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Die Erfindung betrifft eine Kolben-Zylinder-Einheit insbesondere einen Nehmerzylinder eines Ausrücksystems für ein Kupplungs- oder Bremssystem eines Kraftfahrzeuges nach dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs.
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Gattungsgemäße konzentrische Nehmerzylinder („concentric slave cylinder” – CSC) oder Zentralausrücker werden bei hydraulischen Kupplungssystemen in der Funktionskette zwischen Kupplungspedal und Kupplung eingesetzt. Der Nehmerzylinder dient somit dazu, basierend auf von einem Geberzylinder in den Nehmerzylinder strömenden Hydraulikfluid, hydraulisch unterstützt eine Kupplung eines Fahrzeuges zu betätigen.
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Gattungsgemäße Nehmerzylinder weisen ein als Ringzylinder ausgebildetes Gehäuse auf, welches um eine Kupplungs- bzw. Getriebeeingangswelle angeordnet ist. In dem Gehäuse ist ein in axialer Richtung beweglicher Ringkolben geführt, der auf ein sich an einer Kupplung abstützendes Ausrücklager wirkt. Dabei muss sichergestellt werden, dass während des Betriebes des Nehmerzylinders der Kolben nicht über eine angegebene maximale Extension hinausfahren kann. Ein derartiges Überfahren (Überdrücken) des Kolbens kann beispielsweise aufgrund von Temperaturschwankungen bzw. Volumenausdehnungen des Hydraulikmittels geschehen. Auch durch die Automatisierung von Fahrzeugen, die mit konventionellen CSC ohne Wegsensor mit Hilfe eines HCA (Hydrostatic Clutch Actuator) betätigt werden, steht im hydraulischen Kupplungssystem ein höheres Fluidvolumen zur Verfügung. Überfährt der Kolben dadurch die maximale Extension, kann es zu einer Zerstörung des Nehmerzylinders mit entsprechenden Folgeschäden kommen. Durch die Automatisierung entfällt ebenso die Schnüffelfunktion im Kupplungsgeberzylinder (CMC), wodurch die daraus resultierende Volumenausdehnung unter Temperatureinwirkung des eingesetzten Fluids eine ungewollte Betätigung des CSC – ohne dies zu diagnostizieren – herbeiführt. Auch in diesem Fall ist ein Defekt des konzentrischen Nehmerzylinders bzw. des hydraulischen Systems die Folge. Zur Begrenzung des Hubes ist deshalb üblicherweise – meist am Gehäuse bzw. an der Führungshülse des Nehmerzylinders – ein Anschlag vorgesehen, an welchem der Kolben in einer Endstellung zur Anlage kommt.
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Die
DE 10 2015 220 819 A1 beschreibt eine Kolben-Zylinder-Einheit, deren Anschlaghülse mittels radial nach außen weisender Formelemente mit der Führungshülse in Wirkverbindung steht derart, dass der Außendurchmesser der Anschlaghülse mit den Formelementen größer als der Innendurchmesser der Führungshülse ist. Die Formelemente sind dabei bevorzugt als radial nach außen gebogene Haltehaken und/oder Nasen ausgebildet.
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In der
DE 10 2015 212 716 A1 wird eine Kolben-Zylinder-Einheit beschrieben, bei der der Anschlaghülse ein Versteifungselement zugeordnet ist. Dieses Versteifungselement ist rohrförmig ausgebildet und innerhalb der Anschlaghülse angeordnet. Vorzugsweise ist es mit der Anschlaghülse mittels Verpressung verbunden.
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In einer noch nicht veröffentlichten Schutzrechtsanmeldung wird ein Anschlagring mit radial nach innen weisenden Rastelementen beschrieben, welche in entsprechende Ausnehmungen in der Führungshülse eingreifen und so einen Hub des Kolbens in Richtung zum Ausrücklager begrenzen.
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Eine weitere noch nicht veröffentlichte Schutzrechtsanmeldung beschreibt einen Nehmerzylinder mit einem konzentrisch um eine Getriebeeingangswelle angeordneten Gehäuse aus einem Grundmaterial aus Kunststoff und einem darin axial beweglichen ringförmigen Kolben, der mit einem Druck eines Druckmediums beaufschlagbar ist und mit einem Ausrücklager in Wirkverbindung steht, wobei am Gehäuse ein Anschlag vorgesehen ist, der einen Hub des Kolbens in Richtung zum Ausrücklager begrenzt. Der Anschlag besteht zumindest teilweise aus einer metallischen Hülse und/oder aus einem sich von dem Kunststoffmaterial des Grundkörpers des Gehäuses unterscheidenden zweiten Kunststoffmaterial oder wirkt mit Besen zusammen.
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Durch die in Richtung zum Ausrücklager wirkende Kraft des Kolbens kann es vorkommen, dass sich der Anschlag, der zur Begrenzung des Kolbenhubes vorgesehen ist, unerwünscht deformiert.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher eine Kolben-Zylinder-Einheit anzugeben, die bei einem einfachen konstruktiven und fertigungstechnischen Aufbau eine zuverlässige Kolbenhubbegrenzung, insbesondere bei hohen Drücken in der Anschlagsposition, gewährleistet.
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Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des ersten Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Kolben-Zylinder-Einheit ist dabei insbesondere in Form eines Nehmerzylinders mit einem konzentrisch um eine Getriebeeingangswelle angeordneten Gehäuse ausgebildet, welches eine radial äußere Zylinderwand und eine radial innere Zylinderwand aufweist, zwischen denen ein Druckraum ausgebildet und ein durch ein Druckmedium beaufschlagbarer und mit einem Ausrücklager in Wirkverbindung stehender ringförmiger Kolben axial beweglich angeordnet ist, wobei der Hub des Kolbens in Richtung Ausrücklager durch einen Anschlagbereich begrenzt ist, welcher an einem an einer Stirnseite der inneren Zylinderwand angeordneten Anschlagring ausgebildet ist und wobei der Anschlagring erfindungsgemäß einen radial nach außen weisenden Flansch mit in Richtung der Stirnseite der inneren Zylinderwand weisenden Formelementen aufweist.
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Dabei kann ein Anschlagring zum Einsatz kommen, der zur Aufbringung einer Vorspannung auf den Kolben beziehungsweise der Unterstützung bei dessen Rückstellbewegung dient und sich bei einer axialen Krafteinwirkung des Kolbens nicht unerwünscht deformiert. Dazu kann der Anschlagring einen umfangsseitigen in Richtung zum Kolben gebogenen Wandbereich aufweisen, an dem der Anschlagbereich ausgebildet ist.
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Die Formelemente sind in einem radial nach außen weisenden Flansch des Anschlagrings ausgebildet und liegen dabei bevorzugt an der Stirnseite der inneren Zylinderwand an. Insbesondere sind die Formelemente als voneinander beabstandete Ausbuchtungen des Anschlagringes ausgebildet. Alternativ können die Formelemente auch an den Anschlagring angeschweißte oder anderweitig befestigte Aufsätze sein, die beispielsweise nasenartig ausgebildet sind. Die Formelemente liegen insbesondere an der Stirnseite der inneren Zylinderwand an, während sich zwischen den einzelnen Formelementen Bereiche des Flansches befinden welche von der Stirnseite der inneren Zylinderwand beabstandet sind.
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Bevorzugt weist der Anschlagring einen im Wesentlichen parallel zum Verfahrweg des Kolbens liegenden Wandbereich auf, an dessen Stirnseite der Anschlagbereich angeordnet ist. Der Anschlagbereich des Anschlagringes ragt dabei insbesondere zumindest bereichsweise radial nach außen über die Stirnseite bzw. den Außendurchmesser der inneren Zylinderwand hinaus und bildet einen axialen Anschlag für den Kolben.
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Insbesondere weisen die Formelemente eine in Richtung zur inneren Zylinderwand konvex ausgebildete Form auf. Es ist dabei möglich, dass ein Auflagebereich der Formelemente abgeflacht ausgebildet ist, und dadurch die Auflagefläche auf der Stirnseite der inneren Zylinderwand erhöht wird.
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Bevorzugt sind regelmäßig über den Flansch des Anschlagringes verteilt wenigstens 4, insbesondere wenigstens 8 Formelemente angeordnet.
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Vorteilhafter Weise ist der Anschlagring mit einem sich radial innen an den Flansch anschließenden und sich im Wesentlichen axial erstreckenden Bund versehen, mit welchem er in dem Innendurchmesser der inneren Zylinderwand aufgenommen ist.
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Bevorzugt weist der Bund des Anschlagringes einen Außendurchmesser auf, der kleiner ist als der Innendurchmesser der inneren Zylinderwand und ist am Bund eine bis zum Innendurchmesser der inneren Zylinderwand reichende Wulst in der Art einer Ringwulst ausgebildet, die sich am Innendurchmesser der inneren Zylinderwand abstützt.
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Die innere Zylinderwand weist vorzugsweise endseitig einen radial nach innen weisenden Bund auf, über den der Anschlagring mit seiner Wulst in Wirkverbindung steht und einen axialen Anschlag und somit eine Auszugsicherung für den Anschlagring bildet. Wird nun der Kolben in Richtung Ausrücklager bewegt, so stößt er irgendwann mit seiner Stirnseite an den Anschlagbereich des Anschlagringes und übt damit eine Kraft auf den Anschlagring aus. Dieser stützt sich mit seiner Wulst am Bund der inneren Zylinderwand ab und begrenzt damit den Hub des Kolbens in Richtung zum Ausrücklager.
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Anstelle zu einer inneren Zylinderwand kann auch eine separate Führungshülse radial innen liegend im Nehmerzylinder angeordnet sein.
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Der Anschlagring kann beispielsweise aus Kunststoff oder einem metallischen Werkstoff gefertigt sein. Vorzugsweise wird der Anschlagring mittels spanender Bearbeitung oder als Blechteil hergestellt.
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Vorteilhafterweise wird durch die erfindungsgemäße Anordnung insbesondere bei höheren Drücken von mehr als 10 bar eine zuverlässige Kolbenhubbegrenzung gewährleistet.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert, ohne dabei auf diese beschränkt zu sein. Es zeigen:
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1 eine Prinzipdarstellung eines Kupplungsbetätigungssystems,
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2 eine Prinzipdarstellung eines Anschlagrings nach dem Stand der Technik,
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3 und 4 eine dreidimensionale Ansicht des erfindungsgemäßen Anschlagrings,
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5 den Schnitt A-A gemäß 3,
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6: den Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Nehmerzylinder mit Anschlagring;
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7: Einzelheit B gemäß 6.
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1 zeigt eine Prinzipdarstellung eines Kupplungsbetätigungssystems 1. Eine Betätigungseinrichtung 2 wirkt auf der Geberseite 3 auf einen Geberzylinder 4. Dabei wird ein geberseitiger Kolben 11 des Geberzylinders 4 entlang eines Aktorweges (in dieser Darstellung nach rechts) verfahren, wodurch sich das Volumen der im Geberzylinder 4 enthaltenen Hydraulikflüssigkeit 6 verändert und ein Druck in dem Geberzylinder 4 aufgebaut wird, der über eine Hydraulikleitung 7 zur Nehmerseite 8 des Kupplungsbetätigungssystems 1 übertragen wird. Die Hydraulikleitung 7 ist an einen Nehmerzylinder 9 angeschlossen, der ein Ausrücksystem darstellt und an der Nehmerseite 8 des Kupplungsbetätigungssystems 1 ausgebildet ist. Auf der Nehmerseite 8 verursacht der Druck der Hydraulikflüssigkeit 6 in dem Nehmerzylinder 9 eine Wegänderung eines Kolbens 5, die auf eine Kupplung 10 übertragen wird, um diese zu betätigen. Der Kolben 5 des Nehmerzylinders 9 ist dabei in einem als doppelwandiger Zylinder ausgebildeten Gehäuse 12 axial beweglich gelagert. Das Gehäuse 12 weist eine äußere Zylinderwand 13 sowie eine nicht dargestellte innere Zylinderwand auf, welche einen nicht bezeichneten Druckraum umschließen. Der Kolben 5 des Nehmerzylinders 9 wird in dem Druckraum betätigt, wenn ein Druck im Druckraum des Nehmerzylinders 9 aufgebaut wird. Dadurch wird ein hier nicht dargestelltes Ausrücklager, welches über Federn mit einer Kupplung 10 in Wirkverbindung steht, zur Betätigung der Kupplung 10 bewegt.
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In 2 ist eine Prinzipdarstellung einer Variante eines Anschlagrings 17 nach dem Stand der Technik dargestellt. Der Anschlagring 17 liegt an der Stirnseite der inneren Zylinderwand 14 eines Nehmerzylinders an und weist umfangsseitig einen radial nach außen weisenden Flansch 17.1 auf. Der Flansch 17.1 ragt radial über den Außendurchmesser der inneren Zylinderwand 14 hinaus und bildet mit seinem Endbereich einen Anschlagsbereich für den Kolben 5. Der Kolben 5 wird mit einer Kraft F in Richtung eines nichtdargestellten Ausrücklagers gedrückt und drückt dabei gegen den Flansch 17.1. Bei einem nach dem Stand der Technik ausgebildeten Anschlagring 17 wird der Flansch 17.1 schon bei relativ niedrigen Drücken ab 10 bar unerwünscht verbogen bzw. deformiert.
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Die 3 und 4 zeigen eine dreidimensionale Ansicht des erfindungsgemäßen Anschlagrings 17. Der Wandbereich 17.3 des Anschlagringes 17 ist im Wesentlichen parallel zum Verfahrweg eines hier nicht dargestellten Kolbens umgebogen und weist stirnseitig den Anschlagbereich 17.4 für den hier nicht dargestellten Kolben auf. Gleichmäßig über den Umfang verteilt weist der Anschlagring 17 in einem radial nach außen weisenden Flansch 17.1 mehrere als Ausformungen ausgebildete Formelemente 17.5 auf, die als Anlageflächen für eine nicht dargestellte innere Zylinderwand dienen. An seinem sich axial zur nicht dargestellten inneren Zylinderwand erstreckenden Bereich, der zur Aufnahe an der inneren Zylinderwand dient (s. auch 7) weist der Anschlagring 17 eine umlaufende Wulst 17.2 auf, die sich an einem Bund der nicht dargestellten inneren Zylinderwand axial abstützt.
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5 zeigt einen Schnitt A-A gemäß 3 durch den Anschlagring 17. Die Schnittebene A-A führt dabei durch zwei am Flansch 17.1 des Anschlagrings 17 sich gegenüberliegende Formelemente 17.5. Erkennbar ist, dass die Tiefe T der Formelemente 17.5 im Flansch 17.1 der Randhöhe H des Wandbereiches 17.3 entspricht.
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In 6 ist ein Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Nehmerzylinder 9 mit Anschlagring 17 dargestellt und in 7 eine Einzelheit B gemäß 6. Das Gehäuse 12 des Nehmerzylinders 9 weist eine radial äußere Zylinderwand 13 und eine radial innere Zylinderwand 14 auf, welche einen Druckraum 15 umschließen. Anstelle einer inneren Zylinderwand 14 kann in dem Gehäuse 12 auch eine Führungshülse angeordnet sein (nicht dargestellt). Die innere Zylinderwand 14 weist eine Stirnseite 14.1 auf, an welcher ein radial nach innen gerichteter Bund 14.2 ausgebildet ist (siehe 7). Zwischen äußerer 13 und innerer Zylinderwand 14 ist ein durch ein Druckmedium beaufschlagbarer und mit einem Ausrücklager 16 in Wirkverbindung stehender ringförmiger Kolben 5 entlang einer Längsachse L axial beweglich angeordnet. Der Hub des Kolbens 5 in Richtung zum Ausrücklager 16 wird durch den Anschlagring 17 begrenzt, der am nicht bezeichneten Innendurchmesser der inneren Zylinderwand 14 aufgenommen wird.
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Der Wirkbereich von Anschlagring 17 und innerer Zylinderwand 14 ist in 7 vergrößert als Einzelheit B aus 6 im Detail dargestellt. Der Anschlagring 17 liegt an der Stirnseite 14.1 der inneren Zylinderwand 14 mit den Formelementen 17.5 seines Flansches 17.1 an. Der Flansch 17.1 ist an seinem Außenumfang mit einem Wandbereich 17.3 im Wesentlichen parallel zum Verfahrweg des Kolbens 5 umgebogen. An der in Richtung zum Kolben 5 weisenden Stirnseite ist der Anschlagbereich 17.4 für den Kolben 5 ausgebildet. Der Anschlagbereich 17.4 des Anschlagringes 17 ragt dabei insbesondere zumindest bereichsweise radial nach außen über den Außendurchmesser der inneren Zylinderwand 14 hinaus und befindet sich dadurch im Bereich des Kolbens 5. Der Kolben 5 weist einen Absatz 5.1 auf, durch welchen eine Anlagefläche für den Anschlagbereich 17.4 des Anschlagringes 17 gebildet wird. Der Flansch 17.1 weist mehrere bevorzugt regelmäßig verteilte in Richtung der Stirnseite 14.1 der inneren Zylinderwand 14 weisende Formelemente 17.5 auf. Diese Formelemente 17.5 legen an der Stirnseite 14.1 der inneren Zylinderwand 14 an. Sie sind als Ausbuchtungen des Anschlagringes 17 ausgebildet. Die innere Zylinderwand 14 steht somit in axialer Richtung lediglich über die Formelemente 17.5 mit dem Anschlagring 17 in Wirkverbindung. Der sich axial entlang der inneren Zylinderwand 14 erstreckende Bereich 18 des Anschlagringes 17 weist einen nicht bezeichneten Außendurchmesser auf, der kleiner ist als der Innendurchmesser der inneren Zylinderwand 14. Der Anschlagring 17 ist weiterhin mit einem sich radial innen an den Flansch 17.1 anschließenden Bund 17.6 versehen, mit welchem er in dem Innendurchmesser der inneren Zylinderwand 14 aufgenommen ist. Am sich axial entlang der inneren Zylinderwand 14 erstreckenden Bereich 18 des Anschlagringes 17 ist eine bis zum Innendurchmesser der inneren Zylinderwand 14 reichende Wulst 17.2 in der Art einer Ringwulst ausgebildet, die sich am Innendurchmesser der inneren Zylinderwand 14 abstützt.
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Wird der Kolben 5 nun über seinen geregelten Verfahrweg hinaus in Richtung zum Ausrücklager 16 gedrückt, so drückt er mit seiner Stirnfläche 5.2 gegen das Ausrücklager 16 und übt gleichzeitig mit seinem Absatz 5.1 eine Kraft auf den Anschlagbereich 17.4 des Anschlagringes 17 aus. Der Anschlagring 17 stützt sich über die Formelemente 17.5 und die Wulst 17.2 an der inneren Zylinderwand 14 ab und wird somit auch bei höheren Drücken von über 10 bar nicht plastisch verformt.
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Gemäß eines nicht dargestellten Ausführungsbeispiels ist es auch möglich, dass sich die Ausformungen in dem Flansch des Anschlagringes radial bis in den Bereich des Kolbens erstrecken, so dass der Kolben bei einer Ausrückbewegung gegen die Ausformungen gepresst wird.
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Es ist weiterhin gemäß einer nicht dargestellten Variante möglich, dass die Ausformungen nicht voneinander beabstandet sind sondern z. B. wellenartig aneinander anschließen. Bevorzugt erstrecken sich die Ausformungen im Flansch von radial innen nach radial außen.
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Durch die Formelemente im Flansch 17.1 des Anschlagringes 17 wird eine Versteifung des Flansches 17.1 erzielt, die einer unerwünschten plastischen Deformation bei Kraftbeaufschlagung durch den Kolben 5 entgegenwirkt.
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Verstärkt wird das Verhindern einer plastischen Deformation des Flanschbereiches des Anschlagringes durch den in Richtung zum Kolben 5 gebogenen Wandbereich 17, an dem der Anschlagbereich 17.4 für den Kolben 5 ausgebildet ist. Bei einer axialen Beanspruchung des Flansches 17.1 des Anschlagringes 17 durch den Kolben 5 wirkt dieser durch den in Richtung zum Kolben 5 gebogenen Wandbereich 17.3 wie ein Federelement und federt somit zurück, wodurch einer plastischen Deformation entgegengewirkt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kupplungsbetätigungssystem
- 2
- Betätigungseinrichtung
- 3
- Geberseite
- 4
- Geberzylinder
- 5
- Kolben
- 5.1
- Absatz
- 5.2
- Stirnfläche
- 6
- Hydraulikflüssigkeit
- 7
- Hydraulikleitung
- 8
- Nehmerseite
- 9
- Nehmerzylinder
- 10
- Kupplung
- 11
- geberseitiger Kolben
- 12
- Gehäuse
- 13
- Äußere Zylinderwand
- 14
- Innere Zylinderwand
- 14.1
- Stirnseite der inneren Zylinderwand
- 14.2
- Bund
- 15
- Druckraum
- 16
- Ausrücklager
- 17
- Anschlagring
- 17.1
- Flansch
- 17.2
- Wulst
- 17.3
- Wandbereich
- 17.4
- Anschlagbereich
- 17.5
- Formelemente
- 17.6
- Bund
- 18
- Bereich
- L
- Längsachse
- H
- Höhe des Wandbereiches
- T
- Tiefe der Formelemente
