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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Aktuatorsystem für eine Kupplung
eines Kraftfahrzeugs.
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Um
besonders exakte Schaltvorgänge durchführen zu
können,
ist es erforderlich, insbesondere bei automatischen Kupplungen,
eine Position eines sogenannten Zentralausrückers, mittels welcher auf
ein bestimmten Kupplungsmoment geschlossen werden kann, exakt zu
bestimmen. Die Zentralausrückerposition
wird dabei üblicherweise
direkt an der Kupplung abgenommen, was jedoch messtechnisch und
konstruktiv sehr aufwändig
und damit sehr teuer ist.
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Die
vorliegende Erfindung beschäftigt
sich mit dem Problem, ein Aktuatorsystem für eine Kupplung eines Kraftfahrzeugs
anzugeben, mit welcher sich auf konstruktiv einfache und messtechnisch
genaue Weise eine Schaltstellung einer Kupplung ermitteln lässt.
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Erfindungsgemäß wird dieses
Problem durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausführungsformen sind
Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Die
Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine Stellung eines
Zentralausrückers
einer Kupplung nicht direkt an der Kupplung zu erfassen, sondern
abseits davon an einer deutlich einfacher zugänglichen Kolbeneinrichtung.
Hierdurch wird vermieden, die Stellung des Zentralausrückers über eine
konstruktiv schwierig an der Kupplung direkt anzubringende Positionserfassungseinrichtung
zu erfassen. Die Kolbeneinrichtung ist dabei Teil eines Aktuatorsystems
für die
Kupplung beispielsweise eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines
Hybrid-Fahrzeugs, welches zudem eine Steuereinrichtung umfasst.
Die Kolbeneinrichtung ist hydraulisch mit der Kupplung wirkungsverbunden,
so dass über
die Positionserfassungeinrichtung eine Position des einen Hydraulikkolbens
in der Kolbeneinrichtung erfasst werden kann und darüber auch auf
eine Stellung des Zentralausrückers
der Kupplung geschlossen werden kann. Die Positionserfassungseinrichtung
ist somit konstruktiv einfach an der Kolbeneinrichtung angeordnet
und erfasst nicht direkt die Stellung des Zentralausrückers, sondern
die Position des Hydraulikkolbens der Kolbeneinrichtung. Da die
Stellung des Hydraulikkolbens der Kolbeneinrichtung mit der Stellung
des Zentralausrückers
an der Kupplung korreliert, kann die Stellung dessen indirekt durch
die Stellung des Hydraulikkolbens in der Kolbeneinrichtung ermittelt
werden. Dies ist konstruktiv deutlich weniger aufwändig und
damit kostengünstiger
zu realisieren. Darüber
hinaus können
so auch Packagevorteile im Bereich der Kupplung verwirklicht werden.
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Zweckmäßig weist
die Positionserfassungseinrichtung einen berührungsfreien und magnetisch arbeitenden
Sensor auf. Ein derartiger Sensor kann beispielsweise als PLCD-Sensor (Permanentmagnetic
Linear-Contactless Displachement-Sensor) ausgebildet sein und im
wesentlichen aus einem speziellen Kern aus weichmagnetischen Material
bestehen, welcher auf seiner gesamten Länge von einer Spule (Primärspule)
umwickelt ist und an den Enden je eine weitere kurze Auswertespule
trägt.
Derartige PLCD-Sensoren erlauben eine besonders exakte Erfassung
der Stellung des Kolbens, womit sich eine exakte Erfassung der Stellung
des Zentralausrückers an
der Kupplung ermitteln lässt.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist
die Kolbeneinrichtung als Kopplereinrichtung mit einer als Übersetzerkolben,
insbesondere als Stufenkolben, ausgebildeten Kopplerkolbenanordnung
ausgebildet. Ein derartiger Übersetzerkolben
bietet den großen
Vorteil, dass hohe Drücke
von einem Hydraulikaggregat konstruktiv einfach in geringere Drücke zum
Betätigen
der Kupplung umgewandelt werden können und eine Umwandlung eines
Druckes lediglich von einem Stufungsverhältnis des Übersetzerkolbens abhängt. Dies
bietet den zusätzlichen
Vorteil, dass der Stufenkolben auch eine Übersetzung eines Kolbenweges
ermöglicht,
so dass dieser größer wird und
den Einsatz von kostengünstigeren,
da nicht hochauflösenden
Sensoren möglich
ist. Derartige Übersetzerkolben
sind seit langem Stand der Technik und dadurch ausgereift und kostengünstig auf
dem Markt. Bei einer als Kopplereinrichtung ausgebildeten Kolbeneinrichtung,
weist das Aktuatorsystem zusätzlich
ein steuerbares Hydraulikaggregat auf, welches mit der Kopplereinrichtung
wirkungsverbunden ist. Die Kopplereinrichtung überträgt dabei für die Kopplerkolbenanordnung
eine, in einem Hydraulikkreis des Hydraulikaggregats erzeugte Druckänderung
an einen davon getrennten Hydraulikkreis der Kupplung, so dass ein
Betätigen
der Kupplung über eine
Steuerung eines Drucks bzw. der Druckänderung im Hydraulikaggregat
bewirkt werden kann. Hierdurch werden zwei voneinander getrennte
Hydraulikkreise geschaffen wobei beispielsweise im Hydraulikkreis
der Kupplung eine Bremsflüssigkeit
eingesetzt werden kann, während
im aggregatseitigen Hydraulikkreis ein Mineralöl eingesetzt werden kann. Dieses
Mineralöl
würde,
sofern es in den Hydraulikkreis der Kupplung gelangen würde, zu
einer Beeinträchtigung
der dort erbauten Dichtungen führen
und dadurch die Funktionssicherheit der Kupplung beeinträchtigen.
Durch das erfindungsgemäß Trennen
der beiden Hydraulikkreisläufe
können
jedoch die Vorteile beider Hydraulikmedien getrennt voneinander
in Anspruch genommen werden, ohne dass sich diese hinsichtlich ihrer
Nachteile gegenseitig negativ beeinflussen.
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Weitere
wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, aus
den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand
der Zeichnungen.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in
der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert,
wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche
oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Dabei
zeigen, jeweils schematisch,
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1 ein
erfindungsgemäßes Aktuatorsystem
für eine
Kupplung,
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2 ein
Hydraulikaggregat für
das Aktuatorsystem,
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3 eine
als Kopplereinrichtung ausgebildete Kolbeneinrichtung des Aktuatorsystems,
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4 eine
Ansicht auf eine mögliche
Ausführungsform
des Aktuatorsystems,
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5 ein
möglicher
Aufbau des erfindungsgemäßen Aktuatorsystems
in Anbindung an eine Kupplung.
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Entsprechend 1 weist
ein erfindungsgemäßes Aktuatorsystem 1 für eine Kupplung 2 eines im Übrigen nicht
dargestellten Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Hybrid-Fahrzeugs, eine Steuereinrichtung 3 sowie
eine mit der Kupplung 2 hydraulisch wirkungsverbundene
Kolbeneinrichtung 4 auf. Die Kolbeneinrichtung 4 umfasst
zumindest einen Kolben 5, welcher in einem Zylinder 6 in
bekannter Weise längsverschiebbar
gelagert ist. Dabei wird der Kolben 5 gemäß 1 von
einer Federeinrichtung 7 in eine erste Hubendstellung,
hier in seine linke Hubendstellung, vorgespannt. Der Zylinder 6 und
der Kolben 5 begrenzen einen Kopplerraum 8, welcher im
folgenden zweiter Kopplerraum 8 genannt wird und einerseits über eine
Nachlauföffnung 9 mit
einem Ausgleichsbehälter 10 kommunizierend
verbunden ist und andererseits hydraulisch mit der Kupplung 2 in Wirkungsverbindung
steht. Dabei ist der Ausgleichsbehälter 10 nur dann mit
dem zweiten Kopplerraum 8 kommunizierend verbunden, sofern
sich der Kolben 5, wie in 1 gezeigt,
links der Nachlauföffnung 9 befindet.
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Desweiteren
ist an der Kolbeneinrichtung 4 eine Positionserfassungseinrichtung 11 vorgesehen, welche
kommunizierend mit der Steuereinrichtung 3 verbunden ist
und welche über
eine Position des Kolbens 5 in der Kolbeneinrichtung 4 eine
Stellung eines Zentralausrückers 12 an
der Kupplung 2 und damit ein von der Kupplung 2 übertragbares
Kupplungsmoment erfasst. Die Stellung des Zentralausrückers 12 wird
somit nicht direkt an der Kupplung 2 sondern indirekt an
der Kolbeneinrichtung 4 über eine Stellung des Kolbens 5 gemessen,
was den großen
Vorteil hat, dass eine Anordnung der Positionserfassungseinrichtung 11 direkt
an der Kupplung 2 bei den dort vorhandenen äußerst engen
Bauraumverhältnissen entfallen
kann. Da mit der Stellung des Kolbens 5 im Zylinder 6 ein
Druckniveau bzw. eine Stellung des Zentralausrückers 12 an der Kupplung 2 korreliert, kann
die Stellung des Zentralausrückers 12 einfach und
sehr genau an der Kolbeneinrichtung 4 abgenommen werden.
Die Positionserfassungseinrichtung 11 weist dabei vorzugsweise
einen berührungsfreien
und magnetisch arbeitenden Sensor, insbesondere einen PLCD-Sensor,
auf. Bei dem in 1 dargestellten Aktuatorsystem 1 handelt
es sich um ein Aktuatorsystem 1 mit lediglich einem Hydraulikkreis,
insbesondere einem Kupplungshydraulikkreis, welcher vorzugsweise
Bremsflüssigkeit
als Hydraulikmedium aufweist.
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Demgegenüber ist
in 5 ein Aktuatorsystem 1' gezeigt, bei welchem die Kolbeneinrichtung 4 als
Kopplereinrichtung 15 mit einer Kopplerkolbenanordnung 13 ausgebildet
ist. Zusätzlich
weist das Aktuatorsystem 1 gemäß der 5 zusätzlich ein
steuerbares Hydraulikaggregat 14 auf, welches in 2 detaillierter
dargestellt ist. Das steuerbare Hydraulikaggregat 14 ist
dabei ebenfalls mit der Kopplereinrichtung 15 wirkungsverbunden,
wobei die Kopplereinrichtung 15 über die Kopplerkolbenanordnung 13 eine,
in einem Hydraulikkreis des Hydraulikaggregates 14 erzeugte
Druckänderung
an einen davon getrennten Hydraulikkreis der Kupplung 2 überträgt, so dass
ein Betätigen
der Kupplung 2 über
eine Steuerung des Drucks im Hydraulikaggregat 14 bewirkt wird.
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Die
Kopplereinrichtung 15 trennt mit ihrer Kopplerkolbenanordnung 13 die
beiden Hydraulikkreise voneinander, wobei ein aggregatseitiger erster Kolben 16 über ein
damit starr verbundenes Kopplungsglied 17 mit einem kupplungsseitigen
zweiten Kolben 5 verbunden ist. Das Kopplungsglied 17 ist dabei
gemäß der 5 als
Koppelstange ausgebildet. Ebenso wie in 1 begrenzt
der Kolben 5 den (zweiten) Kopplerraum 8, während der
erste Kolben 16 einen ersten Kopplerraum 18 axial
begrenzt. Dabei ist der erste Kopplerraum 18 mit dem Hydraulikkreis
des Hydraulikaggregats 14 kommunizierend verbunden, während der
(zweite) Kopplerraum 8 mit dem Hydraulikkreis der Kupplung 2 kommunizierend verbunden
ist. Die Kopplereinrichtung 15 weist ebenso wie in 1 die
Federeinrichtung 7 auf, welche durch ein Einwirken auf
die Kopplerkolbenanordnung 13 den ersten Kopplerraum 18 zu
verkleinern und den (zweiten) Kopplerraum 8 zu vergrößern sucht.
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Im
Unterschied zu 1 ist die Positionserfassungseinrichtung 11 nunmehr
im Bereich des ersten Kopplerraums 18 angeordnet und erfasst
somit eine Stellung bzw. eine Bewegung des ersten Kolbens 16.
Da dieser jedoch über
das Kopplungsglied 17 starr mit dem (zweiten) Kolben 5 verbunden
ist, kann die Positionserfassungseinrichtung 11 ebenso gut
außerhalb
des (zweiten) Kopplerraums 8 angeordnet sein und die Bewegung
des (zweiten) Kolbens 5 erfassen. Beim Aktuatorsystem 1' gemäß der 5 ist
der (zweite) Kopplerraum 8 ebenfalls über eine schließbare Nachlauföffnung 9,
insbesondere eine Nachlaufbohrung 9, mit einem Ausgleichsbehälter 10 verbunden,
wobei die Nachlauföffnung 9 zumindest
in einer Hubendstellung des (zweiten) Kolbens 5 geöffnet ist.
Denkbar ist hierbei auch, dass die beiden Kolben 5, 16 entgegen
der Darstellung in 5 eine unterschiedliche Fläche aufweisen
und somit als Übersetzerkolben
ausgebildet sind, wodurch ein Druck vom Hydraulikkreis des Hydraulikaggregates 14 in
einen an der Kupplung 2 erforderlichen Druck übersetzt
werden kann. Da die Kopplerkolbenanordnung 13 die beiden
Hydraulikkreise voneinander trennt, kann eine Hydraulikflüssigkeit
im Hydraulikkreis des Hydraulikaggregats 14 unterschiedlich
zu einer Hydraulikflüssigkeit
im Hydraulikkreis der Kupplung 2 sein. Dies ist von besonderem
Vorteil, da im Hydraulikkreis der Kupplung 2 üblicherweise eine
Bremsflüssigkeit
aufgrund ihrer hygroskopischen Wirkung eingesetzt wird, während im
Hydraulikkreis des Hydraulikaggregates 14 ein Mineralöl, insbesondere
ein Mineralöl
eingesetzt wird. Dadurch ist es möglich die Vorteile beider Hydraulikflüssigkeiten
in voneinander getrennten Hydraulikkreisen zu nutzen, ohne die jeweiligen
Nachteile in Kauf nehmen zu müssen.
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Eine
abgewandelte Form der Kopplereinrichtung 15 ist in 3 dargestellt,
wobei hier die Kopplerkolbenanordnung 13 als Stufenkolben
ausgebildet ist, so dass der erste Kolben 16 eine größere Fläche aufweist
als der (zweite) Kolben 5. Ebenfalls unterschiedlich zur 5 ist
die Anordnung der Federeinrichtung 7, welche hier innerhalb des
Zylinders 6' angeordnet
ist. Außen
am Zylinder 6' des
ersten Kopplerraums 18 ist wiederum die Positionserfassungseinrichtung 11 angeordnet
und erfasst somit die Stellung des ersten Kolbens 16. Die
Positionserfassungseinrichtung 11 ist in bekannter Weise
mit der Steuereinrichtung 3 verbunden, während der
erste Kopplerraum 18 mit dem Hydraulikaggregat 14 und der
(zweite) Kopplerraum 8 kommunizierend mit der Kupplung 2 verbunden
sind.
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Gemäß 2 weist
das Hydraulikaggregat 14 eine Hydraulikpumpe 19,
einen Druckspeicher 20, ein einen Durchfluss regelndes
Magnetventil 21, einen Ausgleichsbehälter 10' für das Hydraulikfluid sowie
Sensoren 22 und 22' zur
Temperatur- und
Druckerfassung des Fluids im Hydraulikkreis auf. Vorzugsweise arbeitet
dabei die Hydraulikpumpe 19 lediglich zeitweise, um einen
Druck zum „Laden" eines Stickstoff
gefüllten
Membrandruckspeichers, hier des Druckspeichers 20, bereitzustellen.
Die zulässigen Maximal-
und Minimalwerte eines Speicherdrucks, die als Betriebsgrenzen für die Hydraulikpumpe 19 dienen,
werden dabei von einer Steuersoftware festgelegt. Durch den Druckspeicher 20 kann
damit sehr schnell unter hohem Druck stehendes Hydraulikfluid für die Betätigung der
Kopplereinrichtung 15 bereitgestellt werden, ohne dass
hierfür
eine hohe Pumpenleistung notwendig ist. Zur Steuerung des austretenden
Volumens und damit der Bewegung der Kopplerkolbenanordnung 13 wird
das Magnetventil 21 verwendet, welches über üblicherweise als 3/3-Wege-Ventil
ausgebildet ist. Dieses den Durchfluss steuernde Ventil 21 ist
mit dem Druckspeicher 20, einer Leitung zur Kopplereinrichtung 15 und
dem Ausgleichsbehälter 10' verbunden.
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Ohne
eine Bestromung ist ein Druckspeicher-Pfad verschlossen, so dass
kein Hydraulikfluid aus dem Speicher 20 entweichen kann.
Gleichzeitig besteht eine Verbindung zwischen der Hydraulikleitung
zur Kopplereinrichtung 15 und dem Ausgleichsbehälter 10', so dass Hydraulikfluid
aus der Kopplereinrichtung 15 in den Ausgleichsbehälter 10' strömen kann.
Bei einer Bestromung zwischen vorzugsweise null Ampère und
einem Ampère,
wird dieser Rückfluss
in den Ausgleichsbehälter 10' variiert, wobei
null Ampère
dem maximalen und ein Ampère
dem minimalen Durchfluss entspricht.
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Bei
einer Stromstärke
von ein Ampère
verschließt
das Ventil 21 beide Hydraulikpfade, so dass kein Durchfluss
mehr erfolgt. Die Verbindung zwischen dem Druckspeicher 20 einerseits
und der Kopplereinrichtung 15 andererseits wird ab einer Stromstärke von
größer als
einem Ampère
freigegeben und erreicht bei einer Stromstärke von zwei Ampère den
maximalen Durchfluss. Die Bestromung des Magnetventils 21 erfolgt
dabei vorzugsweise pulsierend, also durch ein Hin- und Herschwingen
des Ventilstroms um einen bestimmten Mittelwert (DITHERING). Dadurch
wird ein Feststecken des Ventils vermieden und ein schnelleres Ansprechen auf
eine Änderung
der Stromstärke
erreicht. Die Amplitude und Frequenz dieser Bestromungsgeschwindigkeit
hat dabei entscheidenden Einfluss auf eine Regelbarkeit des Durchflusses
und wird dadurch in der Steuersoftware festgelegt.
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In 4 ist
eine Ansicht auf eine erfindungsgemäße Kopplereinrichtung 15 gezeigt,
wobei der Zylinder 6' einen
integrierten PLCD-Sensor, also eine integrierte Positionserfassungseinrichtung 11 aufweist.
Ein derartiger PLCD-Sensor weist deutliche Vorteile bezüglich eines
maximal möglichen
Hubs, einer Signalaufbereitungskomplexität und hinsichtlich seiner Einbaubedingungen
auf. Zur Positionsbestimmung des ersten Kolbens 16 wird
dabei ein Magnet 23 (vgl. 3) so auf
der Kolbenstange oder einem Kolben 16 angebracht, das ein
maximaler Abstand zum PLCD-Sensor nicht überschritten wird. Der Sensor
funktioniert dabei selbst dann, wenn unmagnetische Metalle zwischen
Magnet 23 und Sensorspule liegen, wie z. B. ein Zylindergehäuse aus
Aluminium.
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Neben
dem bereits erwähnten
PLCD-Sensor wurden weitere Sensoren 22, 22' in die beiden
hydraulischen Kreise integriert. Dies sind zum einen Sensoren zur
Druck- und Temperaturmessung 22, 22' im Hydraulikkreis der Kupplung 2 sowie
Sensoren 22, 22' zur
Messung eines Speicherdrucks, einer Temperatur und eines Drucks
ausgangsseitig des Ventils 21 im Hydraulikaggregat 14.
Gemäß 5 sind
dabei mögliche
Positionen der einzelnen Sensoren 22, 22' gezeigt. Da
ein Hauptwärmeeintrag
in den Hydraulikkreis der Kupplung 2 am Zentralausrücker 12 erfolgt,
sollte der Temperatursensor 22 so nahe wie möglich am
Zentralausrücker 12 liegen.
Damit wird gewährleistet,
dass auch bei kleinen Volumenbewegungen im Hydraulikkreis der Kupplung 2 ein Temperaturanstieg
schnell erfasst wird und z. B. zur Korrektur der Volumenausdehnung
herangezogen werden kann.
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Zusammenfassend
lassen sich die wesentlichen Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung wie folgt
charakterisieren:
- – Es ist keine Wegmessung direkt
am Zentralausrücker 12 mehr
notwendig, wodurch sich Packagevorteile realisieren lassen und ein
konstruktiv aufwändiges
Anordnen der Positionserfassungseinrichtung 11 direkt an
der Kupplung 2 vermieden werden kann,
- – eine
Verwendung unterschiedlicher Hydraulikfluide ist möglich,
- – eine
Kraftübersetzung
zwischen den beiden Hydraulikkreisen ist durch eine als Stufenkolben ausgebildete
Kolbenanordnung 13 möglich,
- – der
Membrandruckspeicher 20 ermöglicht einen sehr schnellen
Druckaufbau
- – durch
die Nachlauföffnung 9 können eventuelle Volumenausdehnungen
im Hydraulikkreis der Kupplung 2 ausgeglichen werden, so
dass stets reproduzierbare Ausgangsbedingungen geschaffen werden
können.