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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Dämpfungsventil, insbesondere zum Einbau in die Hydraulikleitung einer Kupplung mit hydraulischer Betätigung. Die Erfindung betrifft ferner eine Kupplung und ein Fahrzeug.
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Bei manuellen Schaltgetrieben von Kraftfahrzeugen kann der Einkuppelvorgang hohe Drehmomentspitzen auf die Komponenten des Antriebsstrangs bewirken. Das ist insbesondere bei Fehlbedienungen der Fall, z. B. beim Abrutschen von der Kupplung bei gleichzeitig hoher Motordrehzahl. Verschiedene Motor/Getriebe-Kombinationen mit hydraulischer Kupplungsbetätigung werden daher mit einem Dämpfungsventil ausgestattet, dem sogenannten ”Peak Torque Limiter” (PTL). Dieses Dämpfungsventil wird in die Hydraulikleitung zwischen Kupplungsbetätigung und Kupplungsaktuator geschaltet. Die Hydraulikflüssigkeit strömt beim Auskuppeln ungehindert durch das Dämpfungsventil. Beim Einkuppeln dagegen, also der umgekehrten Strömungsrichtung, wird der Strömungsquerschnitt verengt, was die mögliche Einkuppelgeschwindigkeit verlangsamt. Diese Verlangsamung bewirkt eine Reduzierung der Drehmomentspitze.
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Allerdings nimmt die Viskosität der Hydraulikflüssigkeit mit zunehmender Temperatur ab. Der Strömungsquerschnitt beim Einkuppeln sollte deswegen nur so weit eingeengt werden, dass auch bei niedrigen Temperaturen ein sinnvolles Einkuppeln möglich ist. Dies führt aber dazu, dass bei hohen Temperaturen das Dämpfungsventil nahezu wirkungslos ist.
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Wird die Querschnittsverengung beim Einkuppeln abhängig von der Temperatur gemacht, derart, dass der Querschnitt bei tiefen Temperaturen weniger verengt wird als bei hohen Temperaturen, so ist das Dämpfungsventil auch bei höheren Temperaturen wirksam.
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US5427138A beschreibt ein Dämpfungsventil zum Einsatz in einer Kupplungsanordnung. Dabei wird der Strömungsquerschnitt beim Einkuppeln durch einen Hubkörper begrenzt, der sich parallel zur Strömungsrichtung verschiebt und gegen eine Dichtfläche gedrückt werden kann. Der Hubkörper wird von zwei Federn gehalten, von denen eine den Hubkörper gegen einen Ventilsitz drückt und die zweite Feder ihn vom Ventilsitz wegdrückt. Dabei ist eine der Federn aus einem Formgedächtnismaterial gefertigt und so ausgelegt, dass bei hohen Temperaturen der Hydraulikflüssigkeit der Hubkörper an einem Ventilsitz zur Anlage kommt, so dass nur noch Hydraulikflüssigkeit durch eine kleine Aussparung im Hubkörper fließen kann. Bei niedrigen Temperaturen der Hydraulikflüssigkeit wird der Hubkörper vom Ventilsitz weggedrückt, so dass ein Spalt zwischen Ventilsitz und Hubkörper entsteht, durch den Hydraulikflüssigkeit fließen kann. Die Größe des Spalts wird durch die Federkraft der beiden Federn bestimmt, wobei die Feder aus Formgedächtnismaterial eine temperaturabhängige Federkraft aufweist. Die Abstimmung der beiden Federn aufeinander ist kompliziert, da auch beachtet werden muss, dass beim Auskuppeln, der Spalt zwischen Hubkörper und Ventilsitz immer möglichst groß sein muss, um ein schnelles Auskuppeln zu ermöglichen.
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Aufgabe einer Ausführungsform der Erfindung ist, ein einfach und kostengünstig zu fertigendes Dämpfungsventil zu gestalten, das effektiv Drehmomentspitzen auf die Komponenten des Antriebsstrangs verhindern kann.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Dämpfungsventil mit zwei Anschlüssen und einem ersten und einem zweiten Durchgang, die sich zwischen den Anschlüssen erstrecken, und mit einem zwischen einem Ventilsitz und einem Anschlag beweglichen Hubkörper, der in Kontakt mit dem Ventilsitz den ersten Durchgang freigibt und den zweiten Durchgang sperrt und in Kontakt mit dem Anschlag den zweiten Durchgang freigibt, und mit einem Dehnstoffelement, das den Querschnitt des ersten Durchgangs temperaturabhängig steuert. Die Abhängigkeit des Querschnitts von der Temperatur ist im Einzelfall an die Temperaturabhängigkeit der Viskosität des zu steuernden Fluids anzupassen.
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Das Dämpfungsventil kann in eine Kupplungsanordnung so eingebaut werden, dass beim Auskuppeln wenigstens durch den zweiten Durchgang Hydraulikflüssigkeit strömt, beim Einkuppeln kann nur durch den ersten Querschnitt Hydraulikflüssigkeit fließen.
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Der erste Durchgang kann unabhängig von der Stellung des Hubkörpers freigegeben sein. So ist sichergestellt, dass der gesamte freie Durchgangsquerschnitt des Dämpfungsventils dann, wenn der Hubkörper am Anschlag ist, größer ist als wenn er sich am Ventilsitz befindet.
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Einer Ausgestaltung der Erfindung zufolge ist der erste Durchgang ein durch den Hubkörper verlaufender Kanal.
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In einer anderen Ausgestaltung ist der erste Durchgang ein um den Ventilsitz außen herum verlaufender Kanal.
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Das Dehnstoffelement kann eine mit einem Dehnstoff gefüllte Kapsel und einen Schieber umfassen, der in einer Öffnung der Kapsel durch die thermische Ausdehnung des Dehnstoffs bewegbar ist.
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Der Schieber sollte wenigstens in warmer Zustand in den ersten Durchgang hineinragen. Durch die temperaturabhängige Verschiebung des Schiebers wird der Querschnitt des ersten Durchgangs gesteuert.
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Da die Viskosität der meisten Hydraulikfluide mit steigender Temperatur abnimmt, sollte der Querschnitt des ersten Durchgangs bei Temperaturzunahme vermindert sein. Damit kann auch bei höheren Temperaturen beim Einkuppeln der Querschnitt wirksam vermindert werden und Drehmomentspitzen verhindert werden.
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Der Schieber kann eine sich verjüngende Spitze aufweisen.
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In einer Abwandlung umfasst das Dehnstoffelement einen Dehnstoff und eine dehnbare Membran, die den Dehnstoff vom ersten Durchgang trennt. Bei Temperaturzunahme wird durch die temperaturabhängige Ausdehnung des Dehnstoffs die Membran nach außen gewölbt und verengt dadurch den ersten Durchgang.
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Das Dehnstoffelement kann am Hubkörper angebracht sein.
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Insbesondere kann die Membran den ersten Durchgang schlauchförmig umgeben.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
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1 eine schematische Ansicht einer Kupplungsanordung mit einem Dämpfungsventil;
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2 einen Längsschnitt durch das Dämpfungsventil gemäß einer ersten Ausgestaltung beim Einkuppeln bei niedriger Temperatur;
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3 einen Querschnitt des Hubkörpers entlang der Schnittebene III-III der 2;
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4 einen Längsschnitt analog 2 beim Einkuppeln bei höherer Temperatur;
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5 einen Längsschnitt analog 2 beim Auskuppeln bei höherer Temperatur;
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6 einen Längsschnitt durch das Dämpfungsventil gemäß einer zweiten Ausgestaltung beim Einkuppeln bei niedriger Temperatur;
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7 einen Längsschnitt analog 4 beim Auskuppeln bei höherer Temperatur;
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8 einen Längsschnitt durch das Dämpfungsventil gemäß einer dritten Ausgestaltung beim Einkuppeln bei niedriger Temperatur;
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9 einen Längsschnitt analog 8 beim Auskuppeln bei höherer Temperatur.
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1 zeigt eine schematische Ansicht einer hydraulischen Kupplungsanordnung, welche in an sich bekannter Weise einen Geberzylinder 1 und einen Nehmerzylinder 2 aufweist, die durch eine Hydraulikleitung 3 miteinander verbunden sind. Der Geberzylinder 1 ist mit einer Kupplungsbetätigungseinrichtung, zum Beispiel einem Kupplungspedal 4 verbunden. Der Nehmerzylinder 2 ist mit dem Kupplungsaktuator 5 verbunden. In die Hydraulikleitung 3 ist ein Dämpfungsventil 6 geschaltet, dessen erster Anschluss 7 mit dem Geberzylinder 1 verbunden ist. Ein zweiter Anschluss 8 des Dämpfungsventils 6 ist mit dem Nehmerzylinder 2 verbunden. Beim Auskuppeln durch Niedertreten des Kupplungspedals 4 strömt Hydraulikflüssigkeit vom Geberzylinder 1 durch das Dämpfungsventil 6 zum Nehmerzylinder 2. Beim Einkuppeln durch Loslassen der Kupplungspedals 4 erfolgt der Flüssigkeitsstrom in umgekehrter Richtung.
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In 2 ist ein Längsschnitt durch das Dämpfungsventil 6 gemäß einer ersten Ausgestaltung dargestellt. In einem rohrförmigen ersten Gehäuseteil 9a ist zwischen dem ersten Anschluss 7 und einem Abschnitt 10, der einen größeren Innendurchmesser aufweist, eine konische Aufweitung ausgebildet. Der Abschnitt 10 ist mit einem zylindrischen zweiten Gehäuseteil 9b verbunden. Zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäuseteil 9a, 9b ist eine ringförmige Halterung 22 über außerhalb der Schnittebene liegende Streben am ersten Gehäuseteil 9a abgestützt. Das zweite Gehäuseteil 9b weist entlang seiner Längsachse eine Durchgangsbohrung auf, die an dem dem ersten Gehäuseteil 9a zugewandten Ende konisch aufgeweitet ist. Von einer vom Abschnitt 10 abgewandten Stirnfläche 14 aus ist ein hohlzylindrischer Ventilsitz 13 in die Durchgangsbohrung bis an einen Anschlag eingeschoben. An der Stirnfläche 14 ist ein zylindrisches Anschlussteil 15 angebracht. Das Anschlussteil 15 weist entlang seiner Längsachse eine gestufte Bohrung auf. Zwischen einem dem zweiten Gehäuseteil 9b zugewandten Abschnitt 16 von konstantem Durchmesser und dem zweiten Anschluss 8 verringert sich der Innendurchmesser konisch und bildet einen Anschlag 12.
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Ein Hubkörper 11 ist im Anschlussteil 15 aufgenommen und zwischen dem konischen Anschlag 12 und dem Ventilsitz 13 beweglich. Der Hubkörper 11 hat im Wesentlichen zylindrische Gestalt, mit ebenen Stirnflächen und einem Durchgangskanal 17, der sich axial zwischen den Stirnflächen erstreckt. 3 zeigt einen Querschnitt des Hubkörpers 11 entlang der Schnittebene III-III. Zwischen den Stirnflächen des Hubkörpers 11 erstrecken sich auf dem Außenumfang axial verlaufende Rinnen 18, die zu den Stirnflächen hin geöffnet sind. Liegt der Hubkörper 11 am Ventilsitz 13 an, überdeckt der Ventilsitz 13 die offenen Enden der Rinnen 18 vollständig.
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Ein Dehnstoffelement 20 besteht aus einer zylindrischen mit einem Dehnstoff, z. B. einem Wachs, gefüllten Kapsel 24 und einem längs der Kapselachse bewegbaren Schieber 25, der eine stirnseitige Öffnung der Kapsel 24 verschließt. Der Schieber 25 weist eine sich verjüngende Spitze auf. Die Länge 26 des Schiebers 25 außerhalb der Kapsel 24 ist bei hohen Temperaturen durch die thermische Ausdehnung des Dehnstoffs größer als bei geringen Temperaturen. Das Dehnstoffelement 20 ist in die Halterung 22 eingeschraubt. Der Schieber 25 ragt in den inneren Durchgang des Ventilsitzes 13 hinein, ohne ihn jedoch zu verschließen.
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Beim Einkuppeln strömt Hydraulikflüssigkeit durch den zweiten Anschluss 8 in das Dämpfungsventil 6 ein, drückt gegen den Hubkörper 11 und bringt diesen am Ventilsitz 13 zur Anlage. Hydraulikflüssigkeit kann im Wesentlichen nur durch einen ersten Durchgang strömen, welcher durch den Durchgangskanal 17 des Hubkörpers 11 führt.
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Bei niedrigen Temperaturen befindet sich die Spitze des Schiebers 25, wie in 2 dargestellt sinnvollerweise innerhalb des Ventilsitzes 13. Der Durchgangskanal 17 ist vollständig offen.
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Mit zunehmender Temperatur vergrößert sich, wie in 4 dargestellt, die Länge 26 des Schiebers 25. Beim Einkuppeln ragt die Spitze des Schiebers 25 durch den Ventilsitz 13 hindurch in den Durchgangskanal 17 des anliegenden Hubkörpers 11 hinein. Dadurch verringert sich mit steigender Temperatur der freie Querschnitt des Durchgangskanals 17. Da mit zunehmender Temperatur die Viskosität der Hydraulikflüssigkeit abnimmt, kann so die Durchflussmenge annähernd konstant gehalten werden. Über den Kegelwinkel der Spitze oder eine eventuell von der exakten Kegelform abweichende Gestalt der Spitze kann die Abhängigkeit des Durchgangsquerschnitts von der Temperatur festgelegt und genau auf die Temperaturabhängigkeit der Viskosität des im Durchgang zirkulierenden Hydraulikfluids abgestimmt werden.
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5 stellt das Dämpfungsventil beim Auskuppeln dar. Hydraulikflüssigkeit strömt durch den ersten Anschluss 7 in das Dämpfungsventil 6 ein. Sie durchströmt den Ventilsitz 13, drückt gegen den Hubkörper 11 und bringt diesen mit dem Anschlag 12 in Kontakt. Dadurch ist ein zweiter Durchgang freigegeben, der durch die Rinnen 18 des Hubkörpers 11 führt. Außerdem greift hier der Schieber 25 nicht mehr in den Durchgangskanal 17 ein, so dass auch in diesem das Hydraulikfluid ungehindert strömen kann. So ist ein schnelles Auskuppeln möglich.
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6 zeigt einen Längsschnitt durch das Dämpfungsventil 6 gemäß einer zweiten Ausgestaltung beim Einkuppeln bei niedriger Temperatur. In einem rohrförmigen Gehäuse 9 schließt sich an einen ersten Anschluss 7 ein Abschnitt 16 mit geringerem Durchmesser an. Zwischen dem ersten Anschluss 7 und dem Abschnitt 16 ist eine Stufe 27 ausgebildet. Von der Stufe 27 in Richtung zum ersten Abschnitt 7 beabstandet ist ein hohlzylindrischer Ventilsitz 13 an der Innenwand des ersten Anschlusses 7 befestigt. Dadurch ist zwischen der Stufe 27 und dem Ventilsitz 13 ein umlaufender Ringkanal 28 ausgebildet. An den Abschnitt 16 schließt sich ein Anschlag 12 in Form einer konischen Verjüngung an. Daran schließt sich ein zweiter Anschluss 8 an. Ausgehend vom Ringkanal 28 ist eine axiale Nut in den ersten Anschluss 7 eingebracht, die einen Kanal 29 um den Ventilsitz 13 herum bildet. Der Kanal 29 endet jenseits des Ventilsitzes 13 und bildet einen ersten Durchgang zwischen dem ersten Anschluss 7 und dem Ringkanal 28.
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Im Gehäuse 9 ist zwischen dem ersten Anschluss 7 und dem zweiten Anschluss 8 ein Hubkörper 11 aufgenommen, der zwischen dem Anschlag 12 und dem Ventilsitz 13 beweglich ist.
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Der Hubkörper 11 ist wie der Hubkörper 11 der ersten Ausgestaltung von im Wesentlichen zylindrischer Gestalt mit ebenen Stirnflächen und sich auf einer Mantelfläche von einer Stirnfläche zur anderen erstreckenden Rinnen 18, er hat jedoch nicht den in 2–5 gezeigten Durchgangskanal 17.
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Die Kapsel 24 des Dehnstoffelements 20 ist vom gleichen Typ wie in der ersten Ausgestaltung. Sie ist im Gehäuse 9 in eine radiale Bohrung, die im Kanal 29 endet, von außen eingeschraubt. Der Schieber 25 weist hier ein stumpfes Ende auf, das in den Kanal 29 hineinragt.
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Beim Einkuppeln wird, wie in 6 gezeigt, wie im ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, der Hubkörper 11 am Ventilsitz 13 zur Anlage gebracht. Hydraulikflüssigkeit kann nur durch den ersten Durchgang strömen, welcher durch die Rinnen 18 des Hubkörpers 11, durch den Ringkanal 28 und den Kanal 29 führt.
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Bei niedrigen Temperaturen ragt die Spitze des Schiebers 25 nicht oder nur wenig in den Kanal 29 hinein. Der Querschnitt des Kanals 29 ist damit weitgehend offen.
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Wie in 7 dargestellt, vergrößert sich mit zunehmender Temperatur die Länge des Schiebers 25, so dass die Spitze des Schiebers 25, weiter in den Kanal 29 hineinragt. Daher ist der Querschnitt des Kanals 29 bei höheren Temperaturen geringer als bei niedrigeren Temperaturen. Da mit zunehmender Temperatur die Viskosität der Hydraulikflüssigkeit abnimmt, kann so die Durchflussmenge annähernd konstant gehalten werden.
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Wie in 7 dargestellt, wird beim Auskuppeln, wie im ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, der Hubkörper 11 am Anschlag 12 in Kontakt gebracht. Dadurch ist der zweite Durchgang freigegeben, der durch die Rinnen 18 des Hubkörpers 11 und den Ventilsitz 13 führt.
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In 8 ist ein Längsschnitt durch das Dämpfungsventil 6 für eine dritte Ausgestaltung dargestellt. Vom Anschluss 7 zum Anschluss 8 verläuft eine Bohrung mit schrittweise abnehmendem Querschnitt durch das Gehäuse 9. Der hohlzylindrische Ventilsitz 13 ist an eine Stufe des Querschnitts anschlagend platziert. Ein Hubkörper 11 ist zwischen dem Ventilsitz 13 und einem kegelförmigen Anschlag 12 beweglich.
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Ein Dehnstoffelement 20 ist hier durch eine innen umlaufende Nut 31 des Hubkörpers 11 gebildet, die vollständig mit einem Dehnstoff gefüllt und von einem Durchgangskanal 17 des Hubkörpers 11 durch einer dehnbare, schlauchförmige Membran 32 getrennt ist. Bei Temperaturerhöhung wird die Membran 32 durch die thermische Ausdehnung des Dehnstoffs verformt und verengt den Durchgangskanal 17.
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Beim Einkuppeln, wie in 8 dargestellt, strömt Hydraulikflüssigkeit durch den zweiten Anschluss 8 in das Dämpfungsventil 6 ein, drückt gegen den Hubkörper 11 und bringt diesen am Ventilsitz 13 zur Anlage. Hydraulikflüssigkeit kann im Wesentlichen nur durch den ersten Durchgang strömen, welcher durch den Kanal 17 des Hubkörpers 11 führt.
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Bei niedrigen Temperaturen ist, wie in 8 dargestellt, die Membran 32 im Wesentlichen nicht oder nur geringfügig ausgelenkt. Kanal 17 ist weitgehend offen.
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Wie in 9 dargestellt, vergrößert sich mit zunehmender Temperatur die Auslenkung der Membran 32. Dadurch ist der Querschnitt des Kanals 17 bei höheren Temperaturen geringer als bei niedrigeren Temperaturen. Da mit zunehmender Temperatur die Viskosität der Hydraulikflüssigkeit abnimmt, kann so die Durchflussmenge annähernd konstant gehalten werden.
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Beim Auskuppeln, wie in 9 dargestellt, strömt Hydraulikflüssigkeit durch den ersten Anschluss 7 in das Dämpfungsventil 6 ein. Sie durchströmt den Ventilsitz 13, drückt gegen den Hubkörper 11 und bringt diesen mit dem Anschlag 12 in Kontakt. Dadurch ist ein zweiter Durchgang freigegeben, der durch die Rinnen 18 des Hubkörpers 11 führt.
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Es versteht sich, dass die obige detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen zwar bestimmte exemplarische Ausgestaltungen der Erfindung darstellen, dass sie aber nur zur Veranschaulichung gedacht sind und nicht als den Umfang der Erfindung einschränkend ausgelegt werden sollen. Diverse Abwandlungen der beschriebenen Ausgestaltungen sind möglich, ohne den Rahmen der nachfolgenden Ansprüche und deren Äquivalenzbereich zu verlassen. Insbesondere gehen aus dieser Beschreibung und den Figuren auch Merkmale der Ausführungsbeispiele hervor, die nicht in den Ansprüchen erwähnt sind. Solche Merkmale können auch in anderen als den hier spezifisch offenbarten Kombinationen auftreten. Die Tatsache, dass mehrere solche Merkmale in einem gleichen Satz oder in einer anderen Art von Textzusammenhang miteinander erwähnt sind, rechtfertigt daher nicht den Schluss, dass sie nur in der spezifisch offenbarten Kombination auftreten können; stattdessen ist grundsätzlich davon auszugehen, dass von mehreren solchen Merkmalen auch einzelne weggelassen oder abgewandelt werden können, sofern dies die Funktionsfähigkeit der Erfindung nicht in Frage stellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Geberzylinder
- 2
- Nehmerzylinder
- 3
- Hydraulikleitung
- 4
- Kupplungspedal
- 5
- Kupplungsaktuator
- 6
- Dämpfungsventil
- 7
- Anschluss
- 8
- Anschluss
- 9
- Gehäuse
- 9a
- Gehäuseteil
- 9b
- Gehäuseteil
- 10
- Abschnitt
- 11
- Hubkörper
- 12
- Anschlag
- 13
- Ventilsitz
- 14
- Stirnfläche
- 15
- Anschlussteil
- 16
- Abschnitt
- 17
- Durchgangskanal
- 18
- Rinnen
- 20
- Dehnstoffelement
- 22
- Halterung
- 24
- Kapsel
- 25
- Schieber
- 26
- Länge
- 27
- Stufe
- 28
- Ringkanal
- 29
- Kanal
- 31
- Nut
- 32
- Membran
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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