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Die Erfindung betrifft eine hydraulische Radialkolbenmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Bei herkömmlichen hydraulischen Verdrängermaschinen, die beispielsweise als Radialkolben- oder als Axialkolbenmaschinen ausgeführt sein können, erfolgt die Steuerung des Zulaufs und des Ablaufs beziehungsweise der Verbindungen zum Hoch- und zum Niederdruck der einzelnen Zylinder-Kolben-Einheiten mechanisch. Im Falle einer Axialkolbenpumpe werden beispielsweise zwei Drucknieren eingesetzt, über die die Verbindungen zur Hochdruckseite und zur Niederdruckseite während eines gewissen Bereiches der Kreisbahn und somit während eines gewissen Hubabschnitts der Zylinder-Kolben-Einheiten öffnen. Bei Radialkolbenpumpen sind pro Zylinder-Kolben-Einheit ein mechanisches Hochdruck- und ein mechanisches Niederdruckventil vorgesehen. Das Hochdruckventil jeder Einheit beispielsweise öffnet immer bei Überschreiten eines gewissen aufgebauten Drucks im jeweiligen Zylinder, so dass das druckerhöhte Druckmittel zur Hochdruckseite der Pumpe abströmen kann.
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Die Druckschrift
WO 2008/012558 A2 offenbart ventilgesteuerte Verdrängermaschinen, die digital verstellbar sind. Hierbei sind jeder Zylinder-Kolben-Einheit ein elektrisch betätigtes Niederdruckventil und ein elektrisch betätigtes Hochdruckventil zugeordnet.
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Damit sind die Einheiten getrennt im Pumpenmodus, Motormodus und in einem so genannten Idle-Modus ansteuerbar. Durch den Idle-Modus können einzelne Einheiten durch dauerhaftes Öffnen des Niederdruckventils und durch dauerhaftes Schließen des Hochdruckventils deaktiviert beziehungsweise kraftlos geschaltet werden. So kann der Volumenstrom beziehungsweise die Drehzahl der Verdrängermaschine reduziert werden.
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In dem Dokument „Power conversion mechanisms for wave energy" aus Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part M: Journal of Engineering for the Maritime Environment der Autoren S. H. Salter, J. R. M. Taylor und N. J. Caldwell ist eine digital verstellbare Radialkolbenmaschine mit mehreren Radialebenen offenbart, in denen jeweils fünf Zylinder-Kolben-Einheiten angeordnet sind. Einer jeweiligen Zylinder-Kolben-Einheit sind dabei ein aktiv steuerbares Niederdruckventil und ein aktiv steuerbares als Rückschlagventil ausgebildetes Hochdruckventil zugeordnet, wobei die Ventile in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.
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Die
DE 10 2010 004 808 A1 offenbart ebenfalls eine digital verstellbare Radialkolbenmaschine. Einer jeweiligen Zylinder-Kolben-Einheit ist hierbei zusätzlich zu einem aktiv steuerbaren Niederdruckventil und einem aktiv steuerbaren Hochdruckventil ein passives Hochdruckventil zugeordnet, das parallel zum aktiv steuerbaren Hochdruckventil angeordnet ist. Dies führt dazu, dass die Radialkolbenmaschine unabhängig vom aktiv steuerbaren Hochdruckventil in einem Pumpenbetrieb eingesetzt werden kann.
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Eine vorteilhafte Anordnung von aktiv steuerbaren Hoch- und Niederdruckventilen und passiven Hochdruckventilen in der Radialkolbenmaschine ist den genannten Druckschriften nachteilig nicht zu entnehmen.
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Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Radialkolbenmaschine zu schaffen, die eine vorteilhafte Anordnung von Ventilen aufweist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Radialkolbenmaschine gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß hat eine Radialkolbenmaschine, insbesondere eine digital verstellbare Radialkolbenmaschine, eine Anzahl von Zylinder-Kolben-Einheiten. Entsprechend der Anzahl der Zylinder-Kolben-Einheiten sind zwischen diesen Hochdruckkanäle, die sich insbesondere in Axialrichtung der Radialkolbenmaschine erstrecken, vorgesehen. Einer jeweiligen Zylinder-Kolben-Einheit sind ein aktiv steuerbares Niederdruckventil und ein aktiv steuerbares Hochdruckventil und ein als Rückschlagventil ausgebildetes, passives Hochdruckventil zugeordnet. Die einer jeweiligen Zylinder-Kolben-Einheit zugeordneten aktiven und passiven Hochdruckventile sind jeweils an unterschiedliche Hochdruckkanäle angeschlossen. Das aktive Hochdruckventil einer jeweiligen Zylinder-Kolben-Einheit ist dabei fluidisch zwischen der jeweiligen Zylinder-Kolben-Einheit und einem ersten Hochdruckkanal angeordnet. Das passive Hochdruckventil derselben Zylinder-Kolben-Einheit ist dann fluidisch zwischen dieser und einem zweiten Hochdruckkanal angeordnet, der insbesondere dem ersten Hochdruckkanal in Umlaufrichtung unmittelbar folgt. Somit kann in Umlaufrichtung gesehen auf einer Seite einer jeweiligen Zylinder-Kolben-Einheit das aktive Hochdruckventil mit einem ersten Hochdruckkanal und auf der anderen Seite das passive Hochdruckventil mit einem zweiten Hochdruckkanal fluidisch verbunden sein. Des Weiteren ist somit jeder Hochdruckkanal zwei Zylinder-Kolben-Einheiten zugeordnet.
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Diese Lösung hat den Vorteil, dass eine derartige Radialkolbenmaschine äußerst kompakt und einfach ausgestaltet ist. Durch die Anordnung der Hochdruckkanäle zwischen den Zylinder-Kolben-Einheiten und die Verbindung der einer jeweiligen Zylinder-Kolben-Einheit zugeordneten Hochdruckventile nicht mit einem gemeinsamen, sondern mit unterschiedlichen Hochdruckkanälen, führt zu vergleichsweise kurzen fluidischen Verbindungswegen zwischen den Hochdruckkanälen und den Hochdruckventilen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist ein Zentralteil vorgesehen, an das einzelne Ventilblöcke entsprechend einer Anzahl der Zylinder-Kolben-Einheiten montiert sind. Jeder Ventilblock nimmt hierbei ein Niederdruck- und/oder ein Hochdruckventil auf. Dies hat den Vorteil, dass das Zentralteil trotz der Mehrzahl von Hochdruckkanälen sehr einfach ausgestaltet sein kann, da die Anordnung eines oder mehrerer Ventile in einem jeweiligen Ventilblock nicht im Zentralteil erfolgt. Dies vermindert auch ein Fertigungsrisiko der Radialkolbenmaschine, da beispielsweise bei Auftreten eines Fertigungsmangels, nicht ein gesamtes Gehäuse, wie beispielsweise im Eingangs erläuterten Stand der Technik
DE 10 2010 004 808 , sondern lediglich das Zentralteil oder ein Ventilblock ausgetauscht werden muss, je nachdem, bei welchem Bauteil der Mangel auftritt.
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Vorzugsweise ist das im jeweiligen Ventilbock aufgenommene Hochdruckventil das aktiv steuerbare Hochdruckventil. Dieses kann dann unabhängig von der übrigen Radialkolbenmaschine im Ventilblock vormontiert und vorgeprüft werden. Der Ventilblock kann dann als Ventilgehäuse für das Hochdruckventil dienen.
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Das passive Hochdruckventil einer jeweiligen Zylinder-Kolben-Einheit ist vorzugsweise im Zentralteil angeordnet. Derartige Hochdruckventile sind in der Regel einfacher aufgebaut als aktiv steuerbare Hochdruckventile, weswegen auch eine vorrichtungstechnische Ausgestaltung einer Aufnahme für ein derartiges passives Hochdruckventil vergleichsweise einfach ausgestaltet werden kann, weswegen es einen geringen vorrichtungstechnischen Aufwand bedarf, dieses im Zentralteil anzuordnen. Des Weiteren führt die Anordnung des passiven Hochdruckventils im Zentralteil dazu, dass die Radialkolbenmaschine äußerst kompakt ausgestaltet werden kann, da das passive Hochdruckventil unmittelbar benachbart zum diesem passiven Hochdruckventil zugeordneten Hochdruckkanal angeordnet werden kann.
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Ein Zylinder einer Zylinder-Kolben-Einheit kann sich vorzugsweise nach außen am Zentralteil abstützten, wodurch die Abstützung unabhängig vom Ventilblock und dem Hoch- und Niederdruckventil ausgebildet werden kann.
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In weiterer Ausgestaltung kann die Abstützung des Zylinders schwenkbar an einer in das Zentralteil eingesetzten Buchse erfolgen, die bei einem Verschleiß einfach ausgetauscht werden kann.
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Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen
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1 in einer schematischen Vorderansicht mit einem Ausbruch eine Radialkolbenmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel,
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2 in einer vereinfachten perspektivischen Darstellung die Radialkolbenmaschine gemäß dem Ausführungsbeispiel,
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3 einen vergrößerten Ausschnitt des Ausbruchsbereichs der Radialkolbenmaschine aus 1,
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4 in einer schematischen Querschnittansicht einen Ventilblock der Radialkolbenmaschine gemäß dem Ausführungsbeispiel,
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5 einen vergrößerten Ausschnitt des Ventilblocks aus 4 im Bereich eines Niederdruckventils,
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6 einen vergrößerten Ausschnitt des Ventilblocks aus 4 im Bereich eines Hochdruckventils,
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7 in einer schematischen Draufsicht den Ventilblock aus 4 und
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8 in einer schematischen Querschnittansicht einen Ausschnitt der Radialkolbenmaschine gemäß dem Ausführungsbeispiel.
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Gemäß 1 ist eine Radialkolbenmaschine 1 gezeigt, die digital verstellbar ist. Diese hat ein ringförmiges Zentralteil 2, das in 1 durch den Ausbruch der Vorderansicht der Radialkolbenmaschine 1 ersichtlich ist. Das Zentralteil 2 umgreift eine Exzenterwelle 4, die sich im Wesentlichen koaxial zum Zentralteil 2 erstreckt. Die Exzenterwelle 4 weist vier Exzenter 6 bis 12 auf, die in Axialrichtung der Exzenterwelle 4 hintereinander angeordnet sind. An der Exzenterwelle 4 stützen sich über die Exzenter 6 bis 12 somit in vier Radialebenen Zylinder-Kolben-Einheiten ab, an denen in der 1 der Einfachheit halber nur eine einzige Zylinder-Kolben-Einheit 14 der ersten Radialebene – im Ausbruch – dargestellt ist, deren Kolben 16 sich am, in der 1, vordersten Exzenter 6 abstützt. Die Exzenterwelle 4 hat an ihrem Endabschnitt eine Verzahnung 17 für eine Zahnwellenverbindung.
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Einer jeweiligen Zylinder-Kolben-Einheit 14 sind ein aktiv steuerbares Hochdruckventil 18, ein aktiv steuerbares Niederdruckventil 20 und ein passives Hochdruckventil 22 zugeordnet. Die aktiv steuerbaren Hoch- und Niederdruckventile 18 und 20 sind dabei jeweils in einem gemeinsamen Ventilblock 24 angeordnet, der am Zentralteil 2 befestigt ist.
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In einer Radialebene der Radialkolbenmaschine 1 sind jeweils sechs Zylinder-Kolben-Einheiten 14 vorgesehen, womit somit insgesamt sechs Ventilblöcke 24 am Zentralteil 2 pro Radialebene angeordnet sind. In der 1 sind im Ausbruch die zum Ventilblock 24 benachbarten Ventilblöcke 26 und 28 abschnittsweise erkennbar. Die Zylinder-Kolben-Einheiten sind über die Hoch- und Niederdruckventile 18 und 20 zur Einstellung eines Volumenstroms der Radialkolbenmaschine 1 aktivierbar oder deaktivierbar.
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Des Weiteren ist jeder Zylinder-Kolben-Einheit 14 einer Radialebene der Radialkolbenmaschine 1 ein sich in Axialrichtung erstreckender Hochdruckkanal 30 bis 40 zugeordnet, die im Zentralteil 2 in einer Radialebene gesehen jeweils zwischen zwei Zylinder-Kolben-Einheiten eingebracht sind. Somit ist gemäß der Anzahl der Zylinder-Kolben-Einheiten in einer Radialebene eine entsprechende Anzahl von auf einem Lochkreis gleichmäßig verteilten Hochdruckkanälen vorgesehen. Die in Axialrichtung hintereinander angeordneten Zylinder-Kolben-Einheiten der Radialebenen der Radialkolbenmaschine 1 sind dabei am jeweils fluidisch mit den gleichen Hochdruckkanälen verbunden.
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Eine genauere Darstellung der Anordnung aller Ventilblöcke und Hochdruckkanäle 30 bis 40 wird untenstehend anhand der Figurenbeschreibung der 8 näher erläutert.
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In der 2 ist die Radialkolbenmaschine 1 aus 1 in einer perspektivischen Darstellung ohne eine im Wesentlichen kreiszylindrische einen Tankraum beziehungsweise Niederdruckbereich begrenzende Ummantelung 42, siehe 1, dargestellt. Gemäß 2 sind vier Radialebenen 44 bis 50 der Radialkolbenmaschine 1 mit Zylinder-Kolben-Einheiten erkennbar. Das Zentralteil 2 ist hierbei als Monoblock ausgestaltet. Es ist denkbar, dass das Zentralteil Zylinder-Kolben-Einheiten in nur einer einzigen Radialebene aufweist, wobei das Zentralteil dann als Scheibe ausgestaltet ist. Zusammen mit den Ventilblöcken würde es dann eine Gesamtscheibe ausbilden.
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Das Zentralteil 2 ist zylindrisch ausgestaltet und hat eine im Querschnitt im Wesentlichen als gleichseitiges Sechseck ausgebildete Außenmantelfläche 52. Durch diese Ausgestaltung hat das Zentralteil 2 sechs Seitenflächen, auf denen jeweils vier Ventilblöcke 24 in Reihe hintereinander angeordnet sind, wobei der besseren Darstellbarkeit halber nur ein Ventilblock in der 2 mit einem Bezugszeichen versehen ist. Soll die Radialkolbenmaschine pro Radialebene mehr oder weniger Zylinder-Kolben-Einheiten aufweisen, so würde das Zentralteil 2 entsprechend mehr oder weniger Seitenflächen aufweisen.
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Des Weiteren ist in der 2 eine elektrische Kontaktierung der elektromagnetisch betätigbaren aktiv steuerbaren Hoch- und Niederdruckventile 18 und 20 erkennbar. Hierzu sind die in Reihe hintereinander angeordneten Hoch- und Niederdruckventile 18 und 20 jeweils an einem gemeinsamen Kontaktierungsstrang 54 angeschlossen, die sich jeweils zwischen den Reihen erstrecken.
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Gemäß 3 ist ein Ausschnitt der Radialkolbenmaschine 1 im Bereich des Ausbruchs aus 1 vergrößert dargestellt. Im Folgenden wird die Ausgestaltung des Zentralteils 2 mit dem Ventilblock 24 beschrieben, wobei das Zentralteil 2 im Bereich der nicht dargestellten Ventilblöcke und die nicht dargestellten Ventilblöcke entsprechend ausgestaltet sind.
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Es ist erkennbar, dass sich die Zylinder-Kolben-Einheit 14 nach außen an einer in eine Radialbohrung 55 des Zentralteils 2 eingeschraubten Buchse 56 abstützt. Der Kolben 16 wiederum stützt sich auf herkömmliche Weise an der Exzenterwelle 4 ab. Für die Abstützung der Zylinder-Kolben-Einheit 14 ist beispielsweise eine nicht dargestellte Feder vorgesehen, die den Kolben 16 gegen die Exzenterwelle 4 und den Zylinder 58 gegen die Buchse 56 spannt. Der Zylinder 58 ist schwenkbar in der Buchse 56 gelagert, indem der Zylinder 58 eine im Querschnitt konvex ausgebildete Ringstirnfläche 60 und die Buchse 56 eine im Querschnitt konkav ausgebildete Ringstirnfläche 62 aufweisen, wobei die Ringstirnflächen 60 und 62 gleitend aneinander anliegen. Die Buchse 56 erstreckt sich in Radialrichtung der Radialkolbenmaschine 1 von der Außenseite des Zentralteils 2 her etwa bis zur Hälfte der Radialbohrung 55. Der Zylinder 58 wiederum befindet sich zum größeren Teil in der Radialbohrung 55.
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Die Buchse 56 taucht mit einem radial aus dem Zentralteil 2 auskragenden Buchsenbund 64 in eine in den Ventilblock 24 eingeschraubte Anschlussbuchse 66 ein. Im Außenumfang des Buchsenbundes 64 der Buchse 56 ist eine Ringnut zur Aufnahme von Dichtmittel, insbesondere einem O-Dichtring, eingebracht. Die Buchse 56 dient neben der Abstützung der Zylinder-Kolben-Einheit 14 als Verbindungskanal zwischen dem Ventilblock 24 und einem von dem Zylinder 58 und dem Kolben 16 begrenzten Arbeitsraum 68.
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Die Radialbohrung 55 ist etwa in der Schnittebene der 3 gesehen mittig von der Seitenfläche 70 her in das Zentralteil 2 eingebracht. Etwa im Parallelabstand zur Radialbohrung 55 nach rechts in der 3 versetzt ist eine Sacklochbohrung 72 ebenfalls von der Seitenfläche 70 her in das Zentralteil 2 eingebracht, die den Hochdruckkanal 30 schneidet. Die Sacklochbohrung 72 dient zur Verbindung des Hochdruckkanals 30 mit einem im Ventilblock 24 ausgebildeten Hochdruckzweigkanal 74. In die Sacklochbohrung 72 ist ein Rückschlagventil 76 als passives Hochdruckventil eingesetzt. Dessen Ventilkörper 78 ist über eine Feder gegen einen Ventilsitz des Rückschlagventils 76 gespannt. In einer Druckmittelströmungsrichtung vom Hochdruckzweigkanal 74 in Richtung des Hochdruckkanals 30 kann der Ventilkörper 78 vom Ventilsitz abheben. Der Hochdruckzweigkanal 74 ist mit dem Arbeitsraum 68 der Zylinder-Kolben-Einheit 14 in Druckmittelverbindung, womit im Pumpenbetrieb der Radialkolbenmaschine 1 bei Erreichen eines vorbestimmten Drucks im Arbeitsraum 68 das Rückschlagventil 76 selbsttätig geöffnet werden kann.
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Anhand 4 wird im Folgenden der Ventilblock 24 zusammen mit dem Niederdruckventil 20 und dem Hochdruckventil 18 näher erläutert. Zum Anschließen des Ventilblocks 24 an die Seitenfläche 70 des Zentralteils 2 aus 3 hat dieser eine Anschlussfläche 80. Von dieser her ist im Querschnitt gesehen etwa mittig eine den Ventilkörper 24 durchsetzende Stufenbohrung 82 eingebracht. Ausgehend von der Anschlussfläche 80 ist ein erster Bohrungsabschnitt 84 der Stufenbohrung 82 mit einem Innengewinde versehen, in das die Anschlussbuchse 66 eingeschraubt ist. Ein eingeschraubter Abschnitt der Anschlussbuchse 66 ist radial zurückgestuft, wobei diese dann eine zum Ventilblock 24 weisende Ringstirnfläche 86 aufweist, die im eingeschraubten Zustand an einer Senkungsgrundfläche einer in den Ventilblock 24 eingebrachten Senkung 88 im Wesentlichen anliegt. Die Anschlussbuchse 66 hat eine im Wesentlichen zylindrische Innenmantelfläche 90, die abgerundete Kanten aufweist. In dem von der Innenmantelfläche 90 aufgespannten Raum taucht die Buchse 56 aus 3 mit ihrem Buchsenbund 64 dichtend ein und erstreckt sich etwa bis zu einer zum Niederdruckventil 20 weisenden abgerundeten Kante 92 der Anschlussbuchse 66. In die Anschlussbuchse 66 ist in der von dem Niederdruckventil 20 weg weisenden Seite her eine Senkung 94 eingebracht, wodurch eine äußere Ringstirnfläche 96 gebildet ist, die an der Buchse 56 aus der 3 im montierten Zustand anliegen kann.
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Die Stufenbohrung 82 wird in Axialrichtung gesehen nach dem Gewindeabschnitt 84 von dem Hochdruckzweigkanal 74 durchsetzt. Damit ist der Arbeitsraum 68 aus 3 über die Buchse 56 und die Anschlussbuchse 66 mit dem Hochdruckzweigkanal 74 verbunden.
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Die Stufenbohrung 82 hat in Axialrichtung gesehen nach dem Hochdruckzweigkanal 74 eine, einen kleineren Durchmesser als der Gewindeabschnitt 84 aufweisende Aufnahmestufe 100 zur Aufnahme eines Ventilgehäuses 102 des Niederdruckventils 20. Nach der Aufnahmestufe 100 ist dann eine einen kleineren Durchmesser als die Aufnahmestufe 100 aufweisende Bohrungsstufe 104 vorgesehen, die dann in der von der Anschlussfläche 80 weg weisenden Oberseite 106 des Ventilkörpers 24 mündet.
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Das Ventilgehäuse 102 des Niederdruckventils 20 ist in die Aufnahmestufe 100 von der Anschlussfläche 80 her eingesetzt und hat eine axiale Länge, die etwa der axialen Länge der Aufnahmestufe 100 entspricht. Somit grenzt das Ventilgehäuse 102 etwa an dem die Stufenbohrung 82 durchsetzenden Hochdruckzweigkanal 74 an. Von einer Außenmantelfläche des Ventils 102 her ist eine Ringnut 108 in das Ventilgehäuse 102 zur Anordnung eines O-Dichtrings eingebracht. Das Ventilgehäuse 102 hat weiter einen sich in Richtung der Bohrungsstufe 104 des Ventilkörpers 24 erstreckenden Axialvorsprung 110, der in die Bohrungsstufe 104 kragt. Mittig ist das Ventilgehäuse 102 etwa koaxial zur Stufenbohrung 82 von einer Führungsbohrung 112 durchsetzt, in die ein Führungsstift 114 gleitend geführt ist. Dieser kragt mit seinen beiden Endabschnitten aus dem Ventilgehäuse 102 aus. An seinem in Richtung der Anschlussfläche 80 weisenden Endabschnitt 116 ist ein tellerförmiger Ventilkörper 118 befestigt, der etwa koaxial zum Führungsstift 114 angeordnet ist. Der Ventilkörper 118 hat eine ringförmige zum Ventilgehäuse 102 weisende Dichtfläche 120, die dichtend an einer von der Oberseite 106 des Ventilblocks 24 weg weisenden Unterseite 122 des Ventilgehäuses 102 anliegen kann. In der in 4 gezeigten Position ist die Dichtfläche 120 von der Unterseite 122 beabstandet, wodurch das Niederdruckventil 20 in seiner Öffnungsstellung ist. Hierdurch sind drei in das Ventilgehäuse 102 eingebrachte nierenförmige Niederdruckkanäle 124 mit dem Hochdruckzweigkanal 74 fluidisch verbunden. Die Niederdruckkanäle 124 sind auf einen Teilkreis angeordnet, durchsetzen das Ventilgehäuse 102 in Längsrichtung vollständig und umfassen die Führungsbohrung 112 des Ventilgehäuses 102. Liegt die Dichtfläche 120 an der Unterseite 122 an, so ist eine Druckmittelverbindung zwischen den Niederdruckkanälen 124 und dem Hochdruckzweigkanal 74 unterbrochen und das Niederdruckventil 20 geschlossen. Die Niederdruckkanäle 124 münden jeweils in einen jeweiligen in den Ventilblock 24 eingebrachten nierenförmigen Niederdruckkanal 126. Somit sind ebenfalls drei Niederdruckkanäle 126 im Ventilblock 24 vorgesehen, wobei in der 4 nur einer davon ersichtlich ist. Die Niederdruckkanäle 126 sind, in Radialrichtung des Niederdruckventils 24 gesehen, hin zur Bohrungsstufe 104 offen und weisen die gleiche axiale Länge wie die Bohrungsstufe 104 auf, wodurch sie in der Oberseite 106 des Ventilblocks 24 münden. Die Niederdruckkanäle 126 sind damit mit dem von der Ummantelung 42 aus 1 begrenzten Niederdruckraum der Radialkolbenmaschine 1 verbunden.
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Zum Betätigen und Verschieben des Führungsstifts 114 zusammen mit dem Ventilkörper 118 ist ein elektrischer Aktuator 128 vorgesehen. Dieser ist in einem topfförmigen Aktuatorgehäuse 130 angeordnet von dessen Öffnungsseite her der Axialvorsprung 110 des Ventilgehäuses 102 eintaucht und dieses festlegt. Das Aktuatorgehäuse 130 erstreckt sich durch die Bohrungsstufe 104 hindurch und kragt aus dem Ventilblock 24 aus. In dem Aktuatorgehäuse 130 ist eine Magnetspule 132 angeordnet, die einen axial verschiebbaren Magnetanker 134 umgreift. Der Magnetanker 134 ist mit dem Führungsstift 114 verbunden. Der Übersichtlichkeit halber erfolgt eine genauere Erläuterung der Ausgestaltung des Aktuators 128 des Niederdruckventils 20 anhand der 5, die einen Ausschnitt des Ventilkörpers 24 aus 4 im Bereich des Niederdruckventils zeigt.
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Gemäß 5 kragt der Führungsstift 114 mit seinem Endabschnitt 136 aus dem Ventilgehäuse 102 in Richtung des Aktuators 128 aus. Der Endabschnitt 136 ist dabei radial mit einem Radialbund 138 erweitert, der von einem in einer Durchgangsbohrung 140 des Magnetankers 134 ausgebildeten Innenbund 139 hintergriffen ist.
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Eine etwa koaxial zum Führungsstift angeordnete Ventilfeder 142 stützt sich an einem von der Magnetspule 132 umgriffenen und in dem Aktuatorgehäuse 130 festgelegtem Polstück 144 ab, taucht in die Durchgangsbohrung 140 des Magnetankers 134 ein und beaufschlagt eine in Richtung der Oberseite 106 des Ventilblocks 24 weisenden Stirnfläche 146 des Führungsstifts 114 mit einer Federkraft. Der Magnetanker 134 ist zwischen dem Ventilgehäuse 102 und dem Polstück 144 axial verschiebbar angeordnet. Die Ventilfeder 142 stützt sich am Polstück 144 über eine Stufe einer durchgängigen Stufenbohrung 150 des Polstücks 144 ab. Das Polstück 144 durchsetzt das Aktuatorgehäuse 130 axial in dessen Bodenfläche, wodurch die Stufenbohrung 150 des Polstücks 144 mit dem von der Ummantelung 42 aus 1 begrenzten Niederdruckbereich der Radialkolbenmaschine 1 verbunden ist. Ein zwischen dem Polstück 144 und dem Magnetanker 134 ausgebildeter Zwischenraum 152 ist über die Stufenbohrung 150 des Polstücks 144 somit ebenfalls mit dem Niederdruckbereich verbunden. Zum Druckausgleich von Axialflächen des Magnetankers 134 ist dieser von einer Mehrzahl von Axialbohrungen 154 durchsetzt, die mit dem Zwischenraum 152 verbunden sind. Zur elektrischen Kontaktierung des Aktuators 128 weist dieser nach außen kragende Kontaktfahnen 156 auf.
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In der in der 5 gezeigten Stellung ist das Niederdruckventil 20 in seiner Öffnungsstellung. Hierbei ist die Magnetspule 132 des Aktuators 128 unbestromt, wodurch der Führungsstift 114 zusammen mit dem Magnetanker 134 weg vom Polstück 144 durch eine Federkraft der Ventilfeder 142 bewegt ist. Zur Begrenzung eines Verschiebewegs des Führungsstifts 114 liegt der Magnetanker 134 am Axialvorsprung 110 des Ventilgehäuses 102 an. Zum Schließen des Niederdruckventils 20 wird die Magnetspule 132 des Aktuators 128 bestromt, wodurch der Magnetanker 134 über eine Magnetkraft der Magnetspule 132 entgegen die Federkraft der Ventilfeder 142 weg vom Ventilgehäuse 102 in Richtung des Polstücks 144 bewegt wird. Der Magnetanker 134 nimmt dabei über seinen Innenbund 139 den Führungsstift 114 über dessen Radialbund 138 mit. Der Ventilkörper 118 des Niederdruckventils 20, siehe auch 4, gelangt hierbei mit seiner Dichtfläche 120 an die Unterseite 122 des Ventilgehäuses 102 und dichtet dabei die Niederdruckkanäle 124 zum Hochdruckzweigkanal 74 ab.
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Das Hochdruckventil 18 aus 4 ist im Parallelabstand zum Niederdruckventil 20 im Ventilblock 24 links von der Zylinder-Kolben-Einheit 14 aufgenommen. Das Hochdruckventil 18 hat einen Ventilschieber 158, der in einer Schieberbohrung 160 verschiebbar geführt ist. Diese durchsetzt den Ventilblock 24 etwa im Parallelabstand zur Stufenbohrung 82 des Niederdruckventils 20 vollständig, wobei der Ventilblock 24 im Bereich der Schieberbohrung 160 etwa halb so dick wie im Bereich der Stufenbohrung 82 ist. Die Schieberbohrung 160 erstreckt sich somit von der Anschlussfläche 80 aus etwa in Längsrichtung gesehen etwa bis zum mittleren Bereich der Aufnahmestufe 100 der Stufenbohrung 82. In die Schieberbohrung 160 münden zwei Druckräume 162 und 164, die in Längsrichtung der Schieberbohrung 160 gesehen versetzt zueinander angeordnet sind. Mit dem Ventilschieber 158 wird dabei eine Druckmittelverbindung zwischen den Druckräumen 162 und 164 auf- und zugesteuert. Der Druckraum 162 ist zwischen der Anschlussfläche 80 des Ventilblocks 24 und dem Druckraum 164 angeordnet. Die radial in die Schieberbohrung 160 eingebrachten Druckräume 162 und 164 umgreifen diese vollständig. Der in der 4 obere Druckraum 164 ist mit dem Hochdruckzweigkanal 74 verbunden. Der untere Druckraum 162 ist dagegen mit in der 4 nicht gezeigten sich etwa koaxial zur Schieberbohrung 160 in Richtung der Anschlussfläche 80 des Ventilblocks 24 erstreckende Kanäle verbunden. Diese setzen sich über die Anschlussfläche 80 im Zentralteil 2 aus 1 und 3 fort und sind mit dem benachbart zum Ventilblock 24 angeordneten Hochdruckkanal 40 verbunden. Somit kann der Arbeitsraum 68 der Zylinder-Kolben-Einheit 14 in 3 über das Rückschlagventil 76 mit dem Hochdruckkanal 30 und über das Hochdruckventil 18 aus 1 mit dem Hochdruckkanal 40 fluidisch verbunden werden.
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Eine nähere Erläuterung des Hochdruckventils 18 erfolgt anhand 6, die einen Ausschnitt aus 4 im Bereich des Hochdruckventils 18 zeigt. Gemäß 6 ist der Ventilschieber 158 als Hohlschieber ausgebildet, wobei er hin zur Anschlussfläche 80 des Ventilblocks 24 offen ausgestaltet ist und hin zur Oberseite 106 einen Boden 166 hat. Der Ventilschieber 158 weist eine von seiner Außenmantelfläche her ausgebildete Ringnut 168 auf, wodurch eine Steuerkante 170 gebildet ist. Mit dieser wird eine Druckmittelverbindung zwischen den Druckräumen 162 und 164 auf- und zugesteuert. In der in der 6 gezeigten Position ist der Ventilschieber 158 in einer Schließstellung, bei der die Druckmittelverbindung zwischen den Druckräumen 162 und 164 geschlossen ist. Der Ventilschieber 158 wird in Richtung seiner Schließstellung durch eine Ventilfeder 172 mit einer Federkraft beaufschlagt. Diese stützt sich an einem als Blech ausgebildeten Federteller 174 ab, der im montierten Zustand des Ventilblocks 24 auf der Seitenfläche 70 des Zentralteils 2 aus 3 anliegt. Die Ventilfeder 172 erstreckt sich vom Federteller 174 aus durch den hohlen Ventilschieber 158 und beaufschlagt diesen über seinen Boden 166 mit einer Federkraft. Der Federteller 174 hat mittig einen Zentriervorsprung 176 zur Zentrierung der Ventilfeder 172. In der in 6 gezeigten Schließstellung des Hochdruckventils 18 stützt sich der Ventilschieber 158 mit seinem Boden 166 an einem Polstück 178 eines elektromagnetischen Aktuators 180 ab. Das Polstück 178 hat einen Endabschnitt 182, der in Längsrichtung gesehen abschnittsweise in die Schieberbohrung 160, siehe 4, eintaucht. Im Anschluss an den Endabschnitt 182 ist das Polstück 178 mit einem Radialbund 184 erweitert und stützt sich über diesen an einem topfförmigen Aktuatorgehäuse 186 in Radial- und in Axialrichtung ab. Das Aktuatorgehäuse 186 ist über ein Befestigungselement 188 am Ventilblock 24 festgeschraubt. Des Weiteren ist das Aktuatorgehäuse 186 zum Ventilschieber 158 hin geöffnet ausgestaltet und hat eine von dieser Seite her eingebrachte Senkung 190, an der sich das Polstück 178 mit seinem Radialbund 184 abstützt. Das Polstück hat nach dem Radialbund 184 in Längsrichtung gesehen einen weiteren Endabschnitt 192, der von einer Magnetspule 194 umgriffen ist. Eine vom Ventilschieber 158 weg weisende Stirnfläche 196 des Polstücks 178 dient als Anschlagsfläche für einen im Aktuatorgehäuse 186 in Längsrichtung verschiebbaren Magnetanker 198. Über diesen wird der Ventilschieber 158 in seine Öffnungsstellung verschoben, indem der Magnetanker 198 über einen Stößel 200 an dem Boden 166 des Ventilschiebers 158 angreift. Gemäß 4 ist der Stößel 200 in einer Führungsbohrung 202 des Polstücks 178 geführt, die das Polstück 178 vollständig durchsetzt. Der Stößel hat des Weiteren einen den Magnetanker 198 durchsetzenden Endabschnitt 204, der radial zurückgestuft ist, wodurch eine vom Ventilschieber 158 weg weisende Ringstirnfläche 206 am Stößel 200 ausgebildet ist, über die der Magnetanker 198 zum Verschieben des Stößels 200 anliegt.
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In der Schließstellung des Hochdruckventils 18 gemäß 4 ist zwischen dem Magnetanker 198 und dem Polstück 178 ein Zwischenraum 208, der über einen im Aktuator 180 aus 6 ausgebildeten Kanal und über im Aktuatorgehäuse 186 eingebrachte Durchgangsbohrungen 210 mit dem Niederdruckbereich der Radialkolbenmaschine 1 verbunden ist.
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Zur stirnseitigen Druckentlastung des Ventilschiebers 158 ist dieser ventilfederseitig über eine in die Anschlussfläche 80 eingebrachte Nut 212 mit dem Niederdruckbereich verbunden. Die zum Polstück 178 weisende Seite des Ventilschiebers 158 ist über eine von der Oberseite 106 her eingebrachte Nut 214 und einer mit der Nut 214 verbundenen und in das Polstück 178 eingebrachten Quernut 216 ebenfalls mit dem Niederdruckbereich verbunden. Die Federseite und die Polstückseite des Ventilschiebers 158 wiederum sind über in dem Boden 166 eingebrachte Axialbohrungen 218 miteinander in Druckmittelverbindung.
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Nach 6 wird der Aktuator 180 des Niederdruckventils 18 über Kontaktfahnen 220 elektrisch kontaktiert.
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Gemäß 4 erstreckt sich der Hochdruckzweigkanal 74 von dem Druckraum 164 aus über die Stufenbohrung 82 des Niederdruckventils 20 und im Anschluss daran entlang einer Kurve zur Anschlussfläche 80. Eine Mündungsöffnung 222 des Hochdruckzweigkanals 74 ist von einer in den Ventilblock 24 von der Anschlussfläche 80 her eingebrachten Ringnut 224 zur Aufnahme eines O-Dichtrings umgriffen.
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In der 7 ist eine Draufsicht auf den Ventilblock 24 der 4 gezeigt. Hierbei ist das Befestigungselement 188 aus der 6 erkennbar. Dieses ist plattenförmig ausgestaltet und weist eine Aussparung 226 auf, über die das Befestigungselement 188 das Aktuatorgehäuse 186 umgreift. Das Befestigungselement 188 liegt auf einem Außenbund 228 des Aktuatorgehäuses 186 auf und wird über zwei Schrauben 230 am Ventilblock 24 befestigt. Des Weiteren ist in der 7 die Nut 214 erkennbar, die sich etwa mittig in Längsrichtung des Ventilblocks 24 bis zur Schieberbohrung 160 in 4 erstreckt. In einer Oberseite des Aktuatorgehäuses 186 des Hochdruckventils 20 sind drei nierenförmige Aussparungen 232 eingebracht. Diese dienen gemäß der 6 zum Verbinden eines Zwischenraums 234 mit dem Niederdruckbereich der Radialkolbenmaschine 1, wobei der Zwischenraum 234 vom Aktuatorgehäuse 186 und von einer vom Ventilschieber 158 wegweisenden Seite des Magnetankers 198 begrenzt ist.
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Im Bereich des Niederdruckventils 20 hat der Ventilblock 24 einen zylindrischen Abschnitt 236, siehe auch 4. In diesem sind die nierenförmigen Niederdruckkanäle 126 ausgebildet. Des Weiteren sind in dem zylindrischen Abschnitt 236 drei Gewindebohrungen 238 etwa zwischen den Niederdruckkanälen 126 in Axialrichtung eingebracht, die zur Befestigung einer elektrischen Kontaktierung für die Kontaktfahnen 156 und 220 dienen.
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Der Ventilblock 24 wird über vier Durchgangsbohrungen 240, die von der Oberseite 106 in diesen eingebracht sind, am Zentralteil 2, siehe 3, beispielsweise über Schrauben befestigt.
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Zur Zentrierung des Ventilblocks 24 am Zentralteil 2 ist gemäß 4 ein Zentrierbolzen 242 vorgesehen. Dieser ist von der Unterseite 80 des Ventilblocks 24 her in diesen eingesetzt und taucht bei einer Montage des Ventilblocks 24 in eine entsprechende Zentrierbohrung des Zentralteils 2 ein.
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In der 8 sind alle Ventilblöcke 24, 26, 28, 244, 246 und 248 zusammen mit einem Ausschnitt des Zentralteils 2 in einer Querschnittansicht dargestellt, wobei die Abstützung der den Ventilblöcken 24 bis 28, 244 bis 248 zugeordneten Zylinder-Kolben-Einheiten 14, 250 bis 258 an der Exzenterwelle 4 aus 1 nicht dargestellt ist. Der Einfachheit halber weist auch ein jeweiliger Kolben 16 der jeweiligen Zylinder-Kolben-Einheiten 14, 250 bis 258 eine gleiche Stellung auf und die Zylinder-Kolben-Einheiten sind alle in einem nicht verschwenkten Zustand gezeigt.
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Die sich in Axialrichtung der Radialkolbenmaschine 1 erstreckenden Hochdruckkanäle 30 bis 40 sind jeweils zwischen zwei Radialbohrungen 55, 260 bis 268, die als Aufnahmen der Zylinder-Kolben-Einheiten 14, 250 bis 258 dienen, ausgebildet. Ein Abstand der Hochdruckkanäle 30 bis 40 zu ihren jeweiligen benachbarten Radialbohrungen 55, 260 bis 268 ist in Umfangsrichtung gesehen im Wesentlichen gleich.
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Ein jeweiliger Hochdruckkanal 30 bis 40 ist jeweils den beiden zu ihm benachbarten Hochdruckventilen 76 und 18 zugeordnet. Somit sind Fluidkanäle zwischen einem jeweiligen Hochdruckkanal 30 bis 40 und die ihm zugeordneten Hochdruckventilen 76 und 18 vergleichsweise kurz, wodurch die Radialkolbenmaschine 1 vorrichtungstechnisch recht einfach und kompakt aufgebaut ist.
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Nicht dargestellte Fluidkanäle, die sich von einem jeweiligen Hochdruckkanal 30 bis 40 zum Druckraum 162 eines jeweiligen diesem zugeordneten aktiv steuerbaren Hochdruckventils 18, siehe 4, erstrecken, sind vorzugsweise etwa senkrecht zur jeweiligen Seitenfläche 70 des Zentralteils 2 ausgebildet und münden zum Einen im jeweiligen Hochdruckkanal 30 bis 40 und zum Anderen eben in der Seitenfläche, wo sie dann in Fluidkanäle übergehen, die in den Ventilblöcken 24 bis 28, 244 bis 248 eingebracht sind. In einem jeweiligen Hochdruckkanal 30 bis 40 münden somit zum Einen zwei Fluidkanäle für das ihm zugeordnete aktiv steuerbare Hochdruckventil 18 einer zu ihm benachbarten Zylinder-Kolben-Einheit 14, 250 bis 258 und zum Anderen die Sacklochbohrung 72 aus 3 für das ihm zugeordnete als passives Hochdruckventil ausgebildete Rückschlagventil 76 einer weiteren zu ihm benachbarten Zylinder-Kolben-Einheit 14, 250 bis 258.
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Die Hochdruckkanäle 30 bis 40 münden insgesamt in einen gemeinsamen Hochdruckraum.
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Offenbart ist eine Radialkolbenmaschine, die digital verstellbar ist und Zylinder-Kolben-Einheiten in zumindest einer Radialebene aufweist. Entsprechend der Anzahl der Zylinder-Kolben-Einheiten in einer jeweiligen Radialebene sind zwischen den Zylinder-Kolben-Einheiten Hochdruckkanäle vorgesehen, die sich insbesondere in Axialrichtung der Radialkolbenmaschine erstrecken. Hat die Radialkolbenmaschine beispielsweise sechs Zylinder-Kolben-Einheiten in einer jeweiligen Radialebene, so sind insgesamt sechs Hochdruckkanäle angeordnet. Einer jeweiligen Zylinder-Kolben-Einheit sind ein aktiv steuerbares Nieder- und Hochdruckventil und ein passives als Rückschlagventil ausgebildetes Hochdruckventil zugeordnet. Einem jeweiligen Hochdruckkanal sind dabei jeweils ein passives und ein aktiv steuerbares Hochdruckventil von unterschiedlichen Zylinder-Kolben-Einheiten zugeordnet. Vorzugsweise sind zwischen zwei Zylinder-Kolben-Einheiten ein Hochdruckkanal, ein aktiv steuerbares und ein passives Hochdruckventil angeordnet, wobei dann der jeweils benachbart zu diesen Hochdruckventilen angeordnete Hochdruckkanal fluidisch mit diesen verbindbar ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2008/012558 A2 [0003]
- DE 102010004808 A1 [0006]
- DE 102010004808 [0013]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- „Power conversion mechanisms for wave energy“ aus Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part M: Journal of Engineering for the Maritime Environment der Autoren S. H. Salter, J. R. M. Taylor und N. J. Caldwell [0005]
