DE2054487A1

DE2054487A1 - Hydrostatische Druckantriebsma schine

Info

Publication number: DE2054487A1
Application number: DE19702054487
Authority: DE
Inventors: R Lapointe
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1970-03-27
Filing date: 1970-11-05
Publication date: 1971-10-14
Also published as: GB1311605A; FR2085150A5; US3563032A; SE372312B; CA955906A

Description

DR. ING. E. HOFFMANN · DIPL. ING. W. EITLE · DR. HER. NAT. K. HOFFMANN D-8000 MDNCHEN 81 · ARABELIASTRASSE 4 · TELEFON (0811) »11087 2054487

HALPH E, LaPOINTE, Anchorage, Alaska/USA Hydrostatische Druckantriebsmaschine

Die Erfindung betrifft eine hydrostatische, durch Druck betätigte Antriebsmaschine, bei der keine Verbrennung auftritt und die Luft also nicht verunreinigt wird.

Es besteht ein großer Bedarf für Antriebsmaschinen zur Betätigung von Kraftfahrzeugen und dergl. mit den erforderlichen

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Geschwindigkeiten ohne Verbrennung von Betriebsstoff und die daraus resultierende Luftverunreinigung. Es sind bereits verschiedene Versuche in dieser Richtung unternommen v/orden, jedoch ohne den gewünschten Erfolg.

Ziel der Erfindung ist es, eine hydrostatische, durch Druck
betätigte Kraftanlage oder Antriebsmaschine zu schaffen, bei der keinerlei Kraftstoffe verbrannt v/erden und daher jede
Luftverunreinigung ausgeschaltet ist, wie sie sonst bei herkömmlichen Brennkraftmaschinen auftritt, und die gleichzeitig praktisch ist.

Die Aufgabe wird erflndungsgeraäß dadurch gelöst, daß eine Kurbelwelle mit einem Abtriebswellenende, eine Mehrzahl von Kolben, die mit der Kurbelwelle verbunden sind und gegenüberliegende erste und zweite Arbeitsflächen aufweisen, und eine entsprechende Mehrzahl von Zylindern zur Aufnahme der Kolben mit jeweils ersten Einlaßöffnungen und ersten Auslaßöffnungen vorgesehen sind, daß die ersten Einlaßöffnungen nahe dem einen
Ende der Zylinder und die ersten Auslaßöffnungen nah« der Mitte der Zylinder angebracht sind, daß eine Quelle für ein erstes Arbeitsströmungsmittel sowie eine Vorrichtung zur Beförderung des ersten Arbeitsströmungeipittels unter Druckund in zeitlich abgestimmter Folge zu de» ersten Einlaßöffnungen vorgesehen
sind, daß das Arbeitsstrctoungsmittel auf die ersten Arbeitsflächen einwirkt und dadurch die Kolben in der richtigen Reihenfolge in eine Richtung treibt, daß Jeder Zylinder zweite Sinlaßöffmmgen und zweite Auslaßöffnungen aufweist, sich die
zweiten Einlaßöffnungen an den gegenüberliegenden Enden der
Zylinder und die zweiten Aualaßöffnungen nahe der Mitte der
Zylinder befinden, eine Quelle für ein zweites Arbeitsströaiungsmittel sowie eine Vorrichtung zur aufeinanderfolgenden Zufuhr dieses Arbeitsströmungsmittels in die zweiten Einlaßöffnungen vorgesehen ist, daß das Strömungsmittel auf die zweiten Arbeits-

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flächen einwirkt und die Kolben in die entgegengesetzte Richtung treibt, und daß eine Druckerzeugungs- und Zirkulierpumpvorrichtung für das zweite Arbeitsströmungsmittel sowie eine Vorrichtung vorgesehen ist, Vielehe die Kurbelwelle mit der Druckerzeugungs- und Zirkulierpumpvorrichtung verbindet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Die einzige Fig. zeigt eine schematische Darstellung im Schnitt einer AusfUhrungsform der erfindungsgemäßen Antriebsmaschine.

Der Zylinderblock Io weist eine Mehrzahl von Zylinderkammern 11, 12, 15 und 14 auf, in denen Kolben 15, 16, 17 bzw. 18 gleitbar befestigt sind. Es kann natürlich je nach Bedarf jede beliebige Anzahl von Zylindern verwendet werden. Aus Klarheitsgründen sind in der Zeichnung nur 4 gezeigt. Die Kolben sind jeweils durch herkömmliche Verbindungsstangen 19, 2o, 21 und 22 mit einer herkömmlichen Kurbelwelle 23 verbunden, Vielehe für jeden Kolben, wie gezeigt, einzelne Kurbelabschnitte aufweist. Am oberen Ende jeder der Zylinderkammern verlaufen die Verbindungsstangen auch durch Abdichtvorrichtungen 24, 25* 26 und 27. Die Kurbelwelle 25 ist zur Umdrehung auf geeignete V/eise in dem Block gelagert und umfaßt außerhalb des Zylinderblocks Io ein Abtriebswellenende 28 der zu der Übertragung führt.

Ein erstes unter Druck gesetztes Arbeitsströmungsmittel, vorzugsweise Stickstoffgas unter hohem Druck, ist in dem abseits liegenden, wiederaufladbaren, unter Druck stehenden Tank 29 als Quelle, z.B. einem Zylinder mit einer Kapazität von 6,25nr und l4o,6 kg/cm , enthalten, von dem eine Zufuhr leitung 5o zu einer drehbaren Vertei lungs vorrichtung 5I mit Ablaßöffnungen führt, die zu bestirnten Zeitpunkten mit den Zufuhrleitungen 52, 55, 54 und 55 übereinstimmen, welche ihrerseits jeweils mit entsprechenden Einlaßöffnungen 56 - 59 an den oberen Enden

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der Zylinder 11, 12, IJ und 14 verbunden sind. Die Leitungen 32 - 35 sind an dem Block Io befestigt, und die drehbare Teilungsvorrichtung Jl reguliert die Abgabe von Hochdruckstickstoff an die Zylinder 11 - l4 in der richtigen Reihenfolge und Zeiteinteilung.

Die drehbare Verteilungsvorrichtung 31 ist dem Verteiler einer Brennkraftmaschine ähnlich, führt jedoch Ströfflungsmittel statt Elektrizität zu. Die Vorrichtung wird von der Kurbelwelle aus durch herkömmliche Mittel angetrieben, was hier durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist.

Die Zylinder 11 - 14 weisen jeweils Auslaßöffnungen 4o - 43 auf, die nahe an der Zentralstellung der Zylinder liegen, aber auf derjenigen Seite des Mittelabschnitts, die zum Ende mit den Einlaßöffnungen 36 - 39 mit den damit verbundenen Zufuhrleitungen 32 - 35 hin liegt. Diese öffnungen stehen in Verbindung mit Auslaßleitungen 44 - 48, wodurch für einen Abzug in die Atmosphäre außerhalb des Blockes Io gesorgt ist, wie bei 48 zu sehen ist. Wenn die Kolben 15 - 18 in ihrer obersten Stellung sind, werden die Auslaßöffnungen 4o - 43 durch die entsprechenden Kolben geschlossen, so daß das unter Druck gesetzte Gas, das in den oberen Abschnitt der Zylinderkammer eintritt, die Kolben in der richtigen Reihenfolge nach unten treibt, um die anfängliche Kurbelwellenumdrehung und Kolbenverschiebung zu bewirken. Bei dieser Verschiebung aller Kol ben werden die Auslaßöffnungen 4o - 43 schließlich von dera Kolben freigegeben, und das Hochdruckarbeitsgas über dem Kolben wird in die Atmosphäre abgegeben. Die Umdrehung der Verteilungsvorrichtung stiamit die Zufuhr von Ho chdruoks tickst off zum oberen Abschnitt des nächstfolgenden Zylinders seitlich ab, bis alle Kolben in richtiger Reihenfolge nacheinander ein vorherbestimmtes Stück nach unten bewegt worden sind und es zu einem Abzug in die Atmosphäre gekommen 1st, wie beschrieben wurde.

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Dieser erste Abschnitt des Arbeitszyklus, der durch das erste unter Druck stehende Strömungsmittel vom Tank 29 verursacht wird, bewirkt die Umdrehung der Kurbelwelle 2j5 zum Antreiben der Verteilungsvorrichtung j51 durch herkömmliche Mittel, wie oben erwähnt wurde. Er bewirkt auch die Drehung einer ersten Rolle 49 zum Antreiben einer zweiten Rolle 5o an einer ersten hydrostatischen Druckpumpe 51 für ein zweites Arbeitsströmungsmittel, v/ie z.B. Leichtöl, vorzugsweise öl Nr. 5* das in einem entfernten, zwischenaufladbaren, unter Druck stehenden Zufuhrbehälter 52 gelagert ist, z.B. in einem Zylinder mit einer

■ζ ρ

Kapazität von 6,2;5 m und I4o,6 kg/cm . Geeignete Ventile 53 und 54 zum Ausgleich von Überdruck bzw. zur Kontrolle sind zwischen der Pumpe 51 und dem Behälter 52 angeordnet. Die anfängliche Drehung der Kurbelwelle 2^ dreht auch eine dritte Rolle 55 nahe ihrem anderen Ende, welche noch eine vierte Rolle 56 antreibt, die mit einer zweiten hydrostatischen Pumpe 57 verbunden ist und diese antreibt; und durch die Pumpe 57 wird eine RUckführleitung 58 beschickt, die zum Behälter 52 zurückführt. Ein einwegiges Kontrollventil 59 befindet sich zwischen dem Behälter 52 und der Pumpe 57* und ein Ventil 60 zum Ausgleich überschüssigen Drucks befindet sich in der Rückführleitung 58.

Die er ε te Pumpe 5I schickt das zweite Arbeitsströmungsmitfcel unter dem erforderlichen Druck durch die Leitung oder Röhre 6l in Einlaßöffnungen 62 - 65 an den entgegengesetzten oder unteren Endabschnitten der hintereinanderliegenden Zylinder 11-14 hinein, wie gezeigt ist. Einwegige Kontrollventile 66 - 68 sind zwischen Auslaßöffnungen 69-71 benachbarter Zylinder eingefügt, um einen Druckausgleich zu verhindern, der das System unwirksam machen würde. Von der Auslaßöffnung 72 wird später noch die Rede sein. In der Leitung 6l sind vor den Zylindern ein geeigneter Druckregler 75 sowie ein Schnellöffnungsventil 74 vorgesehen, das durch eine Einrichtung 75 auf der Kurbel-

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welle betätigt wird, welche auf vier Stellungen der Kolben während der Drehung der Kurbelwelle 2j5 anspricht. Dadurch wird das zweite Arbeitsströmungsmittel in der richtigen Zeitfolge zum unteren Teil jeden Zylinders 11-14 befördert. Wenn das erste Arbeitsströmungsmittel über dem jeweiligen Kolben abgegeben ist, treibt das zweite Arbeitsströmungsmittel, wie z.B. öl, die Kolben nach oben und versetzt die Kurbelwelle 2j5 während des zweiten Abschnitts des Arbeitszyklus jeden Zylinders in weitere Drehung. Nach dem Verlassen der Auslaßöffnung

72 in dem letzten Zylinder 14 fließt das zweite Arbeitsströmungsmittel durch eine RUckführleitung 76 zum Kühler 77 und zur Leitung 78* bzw. zur zweiten oder Rückführpumpe 57.

Eine v/eitere Rolle 79 auf der Kurbelwelle 2J> treibt den Kühlfächer 80 und andere Zubehörteile, wie den Generator 8l an, um elektrische Bestandteile des Fahrzeugs anzutreiben. Auf diese oben beschriebene Weise findet unter dem Einfluß der zwei getrennten und koordinierten Systeme der Arbeitsströmungsmittel wiederholt ein fortlaufender und zeitlich abgestimmter Betätigungszyklus ab.

Die hydrostatischen Pumpen können z.B. Io5,5 kg/cm pro Min.

erzeugen, und schalten z.B. bei l4o,6 kg/cm aus und z.B. bei

7o,3 kg/cm wieder ein. Die Drucksteuerventile sind von der Art zum Absperren bei hohen und niedrigen Werten und werden dazu verwendet, Drucktoleranzen zu bestimmen. Im Falle eines Versagens schützen die Druckausgleichventile, die z.B. auf 175,8 kg/cm eingestellt sind, das System. Der Druckregler,

73 auf der einlaufenden hydrostatischen Leitung, der z.B. auf 59,8 kg/cm abgeglichen 1st, sorgt für genügend Kraft, um die Kolben vom Boden der Zylinder nach oben zu treiben. Der Stickstoffdruck setzt aus, wenn hydrostatischer Druck die nötige Energie zum Antreiben der Kolben liefert und setzt ein, wenn zusätzliche Energie benötigt wird. Das wird durch den DruckfUhler 82 bewirkt, der in der Leitung 61 angebracht ist, sowie

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durch das Ventil 83, das wirksam angeschlossen ist, um auf den Druckfühler 82 anzusprechen.

Zum besseren Verständnis sollen hier die Bahnen der zwei Strömungsmittel aufgezeichnet werden. Das erste Arbeitsströmungsmittel fließt vom Tank 29 und dem Ventil 85 über die Röhre 3o zur Verteilungsvorrichtung j51> von wo es nacheinander in die Zufuhrlinien 32-35 geleitet wird. Da der Fluß des ersten Strömungsmittels für jeden Zylinder gleich ist, wird nur Zylinder 11 beschrieben. Das unter Druck stehende Strömungsmittel tritt an der Einlaßöffnung 36 ä.n und wirkt gegen die obere Fläche des Kolbens 15* um ihn nach unten zu tiäben, bis die Auslaßöffnung 4o freiliegt. Jetzt wird das unter Druck stehende erste Strömungsmittel durch die Auslaßleitung 44 und die Öffnung 48 in die Atmosphäre entlassen. Wenn die Auslaßöffnung 4o geöffnet ist, hat die Verteilungsvorrichtung 3I den Fluß des ersten Strömungsmittels zum Zylinder 11 bereits unterbunden.

Das zweite Strömungsmittel fließt vom Behälter 52 durch die Ventile 53 und 54 zur Pumpe 51· Von da aus fließt es durch die Röhre 61, den Druckfühler 82 und die Ventile 73 und 74 zu den Zylindern. Das zweite Strömungsmittel beginnt einen etwas gewundenen Weg durch die Einlaßöffnung 72, die Auslaßöffnung 69, das Kontrollventil 66, die Einlaßöffnung 63, die Auslaßöffnung 70, das Kontrollventil 67, die Einlaßöffnung 64, die Ausalßöffnung 7I/ das Kontrollventil 68, die Einlaßöffnung 65, und die Auslaßöffnung 72, bevor es seinen Rückweg durch die Rückführleitung 76, den Kühler 77, die Leitung 78, die Pumpe 57, die Rückführleitung 58 und die Ventile 60 und 59 zum Behälter 52 antritt.

Die drehbare Verteilungsvorrichtung 3I ist eigentlich die Zeiteinteilungsvorrichtung für das erste Strömungsmittel oder Stickstoffsystem, da« auf eine Seite der Kolben einwirkt,"

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während das Schnellöffnungsventil 7^ die Zeiteinteilungsvorrichtung für das zweite Strömungsmittel ist und deren Zufuhr zu den Zylindern an der gegenübaiiegenden Seite Jeden Kolbens von dem ersten Strömungsmittel aus gesehen steuert.

Duroh die vorangehende Beschreibung sollte die Betätigung der erfindungsgemäßen Antriebsmaschine hinreichend deutlich geworden sein. Es sind auoh andere Ausführungsformen möglich, ohne daß das ein Abweichen vom Gedanken oder den wesentlichen Merkmalen der Erfindung bedeutet* Das hler gezeigte und beschriebene Ausführungsbeispiel ist in jeder Beziehung als VeranscheuLichung und nicht als Begrenzung zu sehen, und der Bereich der Erfindung list in den beigefügten Ansprüchen noch genauer angegeben als in der vorhergehenden Beschreibung. Daher sollen die verschiedenen Abänderungen in Form, Größe und Anordnung der Teile, die Innerhalb dieses Bereiches liegen, als erfindungsgemäß und in die Ansprüche miteingeschlossen gelten.

Zusammengefaßt beinhaltet die Erfindung eine hydrostatische, durch Druck betätigte Antriebsmaschine mit einem Block, in dem eine herkömmliche Kurbelwelle im Ansprechen auf die hin- und hergehende Verschiebung eine Mehrzahl von Kolben in einer entsprechenden Mehrzahl von Zylinderkammern gedreht wird, wobei auf die Kolben nacheinander zwei getrennte, druck· erzeugende Strömungsmittel einwirken, und zwar jeweils auf die gegenüberliegenden Endflächen der Kolben. Ein unter Druck stehendes Strömungemittel wird von einer ersten unter Druck stehenden Quelle nacheinander zu den Zylindern befördert, und ,die daraus resultierende Kurbelwellenumdrehung betätigt eine Punpenvorriohtung, um das zweite druekerzeugenUe Strömungsmittel in Umlauf zu bringen. Da bei der Betätigung der An-' triebsmaschlne keine Verbrennung auftritt, wird eine Verunreinigung der Luft vermieden.

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Claims

Patentansprüche

Hydrostatische durch Druck betätigte Antriebsmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kurbelwelle (23) mit einem Abtriebswellenende (28), eine Mehrzahl von'Kolben (15-18), die mit der Kurbelwelle verbunden sind und gegenüberliegende erste und zweite Arbeitsflächen aufweisen, und eine entsprechende Mehrzahl von Zylindern (11-14) zur Aufnahme der Kolben (15-18) mit Jeweils ersten Einlaßöffnungen (36-39) und asten Auslaßöffnungen (4o-43) vorgesehen sind,'daß die ersten Einlaßöffnungen (36-39) nahe dem einen Ende der Zylinder (11-14) und die ersten Auslaß-

, . , .angebracht.

Öffnungen (4o-43) nahe der Mitte der Zylinder (11-14/ sind, daß eine Quelle (29) für ein erstes Arbeitsströraungsmittel sowie eine Vorrichtung zur Beförderung des ersten Arbeitsströmungsmittels unter Druck und in zeitlich abgestimmter Folge zu den ersten Einlaßöffnungen (36-39) vorgesehen sind, daß das Arbeitsströmungsmittel auf die ersten Arbeitsflächen einwirkt und dadurch die Kolben (15-18) in der richtigen Reihenfolge in eine Richtung treibt, daß jeder Zylinder (11-14) zweite Einlaßöffnungen (62-65) und zweite Auslaßöffnungen (69-71) aufweist, sich die zweiten Einlaßöffnungen (62-65) an den gegenüberliegenden Enden der Zylinder (11-14) und die zweiten Auslaßöffnungen nahe der Mitte der'Zylinder befinden, eine Quelle (52) für ein zweites Arbeitsströmungsmittel sowie eine Vorrichtung zur aufeinanderfolgenden Zufuhr dieses Arbeitsströmungsmittels in die zweiten Einlaßöffnungen (62-65) vorgesehen ist, daß das Strömungsmittel auf die zweiten Arbeitsflächen einwirkt und die Kolben (I5-I8) in die entgegengesetzte Richtung treibt, und daß eine Druckerzeugungs- und Zirkulierpumpvorrichtung für das zweite Arbeitsströmungsmittel sowie eine Vorrichtung vorgesehen ist, Vielehe die Kurbel-

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welle (25) mit der Druckerzeugungs- und Zirkulierpumpvorrichtung verbindet.
2. Antriebsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckerzeugungs- und Zirkulierpumpvorrichtung zwei Pumpen aufweist, von denen eine von den Zylindern aus gesehen auf der Oberstromseite und die andere auf der Unterstromseite liegt, und daß Zwischen den Zylindern und der Pumpe von den Zylindern aus gesehen auf der Unterstromseite für das zweite .Arbeitsströmungsmittel eine Kühleinrichtung (77) vorgesehen ist.
J>. Antriebsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Beförderungseinrichtung für das zweite Arbeitsströmungsmittel zwischen den zweiten Auslaßvorrichtungen (69-71) und den zweiten Einlaßvorrichtungen (62-65) jeden Zylinderpaares Kontrollventile (66-68) vorgesehen sind, und daß dadurch ein Druckausgleich des zweiten Arbeitsströmungsmittels in benachbarten Zylindern verhindert wird.
4. Antriebsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckerzeugungs- und Zirkulierpumpvorrichtung eine Zufuhrleitung aufweJßb, die von einer Pumpe (51) zu der zweiten Einlaßvorrichtung (62) des ersten Zylinders (11) der Antriebsmaschine, dann nacheinander zu allen anderen Zylindern (12-14) und dann zu einer zweiten Pumpe (57) führt, Vielehe das zweite Arbeitsströmungsmittel zu ihrer Quelle (52) zurückführt.
5. Antriebsmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung, welche die Antriebswelle und die Druckerzeugungs- und Zirkulierpumpvorrichtung verbindet, Paare von Ubertragungsyorrichtungen (49, 5o,· 55* 56) aufweist, welch© die Kurbelwelle (23) und ein Paar von Pumpen (51* 57) verbinden, wobei letztere'in Übereinstimmung betätig« werden. ! 0984 2 ^O 160

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6. Antriebsmaschine nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß jede Übertragungsvorrichtung eine Rolle (49) auf der Kurbelwelle (2^) und eine andere Rolle (5o) auf einer Eingangswelle einer der Pumpen sowie eine Vorrichtung aufweist, welche die Rollen antriebsmäßig verbindet.
7. Antriebsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Beförderung des ersten Arbeitsströmungsmittels eine drehbare Verteilungsvorrichtung (^1)-zur Steuening der Zufuhr des ersten Arbeitsströmungsmittels zu den Zylindern (ll₇l4) in richtiger Reihenfolge und Zeiteinteilung sowie eine übertragungsvorrichtung aufweist, welche die Kurbelwelle (2j5) und die Verteilungsvorrichtung verbindet.
8. Antriebsmaschine nach Anspruch 7* dadurch gekennzeichnet, daß sie des weiteren für das erste Arbeitsströmungsmittel eine Hauptzufuhrleitung (Jo), welche die Quelle (29) mit der Verteilungsvorrichtung (3I) 'verbindet, sowie Zweigzufuhrleitungen (22-J55) zur Verbindung'jeden Zylinders (11-14) mit der Verteilungsvorrichtung (jl) und Auslaßleitungen aufweist, welche jaäen Zylinder (11-14) mit der Atmosphäre verbinden.
9. Antriebsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Beförderung des ersten Arbeitsströmungsmittels entfernt von den Zylindern (11-14) eine Hochdruckquell'e (29) dieses ersten Arbeitsströraungsmittels aufweist.
10. Antriebsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckerzeugungs- und Zirku- ■ lierpumpvorrichtung für das zweite Arbeitsströraungsmittel ein ■paar Pumpen aufweist, von denen eine von den Zylindern (11-14) aus gesehen auf der Oberstromseite und die andere auf der Unter-

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atroriceite ließt, daß Zufulirleitungen von der Pumpe (51) auf der Obere tronu;eitci v:if:i<v~zi::■..-r folgend durch die. Zylinder (11-14) zu der Pumpe (57) ^auf der Unterstromseite verlaufen, daß ein Behälter (32) für dac zweite Arbeitsströrnun^smittel vorgesehen i;~t, da.i Rückführ leitungen die Pumpe (57) ^auf der Un ter Stroms ei to mit dein Behälter (52) verbinden und daß eine Vorrichtung den Behälter (52) mit der Pumpe auf der Oberstromseite verbindet, ::>c da.'i ein :;e3chlossener 3trörnun_c:smittelkr3i£ gebildet wird.

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