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Fahrzeug nit mindestens einem Hydraulik-System Die Erfindung betrifft
ein Fahrzeug mit einer von einem Brennkraftmotor ständig angetriebenen Schr1ierölpumpe,
die ein Schmiersystem speist, sowie mit mindestens einem Hydrauliksystem, das zu
seiner bestimmungsgemGBen Funktion einer Vordruckquelle bedarf, wobei in dieser
Vordruckquelle Schmieröl als Druckmittel verwendbar ist.
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Jeder Kraftfahrzeugmotor enthält eine Schmierölpunpe, die ständig
Schmieröl unter einem gewissen Druck zu den vcrschiedenen Lagerstellen des Motors
fördert. Beispielsweise soll im folgenden eine solche Pumpe und ein solches Schmiersystem
in erster Linie betrachtet werden. Hydrauliksysteme der oben eniähnten Art kommen
für die verschiedensten Anwendungsfälle in Betracht, von denen zunächst nur die
im Autonobilbau interessierenden erläutert werden sollen. Zum Beispiel fallen darunter
hydraulische Bremskraftverstärker, die die Ausgabe haben, die am Bremspedal angreifende
BremsbetätigungskraCt zu unterstützen. Weit verbreitet sind auch Servolenkungen,
das sind Systeme die mit Hilfe des Druckes einer eigenen
Pumpe die
Lenkbewegungen unterstützen und erleichtern. Es gehören dazu Systeme zur hydraulischen
Gangxrahl und Eupplungsbetätigung bei zumindest teilautomatischen Getrieben, Niveaureguliersysteme
für die Fahrzeugkarosse, bei denen mit hydraulischen Kolben die Einfederung des
Fahrzeuges unabhängig von der Belastung konstant gehalten wird, ferner die zusammenfassend
als Komforthydraulik zu bezeichnenden Systeme zur Betätigung von Fenstern, Schiebedächern,
Autoantennen usw. Nicht zuletzt gehören hierzu auch Antiblockierregelsysteme für
die Fahrzeugbremsen, welche mit sogenannten Druckmodulatoren arbeiten. Das sind
Kolbenanordnungen, mit deren Hilfe man den Vordruck, also z.B. den Förderdruck einer
Pumpe, dem Bremsiruak kurzzeitig entgegenwirken läßt, so daß der Bremsdruck absinkt
und die Bremsen gelöst werden.
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Die Betrachtung zeigt schon, daß insbesondere reich ausgestattete
und technisch weit entwickelte Personenkraftwagen und Spezialfahrzeuge oft eine
Vielzahl unterschiedlicher Hydrauliksysteme aufweisen, die eine Vielzahl von Vordruckquellen
erforderlich machen. Oft ist es geradezu grote-sk, wie groß die Anzahl der in einem
einzigen Kraftfahrzeug nebeeinander verwendeten Hydraulikpumpen ist.
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Die Erfindung möchte einen Beitrag zur Lösung dieses Rationalisierungsproblems
leisten und zieht in den Kreis der Betrachtung alle Hydrauliksysteme mit ein, bei
denen sich als gemeinsames Druckmittel zumindest im Bereich des ständig aufrecht
zu erhaltenden Vordruckes Schmieröl verwenden läßt, oder die ich dahingehend abändern
lassen.
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Der Vorschlag besteht darin, daß die Schmierölpumpe als Vordruckquelle
verwendet und zu diesem Zweck ein Umschaltorgan vorgesehen ist, welches die Förderleitung
der Pumpe normalerweise mit dem Schmiersystem, bei Druckbedarf im Hydrauliksystem
jedoch mit dem Hydrauliksystem verbindet. Der Gedanke zielt also darauf ab, eine
von einem Brennkraftmotor ohnehin
ständig angetriebene Schmierölpumpe
zeitweilig als Hydraulikpmnpe für möglichst sämtliche Hydrauliksysteme des Fahrzeuges
heranzuziehen und die Vielzahl eigener Hydraulikpumpen dadurch überflüssig zu machen.
Aber auch schon durch die Einsparung einer einzigen Pumpe wird stets eine beträchtliche
Kostensenkung erreicht.
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Die vorgeschlagene Doppelfunktion der Schmierölpumpe empfiehlt sich
insbesondere, wenn das Hydrauliksystem nur einen kurzzeitigen, zeitweiligen Kraftbedarf
hat. Dann wird der Schmierölkreislauf auch nur selten kurzzeitig unterbrochen, wobei
noch keine Verschließgefahr für die zu schmierenden Lagerstellen entsteht. Um die
Unterbrechungszeiten aber auch wirklich so kurz wie möglich zu halten, wird weiter
vorgeschlagen, daß das Hydrauliksystem mit dem Schniersystem mittels eines Uberdruckventiles
verbunden ist, durch welches während der Verbindung der Pumpe mit dem Hydrauliksystem
eine gegebenenfalls überschüssige Fördermenge der Pumpe dem Schmiersystem zufließt.
Dadurch wird der Schmierkreislauf nicht während der ganzen Zeit, in der die Pumpe
durch das Umschaltorgan vom Schmiersystem abgetrennt ist, unterbrochen, sondern
nur solange effektiv Druckmittel unter hohem Vordruck im Hydrauliksystem verbraucht
wird. Während der übrigen Zeit, in der das Umschaltorgan diese Stellung einnimmt,
öffnet das tJberdruckventil und setzt somit einen gedrosselten Schmierkreislauf
fort.
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Sollte trotzdem die Befürchtung bestehen, daß Schmierstellen ungenügend
versorgt werden, dann läßt sich auch eine weitere kleine Schmierölpumpe anordnen,
die das Schmiersystem ständig mit einer Mindestdurchflußmenge versorgt. Im Normalfall
müßte es aber ausreichens wenn eine einzige Schmierölpumpe der erfindungsgemäßen
Doppelfunktion entsprechend etwas größer als bisher bemessen wird.
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Zur Ansteuerung des Umschaltorgans kommen im wesentlichen zwei Arten
in Betracht, nämlich eine indirekte über dai Druck und eine direkte. Die indirekte
Art der Ansteuerung besteht darin, daß das Hydrauliksystem einen Druckspeicher sowie
einen Vordruckfühler aufweist, und daß das Umschaltorgan von dem Vordruckfühler
derart betätigbar ist, daß es die Pumpe solange mit dem Hydrauliksystem verbindet,
wie der Vordruck unter einem bestimmten Wert liegt. Wenn also hierbei eines der
Hydrauliksysteme in Tätigkeit tritt, dann gibt der Speicher Druckmittel ab, der
Vordruck sinkt und demzufolge schaltet das Umschaltorgan.
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Die konstruktive Ausführung des Vordruckfühlers im Hydrauliksystem
und des Umschaltorgans an der Schmierölpumpe hängt natürlich vom Einzelfall ab.
Soweit nicht aus besonderen Gründen eine andere Lösung vorzuziehen ist, wird vorgeschlagen,
daß ein elektrischer Vordruckfühler und als Umschaltorgan ein elektromagnetisch
betätigbares Mehrwegeventil vorgesehen ist, welches mit dem Vordruckfühler verbunden
ist und von diesem so betätigt wird, daß der Vordruck innerhalb eines bestimmten
Druckbereiches bleibt. Vordruckfühler, die sich dazu eignen sind an sich bekannt.
Sie sind in einem bestimmten Druckbereich unempfindlich, das heißt sie schließen,
wenn der Druck unter diesen Bereich sinkt, öffnen jedoch erst wieder, wenn der Druck
über diesen Bereich ansteigt. Man erreicht damit, daß das vom Vordruckfühler angesteuerte
Umschaltorgan nicht ständig hin und her schaltet, sondern nur dann, wenn der Vordruck
die beiden Umschaltgrenzen überschreitet.
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Andererseits kann das Umschaltorgan auch mechanisch in Abhängigkeit
von der Stellung einer beweglichen Wand im Druck speicher betätigt werden. In diesem
Falle bedarf es aber eines Schnappmechanismus , der bekanntlich mit Federn,Knichebelelementen
oder dergleichen verwirklicht wird.
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Als direkte Art der Ansteuerung des Umschaltorgans wird vorgeschlagen,
daß das Umschaltorgan mit einem Betätigungsorgan des Hydrauliksystems verbunden
ist, so daß die Pumpe das Hydrauliksystem solange speist, wie dieses in Tätigkeit
ist. Als Betätigungsorgan im Sinne dieses Vorschlags kommt z. B. das Bremspedal
in Betracht, sofern mit diesem ein hydraulischer Bremskraftverstärker betätigt wird.
Betätigungsorgane sind weiter derr drehverzögerungs- und drehbeschleunigungsabhängige
Signalgeber eines Antiblockierregelsystems,der vom Federweg abhängige elektrische
Schalter eines Niveauregelsystems usw. Wnn eines dieser Betätigungsorgane anspricht
ist dies ein Signal dafür, daß ein Druckmittelbedarf in einem der Hydrauliksysteme
besteht und daß daher das Umschaltorgan die Pumpe mit dem Hydrauliksystem verbinden
muß.
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An sich kann bei der oben beschriebenen direkten Ansteuerung der Druckspeicher
und der Vordruckfühler entfallen. Andererseits eignet sich diese Lösung nicht, wenn
ein Hydrauliksysteir kein Betätigungsorgan in dem erwähnten Sinne hat, wie z.B.
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ein Servolenksystem. Endlich ist aber auch eine Kombination beider
Ansteuerungsarten in Betracht zu ziehen, nämlich in der Weise, daß die Beeinflussung
des Umschaltorgans von den Betätigungselementen her nur zusätzlich im Falle einer
Störung des Vordruckfühlers erfolgt.
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Als weitere Maßnahme zur Sicherstellung einer erfindungsgemäßen ausreichenden
Druckversorgung der Hydrauliksysteme wird vorgeschlagen, daß ein Drehzahl-Stellorgan
am Brennkraftmotor mit dem Umschaltorgan derart verbunden ist, daß mit der Betätigung
des Umschaltorgans selbsttätig eine Erhöhung der Motordrehzahl bewirkt, wird, sofern
eine bestimmte erhöhte Leerlauf-Drehzahl nicht schon überschritten ist. Es sei hier
nur daran erinnert, daß Breins- und Antiblockierregelsysteme grur.dsätzlich bei
Leerlauf des Motors funktionieren müssen, da Ja während des Bremsvorganges der Fahrer
seinen Fuß vom Gaspedal nimmt.
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Anstelle der Schmierölpunpe eines Fahrzeugmotors könnte natürlich
zum selben Zweck auch eine andere ständig laufende Schmierölpumpe verwendet werden,
z.B. die bei einem automatischen Getriebe eingebaute spezielle Schmieröl-Druckpumpe.
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Bei einem Eran- oder sonstigen Spezialfahrzeug wird meist ein eigener
Brennkraftmotor zum Antrieb der Spezialanlage mitgeführt. Hier kann dann die Schmierölpumpe
dieses Motors zur Versorgung der Hydrauliksysteme der Spezialanlage herangezogen
werden. Gleiches gilt auch für stationäre Hebezeuge oder sonstige, von einem Brennkraftmotor
angetriebene Anlagen. Von unmittelbarem Interesse dürfte. die Erfindung endlich
auch für die Schiffstechnik sein, denen dort ist der Schiffsantriebsmotor ein ausgesprochener
Dauerläufer, während die vielfältigen hydraulischen Anlagen, z.B. höhenverstellbare
Steuerstände, Hebezeuge, Lukenöffnungsvorrichtungen usw.
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vielfach nur kurzzeitig in Betrieb sind.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung die erfindungsgemäße Anordnung
zur Druckversorgung von Hydrauliksystemen, wobei das Umschaltorgan druckabhangig
steuerbar ist.
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Fig. 2 zeigt das erfindungsgemäße Umschaltorgan für den Fall einer
mechanischen Betätigung vom Druckspeicher aus.
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Fig. 3 zeigt eine erste Abwandlung der Anordnung nach Fig.1, wobei
das Umschaltorgan ausschließlich von den Betätigungsorganen der Hydrauliksysteme
steuerbar ist.
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Fig. 4 zeigt eine weitere Abwandlung der Anordnung nach Fig. 1 mit
kombiniert steuerbaren Umschaltorganen.
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In Fig.1 ist ist ein Fahrzeugnotor grob schenatisch mit 1 und sein
Vergaser oder seine Einspritzpumpe mit 2 bezeicLhnet. 2 ist somit das Drehzahl-Stellorgan.
Der Motor enthält eine Schmierölpumpe 3,'die aus dem in der ölwanne angesammelten
Ölbad 4 Schmieröl zu den einzelnen Schmierstellen 5 fördert. Die Förderleitung der
Pumpe, welche vom Motor ständig angetrieben wird, ist mittels eines Umschaltorganes
6 entweder mit einer Hochdruckleitung 7 oder einer Niederdruckleitung 8 verbindbar.
Im Normalfall ist die Pumpe mit der NieSerdruckleitung 8 verbunden, welche zu den
einzelnen Schmierstellen 5 führt, von denen das Schmieröl dann über eine Rücklaufleitung
9 zum Ölbad zurückfließt. Da die Pumpe mit stark veränderlicher und häufig wechselnder
Drehzahl läuft, ist sie dem Schmiersystem so angepaßt, daß sie bei Leerlaufdrehzahl
des Motors einen ausreichenden Schmierdruck erzeugt, der üblicherweise bei etwa
0,3 bis 5 atü liegt.
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Zwischen den Leitungen 8 und 9 ist nun ein Überdruckventil 10 vorgesehen,
welches bei erhöhten Drehzahlen in wachsendem MaBe öffnet und die überschüssige
Fördermenge der Pumpe über diesen Parallelkanal fließen läßt, so daß der Schmierdruck
im großen ganzen konstant bleibt. Insoweit handelt es sich um eine bei Brennkraftmotoren
bekannte Schmieranlage.
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Die Hochdruckleitung 7 ist mit vier hydraulischen Systemen 11, 11a,
12 und 13 sowie mit einem Druckspeicher 15 verbunden. 11 ist ein Bremssystem mit
hydraulischem Bremskraftverstärker, 11a ist ein Antiblockierregelsystem mit einem
Druckmodulator, 12 ist ein Servolenksystem und 13 ein Niveauregelsystem für die
Fahrzeugkarosse. Eine gemeinsame Rückleitung 14 ermöglicht dem aus den Systemen
austretenden drucklosen Schmieröl zu Ölwanne zurückzuf ließen. An der Hochdruckleitung
ist endlich ein druckempfindlicher Schalter 16 angeschlossen. Dieser ist ebenfalls
schematisch dargestellt und elektrisch mit einem elektronischm Steuergerät 17 verbunden.
In der Hochdruckleitung 7, dem Druckspeicher 15 sowie am Eingang der
hydraulischen
Systeme herrscht ein Druck, der zwischen ca. 60 und 70 atü schwanken kann. Der Schalter
16 schließt, sofern dieser sogenannte Vordruck unter den Minimalwert von 60 atü
sinkt, und er öffnet wieder, sofern der Vordruck über den Maximalwert von 70 atü-ansteigt.
Das Steuergerät 17 ist über einen elektrischen Steuerkanal 18 mit den Umschaltorgan
6 sowie über einen Steuerkanal 20 mit dem Vergaser bzw.
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der Einspritzpumpe 2 verbunden. Eine Kontrollampe 19 zeigt die Arbeitsweise
der Steuereinrichtung an.
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Zwischen der Hochdruckleitung 7 und der Niederdruckleitung 8 ist eine
Verbindungsleitung mit einem oberdruckventil 21 angeordnet. Dieses Uberdruckventil
begrenzt den Vordruck auf einen Wert, der etwas'über dem vorgenannten Maximalwert
liegt, indem es öffnet und die überschüssige Fördermenge der Pumpe über den Schmierkreis
leitet.
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Die Anordnung wirkt folgendermaßen: Es ist im Normalfall davon auszugehen,
daß die hydraulischen Systeme keinen Kraftbedarf haben, das heißt nicht in Tätigkeit
sind. Der Vordruck liegt in seinem normalen Bereich, der Schalter 16 ist geöffnet
und das Umschaltorgan steht in der durch den eingezeichneten Pfeil verdeutlichten
Stellung.
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Das heißt, die Förderleitung der Pumpe 3 ist mit der Niederdruckleitung
8 des Schmierkreises verbunden. Das Uberdruckventil 21 ist geschlossen und,- wenn
der Motor leerläuft, auch das Überdruckventil 10. Ist die Motordrehzahl erhöht,
so ist das tberdruckventil 10 soweit geöffnet, daß der Schmierdruck nicht höher
als etwa 5 atü ansteigt.
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Tritt nun eines der hydraulischen Systeme in Tätigkeit, und sinkt
demzufolge der Vordruck unter seinen Minimalwert ab, dann schließt der Druckschalter
16. Das hat zur Folge, daß über den Kanal 18 das Umschaltorgan umgelegt wird, das
heißt, die Pumpe mit der Hochdruckleitung 7 verbunden wird. Dadurch wird der Speicher
wieder aufgefüllt und der Vordruck steigt an. Mit Erreichen des Maximaldruckes öffnet
der Schalter 16
und das Umschaltorgan geht in die gezeichnete Stellung
zurück. Sollte sich die Umschaltung in die Ausgangsstellung aus irgendeinem Grunde
verzögern und der Vordruck daher weiter ansteigen, so öffnet veet das Überdruckventil
21 und läßt das überschüssige Schmieröl über den Schmierkreis 8, 5, 9 abfließen.
Dasselbe tritt auch bei Störungen des,Steuersystems für das Umschaltorgan ein, wobei
dann die Kontrolllampe 19 zum Aufleuchten gebracht werden kann.
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Bei jeder Nachladung des Druckspeichers wird über den Kanal 20 von
der elektronischen Steuereinrichtung aus das Drehzahlstellorgan derart verstellt,
daß der Motor eine erhöhte Leerlaufdrehzahl annimmt. Dies ist Jedoch vorzugsweise
von der Bedingung abhängig gemacht, daß der Motor nicht ohnehin schon schneller
läuft.
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Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform eines Umschaltorganes, das
hier mit 22 bezeichnet ist. Ein nach links und rechts beweglicher Verschlußkörper
23 bewirkt in der gezeichneten rechten Stellung, daß die Schmierölpumpe 3, welche
aus dem Ölbad 4 ansaugt, in eine Niederdruckleitung 8 fördert, Befindet sich der
Verschlußkörper 23 links, dann ist die Pumpe mit einer Druckspeicherkammer 24 verbunden,
an der weiter die Hochdruckleitung 7 angeschlossen ist. Als bewegliche Wand ist
die Druckspeicherkammer rechts von einem Kolben 25 abgeschlossen, der unter der
Wirkung einer starken Feder 26 steht. Eine mit dem Verschlußkörper starr verbundene
Schubstange 27 ragt in die Speicherkammer hinein und hat zwei nach unten weisende
Anschläge 29 und 30. Ein abgewinkelter Mitnehmer 28 am Kolben 25 ragt zwischen die
Anschläge hinein und vermag so den Verschlußkörper hin- und herzubewegen. Die Skizze
zeigt allerdings nicht, daß auch noch ein Schnappinechanismus vorhanden sein muß,
der ein sicheres Festhalten des Verschlußkörpers in der rechten oder linken Stellung,
auch dann gew;hrieistet; wenn der Nitnehmer 28 nicht Ün einem der beiden Ans.chl,ge
anliegt.
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In der gezeichneten Stellung liegt der Druck in der Speicherkammer
im vorgeschriebenen Bereich. Fließt nun infolge Tätigwerdens eines der hydraulischen
Systeme Druckmittel durch die Leitung 7 ab,&zn bewegtsich der Speicherkammerkolben
nach links. Zu gegebener Zeit berührt dann der Mitnehmer 28 den Anschlag 29 und
der Verschlußkörper gelangt schlagartig in seine linke Stellung. Nun fördert die
Pumpe in die Speicherkammer und treibt dadurch den Kolben 25 wieder nach rechts
bis-der Mitnehmer über den Anschlag 30 den Verschlußkörper 23 wieder in die gezeichnete
Stellung umschaltet.
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Fig. 3 zeigt in vereinfachter Darstellung wieder den Fahrzeugmotor
1, sein Drehzahlstellorgan 2, die Schmierölpumpe 3 und das Umschaltorgan 6. Über
das Umschaltorgan speist die Pumpe das Antiblockierregelsystem 11a sowie das Niveauregelsystem
13. Die entsprechenden Rohrleitungen sind nicht eigens eingezeichnet,es soll aber
betont werden, daß hier kein Druckspeicher und kein elektrischer Druckfühler vorgesehen
ist. Das nicht dargestellte Bremsbetätigungssystem, dem das Antiblockierregelsystem
angegliedert ist, kann man sich als einfaches Kolben-Kolben-System oder mit einem
Vakuumverstärker vorstellen; als Hochdruckverbraucher kommt es im Gegensatz zu Fig.
1 hier jedenfalls nicht in Betracht. Beide Systeme 11a und 13 treten mit Hilfe von
Betätigungsorgaren 31 und 33 in Funktion. 31 ist ein mit einem Fahrzeugrad 32 gekoppelter
Sensor, der schematisch angedeutete Kontakte enthält, welche die Magnetventile des
Antiblockierregelsystems steuern. 33 ist eine,möglicherweise auch mechanische Schalteinrichtung
für die Speisung der Zylinder des Niveaure,gelsystems, die unter dem Einfluß eines
Hebels 34 steht. Dieser Hebel greift an einer Feder 37 an, welche die Karosserie
38 mit trägt. Wesentlich bei diesem McEpiel der Erfindung ist nun, daß über eine
elektrische Verbindung 39 die Schaltsignale des Sensors 31 und über eine elektriche
Verbindung 40
von der Stellung der Schalteinrichtung 33 abhängige
elektrische Signale dem Umschaltorgan 6 zugeleitet werden. Dieses schaltet also
nur um, wenn auf diese Weise einTätigwerden der Hydrauliksysteme signalisiert wird.
Außerdem wird über eine elektrische Verbindung 41 dafür gesorgt, daß auch die Motordrehzahl
im Falle der Umschaltung erhöht wird.
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Die Verbindungen zwischen den Betätigungsorganen und dem Umschaltorgån
6 können aber auch bei der Anordnung nach Fig. 1 nur zusätzlich vorgesehen sein.
Dies ist in Fig. 4 gezeigt, wo außer den vorerwähnten Betätigungsorganen auch noch
dasJenige des Bremssystems 11 eingezeichnet ist, nämlich ein Bremspedal 36 und ein
von dessen Stellung abhängiger Schalter 35. Die elektrischen Verbindungskanäle 42,
43 und 44 von den Betätigungsorganen führen hier zu der Steuereinrichtung 17, die
analog zu Fig. 1 normalerweise nur auf den Vordruckfühler 16 reagiert. Im Falle
einer Störung desselben bewirken Jedoch auch die Betätigungsorgane 31, 33 und 35
das Schalten des Umsehaltorgans 6 und und damit eine Druckversorgung der Hydrauliksysteme.
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- Patentansprüche -