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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Flugzeugfahrwerk mit wenigstens einer elektro-hydraulischen Antriebs- und Steuereinheit (EHA-Einheit) sowie ein Flugzeug mit einem derartigen Flugzeugfahrwerk.
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Flugzeugfahrwerke mit EHA-Einheiten sind aus dem Stand der Technik bekannt und dienen bei Flugzeugen dazu, bestimmte hydraulische Aktuatoren der Flugzeugfahrwerke mittels eines Elektromotors und einer Hydraulikpumpe zu betreiben.
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Diese Aktuatoren können dabei dafür ausgelegt sein, unterschiedliche Funktionen des Flugzeugs anzusteuern, beispielsweise Steuerflächen oder Fahrwerke des Flugzeugs zu bewegen. Werden die Aktuatoren bei Fahrwerken eingesetzt, so übernimmt die EHA-Einheit die Lenkung des Flugzeuges, wenn das Flugzeug mittels des Fahrwerks am Boden verfahren wird. Alternativ können derartige EHA-Einheiten auch das Ein- und/oder Ausfahren des Fahrwerks aus einem Fahrwerkschacht steuern oder ein notfallmäßiges Ausfahren bzw. Hinausfallen des Fahrwerks aus dem Fahrwerkschacht ermöglichen. Bei diesen dezentral ausgeführten EHA-Einheiten erfolgt der Einsatz mithin speziell abgestimmt auf einzelne Verbraucher.
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Problematisch ist bei dieser Bauform, dass unter Umständen eine Vielzahl von EHA-Einheiten bereitgestellt werden muss, um die einzelnen Funktionen des Flugzeugs anzusteuern oder dass zur Steuerung der Bewegung der Aktuatoren spezielle Servoaktuatoren benötigt werden.
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Eine alternative Bauform, welche ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt ist, versorgt die Aktuatoren von beispielsweise Steuerflächen oder Fahrwerken aus dem zentralen Hydrauliksystem des Flugzeugs. Dabei werden die Aktuatoren über Ventile gesteuert, die an den entsprechenden Stellen, d. h. zum Beispiel an den Fahrwerken, insbesondere an den Bugfahrwerken, vorgesehen sind.
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Problematisch bei dieser Bauform ist wiederum, dass für die Hydraulikversorgung Hydraulikleitungen von den zentralen Hydraulikpumpen beispielsweise der Triebwerke des Flugzeugs bis in den Bug des Flugzeugs geführt werden müssen, was einen erheblichen Integrations-, Kosten- und Gewichtsaufwand bedeutet.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung bereitzustellen, die die oben genannten Probleme überwindet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, wonach ein Flugzeugfahrwerk, insbesondere Bugfahrwerk vorgesehen ist, mit wenigstens einer EHA-Einheit, die wenigstens einen Elektromotor und wenigstens eine Hydraulikpumpe aufweist, wobei wenigstens eine Verstelleinrichtung zur Verstellung der Position des Flugzeugfahrwerks vorgesehen ist, wobei die Verstelleinrichtung wenigstens einen Aktuator zum Antreiben der Verstelleinrichtung umfasst, wobei mittels des den wenigstens einen Aktuator der Verstelleinrichtung über die Hydraulikpumpe antreibenden Elektromotors der Lenkwinkel und/oder die Lenkgeschwindigkeit und/oder die Ein- und Ausfahrgeschwindigkeit und/oder die Endlagendämpfung und/oder die Position der Verstelleinrichtung steuerbar oder regelbar ist.
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Die erfindungsgemäße Steuerung oder Regelung von Lenkwinkel und/oder Lenkgeschwindigkeit und/oder Ein- und Ausfahrgeschwindigkeit und/oder Endlagendämpfung und/oder Position der Verstelleinrichtung mittels des Elektromotors macht es möglich, auf die sonst üblichen speziellen Servoventile zu verzichten. Die Konstruktion der Vorrichtung wird dadurch vorteilhaft vereinfacht. Die genannte Steuerung wird durch die Drehzahl und/oder Drehrichtung des Elektromotors vorgenommen.
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Hierbei wird ausgenutzt, dass das Ein- bzw. Ausfahren des Fahrwerks sowie das Lenken mittels des Fahrwerks nie gleichzeitig auftreten, weshalb vorzugsweise eine gemeinsame Motor-Pumpen-Einheit für diese Funktionen genutzt werden kann. Vorteilhafterweise wird es so ermöglicht, die EHA-Einheit dezentral in einem Bereich vorzusehen, in welchem eine hydraulische Versorgung erforderlich ist. Beispielsweise kann es sich dabei um den Fahrwerksbereich eines Flugzeugs handeln. Durch die Möglichkeit der Kombination der unterschiedlichen Steuerungsmittel ist es vorteilhaft möglich, mittels einer einzelnen EHA-Einheit verschiedene Funktionen bzw. Verbraucher oder Verstelleinrichtungen des Fahrwerks auszuführen bzw. anzusteuern. Hierdurch ergeben sich Gewichtseinsparungen, da nicht mehr eine Mehrzahl von EHA-Einheiten am Fahrwerk zur Durchführung unterschiedlicher Funktionen benötigt wird.
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Im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten alternativen Ausführungsformen, in denen hydraulische Verbraucher aus einem zentralen Hydrauliksystem gespeist werden, ergibt sich durch den Wegfall von Verbindungsleitungen zwischen dem zentralen Hydrauliksystem und den Verbrauchern ebenfalls ein Gewichtsvorteil.
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Die Verstelleinrichtungen können dabei neben entsprechenden Aktuatoren auch Komponenten wie Fahrwerkslenkung und/oder Fahrwerkseinfahreinrichtung und/oder Fahrwerksausfahreinrichtung und/oder Fahrwerksverriegelungseinrichtung sowie entsprechende Mittel zu deren Steuerung umfassen. Diese Mittel können einen Ventilblock mit einem oder mehreren integrierten Ventilen, insbesondere Schieberventilen umfassen. Die Mittel zur Steuerung der Komponenten können ferner Ventile wie Wahlventile, Entsperrventile, Freifallventile, Überdruckventile, Anti-Kavitationsventile und/oder Anti-Flatterventile umfassen, die in einem Ventilblock integriert sein können.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. So ist es in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel denkbar, dass der Elektromotor derart ausgeführt ist, dass die Steuerung oder Regelung des wenigstens einen Aktuators durch die Drehrichtung und/oder Geschwindigkeit des Elektromotors erfolgt. Der Elektromotor kann somit über seine Betriebsparameter Drehrichtung und/oder Geschwindigkeit direkt bzw. über die Hydraulikpumpe die Steuerung des wenigstens einen Aktuators übernehmen. Zusätzliche Steuervorrichtungen sind vorteilhafterweise nicht nötig.
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In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist denkbar, dass die Hydraulikpumpe für eine verbrauchsabhängige Druckerzeugung ausgelegt ist.
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Eine so ausgelegte Hydraulikpumpe kann vorteilhaft flexibel an unterschiedliche Verbrauchsszenarien angepasst werden. Denkbar ist, dass die Hydraulikpumpe beispielsweise durch Veränderung ihrer Geometrie sowohl an Verbraucher, die eine hohe Durchflussrate mit geringer Druckdifferenz benötigen, als auch an Verbraucher mit niedriger Durchflussrate und hoher Druckdifferenz angepasst werden kann. Somit kann eine geregelte Hydraulikpumpe eingesetzt werden.
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In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist dabei denkbar, dass der oder die Aktuatoren ausgeglichene Aktuatoren sind.
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Bei diesen Aktuatoren ist das Ölvolumen auf beiden Seiten des Aktuators, d. h. beim Zu- und beim Ablauf gleich, wodurch vorteilhafterweise kein zusätzlicher Stauraum für überflüssige Hydraulikflüssigkeit benötigt wird.
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In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein Flugzeugfahrwerk denkbar, bei dem eine oder mehrere Verstelleinrichtungen in Form der Fahrwerkslenkung und/oder der Fahrwerkseinfahreinrichtung und/oder Fahrwerksausfahreinrichtung und/oder der Fahrwerksverriegelungseinrichtung vorgesehen sind.
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In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein Flugzeugfahrwerk denkbar, bei dem im Falle von mehreren Verstelleinrichtungen jede wenigstens je einen Aktuator zum Antreiben der Versteileinrichtung umfasst.
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In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein Flugzeugfahrwerk denkbar, bei dem die wenigstens eine Verstelleinrichtung mit Mitteln zum Steuern oder Regeln einer Fahrwerkslenkung und/oder mit Mitteln zum Steuern oder Regeln einer Fahrwerkseinfahreinrichtung und/oder Fahrwerksausfahreinrichtung und/oder mit Mitteln zum Steuern oder Regeln einer Fahrwerksverriegelungseinrichtung ausgeführt ist.
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In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein Flugzeugfahrwerk denkbar, bei dem die die EHA-Einheit wenigstens einen Ventilblock mit einem oder mehreren integrierten Ventilen, insbesondere Schieberventilen, umfasst, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass die Mittel gemäß Anspruch 7 durch eines oder mehrere der Ventile gebildet werden
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In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein Flugzeugfahrwerk denkbar, bei dem die EHA-Einheit weitere, vorzugsweise sämtliche zum Betrieb der Fahrwerkslenkung und/oder der Fahrwerkseinfahreinrichtung und/oder Fahrwerksausfahreinrichtung und/oder der Fahrwerksverriegelungseinrichtung erforderlichen funktionellen Bauteile der EHA-Einheit in dem Ventilblock gemäß Anspruch 8 integriert aufweist. Eine solche integrierte Bauweise des Ventilblocks ermöglicht eine besonders verschleißarme, zuverlässige und kompakte Bauform der EHA-Einheit und damit des Fahrwerks.
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In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein Flugzeugfahrwerk denkbar, bei dem die EHA-Einheit wenigstens ein Reservoir, wenigstens einen Drucksensor und wenigstens einen Hydraulikfilter umfasst. Hierbei ermöglichen Reservoir, Drucksensor und Hydraulikfilter ein sicheres und kontrolliertes Betreiben der EHA-Einheit. Insbesondere ein federbelastetes, mit Stickstoff beaufschlagtes Reservoir kann die Auswirkungen von Kavitation und Überdruck im System mindern bzw. deren Entstehung verhindern.
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In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist denkbar, dass der Elektromotor ein geregelter, bürstenloser DC-Motor ist und/oder dass die Hydraulikpumpe eine Konstantförderpumpe ist, wobei die Hydraulikpumpe insbesondere als Axialkolbenpumpe ausgeführt ist und/oder dass das Reservoir ein federbelastetes Reservoir ist.
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In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist denkbar, bei dem die EHA-einheit einen Ventilblock aufweist, der wenigstens je ein Wahlventil, ein Entsperrventil und ein Freifallventil, sowie wenigstens je ein Überdruckventil und/oder ein Anti-Kavitationsventil und/oder Anti-Flatterventil umfasst.
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Durch die Ausgestaltung des Ventilblocks mit Wahlventil, Entsperrventil und Freifallventil wird es vorteilhafterweise ermöglicht, drei getrennte Funktionen getrennt voneinander mittels eines und desselben Ventilblocks anzusteuern. Wenn dabei zusätzlich im Ventilblock je wenigstens ein Überdruckventil, ein Anti-Kavitationsventil und/oder ein Anti-Flatterventil vorgesehen sind, so wird der Aufbau der EHA-Einheit weiterhin vorteilhafterweise vereinfacht bzw. verkleinert.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist ein Flugzeugfahrwerk bei dem die EHA-Einheit einen Controller umfasst, der in einer Control-Monitor Architektur ausgeführt ist, wobei Eingabedaten über eine AFDX-Bus an den Controller eingegeben werden und wobei der Controller den Elektromotor und die Ventile steuert.
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Der Controller bzw. die Kontrolleinheit bündelt dabei vorteilhafterweise alle oder einen Großteil der zum Betrieb der EHA-Einheit benötigten Steuerfunktionen bzw. Steuerberechnungen und ist für eine closed loop Regelung ausgelegt. Die Leistungselektronik der EHA-Einheit wird mit einer Spannung von +/–270 Volt versorgt. Dabei steuert die Leistungselektronik anhand der Signale eines Control Channels den bürstenlosen DC-Motor und die Hydraulikventile.
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Der Control Channel selbst regelt dabei die Leistungselektronik, wobei bei einer Fahrwerkslenkung die Lenkwinkel mit angemessener Lenkgeschwindigkeit und Genauigkeit geregelt werden und beim Ein- und/oder Ausfahren eines Fahrwerks mittels einer Fahrwerkseinfuhreinrichtung und/oder Fahrwerksausfahreinrichtung die Bewegungsgeschwindigkeit des Fahrwerks, das Timing und die Endlagendämpfung geregelt wird.
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Ein Monitor Channel des Controllers kann dabei das Funktionieren der EHA-Einheit überwachen und im Falle von Abweichungen schalten. Denkbar ist, dass im Falle von Abweichungen das Lenkungssystem bzw. die Fahrwerkslenkung in einen Fail Safe Mode geschaltet wird oder dass z. B. die Fahrwerkseinfahreinrichtung und/oder Fahrwerksausfahreinrichtung bzw. das Ein-/Ausfahrsystem in einen freien Mode bzw. Modus schaltet, um so ein freies Ausfahren zu ermöglichen.
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Es ist auch denkbar, dass der Controller einen Alternate Extension Channel umfasst, der galvanisch abgetrennt ist und einen Aktuator zum alternativen Betrieb bzw. Ausfahren mit 28 VDC versorgt.
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Die Erfindung ist ebenfalls auf ein Flugzeug mit einem Flugzeugfahrwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 13 gerichtet.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nun anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigt:
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1: eine schematische Darstellung einer EHA-Einheit mit drei Verstelleinrichtungen.
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1 zeigt eine schematische Darstellung der elektro-hydraulischen Antriebs- und Steuereinheit (EHA-Einheit) 1 mit daran vorgesehenen Mitteln zum Steuern verschiedener Verstelleinrichtungen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei den Verstelleinrichtungen um eine Fahrwerkslenkung 2 mit einem entsprechenden hydraulischen Aktuator bzw. Steuermotor, eine Fahrwerkseinfahreinrichtung und/oder Fahrwerksausfahreinrichtung 3 mit entsprechendem Aktuator, sowie um eine Fahrwerksverriegelungseinrichtung 4 zum Ver- bzw. Entriegeln des Fahrwerks.
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Die EHA-Einheit 1 umfasst einen Elektromotor 11, welcher als geregelter, bürstenloser DC-Motor ausgeführt sein kann. Mit dem Elektromotor 11 ist eine Hydraulikpumpe 12 verbunden, die als Konstantförderpumpe bzw. Axialkolbenpumpe ausgeführt sein kann.
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Über die Drehzahl und/oder über die Geschwindigkeit des Elektromotors wird der Betrieb der Hydraulikpumpe und somit auch die Funktion des oder der Aktuatoren gesteuert oder geregelt.
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Die EHA-Einheit 1 umfasst ferner einen Ventilblock 13, der ein oder mehrere integrierte Ventile umfasst. Die Ventile können dabei als Schieberventile ausgebildet sein und die Mittel zum Steuern der Verstelleinrichtungen ausbilden.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst die EHA-Einheit 1 unterschiedliche Zusatzvorrichtungen, wie ein Reservoir 22, einen Drucksensor 25 oder einen Hydraulikfilter 26.
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Der Ventilblock 13 der EHA-Einheit 1 umfasst im gezeigten Ausführungsbeispiel ein Wahlventil 15, mittels dem sowohl die Fahrwerkslenkung 2 als auch die weiterhin am Ventilblock 13 vorgesehenen Entsperrventile 16 und Freifallventile 17 angesteuert werden können. Das Wahlventil 15 ist dabei so einstellbar, dass es in einem Zustand, in dem das Flugzeug mit ausgefahrenem Fahrwerk auf dem Rollfeld steht, den Durchfluss von Hydraulikflüssigkeit durch den Aktuator der Fahrwerkslenkung 2 ermöglicht. Der Lenkausschlag wird dabei über die Steuerung des Elektromotors 11 durchgeführt. Die weiteren Ventile Entsperrventil 16 und Freifallventil 17 können dabei so ausgelegt sein, dass sie keine Bewegung der von ihnen angesteuerten Aktuatoren zulassen.
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Das Entsperrventil 16 ist mit einer Fahrwerkseinfahreinrichtung und/oder einer Fahrwerksausfahreinrichtung 3 verbunden, diese Einrichtung kann dabei beispielsweise als integrierte Einrichtung sowohl zum Einfahren als auch zum Ausfahren des Fahrwerks ausgelegt sein oder es können auch getrennte Ausführungsformen vorgesehen sein, bei denen das Ausfahren und das Einfahren von unterschiedlichen Einrichtungen bewirkt wird.
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Mittels des Freifallventils 17 ist es möglich, eine Fahrwerksverriegelungseinrichtung anzusteuern und so zum Beispiel im Falle eines Notfalls das Fahrwerk eines Flugzeugs so zu entriegeln, dass es aufgrund seines Eigengewichts ausgefahren wird bzw. ausfällt. Dabei kann ein unabhängiger, beispielsweise an der Struktur eines Fahrwerkschachts angebrachter Elektro-Hydraulischer Aktuator das Fahrwerk für den Fall entriegeln, dass ein normales Ausfahren des Fahrwerks nicht möglich ist.
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Zur Verbesserung der Funktionsweise der EHA-Einheit 1 umfasst der Ventilblock 13 ferner zwei Überdruckventile 18, mittels derer unerwünschte oder nachteilige Überdruckverhältnisse im Ventilblock 13 geregelt werden können. Die Überdruckventile 18 sind dabei dafür ausgelegt, Überdrücke durch ein Abschleppen oder durch einen Temperaturanstieg abzubauen.
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Weiterhin sind Anti-Kavitationsventile 19 vorgesehen, die dazu ausgelegt sind, mögliche Kavitationen im Bereich des Ventilblocks 13 zu reduzieren. Derartige Kavitationen können aufgrund von unterschiedlichen Volumina und Temperaturausdehnungen im Hydrauliksystem bzw. in den hydraulischen Leitungen der EHA-Einheit 1 auftreten und potentiell zu Beeinträchtigung der Systemkomponenten führen.
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Ebenso kann ein Anti-Flatterventil vorgesehen sein, das ein Aufschwingen des Fahrwerks verhindert.
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Die beschriebene EHA-Einheit 1 kann dabei in einem Flugzeugfahrwerk, insbesondere in einem Bugfahrwerk, eingebaut sein, wo sie dann mit wenigstens drei Verstelleinrichtungen verbunden ist. Die Verstelleinrichtungen umfassen die Fahrwerkslenkung 2, eine Fahrwerkseinfahreinrichtung und/oder Fahrwerksausfahreinrichtung 3 sowie eine Fahrwerksverriegelungseinrichtung 4.
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Bei der in 1 gezeigten EHA-Einheit 1 treibt der Elektromotor 11 die Hydraulikpumpe 12 an, die wiederum ein druckbeaufschlagtes Hydraulikmedium an den angeschlossenen Ventilblock 13 weiterleitet. Im Ventilblock 13 wird das Hydraulikmedium mittels der dort vorgesehenen Ventile, die über einen Controller angesteuert werden, auf die an die EHA-Einheit 1 angeschlossenen Verbraucher bzw. Verstelleinrichtungen verteilt. Eine Endlagendämpfung der Aktuatoren sowie eine genaue Steuerung und Positionsbestimmung der Aktuatoren der Verstelleinrichtungen ist dabei über die Motordrehzahl des Elektromotors 11 gegeben. Hierbei kann es vorgesehen sein, dass die Steuerung über eine konstante Druckversorgung erfolgt, d. h. es wird immer nur so viel Druck erzeugt wie auch von den Aktuatoren benötigt wird. Es ist auch möglich, die Position der Aktuatoren bzw. die Fahrwerksposition durch Zählen der Pumpenzyklen zu errechnen bzw. zu bestimmen.
