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Die
Erfindung betrifft eine Hydraulikpumpe bzw. Motor geringer Abmessung
und Masse, konstant oder verstellbar, anwendbar als verstellbarer Druckwandler
(Druckübersetzer) oder Drehzahlwandler (Getriebe). Vorgeschlagene
Axialflügelmaschinen weisen bereits gegenüber
vergleichbaren hydraulischen Pumpen und Motoren wesentlich geringere
Abmessungen und Masse und einen einfacheren Aufbau auf. Auf den
Rotor wirken große Axialkräfte, der sich gleitend
gegen eine Gehäusewand abstützt. Um die dadurch
entstehende Reibung zu verringern. wurden druckbeaufschlagte Taschen
vorgeschlagen.
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Aufgabenstellung
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Es
ist daher Aufgabe der Erfindung unter Druck stehende gleitende Flächen
auszuschließen und wirkende Axialkräfte statisch,
ohne hydraulische Hilfsmittel, auszugleichen. Weiterhin soll der
konstruktive Aufbau gegenüber Axialflügelmaschinen weiter
vereinfacht und Masse wie Abmessungen verringert werden. Ferner
sollen die großen Gleitflächen der Axialflügeltrommel,
bisher als Rotor arbeitend, entfallen.
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Die
erfindungsgemäße Aufgabe wird dadurch gelöst,
dass der Rotor als Welle mit einer umlaufenden Kurvennut zur Verschiebung
der Axialflügel ausgebildet und durch den Rotor ein Drehflügel gesteckt
ist und auf das, mit der Kurvennut versehene Ende des Rotors, eine
Axialflügeltrommel mit vier Axialflügeln aufgeschoben
ist, wobei die Axialflügeltrommel als Stator fest mit dem
Gehäuse verbunden ist.
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Nach
einem weiteren vorteilhaften Merkmal befinden sich im Rotor, seitlich
neben dem Drehflügel, Ein- bzw. Ausmündungen,
die über Längsbohrungen mit, in einer zentrale
Grundbohrung angeordneten, linken oder rechten Fräsnut
verbunden sind, wobei in die zentrale Grundbohrung ein Zapfen eines Anschlusses
so eingeschoben ist, dass sich die Fräsnuten von Rotor
und die umlaufenden exzentrischen oder umlaufen Nuten mit Anfräsungen
des Anschlusses gegenüber liegen, wobei die Unlaufnuten
des Anschlusses mit Längsbohrungen und diese mit Ein/Auslassöffnungen,
denen Hydraulikmedium zu- oder abgeführt wird, verbunden
sind.
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Nach
einem weiterem vorteilhaften Merkmal zur Ermöglichung der
Verstellbarkeit der Drehflügelmaschine, ist der Drehflügel
als Flachstab mit rechteckigem Querschnitt ausgebildet, der radial
von einer Trennscheibe mit Bund (Verstellkörper) umschlossen ist,
wobei der Verstellkörper gegenüber dem Rotor um
einen bestimmten axialen Weg verschiebbar ist, was eine Änderung
des Axialflügelvorstands und damit die Verstellung der
Drehflügelmaschine ermöglicht. Die Verstellung
wird durch einen Verstellhebel ausgelöst, der eine Steuerstange
in der einen oder anderen Richtung bewegt, dadurch eine linke oder rechte
Querbohrung eines Hohlschiebers freigibt. wodurch Druck- oder Ablaufmedium
durch eine mittlere Querbohrung weiter durch eine Steuerleitung
in einen Verstellraum zwischen Gehäusewand und Trennscheibe
fließt, wodurch diesem Verstellraum Hydraulikmedium zu
oder abgeführt und somit das Fördervolumen bzw.
Schluckvolumen der Drehflügelmaschine verändert
wird.
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Durch
Zusammenfügen von Komponenten ergeben sich Drehmomentwandler
z. B. als Fahrzeuggetriebe, und Druckwandler (Druckübersetzer) großer
Leistungsdichte. So ist es zur Schaffung eines raumsparenden stufenloses
Getriebes, beispielsweise für Kraftfahrzeuge, ein vorteilhaftes
Merkmal der Erfindung, zwei erfindungsgemäße Anschlüsse
der Antriebsseite und Abtriebsseite spiegelbildlich so zusammenzufassen,
dass die Anschlusszapfen nach außen zeigen und weiterhin
die Axialflügeltrommeln bzw. Statoren sowie die Rotore
mit den aus dem Gehäuse bzw. Abschlussdeckel herausragenden
Antriebs- bzw. Abtriebszapfen spiegelbildlich anzuordnen, wobei
vorzugsweise der Rotor der Antriebsseite verstellbar gestaltet ist
und die Stellung der Stellscheibe über ein Zwischenglied
auf einen Hohlschieber übertragen wird. Weiterhin ist es
vorteilhaft in den spiegelbildlich zusammengefass ten Anschluss einen kombinierten
Dreh- und Axialschieber einzufügen, der je nach Stellung
dessen Verbindungskanäle verbinden, trennen oder kreuzweise
verbinden kann.
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Für
die Schaffung eines stufenlos arbeitenden Druckwandlers ist es ein
weiteres vorteilhaftes Merkmal, den Rotor der Motorseite mit dem
Rotor der Pumpenseite und vom Verstellkörper die Verstellscheibe
mit den zusammengefassten Rotoren zu einem zentralen Rotor bzw.
Verstellkörper, durch deren Mitte der Drehflügel
gesteckt ist, zu vereinigen, wobei die Anschlusszapfen der seitlich
angeordneten Anschlüsse in die zentralen Grundbohrungen
des zentralen Rotors hineinragen und die Anschlüsse neben den
Anschlusszapfen Absätze aufweisen, die auf beiden Seiten
mit den Innenbohrungen der Statoren, den nach außen gerichteten
Stirnflächen des zentralen Verstellkörpers und
den Zapfen des Anschlusses, mit Druckmedium beaufschlagbare Verstellräume
auf beiden Seiten bilden, die je nach dem in den Verstellräumen
herrschenden Drucken den Rotor bzw. zentraler Verstellkörper
verschieben und somit das Druckverhältnis verändern.
Die nach innen gerichteten Stirnflächen der Statoren bilden
mit der Trennscheibe und der Außenwand des Gehäuses
die Arbeitsräume der Pumpen- und Motorseite, in denen in bekannter
Weise die vorstehende Enden der Axialflügel dichtend gleiten.
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Bei
einem Fahrantrieb in aufgelöster Bauweise, bei welchem
auch die Radmotoren verstellbar ausgebildet sind, ist es vorteilhaft,
die Bremswirkung durch Sperrung des Rückflusses von den
Radmotoren (die beim Bremsen als Pumpe arbeiten) durch ein schaltbares
Ventil und öffnen des Zuflusses vom Tank über
Rückschlagventile zu den Radmotoren zu erzielen, wobei
der Druckvolumenstrom in einen Druckspeicher geschoben wird und
der Druckspeicher über einen Drehwandler mit einem zweiten Druckspeicher
verbunden ist, der durch einen Druckschalter o. dgl. gesteuert wird
und den Druck im ersten Druckspeicher konstant hält, wobei
die Bremswirkung durch die Verstellung der Radmotoren dosiert wird.
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Bei
einem Fahrantrieb in aufgelöster Bauweise ist es weiterhin
vorteilhaft, dass die Wirkungen auf Antrieb und Bremse, wie sie
bei den Sicherheitseinrichtungen ABS, ESP usw. angewendet werden mit
Hilfe der Drehflügelmaschine und entsprechenden hydraulischen
Schaltungen in der Weise realisiert werden, dass das Antriebsmoment
durch die Verstellung des Radmotors vom positiven Maximalwert bis
Null und bei geschlossenem Bremsventil von Null bis zum festgelegtem
negativen Maximalwert in der schon geschilderten Weise erfolgen
kann, wobei es auch möglich, ist dass an einem Rad ein
positives Moment (Antrieb) und einem anderen ein negatives Moment
(Bremsen) wirkt, falls dies aus fahrdynamischen Gründen
vorteilhaft ist.
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Bei
einem Fahrantrieb in aufgelöster Bauweise ist es weiterhin
vorteilhaft den Anlasser für die Brennkraftmaschine dadurch
zu ersetzen, dass zwischen dem Druckspeicher mit konstant gehaltenem Druck
und der Einlassleitung der von der Brennkraftmaschine angetriebenen
Pumpe ein entsperrbares Rückschlagventil angeordnet ist,
das die Einlassseite der Pumpe mit Druck beaufschlagt, die somit
als Motor arbeitet und dass ferner in der Druckleitung von der Pumpe
zu den Radmotoren ein Fahrventil mit drei Schaltstellungen angeordnet
ist, das in der Parkstellung den Rückfluss der genannten
Druckleitung zum Tank freigibt, wenn die von der Brennkraftmaschine im
Fahrbetrieb angetriebene Pumpe als Motor (Anlasser) arbeitet.
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Ausführungsbeispiele
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In
Blatt 1 ist eine konstante Drehflügelmaschine als Explosionszeichnung
dargestellt. 1 zeigt einen Rotor 2 mit
einem eingestecktem Drehflügel 1 und mit einem
auf den Rotor 2 aufgeschobenen Stator 3, 2 ein
Gehäuse 5 mit Befestigungszapfen 5c und 3 einen
Anschluss 6 mit eingeschraubten Verschlusstopfen 6c/6d. 4 zeigt
den Rotor 2 mit eingeschobenem Drehflügel 1 und
mit den Axialflügeln 4 wie sie auch in der kompletten Drehflügelmaschine
angeordnet sind. In 5 ist ein Axialflügelpaar
mit zugehörigen Schraubendruckfedern 4c dargestellt,
während 6 und 7 zwei verschiedene
Ausführungsmöglichkeiten des Drehflügels 1 zeigen.
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Blatt
2 zeigt wiederum in Explosionsdarstellung eine verstellbare Drehflügelmaschine. 8 zeigt
einen Rotor 12 auf welchen ein Verstellkörper 11a und
ein Stator 13 aufgeschoben sind und durch einen Schlitz
ein Drehflügel 11 mit rechteckigen Querschnitt
gesteckt ist. 9 zeigt das Gehäuse 15 mit
den Zapfen 15c und 10 einen
Anschluss 16 mit einem Zapfen 16c, der in eine
Zuführungsbohrung 12c des Rotors 12 eingesteckt
wird. 11 zeigt nochmals den längs
geschnittenen Anschluss 16 mit den Teilen der Verstellung. 12 zeigt
den Rotor 12 mit aufgeschobenem Verstellkörper 11a und durchgestecktem
Drehflügel 11.
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Blatt
3 zeigt in 13 perspektivisch dargestellt,
eine zusammengebaute konstante Drehflügelmaschine, teilweise
geschnitten und eine Zusammenstellung einer verstellbaren Drehflügelmaschine 14.
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Blatt
4 zeigt in 15 längs und perspektivisch
geschnitten ein erfindungsgemäßes Getriebe. In 16 ... 18 sind
Einzelheiten hierzu dargestellt. Blatt 5 zeigt in 19 u. 20 einen
erfindungsgemäßen Druckwandler. Ferner ist auf
Blatt 5 noch in 21 ein schematischer Hydraulikplan
für eine mit einem Druckspeicher und Drehwandler zusammenarbeitenden
Hebevorrichtung dargestellt.
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In
Blatt 6 schließlich zeigt 22 einen schematischen
Hydraulikplan für den Achsantrieb eines Kraftfahrzeugs
in aufgelöster Bauweise. Druckspeicher und Drehwandler
ermöglichen dosiertes Bremsen und die Rückführung
der Bremsenergie in die Druckspeicher. Auf Blatt 6 ist außerdem
in 23 der Anschluss 16 einer verstellbaren
Drehflügelmaschine vergrößert dargestellt,
um Einzelheiten der Verstellung beschreiben zu können.
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Zur
Darstellung der Arbeitsweise der Drehflügelmaschine dienen
die 24a ... f auf Blatt 7. In Blatt
8 ist ein Längsschnitt eines Drehwandlers und ein vergrößerter
Ausschnitt daraus, zwecks Erläuterung der Verstellung des
Druckverhältnisses, dargestellt.
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Aufbau
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Zunächst
wird der Aufbau einer konstanten Drehflügelmaschine anhand
Blatt 1 und Blatt 3 14 beschrieben. Ein Drehflügel 1 ist
durch einen Rotor 2 gesteckt und auf das Wellenende des
Rotors ist ein Stator 3 so aufgeschoben, dass dessen Stirnfläche
an der Planfläche des Drehflügels 1 anliegt. Von
außen sind Axialflügel 4 radial so in
die Schlitze des Stators 3 eingeschoben, dass die stiftförmigen Ansätze 4b in
die Kurvennut 2d des Rotors 2 eingetaucht sind.
Von der anderen Seite ist ein Gehäuse 5 so auf
den Rotor 2 aufgeschoben, dass die innere Stirnfläche
des Gehäuses 5 an der anderen Planfläche
des Drehflügels 1 anliegt. Das Gehäuse 5 und der
Stator 3 sind durch Zapfen 5c gegeneinander fixiert.
In die zentrale Grundbohrung 2f des Rotors 2 ist ein
Anschlusszapfen 6c eines Anschluss 6 eingeschoben,
der mit einer Haltescheibe 7 und Schrauben 7a mit
dem Stator 3 verschraubt ist.
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Der
Rotor 2 hat zwei mal zwei, durch Stopfen verschlossene
Längsbohrungen 2a, die innen durch zwei Fräsnuten 2b und
am Ende durch vier Ein/Ausmündungen 2c angeschnitten
sind. Der Anschluss 6, besitzt auch Längsbohrungen 6a,
die mit zwei Umlaufnuten 6b und am Ende mit je einer Ein/Auslassbohrung 6f verbunden
sind. Die Fräsnuten 2b des Rotors 2 und
die Umlautnuten 6b liegen einander gegenüber,
so dass Hydraulikmedium, von der Ein/Auslassbohrung 6f über
die Ein/Ausmündung 2c in die noch zu beschreibenden
Arbeitsräume AR zwischen Drehflügel 1 und
Axialflügel 4 fließen kann.
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Blatt
2 zeigt in 8 ... 12 eine
verstellbare Drehflügelmaschine. Gegenüber einer
konstanten Drehflügelmaschine besitzt sie, wie in 12 dargestellt,
einen auf den Rotor 12 aufgeschobenen Verstellkörper 11a mit
einer Trennscheibe 11b und einem Bund 11c, auf
welchem eine Kurvennut 11d angeordnet ist.. Der Verstellkörper 11a ist.
von seiner, der Gleitfläche des Gehäuses 5 gegenüberliegenden Stirnfläche
her, so geschlitzt, dass die Trennscheibe 11b den Drehflügel 11 umfasst
und den vorgegebenen axialen Hub des Verstellkörper 11b -von
der bündigen Stellung mit der vorderen Stirnfläche
der Trennscheibe aus gerechnetzulässt.
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Die
Verstellung der Trennscheibe 11b und damit die Veränderung
der Förder- bzw. Schluckmenge regelt ein Nachfolgeventil
im Anschluss 6, siehe 23 und 23a, Blatt 6 durch Zu- oder Abführung
von Hydraulikmedium aus dem zwischen der Gleitfläche 15a des
Gehäuses 15 und der Gleitfläche der Trennscheibe 11b befindlichen
Verstellraum RV, der in 14 und 23 dargestellt
ist. Das Nachfolgeventil besteht im wesentlichen aus einem Hohlschieber 17a mit
drei Zu- und Ablaufnuten 17b und Querbohrungen 17c und
einer sich im Hohlschieber 17a axial bewegbaren Steuerstange 17d (23). Der
Zu- oder Abfluss von Hydraulikmedium erfolgt über eine
Steuerleitung 17f. Die Rückmeldung der Stellung
des Verstellkörpers erfolgt über eine Scheibe 17h,
die durch eine auf den Hohlschieber 17a wirkende Druckfeder
an den Bund 11c des Verstellkörpers angedrückt
wird. Wird eine Rückmeldung des Hydraulikmedium-Drucks
gewünscht, so muss durch eine gestufte Steuerstange 17d,
auf deren Stufe Druck und damit eine Kraft wirkt, eine Biegung des Federhebels 18a hervorgerufen
werden.
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Auf
Blatt 3, 13 und 14 sind
eine konstante und eine verstellbare Drehflügelmaschine zusammengebaut
dargestellt.
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Blatt
4 zeigt in Bild 15 ... 18 ein erfindungsgemäßes
Anwendungsbeispiel der Drehflügelmaschine als Fahrzeuggetriebe,
welches sich aus einer Pumpe auf der Antriebsseite und einem Motor
auf der Abtriebsseite zusammensetzt. Die angetriebene Drehtflügelmaschine
arbeitet als Pumpe und ist verstellbar. Auf der Abtriebsseite arbeitet
eine konstante Drehflügelmaschine als Motor. Die Anschlüsse
von Pumpe und Motor sind spiegelbildlich zu einem zentralen Anschluss 26 zusammengefasst,
der unter Druck stehendes Hydraulikmedium von der Pumpe zum Motor und
druckloses Medium zurück führt. Im zentralen Anschluss 26 ist
in einer Querbohrung ein Fahrschieber 26b angeordnet mit
welchem durch Verschieben die Drehrichtung des Motors umkehrt und
durch Verdrehung die Verbindung zwischen Motor und Pumpe getrennt
werden kann. Der Verstellkörper 21a ist hier anders
ausgebildet als bei der verstellbaren Pumpe nach Blatt 2. Dessen
Bund 21c befindet sich links von der Trennscheibe und die
Kurvennut 22d befindet sich nicht auf dem diesem Bund sondern
auf dem Rotor 22. Der Bund 21c weist eine Nut
auf in welche die Scheibe eines Zwischengliedes 21f eingreift,
die wiederum in eine Nut 27aa im Hohlschieber 27a eingreift,
wodurch die axiale Bewegung des Verstellkörpers auf den
Hohlschieber 27a übertragen wird. Die Verstelleinrichtung
gleicht derjenigen der verstellbaren Drehflügelmaschine.
Ein Hohlschieber 27a besitzt drei Zu-/Ablaufnuten 27b die über
Querbohrungen 27c mit der Innenbohrung des Hohlschiebers 27a verbunden
sind. Im Hohlschieber 27a ist eine Steuerstange 27d verschiebbar
angeordnet, die durch einen Nockenhebel 28a, der auf einem
Federhebel 28b wirkt, verstellt werden kann. Die rechte
der drei Zu/Ablaufnuten 27b ist mit der Druckseite, die linke
mit dem Ablauf und die mittlere mit einer zum Verstellraum RV führenden
Steuerleitung 27f verbunden.
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19 auf
Blatt 5 zeigt die erfindungsgemäße Ausführung
als Drehwandler. Hier werden nicht die „Anschlüsse"
sondern die „Rotoren" zu einem zentralen Rotor 32 zusammengefasst.
Im Unterschied zur verstellbaren Drehflügelmaschine nach 15 besitzt
der Drehwandler keinen separaten Verstellkörper. Die Verstellscheibe 32a befindet
sich in der Mitte und ist ein Teil des zentralen Rotors 32. Die
Kurvennuten 31d, 31d' für die Motor-
und Pumpenseite sind ebenfalls ein Teil des Rotors
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Einzelheiten
zur Verstellung des Drehwandlers finden sich auf Blatt 8 in
25 und
25a. Die Verstellräume RV; RV' befinden
sich zwischen den Stirnflächen des Rotors
32 und
den Stirnflächen der Ansätze der Anschlüsse
36;
36' Der
Hohlschieber
37a weist statt drei, fünf Zu/Ablaufnuten
37b auf, von
denen die mittlere mit dem Ablauf T, die äußeren mit
den Druckzuführungen p
li links
und p
re rechts und die dazwischen liegenden
mit den zu den Verstellräumen RV; RV' führenden
Steuerleitungen
37f;
37f' verbunden sind. Weiterhin
sind die Stellräume RS und RS' mit den Druckleitungen p
li und p
re verbunden,
so dass die auf die Stellstifte
38c wirkenden Drucke bei Änderung
derselben die Querstifte
38d,
38d' und damit auch
den Hohlschieber in der schon in der OS
DE 2004 019 000 A1 beschriebenen
Weise verschieben. Die im Hohlschieber
37a angeordnete
Steuerstange
37d besitzt zwei Steuernuten
37e die
die Steuerleitungen
37f,
31f' entweder mit Druck
p
li; p
re oder mit dem
Ablauf T verbinden. Der Querstift
38d kann mittels einem
Steuernocken
38e um einen bestimmten Betrag in beiden Richtungen
verstellt werden.
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Wirkungsweise
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Die
Wirkungsweise der konstanten Drehflügelmaschine wird nachfolgend
anhand Blatt 7,
24a ... d beschrieben.
Dargestellt ist eine konstante Drehflügelmaschine, bei
der die Vorderwand des Gehäuses
5 in Höhe
der Innenwand gestuft abgeschnitten ist. Auf der rechten Hälfte
ist der Schnitt um die Dicke des Drehflügels
1 zurückverlegt.
Das Hydraulikmedium ist wellenförmig, das unter Druck stehende
Medium enger schraffiert. Eingesperrte Volumen sind senkrecht schraffiert.
Die Arbeitsräume AR1 ... AR4 sind durch die Axialflügel
4 unterteilt.
Befinden sich die Drehflügelenden zwischen den Axialflügeln
4 wird
der betreffende Arbeitsraum in a und b, also in
24a in
AR1a und RA1b unterteilt. Nähert sich das Drehflügelende
einem benachbarten Axialflügel
4 auf etwa 10°,
so wird dieser kurz vor Erreichen des betr. Axialflügels
ganz zurückgefahren, so dass das Drehflügelende über
diesen gleiten kann. Die Axialbewegung der Axialflügel
4 wird
wie bei den Axialflügelmaschinen OS
DE 103 47 337 A1 durch eine
Kurvennut
2d gesteuert (
1 ...
8,
Blatt 1 und
13, Blatt 3). Die Zu-/Abführung
zu den Arbeitsräumen RA1 ... RA4 erfolgt durch die Aus-/Einmündungen
2c neben
dem Drehflügel
1 über die Längsbohrungen
2a,
die Fräsnuten
2b weiter zu den gegenüberliegenden
Umlaufnuten
6b im Anschluss
6, den Längsbohrungen
6a um
an den Ein-/Auslassöffnungen
6e ein- oder auszutreten.
Die Längsbohrungen
2a,
6a, sind durch
Stopfen
2e,
6d,
6e verschlossen, von
denen die Stopfen
6e ein Rückschlagventil Vr besitzen,
damit der Endraum in der zentralen Grundbohrung
2f drucklos
bleibt. Aus Blatt 3 ist zu erkennen dass die Axialflügel
4,
14 durch Druckfedern
4c an
die Gleitfläche
5a des Gehäuses
5 angedrückt
werden.
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Die
verstellbare Drehflügelmaschine 8 ... 12 unterscheidet
sich von der Konstantmaschine durch einen Drehflügel 11 mit
rechteckigem Querschnitt und durch einen, auf den Rotor 12 aufgeschobenen,
Verstellkörper 11a mit Bund 11c und Trennscheibe 11b,
sowie einer zusätzlichen Verstelleinrichtung mit welcher
die gewünschte Verstellung vorgegeben werden kann. Die
linke Stirnfläche des Verstellkörpers 11 bildet
mit der linken inneren Stirnfläche des Gehäuses 5 einen
Verstellraum RV. Wird diesem Hydraulikmedium zugeführt,
so wird der Verstellkörper nach rechts verschoben.
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Die
Zuführung oder Abführung von Hydraulikmedium in
den Verstellraum wird durch die Steuerstange 17d gesteuert.
Wie aus 23a, Blatt 6 zu entnehmen, stehen
Hohlschieber 17a und Steuerstange 17d zu einander
in einer festgelegten Stellung. Wird die Steuerstange 17d bewegt,
so folgt der Hohlschieber 17a so lange, bis die festgelegte
Stellung erreicht ist. Dies geschieht folgendermaßen. Der Hohlschieber 17a besitzt
drei Zu/Ablaufnuten 17b von denen die linke nach links
offen ist, so dass auf diese der Ablaufdruck wirkt. Die mittlere
Nut ist ständig mit der Steuerleitung 17f verbunden
und die rechte ist (hier nicht dargestellt) mit einer Druckleitung verbunden.
Wird die Steuerstange 17d nach links verschoben, so wird
die linke Querbohrung 17c freigegeben und über
die mittlere Zu/Ablaufnut die Steuerleitung 17f mit Ablaufdruck
versorgt. Wie aus 23 zu entnehmen führt
die Steuerleitung 17f über ein zentrales Rohr
durch den Drehflügel 11 schließlich durch
eine radiale Bohrung und weitere Querbohrung in den Verstellraum
RV, was durch eine flache Nut an der inneren Stirnfläche
des Gehäuses 15 ermöglicht wird. Wird
der Verstellraum VR entlastet (Ablaufdruck), so wird, weil während
des Betriebs auf der anderen Seite der Stellscheibe ständig
Druck wirkt, der Verstellkörper 11a nach links
verschoben. Weil die Scheibe 17h und der Hohlschieber 17a durch
Federdruck dem Verstellkörper 11a folgt, wird die
linke Querbohrung 17c wieder geschlossen und Hohlschieber 17a und
Steuerstange 17c verbleiben in der festgelegten Stellung
zueinander. Wird die Steuerstange 17d nach links bewegt,
so erhält die rechte Querbohrung 17c Druck und
der eben beschriebene Bewegungsablauf erfolgt in umgekehrter Richtung.
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Der
Hebel 18b, der infolge Nockendrehung die Verschiebung der
Steuerstange 17d bewirkt, ist als Blattfeder ausgebildet.
Dies ist von Bedeutung wenn auf die Steuerstange 17d eine
vom hydraulischen Druck abhängige Kraft wirkt, die dann
je nach Größe des Druckes, eine Verringerung des
Axialflügelvorstandes und damit eine Verringerung der Fördermenge
der Pumpe ergibt. Wie dies geschieht, ist beim Fahrzeuggetriebe
beschrieben.
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Zur
Axialbewegung der Axialflügel 14 ist folgendes
zu bemerken. Bei der Verschiebung des Verstellkörpers 11a verschieben
sich auch die Axialflügel 14 in gleicher Weise.
Für die Stellung maximaler Axialflügelvorstands
also maximaler Fördermenge, fährt der Axialflügel 14 um
einige Zehntel hinter die Stirnfläche des Stators zurück
und bei Fördemenge Null die volle Länge des Axialflügelvorstands.
Bei einer anderen Gestaltung der Kurvennut ist eine andere Lösung
möglich, worauf bei der Beschreibung der Wirkungsweise
des Fahrzeuggetriebes eingegangen wird.
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Wenn
die Axialflügel durch die Kurvennut axial verschoben werden,
ist deren vorstehendes Ende von gleichem Druck umgeben, so dass
keine Reibung verursachende Kräfte wirken. Anders verhält
es sich bei der axialen Verschiebung infolge Verstellung. Hier muss
die Praxis zeigen, ob die Anordnung von seitlichen Taschen und Ausgleichsbohrungen
am Axialflügel, wie in der OS
DE 102 00 471 A1 vorgeschlagen,
erforderlich ist.
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Bei
einem hydraulischen Fahrzeuggetriebe Blatt 4, 16 ... 18 treibt
der Antriebsmotor, z. B. eine Brennkraftmaschine, im Prinzip eine
Hydraulikpumpe an, deren Volumenstrom wiederum einen Hydraulikmotor
antreibt. Wird die Hydraulikpumpe verstellbar gestaltet, kann der
Hydraulikmotor auf der Abtriebsseite unterschiedliche Drehzahlen
stufenlos „bereitstellen". Wie beim Aufbau des erfindungsgemäßen
Getriebes schon beschrieben, sind die Anschlüsse von Pumpe-
und Motorseite zu einem zentralen Anschluss 26 zusammengefasst.
Der Verstellkörper 21a ist so gestaltet, dass
sein Bund nach außen ragt und auf seine Ringfläche 21d der
Verstelldruck wirkt, der von der Steuerstange 27d und dem Hohlschieber 27a gesteuert
wird.
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Der
Hohlschieber besitzt wie bei der verstellbaren Drehflügelmaschine
drei Zu/Abführungsnuten 27b, von denen die rechte
mit einer Steuerdruckleitung 27i verbunden ist. Die Steuerdruckleitung 27i bezieht
ihren Druck aus der Querbohrung 27c des Fahrschiebers 26b,
der den Druckvolumenstrom von der Pumpenseite zur Motorseite leitet.
Die Steuerdruckleitung 27i führt noch weiter zur
Grundbohrung 27ii in der ein Druckstift 27h gleitet,
der die Steuerstange 27d gegen den Federhebel 28b drückt,
diesen verbiegt und somit den Verstellweg des Hohlschiebers 27a und
damit des Verstellkörpers 21a gegenüber
dem Verstellwinkel eines Nockenhebels 28a mindert. Die
mittlere Zu/Abführungsnut 27b ist über eine
kurze Steuerleitung 27f mit dem Verstellraum RV verbunden.
Wird dem Verstellraum RV Druckmedium zugeführt, so wird
der Verstellkörper 21a nach rechts verschoben
wodurch sich der Förderstrom der Pumpenseite verringert.
Der Verstellkörper 21a nimmt das Zwischenglied 21f und
den Hohlschieber 27a solange mit, bis – wie schon
bei der verstellbaren Drehflügelmaschine beschrieben – die
linke Querbohrung 27c verschlossen wird.
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Wird
der Nockenhebel 28a zurückgenommen, so dass sich
die Steuerstange 27d infolge Federkraft nach rechts bewegt,
so gibt die Steuerstange 27d die rechte Querbohrung 27c frei,
der Hohlschieber 27a folgt solange, bis die rechte Querbohrung 27c wieder
verschlossen wird.
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Die
Betätigung des Nockenhebels 28a kann mechanisch
mit dem Gaspedal der Brennkraftmaschine gekoppelt werden, so dass
beim Gasgeben der Verstellkörper 21a nach links
bewegt wird, die Axialflügel 24 ausfahren und
der Rotor 22' der Motorseite sich dreht und das Fahrzeug
anfährt. Durch die Beschleunigung wächst der Druck
im Fahrzeuggetriebe und die Verschiebung des Verstellkörpers 21a wird
durch den Einfederung des Federhebels 28b etwas zurückgenommen.
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Durch
axiale Verschiebung des Fahrschiebers 26b kann die Drehrichtung
durch die kreuzweise Anordnung der Bohrungen für Rückwärtsfahrt 26c auf
der Motorseite umgekehrt, also der Rückwärtsgang
eingelegt werden. Durch Drehen des Fahrschiebers kann die hydraulische
Verbindung von Pumpenseite und Motorseite unterbrochen werden. Beim
Fahrzeuggetriebe bedeutet dies Blockieren der Antriebsräder;
die Brennkraftmaschine kann laufen, wenn der Nockenhebel 28a bzw.
das Gaspedal der Brennkraftmaschine zurückgenommen ist.
Viele weitere Möglichkeiten können im Rahmen dieser
Beschreibung nicht genannt werden.
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Es
folgt die Beschreibung der Wirkungsweise des Drehwandlers. Zuvor
sei darauf hingewiesen, dass dieser im Sinne eines Druckübersetzer
arbeitende Drehwandler andere Aufgaben als bisherige Druckübersetzer
hat. So kann in einem hydraulischen System der wechselnde Druck
eines Volumenstrom in einen festgelegten konstanten Druck gewandelt
werden. Ein Anwendungsbeispiel als Lastenheber zeigt
21.
Der zwischen einen Druckspeicher und einen massebelasteten hydraulischen
Arbeitszylinder HAZ geschaltete Drehwandler DrW hält das Gleichwicht
zwischen dem Druck psp des Druckspeichers SP und dem im hydraulischen
Arbeitszylinder HAZ infolge Massebelastung herrschenden Duck pz. Dieses
Anwendungsbeispiel wurde bereits in der OS
DE 2004 019 000 A1 beschrieben.
Ein weiteres Anwendungsbeispiel für einen hydraulischen
Fahrantrieb in aufgelöster Bauweise ist in
22 dargestellt.
Der Druckspeicher SP1 nimmt Bremsenergie auf, wenn das Bremsventil
VWbr geschlossen ist und bei den Radmotoren die Axialflügel
4 leicht
ausgefahren werden. Je mehr die Axialflügel
4 der
Radmotoren ausgefahren werden, desto größer die
Bremswirkung. Bei unterschiedlichen Drücken im Druckspeicher
SP1 ist aber die Bremswirkung bei gleichem Vorstand der Axialflügel
verschieden. Es ist daher notwendig für stets gleichen
Druck im Druckspeicher SP1 zu sorgen. Dies geschieht durch Anordnung
eines weiteren Druckspeicher SP2 und einen dazwischen angeordneten
Drehwandler DrW. Die Wirkungsweise wird später beschrieben.
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Hinsichtlich
der Ansteuerung stimmt der erfindungsgemäß vorgeschlagene
Drehwandler mit dem Variowandler nach der OS
DE 2004 019 000 A1 überein.
Nachfolgend wird beschrieben wie die Wirkungsweise bei der erfindungsgemäßen
Konstruktion erreicht wird. Aus
25, Blatt
8 ist zu ersehen, dass der Druck pli der Druckzuführung
(links) über entspr. Leitungen auf den Stift
38c und
der Druck pre der Druckabführung (rechts) auf den Stift
38c' wirkt, wodurch
die Stellhebel
38a und
38a' links und rechts und
weiter der Stellbügel
38 und damit die Steuerstange
37d in
eine entsprechende Stellung gebracht werden. Durch die Verstellung
der Steuerstange nach links werden die erste linke und weiter die
dritte Querbohrung
37c von rechts geöffnet, wodurch
die in der ersten und dritten Zu/Abführungsnuten
37b von links
herrschenden Drucke mit den Steuernuten
37e, weiter über
die zweiten und vierten Querbohrungen
37c und über
die zweiten und vierten Zu/Ablaufnuten
37c mit den entsprechenden
Steuerleitungen
37f,
37f' verbunden werden, die
zu den Verstellräumen RV; RV' links und rechts führen.
Dadurch erhält der rechte Verstellraum VR Druck pre und
der linke Verstellraum VR' wird mit dem Ablauf T verbunden, der zentrale
Rotor
32 wird nach links verschoben und nimmt dabei mit
der Mitnahmeplatte
32b den Hohlschieber
37a mit,
bis die Steuerstange die entsprechenden Querbohrungen
37c verschließt.
-
Die
Verstellvorrichtung mit dem Stellbügel
38 hat,
wie auch schon in der OS
DE
2004 019 000 A1 beschrieben, die Aufgabe, das Übersetzungsverhältnis
des Drehwandlers an das Druckverhältnis pli/pre anzupassen.
Das bedeutet, dass die Drehmomente die am zentralen Rotor angreifen
im Gleichgewicht sind, d. h. der Drehwandler stillsteht. Erst wenn
die Steuerstange
37d durch Betätigung des Nockenhebels
38f,
nach der einen oder anderen Seite ausgelenkt wird, entsteht ein
Ungleichgewicht und bei dem Anwendungsbeispiel Lastenheber nach
21 beginnt
die Last sich zu heben oder zu senken. Diese Bewegung hört
auf wenn der Nockenhebel in die Mittellage zurückgestellt
wird.
-
Bei
dem anderen Anwendungsbeispiel nach 22 wird
das Gleichgewicht des Drehwandler durch Betätigung des
Nockenhebel 38f, beispielsweise durch einen Druckschalter
aufgehoben, wenn der Druck im Druckspeicher SP1 den festgelegten
Nenndruck überschreitet. Es wird dann Hydraulikmedium vom
Druckspeicher SP1 in den Druckspeicher SP2 geschoben. Wird eine weitere
Speicherung in Form elektrischer Energie als zweckmäßig
erachtet, so kann, wenn der Druck im Druckspeicher SP2 einen bestimmten
Druck erreicht hat, das entsperrbare Rückschlagventil Vre2
durch einen weiteren Druckschalter (nicht dargestellt) entsperrt
und ein Hydraulikmotor M beaufschlagt werden, um durch einen Generator
G eine Batterie zu laden und dort die Bremsenergie zu speichern.
Die so gespeicherte Energie kann wie bei einem Hybridfahrzeug zum
Antrieb des Fahrzeugs (ohne laufende Brennkraftmaschine) genutzt
werden, ohne dass hierzu E-Motoren erforderlich sind.
-
Bei
dem oben erwähnte Anwendungsbeispiel nach 22 sind
die Radmotoren verstellbar ausgeführt. Um ein Bremsmoment
am Rad aufzubauen muss das Bremsventil VWbr geschlossen und der
Verstellhebel 18b von Null auf den entsprechenden Winkel
verstellt werden. Das Hydraulikmedium strömt drucklos zu
den Radmotoren über ein Rückschlagventil VRbr
und weiter unter Druck zum Druckspeicher SP1. Wenn wie o. a. der
Druck im Druckspeicher SP1 konstant gehalten wird, dann ist jedem Verstellwinkel
am Verstellhebel 18b ein bestimmtes Bremsmoment zugeordnet.
Vor dem Bremsvorgang muss -zweckmäßigerweise mit
der Gaswegnahme gekoppelt-, der Verstellhebel auf Null zurückgenommen
werden und dann das Bremsventil VWbr geschlossen werden.
-
Bei
der aufgelösten Bauweise kann weiterhin das Durchdrehen
der Antriebsräder einfach verhindert werden. Wie in 22 fließt
das zurückströmende Hydraulikmedium an Prallplatten
vorbei. Strömt es – weil ein Rad durchdreht – mit
unterschiedlichen Geschwindigkeiten, so wird das Gestänge
der Prallplatten einseitig ausgelenkt; die Verstellhebel werden verstellt
und das Antriebsmoment am durchdrehenden Rad zurückgenommen.
Gleiches gilt für das Bremsen. Verringert sich die Drehzahl
eines gebremsten Rades, so wird das Bremsmoment – infolge Prallkraftunterschied – zurückgenommen.
Bei Allradantrieb kommen weitere Vorteile zur Geltung. So kann das
ESP in der Weise realisiert werden, dass an den verstellbaren Radmotoren
RM zuerst das Antriebsmoment durch Verstellung gegen Null zurückgenommen
und nach Schließen des Bremsventils VWbr das Bremsmoment
von Null gegen den gewünschten Wert hochgefahren wird.
Zu beachten ist, dass auch hier beim Bremsen die Energie in den Druckspeichern
zurückgewonnen wird. Auch beim Herunterfahren des Antriebsmoments
wird der Energieverzehr minimiert. Ein weiterer entscheidender Vorteil
ist jedoch, dass beim Bremsen kein Verschleiß und keine
systembedingte Wärme erzeugt wird. Außerdem sei
darauf hingewiesen, dass mit einem hydrostatischen Systemen Vollbremsungen
möglich sind, das übliche Bremssystem also entfallen
kann. Möglicherweise ist eine einfache Feststellbremse noch
erforderlich.
-
Ein
Anlasser kann ebenfalls entfallen. Wird – bei Parkstellung
des Fahrventils VWfa – das entsperrbare Rückschlagventil
Vreanl geöffnet, so erhält die von der Brennkraftmaschine
angetriebene Hydraulikpumpe von der Einlassseite her Druck, die
Hydraulikpumpe P arbeitet die als Hydraulikmotor und startet die
Brennkraftmaschine.
-
Die
dargestellten Schaltpläne sind nur Schemata und sollen
die möglichen vorteilhaften Wirkungsweisen demonstrieren.
Bei den Schaltventilen ist die Verwendung von Sitzventilen zwecks
Vermeidung von Leckverlusten bei abgestellten Fahrzeugmotor vorteilhaft.
-
Die
hier angeführten Schaltschemata sollen eine bildhafte Vorstellung
der Wirkungsweise geben. In der Praxis stehen für alle
Messgrößen wie Wege, Winkel, Durchflussmengen
Beschleunigungswerte u. s. w., Sensoren zur Verfügung,
deren Messwerte in einen Rechner eingegeben, an Stelleinrichtungen entsprechenden
Verstellgrößen senden.
-
konstant
- 1
- Drehflügel
- 1a
- Drehflügel
gestuft
- 2
- Rotor
- 2a
- Längsbohrungen
- 2b
- Fräsnuten
- 2c
- Ein/Ausmündung
- 2d
- Kurvennut
- 2e
- Stopfen
- 2f
- zentrale
Grundbohrung
- 3
- Stator
- 3a
- Lauffläche
Dreflü auf Stator
- 3b
- Bohrg.
für Befestigungszapfen
- 4
- Axialfügel
- 4a
- Ausgleichsbohrung
- 4b
- Stiftansatz
- 4c
- Druckfeder
m. Stopfen
- 5
- Gehäuse
- 5a
- Gleitfläche
für Drehflügel
- 5b
- Bohrg.
für Befestigungszapfen
- 5c
- Zapfen
- 6
- Anschluss
- 6a
- Längsbohrungen
- 6b
- Umlaufnuten
- 6c
- Anschlusszapfen
- 6d
- Verschlussstopfen
- 6e
- Verschlussstopfen
mit Vr
- 6f
- Ein/Auslassöffnung
- 7
- Haltescheibe
- 7a
- Schraube
-
verstellbar
- 11
- Drehflügel
- 11a
- Verstellkörper
- 11b
- Trennscheibe
- 11c
- Bund
- 11d
- Kurvennut
- 11e
- Schlitz
für Drehflügel
- 12
- Rotor
- 12a
- Längsbohrungen
- 12b
- Fräsnuten
- 12c
- Ein-/Ausmündung
- 12e
- Stopfen
- 12f
- zentrale
Grundbohrung
- 13
- Stator
- 13a
- Lauffläche
Dreflü auf Stator
- 13b
- Bohrung
für Zapfen
- 14
- Axialflügel
- 14a
- Ausgleichsbohrung
- 14c
- Druckfeder
u. Dichtstopfen
- 15
- Gehäuse
- 15a
- Gleitfläche
für Drehflügel
- 15b
- Bohrg.
f. Befestigungszapfen
- 15c
- Befestigungszapfen
- 16
- Anschluss
- 16a
- Längsbohrungen
- 16b
- Umlaufnuten
- 16c
- Anschlusszapfen
- 16d
- Verschlussstopfen
- 16e
- Verschlussstopfen
mit VR
- 16g
- Ein/Auslassbohrung
- 16h
- zentrale
axiale Bohrung
- 17
- Verstelleinrichtung
- 17a
- Hohlschieber
- 17b
- Zu-/Ablaufnuten
- 17c
- Querbohrungen
- 17d
- Steuerstange
- 17e
- Steuernut
- 17f
- Steuerleitung
- 17g
- Steuerrohr
- 17h
- Scheibe
- 18
- Betätigung
- 18a
- Federhebel
- 18b
- Verstellhebel
-
Getriebe
- 21
- Drehflügel,
Pumpe
- 21'
- Drehflügel,
Motor
- 21a
- Verstellkörper
- 21b
- Trennscheibe
- 21c
- Bund
- 21d
- Ringfläche
- 21e
- Schlitz
für Drehflügel
- 21f
- Zwischenglied
- 22
- Rotor,
Pumpe
- 22'
- Rotor,
Motor
- 22c
- Ein/Ausmündung,
Pumpe
- 22c'
- Ein/Ausmündung,
Motor
- 22d
- Kurvennut,
Pumpe
- 22d'
- Kurvennut,
Motor
- 22e
- Übertragungsglied
- 23
- Stator,
Pumpe
- 23'
- Stator,
Motor
- 24
- Axialflügel
- 25
- Gehäuse
- 25a
- Schraubring
- 25b
- Deckel
- 26
- Zentraler
Anschluss
- 26a
- Verbindung
Motor/Pumpe
- 26b
- Fahrschieber
- 26c
- Bohrungen
für Rückwärtsfahrt
- 26d
- Einspeiseleitung
- 26e
- Rückschlagventile
- 27a
- Hohlschieber
- 27aa
- Nut
im Hohlschieber
- 27b
- Zu-
u. Ablaufnuten
- 27c
- Querbohrungen
- 27d
- Steuerstange
- 27e
- Steuernut
- 27f
- Steuerleitung
- 27h
- Druckstift
- 27i
- Steuerdruckleitung
- 28a
- Nockenhebel
- 28b
- Federhebel
-
Drehwandler
- 31
- Drehflügel
- 32
- zentraler
Rotor
- 32a
- Trennscheibe
- 32b
- Mitnahmeplatte
- 33
- Stator,
Eingang
- 33'
- Stator,
Ausgang
- 34
- Axialflügel
- 35
- Gehäuse
- 35a
- Flanschring
- 36
- Anschluss,
Eingang
- 36'
- Anschluss,
Ausgang
- 36a
- Längsbohrungen
- 36a'
- Längsbohrungen
- 37a
- Hohlschieber
- 37b
- Zu-/Ablaufnuten
- 37c
- Querbohrungen
- 37d
- Steuerstange
- 37e
- Steuernuten
- 37f
- Steuerleitungen
- 38
- Steilbügel
- 38a
- Stellhebel
li
- 38b
- Stellhebel
re
- 38c;
38c'
- Stellstifte
- 38d;
38d'
- Querstifte
- 38e
- Steuernocken
- 38f
- Nockenhebel
-
Antrieb
- DrW
- Drehwandler
- HAZ
- hydr.
Arbeitszylinder
- M
- hydr.
Motor
- RM
- Radmotor
- P
- Pumpe
- pein
- Eingangsdruck
- paus
- Ausgangsdruck
- psp
- Speicherdruck
- Pz
- Zylinderdruck
- RAi..4
- Arbeitsräume
- RV
- Verstellräume
- MR
- Radmotor
- SP
- Druckspeicher
- T
- Tank
- Vre1...3
- Rückschlagventile
- VReanl
- Anlassventil
- VWfa
- Fahrventil
- VWbr
- Bremsventil
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 2004019000
A1 [0024, 0036, 0037, 0038]
- - DE 10347337 A1 [0025]
- - DE 10200471 A1 [0030]