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Die Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer für ein Kraftfahrzeug mit einem Arbeitszylinder, in dem ein axial bewegbarer Kolben angeordnet ist, der den Arbeitszylinder in einen ersten Arbeitsraum und einen zweiten Arbeitsraum unterteilt, wobei der Kolben mit einer Kolbenstange verbunden ist, sowie einem Gehäuse, das wenigstens eine Pumpvorrichtung einschließt.
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Eine Pumpvorrichtung kann im Rahmen einer Aufbaukontrolle eines Kraftfahrzeugs oder auch zur Rekuperator verwendet werden. Unter der Aufbaukontrolle wird dabei die Kontrolle des Fahrzeugaufbaus verstanden. Bei der Kontrolle geht es darum, den Fahrzeugaufbau zu stabilisieren, um beispielsweise Nick- oder Wankbewegungen wie auch ein längerfristiges Schrägstehen bei schrägen Untergründen wie Hanglagen zu vermeiden. Eine Pumpe wird ebenfalls zur Niveauregulierung verwendet. Die Aufbaukontrolle umfasst also in allgemeinster Form eher kurzzeitige Ausgleichsfunktionen wie auch längerfristige.
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Eine Aufbaukontrolle kann nicht durch herkömmliche Schwingungsdämpfer geleistet werden, da sich bei diesen die Gleichgewichtslage durch Fahrsituationen wie Kurvenfahrt, Bremsen oder Anfahren ändert. Dementsprechend wird über die Pumpvorrichtung das Druckniveau im Schwingungsdämpfer verändert, um auch die Gleichgewichtslage zu verändern, so dass die beschriebenen oder auch weitere Fahrsituationen sich geringer oder gar nicht mehr auf die Lage der Karosserie bzw. des Fahrzeugaufbaus auswirken.
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Weiterhin kann im Rahmen der Radkontrolle die Dämpfkraft des Schwingungsdämpfers variiert werden. Eine verstellbare Dämpfkraft kann beispielsweise durch ein verstellbares Ventil erzeugt werden, mit dem der Strömungswiderstand für das Hydraulikmedium im Schwingungsdämpfer variiert werden kann, wodurch auch die Dämpfkraft variiert wird.
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Es gibt mehrere unterschiedliche bekannte Systeme, mit denen eine Aufbaukontrolle vorgenommen werden kann. Aus der
US 2009/0260935 A1 geht ein Schwingungsdämpfer hervor, der einen Gerotor aufweist, der an eine Pumpe gekoppelt ist. Ein Gerotor kann sowohl als Motor als auch als Generator betrieben werden. Mit diesem Gerotor kann sowohl Energie rekuperiert werden, als auch eine Aufbaukontrolle und eine Radkontrolle durchgeführt werden. Radkontrolle, Aufbaukontrolle und Rekuperation werden also durch die gleiche Vorrichtung bewirkt. Ein weiterer Schwingungsdämpfer mit dem selben Wirkprinzip geht weiterhin aus der
US 2013/0147205 A1 und aus der
US 2014/0265168 A1 hervor.
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Aus der
DE 10 2009 022 328 A1 geht dagegen ein Schwingungsdämpfer hervor, bei dem die Radkontrolle mittels eines Druckregelventils erfolgt und die Aufbaukontrolle mittels einer Motor-Pumpeneinheit. Bei diesem Aufbau sind die Aufbaukontrolle und die Radkontrolle durch unabhängige Einheiten realisiert.
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Die jeweils verwendeten Pumpen können entweder zentral angeordnet sein, sie können aber auch am Schwingungsdämpfer selbst angeordnet werden. Dabei werden die Pumpenvorrichtungen in einem kastenartigen Anbau direkt am Schwingungsdämpfer angebracht.
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Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Anmeldung, einen Schwingungsdämpfer anzugeben, bei dem der Bauraum besser genutzt ist.
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Zur Lösung dieses Problems ist vorgesehen, dass das Pumpengehäuse ringartig ausgebildet ist.
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Der Kern der Erfindung ist also darin zu sehen, den äußeren Aufbau des Schwingungsdämpfers zu optimieren, um dadurch den Bauraum besser zu nutzen. Während für den Schwingungsdämpfer selbst bereits mehrere Maßnahmen bekannt sind, um entweder radial oder axial kleinbauende Ausführungsformen zu erhalten sind derartige Konstruktionsvarianten beim Pumpengehäuse bislang nicht angedacht worden. Das liegt daran, dass es bislang gewünscht war, dass das Hydraulikmedium des Schwingungsdämpfers den Arbeitszylinder oder das Behälterrohr nur auf einer kurzen Strecke verlässt und dann nach Passieren der Pumpvorrichtung sofort wieder in den Schwingungsdämpfer geführt wird. Soll das Hydraulikmedium aber nicht mehr in axialer Richtung sondern in radialer Richtung geführt werden, hat sich herausgestellt, dass eine ringartige Ausbildung des Pumpengehäuses vorzuziehen ist.
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Bevorzugt kann das Gehäuse als Ringsegment ausgebildet sein. Es ist nicht notwendig, dass das Pumpengehäuse das Behälterrohr oder den Arbeitszylinder vollständig umschließt, auch eine ringartige Ausbildung in Form eines Ringsegmentes bewirkt bereits eine Bauraumoptimierung.
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Dabei kann das Ringsegment einen Umfangswinkel von wenigstens 90 Grad aufweisen, es kann auch einen Umfangswinkel von wenigstens 180 Grad aufweisen.
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Alternativ kann das Gehäuse als Ring ausgebildet sein. Bei einer Ausbildung als vollständiger Ring werden auch völlig neue Pumpentypen verwendbar, was den Nachteil einer radialen Verbreiterung über den gesamten Umfang erzwingt.
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Vorzugsweise kann das Gehäuse am radial äußersten Rohrelement des Schwingungsdämpfers befestigt sein. Dabei handelt es sich je nach Ausgestaltung um den Arbeitszylinder oder das Behälterrohr. Zwischen Arbeitszylinder und Behälterrohr kann auch ein Zwischenrohr befestigt sein. Gemeint ist dabei selbstverständlich, dass sich das Pumpengehäuse am radial äußersten Rohrelement des Schwingungsdämpfers befindet, das das Hydraulikmedium führt, andernfalls wäre eine Verbindung zwischen dem Hydraulikmedium und der Pumpe im Gehäuse nicht herstellbar. Stutzkappen oder ähnliches werden daher nicht als radial äußerstes Rohrelement in Betracht gezogen.
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Mit besonderem Vorteil kann die Pumpvorrichtung eine Kreiselpumpe umfassen. Insbesondere kann die Pumpvorrichtung eine Halbaxialrad-Kreiselpumpe umfassen. Mit einer derartigen Pumpvorrichtung kann das Hydraulikmedium im Wesentlichen in Umfangsrichtung um das eingeschlossene Rohrelement herumgeführt werden, während der axiale Transport des Hydraulikmediums im Wesentlichen innerhalb des Rohrelements stattfinden kann.
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Alternativ kann die Pumpvorrichtung eine Innenzahnradpumpe umfassen. Hierbei handelt es sich um eine alternative Möglichkeit, bei der die Pumpvorrichtung die Rohrelemente oder einen Teil der Rohrelemente des Schwingungsdämpfers umschließt. Allgemeiner gesagt kann also die Pumpvorrichtung ringförmig ausgestaltet sein.
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Vorteilhafterweise kann in dem Pumpengehäuse eine Antriebsvorrichtung der Pumpvorrichtung, insbesondere ein Elektromotor, angeordnet sein. Demnach ist das Pumpengehäuse das Gehäuse, das die Pumpenvorrichtung nach Außen abschließt und eine Halterung der Pumpenvorrichtung am radial äußersten Rohrelement des Schwingungsdämpfers bewirkt. Selbstverständlich kann das Pumpengehäuse noch von Schutzverkleidungen oder anderen Schutzvorrichtungen umgekleidet sein, auch muss in dem Pumpgehäuse nicht alleine die Pumpvorrichtung angeordnet sein, auch zugehörige Elemente können dort angeordnet werden, wie beispielsweise die Antriebsvorrichtung.
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Bevorzugt kann der Motor als bürstenloser Ringmotor ausgestaltet sein. Dann kann der Elektromotor bei Ausgestaltung der Pumpvorrichtung als Kreiselpumpe oder Innenzahnradpumpe in axialer Richtung benachbart zur Pumpvorrichtung angeordnet werden. Dadurch kann eine extrem kompakte Anordnung von Pumpvorrichtung und Antriebsvorrichtung erzielt werden. Insbesondere kann der Elektromotor dann im Hydraulikmedium betrieben werden, wodurch keine aufwendigen Abdichtungsmaßnahmen erforderlich sind.
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Mit Vorteil kann in dem Pumpengehäuse ein gasgefüllter Ausgleichsraum angeordnet sein. Dieser kann entweder über einen Trennkolben hergestellt werden, weiterhin ist es denkbar, so genannte Gasbags im Pumpengehäuse vorzusehen. Auf diese Art und Weise kann axialer Bauraum eingespart werden, da sich der Ausgleichsraum oft am Kolbenstangen abgewandten Ende des Schwingungsdämpfers befindet. Dieser Abschnitt kann nun entfallen. Die axiale Länge des Pumpengehäuses ist dagegen nicht entscheidend, da der radiale Platz sowieso beansprucht wird.
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Mit besonderem Vorteil kann die Innenwand des Pumpengehäuses durch ein Rohrelement des Schwingungsdämpfers, insbesondere das Behälterrohr, gebildet werden. Dann wird das Pumpengehäuse einfach an dem Rohrelement befestigt, beispielsweise verschweißt.
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Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einem Schwingungsdämpfer. Dieses zeichnet sich dadurch aus, dass der Schwingungsdämpfer wie beschrieben ausgebildet ist.
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1 zeigt Federbein 1 umfassend einen Schwingungsdämpfer 2 und einen Federteller 3. Der Schwingungsdämpfer 2 umfasst ein Pumpengehäuse 4, das zur Abstützung des Federtellers 3 geeignet ist. Im Gehäuse 4, das ringartig ausgebildet ist, ist eine Pumpvorrichtung 5 angeordnet.
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Der Schwingungsdämpfer 2 ist als Zweirohrdämpfer mit Zwischenwand ausgebildet, arbeitet aber dennoch nach dem Einrohrdämpferprinzip. Dabei ist in 1 folgender Aufbau realisiert:
Im Arbeitszylinder 6 ist ein Kolben 7, an dem eine Kolbenstange 8 befestigt ist, axial beweglich gelagert. Der Kolben 7 unterteilt den Arbeitszylinder 6 in einen ersten Arbeitsraum 9 und einen zweiten Arbeitsraum 10. Am kolbenstangenseitigen Ende des Arbeitszylinders 6 befindet sich eine Kolbenstangenführung 12 und am anderen Ende ein Bodenventil 14. Auf dem Arbeitszylinder 6 folgt radial nach außen zuerst ein Zwischenrohr 16 und dann ein Behälterrohr 18. Im Behälterrohr 18 trennt ein Trennkolben 20 einen gasgefüllten Ausgleichsraum 22 vom Rest des ansonsten zumindest teilweise mit Hydrauliköl befüllten Behälterrohrs ab.
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An das Behälterrohr 18 schließt radial nach außen das Pumpengehäuse 4 an, das das Behälterrohr 18 als geschlossenen Ring umgibt. In der in 1 dargestellten Ausgestaltung ist die Pumpvorrichtung 5 als Kreiselpumpe ausgebildet. Dementsprechend sind im Pumpengehäuse 4 ein Kreiselpumpenrad 24 und zwei Ventile 26 und 28 angeordnet. Unterhalb des Kreiselpumpenrades 24 befindet sich ein Radiallager 30 und unterhalb des Radiallagers 30 eine Antriebsvorrichtung 32. Die Antriebsvorrichtung 32 ist bevorzugt als bürstenloser Ringmotor ausgestaltet und umfasst eine Statorwicklung 34, einen Statoreisenkern 36 und einen Rotormagneten 38. Unterhalb des Statorrotormagneten 38 befindet sich ein weiteres Radiallager 40.
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Auf diese Art und Weise kann die gesamte Pumpvorrichtung umfassend sowohl die eigentliche Pumpeneinheit als auch die Antriebseinheit im Pumpengehäuse 4 untergebracht werden.
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2 zeigt den Schwingungsdämpfer gemäß 1 mit markierten Strömungswegen für die Zug- und Druckrichtung. Diese unterscheiden sich dabei lediglich aufgrund unterschiedlicher Ventilstellungen der Ventile 26 und 28 und sind ansonsten identisch. In Druckrichtung verlässt das Hydrauliköl den Arbeitsraum 10 über das Bodenventil 14 und gelangt auf dem Weg zwischen Zwischenrohr 16 und Behälterrohr 18 zum Pumpengehäuse 4. Dabei wird das Behälterrohr 18 über eine Öffnung 42 verlassen und das Ventil 26 passiert. Danach passiert das Hydrauliköl die Pumpvorrichtung 5 über das Kreiselpumpen 9 und wird im Halbkreis um das Behälterrohr 18 herumgeführt. Auf der anderen Seite wird das Hydrauliköl 5 über das Ventil 28 in den Ringraum zwischen Arbeitszylinder 6 und Zwischenrohr 16 geführt, wo es sich in Richtung Kolbenstangenführung 12 bewegt und bei dieser in den oberen Arbeitsraum bzw. ersten Arbeitsraum 9 gelangt.
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In Zugrichtung bewegt sich das Hydrauliköl genau in umgekehrter Richtung nur wird es beim Passieren des Ventils 28 in den entsprechenden Saugraum geleitet, so dass nach einer wiederholten Halbumquerung des Behälterrohrs 18 und Passieren des Ventils 26 das Hydrauliköl in den Ringraum zwischen Behälterrohr 18 und Zwischenrohr 16 gelangt und von dort über das Bodenventil 14 in den zweiten Arbeitsraum 10.
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3 zeigt den hydraulischen Schaltplan zu den Schwingungsdämpfern 2 gemäß 1 und 2. Dabei ist mit den Bezugszeichen 42 der hydraulische Weg in Druckrichtung und mit 44 der hydraulische Weg in Zugrichtung markiert. Wie bereits zu 2 beschrieben unterscheiden sich die hydraulischen Wege in Zug- und Druckrichtung weniger als es nach 3 den Anschein hat. Während nämlich in 3 nur ein kleiner Wegabschnitt übereinstimmend erscheint ist es, wie zu 2 bereits ausführlich beschrieben, fast der komplette Weg, der identisch ist.
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Die weiterhin in 3 dargestellten Ventile 46, 48, 50, 52, 54 und 56 dienen Zusatzaufgaben und haben keinen primären Zusammenhang mit dem Betrieb der Pumpvorrichtung in Zug- oder Druckrichtung. Die Ventile 50 und 52 dienen beispielsweise einem rein passiven Betrieb, während mittels des Ventils 56 ein Volumenstrom regulierbar ist.
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4 zeigt den Schwingungsdämpfer 2 mit einer Stellung der Ventile 26 und 28, bei der ein Pumpbetrieb vom ersten Arbeitsraum 9 in den zweiten Arbeitsraum 10 ermöglicht wird. Zur besseren Erkennbarkeit sind dabei die Bereiche um die Ventile in den 5 und 6 jeweils vergrößert dargestellt.
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6 zeigt dabei den Bereich, in den das Hydrauliköl gelangt, wenn es vom ersten Arbeitsraum 9 über den Ringraum zwischen dem Arbeitszylinder 6 und dem Zwischenrohr 16 in das Pumpengehäuse gelangt. Der Ringraum wie auch der folgende Weg ist dabei mit dem Bezugszeichen 44 für den Weg des Hydrauliköls in Zugrichtung versehen. Am Ventil 28 wird dabei das Hydrauliköl in der Darstellung unten herum geführt, da das Ventil 28 den oberen Weg abschließt. So gelangt das Hydrauliköl in den Saugbereich für die Zugrichtung. Danach bewegt sich das Hydrauliköl in der Pumpvorrichtung 5 im Halbkreis um das Behälterrohr 18 herum und gelangt zum Ventil 26, das in 5 dargestellt ist. Über das Ventil 26 wird der Druckraum der Pumpvorrichtung 5 in Zugrichtung freigegeben und das Hydrauliköl kann in den Ringraum zwischen dem Zwischenrohr 16 und dem Behälterrohr 18 gelangen.
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7 zeigt den entsprechenden Schaltplan für eine Förderung des Hydrauliköls vom ersten Arbeitsraum 9 in den zweiten Arbeitsraum 10, wobei sich dies letzten Endes bereits aus 3 ergibt. Der hydraulische Schaltplan gemäß 7 bezieht sich dabei auf die 4 bis 6.
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8 zeigt den Schwingungsdämpfer gemäß 1 bzw. 2 mit einer Stellung der Ventile 26 und 28, mit der ein Pumpen des Hydrauliköls vom zweiten Arbeitsraum 10 in den ersten Arbeitsraum 9 durchführbar ist. Zur besseren Erkennbarkeit sind wiederum die Bereiche um die Ventile 26 und 28 vergrößert in den 9 bzw. 10 dargestellt. Durch Vergleich der 5 und 9 bzw. 6 und 10 erkennt man, dass die Stellung der Ventile 26 und 28 im Vergleich zur Förderung in die umgekehrte Richtung, also in Zugrichtung, umgekehrt ist.
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Nunmehr gelangt das Hydrauliköl vom zweiten Arbeitsraum 10 über das Bodenventil 14 in den Ringraum zwischen Behälterrohr 18 und Zwischenrohr 16 und gelangt über diesen zum Ventil 26. Das Ventil 26 führt das Hydrauliköl nun in den Saugbereich für die Druckrichtung der Pumpvorrichtung 5. So gelangt das Hydrauliköl an die richtige Stelle des Kreiselpumpenrades 24. Nach einer Halbumrundung des Behälterrohrs 18 gelangt das Hydrauliköl auf die Druckseite der Pumpvorrichtung 5 und passiert das Ventil 28, um so in den Ringraum zwischen Arbeitszylinder 6 und Zwischenrohr 16 zu gelangen. Von dort wird das Hydrauliköl in den ersten Arbeitsraum 9 geführt.
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11 zeigt den entsprechenden hydraulischen Schaltplan zu den 8 bis 10. Da hierbei das Hydrauliköl vom zweiten Arbeitsraum 10 bis zum ersten Arbeitsraum 9 gepumpt wird passiert es zuerst das Ventil 26 und dann das Ventil 28.
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Bei allen Ausgestaltungen ist das Pumpengehäuse am radial äußersten Rohrelement des Schwingungsdämpfers 2 befestigt, was dem Behälterrohr 18 entspricht.
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Die 1, 2, 4, 5, 6, 8, 9 und 10, zeigen dabei lediglich bevorzugte Ausgestaltungen. Beispielsweise kann die Pumpvorrichtung 5 auch als Innenzahnradpumpe ausgestaltet sein, ohne dass sich am Rest des Aufbaus des Schwingungsdämpfers etwas ändern müsste, dann wären lediglich die Strömungswege innerhalb des Pumpengehäuses 5 neu zu definieren.
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Andererseits ist es nicht notwendig, den Schwingungsdämpfer als Zweirohrdämpfer mit Zwischenwand auszuführen oder allgemeiner ausgedrückt drei Rohrelemente vorzusehen. Beispielsweise kann das Hydrauliköl oder allgemeiner das Hydraulikmedium auch direkt von einem der Arbeitsräume 9 oder 10 in das Pumpengehäuse 5 geführt werden und von dort aus in den anderen Arbeitsraum, wobei dann die entsprechenden Rohrelemente, also das Behälterrohr oder das Zwischenrohr 16, entfallen können. In diesem Fall ändert sich der Aufbau innerhalb des Behälterrohres 18, während der Aufbau innerhalb des Pumpengehäuses 5 bestehen bleiben kann. Die Ausgestaltung der Pumpvorrichtung 5 und insbesondere des Pumpengehäuses 4 ist also mehr oder weniger unabhängig vom Aufbau des Schwingungsdämpfers 2, lediglich eine zylindrische Außenform des äußersten Rohrelementes wird dabei angenommen. Somit ergeben sich große Freiheiten bei der Ausgestaltung des Schwingungsdämpfers unabhängig von der Optimierung der Pumpvorrichtung 5.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Federbein
- 2
- Schwingungsdämpfer
- 3
- Federteller
- 4
- Pumpengehäuse
- 5
- Pumpvorrichtung
- 6
- Arbeitszylinder
- 7
- Kolben
- 8
- Kolbenstange
- 9
- erster Arbeitsraum
- 10
- zweiter Arbeitsraum
- 12
- Kolbenstangenführung
- 14
- Bodenventil
- 16
- Zwischenrohr
- 18
- Behälterrohr
- 20
- Trennkolben
- 22
- Ausgleichsraum
- 24
- Kreiselpumpenrad
- 26
- Ventil
- 28
- Ventil
- 30
- Radiallager
- 32
- Antriebsvorrichtung
- 34
- Statorwicklung
- 36
- Statoreisenkern
- 38
- Rotormagnet
- 40
- Radiallager
- 42
- Druckrichtung
- 44
- Zugrichtung
- 46
- Ventil
- 48
- Ventil
- 50
- Ventil
- 52
- Ventil
- 54
- Ventil
- 56
- Ventil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2009/0260935 A1 [0005]
- US 2013/0147205 A1 [0005]
- US 2014/0265168 A1 [0005]
- DE 102009022328 A1 [0006]
