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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Getriebe der Art Übersetzungsgetriebe
oder Untersetzungsgetriebe, das zum Beispiel dazu bestimmt ist, Turbinentriebwerke
anzutreiben oder von diesen angetrieben zu werden.
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Diese
Getriebe, die auch als Getriebe mit festem Übersetzungsverhältnis betrachtet
werden können,
arbeiten bei hoher Geschwindigkeit und erzeugen Leistungsverluste,
welche die Hersteller zu vermindern suchen, indem sie an den unterschiedlichen
Faktoren arbeiten, welche diese hervorrufen. Ohne bestimmte Behandlung
liegen diese Verluste tatsächlich
in der Größenordnung
von 1 % der gesamten Leistung und können daher für Hochleistungsmaschinen
nicht außer
Acht gelassen werden.
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Im
Laufe von unterschiedlichen Studien, die hinsichtlich dieses Problems
durchgeführt
worden sind, ist den Herstellern aufgefallen, dass 90 % der Verluste
in Abwesenheit jeglicher Auslastung erzeugt werden, d.h., wenn die
Getriebe im Leerlauf laufen. Diese werden hauptsächlich durch die Steuerung
der Menge an Schmier-/Kühlfluid,
das zwischen die Getriebeverzahnungen eingespritzt wird, Gasturbulenzen,
die während
der Drehung der gezahnten Teile bei hoher Geschwindigkeit erzeugt
werden, und die Reibung an den Lagern, welche die Drehwellen stützen, an
denen die gezahnten Teile befestigt sind, herbeigeführt.
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Die
traditionelle Ausgestaltung dieser Getriebe ist wie folgt: Die gezahnten
Teile sind in geschlossenen Gehäusen
untergebracht, mit denen die Lager, welche die Drehwellen der gezahnten
Teile stützen,
fest verbunden sind. Infolgedessen grenzen die Gehäuse einen
geschlossenen geschützten
Raum ein, in dem insbesondere das Schmier-/Kühlöl, welches in die Verzahnungen
eingespritzt wird, gesammelt wird. Im Allgemeinen wird das Öl dann in
einer externen Speicherwanne gesammelt, bevor es erneut nach der
Kühlung
in die Verzahnungszone der Zähne
der gezahnten Teile eingespritzt wird.
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Eine
der wirksamsten Arten und Weisen zur Reduzierung der Verluste, die
insbesondere in der
US-Patentschrift
US-3 489 034 beschrieben sind, wobei diese die Charakteristiken
des Oberbegriffs von Anspruch 1 veröffentlicht, besteht im Schaffen
eines Teilvakuums im Inneren des Gehäuses. In diesem Fall werden
die Verluste aufgrund der Turbulenzen, die durch die erhöhten Umfangsgeschwindigkeiten
der Verzahnungen herbeigeführt
werden, wesentlich gesenkt. Das Erzeugen eines Teilvakuums ermöglicht somit
das Entfernen von ungefähr
der Hälfte
der gesamten Verluste, die noch weiter gesenkt werden können, indem
insbesondere auf die Durchflussmenge des Schmier-/Kühlfluids,
auf die Lager usw. gewirkt wird.
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Als
Alternative zur Erzeugung eines Vakuums und zum Erhalt eines analogen
Ergebnisses, wurde ebenfalls vorge schlagen, ein Gas mit geringer Dichte
der Art Helium in das Gehäuse
einzuspritzen, welches die Luft ersetzt und somit zu einer Reduzierung
der Dichte der gasförmigen
Phase im Gehäuse führt.
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Die
Minderung des Drucks beeinflusst offensichtlich die gesamte Ausgestaltung
des Getriebes. Demzufolge wird der Rückführungskreislauf des Schmier-/Kühlfluids
offensichtlich vom Wert des Druckes im Inneren desselben beeinflusst.
Der wesentliche Gasdruckabfall verlangt ferner die Berücksichtigung
des Verhaltens der Maschine im Falle eines Ausfalls des Systems,
das ihn erzeugt, und der Auswirkungen einer etwaigen Funktionsstörung im
Rückführungskreislauf.
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Das
Getriebe, auf dem die vorliegende Erfindung basiert, versucht diese
Probleme zu lösen.
Ausdrücklich
erfordert das Vorliegen eines niedrigen Gasdruckes das Erzeugen
von mechanischen Mitteln, um bei der Förderung des Schmier-/Kühlfluids (im
Allgemeinen Öl)
vom Gehäuse
aus in Richtung der Speicherwanne behilflich zu sein. Tatsächlich wird
das Öl
im Allgemeinen mit Hilfe einer Pumpe befördert, deren Betrieb allerdings
durch Kavitationsphänomene
wegen des Wertes des Druckes im Innern des Gehäuses behindert werden kann.
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Die
Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Aufbau
vorzuschlagen, der das Umgehen jeglicher Kavitationsprobleme während des
Pumpens des Öls
vom Gehäuse
in Richtung der Speicherwanne oder des Tanks ermöglicht. Sehr allgemein umfasst
die Erfindung eine Steuervorrichtung zur Erzeugung einer verdünnten Atmosphäre in einem
Getriebe.
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Nach
einer zweiten, damit verbundenen Aufgabe, soll das Getriebe der
Erfindung, wenigstens provisorisch, weiterarbeiten, selbst wenn
das System zur Erzeugung des niedrigen Drucks und/oder das Ablassmittel
versagt.
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Diese
und weitere Aufgaben, die beim Durchlesen der detaillierten Beschreibung
der Erfindung offensichtlich werden, werden durch das Getriebe der
Erfindung verwirklicht, das genauer mindestens zwei in einem Gehäuse untergebrachte
gezahnte Teile umfasst, die jedes an einer Welle in Lagern befestigt
sind, die mit dem Gehäuse
fest verbunden sind; eine Wanne zum Speichern von Schmier-/Kühlöl, das in
jede Verzahnungszone der gezahnten Teile einzuspritzen ist; Mittel,
um das Öl
aus dieser Wanne zu den Verzahnungszonen zu fördern, um es bei einem Druck
einzuspritzen, der höher
ist als der im Gehäuse
herrschende Druck; Mittel, um den Druck im Gehäuse zu mindern und Mittel,
um das Öl
zur Speicherwanne hin zu befördern.
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Erfindungsgemäß ist dieses
Getriebe hauptsächlich
dadurch gekennzeichnet, dass es einen im Gehäuse integrierten ersten Auffangbehälter zum Auffangen
des Schmier-/Kühlöls umfasst,
der mit einem zweiten Auffangbehälter
in Verbindung steht, in welchen das Öl vom ersten Behälter aus
ablaufen kann, wobei der zweite Auffangbehälter seinerseits mit der Speicherwanne
in Verbindung steht, wobei diese Auffangbehälter und die Wanne so angeordnet sind,
dass das Öl
diese nacheinander durch Schwerkraftströmung durchströmen kann,
in den Auffangbehältern
ein gleicher Druck herrscht, während
die Wanne stets bei atmosphärischem
Druck ist, die Fördermittel
hinter dem zweiten Auffangbehälter
angeordnet sind und dem Ölstand
darin nachgeführt
werden, außerdem
Mittel vorgesehen sind, damit bei einem Ausfall des Gasdruckminderungs- und/oder Fördermittels
der Betrieb des Getriebes bei atmosphärischem Druck gewährleistet
ist.
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Die
Hauptaufgabe der Erfindung beruht auf dem Vorlie gen des zweiten
Auffangbehälters,
der eine ganz bestimmte Verwaltung des Rückführungskreislaufes des Öls einerseits
und einen spezifischen Ansatz des Problems des alternativen Betriebs
des Getriebes, wenn die Mittel zum Erzeugen des geringeren Drucks
und/oder zum Fördern
nicht richtig arbeiten, aus welchem Grund auch immer, ermöglicht. Tatsächlich kann
der zweite Auffangbehälter
mit einem Rückhaltebecken
gleichgesetzt werden, das eine Regulierung des Drucks zwischen zwei
Teilen des Rückführungskreislaufs,
die jeweils mit niedrigem Druck bzw. atmosphärischem Druck arbeiten, ermöglicht.
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Die
bestimmte Anordnung der unterschiedlichen Elemente des Kreislaufs,
das heißt
der zwei Auffangbehälter
und der Speicherwanne, ist ebenfalls darin grundlegend, dass sie
die Schwerkraftströmung
des Öls
ermöglicht,
was den Betrieb in allen Arbeitshypothesen erleichtert.
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Die
Nachführung
der Fördermittel
am Ölstand
ermöglicht
schließlich,
dass diese nur dann benutzt werden, wenn die Bedingungen für deren
Betrieb geeignet sind.
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Vorzugsweise
besteht der zweite Auffangbehälter
aus einem Zwischenölbehälter, der
vom Gehäuse
separat ist, mit welchem er durch eine Leitung verbunden ist, wobei
dieser Auffangbehälter
mindestens teilweise derart unter dem Gehäuse angeordnet ist, dass im
Betrieb der Ölstand
nie den Boden des ersten Auffangbehälters erreicht.
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Die
physikalische Trennung zwischen dem Gehäuse und dem zweiten Auffangbehälter bietet
einen bedeutenden Vorteil: sie ermöglicht die nachträgliche Anpassung
eines Betriebssystems mit niedrigem Druck an ein herkömmliches/an
herkömmliche Getriebe,
das heißt,
welches/welche bei atmosphärischem
Druck arbeitet/arbeiten. Die verschiedenen Komponenten, die zur
An passung eines Systems mit niedrigem Druck nötig sind, können tatsächlich außerhalb des Gehäuses und
der Speicherwanne vorgesehen sein, wie deutlicher aus der nachfolgenden Beschreibung
ersichtlich wird.
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Es
versteht sich, dass es als Alternative dazu jedoch auch möglich ist,
den zweiten Auffangbehälter im
Gehäuse
integriert vorzusehen.
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Nach
einem klassischen Aufbau ist der erste Auffangbehälter lediglich
aus dem Boden des Gehäuses
gebildet.
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Der
Rückführungskreislauf
des Schmier-/Kühlöls umfasst,
wie oben erwähnt,
Fördermittel
des zweiten Auffangbehälters.
Diese bestehen genauer aus einer Motorpumpe, deren Motor durch einen
Regler gesteuert wird, der dem Ölstand
im zweiten Auffangbehälter
nachgeführt
wird, zwischen zwei Grenzwerten dieses Ölstands, wobei ein Messfühler, der
den unteren Grenzwert anzeigt, es erlaubt, diese Motorpumpe auszuschalten,
wenn der Eingangsdruck des Öls
in der Pumpe auf ein Niveau abfällt,
bei dem die Gefahr des Auftretens von Kavitationsphänomenen
besteht, während
die Überschreitung
des oberen Grenzwerts durch das Öl
die Öffnung
eines Ablassschiebers des zweiten Auffangbehälters auslöst.
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Zwischen
den zwei Betriebsgrenzen passt die Ablasspumpe ihre Pumpkapazität dem eigentlichen Ölstand im
Zwischenbehälter
an.
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Wenn
das Öl
die obere Grenze überschreitet,
bedeutet das im Grunde, dass die Fördermittel nicht mehr arbeiten.
In diesem Fall ermöglicht
die Öffnung
des Ablassschiebers die Schwerkraftströmung des Öls bei einer ausreichenden
Rate, um die Kontinuität
des Betriebs der Anordnung zu gewährleisten.
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Die
Mittel zum Erzeugen des niedrigen Drucks werden in diesem Fall unterbunden,
sodass das System zu einem Betrieb bei atmosphärischem Druck zurückkehrt.
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Wenn
dahingegen der Ölstand
die untere Grenze erreicht, schaltet die Förderpumpe ihren Betrieb aus,
bis der Ölstand
wieder über
die untere Grenze geht, sodass jeglicher Schaden, der aus möglichen
Kavitationen resultiert, vermieden werden kann.
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Nach
einer Möglichkeit
ist der Regler, der die Motorpumpe steuert, ein Frequenzregler,
der durch einen Wandler gesteuert wird, der die analoge Messung
des Ölstands
in eine elektrische Größe umwandelt,
die vom Regler verwendet werden kann.
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Das
untere Niveau entspricht zum Beispiel einem gegebenen Strom, der
linear bis zu einem oberen Strom, welcher dem oberen Niveau entspricht,
verläuft.
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Vorzugsweise
ist der Ablassschieber des zweiten Auffangbehälters in der Nachbarschaft
seines Bodens angeordnet und öffnet
sich, wenn das Druckdifferenzial, das auf ihn ausgeübt wird,
in der Größenordnung
von 1 Bar liegt.
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Die Öffnung dieses
Schiebers entspricht tatsächlich,
wenn ein ausreichender Druck darauf ausgeübt wird, einer passiven Sicherheit:
Es gibt keine Schleifenerkennung in einer Größenordnung, die den Ölstand widerspiegelt,
sondern lediglich ein einfaches Ein-Aus-Getriebe, das an den Schieber
angepasst ist, der sich über
ein gewisses Niveau hinaus öffnen
lässt.
Wenn somit die Fördermittel
des Zwischenbehälters
ausfallen, steigt der Ölstand
in diesem Behälter
allmählich
an, bis das Druckdifferenzial, das auf den Schieber ausgeübt wird,
der im niedrigen Teil angeordnet ist, in der Größenordnung von 1 Bar liegt.
Dies ruft somit das Öffnen
dieses Schiebers und das Ablaufen des Öls hervor.
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In
dem Fall, dass die Mittel zum Erzeugen des geringen Drucks ausfallen,
steigt der Druck im Inneren des Zwischenbehälters wieder auf atmosphärischen
Druck an und der Schieber öffnet
sich ebenfalls.
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Was
auch immer sich für
ein Ausfall ereignet, das Getriebe der Erfindung arbeitet normal
bei atmosphärischem
Druck weiter.
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Um
die Druckwerte zu berücksichtigen,
welche einer Pumpe das normale Arbeiten ermöglichen, ohne dass diese von
Kavitationsphänomenen
gestört wird,
ist der Messfühler,
der die Untergrenze anzeigt, jenseits welcher die Motorpumpe ausgeschaltet
wird, auf einer Höhe
angeordnet, die im Wesentlichen einer Untergrenze in der Förderpumpe
entspricht.
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Dieser
Druck entspricht natürlich
der Zugabe zum Druck, der durch die Höhe des Öls hervorgerufen wurde, und
zum Gasdruck, der über
dem Ölstand im
Zwischenbehälter
herrscht.
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Nach
der Erfindung bewirkt die Unterbrechung der Gasdruckminderungs-
und/oder Ablassmittel des zweiten Auffangbehälters die Öffnung eines Luftschiebers,
die den Druck in den Kammern, die diesen. Mitteln ausgesetzt sind,
wieder auf atmosphärischen
Druck ansteigen lässt.
Diese, deren Funktion darin besteht, den Druck in einem Teil des Kreislaufes
zwischen 0,1 und 0,2 Bar zu mindern, bestehen vorzugsweise aus einer
klassischen Motorpumpe, deren Pumpe mit einem Teil des Kreislaufes, in
dem sie ein Teilvakuum bildet, ver bunden ist.
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Der
letzte Teil des hydraulischen Ölrückführungskreislaufes
ist derjenige, der die Speicherwanne mit den Einspritzdüsen an den
Verzahnungen verbindet. Dieser Teil umfasst Mittel zum Fördern des Öls von der
Wanne zu den Düsen,
genauer umfassen sie eine Pumpe, welche das Einspritzen von Öl in das Getriebe
ermöglicht.
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Die
Charakteristiken, Realisierungsstandorte und Funktionsweisen der
Gesamtheit von Elementen des Kreislaufs, die eingangs beschrieben
wurden, ermöglichen,
dass der Kreislauf ebenso gut bei atmosphärischem Druck als auch, mindestens
für einen
Teil des Kreislaufs, bei niedrigem Druck arbeitet. Die Aufgabe,
die auf das Ermöglichen
abzielt, dass das System bei niedrigem Druck an eine klassische
Installation angepasst werden kann, welche bei atmosphärischem
Druck arbeitet, wird ebenfalls durch die Erfindung erfüllt.
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Dies
wird genauer unter Bezugnahme auf die einzige Figur, die angehängt ist,
beschrieben, welche eine schematische Ansicht des Getriebes mit
den Charakteristiken der Erfindung zeigt.
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Dieses
Getriebe umfasst ein Gehäuse
(1), das die gezahnten Teile enthält, welche fest mit Drehwellen
verbunden sind, wobei einer (2) sichtbar ist, wenn er aus
dem Gehäuse
(1) auf der Seite, die in der Figur ersichtlich ist, erscheint,
während
der andere aus der entgegengesetzten Seite erscheint. Sein Standort
entspricht allerdings der kreisförmigen
Fläche
(3), welche einen möglichen
Zugang zum Drehlager, das mit dem Gehäuse (1) verbunden
ist, darstellt.
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Der
Boden (4) des Gehäuses
(1) ist der erste Auffangbehälter, in den sich das Öl entleert,
das an den Verzahnungen eingespritzt wird. Dieses Öl, das aus
der Speicherwanne (5) stammt, wird von der Pumpe (6)
in Richtung der Einspritzdüsen
gepumpt, die in Nachbarschaft der Verzahnungszonen der Zähne der
gezahnten Teile angeordnet sind, und der Vorrichtungen zum Beschicken
der Lager. Das am Boden (4) des Gehäuses (1) gesammelte Öl läuft dann
in Richtung eines Zwischenbehälters
(7) über eine
Leitung (8) ab, die sich nahe beim Boden (4) befindet.
Damit das Ablaufen durch Gravitation bedingt ist, ist der Zwischenbehälter (7),
mindestens der Teil, der zum Lagern des Öls bestimmt ist, unter dem
Boden (4) angeordnet.
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Eine
Motorpumpe (9) ermöglicht
anschließend
das Fördern
des im Behälter
(7) angesammelten Öls
in bestimmten Bedingungen in Richtung der Hauptspeicherwanne (5).
Der Motor der Motorpumpe (9) wird durch einen Frequenzregler
(10) gesteuert, der seinerseits durch einen Wandler (11)
gesteuert wird, welcher den analogen Ölstand im Zwischenbehälter (7)
in eine zum Stand proportionale elektrische Größenordnung umwandelt, zum Beispiel
ein elektrischer Strom. Der Motor wird hingegen nur zwischen zwei Ölstand-Grenzwerten
angetrieben, welche in der Figur als untere Markierung (12)
bzw. obere Markierung (13) bezeichnet sind.
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Wenn
der Ölstand
beim Abfallen die Untergrenze (12) unterschreitet, wird
die Aktivität
der Motorpumpe (9) ausgeschaltet, um jegliches Risiko eines
Ausfalls aufgrund von zum Beispiel Kavitationsphänomenen in der Pumpe zu vermeiden.
Diese Phänomene
können
während
des Betriebs im Vakuum auftreten, das heißt, während die Vakuumpumpe der Motorpumpe
(14) betätigt
wird, wobei ein Teilvakuum (zwischen 0,1 und 0,2 Bar), zur gleichen
Zeit im Gehäuse
(1) und im Zwischenbehäl ter
(7) erzeugt wird. In diesem Fall kann der Druck am Eingang
der Pumpe zu niedrig sein, wenn der Ölstand nicht über einer
Untergrenze liegt, wobei der Druckgrenzwert aus dem Druck aufgrund
der Höhe
des Öls
und des Gasdrucks berechnet wird.
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Wenn
andererseits der Ölstand
auf unkontrollierte Weise ansteigt und den Grenzwert (13)
erreicht, reicht der Druck im Zwischenbehälter (7) aus, um einen
Schieber (15) zu öffnen,
der durch Schwerkraftströmung
Zugang auf die Hauptspeicherwanne (5) gewährt.
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Dies
erfolgt insbesondere dann, wenn die Motorpumpe (9) ausfällt und
das im Behälter
(7) gelagerte Öl
nicht mehr über
diesen Weg ausgeführt wird.
In diesem Fall steigt das Niveau an, bis es den oberen Grenzwert
(13) erreicht, was die Öffnung
des Schiebers (15) bewirkt. Der Betrieb des Getriebes der
Erfindung wird nicht gestört
und fährt
trotz des Ausfalls dank einer Schwerkraftströmung des Öls in die Wanne (5)
fort.
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Dieser
Betrieb fährt
tatsächlich
bei atmosphärischem
Druck fort, da bei einem Ausfall der Motorpumpe (9) sich
der Schieber (16) zum Belüften der Räume unter Vakuum öffnet.
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Dasselbe
trifft zu, wenn die Vakuumpumpe der Motorpumpe (14) ausfällt, wobei
sich derselbe Schieber (16) öffnet und das Getriebe weiterhin
bei atmosphärischem
Druck weiterarbeitet. In der Praxis ist die Leitung, welche die
Vakuumpumpe der Motorpumpe (14) mit dem Gehäuse (1)
verbindet, mit einem Luft-/Wasserabscheider (17) versehen,
der die Sammlung von Öl
im Zwischenbehälter
(7) ermöglicht.
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Im
Falle, dass die Vakuumpumpe einerseits und die Ablasspumpe der Motorpumpe
(9) andererseits gleichzeitig aus fallen, zum Beispiel infolge
eines elektrischen Ausfalls, öffnen
sich der Luftschieber (16) einerseits und der Ablassschieber
andererseits und ermöglichen
das Weiterführen
des Betriebs in atmosphärischem
Modus.
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Das
Beispiel des Aufbaus, der in 1 beschrieben
ist, soll nicht als die Erfindung einschränkend angesehen werden, welche
im Gegenteil alle Varianten von Form und Aufbau abdecken, die dem Fachmann
zur Verfügung
stehen.
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IN DER BESCHREIBUNG AUFGEFÜHRTE BEZÜGE
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Diese
Liste von Bezügen,
die von der Anmelderin aufgeführt
werden, soll lediglich den Leser unterstützen und ist nicht Teil des
Dokumentes des europäischen
Patentes. Obgleich sie mit größter Sorgfalt
entworfen wurde, kann nicht garantiert werden, dass darin Fehler
oder Auslassungen vorkommen und die EPO übernimmt dafür keine
Verantwortung.
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In
der Beschreibung aufgeführte
Patente