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Beschreibung:
Die Erfindung betrifft einen Olbehälter für stationäre und/oder mobile Hydraulikanlagen,
der als Gefäß mit wenigstens einem Zulaufstutzen, ggfs. mit zusätzlichem b'ecköl-Zulaufstutzen,
sowie mit einem zur Pumpe der Hydraulikanlage führenden Ablaufstutzen ausgebildet
ist und zusätzliche Anschlüsse für Sicherheits- bzw. Uberdruckventile, Entlüftungsventile
usw. aufweist.
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Olbehälter der eingangs genannten Art dienen bei Hydrat likanlagen
der Bevorratung von Öl für Lecköl-Verluste, der Kompensation von Olvolumenänderungen
bei Temperaturänderungen ferner zur Beruhigung und Ausscheidung von Verunreinigungen,
die z. B. durch Verkokung entstehen können,sowie zum Abscheiden von Lufteinschlüssen.
Ihre Hauptaufgabe ist jedoch die Aufnahme der Verlustwärme, die aus der Hydraulikanlage
kommt und die Abgabe dieser Wärme an die Umgebungsluft.
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Es ist bekannt, Ölbehältern von Hydraulikanlagen zusätzliche Kühler
zur Verbesserung der Wärmeabgabe beizuordnen. Diese Kühler sind jedoch getrennte
Aggregate, welche mit motorisch angetriebenen Ventilatoren zur Erzeugung eines Kühlluftstromes
und häufig auch noch zusätzlich motorisch angetriebenen Ölumlaufpumpen ausgerüstet
sind Solche Zusatzaggregate erfordern Antriebsenergie, wodurch die Wirtschaftlichkeit
von Hydraulikanlagen beeinträchtigt
wird und sie erhöhen die Störanfälligkeit.
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Aufgrund dieser Nachteile werden bei vielen Hyaraulikanlagen Ölbehälter
verwendet, die ein verhältnismäßig großes Fassungsvermögen aufweisen. Die Behälter
größe wird dabei en-tweder errechnet oder aufgrund von Erfahrungswerten bestimmt.
Dabei müssen auch Spitzersbelastungen der Hydraulikanlage berücksichtiyt werden,
damit Überhitzungen vermieden werden. Je nach Lastart ergeben sich so Behälter,
deren Ölfassungsvermögen das zwei- bis fünfzehnfache der Pumpenfördermenge in 1/min.
cer Hydraulikanlage beträgt. Schon bei geringen Leistungcübertragungen werden größere
Übertragungsverluste verursacht, so daß vor allem bei längerem Dauerbetrieb bereits
besonders große Ölbehälter erforderlich werden.
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Hydraulikanlagen mit derartig großen Olbehältern haben im Vergleich
zu Hydraulikanlagen mit kleineren Olbehältern und zusätzlichen motorisch angetriebenen
hühlaggregaten den Vorteil, daß sie in der Anschaffung erheblich billiger sind,
daß der Wirkungsgrad höher und cie Störanfälligkeit erheblich niedriger ist.
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Dafür müssen jedoch auch Nachteile in Kauf genommenwerden. Das Ö1
von Hydraulikanlagen muß je nach Belastung nach bestimmten Betriebszeiten ausgetauscht
werden. Da es sich bei Hydrauliköl um vergleichsweise teures Ö1
handelt,
sind bei Anlagen mit großvolumigen Olbehältern periodisch höhere Betriebsausgaben
in Rechnung zu stellen. Außerdem wirkt sich insbesondere bei mobilen Anlagen ein
großes Behältervolumen mit entsprechend großer Olmenge als totes Gewicht, welches
die Achslasten der Fahrzeuge erhöht, in unerwünschtem Maße aus.
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Ein weiterer Nachteil großvolumiger Ölbehälter ergibt sich auch im
Betriebsverhalten, insbesondere bei intermittierendem Betrieb. Die einzelnen Hydrauliköle
sind für bestimmte optimale Betriebstemperaturen ausgelegt und haben bei diesen
Temperaturen auch optimale Viskositätseigenschaften. Diese Arbeitstemperaturen können
je nach Öl etwa bei 70°C liegen. Sie liegen damit erheblich höher als die durchschnittlichen
Umgebungsluft-Temperaturen. Mit sinkender Temperatur steigt jedoch die Viskosität
des Hydrauliköles und es entstehen bei Inbetriebnahme der Hydraulikanlage aus diesen
Temperaturer Strömungsverluste, die durch höhere Antriebsleistung aufgebracht werden
müssen. Je größer das Volumen eines Ölbehälters und damit die Olmenge ist, um so
länger dauert es, bis das Hydrauliköl auf optimale Betriebstemperatur erwärmt ist
und um so länger muß die Hydraulik anlage mit nachteilig erhöhter Antriebsleistung
betrieben werden.
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Bei tlbehältern mit großem ilfassungsvermögen müssen relatir hohe
Ölstandshöhen in Kauf genommen werden. Dadurch
werden jedoch die
Abscheidungseigenschafteij des Olbehälters beeinträchtigt, denn Luft- und remdkörpereinschlüsse
werden um so besser vom ol getrennt, je geringer der Ölstand bei vergleichsweise
großer Globerfläche im ()lbehälter ist.
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Ausgehend von diesem bekannten Stand der Technik liegt der Erfindung
die Aufgabe zugrunde, den eingançs genannten Olbehälter so weiterzubilden, dai3
er die Vcrteile von Olbehältern mit zusätzlichen Kühlaggreyater. und die Vorteile
der ölbehälter ohne solche Kühl aggregate unter Vermeidung der Nachteile beider
Systeme in sich vereint.
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Diese Aui~gabe wird erfindungsgemäß dadurch gelost, daß das Gefäß
ein Olfassungsvermögen von weniger als dem Zweifachen der Pumpenfördermenge pro
Minute aufweist, durch eine Trennwand in einen Zulauf- und einer Ablaufraum geteilt
ist und in der Trennwand wenigstens eine in Bodennähe des Gefäßes angeordnete Kommunikationsöffnung
aufweist, welche mittels einer durch temperaturabhängig gesteuert betätigbare Stellmittel
bewegbare Klappe bei sinkender Öltemperatur zunehmenc geöffnet, bei -steigender
Öltemperatur zunehmend verklrinert Dzw. geschlossen ist, und daß beide Räume des
Gefäßes durch unterhalb des Gefäßes angeordnete große Wärmeubertragurlgsflächen
bildende Olleitungen nach Art kommuniziererider Räume in Bezug auf die Trennwand
By-paß-artig verbunden sind, urid daß wenigstens die Ölleitungen innerhalb eines
schachtartigen Gehäuses angeordnet sind und mit diesem flach Art
eines
Luftkonvektionsheizgerätes zur Ölkühlung zusammenwirkerl. .
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Durch die Erfindung wird ein kleinvolumiger Olbehälter geschaffen,
so daß alle Nachteile großvolumiger Behälter wie hohes Gewicht, verlängerte Anfahrzeit
usw. vermieden werden. Dies ist möglich, weil mit dem Olbehälter ein Kühlsystem
integriert ist, welches seinerseits jedoch ohne jegliche Antriebsaggregate arbeitet
und infolgedessen die Nachteile dieser bekannten Kühlaggregate umgeht. Der kleinvolumige
erfindungsgemäß ausgebildete Ö1-behälter wird infolge der Trennwand in zwei Räume
aufgeteilt. Infolge des sehr kleinen Behältervolumens erreicht das öl bereits nach
sehr kurzer Betriebszeit seine Solltemperatur. Während dieser Betriebszeit ist die
Kommunikationsöffnung in der Trennwand geöffnet, so daß das Öl ungehindert vom Zulaufraum
zum Ablaufraum fließen kann.
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Mit steigender Öltemperatur treten jedoch die Sillmittel für die Klappe
der Trennwand in Tätigkeit und beginnen, die Kommunikationsöffnung zunehmend zu
schließen. Infol ge des ständigen Zulaufs von Rücklauföl aus der Hydraulikanlage
und des Abzuges durch die Pumpe der Hydraulik anlace stellt sich in den beiden Räumen
des Gefäßes allmählich eine Füllstanushöheridifferenz ein, welche als treibende
Kraft einen Olstrom durch die Olleitungen bewegt, welche die Trennwand by-pass-artig
überbrücken.
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Dieses Ö1 ist heiß und die Ölleitungen bilden große Wärmeübertragungsflächen
innerhalb eines schachtartigen Gehäuses, so daD sich durch Kaminwirkung selbsttätig
ein von unten nach oben gerichteter Luftstrom einstellt.
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Auf diese Weise wird infolge der untnrschiedlichen Füllstandshöhen
im Zulauf- wie im Ablaufaum ohne Zuhilfenahme einer Pumpe eine Ölumwälzung dadurch
einen Kühler bewirkt und die Kaminwirkung innerhalb des schachtartigen Gehäuses
bewirkt einen Kühlluftstrom, der um so stärker fließt, je höher die Öltemperatur
ist und der ebenfalls ohne Zuhilfenahme irgendwelcher motorisch angetriebener Elemente
erzeugt wird.
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Je nach Betriebssituation kann die Kommunikationsöffnung durch die
Klappe periodisch geöffnet und geschlossen werden bzw. mit Hilfe der Klappe im Sinne
einer Drosselstellung teilweise geöffnet gehalten werden. Je nach Situation fließt
dann das Ö1 entweder ausschließlich durch die Olleitungen im schachtartigen Gehäuse
und wird vollständig gekühlt, bevor es in den Ablaufraum de£ Gefäßes gelangt, oder
aber es fließen Teilströme durch die Kommunikationsöffnung und Teilströme durch
die blleitungen im schachtartigen Gehäuse. Auf diese Weise stellt sich nach kurzer
Anlaufzeit eine auch bei extrem schwankenden Belastungszuständen der Hydraulikanlage
konstant bleibende Öltemperatur ein,indem sich die Kühlung automatisch steigert,
wenn die Öltemperatur anzusteigeil beginnt.
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Mit dem erfindungsgemäß ausgebildeten Ölbehälter gelingt es auf einfache
Weise, mit nahezu konstanter optimaler Oltemperatur zu arbeiten.
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In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung weist das schachtartige
Gehäuse temperaturabhängig, ggfs. von Hand verstellbare Luftdrosselklappen auf.
Hierbei wird die Tatsache berücksichtigt, daß es Einsatzgebiete gibt, bei denen
die Hydraulikanlagen vorübergehend überhöhten Umgebungstemperaturen ausgesetzt sind.
In diesen Fällen wird das schachtartige Gehäuse entsprechend verlängert, ggfs. die
wärmeabgebende Gesamtoberfläche der Olleitungen im schachtartigen Gehäuse so vergrößert,
daß die ausreichende Ölkühlung auch unter den erhöhten Umgebungstempeaturen gewährleistet
ist. Bei Normalbetrieb braucht dann durch Betätigung der Luftdrosselklappen lediglich
eine Verringerung des Kühlluftstromes bewirkt zu werden, um eine zu starke Olkühlung
zu verhindern. Das hilft insbesondere auch dann, wenn bspw. mobile Anlagen im Winterbetrieb
extrem tiefen Temperaturen ausgesetzt sind.
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Bei der erfindungsgemäßen Weiterbildung des Ölbehälters umschließt
das schachtartige Gehäuse das Gefäß und/oder Teile der Hydraulikanlage. Dadurch
werden die vom Kühlluftstrom umschlossenen und damit wärmeabgebenden Oberflächen
auf einfache Weise vergrößert, so daß die Anzahl der erforderlichen Ölleitungen
im schachtartigen Gehäuse kleir gehalten werden kann.
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Vorteilhaft ist weiterhin, daß als 'tellmi-ttel für die Klappe Bimetallbügel
oder -federn, thermoh>dravlische Stellglieder, temperaturabhängig arbeitende
Feaern oder elektromagnetische Stellglieder vorgesehen sina, wobei die Temperaturfühler
der thermohydraulischen uiid elektromagnetischen Stellglieder außerhalb des Gefäßes
im Ölstrom der Hydraulikanlage angeordnet sind.
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Für die gesteuerte Betätigung der Klappe, welche die k;ommunikationsöffnung
oder die Kommunikationsöffnungen öffnet bzw. schließt, können unterschiedliche Stellmittel
eingesetzt werden. Bimetallbügel oder -federn sind anwendbar. Andere, aus einem
Metall gefertigte Dehnuiigsfedern können ebenfalls benutzt werden. Beide Arten von
Betätigungsmiiteln oder Stellmitteln könne ggfs. von Hand voreingestellt werden.
Bei Verwendung von thermohydraulischen oder elektromagnetischen Stellgliedern besteht
die Möglichkeit, die Temperaturfühler außerhalb des Gefäßes an entsprechenden geeigneten
Stellen der Hydraulikanlage anzuordnen und darüber hinaus ist es möglich, die erogression
der Stellwertübermittlung zu veränder. Dies ist von Vorteil, wenn mit Öl unterschiedlicher
Qualität bzw. unterschiedlicher Soll temperatur etwa in unterschiedlichen Jahreszeiten
gearbeitet wird.
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Besonders vorteilhaft ist, daß die Proportionalität der Verbindung
zwischen Temperaturfühler und Stellglied von Hand verstellbar ist.
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Vorteilhaft ist weiterhin, daß das Gefäß als beidendig geschlossenes
Rohrstück mit waagerecht verlaufender Achse ausgebildet ist, denn es läßt sich dann
einfach fertigen und ist insbesondere auch bei Behältern, die mit unterbarometrischem
oder überbarometrischem Druck arbeiten, leicht drucksicher zu gestalten.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der Zulaufraum des
Gefäßes größer als der Ablaufraum. Dies hat den Vorteil, daß die Luft- und Fremdkörperabscheidung
aus dem Rücklauföl bei geringer Füllstandshöhe und großer Oberfläche stattfinden
kann.
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Eesoiiders einfach herstellbar und insbesondere auch druck sicher
läßt sich der Kiihlteil des erfindungsgemä;ß ausgebildeten Ölbehälters ausbilden,
indem die Ollen~ tungen als Rohrbündel mit rohrförmigen Sammlern ausgestalt-et und
vorzugsweise gezeigt verlaufend angeordnet sind Alternativ dazu können die Jlleitungen
aber auch wenigsten teilweise nach Art von Kühlerlamellen ausgebildet werdcn, geneigt
angeordnet sein und wenigstens am tiefliegenden Ende einen vorzugsweise rohrförmigen
Sammler aufwci 5 en.
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Vorteilhaft ist weiterhin, daß der tiefliegende Sammler mit einem
Olablaß- und Reinigungsstutzen versehen ist.
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Da der Sammler vorzugsweise rohrförmig ist, empfiehlt es sich, den
Olablaß- und Reinigungsstutzen an einem Ende dieses Rohrkörpers anzuordnen, so daß
auf diese Weise eine sehr bequeme sorgfältige Reinigung erzielt werden kann.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindutig sind die Ablauf- und
Zulaufstutzen, die in das Gefäß rachen, trichterförmig erweitert und stehen den
Mündungen der Ölleitungen haubenartig gegenüber. Auf der Ölzulaufseite hat dies
den Vorteil einer besonders günstigen Ölberuhigung, während auf der Ablaulseite
die Saugwirkung der Pumpe der Hydraulikanlage in gewissem Umfange den Mündungen
der blleitungen mitgeteilt wird, so daß der Olumlauf eine zusätzliche treibende
Komponente erhält.
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Ausführungsbeispiele des erfindungsqemäß ausgezildeten Olbehälters
sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt; Fig. 1 - eine Schema-Seitenansicht,
Fig. 2 - eiiie Schema-Schnittansicht, Fig. 3 - eine weitere Ausgestaltuny in Schema-Seitenansicht,
Fig.
4 - die Ausgestaltung gemäß Fig. 3 in Schema-Frontansicht, Fig. 5 bis 8 - jeweils
zwei weitere Ausgestaltungen in Schema-5eten-bzw. Schemafrontansicht, Fig. 9 bis
12 - unterschiedliche Ausführungsbeispiele einer Einzelheit des Ölbehälters gemäß
Fig. 1 bis 8.
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Die Figuren zeigen einen Ölbehälter 1 für eine Hydraulikanlage stationärer
oder nobiler Betriebsweise, welcher ein Gefäß 2 aufweist, das durch eine Trennwand
3 in einen Zulaufraum 4 und einen Ablaufraum 5 getrennt ist. In der Trennwand 3
befindet sich wenigstens eine Kommunikationsöffnung 6, die mittels einer Klappe
7 geöffnet oder geschlossen werden kann oder aber auch in Mittelstellung der Klappe
eine Drosselfunktion erfüllen kann. In den Zulaufraum 4 rnündet eiri Olzulaufstutzen
8 und in den Ablaufraum 5 ein Ölablaufstutnen 9. Beide Stutzen 8, 9 sind in das
Innere des Gefäßes hinein verlängert und weisen an ihren Enden haubelförmige Erweiterungen
10 auf.
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Fig. 1 zeigt, daß die Teilreume 4 und 5 des Gefäßes 2 mit Lber- bzw
Unterdruck-Sicherheitsventilen 11 versehen sein können.
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Die haubenförmigen, trichterförmige Erweiterulgen 10 stehen jeweils
im Boden des Gefäßes 2 ausmündeiden Ö1-leitungen 12 gegenüber. Wenigstens fin Teil
dieser ölleitungen 12 ist gemäß Fig. 1 und 2 als geneigt angeordnetes Rohrbündel
13 ausgebildet, welches am oberen und unteren Ende durch rohrförmige Sammler 14
zusammengefaßt ist. Zur Erzielung großer Wärmeübertragungsflächen sind zumindest
die einzelnen Rohre Dies Rohrbünlels 13 mit vergleichweise kleinem Querschnitt gegenüber
den anderen Olleitungen 12 gewählt, jedoch ist Sorge yetragen, daß der Summerquerschnitt
groß genug ist, um keinen unzulässigen Clströmungwidersta.ld zu erzeugen.
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Die Ölleitungen 12 bzw. 13 sind einem schachtartigen Gehäuse 15 untergebracht
welches bei der Ausf-ührung ge-Zügen die tiefzuziehenden Bereiche des Hohlteils
erneut mit Schmiermittel einzustreichen. Dieses Einstreichen etwa des Stempelkopfs
ist zeitaufwendig und umständlich, vor allem aber auch unfallträchtig, weil eine
mit dieser Tätigkeit befaßte Person mit der Hand in das offene Werkzeug hineingreifen
muß. Gleiches gilt, wenn in mehreren aufeinanderfolgenden Stufen gezogen wird, bei
denen es eines Einstreichens der tiefzuziehenden Bereiche des Werkmit vorzugsweise
von Hand versellbaren Drosselklappetl 17 ausgerüstet. Bei dieser Ausgestaltung kann
extreme Kühlleistung bei voll geöffneten Drosselklappen 17 erzielt werden, während
bei niedriger Umgebungstemperatur
eine reduzierte Olkühlung mit
entsprechend in Drosselstellung verdrehten Drosselklappen 17 gewählt werden kann.
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Die Fig. 5 und 6 zeigen Alternativlösungen des Ölbehälters 1, wobei
das Rohrbündel 13 ein vergleichsweise geringes Gefälle aufweist und das Gefäß 2
außerhalb des schachtartigen Gehäuses 15 angeordnet ist. Weiterhin ist angedeutet,
daß die Klappe 7 Stellmittel 18 aufweist, die üner einen Temperaturfühler 19 betätigt
werden, welcher außerhalb des Gefäßes 2, vorzugsweise in der zur Pumpe führenden
Leituny liegt. In die Verbindung zwischen Temperaturfühler und Stellglied 18 ist
ein Steuerungs-, ggfs. Verstärkungsglied 20 eingeschaltet, welches einen von Hand
einstellbaren Knopf 21 zeigt, der dafür sorgt, daß die Übertragungsproportionalität
zwischen dem Temperaturfühler 19 und dem Stellglied 18 änderba ist. Die beschriebene
Ausgestaltung eignet sich entweder für elektrische oder thermohydraulische Stellglieder
18.
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Die Eig. 7 und 8 zeigen eine Alternativgestaltung des Ölbehälters
1, bei welchem anstelle der Rohrbündel 13 Lamellen 22 im schachtartigen Gehäuse
15 vorgesehen sind.
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In Fij. 9 ist eine Kommunikationsöffnung 6 in einer Einzelhe;t gezeigt,
deren zugehörige Klappe 7 mit Hilfe einer Bimetallfeder 23 als Stellglied 18 betätigt
wird.
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Bei der Ausführung gemäß Fig. 10 wird die Klappe 7 ohne Ferntemperaturfühler
19 gemäß Fig. 5 durch ein thermohydraulisches Stellglied 18 bewegt.
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Bei der ausgestaltung gemäß Fig. 11 dient als Jtellglied 18 ein Elektromagnet
24, der gemäß Iig. 5 vor- und ansteuerbar ist.
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Fig. 12 zeigt ein Äusführungsbeispiel für ein stellglied 18, das in
Form einer Wendelfeder ausgebildet ist, die aus einem einzigen Werkstoff gefertigt
ist und die bei Temperaturanstieg durch Dehnung zur Kl app enbewegung führt.
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Die Trennwand 3 kann mehrere Kommunlk ationsöf f:lung en 6 aufweisen,
die wahlweise gemäß Fig. 12 unmittelbar am Boden oder gemäß Fig. 9 bis 11 in Bodennähe
vorgesehen sein können. Es können bei mehreren Kommunikationsöffnungen 6 einheitliche
Stellglieder 18 oder aber unterschiedliche Stellglieder 18 verwendet werden, um
bspw.
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eine Grobsteuerung, etwa durch einfache bimetall 23 oder thermohydraulische
Stellelemente gem. Fig. 10, zu bewirken und eine überlagerte Feinsteuerung durch
die Ausführung gemäß Fig. 11 vorzunehmen.
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Erfindungsgemäß wird mit dem Behälter 1 nicht nur eine erhebliche
Verringerung der erforderlicheii Ülmenge b w.
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des Füllvolumens des Gefäßes 2 erzielt, sondern auch erhebliche Betriebseinsparungen,
weil die auszuwechselnden Ölmengen gering sind. Der besondere Vorteil ergibt sich
bei intermittierend betriebenen Anlagen, weil die Anfahrverluste nur noch Bruchteile
der Anfahrverluste betragen, die bei großen Ölmengen auftreten.
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Gemäß Fig. 4 ist am unteren Sammler 14 eine Schraubverschlußkappe
25 seitlich angeordnet. Diese erlaubt ein bequemes Ablassen des Oles beim Wechsel
und eine bequeme Reinigung der dort abgelagerten Fremdstoffe.
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