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Die Erfindung betrifft eine pneumatische Betätigungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug.
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Es sind pneumatische Betätigungseinrichtungen bekannt, die über Ventileinheiten gesteuert werden. In gängigen Antriebssträngen sind diese Ventileinheiten zumeist an einem Getriebegehäuse angeordnet. Hiervon ausgehend sind die Ventileinheiten über Schläuche oder Pneumatikkanäle, die in die jeweiligen Gehäuse eingebracht sind, mit der pneumatischen Betätigungseinrichtung verbunden. Dieser Aufbau bedingt einen langen Weg zwischen einem mit Druckmedium befüllbaren Druckraum der pneumatischen Betätigungseinrichtung und der Ventileinheit aus. Ein pneumatisches Druckmedium breitet sich im Raum aus, sodass ein langer Weg eine entsprechend lange Betätigungsdauer zur Folge hat. Durch diese längeren Totzeiten ist ein erhöhter Regelungsaufwand notwendig, um die pneumatische Betätigungseinheit definiert aus- und einzurücken. Zudem benötigt die Anordnung der Ventileinheit an dem Getriebegehäuse Bauraum innerhalb des Antriebsstrangs.
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Es ist daher Aufgabe eine pneumatische Betätigungseinrichtung bereitzustellen, die bei Betätigungsvorgängen geringe Totzeiten aufweist und zudem Bauraum einspart.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine pneumatische Betätigungseinrichtung gemäß dem Patentanspruch 1. Die abhängigen Patentansprüche stellen vorteilhafte Ausführungsvarianten der pneumatischen Betätigungseinrichtung dar.
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Die im Weiteren ausführlich erläuterte pneumatische Betätigungseinrichtung ist für ein Kraftfahrzeug geeignet. Günstiger Weise wird diese in einem Nutzkraftfahrzeug verwendet, welches ein pneumatisches System aufweist. Die pneumatische Betätigungseinrichtung weist einen Arbeitszylinder und einen Arbeitskolben auf. Der Arbeitszylinder und der Arbeitskolben sind gegeneinander axial beweglich ausgeführt und gegeneinander abgedichtet.
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Durch den Arbeitszylinder und den Arbeitskolben ist Druckraum definiert. Mit besonderem Vorteil wird der Druckraum ausschließlich durch den Arbeitszylinder und den Arbeitskolben definiert und von diesem umschlossen. In einer alternativen Variante können jedoch auch zumindest eine weitere Komponenten zu einem abgeschlossenen Druckraum beitragen. Beispielhaft kann diese weitere Komponente durch ein radial inneres Führungsrohr ausgebildet sein. Dafür kann der Arbeitskolben fest und Luftdicht mit dem Führungsrohr verbunden sein, wobei der Arbeitszylinder auf dem Führungsrohr in axialer Richtung entlanggleiten kann. Dementsprechend definieren oder umschließen der Arbeitskolben, der Arbeitszylinder und das Führungsrohr Druckraum luftdicht. Günstigerweise ist zwischen dem Arbeitszylinder und den weiteren Komponenten, also insbesondere dem Führungsrohr, ein Dichtelement angeordnet.
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Bei der pneumatischen Betätigungseinrichtung ist der Arbeitskolben günstiger Weise ortsfest und der Arbeitszylinder axial beweglich ausgebildet. Der Arbeitskolben bildet einen Freiraum aus. Dieser Freiraum ist an dem Arbeitskolben über zumindest einen radial verlaufenden Anteil sowie einen axial verlaufenden Anteil definiert, die diesen Freiraum aufspannen. Beispielsweise kann der Arbeitskolben auch im Wesentlichen U- oder C-förmig ausgebildet sein, wobei die U- oder C-Form den Freiraum aufspannt. Mit anderen Worten ist der Freiraum innerhalb der U- oder C-Form angeordnet. In diesem letzten Fall wäre der Freiraum innerhalb des U-förmigen Arbeitskolbens ausgebildet.
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Innerhalb des Freiraums ist eine Ventileinheit, vorzugsweise mehrere Ventileinheiten, angeordnet. Zum Betreiben der Ventileinheit ist dieses zur Zu- und Abfuhr von Druckmedium mit einem pneumatischen System verbunden, beispielsweise über Schläuche oder Pneumatikkanäle, die an einem Gehäuse ausgebildet sind. Die Ventileinheit ist außerdem mit dem Druckraum wirkverbunden, sodass durch die Ventileinheit dem Druckraum Druckmedium zuführen oder Druckmedium abführen kann. Die Zufuhr- und Abfuhr von Druckmedium dient dem Aus- und Einrücken der pneumatischen Betätigungseinrichtung zum Betätigen einer Kupplung.
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Eine derartige Anordnung hat zwei Vorteile. Zunächst wird die zuvor erwähnte Totzeit durch die räumliche Nähe der Ventileinheit zu dem Druckraum der pneumatischen Betätigungseinrichtung auf ein Minimum verringert, sodass die Steuerzeiten für die pneumatische Betätigungseinrichtung kurz sind. Außerdem wird durch Anordnung der pneumatischen Betätigungseinrichtung innerhalb des Freiraums der Bauraum innerhalb des Antriebsstrangs optimal ausgenutzt. Durch die Ausnutzung des Freiraums für die Anordnung der Ventileinheit oder der Ventileinheiten wird an Getriebegehäuse Bauraum frei.
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Mit besonderem Vorteil ist innerhalb des Druckraums kein Bauteil angeordnet. Der Druckraum ist ausschließlich durch Arbeitskolben, Arbeitszylinder und gegebenenfalls eine oder mehrere weitere Komponenten umschlossen, wobei keine anderen Bauteile, wie beispielsweise eine Vorspannfeder, innerhalb des Druckraums angeordnet sind. In eingerücktem Zustand der pneumatischen Betätigungseinheit, also wenn die Kupplung geschlossen ist und eine Drehmomentverbindung zwischen Motor und Getriebe besteht, ist ein Volumen des Druckraums minimal. In einem Verschlossenen Zustand der Reibungskupplung kann das Volumen des Druckraums nahezu null betragen, wobei insbesondere die druckraumseitigen Flächen von Arbeitskolben und Arbeitszylinder im Wesentlichen ohne Zwischenraum aneinander anliegen.
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Eine Anordnung von Bauteilen innerhalb des Druckraums ist jedoch nicht ausgeschlossen. Insbesondere kann eine Vorspannfeder innerhalb des Druckraums angeordnet sein.
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Diese Anordnung der Ventileinheit innerhalb des Freiraums ist insbesondere durch die ortsfeste Ausführung des Arbeitskolbens an der pneumatischen Betätigungseinrichtung möglich, wobei der Arbeitszylinder axial beweglich gegenüber dem Arbeitskolben und auch gegenüber der pneumatischen Betätigungseinrichtung ausgebildet ist.
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Die pneumatische Betätigungseinrichtung ist fest an einem Getriebegehäuse angeordnet, mittelbar oder unmittelbar. Die ortsfeste Anordnung der pneumatischen Betätigungseinrichtung ist demnach die feste und unbewegliche Anordnung gegenüber der pneumatischen Betätigungseinrichtung und dessen Gehäuse oder die feste und unbewegliche Anordnung gegenüber dem Getriebegehäuse, beispielsweise durch mittelbares oder unmittelbares verschrauben.
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Der Arbeitskolben hat dementsprechend keinen Freiheitsgrad gegenüber den weiteren ortsfesten Bauteilen, beispielsweise einem Montageelement, der pneumatischen Betätigungseinrichtung und kann sich insbesondere nicht axial gegenüber diesen bewegen. Mit besonderem Vorteil ist der Arbeitskolben axial fest an weiteren Bauteilen der pneumatischen Betätigungseinrichtung angeordnet. Unmittelbar oder mittelbar ist der Arbeitskolben so dann auch fest mit einem Getriebegehäuse eines Getriebes verbunden. Der Arbeitskolben ist günstiger Weise mit einem Montageelement fest verschraubt. Das Montageelement wiederum ist mit einem Getriebegehäuse fest verbunden.
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Im Weiteren sind vorteilhafte Ausführungsvarianten der Erfindung beschrieben.
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Günstigerweise weist die pneumatische Betätigungseinrichtung ein Montageelement zur Befestigung an einem Antriebsstrang, insbesondere an einem Getriebegehäuse des Antriebsstrangs, auf.
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Das Montageelement ist günstiger Weise als Montageplatte ausgebildet und mit Vorteil fest mit dem Arbeitskolben verbunden. Diese Verbindung kann beispielsweise durch eine Verschraubung erfolgen. Das Montageelement ist günstiger Weise scheibenförmig ausgebildet. Mit besonderem Vorteil ist das Führungsrohr radial innen an dem Montageelement angeordnet und fest mit diesem verbunden, beispielsweise durch Aufpressen oder Verschweißen.
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Mit besonderem Vorteil definieren ausschließlich der Arbeitszylinder und der Arbeitskolben den Druckraum. Arbeitszylinder und Arbeitskolben sind zur Bereitstellung eines Luftdichten Druckraums gegeneinander abgedichtet. Zudem sind vorteilhaft keine weiteren Bauteile innerhalb des Druckraums angeordnet. Hierdurch kann das Totvolumen des Druckraumes besonders klein gehalten werden. Dies führt wiederrum zu einem schnellen Ansprechen der pneumatischen Betätigungseinrichtung.
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In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist der Arbeitskolben an dem Montageelement befestigt, sodass das Montageelement den Freiraum zumindest teilweise abschließt oder überdeckt.
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Das günstiger Weise scheibenförmig ausgebildete Montageelement dient unter anderem als Abdeckblech für den Freiraum und zur Befestigung des Arbeitskolbens. Zudem ermöglicht das Montageelement die Befestigung der pneumatischen Betätigungseinrichtung an einer anderen Baugruppe des Antriebsstrangs, beispielsweise dem Getriebegehäuse. Günstiger Weise deckt das Montageelement den Arbeitskolben, insbesondere den Freiraum, vollständig ab, sodass dieser vor einem Eindringen von Schmutz geschützt ist.
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Mit Vorteil ist an dem Montageelement zumindest eine Öffnung für die Zu- und Abfuhr von dem Druckmedium zu der Ventileinheit hin bzw. von der Ventileinheit weg ausgebildet. Das Montageelement kann auch mehrere Öffnungen für die Zu- und Abfuhr von Druckmedium aufweisen. Mit Vorteil ist das Montageelement oder die Montageplatte gegenüber dem Arbeitskolben abgedichtet. Insbesondere ist die Montageplatte oder das Montageelement an der Öffnung oder den Öffnungen für die Zufuhr und Abfuhr von Druckmedium abgedichtet.
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Die Zufuhr- und Abfuhr von Druckmedium zu einer Ventileinheit kann beispielsweise über einen Schlauch, über Pneumatikkanäle in einem oder mehreren Gehäusen, oder auch über eine Kombination daraus bewerkstelligt werden.
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Mit besonderem Vorteil ist die Ventileinheit über einen Pneumatikkanal des Arbeitskolbens mit dem Druckraum wirkverbunden.
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Ein Pneumatikkanal ist eine in den Arbeitskolben eingebrachte Öffnung oder ein entsprechender Kanal, der beispielsweise entlang oder innerhalb des Arbeitskolbens verläuft. Dieser Pneumatikkanal kann beispielsweise durch eine oder mehrere Bohrungen erzeugt werden. Alternativ kann ein Pneumatikkanal auch durch Fräsen in den Arbeitskolben eingebracht werden. Auch eine Kombination der genannten Verfahren sowie weiterer Herstellungsverfahren ist möglich.
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An dem Arbeitskolben kann ein Pneumatikkanal oder es können mehrere Pneumatikkanäle ausgebildet sein. Günstigerweise sind mehrere Ventileinheiten innerhalb des Freiraums an der pneumatischen Betätigungseinrichtung angeordnet. Beispielhaft eine Ventileinheit zum Befüllen des Druckraums und eine Ventileinheit zum Entlüften des Druckraums verwendet werden.
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Eine übliche Variante ist die Benutzung von vier Ventileinheiten in Form von Schaltventilen, die jeweils öffnen und schließen können. Mit dem Öffnen und Schließen geben diese Schaltventile einen Durchfluss mit einem definierten Querschnitt frei oder verschließen diesen. Zwei der Schaltventile sind zum Befüllen und die beiden anderen Schaltventile zum Entlüften vorgesehen. Eines der Schaltventile zum Befüllen weist einen großen Durchmesser und das andere Schaltventil zum Befüllen weist einen zu diesem verhältnismäßig kleinen Durchmesser auf. Die Schaltventile zum Entlüften sind identisch oder ähnlich ausgebildet. Um eine schnelle Bewegung des Arbeitszylinders gegenüber dem Arbeitskolben zu erreichen, werden beide Ventile geöffnet. Wird eine langsamere Bewegung benötigt, beispielsweise um eine Feineinstellung der Position der pneumatischen Betätigungseinrichtung vorzunehmen, so wird das Schaltventil mit großen Durchfluss oder das Schaltventil mit kleinem Durchfluss geschaltet.
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Alternativ sind ein Stellventil zum Belüften und ein Stellventil zum Entlüften ausgebildet, wobei dieses Stellventil einen verstellbaren, also variablen Durchmesser aufweist, so dass der Zufluss bzw. der Abfluss von Druckmedium reguliert werden kann.
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Vorzugsweise sind innerhalb des Freiraums zwei oder mehr Ventileinheiten angeordnet. Mit Vorteil sind innerhalb des Freiraums auch Ventileinheiten ausgebildet, die weitere pneumatische Komponenten mit Druckluft Versorgen und Entlüften. Dies kann beispielsweise eine Getriebebremse sein, die innerhalb eines Getriebes angeordnet ist. Hierfür können zusätzliche Öffnungen an dem Montageelement und gegebenenfalls zusätzliche Pneumatikkanäle an dem Arbeitskolben ausgebildet sein.
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Es wird weiter vorgeschlagen, dass die Ventileinheit direkt an dem Pneumatikkanal des Arbeitskolbens angeschlossen ist.
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Die Ventileinheit ist direkt, also unmittelbar, mit dem Pneumatikkanal verbunden. Es ist kein weiteres Bauteil, wie beispielsweise ein Pneumatikschlauch notwendig. Hierdurch kann der kürzest mögliche Weg von der Ventileinheit zu dem Druckraum ermöglicht werden. Wie bereits erwähnt, ist dadurch eine entsprechende Totzeit zur Befüllung oder zur Entlüftung des Druckraums möglichst gering. Die Ventileinheit oder die Ventileinheiten sind günstiger Weise direkt an den Pneumatikkanälen angeschlossen, vorzugsweise auf diese aufgesteckt.
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In einer vorteilhaften Ausführungsvariante ist der Pneumatikkanal als eine durch den Arbeitskolben hindurchgehende Öffnung ausgebildet.
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Eine solche Öffnung wird auch als Durchgang bezeichnet, wobei diese günstiger Weise durch eine Bohrung oder auch während des Herstellungsprozesses, beispielsweise während eines Spritzgussverfahrens, in den Arbeitskolben eingebracht wird. Dieser direkte Durchgang stellt den kürzest möglichen Weg von Ventileinheit zu Druckraum bereit. Günstiger Weise ist für jede Ventileinheit, die dem Befüllen oder Entlüften des Druckraums dient, ein eigener Durchgang in Form einer Öffnung durch den Arbeitskolben hindurch ausgebildet.
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In einer alternativen Ausführungsvariante weist die pneumatische Betätigungseinrichtung mehrere Ventileinheiten und mehrere Pneumatikkanäle auf, wobei die Ventileinheiten über ein Netzwerk aus Pneumatikkanälen mit dem Druckraum wirkverbunden sind.
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Das Netzwerk an Pneumatikkanälen stellt eine Verbindung zwischen den druckraumseitigen Anschlüssen der Ventileinheiten bereit. Das Netzwerk ist über einen oder mehrere Pneumatikkanäle mit dem Druckraum verbunden. Optional kann für die Ventileinheit/en zum Belüften und zum Entlüften des Druckraums jeweils ein eigenes Netzwerk aus Pneumatikkanälen oder ein gemeinsames Netzwerk aus Pneumatikkanälen ausgebildet sein. Die Pneumatikkanäle des Netzwerks sind Günstigerweise an oder innerhalb des Arbeitskolbens ausgebildet, sodass keine zusätzlichen Komponenten für die Verbindung zwischen Ventileinheit und Druckraum, wie beispielsweise Pneumatikschläuche, benötigt werden.
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Der Arbeitskolben kann zur Zufuhr und Abfuhr von Druckmedium von dem pneumatischen System zu der Ventileinheit hin zumindest einen Druckmediumzu-/Abfuhrkanal aufweisen. Dieser kann beispielhaft, so wie die Pneumatikkanäle, in den Arbeitskolben eingearbeitet sein, insbesondere über Bohren, Fräsen oder auch während eines Spritzgussverfahrens. Alternativ können auch ein Zu-/Abfuhrschlauch verwendet werden, der günstigerweise durch eine Öffnung des Montageelements hindurchgreift.
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Mit besonderem Vorteil ist ein in dem Druckraum endender Abschnitt eines Pneumatikkanals oder eines Durchbruchs düsenförmig oder konisch ausgebildet.
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Dieser Abschnitt endet mit Vorteil direkt in den Druckraum. Der Abschnitt ist günstigerweise zu dem Druckraum hin konisch aufweitend ausgebildet. Eine Querschnittsfläche, insbesondere ein Durchmesser, dieses Abschnitts wird zu dem Druckraum hingehend monoton größer. Diese düsenförmige oder konische Ausführung des Endabschnitts ermöglicht eine besonders vorteilhafte Einströmung und Ausströmung des Druckmediums in den Druckraum hinein oder aus diesem heraus.
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Es wird weiter vorgeschlagen, dass der Arbeitskolben mehrteilig ausgebildet ist. Diese Mehrteiligkeit ermöglicht eine einfachere und genauere Herstellung des Arbeitskolbens.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltungsvariante weist der mehrteilige Arbeitskolben einen Grundkörper, der den Freiraum definiert, und einen Deckkörper, der Pneumatikkanäle des Grundkörpers luftdicht abdichtet, auf.
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Der Grundkörper ermöglicht die platzsparende und druckraumnahe Anordnung der Ventileinheit an der pneumatischen Betätigungseinrichtung. An dem Grundkörper sind Pneumatikkanäle ausgebildet. Die Pneumatikkanäle können beispielsweise durch fräsen in den Grundkörper eingebracht werden. Der Deckkörper ist fest mit dem Grundkörper verbunden und deckt die Pneumatikkanäle luftdicht ab. Gegebenenfalls sind zwischen dem Grundkörper und dem Deckkörper eine oder mehrere Dichtungen ausgebildet, die die Pneumatikkanäle untereinander und gegenüber dem Druckraum abdichten. Der Deckkörper weist mit Vorteil zumindest eine Öffnung die eine Wirkverbindung zwischen den Pneumatikkanälen des Grundkörpers und dem Druckraum bereitstellt. Die Öffnung kann beispielhaft durch einen Durchgang gemäß den obigen Ausführungen ausgebildet sein und optional auch düsenförmig oder konisch für einen besseres Ein- und Ausströmen des Druckmediums ausgebildet sein.
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Es wird weiter vorgeschlagen, dass eine Vorlastfeder radial außerhalb oder radial innerhalb des Druckraums ausgebildet ist. Die Vorlastfeder dient dem vorgespannten Anlagekontakt der pneumatischen Betätigungseinrichtung, insbesondere einen Ausrücklager, an einer Membranfeder der Kupplung. Die Anordnung der Vorlastfeder radial außerhalb oder radial innerhalb des Druckraums ermöglicht es den Druckraum frei von weiteren Bauteilen auszubilden. Dies ist von Vorteil, da der Totraum des Druckraums dadurch möglichst klein gehalten werden kann, wodurch ein schnelles und komfortables Ansprechen der pneumatischen Betätigungseinrichtung erreicht wird. Die Vorlastfeder wirkt zwischen dem Arbeitszylinder und dem Arbeitskolben, wobei diese jeweils direkt oder indirekt an dem Arbeitszylinder und dem Arbeitskolben angeordnet sein kann. Beispielhaft ist die Vorlastfeder zwischen einem Gleitelement und dem Montageelement angeordnet und steht mit diesen in Anlagekontakt, wodurch eine mittelbare Verbindung zwischen Arbeitskolben und Arbeitszylinder hergestellt wird.
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Es wird weiter vorgeschlagen, dass eine innerhalb des Freiraums angeordnete Ventileinheit mit einer weiteren pneumatischen Baueinrichtung, insbesondere einer Getriebebremse, wirkverbunden ist.
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Die Anordnung der Ventileinheit innerhalb der pneumatischen Betätigungseinrichtung ist besonders platzsparend und ermöglicht gemeinsame Zu-/Abfuhrkanäle für die verschiedenen Ventileinheiten. Die weitere pneumatische Baueinrichtung kann beispielsweise eine Getriebebremse sein, die innerhalb eines Getriebegehäuses angeordnet sein kann. Die weitere Baueinrichtung ist normalerweise nicht an der pneumatischen Betätigungseinrichtung ausgebildet, sondern an einer anderen Baugruppe, beispielsweise einem Getriebe. An der pneumatischen Betätigungseinheit sind vorzugsweise weitere Leitungen, Pneumatikkanäle oder Schläuche ausgebildet sein, die eine Verbindung der jeweiligen Ventileinheit mit ihrer weiteren pneumatischen Baueinheiten bereitstellen. Optional kann auch eine Kombination hiervon verwendet werden.
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Es wird weiter vorgeschlagen, dass an dem Arbeitszylinder ein Halteelement befestigt ist.
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Das Halteelement ist günstiger Weise als Halteplatte ausgebildet, die eine Scheibenform aufweist. Das Halteelement ist fest mit dem Arbeitszylinder verbunden und führt gemeinsam mit diesem eine axiale Bewegung gegenüber dem Arbeitskolben durch. An dem Halteelement ist günstiger Weise ein Bauteil einer Sensoreinheit fest angeordnet, beispielsweise ein Positionsgeber der Sensoreinheit. Die axiale Bewegung des Positionsgebers und des Arbeitszylinders wird durch eine Sensorelektronik detektiert. Günstiger Weise ist zwischen dem Halteelement und dem Ausrücklager ein Federelement angeordnet. Dieses Federelement steht insbesondere in Anlagekontakt mit einem Stützabschnitt des Halteelements, sodass das Federelement das Ausrücklager in axialer Richtung gegenüber der pneumatischen Betätigungseinrichtung, insbesondere dem Arbeitszylinder, vorspannt. Hierdurch ist eine verliersichere und selbstzentrierbare Anordnung des Ausrücklagers an der pneumatischen Betätigungseinrichtung ermöglicht.
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Es wird zudem eine pneumatische Betätigungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Patentanspruch 10 vorgeschlagen.
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Die pneumatische Betätigungseinrichtung weist einen Arbeitszylinder und einen Arbeitskolben auf, die einen Druckraum definieren. Der Druckraum ist günstigerweise ausschließlich durch den Arbeitszylinder und den Arbeitskolben umgeben, wobei diese gegeneinander abgedichtet. In einer alternativen Variante ist der Druckraum durch den Arbeitszylinder, den Arbeitskolben und zumindest ein weiteres Bauteil umschlossen. Der Arbeitskolben, der Arbeitszylinder und das weitere Bauteil sind entsprechend abgedichtet, um einen Luftdichten Druckraum bereitzustellen. Der Arbeitszylinder ist hierbei axial beweglich gegenüber Arbeitskolben ausgebildet.
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Mit besonderem Vorteil ist der Arbeitskolben ortsfest an der pneumatischen Betätigungseinrichtung angeordnet, wohingegen der Arbeitszylinder an der pneumatischen Betätigungseinrichtung axial beweglich ausgeführt ist. Ortsfest bedeutet, dass der Arbeitskolben fest an der pneumatischen Betätigungseinrichtung angeordnet ist und gegenüber einem Gehäuse und auch weiteren Baugruppen des Antriebsstrangs im Wesentlichen unbeweglich ausgebildet ist.
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Die pneumatische Betätigungseinrichtung weist eine Schmutzabweisereinheit auf, die mittelbar oder unmittelbar an dem Arbeitskolben befestigt ist und die über ein Abstreifelement, welches an der Schmutzabweisereinheit befestigt ist, mit dem Arbeitszylinder in Anlagekontakt steht. Der Arbeitszylinder kann sich in axialer Richtung gegenüber der Schmutzabweisereinheit bewegen. Die Schmutzabweisereinheit umgreift den Arbeitszylinder und den Arbeitskolben vorzugsweise radial außen, sodass der Druckraum optimal vor eindringendem Schmutz geschützt ist.
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Die Schmutzabweisereinheit ist mit Vorteil hülsenförmig ausgebildet und weist einen Abdeckkörper sowie ein Abstreifelement auf, welches an dem Abdeckkörper, vorzugsweise unmittelbar, befestigt ist. Der Abdeckkörper weist mit Vorteil die vorgenannte Hülsenform auf, sodass Arbeitszylinder und Arbeitskolben großflächig umschlossen sind, und ist günstigerweise aus Kunststoff ausgebildet. Das Abstreifelement ist mit Vorteil aus einem Filz ausgebildet. Das Abstreifelement kann beispielsweise in einer kreisförmig umlaufenden Nut des Abstreifelements angeordnet sein.
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Das Abstreifelement gleitet auf dem Arbeitszylinder und streift Schmutzpartikel, welche sich auf dem Arbeitszylinder angesammelt haben, ab, sodass kein Schmutz in einen von der Schmutzabweisereinheit umschlossenen Innenraum eindringen kann.
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Der Abdeckkörper ist günstiger Weise mittelbar oder unmittelbar an dem Arbeitskolben befestigt. Diese Befestigung kann beispielsweise durch Schnapphaken ausgebildet sein, die beispielhaft in Öffnungen eines Montageelements greifen und an diesem einschnappen.
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Das Abstreifelement ist an dem Abdeckkörper günstigerweise axial gegenüberliegend der Befestigung bzw. entsprechender Befestigungselement, wie Schnapphaken, angeordnet. Das Abstreifelement ist ebenso vorteilhaft an dem axial in Ausrückrichtung weisenden Ende des Abdeckkörpers angeordnet. Das Abstreifelement ist mit Vorteil radial innen an dem Abdeckkörper angeordnet.
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In einer besonderen Ausführungsvariante weist die Schmutzabweisereinheit bzw. der Abdeckkörper eine axiale Erstreckung auf, die in etwa der axialen Erstreckung des Arbeitszylinders entspricht. Der Abdeckkörper ist in axialer Richtung also in etwa so lang, wie die Axiale Erstreckung des Arbeitszylinders, vorzugsweise geringfügig kürzer.
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Die pneumatische Betätigungseinrichtung wird nachfolgend beispielhaft anhand mehrerer Figuren ausführlich erläutert. Es zeigen:
- 1 eine pneumatische Betätigungseinrichtung mit ortsfesten Arbeitskolben im Querschnitt;
- 2 die pneumatische Betätigungseinrichtung aus 1 in einer perspektivischen Frontansicht;
- 3 die pneumatische Betätigungseinrichtung aus 1 in einer perspektivischen Rückansicht;
- 4 eine rückseitige perspektivische Darstellung eines Arbeitskolbens mit mehreren Ventileinheiten;
- 5 eine schematische Darstellung eines mehrteiligen Arbeitskolbens im Querschnitt.
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Die 1 zeigt eine pneumatische Betätigungseinrichtung 10 im Querschnitt. Dieselbe pneumatische Betätigungseinrichtung 10 ist auch in den 2 und 3 in perspektivischer Darstellung gezeigt. Die pneumatische Betätigungseinrichtung 10 ist zum Einbau in ein Kraftfahrzeug, insbesondere in dessen Antriebsstrang, vorgesehen.
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Die pneumatische Betätigungseinrichtung 10 weist einen Arbeitskolben 12 sowie einen Arbeitszylinder 14 auf. Der Arbeitskolben 12 und der Arbeitszylinder 14 sind axial beweglich zueinander ausgebildet. Der Arbeitskolben 12 und der Arbeitszylinder 14 definieren einen Druckraum 16 und schließen diesen Druckraum 16 mit Hilfe von Dichtelementen 18 luftdicht ab.
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Zur Betätigung einer nicht dargestellten Kupplung wird der Druckraum 16 mit einem Druckmedium, hierbei einen Pneumatikmedium, insbesondere Luft, gefüllt. Dadurch bewegt sich der Arbeitszylinder 14 axial gegenüber dem Arbeitskolben 12 und betätigt eine nicht dargestellt Membranfeder über ein Ausrücklager 20.
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Die pneumatische Betätigungseinrichtung 10 weist einen ortsfesten Arbeitskolben 12 auf. Dies bedeutet, dass der Arbeitskolben fest mit einem Montageelement 22 verbunden ist und sich nicht gegenüber dieser, welche eine Art Gehäuse für die pneumatische Betätigungseinrichtung 10 darstellt, bewegen kann. Die feste Verbindung ist durch Schrauben 24 bereitgestellt. Das Montageelement 22 ist als Montageplatte 22 ausgebildet und dient unter anderem der Befestigung der pneumatischen Betätigungseinrichtung 10 an weiteren Baugruppen des Antriebsstrangs, beispielsweise an einem Getriebegehäuse.
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Der Arbeitszylinder 14 ist radial innen fest mit einem Gleitelement 26 verbunden, beispielsweise durch verpressen und / oder verschweißen. Das Gleitelement 26 führt mit dem Arbeitszylinder 14 eine gemeinsame axiale Bewegung aus und gleitet auf einem Führungsrohr 28. Das Gleitelement 26 nimmt in das Ausrücklager eingeleitete Kräfte auf und leitet diese in das Führungsrohr ein. An dem Gleitelement 26 sind ein Abstreifelement 30 sowie zwei Gleitringe 32 ausgebildet.
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Das Führungsrohr 28 ist seinerseits fest mit dem Montageelement 22 verbunden. Dazu ist das Montageelement 22 an dessen radial inneren Umfang zur Ausbildung eines Befestigungsabschnitts 22a in axiale Richtung umgebogen. Der Befestigungsabschnitt 22a und das Führungsrohr 28 sind beispielsweise miteinander verpresst und / oder miteinander verschweißt. Insbesondere ist die Verbindung zwischen Montageelement und Führungsrohr zumindest Schmutzpartikeldicht ausgebildet.
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Der Arbeitszylinder 14, das Gleitelement 26, das Führungsrohr 28 sowie das Montageelement 22 bilden einen Raum 34 aus. Innerhalb dieses Raums 34 ist ein Federelement 36 angeordnet. Das Federelement 36 dient als Vorlastfeder 36 für die pneumatische Betätigungseinrichtung 10.
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Der Arbeitszylinder 14 und das Ausrücklager 20 werden durch das Federelement 36 axial gegenüber einer nicht dargestellten Membranfeder der Kupplung vorgespannt. Das Federelement 36 ist radial innerhalb des Ausrückarbeitszylinders 14 und somit auch radial innerhalb des Druckraums 16, also insbesondere nicht in dem Druckraums 16, ausgebildet. Der Totraum in dem Druckraum 16 ist dadurch auf ein Minimum reduziert, wodurch ein schnelles und komfortables Ausrücken der pneumatischen Betätigungseinrichtung erreicht wird. Zudem ist das in dem Raum 34 angeordnete Federelement 36, insbesondere aufgrund des Abstreifelements 30, besonders gut vor eindringendem Schmutz geschützt.
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An der pneumatischen Betätigungseinrichtung 10 ist zudem ein Halteelement 38 ausgebildet. Das Halteelement 38 ist fest mit dem Arbeitszylinder 14 verbunden und führt mit diesem eine gemeinsame axiale Bewegung aus. Hierbei ist das Halteelement 38 scheibenförmig, beispielsweise als Blechteil, ausgebildet und weist im Wesentlichen eine rotationssymmetrische Form auf.
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An seinem radial inneren Abschnitt weist das Halteblech 38 einen Stützabschnitt 38a auf. An diesem Stützabschnitt 38a greift ein Federelement 40 an, welches eine axiale Vorspannung auf das Ausrücklager 20 in Richtung des Arbeitszylinders 14 ausübt, sodass das Ausrücklager 20 verliersicher und selbstzentrierbar an der pneumatischen Betätigungseinrichtung angeordnet ist.
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Das Halteelement 38a weist an dessen radial inneren Ende eine Verformung auf, die der Abstützung des Federelements 40 dient. Das Federelement 40 stützt sich in axialer Richtung an dem Stützabschnitt 38a ab und bewirkt eine axiale Federkraft auf den radial äußeren Lagerring des Ausrücklagers 20 in Richtung des Arbeitszylinders 14. Das Ausrücklager kann sich somit in radialer Richtung verschieben, um eine Selbstzentrierung durchzuführen, ist aber dennoch verliersicher befestigt.
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Des Weiteren weist das Haltelement 38 an seinem radial äußeren Ende einen Befestigungsabschnitt 38b auf, der der Befestigung eines Positionsgebers 42 einer Sensoreinheit 44 dient. Der Positionsgeber 42 führt eine gemeinsame Bewegung mit dem Arbeitszylinder 14 aus, wobei eine Sensorelektronik 46 der Sensoreinheit 44 die Position und die Bewegung des Positionsgebers 42 detektiert.
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Die pneumatischen Betätigungseinrichtung 10 weist außerdem eine Schmutzabweisereinheit 48 auf, die einen Abdeckkörper 50 sowie ein Abstreifelement 52 umfasst. Der Abdeckkörper 50 ist aus Kunststoff ausgebildet und weist eine Hülsenform auf, wobei sich der Abdeckkörper 50 im Wesentlichen radial außen in axialer Richtung entlang des Arbeitszylinders 14 erstreckt. Dadurch schirmt der Abdeckkörper 50 den Arbeitszylinder 14 und den Arbeitskolben 12 von eindringendem Schmutz ab.
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Die Schmutzabweisereinheit 48 ist durch den Abdeckkörper 50, der mehrere Schnapphaken 50a aufweist, an dem Montageelement 22 befestigt. Der Abdeckkörper 50 kann beispielhaft auch über andere Befestigungsmittel fest mit dem Montageelement 22 verbunden sein. Die Befestigung kann beispielsweise auch gegenüber dem Arbeitskolben 12 geschehen. Insbesondere ist die Schmutzabweisereinheit 48 unmittelbar oder mittelbar fest mit dem Arbeitskolben 12 verbunden.
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Der Arbeitszylinder 14 bewegt sich demnach in axialer Richtung gegenüber der Schmutzabweisereinheit 48 und dessen Abstreifelement 52, welches radial außen an dem Arbeitszylinder 14 zum Anlagekontakt kommt. Dieses Abstreifelement 52 ist beispielsweise aus Filz ausgebildet und streift Schmutz ab, der auf der sich auf der radial äußeren Fläche des Arbeitskolbens 12 befindet. Insbesondere ist das Abstreifelement kreisförmig umlaufend in einer Nut des Abdeckkörpers 50 angeordnet, insbesondere radial innen an dem Abdeckkörper 50.
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Die Schmutzabweisereinheit 48, insbesondere dessen Abdeckkörper 50 erstreckt sich in axialer Richtung günstiger Weise zumindest über den axialen Hubweg des Arbeitszylinders 12. Durch diese Anordnung der Schmutzabweisereinheit 48 und der Dichtelemente 18 wird eine besonders vorteilhafte Schmutzabschirmung ermöglicht. Insbesondere muss eintretender Schmutz einen sehr langen Weg von dem Abstreifelement 52 bis hin zu dem Montageelement 22 und anschließend wieder in umgekehrter Richtung zu dem Dichtelement 18 zurücklegen, um letztendlich in den Hubraum eindringen zu können. Dieser Aufbau erschwert das Eindringen von Schmutz in den Druckraum wesentlich und führt zu einer höheren Lebensdauer.
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Die Schmutzabweisereinheit 48, insbesondere der Abdeckkörper 50 und das Abstreifelement 52 sind rotationssymmetrisch ausgebildet. In der 2 und 3 kann man erkennen, dass die Schnapphaken 50a am Umfang im Wesentlichen gleichmäßig verteilt sind.
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Der ortsfeste Arbeitskolben 12 weist einen radialen Abschnitt 12a sowie zwei axial verlaufende Abschnitte 12b und c auf. Der axiale Abschnitt 12b ist radial außerhalb des axialen Abschnitts 12c angeordnet. Ein radialer Abschnitt 12a und ein axialer Abschnitt 12b oder 12c spannen einen Freiraum 54 auf, der im Querschnitt durch ein Viereck, insbesondere ein Rechteck, beschrieben ist.
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Zudem wird der Freiraum 54 auch durch den im Querschnitt C- oder U-förmige Arbeitskolben 12 umgriffen. Der radiale Abschnitt 12a sowie der axiale Abschnitt 12b und der axiale Abschnitt 12c umgreifen dementsprechend den Freiraum 54. Zudem wird der Freiraum 54 von dem Montageelement 22 abgedeckt.
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Der Freiraum 54 ist durch die Abschnitte des Arbeitskolbens 12 und durch das Montagelement 22 umgeben. Innerhalb des Freiraums 54 sind mehrere Ventileinheiten 56 angeordnet sind. Eine perspektivische Darstellung in einer der Rückansicht auf den Arbeitskolben ist in der 4 gezeigt, die zudem auch die Ventileinheiten 56 darstellt. Die Ventileinheiten 56 sind in dem Freiraum in Umfangsrichtung benachbart zueinander angeordnet. Es ist jedoch auch jede andere Anordnungsmöglichkeit denkbar, beispielsweise eine sternförmig oder gleichförmig verteilte Anordnung.
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Die Anordnung umfasst insbesondere den an dem Arbeitskolben 12 angeordneten Druckmediumzu- und Abfluss 58 in Form einer eines Kanals. Das Druckmedium wird über den Druckmedium Zu- und Abfluss 58 und über Pneumatikkanäle 60 den Ventileinheiten 56 zugeführt oder von diesem weggeführt. Der konkrete Fluss von Druckmedium und die Ausführung bzw. die Verschaltung der einzelnen Pneumatikkanäle 60 mit den Ventileinheiten 56 soll an dieser Stelle nicht weiter ausgeführt werden. Es ist jedoch zu erwähnen, dass die Pneumatikkanäle 60 in den Arbeitskolben 12 eingebracht sind. Beispielhaft können die Pneumatikkanäle 60 durch bohren oder fräsen eingebracht sein.
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In der Ausführungsvariante gemäß 1 weist der Arbeitskolben 12 mehrere Pneumatikkanäle 60 auf, wobei ein solcher Pneumatikkanal 60 als axial durch den Arbeitskolben 12 hindurchführende Öffnung ausgebildet ist. Diese ermöglicht einen möglichst kurzen Weg zwischen Ventileinheit 56 und dem Druckraum 16, so dass ein direktes Ansprechen und eine möglichst geringe Totzeit erreicht werden. Zudem wird durch die Anordnung der Ventileinheiten 56 innerhalb des vorhandenen Freiraums 54 Bauraum an anderer Stelle an dem Antriebsstrang eingespart.
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Hier ist für jede Ventileinheit 56 ein eigener axial durch den Arbeitskolben 12 hindurchtretender Pneumatikkanal 60 ausgebildet. In einer anderen Ausführungsvariante, die bereits im allgemeinen Teil der Beschreibung erläutert ist, sind die Ventileinheiten über ein Netzwerk aus Pneumatikkanälen 60 miteinander verbunden, so dass beispielsweise lediglich ein gemeinsamer Durchbruch 66 zu dem Druckraum ausreichend ist. Gegebenenfalls weisen die Ventileinheiten 56 zum Befüllen und die Ventileinheiten 56 zum Entlüften des Druckraums 16 jeweils ein eigenes Netzwerk an Pneumatikkanälen 60 auf. Gemäß 1 ist der Pneumatikkanal 60 zugleich auch ein Durchbruch 66.
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Der Pneumatikkanal 60 sowie ein etwaiger Durchbruch 66 eines Netzwerks aus Pneumatikkanälen 60 weisen einen druckraumseitigen Endabschnitt 66a auf, der entweder düsenförmig aufweitend oder auch konisch ausgebildet sein kann. Der Durchmesser dieses Endabschnitts 66a weitet sich zum Druckraum hin auf. Dadurch wird ein verbessertes Einström- und Ausströmverhalten des Druckmediums erreicht.
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In einer weiteren Variante, welche ebenfalls im allgemeinen Beschreibungsteil bereits ausgeführt wurde, kann der Arbeitskolben 12 mehrteilig ausgebildet sein. Dies ist in 5 beispielhaft dargestellt. Der mehrteilige Arbeitskolben 12 umfasst einen Grundkörper 62 sowie einen Deckkörper 64. Der Freiraum 54 wird durch den Grundkörper 62 aufgespannt. Auch hier sind die Ventileinheiten 56 innerhalb des Freiraums angeordnet.
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Die Ventileinheit ist auch hier mit den Pneumatikkanälen 60 verbunden. Die Pneumatikkanäle 60 sind in den Grundkörper 62 eingearbeitet, welche beispielhaft strichliniert dargestellt sind. Die Pneumatikkanäle 60 bilden eines oder mehrere Netzwerke für die verschiedenen Ventileinheiten 56 aus.
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Der Deckkörper 64 ist fest mit dem Grundkörper 62 verbunden und deckt die Pneumatikkanäle 60 ab. Insbesondere deckt der Deckkörper 64 die Pneumatikkanäle 60 luftdicht ab. Dies kann beispielsweise über mithilfe einer Dichtung erreicht werden, welche nicht dargestellt ist, oder aber durch ein entsprechendes Verbindungsverfahren, wie beispielsweise luftdichtes Verschweißen von Grundkörper 62 und Deckkörper 64. Grundkörper 62 und Deckkörper 64 können beispielsweise auch miteinander verschraubt sein. Mit Vorteil sind die Pneumatikkanäle 60 oder die Netzwerke aus Pneumatikkanälen 60 gegeneinander sowie gegenüber dem Druckraum 16 abgedichtet.
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Der Deckkörper 64 weist einen Durchbruch 66, oder alternativ mehrere Durchbrüche, auf, der eine Verbindung zwischen den Pneumatikkanälen und dem Druckraum 16 bereitstellt. Der Durchbruch 66 kann gemäß den vorhergehenden Ausführungen düsenförmig oder konisch ausgebildet sein.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- pneumatische Betätigungseinrichtung
- 12
- Arbeitskolben
- 12a
- radialer Abschnitt
- 12b,c
- axialer Abschnitt
- 14
- Arbeitszylinder
- 16
- Druckraum
- 18
- Dichtelement
- 20
- Ausrücklager
- 22
- Montageelement
- 22a
- Befestigungsabschnitt
- 22b
- Öffnung
- 24
- Schraube
- 26
- Gleitelement
- 28
- Führungsrohr
- 30
- Abstreifelement
- 32
- Gleitring
- 34
- Raum
- 36
- Federelement
- 38
- Halteelement
- 38a
- Stützabschnitt
- 38b
- Befestigungsabschnitt
- 40
- Federelement
- 42
- Positionsgeber
- 44
- Sensoreinheit
- 46
- Sensorelektronik
- 48
- Schmutzabweisereinheit
- 50
- Abdeckkörper
- 50a
- Schnapphaken
- 52
- Abstreifelement
- 54
- Freiraum
- 56
- Ventileinheit
- 58
- Druckmediumzu- und abfluss
- 60
- Pneumatikkanal
- 62
- Grundkörper
- 64
- Deckkörper
- 66
- Durchbruch
- 66a
- druckraumseitiger Endabschnitt
