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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Hydraulikversorgungseinheit,
wie sie insbesondere in einem Fahrzeug eingesetzt werden kann, um
einen hydraulischen Verbraucher, der zumindest einen Verbrauchsbereich
aufweist, mit Druckfluid zu versorgen.
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In
Kraftfahrzeugen existieren verschiedene Systembereiche, die im Betrieb
mit Druckfluid zu speisen sind. Ein derartiger Systembereich ist
beispielsweise gebildet durch eine Gasfeder-Torsionsschwingungsdämpferanordnung, welche in einem Antriebsstrang
eines Fahrzeugs angeordnet ist und dem Entstehen von Drehschwingungen
im Antriebsstrang entgegenwirkt. Dazu weisen derartige Gasfeder-Torsionsschwingungsdämpferanordnungen
im Allgemeinen mit einem komprimierbaren Fluid, also beispielsweise
Luft, gefüllte
Gasfedereinheiten auf, die bei Relativdrehung zwischen einer Primärseite und
einer Sekundärseite
belastet werden. Dabei können
beispielsweise für
eine Belastung in Zugrichtung und auch für eine Belastung in Schubrichtung
voneinander im Wesentlichen unabhängig wirksame Gasfedereinheiten
vorgesehen sein, die bei Zug- oder Schubbelastung eines Antriebsstrangs
dann durch entsprechende Verdrängung
oder Förderung
eines inkompressiblen Fluids, wie z. B. Öl, belastet werden und somit
eine einer Relativdrehung zwischen der Primärseite und der Sekundärseite entgegenwirkende
Gegenkraft aufbauen. Eine derartige Gasfeder-Torsionsschwingungsdämpferanordnung weist also mit
ihren zugseitig wirksamen Systembereichen und ihren schubseitig
wirksamen Systembereichen grundsätzlich
zwei Verbrauchsbereiche auf, die auch zur Beeinflussung des Dämpfungsverhaltens
mit im Wesentlichen inkompressiblem, im Allgemeinen unter vergleichsweise
hohem Druck stehendem Druckfluid zu speisen sind.
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Es
ist die Zielsetzung der vorliegenden Erfindung, eine Hydraulikversorgungseinheit
zur Versorgung eines hydraulischen Verbrauchers mit wenigstens einem
Verbrauchsbereich mit Druckfluid vorzusehen, welche von kompaktem
Aufbau ist und somit leicht insbesondere in ein Fahrzeug integriert
werden kann.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe gelöst durch
eine Hydraulikversorgungseinheit zur Versorgung eine hydraulischen
Verbrauchers mit wenigstens einem Verbrauchsbereich mit Druckfluid,
umfassend eine Druckfluidquelle zur Bereitstellung von Druckfluid
und eine Versorgungsventilanordnung zur wahlweisen Zufuhr von Druckfluid
zu wenigstens einem Verbrauchsbereich, wobei die Druckfluidquelle und
die Versorgungsventilanordnung zu einer Baueinheit zusammengefasst
sind.
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Bei
der erfindungsgemäßen Hydraulikversorgungseinheit
sind die elementaren Systembereiche, nämlich die Druckfluidquelle
einerseits und die Versorgungsventilanordnung andererseits, zu einer Baueinheit
zusammengefasst. Dies bedeutet, dass diese sehr eng miteinander
in Wechselwirkung stehenden Systembereiche auch sehr nahe beieinander liegen
und somit die Übertragungswege
und darin entstehende Druckverluste oder Leckagen sehr gering gehalten
werden können.
Das Zusammenfassen dieser wesentlichen Systembereiche zu einer Baueinheit
ermöglicht
es weiterhin, diese kompakt gestaltbare Baueinheit mit vergleichsweise
großer
Freiheit in einem Fahrzeug unterzubringen.
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Um
bei vergleichsweise komplexem, durch die Ausgestaltung der verschiedenen
Systembereiche vorgegebenem internen Aufbau das Zusammenfassen zu
einer Baueinheit zu unterstützen,
wird vorgeschlagen, dass die Baueinheit eine Mehrzahl von Gehäuseelementen
umfasst, an oder/und in welchen Komponenten der Druckfluidquelle
und der Versorgungsventilanordnung vorgesehen sind.
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Die
Druckfluidquelle kann eine durch einen Antriebsmotor antreibbare
Druckfluidpumpe und einen Druckfluidspeicher umfassen. Insbesondere
das Vorsehen eines Druckfluidspeichers stellt sicher, dass auch
spontane Druckfluidanforderungen erfüllt werden können, ohne
dass die im Allgemeinen mit vergleichsweise großer Verzögerung arbeitende Druckfluidpumpe
in Betrieb gesetzt werden muss.
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Beispielsweise
kann die Druckfluidpumpe als Planetenrotorpumpe ausgebildet sein.
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Weiter
kann vorgesehen sein, dass der Druckfluidspeicher ein im Wesentlichen
zylindrisches Speichergehäuse
mit einem darin verschiebbaren Druckfluid von einem komprimierbaren
Speicherfluid trennenden Trennkolben umfasst, wobei gemäß einer
besonders vorteilhaften Ausgestaltungsvariante vorgeschlagen wird,
dass ein Verhältnis
zwischen einem maximalen Hub des Trennkolbens und einer Innenquerabmessung
des Speichergehäuses
mindestens 1 beträgt.
Dies bedeutet, dass mit bezogen auf die Innenquerabmessung, also
beispielsweise den Durchmesser bei kreisrunder Ausgestaltung, länglicher
Formgebung des Speichergehäuses
ein vergleichsweise großes
Speichervolumen bereitgestellt werden kann und auch hohe Drücke ohne
der Gefahr einer durch eine Verformung nach radial außen induzierten
Fehlfunktion des Druckfluidspeichers gespeichert werden können.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform wird vorgeschlagen,
dass die Versorgungsventilanordnung in Zuordnung zu jedem wahlweise
mit Druckfluid zu versorgenden Verbrauchsbereich ein durch einen
Fluidsteuerdruck zu verstellendes Hauptsteuerventil zum Herstellen
und Unterbrechen der Verbindung zwischen einer Hauptdruckleitung
und einem Verbrauchsbereich sowie ein unter der Ansteuerung einer
Ansteuervorrichtung stehendes Vorsteuerventil zum Anlegen des Fluidsteuerdrucks
an ein jeweils zugeordnetes Hauptsteuerventil umfasst.
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Um
dabei sicherzustellen, dass unabhängig von den in der Hauptdruckleitung
bei Druckfluidabgabe entstehenden Druckschwankungen im Bereich eines
Vorsteuerventils mit einem konstanten Eingangsdruck gearbeitet werden
kann, wird weiter vorgeschlagen, dass ein Druckminderer vorgesehen
ist zum Speisen eines Vorsteuerventils mit einem unter dem Fluiddruck
in der Hauptdruckleitung liegenden Eingangsdruck.
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Jedes
Hauptsteuerventil kann einen Hauptsteuerventilschieber mit zwei
Ventilabschlussbereichen umfassen, und es kann weiter vorgesehen
sein, dass alle Hauptsteuerventilschieber in einem gemeinsamen Hauptsteuerventilgehäuseelement
verschiebbar aufgenommen sind.
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Um
eine durch Druckbelastungen möglicherweise
induzierte Verklemmung oder Beeinträchtigung der Bewegung eines
Hauptsteuerventilschiebers zu vermeiden, wird weiter vorgeschlagen,
dass jeder Hauptsteuerventilschieber in einer in dem Hauptsteuerventilgehäuseelement
ausgebildeten Ventilschieberöffnung
verschiebbar aufgenommen ist und in einem Außenumfangsbereich mit wenigstens
einer Umfangsnut versehen ist.
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Weiter
kann vorgesehen sein, dass jedes Vorsteuerventil einen Vorsteuerventilschieber
mit zwei Ventilabschlussbereichen umfasst, wobei alle Vorsteuerventilschieber
in einem gemeinsamen Vorsteuerventilgehäuseelement verschiebbar aufgenommen
sein können.
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Der
Druckminderer kann einen Druckminderventilschieber mit einem Ventilabschlussbereich
umfassen.
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Um
den Aufbau der erfindungsgemäßen Hydraulikversorgungseinheit
möglichst
kompakt zu halten, wird weiter vorgeschlagen, dass der Druckminderventilschieber
in dem Vorsteuerventilgehäuse verschiebbar
aufgenommen ist.
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Da
die Druckfluidquelle mit ihrer Druckfluidpumpe einen zentralen Bereich
bei der erfindungsgemäßen Hydraulikversorgungseinheit
bildet, wird weiter vorgeschlagen, dass die Druckfluidpumpe im Wesentlichen
in einem Hauptgehäuseelement
vorgesehen ist, wobei vorzugsweise weiter vorgesehen ist, dass der
Druckfluidspeicher an dem Hauptgehäuseelement getragen ist.
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Das
Hauptsteuerventilgehäuseelement
und das Vorsteuerventilgehäuseelement
sind vorzugsweise am Hauptgehäuseelement
getragen.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Hydrauliksystem, umfassend
einen mit Druckfluid zu versorgenden hydraulischen Verbraucher mit
wenigstens einem Verbrauchsbereich und eine erfindungsgemäße Hydraulikversorgungseinheit.
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Ein
derartiger hydraulischer Verbraucher kann beispielsweise zwei Verbrauchsbereiche
aufweisen. Dies kann z. B. dann der Fall sein, wenn der hydraulische
Verbraucher eine Druckfluid-Torsionsschwingungsdämpferanordnung
umfasst.
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Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden
Figuren detailliert beschrieben. Es zeigt:
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1 eine
Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen Hydraulikversorgungseinheit;
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2 eine
perspektivische Darstellung der Hydraulikversorgungseinheit der 1 im
zusammengefügten
Zustand;
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3 eine
Ansicht der in 2 gezeigten Hydraulikversorgungseinheit
in Blickrichtung III in 2;
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4 eine
Ansicht der in 2 gezeigten Hydraulikversorgungseinheit
in Blickrichtung IV in 2;
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5 eine
schaltplanartige Darstellung einer Versorgungsventilanordnung der
erfindungsgemäßen Hydraulikversorgungseinheit;
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6 eine
Längsschnittansicht
einer als Planetenrotorpumpe ausgebildeten Fluidpumpe;
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7 eine
Prinzip-Querschnittsansicht einer Planetenrotorpumpe;
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8 das
Detail VIII in 6 vergrößert;
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9 eine
Prinzip-Axialansicht einer Planetenrotorpumpe mit einem Rotor und
einem Einlassbereich und einem Auslassbereich;
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10 eine
Schnittansicht eines Vorsteuerventilgehäuseelements, geschnitten im
Bereich eines Druckminderers;
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11 eine
Schnittansicht eines Vorsteuerventilgehäuseelements, geschnitten im
Bereich eines Vorsteuerventils;
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12 eine
teilweise geschnitten dargestellte Draufsicht auf ein Vorsteuerventilgehäuseelement mit
zwei Vorsteuerventilen und einem Druckminderer,
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13 eine
stirnseitige Ansicht eines Hauptsteuerventilgehäuseelements mit zwei Hauptsteuerventilen;
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14 eine
Schnittdarstellung des Hauptsteuerventilgehäuseelements der 13,
geschnitten längs
einer Linie XIV-XIV in 13;
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15 eine
Längsschnittansicht
eines Druckspeichers; und
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16 das
Detail XVI in 15 vergrößert.
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In
den 1 bis 4 ist in verschiedenen Darstellungen
eine Hydraulikversorgungseinheit 10 erkennbar, die in einem
Fahrzeug dazu eingesetzt werden kann, unter Druck stehendes, im
Wesentlichen inkompressibles Fluid, also beispielsweise Öl, zu einem
hydraulischen Verbraucher zu speisen. Ein derartiger hydraulischer
Verbraucher kann beispielsweise eine Gasfeder-Torsionsschwingungsdämpferanordnung
sein, die mit ihren Systembereichen zum Bereitstellen einer Dämpfungsfunktionalität sowohl
in Zugrichtung als auch in Schubrichtung zwei Verbrauchsbereiche
bereitstellt.
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Die
erfindungsgemäß aufgebaute
Hydraulikversorgungseinheit 10 ist grundsätzlich als
eine Baueinheit aufgebaut, so dass diese Baueinheit leicht in ein
Fahrzeug integriert werden kann. Als zentralen Bestandteil umfasst
diese Hydraulikversorgungseinheit ein Hauptgehäuseelement 12, das
beispielsweise aus Metall und näherungsweise
würfelartig
aufgebaut sein kann und in welchem im Wesentlichen eine nachfolgend
noch detaillierter erläuterte
Druckfluidpumpe 14 einer allgemein mit 16 bezeichneten Druckfluidquelle
vorgesehen sein kann. Die Druckfluidquelle 16 umfasst weiterhin
einen Druckspeicher 18, der an dem Hauptgehäuseelement 12 getragen ist.
Weiter umfasst die erfindungsgemäß Hydraulikversorgungseinheit 10 ein
Vorsteuerventilgehäuseelement 10 und
ein Hauptsteuerventilgehäuseelement 22,
die an zwei zueinander orthogonal stehenden Stirnflächen des
Hauptgehäuseelements 12 unter Zwischenlagerung
jeweiliger plattenartiger Dichtungselemente 24 durch Schraubverbindung
oder dergleichen festzulegen sind.
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In
dem Vorsteuerventilgehäuseelement 20 und
dem Hauptsteuerventilgehäuseelement 22 sind wesentliche
Systembereiche einer Versorgungsventilanordnung 26 untergebracht,
welche nachfolgend mit Bezug auf die 5 detailliert
erläutert
wird.
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An
der dem Druckspeicher 18 entgegengesetzt liegenden Seitenfläche des
Hauptgehäuseelements 12 ist
an diesem ein Antriebsmotor 28 zum Antrieb der Druckfluidpumpe 14 vorgesehen.
Ferner umfasst die Hydraulikversorgungseinheit 10 einen Fluidbehälter 30,
der über
eine Leitung 32 in Verbindung mit einem Seitengehäuseelement 34 ist, über welches
die Druckfluidpumpe 14 Fluid aufnimmt und dann unter Druck
insbesondere in Richtung Druckspeicher 18 abgibt.
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Dabei
kann das Volumen des Fluidbehälters so
ausgelegt sein, dass es, auch unter Berücksichtigung der Förderkapazität der Druckfluidpumpe 14 das
maximale Schluckvolumen eines hydraulischen Verbrauchers an Fluid
bereithalten kann. Der maximale Füllpegel sollte etwa bei 80
bis 90% der Höhe des
Fluidbehälters 30 liegen.
Der noch belassene Freiraum dient zur Abscheidung von Luftblasen.
Sofern aus Druckfluid verbrauchenden Systembereichen Fluid zurückgespeist
wird, was auch in Form von Leckageströmen der sein kann, sollten
Rücklaufleitungen
unterhalb des geringsten Flüssigkeitsstandes
in den Fluidbehälter 30 einmünden, um
beim Einströmen
von Fluid das Mitreißen
von Luft zu vermeiden. Selbstverständlich kann der Fluidbehälter 30 mit einem
Einfüllsieb
und einer Entlüftung
versehen sein.
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Man
erkennt in den 1 und 3 am Hauptgehäuseelement 12 ferner
einen elektrischen Anschlussbereich 15, über welchen
die Druckfluidpumpe 14 an eine Ansteuervorrichtung angeschlossen
werden kann.
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Man
erkennt in den 2 bis 4, dass
bei einer Einbaupositionierung der Hydraulikversorgungseinheit 10 der
Fluidbehälter 30 über dem Hauptgehäuselement 12 und
mithin auch über
der im Wesentlichen darin aufgenommenen Druckfluidpumpe 14 liegt,
so dass diese Fluid aus dem Fluidbehälter 30 nicht ansaugen
muss, sondern unter Schwerkraftausnutzung des Fluids aus dem Fluidbehälter 30 in
Richtung zu dem Seitengehäuseelement 34 und über dieses
zur Druckfluidpumpe 14 strömen kann. Es sei hier darauf
hingewiesen, dass bei vollständig autark
arbeitenden Systemen der Fluidbehälter 30 das einzige
Reservoir für
die Bereitstellung von Druckfluid sein kann. Es ist jedoch möglich, dass
dieser Fluidbehälter 30 durch
ein beispielsweise durch einen Getriebesumpf bereitgestelltes Reservoir
ersetzt wird oder aus diesem über
eine weitere Pumpe, beispielsweise die Getriebeölpumpe, mit Fluid gespeist
wird, welches dann wiederum in Richtung Druckfluidpumpe 14 abgegeben
werden kann.
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Die 5 zeigt
in schaltplanartiger Darstellung den Aufbau der erfindungsgemäßen Hydraulikversorgungseinheit 10 mit
der Druckfluidpumpe 14 und dem diese antreibenden Antriebsmotor 28.
Dieser kann als permanent erregter Gleichstrom-Brüstenmotor
ausgebildet sein, dessen Drehzahl durch Variation der an diesen
angelegten Spannung bzw. mittleren Spannung angepasst werden kann.
Alternativ ist auch der Einsatz eines bürstenlosen Permanentmagnetenmotors
denkbar, der elektrisch kommutiert ist. Die Kommutierung und Erfassung
der Drehposition des Rotors desselben kann elektronisch durch Blockkommutierung
mit Hall-Sensoren, durch
sensorlose Blockkommutierung oder durch sinusförmige Kommutierung erfolgen.
Da bei dem erfindungsgemäßen Hydraulikversorgungssystem
der Druckspeicher 18 vorgesehen ist, der Antriebsmotor 28 also
nur vergleichsweise kurzzeitig betrieben werden muss, um im Bedarfsfalle
den Druckspeicher 18 zu laden, kann grundsätzlich der
Antriebsmotor 28 etwas unterdimensioniert sein, so dass
er auch kurzzeitig mit Überlast
zu betreiben ist, was die erfindungsgemäße Baueinheit leichter und
kostengünstiger
macht.
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Über einen
Saugfilter 36 mit beispielsweise parallel geschaltetem
Rückschlagventil 38 nimmt
die Druckfluidpumpe 14 Fluid aus einem Reservoir 40 auf,
beispielsweise dem vorangehend bereits erläuterten Fluidbehälter 30 oder
einen Getriebeölsumpf oder
dergleichen. Die Druckfluidpumpe 14 gibt beispielsweise über in dem
Hauptgehäuseelement 12 ausgebildete
Strömungskanäle das Druckfluid
in Richtung zu einer Hauptdruckleitung 42 ab, mit welcher
auch der Druckspeicher 18 sowie ein Drucksensor 44 in
Verbindung steht. Um bei geladenem Druckspeicher 18 ein
Rückströmen bzw.
eine rückwirkende Belastung
der Druckfluidpumpe 14 zu vermeiden, ist ausgangsseitig
dieser ein Rückschlagventil 46 zugeordnet.
Ein Druckbegrenzungsventil 48 sorgt dafür, dass dann, wenn der Druck
in der Hauptdruckleitung 42 einen vorbestimmten Betriebsdruck
erreicht hat, bei weiter andauerndem Betrieb der Druckfluidpumpe 14 ein übermäßiger Druckanstieg
nicht stattfinden kann, sondern weiterhin gefördertes, grundsätzlich aber
nicht mehr benötigtes
Fluid wieder zum Reservoir 40 zurückströmen kann.
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Der
Drucksensor 44 kann ein kombinierter Druck/Temperatur-Sensor
sein, dessen Messbereich nicht zu groß sein sollte, um eine hohe
Auflösung
zur gezielten Ansteuerung des Antriebsmotors 28 durch eine
Ansteuervorrichtung zu erhalten.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass selbstverständlich anstelle des gezeigten
Saugfilters 36 auch ein Druckfilter ausgangsseitig an der
Druckfluidpumpe 14 vorgesehen sein kann, wie dies anhand
des in den 1 und 4 erkennbaren
Druckfilters 52 veranschaulicht ist. Auch dieser Druckfilter 52 kann
in entsprechenden Strömungsräumen des
Hauptgehäuseelements 12 angeordnet
sein. In diesen Druckfilter 52 kann ein Bypassventil integriert
sein bzw. dazu parallelgeschaltet sein, um insbesondere aufgrund
zu hoher Zähigkeit
bei niedriger Temperatur entstehende Druckdifferenzen im Bereich
dieses Druckfilters zu vermeiden.
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Man
erkennt in der 5 weiter einen hydraulischen
Verbraucher 50, beispielsweise die vorangehend bereits
angesprochene Gasfeder-Torsionsschwingungsdämpferanordnung
mit ihren beiden Verbrauchsbereichen 54, 56, die
grundsätzlich
mit Druckfluid zu versorgen sind. Jedem dieser beiden Verbrauchsbereiche 54, 56 ist
ein beispielsweise elektromagnetisch von einer Ansteuervorrichtung
anzusteuerndes Vorsteuerventil 58 bzw. 60 sowie
ein Hauptsteuerventil 62 bzw. 64 zugeordnet. Jedes
der Hauptsteuerventile 62, 64 empfängt von
dem zugeordneten Vorsteuerventil 58, 50 einen
Fluidsteuerdruck. Entsprechend dem über die Vorsteuerventile 58, 60 an
die jeweils zugeordneten Hauptsteuerventile 62, 64 angelegten
Vorsteuerventildruck wird der in der Hauptdruckleitung 42 vorherrschende
Fluiddruck dann ggf. in geminderter Weise an den zugeordneten Verbrauchsbereich 54, 56 angelegt.
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Um
die Vorsteuerventile 58, 60 unabhängig von
dem in der Hauptdruckleitung 42 vorherrschenden Fluiddruck
mit einem im wesentlichen gleichmäßigen Eingangsdruck zu versorgen,
ist ein Druckminderer 66 vorgesehen, über welchen Fluid von der Hauptdruckleitung 42 abgezweigt
und mit einem im Wesentlichen konstanten und unter dem Druck in
der Hauptdruckleitung 42 liegenden Fluiddruck zu den Vorsteuerventilen 58, 60 geführt wird.
Dabei sollte dieser Eingangsdruck vorzugsweise unter einem Niveau
liegen, das unter dem unteren Schwellendruck der Hauptdruckleitung 42 liegt,
dessen Erreichen nach entsprechender Sensierung durch den Drucksensor 44 zum
Erregen des Antriebsmotors 28 und somit zum Erhöhen des
Fluiddrucks in der Hauptdruckleitung 42 bis zum Erreichen
des normalen Betriebsdrucks, d. h. einer oberen Druckschwelle, führt.
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Die
Ansteuerung der beiden Vorsteuerventile 58, 60 erfolgt
mit der bereits angesprochenen Ansteuervorrichtung unter Ausnutzung
der beispielsweise von Lagesensoren erfassten Relativpositionierung
einer Primärseite
und einer Sekundärseite
einer Gasdfeder-Torsionsschwingungsdämpferanordnung oder
dergleichen. Soll an die Hauptsteuerventile 62, 64 ein
Fluidsteuerdruck angelegt werden, werden die Vorsteuerventile 58, 60 erregt.
Im nicht erregten Zustand ist eine zu den Hauptsteuerventilen 62 bzw. 64 jeweils
führende
Leitung in Verbindung mit dem Reservoir 40, während bei
Erregung der über
den Druckminderer 64 bereitgestellte Eingangsdruck ggf. in
geminderter Form weitergeleitet wird und zu einer entsprechenden
Verstellung der Hauptsteuerventile 62, 64 führt. Diese
sind im nicht mit einem Fluidstromsteuerdruck belasteten Zustand
so geschaltet, dass, wie in 5 erkennbar,
eine jeweils zu den Verbrauchsbereichen 54 bzw. 56 führende Leitung
in Verbindung mit dem Reservoir 40 und somit im Wesentlichen
drucklos ist. Erst bei Anlegen eines Fluidsteuerdrucks wird dann
die Hauptdruckleitung 52 bzw. der darin anliegende Fluiddruck
an die zu den Verbrauchsbereichen 54, 56 führenden
Leitungsbereiche angeschlossen.
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Die 6 bis 9 zeigen
ein Beispiel einer Ausgestaltung einer Druckfluidpumpe 14,
hier in Form einer Planetenrotorpumpe. Es sei hier darauf hingewiesen,
dass auch andere Ausgestaltungen, beispielsweise als Flügelzellenpumpe
oder dergleichen, gewählt
werden können.
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Die
Planetenrotorpumpe bzw. Druckfluidpumpe 14 umfasst eine
in dem Hauptgehäuseelement 12 durch
ein Lager 66, beispielsweise ein Permagleit-Gleitlager, gelagerte
Welle 68, die in ihrem freien Endbereich über ein
weiteres Gleitlager 70 in einem Gehäusedeckel 72 gelagert
ist. Durch einen in der 8 vergrößert erkennbarer Radialwellendichtring 74,
der durch einen Sicherungsring 76 axial gehalten ist, wird
ein fluiddichter Abschluss der Welle 68 bezüglich des
Hauptgehäuseelements 12 erzielt. Ein
fluiddichter Abschluss zwischen dem Hauptgehäuseelement 12 und
dem Gehäusedeckel 73 wird durch
einen Dichtungsring 78 erzielt. Eine Antriebswelle 80 des
Antriebsmotors 28 kann beispielsweise durch Formschlusseingriff
zur Drehung an die Welle 68 angekoppelt werden, wenn der
Antriebsmotor 28 an dem Hauptgehäuseelement 12 beispielsweise durch
Verschraubung festgelegt wird.
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Zwischen
den beiden Lagern 66, 70 ist an der Welle 68 beispielsweise
durch eine Keilwellenverzahnung ein Rotor bzw. Sonnenrad 82 drehfest getragen,
so dass dieses Sonnenrad 82 mit der Welle 68 um
die Drehachse A1 rotiert. In einer Gehäuseaussparung 84,
die grundsätzlich
kreisrund ist, deren Zentralachse A2 zur Achse A1 jedoch versetzt liegt,
ist ein Hohlrad 86 drehbar aufgenommen. Zwischen dem Hohlrad 86 und
dem Sonnenrad 82 liegt eine Mehrzahl von im Wesentlichen
zylinderartig ausgebildeten Planetenrädern 88. Durch die
exzentrische Anordnung der beiden Wellen A1 und A2 entsteht ein
bei Rotation umlaufender Zwischenraum 90, welcher über eine
an einer Stirnfläche
der Aussparung 84 gebildete nierenförmige Einlassöffnung 92 bei
der Rotation des Sonnenrads 82 Fluid aufnimmt und dieses
bei Rotation dann über
eine Auslassöffnung 94 abgibt.
Diesen nierenförmigen Öffnungen 92, 94,
die im Bereich des Bodens der Aussparung 84 vorgesehen
sind, liegen entsprechende Blindöffnungen
im Gehäusedeckel 72 gegenüber, um die
verschiedenen Räder 82, 86 und 88 an
beiden axialen Seiten im Wesentlichen gleich zu belasten. Dadurch
wird einerseits eine axiale Zentrierung zwischen dem Bodenbereich
der Aussparung 84 und dem Gehäusedeckel 72 erzielt,
andererseits wird das Ansaug- bzw. Befüllverhalten verbessert.
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Die
verschiedenen Räder 82, 86, 88 der Druckfluidpumpe 14 können beispielsweise
aus Sinterstahl aufgebaut sein, während das Hauptgehäuseelement 12 beispielsweise
aus Aluminium oder zum Vermeiden von thermisch induzierter Änderung des
Spaltmaßes
ebenfalls aus Stahl aufgebaut sein kann.
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Mit
Bezug auf die 10 bis 12 werden im
Folgenden die in dem Vorsteuerventilgehäuseelement 20 angeordneten
Vorsteuerventile 58, 60 bzw. auch der Druckminderer 66 beschrieben.
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Man
erkennt in der 10 eine Schnittansicht des Vorsteuerventilgehäuseelements 20 im
Bereich des Druckminderers 66 und auch des Drucksensors 44. Über einen
im Vorsteuerventilgehäuseelement 20 ausgebildeten
Leitungsabschnitt 96 ist der Drucksensor 44 in
Verbindung mit der Hauptdruckleitung 42.
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Der
Druckminderer 66 umfasst einen Druckminderventilschieber 98,
der in einer zugeordneten Öffnung 100 im
Vorsteuerventilgehäuseelement 20 verschiebbar
aufgenommen ist. Durch eine an einem Abschlusselement 102 sich
abstützende
Vorspannfeder 104 ist der Druckminderventilschieber 98 in
eine in der 10 dargestellte Endstellung
vorgespannt. Der Druckminderventilschieber 98 weist einen
zylinderartig ausgebildeten Ventilabschlussbereich 106 auf,
der zwischen zwei Leitungsbereichen 108, 110, je
nach axialer Positionierung des Druckminderventilschiebers 98,
eine mehr oder weniger starke Verbindung herstellt. In dem in 10 dargestellten
Zustand ist diese durch einen Spalt 112 gebildete Verbindung
maximal. Der Leitungsabschnitt 108 steht in Verbindung
mit der Hauptdruckleitung 42. Der Leitungsabschnitt 110 führt zu den
beiden Vorsteuerventilen 58, 60. Ein zu einem
axialen Ende 114 führender
Leitungsabschnitt 116 steht ebenfalls in Verbindung mit
der zu den Vorsteuerventilen 58, 60 führenden
Leitung und dient zur Sensierung des in dieser Leitung vorherrschenden
Drucks. Steigt dieser an, so wird das axiale Ende 114 des
Druckminderventilschiebers 98 durch diesen Druck verstärkt beaufschlagt
und der Druckminderventilschieber 98 entgegen der Vorspannwirkung
der Feder 104 verschoben. Dabei verringert sich die Breite
des spaltartigen Zwischenraums 112, so dass der Leitungsabschnitt 110 zunehmend
vom Leitungsabschnitt 108, also der Hauptdruckleitung 42,
abgekoppelt wird und somit der Fluiddruck in den Leitungsabschnitten 110, 116,
also der zu den Vorsteuerventilen 58, 60 führenden
Leitung, abnimmt. Durch die Einstellung der Vorspannwirkung der
Vorspannfeder 104 kann hier das an die Vorsteuerventile 58, 60 anzulegende
Druckniveau eingestellt werden. Über
Leitungsabschnitte 118, 120 kann eine Rückführung von
Fluidleckagen beispielsweise zu dem Reservoir 40 erlangt
werden.
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Die 11 zeigt
eine Schnittdarstellung des Vorsteuerventilgehäuseelements 20 im
Bereich eines der Vorsteuerventile 58, 60. Jedes
dieser Vorsteuerventile 58, 60 umfasst eine allgemein
mit 120 bezeichnete Elektromagnetanordnung mit einer Spule 122,
deren Erregung zur Verschiebung eines Ankerbereichs 124 führt. Dieser
beaufschlagt einen Ventilschieber 126 entgegen der Vorspannwirkung einer
Vorspannfeder 128. Bei nicht erregter Spule 122 ist
der Ventilschieber 126 jedes Vorsteuerventils 58, 60 in
der in 11 erkennbaren maximal nach rechts
verschobenen Positionierung.
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Der
Ventilschieber 126 umfasst zwei zylinderartig ausgebildete
und in einer Öffnung 130 verschiebbare
Ventilabschlussbereiche 132, 134. In dem in 11 erkennbaren
Zustand gibt der Ventilabschlussbereich 134 eine Verbindung
zwischen zwei Leitungsabschnitten 136, 138 frei.
Der Leitungsabschnitt 136 führt dabei zum Reservoir 40,
ist im Allgemeinen also drucklos. Der Leitungsabschnitt 138 führt zu den
Hauptsteuerventilen 62 bzw. 64, um einen Fluidsteuerdruck
an diese anzulegen.
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Der
Ventilabschlussbereich 132 unterbricht in dem in 11 gezeigten
Zustand die Verbindung zwischen dem Leitungsabschnitt 138 und
einen Leitungsabschnitt 140, über welchen eine Verbindung zwischen
dem jeweiligen Vorsteuerventil 58, 60 und dem
Druckminderer 66, also beispielsweise dem Leitungsabschnitt 110 bzw. 118 hergestellt
wird. Wird entgegen der Vorspannwirkung der Vorspannfeder 128 durch
Erregung der Elektromagnetanordnung 120 der Ventilschieber 126 in
der 11 nach links verschoben, so nimmt die Verbindung
zwischen den Leitungsabschnitten 136, 138 ab,
während
dann, wenn diese Verbindung vollständig unterbrochen ist und der
Ventilschieber 126 weiter verschoben wird, die Verbindung
zwischen dem Leitungsabschnitt 140, also dem Eingangsdruck
eines jeweiligen Vorsteuerventils 58 bzw. 60,
und dem Leitungsabschnitt 138, also der zu einem jeweiligen
Hauptsteuerventil 62 bzw. 64 führenden Leitung, zunimmt. Auf
diese Art und Weise kann entsprechend der Erregung der Elektromagnetanordnung 120 der
Eingangsdruck am Leitungsabschnitt 140 mehr oder weniger
stark als Fluidsteuerdruck an ein jeweils zugeordnetes Hauptsteuerventil
angelegt werden.
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Über Leitungsabschnitte 142 und 144 können Leckagefluidströme zum Reservoir 40 zurückgeführt werden
und somit das Ansammeln von Fluid in drucklosen Räumen, was
zu einer Beeinträchtigung der
Bewegbarkeit des Ventilschiebers 126 führen könnte, vermieden werden.
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Man
erkennt insbesondere in der 12 weiterhin
einen elektrischen Anschlussbereich 146, über welchen
insbesondere die beiden Vorsteuerventile 58, 50 in
Ansteuerverbindung mit der Ansteuervorrichtung gebracht werden können.
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Die 13 und 14 zeigen
den Aufbau der Hauptsteuerventile 62, 64 bzw.
deren Positionierung im Hauptsteuerventilgehäuseelement 22. Dabei ist
dieses in der 13 von seiner mit dem Hauptgehäuseelement 12 zu
verbindenden Stirnfläche
her betrachtet.
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Jedes
der Hauptsteuerventile 62, 64 umfasst, wie im
Schnitt der 14 erkennbar, einen Ventilschieber 150,
der in einer Öffnung 152 im Hauptsteuerventilgehäuseelement 22 verschiebbar aufgenommen
ist. Diese Öffnung 152 ist
durch ein Verschlusselement 154 abgeschlossen, an welchem sich
eine Vorspannfeder 156 abstützt. Diese Vorspannfeder 156 spannt
den Ventilschieber 150 in die in der 14 erkennbare
Positionierung vor, in welcher auf diesen kein Fluidsteuerdruck
einwirkt. Ein von der Vorspannfeder 156 entfernt liegender
Endbereich 158 des Ventilschiebers 150 ist über einen
Leitungsabschnitt 160 in Verbindung mit einer Leitung, die
vom zugeordneten Vorsteuerventil heranführt und über welche der Fluidsteuerdruck
angelegt wird. Dieser Fluidsteuerdruck beaufschlagt also den axialen Endbereich 158 des
Ventilschiebers 150 entgegen der Vorspannwirkung der Vorspannfeder 156 und verschiebt
entsprechend der Größe des anliegenden Fuidsteuerdrucks
den Ventilschieber 150 ausgehend von der in 15 erkennbaren
Positionierung nach links.
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Der
Ventilschieber 150 weist zwei Ventilabschlussbereiche 162, 164 auf.
Diese sind in der Öffnung 152 verschiebbar
geführt.
In der in 14 erkennbaren Positionierung
lässt der
Ventilabschlussbereich 162 eine Verbindung zwischen einem
Leitungsabschnitt 166 und einem Leitungsabschnitt 168 zu.
Der Leitungsabschnitt 166 ist in Verbindung mit dem drucklosen
Reservoir 40. Der Leitungsabschnitt 168 stellt
eine Verbindung zu dem jeweiligen Verbrauchsbereich 54 bzw. 56 her.
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Der
Ventilabschlussbereich 164 unterbricht in dem in 14 dargestellten
Zustand die Verbindung zwischen dem Leitungsabschnitt 168 und
einem weiteren Leitungsabschnitt 170, welcher in Verbindung
mit der Hauptdruckleitung 42 ist. Dabei erkennt man in 5,
dass beide Hauptsteuerventil 62, 64 gleichermaßen in Verbindung
mit der Hauptdruckleitung 42 stehen, so dass, wie dies
die 13 auch zeigt, die beiden Leitungsabschnitte 170,
die im Hauptsteuerventilgehäuseelement 22 in
Zuordnung zu den beiden Hauptsteuerventilen 62 bzw. 64 vorgesehen
sind, miteinander in Verbindung stehen und gemeinsam an die Hauptdruckleitung 42 angebunden
werden können.
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In
der 14 erkennt man einen weiteren Leitungsabschnitt 172 im
Hauptsteuerventilgehäuseelement 122,
der mit dem Leitungsabschnitt 166 in Verbindung steht und
gleichermaßen
eine Anbindung an das Reservoir 40 aufweist. Entsprechendes
gilt für einen
Leitungsabschnitt 174, der ebenfalls mit den Leitungsabschnitten 166 und 172 zusammengefasst ist
und somit eine Anbindung an das Reservoir 40 aufweist.
Auf diese Art und Weise können
die Ventilabschlussbereiche 162, 164 überwindende
Leckagefluidströme
zurückgeführt werden,
und es kann vermieden werden, dass jenseits der beiden Ventilabschlussbereiche 162, 164 jeweils
in Toträumen
Fluid angesammelt wird, welches eine Bewegung des Ventilschiebers 150 verhindert.
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Man
erkennt in den 13 und 14 in den
Ventilabschlussbereichen 162, 164 an deren Außenumfangsbereich
jeweilige nach radial außen
offene Umfangsnuten N. Diese Umfangsnuten N bewirken, dass über den
Umfang verteilt ein Druckausgleich stattfinden kann, was für den Fall,
dass über den
Umfang verteilt eine ungleichmäßige Druckbelastung
bzw. Fluidleckage im Bereich der Ventilabschlussbereiche 162, 164 auftreten
sollte, eine druckbedingte Verklemmung des Ventilschiebers 150 erzeugt
wird. Derartige Nuten N können
selbstverständlich
auch im Druckminderventilschieber 98 vorgesehen sein bzw.
in den Ventilschiebern 126 der Vorsteuerventile 58, 60.
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Bei
den verschiedenen Ventilschiebern kann durch Ausgestaltung der Steuerkanten,
mit welchen die Ventilabschlussbereiche jeweils eine Verbindung zweier
Leitungsabschnitte unterbrechen können, die Schaltcharakteristik
beeinflusst werden. Durch rechtwinkligen Übergang kann eine lineare Ventilkennlinie erzeugt
werden. Ein gerundeter oder angefaster Übergang am Ende eines jeweiligen
Ventilabschlussbereichs kann zu einer entsprechend geknickten bzw.
gekrümmten
Ventilkennlinie beitragen. Insbesondere kann somit ein progressiver
Kennlinienverlauf erhalten werden, der eine sehr feine Einstellung der über ein
jeweiliges Ventil weiterzugebenden Drücke. Hierzu ist es beispielsweise
auch möglich,
an den jeweiligen Ventilschiebern im Bereich der Ventilabschlussbereiche
dreieckförmig
verlaufende Kerben oder Bohrungen im jeweiligen Gehäuseelement vorzusehen.
Auch können
die die Ventilschieber aufnehmenden Öffnungen in ihren Bereichen,
in welchen sie mit den Ventilabschlussbereichen zusammenwirken,
durch Anfasung oder entsprechende Gestaltung zum Erzeugen einer
definierten, beispielsweise progressiven Ventilkennlinie beitragen.
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Die
Ventilschieber bzw. auch der Druckminderventilschieber können aus
Aluminium aufgebaut sein, ebenso wie die beiden Gehäuseelemente 20, 22.
Ferner können
die Ventilschieber nach dem Drehen hartanodisiert werden.
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Die 15 und 16 zeigen
eine Ausgestaltung des Druckspeichers 18. Dieser kann mit
einem Druckspeichergehäuse 180 aufgebaut
sein, das eine im Wesentlichen zylindrische, beispielsweise kreiszylindrische,
Umfangswandung 182 aufweist, an welcher ein Abschlusselement 184 festgelegt
ist. In dem Gehäuse 180 ist
ein Trennkolben 186 in Richtung der Längsachse L des Gehäuses 180 verschiebbar.
Der Trennkolben 186 trennt ein in der Darstellung der 15 maximales
Volumen V, in welchem ein Gas, beispielsweise Luft, angeordnet ist,
von dem Druckfluid enthaltenen und über einen Leitungsabschnitt 188 an
die Hauptdruckleitung 42 angeschlossenen Volumen. Der Trennkolben 186 ist
durch zwei in seinen axialen Endbereich liegende Führungsringe 188, 190 definiert
in dem Gehäuse 180 geführt. Ein Dichtungsring 192 sorgt
für einen
fluiddichten Abschluss des Volumens V bezüglich des Druckfluid enthaltenden
Volumens.
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Um
weiterhin dafür
zu sorgen, dass dann, wenn das System deaktiviert ist und kein unter
Druck stehendes Druckfluid gespeichert werden soll, der Trennkolben 86 also
bei maximaler Expansion des Gases im Volumen V in der in 15 und
in 16 erkennbaren Positionierung in Anlage an einen
weiteren Abschlusselement 194 ist, allmählich das Gas unter Überwindung
des Dichtungselements 192 entweicht, ist am axialen Ende
des Trennkolbens 186 ein weiteres ringartiges Dichtungselement 196 vorgesehen.
Dieses greift bei maximal entspanntem Gasvolumen in eine entsprechende
ringartige Aussparung 198 am Abschlusselement 194 ein
bzw. liegt an dessen Stirnseite an und wird unter dem Druck, welchen
das Gas im Volumen V auf den Trennkolben 186 ausübt, einerseits
gegen das Abschlusselement 194 und andererseits gegen die
Umfangswandung 182 bzw. auf den Trennkolben 186 gepresst.
Somit sorgt der im Volumen V bereitgestellte Gasdruck dafür, dass
das Dichtungselement 196 wirksam wird und einen zuverlässigen Abschluss
gewährleistet. Somit
kann vermieden werden, dass das Dichtungselement 192 mit übermäßig großem Vorspanndruck bereitgestellt
wird, um auch bei maximal entspanntem Gasvolumen einen fluiddichten
Abschluss zu erzielen, da ein derartiger sehr stark vorgespannter Einbauzustand
die freie Bewegbarkeit des Trennkolbens 186 beeinträchtigt.
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In
dem Druckspeicher 18 müssen
insbesondere dann, wenn eine Gasfeder-Torsionsschwingungsdämpferanordnung als hydraulischer
Verbraucher zu speisen ist, Fluiddrücke von bis zu mehr als 70
bar gespeichert werden. Da dies eine hohe Belastung insbesondere
für die
Umfangswandung 182 bedeutet, ist es vorteilhaft, den Druckspeicher 18 mit möglichst
geringer Querschnittsabmessung, also beispielsweise möglichst
geringem Durchmesser, auszugestalten. Um das erforderliche Speichervolumen
bereitzustellen, bedeutet dies, dass der Druckspeicher 18 bzw.
die Umfangswandung 182 desselben vergleichsweise lang sein
wird. Es hat sich gezeigt, dass es vorteilhaft ist, das Verhältnis des
maximalen Hubs des Trennkolbens 186, welcher im Wesentlichen
auch der Länge
der Umfangswandung 182 bzw. Druckspeichers 18 in
Richtung der Längsachse
L entspricht, zum Durchmesser bzw. zur Quer-Innenabmessung zumindest
1 betragen sollte, vorzugsweise jedoch größer ist. Sind entsprechend hohe
Drücke
nicht zu speichern, ist also eine Auslegung auf hohe Drücke nicht
erforderlich, so kann es vorteilhaft sein, dieses Verhältnis kleiner
als 1 zu gestalten, d. h. den Druckspeicher 18 mit vergleichsweise
großer
Querabmessung und vergleichsweise geringer Länge zu bilden, so dass bei
der Entnahme eines vorbestimmten Druckfluidvolumens der Trennkolben 186 sich
nur vergleichsweise wenig verschieben muss und somit auch geringere
Reibverluste auftreten werden.
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Vorangehend
wurde eine Erfindungsgemäß aufgebaute
Hydraulikversorgungseinheit beschrieben, die zu einer Baueinheit
zusammengefasst alle relevanten Systembereiche aufweist, die erforderlich sind,
um Druckfluid auch unter vergleichsweise hohem Druck bereitzustellen,
zu speichern und erforderlichenfalls an die Verbrauchsbereiche eines
hydraulischen Verbrauchers abzugeben. Die erfindungsgemäße Einheit
kann völlig
autark arbeiten, kann vorteilhafterweise aber an ein Fluidreservoir, beispielsweise
einen Getriebeölsumpf,
angeschlossen sein, um sicherzustellen dass auch über längere Betriebszeiten
hinweg immer wieder Druckfluid bereitgestellt werden kann, wobei
verbrauchtes Druckfluid bzw. Leckageströme dann in den geschlossenen
Kreislauf zurückgeführt werden
können.