > 30 °C), den Lüfterantrieb in dem ersten Betriebszustand betreibt und bei Umgebungstemperaturen, die in einem zweiten kleineren Bereich liegen (z.B. Umgebungstemperaturen ≤ 30 °C) den Lüfterantrieb in dem zweiten Betriebszustand betreibt. Bei den angegebenen Werten handelt es sich nur um Beispiele, die die Erfindung nicht beschränken. Steht der Lüfterantrieb mit einer Steuer- oder Regelungseinheit in Verbindung, weist dieser eine geeignete Schnittstelle zu der Steuer- oder Regelungseinheit auf, mittels derer Signale zur Ansteuerung des Lüfterantriebs an diesen übertragen werden.
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Der Begriff der Steuer- oder Regelungseinheit ist weit zu fassen und umfasst jedes beliebige Element, dass gemäß der vorstehenden Beschreibung in der Lage ist, die Betriebszustände einzustellen.
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Die Einstellung der Betriebszustände erfolgt beispielsweise mittels eines oder mehrere Ventilen, die z.B. elektrisch angesteuert sein können oder auch mechanisch, beispielsweise mittels temperaturabhängigen Wachselementen.
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Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform steht die erste Druckölpumpe in beiden Betriebszuständen der zweiten Druckölpumpe mit dem Ölmotor in Fluidverbindung steht, so dass die erste Druckölpumpe in beiden Betriebszuständen Drucköl zu dem Ölmotor fördert. Die erste Druckölpumpe fördert somit stets Drucköl zu dem Ölmotor, wenn der Lüfterantrieb arbeitet.
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Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform ist weiterhin zwischen der zweiten Druckölpumpe und dem Ölmotor sowie dem Ablauf wenigstens ein erstes Ventil angeordnet, mittels dessen der erste und der zweite Betriebszustand einstellbar sind. Bei dem ersten Ventil handelt es sich vorzugsweise um ein Wege-Ventil, wie beispielsweise um ein 3/2-Wege-Ventil. Das Ventil stellt in einer ersten Position eine Fluidverbindung zwischen der zweiten Druckölpumpe und dem Ölmotor her und in der zweiten Position eine Fluidverbindung zwischen der zweiten Druckölpumpe und dem Ablauf.
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Ferner ist nach Anspruch 1 vorgesehen, dass parallel oder anderweitig zu dem ÖImotor wenigstens ein zweites Ventil geschaltet ist, das derart angesteuert wird, dass dessen Strömungswiderstand von der Umgebungstemperatur bzw. von der gewünschten Drehzahl des Lüfters abhängt. Das zweite Ventil ist relativ zu dem Ölmotor derart geschaltet, dass der an dem Ölmotor anliegende Öldruck bzw. der Ölvolumenstrom von der Position des zweiten Ventils abhängt.
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Dieses zweite Ventil kann verschiedene Positionen einnehmen und kann beispielsweise in Stufen oder auch stufenlos verstellbar sein. Je nach Ventilposition ergibt sich ein bestimmter Strömungswiderstand, so dass mittels des zweiten Ventils die Ölmenge bzw. der Ölvolumenstrom einstellbar ist, der durch den Ölmotor strömt. Auf diese Weise ist eine Einstellung der Drehzahl des Lüfterantriebs möglich.
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Erfindungsgemäß sind das erste und das zweite Ventil derart miteinander verschaltet, dass bei Übersteigen eines bestimmten Öffnungszustandes des zweiten Ventils das erste Ventil derart verstellt wird, dass von dem ersten auf den zweiten Betriebszustand umgestellt wird. So ist es beispielsweise möglich, dass die Bestromung an dem zweiten Ventil erhöht wird, wodurch sich die Bypassmenge des Drucköls erhöht, das nicht den Ölmotor antreibt, sondern im Bypass strömt. Die Drehzahl des Ölmotors nimmt ab. Erreicht nun die Bestromung einen bestimmten Grenzwert, wird das erste Ventil bestromt und die zweite Druckölpumpe fördert in den Ablauf.
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Das vorgenannte Beispiel geht davon aus, dass sich das zweite Ventil mit steigender Bestromung zunehmend öffnet und das erste Ventil bei Bestromung so geschaltet wird, dass die zweite Druckölpumpe in den Ablauf fördert. Von der Erfindung ist entsprechend auch der Fall umfasst, dass das sich das zweite Ventil mit steigender Bestromung zunehmend schließt und/oder das erste Ventil bei Bestromung so geschaltet wird, dass die zweite Druckölpumpe zu dem Ölmotor fördert. Das vorgenannte Beispiel umfasst auch diese Ausführungsform, wobei die Bestromungen entsprechend anzupassen sind.
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Bevorzugt ist jedoch eine Ausführungsform, bei der das zweite Ventil stromlos voll geschlossen ist, so dass beispielsweise bei einem Kabelbruch die volle Kühlerleistung erzielt wird. Das erste Ventil kann so geschaltet sein, dass dieses im Fehlerfall, d.h. im stromlosen Zustand eine Fluidverbindung zwischen der zweiten Druckölpumpe und dem Ölmotor herstellt, so dass der volle Volumenstrom und Öldruck am Ölmotor zur Verfügung steht.
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Bei dem zweiten Ventil handelt es sich vorzugsweise um ein elektrisches Proportionalventil.
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Bei der ersten und zweiten Druckölpumpe handelt es sich vorzugsweise um Konstantpumpen, d.h. um Druckölpumpen, die immer die volle, ihrer Drehzahl entsprechende Menge des Öls fördert.
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Das erste und/oder das zweite Ventil können beispielsweise elektrisch oder mechanisch geschaltet werden, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass das erste Ventil stromlos geschlossen und das zweite Ventil im stromlosen Zustand derart geschaltet ist, dass der erste Betriebszustand eingestellt wird, in dem die zweite Druckölpumpe zum Ölmotor fördert.
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Sollte beispielsweise durch Verschleiß der Komponenten bei langer Nutzungsdauer oder durch niederviskoses Öl die Drehzahl des Ölmotors nachlassen bzw. unter einem Sollwert liegen, ist es denkbar, dass eine Steuer- oder Regelungseinheit die Öffnung des zweiten Ventils verringert (beispielsweise durch Verringerung von dessen Bestromung). Sinkt die Bestromung unter einen Grenzwert bzw. erreicht der Öffnungsgrad des zweiten Ventils einen Grenzwert, kann die Steuer- oder Regelungseinheit das erste Ventil in die erste Betriebsweise schalten, in der eine Fluidverbindung zwischen der zweiten Druckölpumpe und dem Ölmotor hergestellt wird. Somit wird verhindert, dass es zu einer unerwünschten Verringerung der Kühlleistung kommt. Zur Feststellung der Drehzahl des Lüfters oder des Ölmotors kann ein Drehzahlmesser oder auch ein Volumenstrommesser vorhanden sein, der den durch den Lüfter geförderten Volumenstrom erfasst.
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Die vorliegende Erfindung betrifft des Weiteren eine Arbeitsmaschine, insbesondere Radlader mit wenigstens einem hydraulischen Lüfterantrieb, der wenigstens einen Lüfter antreibt, wobei der Lüfterantrieb insbesondere zur Wärmeabfuhr einer Kühlanlage der Arbeitsmaschine dient. Bei dem Lüfterantrieb handelt es sich um einen Lüfterantrieb gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben eines Lüfterantriebes gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Drehzahl des von dem Lüfterantrieb angetriebenen Lüfters bzw. Gebläses von der Temperatur, insbesondere von der Umgebungstemperatur abhängt.
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Denkbar ist es, dass in einem ersten Temperaturbereich der zweite Betriebszustand eingestellt wird und dass in einem ersten Temperaturbereich der erste Betriebszustand eingestellt wird, wobei die Temperaturen des ersten Temperaturbereichs höher liegen als die Temperaturen des zweiten Temperaturbereiches. Vorzugsweise handelt es sich bei den Temperaturen um die Umgebungstemperaturen oder auch um die Temperatur einer oder mehrerer Komponenten oder Betriebsmittel der Arbeitsmaschine.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der erste Betriebszustand eingestellt wird, wenn die Drehzahl des Lüfterantriebes unter einem Sollwert liegt. In diesem beispielsweise durch Verschließ oder niederviskoses Öl hervorgerufenen Zustand, fördert die zweite Druckölpumpe in den Ölmotor, um die gewünschte Drehzahl wieder herzustellen.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand eines in der Zeichnung beschrieben Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1: ein Schaltbild des Lüfterantriebs gemäß der Erfindung,
- 2: eine schematische Darstellung der durch die Erfindung bewirkten Energieeinsparung und
- 3: ein Schaltbild des Lüfterantriebs gemäß dem Stand der Technik.
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1 zeigt eine denkbare Ausführung eines Lüfterantriebs gemäß der Erfindung.
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Das Bezugszeichen 5 umfasst die Bauteile, die bereits zu 3 erläutert wurden, so dass auf die obigen Ausführungen Bezug genommen wird.
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Anstelle der einzigen Druckölpumpe 8 gemäß 3 sind erfindungsgemäß nunmehr zwei Druckölpumpen 1, 2 vorgesehen, von denen die erste Druckölpumpe 1 unmittelbar zu dem Ölmotor 7 fördert und von denen die zweite Druckölpumpe auslassseitg mit dem ersten Ventil 3 in Verbindung steht.
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In der in 1 dargestellten Ventilposition A steht die zweite Druckölpumpe 2 in Fluidverbindung mit dem Ölmotor 7 und fördert gemeinsam mit der ersten Druckölpumpe 1 Hydraulikmedium zu dem Ölmotor 7. Der Weg zu dem Ablauf bzw. Tank 4 ist geschlossen. Dieser erste Betriebszustand wird gewählt, wenn vergleichsweise hohe Lüfterdrehzahlen benötigt werden oder wenn die Lüfterdrehzahl aufgrund von Verschleiß oder niederviskosem Öl sonst zu gering wäre.
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Bei geringeren Temperaturen wird das Ventil 3 in die Position B bewegt, was zur Folge hat, dass die zweite Druckölpumpe 2 in den Tank 4 fördert und nicht zum Ölmotor 7. Dadurch ergibt sich zwar ebenfalls eine Verlustleistung, diese ist jedoch geringer als im Stand der Technik, weil die zweite Druckölpumpe nicht gegen den am Ölmotor anliegenden Druck fördern muss, sondern nur die Druckverluste zum Tank überwinden muss.
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Diese Zusammenhänge sind in 2 wiedergegeben, die auf der Ordinate den Druck und auf der Abszisse die Fördermenge zeigt.
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Geht man davon aus, dass eine mittlere Drehzahl des Lüfters erforderlich ist, wird die Druckölpumpe 8 gemäß dem Stand der Technik dennoch bei maximaler Drehzahl betrieben und ein Teil des Volumenstroms über das zweite Ventil 6 in den Tank geleitet, so dass sich der durch den schraffierten Bereich dargestellte Energieverlust ergibt.
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Geht man davon aus, dass auch bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform beide Druckölpumpen mit maximaler Drehzahl laufen und wieder eine mittlere Drehzahl des Lüfters erforderlich ist, ergibt sich als Verlust nur der schraffierte Bereich unterhalb der Linie „Druck gegen Tank“, weil die zweite Druckölpumpe in den Tank und nicht gegen das zweite Ventil fördert. So wird die durch den Doppelpfeil gekennzeichnete Energieeinsparung erzielt.
