DE102017128366A1

DE102017128366A1 - Ölversorgung für Anfahr- und Retardermodul

Info

Publication number: DE102017128366A1
Application number: DE102017128366.8A
Authority: DE
Inventors: Rolf Brockmann; Alexander Denk; Bruno Föhl; Stefan Kühn; Markus Fürsattel
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2017-11-30
Filing date: 2017-11-30
Publication date: 2019-06-06
Also published as: WO2019105849A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Anfahr- und Retardermodul (1) zur Anordnung zwischen einem Antriebsmotor (2) und einem Getriebe (3), insbesondere für ein Kraftfahrzeug oder ein Schienenfahrzeug, umfassend ein Modulgehäuse (4) mit integrierten Kanälen, eine Abtriebswelle (12), eine Turbokupplung (5) aufweisend ein erstes Schaufelrad (8) und ein zweites Schaufelrad (9), die einen über einen Kanal (35) mit Arbeitsmedium steuerbar befüllbaren Arbeitsraum (10) zur Einstellung eines hydrodynamischen Übertragungsmoments bilden, und eine Bremse (7).
Es wird vorgeschlagen, dass zwischen zweitem Schaufelrad (9) und Abtriebswelle (12) eine Freilaufeinrichtung (13) angeordnet ist, die über eine Arbeitsmedium leitende Verbindung (38) mit dem Arbeitsraum (10) verbunden ist

Description

Die Erfindung betrifft ein Anfahr- und Retardermodul zur Anordnung zwischen einem Antriebsmotor und einem Getriebe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein Anfahr- und Retardermodul ist ein Modul, das in einem Antriebsstrang zwischen Antriebsmotor und Getriebe eingebaut werden kann. Die Verwendung eines derartigen Moduls hat den Vorteil, dass zum Anfahren und Bremsen eine hydrodynamische Kupplung eingesetzt wird, die über ihren Füllungsgrad regelbar ist, so dass ein hydrodynamisches Übertragungsmoment einstellbar ist.
Aus der DE 100 45 337 A1 ist das Grundprinzip für ein Anfahr- und Retardermodul bekannt.
In der DE 44 23 640 C2 wird eine alternative Ausführung ohne Retarderfunktion offenbart, bei der die Überbrückungskupplung und die Turbokupplung in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, wobei die Überbrückungskupplung hier als Nasskupplung ausgeführt ist.
Aus der DE 103 17 405 A1 ist ein Anfahr- und Retardermodul bekannt, das einen speziellen Aktuator für die Überbrückungskupplung aufweist. Das Modulgehäuse weist zwei Gehäuseräume auf. Einen ölfreien Raum, in dem die Überbrückungskupplung, die als Trockenkupplung ausgeführt ist, positioniert ist, und einem Ölraum in dem die Bremse zusammen mit der Turbokupplung angeordnet ist.
Die Eingangswelle des Schaltgetriebes ist gleichzeitig die Ausgangswelle des Anfahr- und Retardermoduls. Die Lagerung der Eingangswelle erfolgt im Getriebe. Für einen derartigen Aufbau ist es aus dem StdT bekannt, den Freilauf über die Eingangswelle mit Getriebeöl zu schmieren.
Eine der Aufgaben der Erfindung ist es einen Aufbau für ein Anfahr- und Retardermodul vorzuschlagen, bei dem auf eine ölleitende Verbindung zum Getriebe verzichtet werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Anfahr- und Retardermodul gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und bevorzugte Lösungsvarianten sind in den hiervon abhängigen Unteransprüchen beschrieben.
Die Erfindung geht aus von einem Anfahr- und Retardermodul zur Anordnung zwischen einem Antriebsmotor und einem Getriebe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug oder ein Schienenfahrzeug, umfassend ein Modulgehäuse mit integrierten Kanälen, eine Abtriebswelle, eine Turbokupplung aufweisend ein erstes Schaufelrad und ein zweites Schaufelrad, die einen über einen Kanal mit Arbeitsmedium steuerbar befüllbaren Arbeitsraum zur Einstellung eines hydrodynamischen Übertragungsmoments bilden, und eine Bremse.
Es wird vorgeschlagen, dass zwischen zweitem Schaufelrad und Abtriebswelle eine Freilaufeinrichtung angeordnet ist, die über eine Arbeitsmedium leitende Verbindung mit dem Arbeitsraum verbunden ist.
Weiterhin ist vorgesehen, dass das Arbeitsmedium ein Öl ist, welches aus einem druckbeaufschlagbaren Ölsumpf über den Kanal in den Arbeitsraum förderbar ist. Der Ölsumpf wird dabei vorzugsweise mit Druckluft beaufschlagt.
Des Weiteren kann ein Ventil vorgesehen sein, mittels dem der Kanal zwischen Ölsumpf und Arbeitsraum verschließbar ist.
Die Arbeitsmedium leitende Verbindung kann beispielsweise auch eine Verbindung zwischen Ölsumpf und Arbeitsraum sein, wobei die Arbeitsmedium leitende Verbindung vorzugsweise als Schmierkanal und der Kanal vorzugsweise als Strömungskanal ausgelegt ist.
In einer bevorzugten Ausführung wird die Arbeitsmedium leitende Verbindung zumindest abschnittsweise durch die Lager und die Freilaufeinrichtung gebildet, wobei Lager und Freilaufeinrichtung derart gestaltet sind, dass Öl durch sie hindurch förderbar ist.
Weiterhin kann die Arbeitsmedium leitende Verbindung derart ausgelegt sein, dass Öl zu Schmierzwecken an die Bremse förderbar ist.
In einer weiteren Variante kann die Arbeitsmedium leitende Verbindung derart gestaltet sein, dass bei Druckbeaufschlagung des Ölsumpfes, bei geschlossenem Ventil, Öl aus dem Ölsumpf in den Arbeitsraum förderbar ist. So kann beispielsweise über einen kurzen Druckluftimpuls auf den Ölsumpf, Öl zu Schmierzwecken an die Lager, den Freilauf und die Bremse gefördert werden.
So kann die Arbeitsmedium leitende Verbindung über einen Knotenpunkt mit dem Kanal leitend verbunden sein. Wobei der Knotenpunkt eine einfache Kanalverbindung sein kann oder auch als Raum, z.B. Ringraum, gestaltet sein.
Die Anordnung des Ventils kann in einer Ausführung zwischen Ölsumpf und Knotenpunkt angeordnet sein. Wobei bei dieser Anordnung zu viel gefördertes Schmieröl über den Arbeitsraum zurück in den Ölsumpf gelangt. In einer alternativen Ausführung kann das Ventil zwischen Knotenpunkt und Arbeitsraum angeordnet sein. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass kein Öl über die Arbeitsmedium leitende Verbindung in den Arbeitsraum gelangen kann.
Der Querschnitt der Arbeitsmedium leitenden Verbindung ist vorzugsweise wesentlich kleiner ist als der Querschnitt des Kanals. Vorzugsweise ist die Arbeitsmedium leitenden Verbindung zwischen den Bauteilen Lagern, Freilauf usw., als Schmierleitung mit einem entsprechende den Anforderungen ausgelegten Querschnitt ausgeführt.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient der Sicherstellung der Schmierung eines Anfahr- und Retardermoduls gemäß der Beschreibung im Leerlaufbetrieb, bei dem der Arbeitsraum entleert ist. Es wird vorgeschlagen in einem ersten Schritt das Ventil zu schließen und dann den Ölsumpf mit einem Druck bzw. Druckluft zu beaufschlagen, so dass Öl aus dem Ölsumpf über die Arbeitsmedium leitende Verbindung bis an, vor oder in den Arbeitsraum gefördert wird.
Weitere Merkmale des erfindungsgemäßen Anfahr- und Retardermoduls und weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Figuren.
Dabei zeigt

1 eine Skizze eines erfindungsgemäßen Anfahr- und Retardermoduls
2 eine vereinfachte Skizze der Ölversorgung

1 zeigt ein schematisiert dargestelltes, erfindungsgemäßes Anfahr- und Retardermodul 1. Das Anfahr- und Retardermodul 1 ist ein Modul, das zwischen einem nicht näher dargestellten Antriebsmotor 2 und einem nicht näher dargestellten Getriebe 3 in den Antriebsstrang eingebaut ist. Ein derartiger Antriebsstrang kann so beispielweise in einem Kraftfahrzeug oder einem Schienenfahrzeug eingebaut sein.
Der Aufbau des Moduls 1 ist derart gestaltet, dass das Modul 1 auch nachrüstbar ist, also ohne wesentliche Änderungen an Motor oder Getriebe in einen vorhandenen Antriebsstrang einbaubar ist.
Das Modul 1 umfasst eine Turbokupplung 5, eine Kupplung 6, auch als Überbrückungskupplung bezeichnet, und eine Bremse 7. Die Turbokupplung 5 ist eine hydrodynamische Kupplung, die sich aus einem ersten Schaufelrad 8, als Primärrad oder auch Pumpenrad bezeichnet, und einem zweiten Schaufelrad 9, als Sekundärrad oder auch Turbinenrad bezeichnet, zusammensetzt. Die beiden Räder 8, 9 bilden miteinander den torusförmigen Arbeitsraum 10.
Das Modulgehäuse 4 ist in zwei Bereiche unterteilt, einem ölfreien Raum 24a und einem gegenüber dem ölfreien Raum abgedichteten Ölraum 24b. Die Überbrückungskupplung 6 ist in dem ölfreien Raum 24a angeordnet, der durch das Motorgehäuse 2 begrenzt wird. Die Überbrückungskupplung 6 kann eine mittels eines hier nicht dargestellten Aktuators betätigbare trockenlaufende Kupplung, die als selbstschließende Kupplung ausgeführt ist, sein. Im nicht betätigten Zustand erfolgt somit eine direkte Momentübertragung vom Antriebsmotor 2 auf die Abtriebswelle 12 und der Freilauf 13 befindet sich im Freilaufmodus.
Die Turbokupplung 5 und die Bremse 7 sind dagegen im Ölraum 24b angeordnet. Zu diesem Raum 24b gehören unter anderem ein Ölsumpf und mehrere Kanäle im Modulgehäuse 4, die hier nicht dargestellt sind. Ebenfalls nicht dargestellt ist der gesamte Ölkreislauf.
Die Lager 14, 15a, b und 26 sind in diesen Ölkreislauf eingebunden, so dass die Schmierung der Lager 14, 15a, b und 26 mittels des Öls aus dem Ölkreislauf erfolgt. Eine separate Schmierung kann so entfallen.
Im Betrieb der Turbokupplung 5 oder im Betrieb des Retarders bilden sich zwei Ölkreisläufe. Der erste Ölkreislauf ist der Meridianstrom im Inneren des Arbeitsraums 10 zur Drehmomentübertragung. Der zweite Ölkreislauf ist der Kühlkreislauf in dem immer ein Teil des Öls zur Kühlung durch einen Kühler gefördert wird.
Die Überbrückungskupplung 6 umfasst eine Schwungscheibe, eine mit der Schwungscheibe drehfest verbundene, axial verschiebbare Anpressplatte und eine zwischen der Schwungscheibe und der Anpressplatte angeordnete Kupplungsscheibe.
Das Drehmoment des Motors kann nun über zwei Wege auf die Ausgangswelle 12 übertragen werden. Der eine Weg führt über die Schwungscheibe, die direkt mit der Eingangswelle 11 drehfest verbunden ist, und den hydrodynamischen Kreislauf und der andere Weg führt über die Kupplung, wobei die Kupplungsscheibe und der Torsionsschwingungsdämpfer 28 drehfest mit der Ausgangswelle 12 verbunden sind.
Weiterhin ist das Pumpenrad 8 der Turbokupplung 5 mit der Eingangswelle 11 drehfest verbunden. Die Lagerung der Eingangswelle 11 erfolgt gegenüber dem Modulgehäuse 4 und gegenüber dem Turbinenrad 9, das seinerseits wieder gegenüber dem Modulgehäuse 4 gelagert ist. Die Eingangswelle 11 ist eine Hohlwelle durch die die Abtriebswelle 12 verläuft, es erfolgt aber keine Lagerung zwischen Eingangswelle 11 und Abtriebswelle 12. Zwischen den Bauteilen 11, 12 ist lediglich eine Dichtung 27 vorgesehen.
Optional kann die Abtriebswelle 12 über eine weitere nicht dargestellte Lagerstelle gegenüber dem Motorgehäuse gelagert werden.
Das Turbinenrad 9 ist mit der Bremsscheibe der Bremse 7 verbunden. Die Lagerung des Turbinenrades erfolgt über eine erste Lagerung mit dem Lager 14 gegenüber dem Modulgehäuse 4 und über eine zweite Lagerung mit zwei Lagern 15a, b gegenüber der Abtriebswelle 12.
Das Turbinenrad 9 der Turbokupplung 5 ist weiterhin über den Freilauf 13 mit der Abtriebswelle 12 verbunden. Der Freilauf ist derart eingebaut, dass bei geöffneter Überbrückungskupplung 6 der Antrieb der Abtriebswelle 12 über den Freilauf 13 erfolgt, sofern in der Turbokupplung ein Drehmoment übertragen wird.
Die Bremse 7 umfasst neben der Bremsscheibe ein erstes in einem Modulgehäuse 4 ortsfest verbundenes Scheibenelement und ein zweites im Modulgehäuse 4 drehfestes, jedoch pneumatisch in axialer Richtung verschiebbares Scheibenelement. Die Bremse 7 ist nasslaufend ausgeführt, könnte jedoch ebenfalls als trockenlaufende Bremse ausgeführt sein.
Für den Anfahrvorgang wird die Überbrückungskupplung 6 mittels eines Aktuators geöffnet. Das vom Antriebsmotor erzeugte Drehmoment wird bei geöffneter Überbrückungskupplung 6 vom Antriebsmotor 2 über die Eingangswelle 11, die gefüllte Turbokupplung 5 und schließlich über den in Motordrehrichtung gesperrten Freilauf 13 auf die Abtriebswelle 12 übertragen.
Ist der Anfahrvorgang beendet, wird die Überbrückungskupplung 6 geschlossen. Der Antriebsmotor ist dann über die Überbrückungskupplung 6 direkt mit der Abtriebswelle 12 verbunden und der Freilauf 13 befindet sich im Freilaufmodus.
Im Betrieb eines Kraftfahrzeuges wird bei einem Schaltvorgang bzw. beim Wechsel zwischen zwei Gangstufen die Antriebsverbindung zwischen dem Antriebsmotor und dem Schaltgetriebe durch die Überbrückungskupplung 6 getrennt. Um zu vermeiden, dass beim Schaltvorgang vom Antriebsmotor ein Drehmoment über das Anfahrmodul 1 auf das Schaltgetriebe übertragen wird, insbesondere wenn die Turbokupplung 5 noch nicht vollständig entleert ist, kann die Drehzahl des Turbinenrads 9 über die Bremse 7 in der Weise gesteuert werden, dass diese stets kleiner ist als die Drehzahl der Abtriebswelle 12 bzw. der Getriebewelle 20 des Schaltgetriebes. Dadurch ist der Freilauf 13 geöffnet. Ist der Gangwechsel vollzogen wird die Überbrückungskupplung 6 wieder geschlossen.
Das Modul 1 ist zudem als Retarder nutzbar. Hierfür wird das Turbinenrad 9 der Turbokupplung 5 über die Bremse 7 festgesetzt, so dass bei Befüllung des Arbeitsraums 10 ein Bremsmoment vom Pumpenrad 8 über die Eingangswelle 11, die geschlossene Überbrückungskupplung 6 und über den Torsionsschwingungsdämpfer 28 auf die Abtriebswelle 12 übertragen wird.
In 2 ist eine vereinfachte Skizze der Ölversorgung dargestellt. Die hydrodynamische Kupplung 5, umfassend das erste und zweite Schaufelrad 8, 9, ist über den Kanal 35 mit dem Ölsumpf 34 verbunden. Der Kanal 35 kann mittels des Ventils 32 geschaltet werden, wobei das Ventil 32 zum Verschließen des Kanals geschaltet werden muss.
Zur Aktivierung der Kupplung 5 wird der Ölsumpf 34, der als Drucktank ausgeführt ist, über die Druckleitung 37 mit Druckluft beaufschlagt. Die Druckbeaufschlagung wird über eine nicht dargestellte Regeleinheit geregelt, so dass die Befüllung der Kupplung 5 an das erforderliche Moment, welches hydrodynamisch übertragen werden soll, eingestellt werden kann.
Sobald die Kupplung 5 zumindest teilweise mit Öl gefüllt ist, bilden sich im Betrieb der Turbokupplung 5 oder im Betrieb des Retarders zwei Ölkreisläufe. Der erste Ölkreislauf ist der Meridianstrom im Inneren des Arbeitsraums 10 zur Drehmomentübertragung. Der zweite Ölkreislauf ist der Kühlkreislauf, in dem immer ein Teil des Öls zur Kühlung über den Kanal 36 durch den Kühler 33 gefördert wird, wobei das gekühlte Öl direkt zurück in den Arbeitsraum gefördert wird. Die Kupplung bzw. der Retarder, je nachdem welche Funktion gerade angesteuert wird, wirkt wie eine Pumpe, so dass ein Teil des Öls immer durch den Wärmetauscher 33 gepumpt wird.
Über die Arbeitsmedium leitende Verbindung 38, dem Schmierkanal, gelangt dabei auch immer ein Teil des Öls an die Lager 14,15a,b, 25, die Bremse 7 sowie den Freilauf 13.
Im überbrückten Betriebszustand, also in dem Zustand in dem die Überbrückungskupplung 6 geschlossen ist, erfolgt die Schmierung der Lager 14,15a,b,25, der Bremse 7 und des Freilaufs 13 nur noch bei Bedarf, in dem der Ölsumpf 34 bei geschlossenem Ventil 32 druckbeaufschlagt wird. Über die Zeitdauer der Druckbeaufschlagung kann die Steighöhe im Schmierkanal 38 gesteuert werden. Ziel ist es die Zeit derart zu wählen, dass über den Schmierkanal 38 kein oder möglichst wenig Öl in den Arbeitsraum 10 gelangt. Um zu verhindern, dass bei geschlossenem Ventil 32 Öl in den Arbeitsraum 10 gelangt könnte diese auch zwischen dem Knotenpunkt 39 und dem Arbeitsraum 10 positioniert werden.
In 2 wurde auf die Darstellung der Lager verzichtet, aber der Verlauf des Schmierkanals führt durch bzw. über alle Lager. Das bedeutet die Lager wie auch der Freilauf bilden einen Teilabschnitt des Schmierkanals. Dabei ist nicht ausgeschlossen, dass es Nebenkanäle gibt, über die z.B. ein Lager parallel zum eigentlichen Schmierkanal 38 mit Öl versorgbar ist.
Bezugszeichenliste

1: Anfahr- und Retardermodul
2: Antriebsmotor
3: Getriebe
4: Modulgehäuse
5: Turbokupplung
6: Überbrückungskupplung
7: Bremse
8: erstes Schaufelrad
9: zweites Schaufelrad
10: Arbeitsraum
11: Eingangswelle
12: Abtriebswelle
13: Freilauf
14: erste Lagerung
15 a,b: zweite Lagerung
16: Ausgangsseite
17: Wellenteil
18: Nabe
19: Innenverzahnung
20: Getriebewelle
21: Federelement
22: Dichtung
23: Nabenraum
24a: ölfreier Raum
24b: Ölraum
25: Lager
27: Dichtung
28: Torsionsschwingungsdämpfer
29: Kupplung
30/31: Flanschverbindung
32: Ventil
33: Kühler
34: Ölsumpf
35: Kanal
36: Kanal
37: Druckleitung
38: Schmierkanal
39: Knotenpunkt
40: Leckölkanal

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10045337 A1 [0003]
DE 4423640 C2 [0004]
DE 10317405 A1 [0005]

Claims

Anfahr- und Retardermodul (1) zur Anordnung zwischen einem Antriebsmotor (2) und einem Getriebe (3), insbesondere für ein Kraftfahrzeug oder ein Schienenfahrzeug, umfassend ein Modulgehäuse (4) mit integrierten Kanälen, eine Abtriebswelle (12), eine Turbokupplung (5) aufweisend ein erstes Schaufelrad (8) und ein zweites Schaufelrad (9), die einen über einen Kanal (35) mit Arbeitsmedium steuerbar befüllbaren Arbeitsraum (10) zur Einstellung eines hydrodynamischen Übertragungsmoments bilden, und eine Bremse (7), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zweitem Schaufelrad (9) und Abtriebswelle (12) eine Freilaufeinrichtung (13) angeordnet ist, die über eine Arbeitsmedium leitende Verbindung (38) mit dem Arbeitsraum (10) verbunden ist.
Anfahr- und Retardermodul (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsmedium ein Öl ist, welches aus einem druckbeaufschlagbaren Ölsumpf (34) über den Kanal (35) in den Arbeitsraum (10) förderbar ist.
Anfahr- und Retardermodul (1) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventil (32) vorgesehen ist, mittels dem der Kanal (35) zwischen Ölsumpf (34) und Arbeitsraum (10) verschließbar ist.
Anfahr- und Retardermodul (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsmedium leitende Verbindung (38) eine Verbindung zwischen Ölsumpf (34) und Arbeitsraum (10) ist, wobei die Arbeitsmedium leitende Verbindung (38) als Schmierkanal und der Kanal (35) als Strömungskanal ausgelegt ist.
Anfahr- und Retardermodul (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsmedium leitende Verbindung (38) zumindest abschnittsweise durch Lager (14, 15a, 15b, 25) und die Freilaufeinrichtung (13) gebildet wird, wobei Lager (14, 15a, 15b, 25) und Freilaufeinrichtung (13) derart gestaltet sind, dass Öl durch sie hindurch förderbar ist.
Anfahr- und Retardermodul (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Arbeitsmedium leitende Verbindung (38) Öl zu Schmierzwecken an die Bremse (7) förderbar ist.
Anfahr- und Retardermodul (1) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsmedium leitende Verbindung (38) derart gestaltet ist, dass bei Druckbeaufschlagung des Ölsumpfes (34), bei geschlossenem Ventil (32), Öl aus dem Ölsumpf (34) in den Arbeitsraum (10) förderbar ist.
Anfahr- und Retardermodul (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsmedium leitende Verbindung (38) über einen Knotenpunkt (39) mit dem Kanal (35) leitend verbunden ist.
Anfahr- und Retardermodul (1) gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (32) zwischen Ölsumpf (34) und Knotenpunkt (39) angeordnet ist.
Anfahr- und Retardermodul (1) gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (32) zwischen Knotenpunkt (39) und Arbeitsraum (10) angeordnet ist.
Anfahr- und Retardermodul (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Arbeitsmedium leitenden Verbindung (38) wesentlich kleiner ist als der Querschnitt des Kanals (35).
Verfahren zur Sicherstellung der Schmierung eines Anfahr- und Retardermoduls (1) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 10 im Leerlaufbetrieb, bei dem der Arbeitsraum (10) entleert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (32) geschlossen wird und der Ölsumpf (34) druckbeaufschlagt wird, so dass Öl aus dem Ölsumpf (34) über die Arbeitsmedium leitende Verbindung (38) bis an, vor oder in den Arbeitsraum (10) gefördert wird.