DE3148174A1 - ELECTROHYDRAULIC ACTUATOR - Google Patents

ELECTROHYDRAULIC ACTUATOR

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DE3148174A1
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Egon Dipl.-Ing. 7121 Ingersheim Lechner
Siegfried 7143 Vaihingen Mayer
Dieter Dipl.-Ing. 7432 Urbach Weigle
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    • F15B13/0401Valve members; Fluid interconnections therefor
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Description

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17518 V. 17518 V.

11.11.1981 - Wd/Wl11.11.1981 - Wd / Wl

ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO Stuttgart 1ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO Stuttgart 1

Elektrohydraulischer Stellantrieb Stand der TechnikState-of-the-art electro-hydraulic actuator

Die Erfindung geht aus von einem Stellantrieb nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei einem derartigen bekannten Antrieb besteht die Pumpe aus einem Fördergewinde, das mit geringem radialem Spiel in einem dieses umgebenden Gehäuse angeordnet ist. Durch die Rotation des Fördergewindes wird Druckmittel von der einen Seite zur anderen gefördert und das axiale Beweglichkeit gegenüber dem Fördergewinde aufweisende Gehäuse wird in axialer Richtung verschoben und übt die Funktion eines Verstellorgans aus. nachteilig ist, daß die Pumpe außerordentlich stark viskositätsabhängig ist, so daß der Stellantrieb bei hohen Druckmitteltemperaturen (bei Verwendung von Öl) überhaupt nicht mehr funktioniert.The invention is based on an actuator according to the preamble of the main claim. In such a known The drive consists of a pumping thread that has little radial play in a surrounding one Housing is arranged. As a result of the rotation of the conveying thread, pressure medium is transferred from one side to the other promoted and the axial mobility with respect to the conveyor thread having housing is displaced in the axial direction and performs the function of an adjusting member. It is disadvantageous that the pump is extremely dependent on viscosity is, so that the actuator at high pressure medium temperatures (when using oil) does not work anymore.

Vorteile der Erfindung "■-■-."-Advantages of the invention "■ - ■ -." -

Der erfindungsgemäße Antrieb mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß er nicht nur sehr einfach ausgebildet ist, sondern auch unter allen Betriebsbedingungen zuverlässig arbeitet.The drive according to the invention with the characterizing features The main claim has the advantage that it is not only very simple, but also works reliably under all operating conditions.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale möglich. Besonders vorteilhaft ist es, die Pumpe im geschlossenen Kreis arbeiten zu lassen, da hier praktisch keine Druckmittelverluste auftreten.By the measures listed in the subclaims Advantageous developments and improvements of the features specified in the main claim are possible. Particularly It is advantageous to let the pump work in a closed circuit, since there is practically no loss of pressure medium appear.

Zeichnungdrawing

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 einen elektrohydraulischen Stellantrieb in schematischer Darstellung, Figuren 2 bis 7 Abwandlungen dieses Ausführungsbeispiels, Figur 8 eine Einzelheit.An embodiment of the invention is shown in the drawing and in more detail in the following description explained. FIG. 1 shows an electrohydraulic actuator in a schematic representation, FIGS. 2 to 7 modifications of this exemplary embodiment, FIG. 8 a detail.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the exemplary embodiments

In Figur 1 ist mit 10 ein Gleichstrom-Elektromotor bezeichnet, der eine reversierbare hydrostatische Pumpe 11, insbesondere eine Zahnradpumpe, antreibt. An diese sind zwei Förderleitungen 12 bzw. 13 angeschlossen, die zu zwei Druckräumen lh, 15 eines Stellzylinders 16 führen. In diesem ist ein doppeltwirkender Kolben 17 dicht gleitend angeordnet, der beidseitig von in den Druckräumen lh, 15 angeordneten Federn 18, 19 belastet ist. Diese halten den Kolben 17 in Mittelstellung, wenn die Pumpe 11 außer Betrieb ist. An die beiden aus dem Stellzylinder ragenden Kolbenstangen 20, 21 - oder natürlich auch nur an eine ist das zu betätigende Gerät angeschlossen, z.B. ein Wegeventil. In FIG. 1, 10 denotes a direct current electric motor which drives a reversible hydrostatic pump 11, in particular a gear pump. Two delivery lines 12 and 13, which lead to two pressure chambers 1h, 15 of an actuating cylinder 16, are connected to these. In this a double-acting piston 17 is arranged so as to slide tightly, which is loaded on both sides by springs 18, 19 arranged in the pressure chambers 1h, 15. These hold the piston 17 in the middle position when the pump 11 is out of operation. The device to be actuated, for example a directional valve, is connected to the two piston rods 20, 21 protruding from the actuating cylinder or, of course, only to one.

-c-c

Die beiden Förderleitungen 12, 13 sind zwischen Pumpe und Stellzylinder 16 durch eine Leitung 22 miteinander verbunden, in der eine Drossel 23» oder noch besser eine Blende, angeordnet ist. Eine Blende eignet sich deshalb besonders gut, da sie wesentlich unempfindlicher gegen Viskosität ist als eine Drossel.The two delivery lines 12, 13 are connected to one another by a line 22 between the pump and the actuating cylinder 16 connected, in which a throttle 23 "or even better a Aperture, is arranged. A diaphragm is particularly suitable because it is much less sensitive to Viscosity is like a throttle.

Es sei angenommen, daß die Pumpe 11 nach Anlaufen des Elektromotors 10 in die Druckleitung 12 fördere. In dieser sowie in der Leitung 22 und im Druckraum 1h baut sich ein Druck auf, der abhängig ist vom Durchflußwiderstand der Drossel 23, vom Widerstand der-Feder 19 sowie der an den Kolbenstangen angreifenden Kraft. Der Kolben 17 legt nun einen bestimmten Stellweg zurück, d.h. er bewegt sich so lange, bis Druck- und Federrückstellkräfte im Gleichgewicht sind bzw. das Hubende erreicht ist. Bei Motorstillstand läuft der Kolben in die Ausgangsstellung zurück. Die Sollwert spannung am Motor bestimmt die Drehzahl der Pumpe und diese den Förderstrom. Hinter der Drossel 23 fällt der Druck auf den Ansaugdruek ab, und das aus dem Druckraum 15 verdrängte Druckmittel sowie das über die Drossel 23 fließende gelangen zur Saugseite der Pumpe 11. Daraus ist zu erkennen, daß diese im geschlossenen Kreis arbeitet. Wird die Drehrichtung des Elektromotors 10 umgekehrt und damit die Pumpe 11 reversiert, so wird die Leitung 13 Druckleitung, und der Kolben 17 bewegt sich nach der entgegengesetzten Seite. Die Drehzahldrückung des Motors ist proportional zu der an der Drossel 23 erzeugten Druckdifferenz und diese wieder proportional der Drehzahl. Dies ergibt eine lineare Kennlinie für die Zuordnung des Stellwegs zur Sollwertspannung U am Elektromotor.It is assumed that the pump 11 delivers into the pressure line 12 after the electric motor 10 has started. In this, as well as in the line 22 and in the pressure chamber 1 h , a pressure builds up which is dependent on the flow resistance of the throttle 23, the resistance of the spring 19 and the force acting on the piston rods. The piston 17 now covers a certain travel, ie it moves until the pressure and spring return forces are in equilibrium or the end of the stroke is reached. When the engine is at a standstill, the piston returns to its original position. The setpoint voltage on the motor determines the speed of the pump and this determines the flow rate. Behind the throttle 23, the pressure on the suction pressure drops, and the pressure medium displaced from the pressure chamber 15 and the pressure medium flowing through the throttle 23 reach the suction side of the pump 11. From this it can be seen that it operates in a closed circuit. If the direction of rotation of the electric motor 10 is reversed and thus the pump 11 is reversed, the line 13 becomes a pressure line and the piston 17 moves to the opposite side. The speed reduction of the motor is proportional to the pressure difference generated at the throttle 23 and this again proportional to the speed. This results in a linear characteristic for the assignment of the travel to the setpoint voltage U on the electric motor.

- y- > •- y- > •

Beim Ausführungsbeispiel nach der Figur 2 arbeitet die Pumpe 11 im offenen Kreis. Von den Druckleitungen 12, 13 führen Saugleitungen 26, 27 zu einem Behälter 28. In jeder Saugleitung- ist ein Rückschlagventil 29 "bzw. 30 angeordnet, die sich in Richtung vom Behälter zur Saugleitung hin zu öffnen vermögen.In the embodiment according to FIG. 2, the works Pump 11 in the open circuit. From the pressure lines 12, 13 suction lines 26, 27 lead to a container 28. In each Suction line - a check valve 29 "or 30 is arranged, which are able to open in the direction from the container to the suction line.

Wenn die Pumpe durch Einschalten des Elektromotors in Betrieb gesetzt wird, wird nunmehr ein Teil des Druckmittels aus dem Behälter über eines der Rückschlagventile in die Saugleitung angesaugt und in die entsprechende Druckleitung verdrängt. Das andere Rückschlagventil ist dann durch den Betriebsdruck geschlossen. Man erreicht mit dieser Anordnung ein Uachsaugen von Druckmittel, das durch Leckage verloren geht.When the pump is put into operation by switching on the electric motor, part of the pressure medium is now used sucked from the container through one of the check valves into the suction line and into the corresponding one Pressure line displaced. The other check valve is then closed by the operating pressure. One achieves with this arrangement a Uachsaugen pressure medium that is lost through leakage.

Für beide,_sowie auch die weiteren Ausführungsbeispiele gilt, daß sie eine Sicherheit insofern gewährleisten, als bei Ausfall des Elektromotors der Stellzylinder durch die Federn in Mittelstellung zurückgeführt wird.For both, as well as the other exemplary embodiments applies that they ensure a security insofar as in the event of failure of the electric motor of the actuating cylinder the springs are returned to the center position.

Selbstverständlich ist es auch möglich, einen einfach wirkenden Stellzylinder vorzusehen, wobei die Pumpe dann nicht reversierbar ist.; siehe hierzu Figur 9.Of course, it is also possible to provide a single-acting adjusting cylinder, the pump then is not reversible .; see Figure 9.

Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 3 ist der Stellzylinder ersetzt durch ein Wegeventil 32, d.h. dieses wird nun unmittelbar vom Differenzdruck in den Druckleitungen 12, 13 entgegen der Kraft der Federn 18, i9 verstellt. Da es sich im Prinzip um dieselben Teile handelt, tragen sie auch dieselben Bezugsziffern. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel nach Figur 2 bzw. Figur 1 ist die Drossel in der Verbindungsleitung 22 nunmehr verstellbar und mit 33 beichnet. Die Funktionsweise ergibt sich ohne weite-In the exemplary embodiment according to FIG. 3, the actuating cylinder is replaced by a directional valve 32, ie this is now adjusted directly by the differential pressure in the pressure lines 12, 13 against the force of the springs 18, 19. Since it is basically the same parts, they also have the same reference numbers. In contrast to the exemplary embodiment according to FIG. 2 or FIG. 1, the throttle in the connecting line 22 is now adjustable and denoted by 33. The mode of operation results without further

- y-s - ys

res aus dem zuvor Beschriebenen, d.h. es wird nunmehr anstatt eines Stellkolbens der Schieber des Wegeventils unmittelbar verstellt. Die Drossel 33 kann als Laminardrossel ausgebildet sein. Eine lineare Kennlinie erfordert eine temperaturkompensierte Laminardrossel oder eine elektronisch gesteuerte Spannung am Gleichstrommotor (Kompensation von Drossel- und Motorkennlinie). Die Temperaturkompensation,ist über ein Dehnstoff-Arbeitselement oder ein Bimetall möglich.An die die Feder 18, 19 aufnehmenden Druckräume 56, 57 können zwecks gezielter Leckage Leitungen 58, 59 mit Drosseln 60, 61 angeschlossen sein; dies ist aber nicht unbedingt erforderlich.Res from what has been described above, i.e. instead of an actuating piston, the slide of the directional control valve is now used adjusted immediately. The throttle 33 can be designed as a laminar throttle. Requires a linear characteristic a temperature-compensated laminar choke or an electronically controlled voltage on the DC motor (Compensation of throttle and motor characteristics). The temperature compensation is via an expansion material working element or a bimetal possible. To the pressure chambers 56, 57 accommodating the spring 18, 19, it is possible to selectively Leakage lines 58, 59 connected with throttles 60, 61 be; but this is not absolutely necessary.

Das Ausführungsbeispiel nach Figur h unterscheidet sich durch die vorhergehenden im wesentlichen dadurch, daß nun zwischen den Druckleitungen 12, T3 keine Verbindungsleitung mehr vorhanden ist. Die Druckdifferenz wird nunmehr erzeugt durch Drosseln oder Blenden 35, 36, die jeweils in eine von der Förderleitung 12 bzw. 13 ausgehende Leitung 37 j 38 angeordnet sind, welche zum Behälter führen. Die Drosseln können einstellbar sein. An der grundsätzlichen Funktionsweise ändert sich hierbei nichts. Fördert die Pumpe 10 in die Förderleitung 12, so baut sich in dieser ein der Einstellung der Drossel 25:entsprechender Druck auf, und das Ventil wird betätigt. Die Drosseln können in Abhängigkeit von Druck und Temperatur verstellbar sein, um eine Anpassung an die Motorkennlinie zu erreichen. The exemplary embodiment according to FIG. H differs from the preceding essentially in that there is no longer any connecting line between the pressure lines 12, T3. The pressure difference is now generated by throttles or orifices 35, 36, each of which is arranged in a line 37 and 38 which emanate from the delivery line 12 or 13 and which lead to the container. The throttles can be adjustable. Nothing changes in the basic functionality. If the pump 10 feeds into the feed line 12, a pressure corresponding to the setting of the throttle 25: builds up in it, and the valve is actuated. The throttles can be adjustable as a function of pressure and temperature in order to adapt to the motor characteristic.

Beim Ausführungsbeispiel nach der Figur 5 sind die Drosseln in Leitungen kO, U T angeordnet, welches von den Druckräumen k2, k3 des Wegeventils 32 ausgehen. Die Drosseln sind mit kh, U 5 bezeichnet und über ein Gestänge k6 so miteinander gekoppelt, daß sie sich gegensinnig öff- In the exemplary embodiment according to FIG. 5, the throttles are arranged in lines kO, UT which extend from the pressure chambers k2, k3 of the directional control valve 32. The throttles are denoted by kh , U 5 and are coupled to one another via a linkage k6 in such a way that they open in opposite directions.

-{Λ- {Λ

nen bzw. schließen. Die Funktion ist dabei wiederum dieselbe wie beim Ausführungsbeispiel nach Figur k bzw. den vorhergehenden. Außerdem sind noch wie beim Ausführungsbeispiel nach Figur 2 bzw. 3, die als Naehsaugventile wirkenden Rückschlagventile 29, 30 vorgesehen. Es ist auch möglich, das zuletzt beschriebene Ausführungsbeispiel ohne die Rückschlagventile auszustatten; dabei können die Drosseln kh, H 5 zum Ansaugen aus Behälter 28 verwendet werden (Figur 6).nen or close. The function is again the same as in the exemplary embodiment according to FIG. K or the preceding ones. In addition, as in the exemplary embodiment according to FIG. 2 or 3, the check valves 29, 30 acting as sewing suction valves are also provided. It is also possible to equip the last-described embodiment without the check valves; The throttles kh , H 5 can be used for suction from container 28 (FIG. 6).

Das Ausführungsbeispiel nach Figur 7 ~ welches teilweise den beiden vorhergehenden mit den Drossel hk, 1+5 an den beiden Druckräumen des Ventils entspricht, diesmal jedoch nicht gekoppelt - weist wieder die Verbindungsleitung 22 zwischen den beiden Druckleitungen 12, 13 auf, in der die Drossel 23 angeordnet ist. Auch sind Nachsaugventile 29» 30 vorgesehen. Mit einer solchen Einrichtung erreicht man einen Teilaustausch des umlaufenden Druckmittels über die Drosseln 1+1+, 1+5 im Steuerventil, Diese können selbstverstänlich auch wieder gekoppelt sein oder individuell eingestellt werden.The embodiment according to FIG. 7 - which partially corresponds to the two previous ones with the throttles hk , 1 + 5 on the two pressure chambers of the valve, but this time not coupled - again has the connecting line 22 between the two pressure lines 12, 13, in which the throttle 23 is arranged. Make-up valves 29 »30 are also provided. With such a device a partial exchange of the circulating pressure medium can be achieved via the throttles 1 + 1 +, 1 + 5 in the control valve. These can of course also be coupled again or adjusted individually.

Das Ausführungsbeispiel nach Figur 9 zeigt die einfachste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stellantriebs, der hier allerdings nur einseitig wirksam ist. Die Pumpe ist nun nicht reversierbar sondern fördert über eine Druckleitung 50 in den Druckraum 51 des einseitig wirkenden Stellzylinders 52. Parallel an die Druckleitung ist die Leitung 5^· mit Drossel 53 angeschlossen. Die Wirkungsweise ergibt sich ohne weiteres aus dem zuvor Beschriebenen. The embodiment of Figure 9 shows the simplest Embodiment of an actuator according to the invention, which is only effective here, however. The pump is now not reversible but delivers via a Pressure line 50 into the pressure chamber 51 of the unidirectional Adjusting cylinder 52. The line 5 ^ · with throttle 53 is connected in parallel to the pressure line. The mode of action follows without further ado from what has been described above.

- /- to. - / - to.

Das Ausführungsbeispiel nach. Figur 8 zeigt eine praktische Ausführung des Steuerventils 32 beispielsweise nach Figur 5i Der Steuerschieber 60 hat zwei außenliegende Bunde 61, 62, welche sich erweiternde Ab- bzw. Zuläufe 63S 6k am Gehäuse steuern« Diese Teile bilden die Drosseln.The embodiment according to. FIG. 8 shows a practical embodiment of the control valve 32, for example according to FIG. 5i. The control slide 60 has two external collars 61, 62 which control widening outlets or inlets 63 S 6k on the housing. These parts form the throttles.

- An. - On.

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Claims (1)

3U81743U8174 11.11. 1981 Wd/Wl11.11. 1981 Wd / Wl ROBERT BOSCH GMBH, TOOO Stuttgart 1ROBERT BOSCH GMBH, TOOO Stuttgart 1 AnsprücheExpectations Γ 1.JElektro-hydrauliseher Stellantrieb mit einer von einem Elektromotor angetrieben Pumpe, die Druckmittel über mindestens eine Druckleitung zu einem Verstellorgan fördert, auf das eine Gegenkraft einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß an die Druckleitung (12, 13) ein Drosselorgan (23; 33; 35s 36; hk, i+5) angeschlossen ist, über das eine Verbindung zu einem Raum niedrigeren Druckes besteht.Γ 1.JElektro-hydraulic actuator with a pump driven by an electric motor, which conveys pressure medium via at least one pressure line to an adjusting element on which a counterforce acts, characterized in that a throttle element (23; 33) acts on the pressure line (12, 13) ; 35s 36; hk, i + 5) via which there is a connection to a room with lower pressure. 2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenkraft durch eine Feder (18, 19) erzeugt wird.2. Drive according to claim 1, characterized in that the counterforce is generated by a spring (18, 19). 3. Antrieb nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselorgan eine viskositätsunabhängige Blende ist.3. Drive according to claim 1 and / or 2, characterized in that the throttle member is a viscosity-independent Aperture is. h. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselorgan parallel an die Druckleitung angeschlossen ist. H. Drive according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the throttle element is connected in parallel to the pressure line. 5. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis k, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (11) reversierbar ist.5. Drive according to one of claims 1 to k, characterized in that the pump (11) is reversible. 6. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß das Verstellorgan (16) doppeltwirkend ausgebildet ist.6. Drive according to one of claims 1 to 5 »thereby characterized in that the adjusting member (16) is designed to be double-acting. 3148 J 7 A4..3148 J 7 A 4 .. 7t Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet j daß das Verstellorgan ein Wegeventil (32) ist, dessen Steuerschieber beidseits von Zentrierfedern belastet ist und daß an jeden von der Pumpe beaufschlagten Druckraum des Wegeventils eine Drossel (hk, h-5) angeschlossen ist, die zum Baum niedrigeren Druckes Verbindung hat.7t drive according to one of claims 1 to 6, characterized in that the adjusting element is a directional valve (32), the control slide of which is loaded on both sides by centering springs and that a throttle (hk, h-5) is attached to each pressure chamber of the directional valve acted upon by the pump. connected to the tree that has a lower pressure connection. 8. Antrieb nach Anspruch 75 dadurch, gekennzeichnet, daß die Drosseln gekoppelt und gegensinnig verstellbar sind«8. Drive according to claim 7 5 , characterized in that the throttles are coupled and adjustable in opposite directions « 9. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe im geschlossenen Kreis arbeitet und daß die beiden an sie angeschlossenen Leitungen (J2, ]3) durch eine Leitung (22) miteinander verbunden sind, in der das Drosselorgan (23) angeordnet ist.9. Drive according to one of claims 1 to 8, characterized in that the pump is in a closed circuit works and that the two lines connected to it (J2,] 3) are connected to one another by a line (22) are, in which the throttle member (23) is arranged. 10. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe im offenen Kreis arbeitet und bei Reversierbarkeit Druckmittel über Rückschlagventile (29, 30) aus einem Behälter ansaugt.10. Drive according to one of claims 1 to 8, characterized characterized in that the pump works in an open circuit and, in the case of reversibility, pressure medium via non-return valves (29, 30) sucked in from a container. 11. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstellorgan (6.0, ;61, 62) im Zusammenwirken mit einem Abfluß (63, 6k) selbst das Drosselorgan bildet (Figur 8).11. Drive according to one of claims 1 to 10, characterized in that the adjusting member (6.0; 61, 62) in cooperation with a drain (63, 6k) itself forms the throttle member (Figure 8). 12. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor ein Gleichstrommotor ist.12. Drive according to one of claims 1 to 11, characterized characterized in that the electric motor is a direct current motor. 13. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstellorgan ein Arbeitszylinder ist.13. Drive according to one of claims 1 to 12, characterized characterized in that the adjusting element is a working cylinder. 1U. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel eine temperaturkompensierte Laminardrossel ist und die Temperaturkompensation über ein Dehnstoff-Arbeitselement oder ein Bimetall erfolgt.1U. Drive according to one of Claims 1 to 13, characterized characterized in that the throttle is a temperature-compensated laminar throttle and the temperature compensation takes place via an expansion material working element or a bimetal.
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