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Stand der Technik
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Die
Erfindung geht aus von einer Vorrichtung und einem Verfahren zum
Betätigen eines elektrohydraulischen Systems, insbesondere
eines Cabriolet-Verdecks nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.
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Mit
der
EP 1700 728 A2 ist
eine hydraulische Betätigungsvorrichtung mit mindestens
einem Zylinder bekannt geworden, bei dem ein erster Stelldruckraum über
ein erstes Ventil mit einem Tankvolumen und über ein zweites
Ventil mit einer Druckmittelquelle verbindbar ist. Ebenso ist der
zweite Stelldruckraum des doppeltwirkenden Zylinders mit zwei Ventilen
verbunden, um den zweiten Stelldruckraum zu befüllen oder
zu entleeren. Bei dieser Ausführung werden für
jeden doppeltwirkenden Zylinder insgesamt vier Ventile benötigt,
die beispielsweise als 2/2-Wegeventile ausgebildet sind. Nachteilig
bei einer solchen Ausführung ist jedoch, dass bei der Verwendung
mehrerer Zylinder zur Ansteuerung der Zylinder sehr viele Ventile – und
damit verbunden auch viele Steuersignale – notwendig sind.
Dies erfordert für ein komplexes System einen großen
Bauraum und verursacht hohe Kosten.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße
Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche
haben demgegenüber den Vorteil, dass durch die sequentielle
Kopplung des zweiten Zylinders mit der Bewegung des ersten Zylinders
die Anzahl der Hydraulikventile zum Betätigen des elektrohydraulischen
Systems reduziert werden kann. Dabei ist der erste Stelldruckraum
des ersten Zylinders mittels eines ersten Verzögerungsglieds
direkt mit mindestens einem weiteren ersten Stelldruckraum mindestens
eines zweiten Zylinders verbunden, wodurch die mindesten zwei erste
Stelldruckräume mittels eines einzigen Ventilpaares angesteuert
werden können. Die Verbindungsleitung zum zweiten Zylinder,
die das Verzögerungsglied enthält, zweigt hierzu
vorteilhaft von der Druckmittelleitung zwischen dem ersten Stelldruckraum
des ersten Zylinders und dem ersten Ventilpaar ab. Die Zylinder
sind vorzugsweise als Hydraulikzylinder oder Pneumatikzylinder ausgebildet.
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Durch
die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten
Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen
der in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen
Ausführungen möglich. Ebenso wie die ersten Stelldruckräume
der mehreren Zylinder sind auch deren zweite Stelldruckräume
sequentiell miteinander gekoppelt. Hierzu weist die zweite Verbindungsleitung
zwischen den mindestens zwei zweiten Stelldruckräumen der
unterschiedlichen Zylinder ein zweites Verzögerungsglied
auf.
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Ist
ein zweites Ventilpaar direkt mit dem zweiten Stelldruckraum des
zweiten Zylinders verbunden, wird der zweite Zylinder in umgekehrter
Verstellrichtung zuerst verstellt. An dieser zweiten Druckmittelleitung
zwischen dem Ventilpaar und dem zweiten Zylinder zweigt die zweite
Verbindungsleitung mit dem zweiten Verzögerungsglied ab,
die mit dem zweiten Stelldruckraum des ersten Zylinders verbunden
ist.
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Das
Verzögerungsglied weist günstiger Weise ein sogenanntes
Folgeventil auf, das erst dann Druckmittel durchströmen
lässt, wenn ein bestimmter Druck am Folgeventil anliegt.
Um bei der entgegengesetzten Bewegung des Kolbens – und
damit des Druckmittels – das Druckmittel ungehindert am
Folgeventil vorbeizuführen, ist in einem Bypass zum Folgeventil
ein Rückschlagventil angeordnet.
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Durch
das Vorgeben einer Druckschwelle für das Folgeventil wird
zuerst der erste Zylinder verstellt, und bei Erreichen eines vorgebbaren
Drucks über das Folgeventil anschließend der zweite
Zylinder verstellt. Bei der entgegengesetzten Verstellbewegung wird
hingegen zuerst der zweite Zylinder betätigt, und anschließend über
das zweite Folgeventil der erste Zylinder zurückverstellt.
Durch eine solche Anordnung kann mit zwei Ventilpaaren kann ein
zweiter oder beliebig weitere Zylinder sequentiell an die Bewegung
des ersten Zylinders gekoppelt werden.
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Durch
die parallele Anordnung des Rückschlagventils zum Folgeventil
kann in Abhängigkeit der Verstellrichtung der Zylinder
jeweils eines der beiden Folgeventile überbrückt
werden, sodass die entsprechenden Stelldruckräume schnell
entleert werden können.
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Besonders
kostengünstig können die Ventilpaare jeweils als
2/2-Wegeventile ausgebildet sein, die beispielsweise gemeinsam in
einem einzigen Ventilblock angeordnet sind.
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Besonders
günstig ist es, jeweils ein Ventil jeden Ventilpaares als
Proportionalventil, und das andere als Schaltventil auszubilden,
da die Schaltventile preiswerter und günstiger anzusteuern
sind als Proportionalventile. Vorzugsweise wird das Ventil, das
mit dem Tankvolumen verbunden ist, als Proportionalventils ausgebildet,
wobei durch die variable Ansteuerung des Elektromagneten des Proportionalventils
die Abströmgeschwindigkeit aus dem entsprechenden Stelldruckraum
variabel gesteuert werden kann.
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Für
bestimmte Anwendungen, insbesondere für das Cabriolet-Verdeck,
ist es besonders vorteilhaft, immer zwei Zylinder paarweise parallel
anzusteuern. Dabei sind die beiden ersten Stelldruckräume
parallel mit dem ersten Ventilpaar verbunden und die beiden zweiten
Stelldruckräume parallel mit dem zweiten Ventilpaar verbunden.
Bei mehreren Zylindern sind vorzugsweise alle ersten Stelldruckräume aller
Zylinderpaare mit dem ersten Ventilpaar und alle zweiten Stelldruckräume
mit dem zweiten Ventilpaar verbunden.
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Zweckmäßigerweise
sind die Ventilpaare direkt mit dem Tankvolumen und der Druckmittelquelle verbunden.
Dabei entfällt die Verwendung zusätzliche Mehrwegventile
(2/2, 2/3, 3/4, ...), wodurch die gesamte hydraulische Schaltung
ausschließlich aus identischen Ventilpaaren aufgebaut werden
kann, die aus zwei 2/2-Wegeventilen zusammengesetzt sind (insbesondere
ein Schaltventil und ein Proportionalventil).
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Erfindungsgemäß können
in dem elektrohydraulischen System alle Zylinder für eine
Verstellrichtung der Kolben durch ein einziges Steuersignal angesteuert
werden. Dadurch entfällt die Generierung individueller
Ansteuersignale für jeden einzelnen Zylinder zur Befüllung
der ersten und der zweiten Stelldruckräume.
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Das
erfindungsgemäße elektrohydraulische System wird
vorzugsweise für die Verstellung eines Verdecks eines Cabriolets
verwendet, wobei für eine gleichmäßige
Verstellung des Verdecks an jeder Fahrzeugseite jeweils ein Zylinder
eines parallel angesteuerten Zylinderpaars den Verstellbügel
betätigt. Durch das paarweise Zusammenfassen jeweils zweier
Zylinder kann deren Ansteuerungsaufwand deutlich reduziert werden.
Durch den Einbau der Verzögerungsglieder können
dabei unterschiedliche Zylinderpaare nacheinander betätigt
werden. Dies ist besonders vorteilhaft beim Cabriolet-Verdeck, das
beispielsweise zuerst mittels mindestens einem Zylinder aus dem
Verdeckkasten ausgefahren wird, bevor sich die einzelnen Verstellbügel
entfalten.
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Durch
das erfindungsgemäße Betätigungsverfahren
des elektrohydraulischen Systems werden vorteilhaft alle ersten
Stelldruckräume über ein einziges 2/2-Wegeventil
nacheinander mit Druckmittel beaufschlagt. Die Entleerung der zweiten
Stelldruckräume der mehreren Zylinder kann dabei über
ein Proportionalventil gedrosselt werden, so dass unterschiedliche
Verstellgeschwindigkeiten der Kolben erzielt werden können.
Für die entgegengesetzte Verstellrichtung der Kolben können
diese ebenfalls mittels eines einzigen Ventilpaars in umgekehrter
Reihenfolge zurückbewegt werden. Durch die Einstellung
der Druckschwelle der Folgeventile kann der Übergang zwischen
den Verstellbewegungen der sequentiell gekoppelten Zylinder geregelt
werden. So kann beispielsweise ein gewisser Überlapp oder
eine bestimmte Wartezeit zwischen den Verstellbewegungen der unterschiedlichen
Zylinder vorgegeben werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachfolgenden
Zeichnung dargestellt und in der Beschreibung näher erläutert.
Es zeigt
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1 eine
erfindungsgemäßes elektrohydraulisches System,
insbesondere für ein Cabriolet-Verdeck.
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Die
in der 1 dargestellte elektrohydraulische Betätigungsvorrichtung 1 umfasst
mehrere Zylinder 2, in denen Kolben 3 entlang
einer ersten Verstellrichtung 60 verschiebbar angeordnet
sind. Um die Bewegung des Kolbens 3 auf eine zu betätigende Klappe
oder beispielsweise auf einen Verstellbügel 98 eines
Verdecks 100 eines Cabriolets zu übertragen, ist
dieser mit dem Kolben 3 über eine Kolbenstange 4 verbunden.
Der Kolben 3 weist eine erste Kolbenfläche 5 auf,
die einen ersten Stelldruckraum 6 in dem Zylinder 2 begrenzt.
Auf der von der ersten Kolbenfläche 5 abgewandten
Seite ist an dem Kolben 3 eine zweite Kolbenfläche 7 ausgebildet,
die entsprechend einen zweiten Stelldruckraum 8 in dem Zylinder 2 begrenzt.
In Abhängigkeit von der auf den Kolben 3 wirkenden
resultierenden hydraulischen Kraft wird der Kolben 3 in
dem Zylinder 2 in Verstellrichtung 60 oder in
Gegenrichtung 61 verschoben.
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Zur
Verstellung des Kolbens 3 entlang der ersten Verstellrichtung 60 ist
der erste Stelldruckraum 6 eines ersten Zylinders 41 über
ein zweites Ventil 16 mit einer Druckmittelquelle 59 verbindbar. Als
Druckmittelquelle 59 dient im dargestellten Ausführungsbeispiel
eine Hydropumpe 49, die vorzugsweise als Konstantpumpe
ausgeführt ist. Die Hydropumpe 49 ist zur Förderung
in lediglich einer Richtung vorgesehen und wird von einem Elektromotor 30 angetrieben,
der mit der Hydropumpe 49 über eine Welle 31 verbunden
ist. Die Hydropumpe 49 saugt Druckmittel über
eine Saugleitung 22 aus einem Tankvolumen 24 an.
Das von der Hydropumpe 49 angesaugte Druckmittel wird in
eine Arbeitsdruckleitung 25 gefördert. Die Hydropumpe 49 ist
mit einem Überdruckventil 50 verbunden, mittels
dessen der Maximaldruck in dem elektrohydraulischen System 1 einstellbar
ist. Die Arbeitsdruckleitung 25 verzweigt sich in einen
ersten Arbeitsdruckleitungszweig 26 und einen zweiten Arbeitsdruckleitungszweig 27.
Der erste Arbeitsdruckleitungszweig 26 ist mit dem zweiten Ventil 16 verbunden. Über
das zweite Ventil 16 kann eine durchströmbare
Verbindung zwischen dem ersten Arbeitsdruckleitungszweig 26 und
einem zweiten Leitungszweig 12 hergestellt werden, so dass
das von der Hydropumpe 49 in die Arbeitsdruckleitung 25 geförderte
Druckmittel über den ersten Arbeitsdruckleitungszweig 26 durch
das zweite Ventil 16 in den ersten Stelldruckraum 6 strömt
und dort die erste Kolbenfläche 5 mit einer hydraulischen
Kraft beaufschlagt.
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Der
erste Stelldruckraum 6 des ersten Zylinders 41 ist
mittels einer ersten Stelldruckleitung 9 mit dem zweiten
Ventil 16 und mit einem ersten Ventil 15 verbunden,
das wiederum mit dem Tankvolumen 24 verbunden ist. Hierzu
verzweigt sich die erste Stelldruckleitung 9 in einen ersten
Leitungszweig 11, der zum ersten Ventil 15 führt,
und einen zweiten Leitungszweig 12, der zum zweiten Ventil 16 führt.
Das erste Ventil 15 und das zweite Ventil 16 bilden
somit ein erstes Ventilpaar 74, das mit dem ersten Stelldruckraum 6 des
ersten Zylinders 41 verbunden ist. Zwischen dem ersten
Ventilpaar 74 und dem ersten Stelldruckraum 6 des
ersten Zylinders 41 zweigt eine erste Verbindungsleitung 32 ab,
die über ein Verzögerungsglied 33 zu
einem ersten Stelldruckraum 6 eines zweiten Zylinders 42 führt.
Das erste Verzögerungsglied 33 umfasst ein Folgeventil 38,
das beispielsweise als Druckbegrenzungsventil 39 ausgebildet
ist. Parallel zum Folgeventil 38 ist ein Rückschlagventil 40 angeordnet,
das den Durchfluss vom ersten Zylinder 41 hin zum zweiten
Zylinder 42 sperrt, das Druckmittel jedoch in Gegenrichtung
ungehindert um das Folgeventil 38 herumführt.
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Der
zweite Stelldruckraum 8 des zweiten Zylinders 42 ist über
eine zweite Stelldruckleitung 10 mit einem zweiten Ventilpaar 75 verbunden,
das aus einem dritten Ventil 17 und einem vierten Ventil 18 besteht.
Die Stelldruckleitung 10 verzweigt sich dazu in einen dritten
Leitungszweig 13, der den zweiten Stelldruckraum 8 über
das Ventil 17 mit dem Tankvolumen 24 verbindet,
und einen vierten Leitungszweig 14, der den zweiten Stelldruckraum 8 über
das Ventil 18 mit der Druckmittelquelle 59 verbindet.
Zwischen dem zweiten Ventilpaar 75 und dem zweiten Stelldruckraum 8 des
zweiten Zylinders 42 mündet die zweite Stelldruckleitung 10 in
eine zweite Verbindungsleitung 34, die über ein
zweites Verzögerungsglied 35 zum zweiten Stelldruckraum 8 des
ersten Zylinders 41 führt.
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Die
Ventile 15, 16, 17, 18 sind
im Ausführungsbeispiel alle als 2/2-Wegeventile ausgebildet, wobei
jeweils ein Ventil der Ventilpaare 74, 75 als Proportionalventil 68,
und das andere Ventil als Schaltventil 66 ausgeführt
ist. Im konkreten Ausführungsbeispiel sind die Ventile 15 und 17,
die die Stelldruckräume 6, 8 mit dem
Tankvolumen 24 verbinden, als Proportionalventile ausgebildet,
deren Durchflussmenge variiert werden kann. Die Ventile 15 bis 18 werden
von einem Steuergerät 37 über Steuersignale 36 angesteuert,
wodurch Elektromagneten 52 der Ventile 15 bis 18 betätigt
werden. Die Ventile 15 bis 18 werden ohne Bestromung
mittels einer Feder 54 in einer Ruheposition gehalten und
durch die Bestromung der Elektromagneten 52 die Ventilposition verändert.
Dabei weisen die Schaltventile 66 nur zwei diskrete Ventilpositionen
auf, von denen eine Position den Durchfluss unterbricht, und die
andere Ventilposition das Druckmittel ungehindert fließen
lässt. Bei den Proportionalventilen 68 hingegen
kann über die Bestromung der Elektromagnete 52 ein
variabler Durchfluss eingestellt werden. Dabei stellen die beiden
Grenzpositionen einen ungehinderten Durchlass und einen komplett
gesperrten Durchfluss dar. Durch die Auswahl der Ruheposition der
einzelnen Ventile 15 bis 18 kann vorgegeben werden,
in welche Richtung die Kolben 3 beispielsweise bei einem
Ausfall der Elektronik 37 in einem Notbetrieb verstellbar
sind. Vorzugsweise werden die Ruhepositionen derart vorgegeben,
dass in unbestromtem Zustand die Ventile (15, 17),
die mit dem Tankvolumen 24 verbunden sind, in einer geöffneten
Position verharren, während die Ventile (16, 18),
die mit der Druckmittelquelle 59 verbunden sind, den Durchfluss
komplett sperren. Diese Ruhepositionen der Ventile 15 bis 18 sind
in 1 dargestellt.
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Zum
Starten des Verstellvorgangs des elektrohydraulischen Systems 1 werden
nun beispielsweise die Ventile 15 und 16 geöffnet
(durch ein Steuersignal 36), wodurch der erste Stelldruckraum 6 des ersten
Zylinders 41 vom Tankvolumen 24 abgesperrt ist,
und Druckmittel von der Druckmittelquelle 59 durch das
Ventil 16 ungehindert in den ersten Stelldruckraum 6 fließt.
Dadurch wird die Zylinderstange 4 des ersten Zylinders 41 entlang
der ersten Verstellrichtung 60 bewegt, indem Druckmittel
aus dem zweiten Stelldruckraum 8 des ersten Zylinders 41 über das
Rückschlagventil 40 des zweiten Verzögerungsglieds 35 über
das Ventil 17 in das Tankvolumen 24 entweicht.
Dabei sperrt das Ventil 18 die Zufuhr von Druckmittel aus
der Druckmittelquelle 59 in einen der zweiten Stelldruckräume 8.
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Das
erste Verzögerungsglied 33 in der ersten Verbindungsleitung 32 sorgt
dafür, dass in dieser Phase kein Druckmittel in den ersten
Stelldruckraum 6 des zweiten Zylinders 42 gelangt,
da das Rückschlagventil 40 des ersten Verzögerungsglieds 33 in diese
Richtung sperrt und das Folgeventil 38 erst oberhalb einer
bestimmten Druckschwelle öffnet. Wird diese Druckschwelle
im ersten Stelldruckraum 6 und damit in der Stelldruckleitung 9 erreicht, öffnet das
Verzögerungsglied 33 und befüllt den
ersten Stelldruckraum 6 des zweiten Zylinders 42.
Dabei entweicht Druckmittel aus dem zweiten Stelldruckraum 8 des
zweiten Zylinders 42 über die zweite Stelldruckleitung 10 in
das Tankvolumen 24. Somit wird der Zylinder 42 zeitlich
nach dem ersten Zylinder 41 betätigt, wodurch
beispielsweise unterschiedliche Verstellbügel 98 eines
Cabrioletverdecks 100 nacheinander verstellt werden.
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Für
die umgekehrte Verstellbewegung wird nun beispielsweise nur das
zweite Ventilpaar 75 bestromt und die Ventile 15 und 16 des
ersten Ventilpaars 74 in ihre Ruheposition zurückgestellt.
In diesem Betriebszustand fließt Druckmittel von der Druckmittelquelle 59 über
das Ventil 18 in den zweiten Stelldruckraum 8 des
zweiten Zylinders 42, wodurch dessen Kolbenstange 4 in
Gegenrichtung 61 verstellt wird. Während des Verstellvorgangs
entweicht das Druckmittel aus dem ersten Stelldruckraum 6 des
zweiten Zylinders 42 über die erste Verbindungsleitung 32 und
die erste Stelldruckleitung 9 über das Ventil 15 in
das Tankvolumen 24. In dieser Fließrichtung kann
das Druckmittel über das Rückschlagventil 40 ungehindert
das Folgeventil 38 des ersten Verzögerungsglieds 33 umgehen.
Erst wenn eine bestimmte Druckschwelle im zweiten Stelldruckraum 8 des
zweiten Zylinders 42 – und damit in der zweiten
Stelldruckleitung 10 – erreicht ist, lässt
das zweite Verzögerungsglied 35 Druckmittel in
den zweiten Stelldruckraum 8 des ersten Zylinders 41 einströmen.
Dadurch wird die Kolbenstange 4 des ersten Zylinders 41 zeitlich
versetzt in Gegenrichtung 61 verstellt, wobei Druckmittel
aus dem ersten Stelldruckraum 6 über das Ventil 15 in
das Tankvolumen 24 entweicht.
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In
einer alternativen Ausführung ist zu dem ersten Zylinder 41 und/oder
dem zweiten Zylinder 42 jeweils ein zweiter Zylinder 43, 44 parallel
geschaltet, sodass die Zylinder 41 und 43 ein
erstes Zylinderpaar 70 und die Zylinder 42 und 44 ein
zweites Zylinderpaar 71 bilden. (gestrichelt dargestellte
Verbindungsleitungen). Dabei sind die Kolbenstangen 4 der
Zylinderpaare 70, 71 jeweils an gegenüberliegenden Fahrzeugseiten
eines Verstellbügels 98 eines Cabrioletverdecks 100 angeordnet.
Dabei bewegen sich die Kolben 3 der Zylinderpaare 70, 71 näherungsweise
synchron, um die Verstellbügel 98 gleichmäßig
zu verstellen. In einer weiteren nicht dargestellten Ausführung
können auch weitere Zylinderpaare und/oder einzelne Zylinder
sequentiell miteinander gekoppelt werden.
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Bei
der erfindungsgemäßen Ausführung zum Betätigen
des elektrohydraulischen Systems 1 werden für
eine erste Verstellrichtung 60 alle Stelldruckräume 6 mit
einem einzigen ersten Ventilpaar 74 angesteuert, und zur
Verstellung in Gegenrichtung 61 alle Stelldruckräume 6 einem
weiteren zweiten Ventilpaar 75.
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Es
sei angemerkt, dass hinsichtlich der in der 1 und der
Beschreibung dargestellten Ausführungsvarianten vielfältige
Kombinationsmöglichkeiten der einzelnen Merkmale untereinander
möglich sind. So kann die Gesamtanzahl und die Gruppierungsmöglichkeit
der eingesetzten Zylinder 2 variiert werden. Ebenso können
die Verstellrichtungen der unterschiedlichen Zylinder 41, 42 in
entgegengesetzter Richtung kombiniert werden. Bevorzugt sind die Ventile 15 bis 18 ohne
Zwischenschaltung weiterer Mehrwegventile mit der Druckmittelquelle 59 und
mit dem Tankvolumen 24 einerseits, sowie mit den Stelldruckräumen 6, 8 der
Zylinder 2 verbunden. Jedoch können an bestimmten
Stellen Rückschlagventile oder sonstige Bauelemente eingesetzt
werden, die gegebenenfalls ein notwendiges Lasthalten oder ein Abbremsen
der Kolben 3 gewährleisten. Bevorzugt wird die
erfindungsgemäße elektrohydraulische Verstellvorrichtung 1 für
das Öffnen/Schließen von Cabriolet-Verdecken verwendet,
bei dem mehrere Verstellachsen mittels mehrerer Zylinderpaaren 71, 72 verstellt
werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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