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Die Erfindung betrifft eine Hydraulikanordnung mit einer doppelt wirkenden Hydraulikvorrichtung, mittels der insbesondere eine Gangwahl eines Getriebes betätigbar ist, wobei die Hydraulikvorrichtung einen Hydraulikzylinder, einem dem Hydraulikzylinder zugeordneten ersten Hydraulikzugang mittels dem der Hydraulikzylinder mit einem Hydraulikmedium beaufschlagbar ist, einen dem Hydraulikzylinder zugeordneten zweiten Hydraulikzugang mittels dem der Hydraulikzylinder mit dem Hydraulikmedium beaufschlagbar ist und einen innerhalb des Hydraulikzylinders zwischen den Hydraulikzugängen hin und her verschieblich gelagerten Hydraulikkolben, der den Hydraulikzylinder in zwei Kolbenräume aufteilt, aufweist.
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Hydraulikanordnungen mit einer doppelt wirkenden Hydraulikvorrichtung sind bekannt. Sie können als Stellzylinder oder Gangsteller in Automatikgetrieben, wie beispielsweise Stufenautomaten, CVT-Getrieben oder Doppelkupplungsgetrieben eingesetzt werden.
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In hydraulischen Systemen befindet sich in den meisten Fällen mehr oder weniger stark verschäumtes Öl. Die gelöste oder ungelöste Luft kann sich im Kolbenraum des hydraulischen Zylinders in Form einer Luftblase absetzen. Beim Beaufschlagen mit Druck muss die Luftblase entsprechend zusammengedrückt und somit Ölvolumen nachgefördert werden. Dies kann einerseits zur Dynamikverschlechterung als auch zu Druckspitzen oder Schwingungen führen. Luft im Hydrauliksystem beeinflusst zudem die Steifigkeit des Systems und somit dessen Dämpfung.
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Es ist bekannt, die einzelnen Bauteile des Hydrauliksystems so anzuordnen, dass eine möglichst gute Entlüftung gewährleistet ist. Bei bekannten Anwendungen sind die Ventile der hydraulischen Ansteuerung deshalb häufig oberhalb der Hydraulikzylinder (Gangsteller) angeordnet. Als Folge muss die Luft über den Einströmkanal und somit gegen die Strömungsrichtung geleitet und zum Tank abgelassen werden. In diesem Fall bestehen jedoch auch Beschränkungen bezüglich einer für die übrige Funktion oder den benötigten Bauraum günstigen Anordnung der Bauteile.
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Ferner ist bekannt, eine direkte Verbindung des Kolbenraumes mit dem Tank, eventuell unter Zwischenschaltung eines hydraulischen Widerstands vorzusehen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Entlüftung eines Kolbenraums eines Hydraulikzylinders zu verbessern, insbesondere dabei Leckagen und/oder Wirkungsgradverluste zu minimieren.
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Die Aufgabe ist bei einer Hydraulikanordnung mit einer doppelt wirkenden Hydraulikvorrichtung, mittels der insbesondere eine Gangwahl eines Getriebes betätigbar ist, wobei die Hydraulikvorrichtung einen Hydraulikzylinder, einem dem Hydraulikzylinder zugeordneten ersten Hydraulikzugang mittels dem der Hydraulikzylinder mit einem Hydraulikmedium beaufschlagbar ist, einen dem Hydraulikzylinder zugeordneten zweiten Hydraulikzugang mittels dem der Hydraulikzylinder mit dem Hydraulikmedium beaufschlagbar ist und einen innerhalb des Hydraulikzylinders zwischen den Hydraulikzugängen hin und her verschieblich gelagerten Hydraulikkolben, der den Hydraulikzylinder in zwei Kolbenräume aufteilt, aufweist dadurch gelöst, dass ein Fluidpfad, der zumindest in einer Mittelstellung des Hydraulikkolbens die Kolbenräume miteinander verbindet vorgesehen ist. Vorteilhaft kann in der Mittelstellung eventuell in den Kolbenräumen vorhandene Luft von einem Kolbenraum in den anderen Kolbenraum gelangen. Dies kann vorteilhaft kurz nach oder während einer Ansteuerung zum Herausbewegen des Hydraulikkolbens aus einer Mittelstellung erfolgen. Dazu wird einer der Kolbenräume unter Druck gesetzt und der jeweils andere Kolbenraum drucklos geschaltet, beispielsweise einem Tank der Hydraulikanordnung zugeordnet. Vorteilhaft kann dabei die in dem unter Druck gesetzten Kolbenraum befindliche Luft sehr schnell und effizient in den drucklosen Kolbenraum transportiert werden. Im weiteren Verlauf der Verstellung entleert sich die dann in dem drucklosen Kolbenraum befindliche Luft zusammen mit dem darin befindlichen Hydraulikmedium in den Tank. Vorteilhaft kann dadurch bei jeder Stellbewegung aus der Mittelstellung heraus eine automatische Entlüftung des jeweils hydraulisch bestromten Kolbenraums erfolgen. Vorteilhaft kann dadurch eine permanenten Leckage bei anliegendem Druck und ein damit verbundener Wirkungsgradverlust -wie Sie beispielsweise bei einer direkten Entlüftungsverbindung auftreten würden- vermieden werden.
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Bei einem Ausführungsbeispiel der Hydraulikanordnung ist vorgesehen, dass der Fluidpfad eine Drossel und/oder eine Blende und/oder einen hydraulischen Widerstand aufweist. Vorteilhaft können der hydraulische Widerstand, die Drossel und/oder die Blende so eingestellt sein, dass ein eventuell vorhandenes Luftvolumen ausreichend schnell in den jeweiligen anderen Kolbenraum transportiert werden kann. Sobald an dem hydraulischen Widerstand, der Blende und/oder der Drossel das Hydraulikmedium ansteht, stellt sich aufgrund der größeren Dichte ein vergleichsweise kleiner Volumenstrom ein, der vorteilhaft so klein gewählt sein kann, dass eine Stellbewegung des Hydraulikkolbens nicht oder zumindest nur unwesentlich beeinträchtigt wird. Es ist denkbar, dass der Fluidpfad selbst so gestaltet und/oder dimensioniert ist, dass er den hydraulischen Widerstand darstellt beziehungsweise realisiert.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Hydraulikanordnung ist vorgesehen, dass der Fluidpfad zwei Hydraulikmündungen miteinander verbindet, die mit einem Abstand zueinander und zwischen den Hydraulikzugängen in den Hydraulikzylinder münden. Vorteilhaft kann in der Mittelstellung der Hydraulikkolben zwischen den zwei beabstandeten Hydraulikmündungen positioniert werden. Für eine Stellbewegung nahe der Mittelstellung bildet also der Fluidpfad einen Bypass. Sobald der Hydraulikkolben aus der Mittelstellung heraus bewegt wird, also in Richtung einer der Hydraulikzugänge, kann vorteilhaft die entsprechende Hydraulikmündung mittels des Hydraulikkolbens selbst verschlossen werden, so dass kein Nebenstrom mehr auftritt.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Hydraulikanordnung ist vorgesehen, dass der Fluidpfad zumindest eine Vertiefung und/oder eine Nut und/oder eine in einer Längsrichtung des Hydraulikzylinders verlaufende Nut und/oder eine Nut mit einer Engstelle aufweist. Vorteilhaft kann der Fluidpfad durch einfaches Einbringen der Vertiefung beziehungsweise der Nut in eine Innenwand des Hydraulikzylinders realisiert werden. Die Engstelle kann dabei die Drossel, die Blende und/oder den hydraulischen Widerstand realisieren. Vorteilhaft kann eine Länge der Vertiefung und/oder der Nut so gewählt sein, dass der Fluidpfad nur über einen gewissen Verstellweg der kürzer ist als ein Gesamtverstellweg aus der Mittelstellung heraus wirksam ist. Sobald der Hydraulikkolben den Verstellweg zurückgelegt hat, wird der Fluidpfad automatisch verschlossen beziehungsweise ist nicht mehr wirksam.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Hydraulikanordnung ist vorgesehen, dass der Abstand der Hydraulikmündungen oder eine Länge der Nut größer ist als eine Breite des Hydraulikkolbens. Vorteilhaft kann dadurch der Hydraulikkolben in seiner Mittelstellung umgangen werden.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der Hydraulikanordnung ist vorgesehen, dass in einer ersten Endstellung und/oder in einer zweiten Endstellung der Fluidpfad hydraulisch kurzgeschlossen oder mittels des Hydraulikkolbens abgesperrt ist. Unter kurzgeschlossen kann verstanden werden, dass an einem Ende und an einem Anfang des Fluidpfads ein identischer hydraulischer Druck anliegt, beispielsweise ein entsprechender hydraulischer Druck einer der Kolbenräume. Vorteilhaft ist der Fluidpfad in der Endstellung nicht mehr wirksam, so dass vorteilhaft in der Endstellung mittels des Fluidpfads verursachte Leckage nicht mehr auftreten kann.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der Hydraulikanordnung ist vorgesehen, dass die Hydraulikanordnung eine hydraulische Energiequelle zum Bereitstellen des Hydraulikmediums und einen drucklosen Tank zum Rückführen des Hydraulikmediums und ein der hydraulischen Energiequelle, dem Tank sowie der Hydraulikvorrichtung zur Ansteuerung zugeordnetes Steuerventil aufweist. Vorteilhaft kann mittels des Steuerventils die Ansteuerung des Hydraulikkolbens, also das Befüllen und Entleeren der Kolbenräume erfolgen.
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Die Aufgabe ist außerdem bei einem Getriebe, insbesondere einem Doppelkupplungsgetriebe, mit einer Gangwahl und einer vorab beschriebenen Hydraulikanordnung, mittels der die Gangwahl betätigbar ist, gelöst. Es ergeben sich die vorab beschriebenen Vorteile.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der -gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung- zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Beschriebene und/oder bildlich dargestellte Merkmale bilden für sich oder in beliebiger, sinnvoller Kombination den Gegenstand der Erfindung, gegebenenfalls auch unabhängig von den Ansprüchen, und können insbesondere zusätzlich auch Gegenstand einer oder mehrerer separaten Anmeldung/en sein. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
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1 eine schematische Ansicht einer Hydraulikanordnung mit einer doppelt wirkenden Hydraulikvorrichtung und einem Fluidpfad;
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2 ein weiteres Ausführungsbeispiel analog der in 1 gezeigten Hydraulikanordnung und
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3 eine schematische Ansicht eines Fluidpfads mit einer Nut und einer Engstelle.
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1 zeigt eine Hydraulikanordnung 1 mit einer doppelt wirkenden Hydraulikvorrichtung 3. Mittels der doppelt wirkenden Hydraulikvorrichtung 3 kann eine Gangwahl 5 eines Getriebes 7 betätigt werden. Die Gangwahl 5 und das Getriebe 7 sind in 1 nur teilweise dargestellt.
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Die Hydraulikvorrichtung 3 weist einen Hydraulikzylinder 9 auf, der mittels eines ersten Hydraulikzugangs 11 und eines zweiten Hydraulikzugangs 13 entgegengesetzt und doppelt wirkend mit einem Hydraulikmedium beaufschlagbar ist. Zwischen den Hydraulikzugängen 11 und 13 und innerhalb des Hydraulikzylinders 9 ist ein Hydraulikkolben 15 angeordnet, der den Hydraulikzylinder 9 in zwei Kolbenräume 17 aufteilt. Jeder der Kolbenräume 17 ist einem der Hydraulikzugänge 11 beziehungsweise 13 zugeordnet. Dem Hydraulikkolben 15 ist beidseitig – im Sinne eines Gleichlaufzylinders – eine Kolbenstange 19 zugeordnet, mittels der die Gangwahl 5 des Getriebes 7 betätigbar ist.
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Zwischen den Hydraulikzugängen 11 und 13 ist ein Fluidpfad 21 angeordnet, der in einer Mittelstellung, die in 1 gezeigt ist, die zwei Kolbenräume 17 miteinander verbindet. Der Fluidpfad 21 weist einen hydraulischen Widerstand 23 auf, so dass sich in den Kolbenräumen 17 befindliche Luft vergleichsweise leicht und sich in den Kolbenräumen 17 befindliches Hydraulikmedium vergleichsweise schwer zwischen den Kolbenräumen 17 ausgetauscht werden kann. Der Fluidpfad 21 endet an zwei Hydraulikmündungen 25 die dem Hydraulikzylinder 9 zugeordnet sind. Die Hydraulikmündungen 25 des Hydraulikzylinders 9 sind in einem Abstand zueinander angeordnet und zwischen den Hydraulikzugängen 11 und 13 angeordnet. Der Abstand der Hydraulikmündungen 25 ist größer als eine Breite des Hydraulikkolbens 15. Mittels eines Doppelpfeils 27 ist in 1 angedeutet, dass der Hydraulikkolben 15 aus seiner in 1 gezeigten Mittelstellung nach rechts und links verschieblich gelagert ist, also in eine linke Endstellung und eine rechte Endstellung. Vorteilhaft sind die Hydraulikmündungen 25 so zwischen den Hydraulikzugängen 11 und 13 angeordnet, dass der Fluidpfad 21 in der linken Endstellung und der rechten Endstellung jeweils kurzgeschlossen ist, also dabei jeweils beide Hydraulikmündungen 25 entweder in den linken Kolbenraum 17 oder den rechten Kolbenraum 17 münden. Es ist ersichtlich, dass dadurch der Fluidpfad 21 hydraulisch kurzgeschlossen ist, also wirkungslos, mithin keine unerwünschte Leckage auftritt. Alternativ ist es denkbar, die Hydraulikmündungen 25 in einem größeren, als in 1 gezeigten Abstand zueinander anzuordnen, wobei jeweils eine der Hydraulikmündungen 25 in der linken Endstellung oder der rechten Endstellung mittels des Hydraulikkolbens 25 verschlossen ist. Es ist ersichtlich, dass auch dadurch der Fluidpfad 21 wirkungslos ist, also keine unerwünschte Leckage in einer der Endstellungen auftreten kann.
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Die Hydraulikzugänge 11 und 13 des Hydraulikzylinders 9 sind einem Steuerventil 29 nachgeschaltet. Das Steuerventil 29 ist als federrückgestelltes, elektrisch ansteuerbares proportional 4/3-Wege-Ventil ausgelegt und dient zum wechselweisen hydraulischen Bestromen und drucklosen Schalten der Kolbenräume 17, 50 dass sich der Hydraulikkolben dadurch nach links und rechts verlagert. In einer mittleren Stellung sind mittels des Steuerventils 29 beide Hydraulikzugänge 11 und 13 einem Tank 31 der Hydraulikanordnung 1 zugeordnet und damit drucklos geschaltet. Zum Bereitstellen entsprechender hydraulischer Energie weist die Hydraulikanordnung 1 eine dem Steuerventil 29 vorgeschaltete Energiequelle 33 auf.
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2 zeigt eine weitere Hydraulikanordnung 1, die analog der in 1 gezeigten aufgebaut ist. Insofern wird auf die Beschreibung der 1 verwiesen und lediglich auf die Unterschiede eingegangen.
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Als einziger Unterschied weist die in 2 gezeigte Hydraulikanordnung 1 einen Hydraulikkolben 15 auf, dem nur einseitig eine Kolbenstange 19 zugeordnet ist. Dadurch ergeben sich unterschiedliche Wirkflächen am Hydraulikkolben 15 im Sinne eines Differentialzylinders. Entsprechende hydraulische Stellkräfte können mittels der einseitigen Kolbenstange 19 übertragen werden, wobei diese dementsprechend auf Zug und Druck belastet wird.
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3 zeigt eine schematische Ansicht einer Innenseite eines Hydraulikkolbens 15 einer Hydraulikanordnung 1. Ein Hydraulikkolben 15 ist gestrichelt dargestellt. Die Innenwand des Hydraulikzylinders 9 weist eine Nut 35 mit einer Engstelle 37 auf. Die Nut 35 bildet einen Fluidpfad 21 analog des in den 1 und 2 dargestellten Fluidpfads 21 zum Verbinden der Kolbenräume 17 in der Mittelstellung des Hydraulikkolbens 15. Vorteilhaft ist eine Breite des Hydraulikkolbens 15 größer als eine Teillänge der Nut 35 zwischen einem linken Ende und der Engstelle 37 beziehungsweise zwischen einem rechten Ende und der Engstelle 37. Die Nut 35 kann bezüglich der Engstelle 37 symmetrisch aufgebaut sein. Dies ist jedoch nicht erforderlich, solange gewährleistet ist, dass die entsprechenden Teillängen zwischen dem linken Ende und der Engstelle 37 und dem rechten Ende und der Engstelle 37 der Nut 35 jeweils kleiner sind als die Breite des Hydraulikkolbens 15. Dadurch ist vorteilhaft sichergestellt, dass eine Verbindung zwischen den Kolbenräumen 17 stets über die Engstelle 37 geführt wird.
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Sobald der Hydraulikkolben 15 bei einer Verstellbewegung aus seiner Mittelstellung, die in 3 gezeigt ist, in eine der Endstellungen, also nach rechts oder links das linke Ende der Nut 35 oder das rechte Ende der Nut 35 erreicht hat, ist der dadurch gebildete Fluidpfad 21 wirkungslos, so dass vorteilhaft in den Endstellungen des Hydraulikkolbens 15 keine unerwünschte Leckage über den Fluidpfad 21 stattfinden kann.
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Die Verbindung mittels des Fluidpfads 21 der beiden Kolbenräume 17, insbesondere über die Nut 35 oder einem entsprechenden Kanal, mit dem hydraulischen Widerstand 33, insbesondere der Engstelle 37, kann vorteilhaft eine Entlüftung des jeweiligen Kolbenraums 17 bei einer Druckbeaufschlagung gewährleisten. Wird einer der beiden Kolbenräume 17 mit Druck beaufschlagt, so ist der andere über das Steuerventil 29, das als 4/3-Wege-Ventil ausgelegt ist, mit dem Tank 31 verbunden.
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Setzt sich Luft, beispielsweise in Form einer Blase, in einem der Kolbenräume 17 ab, so wird diese beim Druckbeaufschlagen des einen Kolbenraums 17 über den hydraulischen Widerstand 23, der beispielsweise als Blende ausgeführt ist, in den gegenüberliegenden drucklosen Kolbenraum 17 und über das Steuerventil 29 zum Tank 31 hinab gelassen. Der Kanalwiderstand beziehungsweise ein hydraulischer Widerstand des Fluidpfads 21 kann vorteilhaft so gewählt werden, dass er für die Luft sehr gering, für Öl beziehungsweise das Hydraulikmedium allerdings sehr groß ist. Bei dem hydraulischen Widerstand 23 kann es sich beispielsweise um eine Blende oder eine Drossel oder einen beliebigen anderen hydraulischen Widerstand handeln.
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Der Fluidpfad 21, beispielsweise in Form eines Kanals, mit dem hydraulischen Widerstand 23, insbesondere in Form einer Blende oder einer Drossel, der die beiden Kolbenräume 17 des doppelt wirkenden Hydraulikzylinders 9 der Hydraulikvorrichtung 3 miteinander verbindet. Befindet sich der Hydraulikkolben 15 in seiner, in den 1 bis 3 gezeigten Mittelstellung, wobei beispielsweise beide Kolbenräume 17 drucklos geschaltet sein können, so verbindet der Fluidpfad 21 beide Kolbenräume 17 miteinander. Grundsätzlich ist es nicht erforderlich, dass sich in der Mittelstellung der Hydraulikkolben 15 exakt in einer mittleren Position relativ zu den Hydraulikmündungen 25 des Fluidpfads 21 befindet. Wichtig ist, dass in der drucklosen Mittelstellung die Hydraulikmündungen 25 des Fluidpfads 21 so angeordnet sind, dass beide Kolbenräume 17 miteinander verbunden sind. Dementsprechend kann eine axiale Position frei gewählt werden. Befindet sich der Hydraulikkolben 15 in der jeweiligen Endlage, liegen vorteilhaft beide Hydraulikmündungen 25 des Fluidpfads 21 innerhalb eines Druckbereichs des jeweils verbleibenden unter Druck gesetzten Kolbenraums 17. Alternativ und/oder zusätzlich ist es möglich, dass nicht beide Hydraulikmündungen 25 in dem Druckbereich liegen, sondern lediglich eine der Hydraulikmündungen 25 des Fluidpfads 21 in dem Druckbereich liegt und die andere der Hydraulikmündungen 25 von dem Hydraulikkolben 15 verschlossen ist.
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Zur Entlüftung ist ein Fluidpfad 21 zwischen den beiden Kolbenräumen 17 vorgesehen. Diese sind verbunden, wenn sich der Hydraulikkolben in der Mittelstellung befindet. Wird eine Seite mit Druck beaufschlagt, so wird Luft über den Fluidpfad 21 in den drucklosen Kolbenraum gepumpt und über das Steuerventil 29, das insbesondere als 4/3-Wege-Ventil ausgelegt ist, in Richtung des Tanks 31 abgelassen. Verfährt der Hydraulikkolben 15 in eine Endlage, so liegt der Fluidpfad 21 im Druckbereich beziehungsweise ist hydraulisch kurz geschlossen oder ist zumindest einseitig mittels des Hydraulikkolbens 15 abgesperrt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hydraulikanordnung
- 3
- Hydraulikvorrichtung
- 5
- Gangwahl
- 7
- Getriebe
- 9
- Hydraulikzylinder
- 11
- erster Hydraulikzugang
- 13
- zweiter Hydraulikzugang
- 15
- Hydraulikkolben
- 17
- Kolbenräume
- 19
- Kolbenstange
- 21
- Fluidpfad
- 23
- hydraulischer Widerstand
- 25
- Hydraulikmündung
- 27
- Doppelpfeil
- 29
- Steuerventil
- 31
- Tank
- 33
- Energiequelle
- 35
- Nut
- 37
- Engstelle
