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Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Betätigungssystem mit einem Pumpenaktor als Geber mit einer aus einem Reservoir Hydraulikmedium fördernden Pumpe, einem Nehmerzylinder und einer zwischengeschalteten hydraulischen Leitung. Die Erfindung betrifft insbesondere einen Aktor, speziell einen Pumpenaktor zum Einsatz als Kupplungsaktor in Kraftfahrzeugen.
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Solche Pumpenaktoren für Kupplungen bestehen im Wesentlichen aus einer normalen Verdrängerpumpe mit konstantem Volumenstrom. Beim Halten eines Drucks, also bei der Betätigung der Kupplung, treten unerwünschte Leckagen auf und der Haltestrom bei einer elektrisch angetriebenen Pumpe steigt. Um diese Nachteile zu vermeiden, kann ein zusätzliches Ventil eingebaut werden, welches jedoch mit einer eigenen kostenintensiven Ansteuerung versehen werden muss. Weitere Kostentreiber sind dabei der Magnet und die Spule.
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Daher besteht die Aufgabe, diese Nachteile zu vermeiden.
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Die Aufgabe wird durch ein automatisch betätigtes Dichtkonzept für die Haltephase der Kupplungsbetätigung zur Minimierung der Leckage (und damit die Stromaufnahme des Aktors) gelöst. Es wird also ein automatisches passives Ventil vorgestellt.
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Das passive Ventil ist eine Kombination eines Rückschlagventils mit einem Freilauf, der mit der Pumpenwelle direkt oder indirekt gekoppelt ist.
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Die Kombination aus Freilauf und Rückschlagventil erfolgt so, dass das Ventil nur bei Stillstand der Pumpe zum Halten des momentanen Drucks geschlossen ist. Das Ventil wird dabei durch die Druckdifferenz zwischen der stehenden Pumpe und der Nehmerseite geschlossen. Diese Druckdifferenz entsteht durch Leckage in der Pumpe. Wird ein Volumen gefördert, also der Druck auf der Nehmerseite erhöht, so öffnet sich das Rückschlagventil durch den dabei erzeugten Überdruck auf der Pumpenseite. Wird das Volumen wieder zurück gepumpt, also Druck auf der Nehmerseite abgebaut, so öffnet der Freilauf durch die umgekehrte Drehrichtung das Rückschlagventil direkt oder mittels einer zusätzlichen Verbindung.
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Die Ventilvorrichtung ist durch folgende Punkte gekennzeichnet:
- – Kopplung des Pumpenantriebs mit dem Ventil
- – Kombination aus Freilauf und Ventil
- – Automatisches Sperrventil bei Stillstand der Pumpe
- – Betrieb der Pumpe in Pump- und in Saugrichtung möglich.
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Die oben angegebene Aufgabe ist bei einem hydraulischen Betätigungssystem mit einem Pumpenaktor als Geber mit einer aus einem Reservoir Hydraulikmedium fördernden Pumpe, einem Nehmerzylinder und einer zwischengeschalteten hydraulischen Leitung, alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass zwischen der Pumpe und dem Nehmerzylinder ein Rückschlagventil angeordnet ist, wobei das Rückschlagventil so mit einem Freilauf wirkverbunden ist, dass das Rückschlagventil nur bei Stillstand der Pumpe zum Halten des momentanen Drucks geschlossen ist. Bei dem hydraulischen Betätigungssystem handelt es sich vorzugsweise um ein hydraulisches Kupplungsbetätigungssystem zum Betätigen einer Kupplung. Dabei ersetzt der erfindungsgemäße Pumpenaktor einen herkömmlichen Geberzylinder.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des hydraulischen Betätigungssystems ist dadurch gekennzeichnet, dass der Freilauf direkt oder indirekt mit einer Pumpenwelle gekoppelt ist. Der Freilauf umfasst zum Beispiel Freilaufkörper, die in Abhängigkeit von einer Drehrichtung der Pumpenwelle sperren oder freilaufen. Bei einer direkten Kopplung des Freilaufs mit der Pumpenwelle haben die Freilaufkörper direkten Kontakt mit der Pumpenwelle. Bei einer indirekten Kopplung des Freilaufs mit der Pumpenwelle ist zum Beispiel ein Übertragungskörper, insbesondere ein Rad oder eine Walze, drehfest mit der Pumpenwelle verbunden. Die Freilaufkörper haben dann keinen direkten Kontakt mit der Pumpenwelle. Bei der indirekten Kopplung haben die Freilaufkörper Kontakt mit dem Übertragungskörper, zum Beispiel mit dem Rad oder mit der Walze. Den Freilaufkörpern sind vorteilhaft Freilaufkörpergleitkurven zugeordnet, die in Abhängigkeit von der Drehrichtung der Pumpenwelle ein Sperren oder Freilaufen der Freilaufkörper ermöglichen. Bei der indirekten Kopplung des Freilaufs mit der Pumpenwelle stellt der Übertragungskörper eine Kopplungseinrichtung dar. Die Kopplungseinrichtung kann auch eine Kopplungsstange umfassen, über welche ein Rückschlagventilkörper des Rückschlagventils mit einem Freilaufkörper des Freilaufs koppelbar ist.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des hydraulischen Betätigungssystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe in entgegengesetzten Förderrichtungen betreibbar ist. In einer ersten Förderrichtung fördert die Pumpe Hydraulikmedium aus dem Reservoir über das geöffnete Rückschlagventil in den Nehmerzylinder. In einer zweiten Förderrichtung fördert die Pumpe Hydraulikmedium aus dem Nehmerzylinder über das geöffnete Rückschlagventil zurück in das Reservoir.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des hydraulischen Betätigungssystems ist dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil einen Rückschlagventilkörper umfasst, der mechanisch mit einem Freilaufkörper des Freilaufs koppelbar ist. Der Rückschlagventilkörper kann direkt oder indirekt mit dem Freilaufkörper des Freilaufs koppelbar sein. Über die Kopplung zwischen dem Freilaufkörper und dem Rückschlagventilkörper kann auf einfache Art und Weise ein Öffnen des Rückschlagventils bewirkt werden, um ein Fördern von Hydraulikmedium aus dem Nehmerzylinder in das Reservoir zu ermöglichen.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des hydraulischen Betätigungssystems ist dadurch gekennzeichnet, dass der Rückschlagventilkörper als Rückschlagventilklappe ausgeführt ist. Die Rückschlagventilklappe kann direkt mit einem Freilaufkörper des Freilaufs zusammenwirken.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des hydraulischen Betätigungssystems ist dadurch gekennzeichnet, dass der Rückschlagventilkörper und/oder einer beziehungsweise der Freilaufkörper durch eine Federeinrichtung vorgespannt sind/ist. Der Rückschlagventilkörper ist zum Beispiel durch eine Feder in eine Schließstellung vorgespannt, in welcher das Rückschlagventil geschlossen ist. Der Freilaufkörper wird durch die vorgespannte Federeinrichtung, zum Beispiel durch eine Feder, in Anlage an der Pumpenwelle beziehungsweise der Kopplungseinrichtung, insbesondere dem Übertragungskörper, gehalten.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des hydraulischen Betätigungssystems ist dadurch gekennzeichnet, dass der Rückschlagventilkörper mit einer Dichtung kombiniert ist. Dadurch kann auf einfache Art und Weise eine hohe Dichtigkeit bei geschlossenem Rückschlagventil sichergestellt werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des hydraulischen Betätigungssystems ist dadurch gekennzeichnet, dass dem Freilauf eine hydraulische Trenneinrichtung zugeordnet ist. Die hydraulische Trenneinrichtung kann zum Beispiel eine Dichtung umfassen, die ein unerwünschtes Abfließen von Hydraulikmedium zu dem Freilauf verhindert. Die hydraulische Trenneinrichtung kann auch eine Membran umfassen, durch die der Freilauf oder Teile des Freilaufs hydraulisch gekapselt sind.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des hydraulischen Betätigungssystems ist dadurch gekennzeichnet, dass der Rückschlagventilkörper über eine Koppelstange mit einem beziehungsweise dem Freilaufkörper des Freilaufs koppelbar ist. Über die Koppelstange kann auf einfache Art und Weise eine Bewegung des Freilaufkörpers auf den Rückschlagventilkörper übertragen werden, um den Rückschlagventilkörper aus seiner Schließstellung in seine Öffnungsstellung zu verlagern.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Kupplung mit einem vorab beschriebenen hydraulischen Betätigungssystem. Dabei ersetzt der erfindungsgemäße Pumpenaktor einen herkömmlichen Geberzylinder.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:
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1 eine Prinzipdarstellung eines hydraulischen Betätigungssystems mit einem Pumpenaktor und mit einer Kupplung;
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2 ein Ausführungsbeispiel eines Rückschlagventils des Kupplungsaktors aus 1 im Stillstand;
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3 das Rückschlagventil aus 2 mit einem angedeuteten Volumenstrom in Richtung Kupplung:
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4 das Rückschlagventil auf 2 mit einem angedeuteten Volumenstrom in Richtung Pumpe und
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5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Rückschlagventils mit einem Dichtsitz.
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In 1 ist eine Betätigungsanordnung 1 vereinfacht dargestellt, die ein hydraulisches Betätigungssystem mit einem Pumpenaktor 2 und einer Kupplung 3 umfasst. Der Pumpenaktor 2 umfasst eine Pumpe 6, die über eine Pumpenwelle 8 durch einen Motor 4 angetrieben ist. Der Motor 4 ist zum Beispiel als Elektromotor ausgeführt, der durch eine Steuerungseinheit 5 angesteuert wird. Die Steuerungseinheit 5 wird auch als Local Control Unit, abgekürzt LCU, bezeichnet.
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Der Pumpenaktor 2 umfasst des Weiteren ein als Rückschlagventil ausgeführtes Ventil 7. Das Rückschlagventil 7 ist, wie durch einen Pfeil 9 angedeutet ist, mechanisch mit der Pumpenwelle 8 gekoppelt.
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Wenn die Pumpe 6 über die Pumpenwelle 8 angetrieben wird, dann fördert sie, wie durch ein Dreiecksymbol innerhalb eines Kreises, der die Pumpe 6 symbolisiert, angedeutet ist, Hydraulikmedium aus einem Reservoir 10 in eine Hydraulikleitung 11. Die Pumpe 6 kann aber auch, anders als dargestellt, Hydraulikmedium aus der Hydraulikleitung 11 zurück in das Reservoir 10 fördern, wenn sie in einer entgegengesetzten Förderrichtung betrieben wird.
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Die Hydraulikleitung 11 verläuft durch das Ventil 7 und verbindet einen Ausgang der Pumpe 6 mit einem Nehmerzylinder 12. Der Nehmerzylinder 12 umfasst einen Nehmerkolben 13, der über ein Einrücklager 14 mit einer Anpressplatte 15 der Kupplung 3 gekoppelt ist. Über den Nehmerkolben 13 und das Einrücklager 14 sowie eine nicht näher bezeichnete Tellerfedereinrichtung oder Hebelfedereinrichtung kann eine Betätigungskraft auf die Anpressplatte 15 aufgebracht werden.
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1 zeigt das Betätigungskonzept 1 des Pumpenaktors mit dem hier vorgeschlagenen Ventil. Die Anordnung lässt sich unterteilen in Aktor 2 und Kupplung 3. Das Ventil 7 gehört schematisch zum Aktor und ist ebenso wie die Pumpe 6 mit dem Aktormotor 4 gekoppelt 9. Die Leitung 11 von der Pumpe zur Kupplung verläuft durch das Ventil.
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In den 2 bis 4 ist ein als Rückschlagventil ausgeführtes Ventil 20 in verschiedenen Zuständen dargestellt. Das Ventil 20 umfasst eine Ventilklappe oder Rückschlagventilklappe 21. Die Rückschlagventilklappe 21 verschließt in 2 eine Öffnung in einer Trennwand 60 zwischen einer Pumpenseite 26 und einer Kupplungsseite 27. In den 3 und 4 ist die Ventilklappe 21 geöffnet, so dass eine Verbindung zwischen der Pumpenseite 26 und der Kupplungsseite 27 freigegeben wird.
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Die in 1 durch den Pfeil 9 angedeutete Kopplung zwischen dem Pumpenantrieb und dem Ventil erfolgt gemäß einem Aspekt der Erfindung durch einen Freilauf. Der Freilauf umfasst mindestens einen Freilaufkörper 22, der freilaufmäßig mit einer Walze 23 Kontakt hat, die dem Pumpenantrieb zugeordnet ist. Die Walze 23 ist zum Beispiel drehfest mit einer Pumpenwelle der Pumpe verbunden. Der Freilauf umfasst des Weiteren zwei Freilaufkörpergleitkurven 24, 25, die zur Darstellung einer Freilauffunktion und einer Sperrfunktion dienen.
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In 3 hat der Freilaufkörper 23 infolge einer durch einen Pfeil 29 angedeuteten Drehrichtung der Walze 23 Kontakt mit der Freilaufkörpergleitkurve 24, die zur Darstellung der Freilauffunktion dient. In 4 hat der Freilaufkörper 22 aufgrund einer durch einen Pfeil 30 angedeuteten Drehrichtung der Walze 23 Kontakt mit der Freilaufkörpergleitkurve 25, die zur Darstellung der Sperrfunktion des Freilaufs dient. Durch das Sperren des Freilaufkörpers 22 öffnet die Ventilklappe 21 in 4. Durch punktierte Pfeile 28 sind in den 3 und 4 verschiedene Volumenstromrichtungen bei geöffneter Ventilklappe 21 angedeutet.
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2 zeigt das Ventil 20 während die Pumpe 6 still steht. Die Dichtung ist hier als Klappe 21 dargestellt. Links von dieser Klappe 21 ist die Pumpenseite 26, rechts davon die Kupplungsseite 27. Während dem Stillstand wird die Klappe 21 dadurch geschlossen, dass der Druck auf der Pumpenseite 26 durch Leckage abnimmt und daher die Klappe 21 durch den höheren Druck auf der Kupplungsseite 27 zugedrückt wird.
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Deshalb sind die weiteren Elemente des Ventils im Moment nicht im Eingriff. Diese sind: Die Walze 23 kann eine zusätzliche Walze sein, die mit oder ohne Übersetzung mit der Spindel von Motor oder Pumpe verbunden ist, kann eine Walze sein, die auf einer dieser Spindeln sitzt, oder kann direkt eine dieser Spindeln sein. Auch können Motor und Pumpe auf derselben Spindel sitzen. Wichtig ist die direkte mechanische Kopplung zwischen Motor, Pumpe und dem hier als Walze bezeichneten Rad.
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Auf dieser Walze sitzt ein Freilaufkörper 22. Dieser kann durch eine Feder, die hier nicht dargestellt ist, angedrückt werden. Diese hätte möglicherweise den Vorteil eines ruhigeren Laufes, sowie zuverlässigeren Greifens des Freilaufs. Die Bewegung des Freilaufkörpers kann durch die Freilaufkörpergleitkurven 24, 25 begrenzt werden.
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3 zeigt das Ventil während zur Kupplung hin gepumpt wird. Die Ventilklappe 21 wird durch den höheren Druck auf der Pumpenseite 26 aufgedrückt, so dass der Volumenstrom 28 ungehindert passieren kann. Die Walze 23 dreht sich dabei so 29, dass der Freilaufkörper 22 gegen die von der Ventilklappe 21 entfernte Freilaufkörpergleitkurve 24 gedrückt wird.
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4 zeigt das Ventil während Fluid aus der Kupplung heraus gepumpt wird. Nun dreht sich die Walze 23 so (siehe Pfeil 30), dass der Freilaufkörper 22 an die Freilaufkörpergleitkurve 25 gedrückt wird und dabei die Klappe 21 aufhält. Somit kann das Fluid trotz des höheren Drucks auf der Kupplungsseite 27 zur Pumpe fließen (siehe Pfeil 28).
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In 5 ist ein ebenfalls als Rückschlagventil ausgeführtes Ventil 40 angedeutet, das über eine Walze 41 mit einem Antrieb der Pumpe (6 in 1) koppelbar ist. Durch einen Doppelpfeil ist angedeutet, dass die Walze 41 in entgegengesetzten Richtungen drehbar ist. Durch entsprechende Ansteuerung kann die Pumpe in entgegengesetzten Förderrichtungen fördern.
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Die Walze 41 hat Kontakt mit einem Freilaufkörper 42 eines Freilaufs. Der Freilaufkörper 42 wird durch eine Feder 43 in Kontakt mit der Walze 41 gehalten. Zur Darstellung einer Freilauffunktion und einer Sperrfunktion sind dem Freilaufkörper 42 zwei Freilaufkörpergleitkurven 44 und 45 zugeordnet. Die Freilaufkörpergleitkurve 44 dient zur Darstellung der Freilauffunktion. Die Freilaufkörpergleitkurve 45 dient zur Darstellung der Sperrfunktion des Freilaufs.
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Wenn der Freilaufkörper 42 in Abhängigkeit von der Drehrichtung der Walze 41 in Kontakt mit der Freilaufkörpergleitkurve 45 kommt, dann kommt der Freilaufkörper 42 ebenfalls in Kontakt mit einem in 5 unteren Ende einer Koppelstange 46. Die Koppelstange 46 ist in 5 nach oben und nach unten bewegbar geführt. Der Koppelstange 46 ist eine Dichtung 47 zugeordnet, die ein unerwünschtes Abströmen von Hydraulikmedium von einer Pumpenseite 51 in Richtung Freilauf und Pumpenantrieb verhindert.
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Die Pumpenseite 51 ist durch eine Trennwand 70 von einer Kupplungsseite 52 getrennt. In der Trennwand 70 ist eine Durchgangsöffnung vorgesehen, die durch einen Rückschlagventilkörper 49 des Ventils 40 verschließbar ist. Der Rückschlagventilkörper 49 ist mit einer Dichtung 48 versehen, die zur Darstellung eines Dichtsitzes dient. Durch eine Feder 50 ist der Rückschlagventilkörper 49 mit der Dichtung 48 in seine in 5 dargestellte Schließstellung vorgespannt.
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5 zeigt eine Ausführungsform mit Dichtsitz. Hier kommt ein gewöhnliches Rückschlagventil 49 mit Dichtung 48 zum Einsatz. Das Ventil kann über die Koppelstange 46 geöffnet werden. Die Koppelstange ist mit einer Freilaufvorrichtung ähnlich 2 verbunden. In dieser Ausführung ist eine Feder 43 dargestellt, die den Freilaufkörper 42 gegen die Walze 41 drückt. Der Freilaufkörper öffnet das Ventil bei Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn. Dies ist also die Richtung in der die Pumpe saugt.
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Das Fluid strömt beziehungsweise wird so gefördert, dass bei höherem Druck auf der Pumpenseite 51 das Ventil geöffnet wird, und bei höherem Druck auf der Kupplungsseite 52 geschlossen wird. Dieses Schließen wird zusätzlich von der Feder 50 unterstützt.
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Die Anordnung ist weiter so geführt, dass der Volumenstrom durch die Dichtung 47 an der Koppelstange von der Freilaufvorrichtung getrennt ist. Diese Trennung kann konstruktiv auch mit einer Membran und einer geteilten Koppelstange umgesetzt werden, um zuverlässig und reibungsfrei abzudichten.
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Es wird also eine Ventilanordnung vorgeschlagen, die automatisch bei Stillstand der Pumpe schließt und so die Leckage minimiert. Dennoch kann die Pumpe weiterhin in beide Drehrichtungen arbeiten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Betätigungsanordnung
- 2
- Aktor
- 3
- Kupplung
- 4
- Motor
- 5
- LCU (Local Control Unit)
- 6
- Pumpe
- 7
- Ventil
- 8
- Welle
- 9
- Kopplung zwischen Pumpenantrieb und Ventil
- 10
- Reservoir
- 11
- Hydraulikleitung
- 12
- Nehmerzylinder
- 13
- Nehmerkolben
- 14
- Einrücklager
- 15
- Anpressplatte
- 20
- Ventil
- 21
- Ventilklappe
- 22
- Freilaufkörper
- 23
- Walze/Pumpenantrieb
- 24
- Freilaufkörpergleitkurve
- 25
- Freilaufkörpergleitkurve
- 26
- Pumpenseite
- 27
- Kupplungsseite
- 28
- Pfeil (Indikator Volumenstrom)
- 29
- Pfeil (Indikator Drehrichtung)
- 30
- Pfeil (Indikator Drehrichtung)
- 40
- Ventil
- 41
- Walze/Pumpenantrieb
- 42
- Freilaufkörper
- 43
- Feder
- 44
- Freilaufkörpergleitkurve
- 45
- Freilaufkörpergleitkurve
- 46
- Koppelstange
- 47
- Dichtung
- 48
- Dichtung
- 49
- Rückschlagventilkörper
- 50
- Feder
- 51
- Pumpenseite
- 52
- Kupplungsseite
- 60
- Trennwand
- 70
- Trennwand
