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Die
Erfindung betrifft eine Antriebsachse einer mobilen Arbeitsmaschine,
insbesondere eines Flurförderzeugs,
mit zumindest einem elektrischen Fahrmotor, insbesondere einer Drehstrommaschine, einer
Bremseinrichtung und einer Flüssigkeitskühlung zur
Kühlung
des Fahrmotors und/oder der Bremseinrichtung, wobei die Flüssigkeitskühlung einen Kühlkreislauf
mit einer Kühlflüssigkeitspumpe
aufweist.
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Derartige
Antriebsachsen, in die eine oder mehrere elektrische Fahrmotoren
eingebaut sein können,
werden mit als Gleichstrommaschinen oder mit Drehstrommaschinen
(Asynchron- oder Synchron-Technologie) ausgebildeten Fahrmotoren
versehen. Zur Kühlung
ist bei Gleichstrommaschinen häufig
ein Luftstrom vorgesehen, der mittels eines mit der Rotorwelle der
Gleichstrommaschine verbundenen Lüfterrades und im Gehäuse der
elektrischen Maschine eingearbeiteter Lüftungsöffnungen durch das Gehäuse hindurch
transportiert wird.
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Bei
einer derartigen Konstruktion mit einer Luftkühlung kann jedoch Schmutz in
die elektrische Maschine eindringen. Darüber hinaus stellen die Lüftungsöffnungen
im Hinblick auf die Geräuschentfaltung
der elektrischen Maschine unerwünschte Durchbrüche dar.
Bei Antriebsachsen mit Gleichstrommaschinen sind auch Durchbrüche in dem Achsgehäuse für die Wartung
der verschleissbehafteten Bürsten
der Kommutatoren erforderlich.
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Im
Gegensatz dazu ist es bei Antriebsachsen mit als Drehstrommaschinen
ausgebildeten Fahrmotoren möglich,
ein geschlossenes Achsgehäuse
zu verwenden, da einerseits keine Kommutatoren nötig sind und andererseits der
Luftspalt hier regelmäßig kleiner
ist, was mangels Durchlass eine Lüfterkühlung praktisch nicht erlaubt.
Zur Kühlung
der Fahrmotoren ist daher bei einer Antriebsachse mit Drehstrommaschinen
häufig
das aufgrund der Wartungsfreiheit der Drehstrommotoren geschlossene
Gehäuse
an der Außenseite
verrippt, um eine Wärmeabfuhr durch
Konvektion zu erzielen.
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Im
Zuge steigender Leistungen der elektrischen Fahrmotoren erweist
es sich jedoch zunehmend schwieriger, die Fahrmotoren im Inneren
der Antriebsachse zu kühlen.
Insbesondere im Mehrschichtbetrieb von mobilen Arbeitsmaschinen,
beispielsweise Flurförderzeugen,
die mit Antriebsachsen mit derartigen geschlossenen Achsgehäusen und
einem oder mehreren als Drehstrommaschinen ausgebildeten Fahrmotoren
versehen sind, stellen sich hohe Beharrungstemperaturen der Antriebsachse
ein.
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Zur
Kühlung
derartiger Antriebsachsen, die mit einem oder mehreren als Drehstrommaschinen ausgebildeten
Fahrmotoren versehen sind, ist daher bekannt, eine Flüssigkeitskühlung der
Fahrmotoren vorzusehen, wobei die Flüssigkeitskühlung einen Kühlkreislauf
mit einer Kühlflüssigkeitspumpe
und einer Kühlereinrichtung
aufweist.
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Hierzu
ist es bekannt, eine Kühlflüssigkeitspumpe
und eine Kühlereinrichtung
in der Arbeitsmaschine vorzusehen, die mit dem Achsgehäuse mittels Druckmittelleitungen,
beispielsweise Schlauch- oder Rohrleitungen, verbunden sind. Ein
derartiger Kühlkreislauf
der Flüssigkeitskühlung weist
jedoch aufgrund des erforderlichen Verrohrungs- bzw. Verschlauchungsaufwandes
einen hohen Bauaufwand auf und verursacht zudem aufgrund der in
der Arbeitsmaschine angeordneten Kühlflüssigkeitspumpe und Kühlereinrichtung
einen hohen Bauraumbedarf.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine flüssigkeitsgekühlte Antriebsachse der
eingangs genannten Art zur Verfügung
zu stellen, bei der der Kühlkreislauf
und die Flüssigkeitskühlung einen
geringen Bauaufwand und Bauraumbedarf verursachen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die Kühlflüssigkeitspumpe
in die Antriebsachse integriert und von dem Fahrmotor angetrieben
ist. Durch die erfindungsgemäße Integration
der die Kühlflüssigkeit
des Kühlkreislaufes
umwälzenden
Kühlflüssigkeitspumpe
in die Antriebsachse und den direkten Antrieb der Kühlflüssigkeitspumpe durch
den Fahrmotor ergibt sich ein geringer Bauraumbedarf für die Kühlflüssigkeitspumpe,
wobei weiterhin aufgrund des entfallenden Verrohrungs- und Verschlauchungsaufwandes
für die
Kühlflüssigkeitspumpe
ein Kühlkreislauf
mit einem geringen Bauaufwand erzielt wird.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Kühlkreislauf
eine Kühlereinrichtung
auf, wobei die Kühlereinrichtung
an eine Zulauföffnung
und eine Ablauföffnung,
die in einem Achsgehäuse
der Antriebsachse ausgebildet sind, angeflanscht ist. Ein derartiger
direkter Anbau einer Kühlereinrichtung
des Kühlkreislaufes
trägt durch
den entfallenden Verrohrungs- und Verschlauchungsaufwand für die Kühlereinrichtung
zu einem weiter verringerten Bauaufwand des Kühlkreislaufes bei. Zudem kann
durch den direkten Anbau der Kühlereinrichtung
an das Achsgehäuse
der Antriebsachse mit geringem Bauraumbedarf für die Kühlereinrichtung die Wärmeabfuhr
an die Umgebung erzielt werden.
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Hinsichtlich
eines geringen Bauraumbedarfs für
die Kühlflüssigkeitspumpe
innerhalb der Antriebsachse ergeben sich besondere Vorteile, wenn
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung die Bremseinrichtung eine Bremsbetätigungseinrichtung aufweist
und die Kühlflüssigkeitspumpe
in die Bremsbetätigungseinrichtung
integriert ist. Die Aufgabe der Bremsbetätigungseinrichtung ist es,
durch eine nicht näher
erläuterte
Spreizbewegung Bremsrotoren und Bremsstatoren einer beispielsweise
als Lamellenbremse ausgebildeten Bremseinrichtung aufeinander zu
pressen, um eine Bremswirkung zu erzielen. Die Kühlflüssigkeitspumpe kann hierbei
auf einfache Weise ohne zusätzlichen
Bauraumbedarf innerhalb der Antriebsachse in die Bremsbetätigungseinrichtung
eingebaut und integriert werden.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung ist die Kühlflüssigkeitspumpe
als Radialkolbenpumpe ausgebildet, die mindestens einen in einer
Radialbohrung der Bremsbetätigungseinrichtung
angeordneten Kolben aufweist, der mit einer mit der Rotorwelle des
Fahrmotors in Wirkverbindung stehenden Hubscheibe, insbesondere
einer Exzenterscheibe, in Wirkverbindung steht. Eine derartige Radialkolbenpumpe
kann auf einfache Weise in die Bremsbetätigungseinrichtung integriert
werden und über
die Hubscheibe, die an der Rotorwelle oder an dem mit der Rotorwelle
drehfest verbundenen Bremsrotor befestigt ist, von dem Fahrmotor
angetrieben werden, um die Umwälzung
der Kühlflüssigkeit
in dem Kühlkreislauf
zu erzielen.
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Sofern
gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die Kühlflüssigkeitspumpe die Kühlflüssigkeit
aus einem Bremsenraum zu der Ablauföffnung des Achsgehäuses fördert, kann
auf einfache Weise eine sogenannte nass laufende Bremseinrichtung
erzielt werden, die an den Kühlkreislauf angeschlossen
ist, um die im Betrieb der Bremseinrichtung entstehende Bremsenergie über den
Kühlkreislauf
abzuführen.
Der in dem Achsgehäuse
ausgebildete Bremsenraum, der über
entsprechende Dichtungseinrichtungen, beispielsweise einen Wellendichtring,
gegenüber
dem Fahrmotor abgedichtet ist, dient hierbei als Kühlflüssigkeitsreservoir,
wobei aufgrund der begrenzten Menge der Kühlflüssigkeit und der Umwälzung der
Kühlflüssigkeit
durch die Kühlflüssigkeitspumpe
im Fahrbetrieb der Abtriebsachse eine Überfüllung des Bremsenraumes wirkungsvoll
vermieden werden kann und geringe Planschverluste der Bremseinrichtung
im Fahrbetrieb erzielt werden. Durch den Anschluss des Bremsenraumes
an den Kühlflüssigkeitskreislauf
kann zudem eine längere
Standzeit der Kühlflüssigkeit
im Bremsenraum, beispielsweise eines Bremsenöles, erzielt werden.
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Die
Ansaugung der Kühlflüssigkeitspumpe aus
dem Bremsenraum kann auf einfache Weise erfolgen, wenn gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung die Radialbohrung der Bremsbetätigungseinrichtung mit zumindest
einem Zulaufkanal mit dem Bremsenraum in Verbindung steht.
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Die
Zuströmung
der Kühlflüssigkeit
zu den Fahrmotoren kann auf einfache Weise erzielt werden, wenn
gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung in der Bremsbetätigungseinrichtung ein Zulaufkanal ausgebildet
ist, der mit der Zulauföffnung
des Achsgehäuses
in Verbindung steht.
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Bei
dem als Drehstrommaschine ausgebildeten Fahrmotor stellt die Welle-Rotor-Gruppe mit der Rotorwelle,
den Lagern zur Lagerung der Rotorwelle und der als Wellendichtring
ausgebildeten Dichtungseinrichtung zur Abdichtung des Fahrmotors
gegenüber
dem Bremsenraum das heißeste
Teil der Maschine dar. Sofern gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung die Rotorwelle des Fahrmotors mit einem zentrischen
Axialkanal versehen ist, in dem ein an der Bremsbetätigungseinrichtung
befestigtes Rohr konzentrisch angeordnet ist, wobei das Rohr mit
dem Zulaufkanal oder dem Bremsenraum verbunden ist und das Rohr
mit einem zwischen dem Rohr und dem Axialkanal ausgebildeten Ringspalt verbunden
ist, der mit dem Bremsenraum oder dem Zulaufkanal verbunden ist,
kann eine innere Flüssigkeitskühlung der
Welle-Rotor-Gruppe mit einer hohen Kühlleistung für den Fahrmotor über die
in dem Ringspalt abströmende
oder zuströmende
Kühlflüssigkeit
und somit ein Kühlflüssigkeitsstrom
im Inneren der Rotorwelle auf einfache Weise erzielt werden. Zudem
können
hierbei auf einfache Weise die Lager der Rotorwelle und die Dichtungseinrichtung
vor einer thermischen Überlastung
geschützt
werden.
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Zweckmäßigerweise
ist die Kühlereinrichtung
mit einer Lüftereinrichtung,
insbesondere einem elektrischen Lüfter, versehen, wodurch die
Kühlleistung
der Flüssigkeitskühlung auf
einfache Weise erhöht
werden kann.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung ist die Antriebsachse
mit zwei koaxial angeordneten Fahrmotoren versehen und ist die Bremseinrichtung
im mittleren Bereich der Antriebsachse zwischen den Fahrmotoren
angeordnet. Mit der erfindungsgemäßen Kühlflüssigkeitspumpe und der an die
Zulauföffnung
sowie die Ablauföffnung angeflanschten
Kühlereinrichtung,
die mit einer Lüftereinrichtung
versehen ist, kann ohne zusätzlichen Verrohrungs-
und Verschlauchungsaufwand und mit geringem Bauraumbedarf für den Kühlkreislauf
eine Flüssigkeitskühlung der
Fahrmotoren und der Bremseinrichtung der Antriebsachse erzielt werden.
Zudem ermöglicht
die Integration der Kühlflüssigkeitspumpe
und das Anflanschen der Kühlereinrichtung an
das Achsgehäuse
ein Baukastenprinzip, bei dem eine Antriebsachse mit der Kühlflüssigkeitspumpe und
der Kühlereinrichtung
auf einfache Weise versehen werden kann, um eine Antriebsachse für den Hochleistungseinsatz
bzw. den Hochtemperatureinsatz herzustellen, bei der die thermische
Dauerfestigkeit der Fahrmotoren durch die Kühlleistung der Flüssigkeitskühlung sichergestellt
wird.
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Weitere
Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in den
schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Hierbei
zeigen
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1 eine
erfindungsgemäße Antriebsachse
in einem Längsschnitt,
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2 einen
Ausschnitt der 1 in einer vergrößerten Darstellung
und
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3 eine
erfindungsgemäße Antriebsachse
in einer perspektivischen Darstellung.
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In
der 1 ist eine Antriebsachse 1 mit zwei als
Drehstrommaschinen, beispielsweise Asynchronmaischen, ausgebildeten
Fahrmotoren 2a, 2b gezeigt. Die Fahrmotoren 2a, 2b sind
koaxial zu einander angeordnet, wobei zwischen den Fahrmotoren 2a, 2b im
mittleren Abschnitt der Antriebsachse 1 eine Bremseinrichtung 3 angeordnet
ist.
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Die
Fahrmotoren 2a, 2b weisen jeweils eine mit einem
Rotor 5 drehfest verbundene Rotorwelle 6a, 6b und
einen am Achsgehäuse 7 angeordneten Stator 8 auf.
Die Rotorwelle 6a, 6b ist jeweils mittels eines
Lagers 9a, 9b in einem äußeren Lagerschild 10a sowie
einem inneren Lagerschild 10b gelagert. Im Bereich der
Lager 9a, 9b ist jeweils eine als Wellendichtring
ausgebildete Dichtungseinrichtung 11a, 11b vorgesehen,
wobei die inneren Dichtungseinrichtungen 11b einen Bremsenraum 12 des
Achsgehäuses 7,
in dem die Bremseinrichtung 3 angeordnet ist, gegenüber den
beiden Fahrmotoren 2a, 2b abdichten.
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Die
Bremseinrichtung 3 weist jeweils einen Bremsrotor 13a, 13b auf,
der mit der entsprechenden Rotorwelle 6a, 6b drehfest
verbunden ist. Mittels einer von einem Bremshebel 14 betätigbaren
Bremsbetätigungseinrichtung 15 können die
Bremsrotoren 13a, 13b durch eine Spreizbewegung
jeweils axial gegen einen an dem entsprechenden Lagerschild 10b abgestützten Bremsstator
gepresst werden.
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Zur
Kühlung
der Fahrmotoren 2a, 2b und der Bremseinrichtung 3 ist
eine gemeinsame Flüssigkeitskühlung vorgesehen.
Die Rotorwellen 6a, 6b der Fahrmotoren 2a, 2b sind
hierzu – wie
aus der 2 ersichtlich ist – jeweils
mit einem zentrischen, als Sackbohrung ausgebildeten Axialkanal 16a, 16b versehen,
in dem jeweils ein an der Bremsbetätigungseinrichtung 15 angeordnetes
und befestigtes Rohr 17a, 17b konzentrisch angeordnet
ist. Zwischen dem Rohr 17a, 17b und dem Axialkanal 16a, 16b ist
jeweils ein Ringspalt 18a, 18b ausgebildet, der
jeweils im Bereich der Bremsbetätigungseinrichtung 15 mit dem
Bremsensraum 12 in Verbindung steht.
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Die
Rohre 17a, 17b sind mittels eines in der Bremsbetätigungseinrichtung 15 ausgebildeten
Zulaufkanals 20 an einer an dem Achsgehäuse 7 ausgebildeten
Zulauföffnung 21 eines
Kühlkreislaufs
der Flüssigkeitskühlung angeschlossen.
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Im
Achsgehäuse 7 ist
weiterhin eine Ablauföffnung 22 des
Kühlkreislaufs
ausgebildet, die mit dem Bremsenraum 12 in Verbindung steht.
In der Ablauföffnung 22 ist
ein Sperrventil 23, beispielsweise ein Rückschlagventil,
angeordnet.
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Erfindungsgemäß ist zur
Umwälzung
der Kühlflüssigkeit
des Kühlkreislaufs
eine Kühlflüssigkeitspumpe 25 vorgesehen,
die in der Bremsbetätigungseinrichtung 15 und
somit in der Antriebsachse 1 integriert und von dem Fahrmotor 2a bzw.
2b angetrieben ist.
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Die
Kühlflüssigkeitspumpe 25 ist
als Radialkolbenpumpe ausgebildet, die einen in einer Radialbohrung 26 der
Bremsbetätigungseinrichtung 15 längsverschiebbar
angeordneten Kolben 27 aufweist, der mit einer Hubscheibe 28 zur
Erzeugung einer Hubbewegung in Verbindung steht. Die Hubscheibe 28 ist
als Exzenterscheibe ausgebildet, die mit der Rotorwelle 6a des
Fahrmotors 2a drehfest verbunden ist. Mittels einer in
der Radialbohrung 26 angeordneten Feder 29 ist
der Kolben 27 in Richtung der Hubscheibe 28 beaufschlagt.
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Die
Kühlflüssigkeitspumpe 25 saugt
aus dem Bremsenraum 12 Kühlflüssigkeit an und fördert dieses
zu der Ablauföffnung 22 des
Achsgehäuses 7. Hierzu
steht die Radialbohrung 26 der Bremsbetätigungseinrichtung 15 mittels
eines als Querbohrung ausgebildeten Zulaufkanals 30 mit
dem Bremsenraum 12 in Verbindung, wobei der Kolben 27 den
Zulaufkanal 30 bei seiner Hubbewegung ansteuert. Weiterhin
steht die Radialbohrung 26 der Bremsbetätigungseinrichtung 15 direkt
mit der Ablauföffnung 22 des
Achsgehäuses 7 in
Verbindung.
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In
den 1 und 2 ist die Zulauföffnung 21 in
einer gegenüber
der Ablauföffnung 22 gedrehten
Position dargestellt. Aus der 3 ist ersichtlich, dass
die Ablauföffnung 22 und
die Zulauföffnung 21 benachbart
zueinander angeordnet sind.
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Weiterhin
ist der Kühlkreislauf
mit einer Kühlereinrichtung 35,
beispielsweise einem Wärmetauscher,
versehen, der an die Ablauföffnung 22 und
die Zulauföffnung 21 des Achsgehäuses 7 – wie in
der 3 dargestellt – angeflanscht ist. Die Kühlereinrichtung 35 ist
weiterhin mit einer von einem elektrischen Lüfter 36 gebildeten
Lüftereinrichtung
versehen.
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Im
Betrieb der Fahrmotoren 2a, 2b fördert somit
die Kühlflüssigkeitspumpe 25 die
von dem Bremsenöl
der Bremseinrichtung 3 gebildete Kühlflüssigkeit von dem Bremsenraum 12 über das
geöffnete
Sperrventil 23 zu der Ablauföffnung 22 und über die
Kühlereinrichtung 35 zu
der Zulauföffnung 21, wodurch
den Fahrmotoren 2a, 2b über den Zulaufkanal 20 und
die Rohre 17a, 17b gekühlte Kühlflüssigkeit zuströmt und dieses über den
Ringspalt 18a, 18b in den Bremsenraum 12 abströmt.
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Durch
die erfindungsgemäße Integration
der Kühlflüssigkeitspumpe 25 in
die Bremsbetätigungseinrichtung 15 sowie
deren Antrieb durch den Fahrmotor 2a und das Anflanschen
der Kühlereinrichtung 35 an
die Zulauföffnung 21 sowie
die Ablauföffnung 22 des
Achsgehäuses 7 und
somit der Antriebsachse 1 wird ein einfach aufgebauter
Kühlkreislauf
für die Flüssigkeitskühlung der
Fahrmotoren 2a, 2b sowie der Bremseinrichtung 3 erzielt,
der die Wäre
der Fahrmotoren 2a, 2b an die Oberfläche der
Antriebsachse 1 befördert
und dort über
die Kühlereinrichtung 35 an
die Umgebung abgibt. Der erfindungsgemäße Kühlkreislauf erfordert durch
die Integration der Kühlflüssigkeitspumpe 25 in
die Bremsbetätigungseinrichtung 15 sowie
deren Antrieb durch den Fahrmotor 2a und das Anflanschen
der Kühlereinrichtung 35 an die
Zulauföffnung 21 sowie
die Ablauföffnung 22 keinen
Verrohrungs- und Verschlauchungsaufwand und verursacht lediglich
einen geringen Bauraumbedarf. Hierdurch ergibt sich ein geringer
Bauaufwand zum Aufbau des Kühlkreislaufes
der Flüssigkeitskühlung an
der Antriebsachse 1, wodurch weiterhin in einem Baukastensystem
eine bestehende Antriebsachse 1 auf einfache Weise mit
dem von der Hydraulikpumpe 25 und der Kühlereinrichtung 35 bestehenden
Kühlkreislauf
versehen werden kann, um eine für
den Hochtemperatureinsatz und Hochleistungseinsatz geeignete Antriebsachse 1 herzustellen.
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Der
Anschluss des Bremsenraums 12 an den Kühlflüssigkeitskreislauf und die
Verwendung des Bremsenöls
als Kühlflüssigkeit
ermöglicht
zudem eine verlängerte
Standzeit des Bremsenöls.
Zudem dient der Bremsenraum 12 als Kühlflüssigkeitsreservoir.