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Die Erfindung betrifft eine Hydraulikanordnung mit einer Hydraulikdruckquelle, mit der ein Hydraulikmedium in entgegengesetzten Förderrichtungen gefördert werden kann, umfassend: Ein hydraulisches Betätigungselement, eine hydraulisch betätigbare Parksperre sowie eine Kühlung und/oder Schmierung. Die Erfindung betrifft des Weiteren die Verwendung eines elektromotorisch über einen Spindeltrieb angetriebenen Hydrostataktors in einer derartigen Hydraulikanordnung.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2016 215 945 A1 ist ein Kraftfahrzeugaktor mit einem Stator bekannt, zu dem ein Rotor stromflussabhängig verdrehbar ist, um durch eine Drehbewegung eine Verstellbewegung eines Stellelements zu erzwingen, wobei ein Absolutsensor, mittels dessen die Absolutposition des Stellelements ermittelt ist, eingesetzt ist, wobei eine Steuerung zum Vorgeben der Drehrichtung des Rotors eingesetzt ist, die jenen vom Absolutsensor gestellten Wert verwendet. Aus der internationalen Offenlegungsschrift
WO 2015/117612 A2 ist ein Aktor mit Planetenwälzgewindespindel für die Betätigung einer Kupplung eines Fahrzeugs bekannt, wobei mit einer Spindel mehrere Planetenrollen in Eingriff stehen, die mit einem die Planetenrollen umringenden Hohlrad kämmen, wobei die Spindel drehfest in Bezug auf ein Gehäuse und einen Stator eines elektromotorischen Antriebs abgestützt ist, wobei die Spindel bei Rotation des Rotors und von der Hülse abgestützten Planetenrollenträgern einen axialen Hub vollführt. Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2018 112 670 A1 ist eine Hydraulikeinrichtung mit einer Pumpe bekannt, die zum einen an eine Kühlmittelleitung zum Versorgen eines ersten Verbrauchers mit Hydraulikmittel zu dessen Kühlung und/oder Schmierung anschließbar ist und an eine Aktivierungsleitung zum Versorgen eines zweiten Verbrauchers mit demselben Hydraulikmittel zu dessen Betätigung anschließbar ist, wobei die Pumpe als Reversierpumpe ausgebildet ist, wobei ein hydraulischen Parksperrenbetätiger, der einen doppeltwirkenden Kolben besitzt, mit Hydraulikmittel zur Parksperrenaktuierung versorgbar ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, das Betätigen eines hydraulischen Betätigungselements, das Betätigen einer hydraulisch betätigbare Parksperre sowie die Darstellung einer Kühlung und/oder Schmierung mit einer Hydraulikdruckquelle, mit der ein Hydraulikmedium in entgegengesetzten Förderrichtungen gefördert werden kann, und mit Ventilen, zu vereinfachen.
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Die Aufgabe ist bei einer Hydraulikanordnung mit einer Hydraulikdruckquelle, mit der ein Hydraulikmedium in entgegengesetzten Förderrichtungen gefördert werden kann, umfassend: Ein hydraulisches Betätigungselement, eine hydraulisch betätigbare Parksperre sowie eine Kühlung und/oder Schmierung, dadurch gelöst, dass die Hydraulikdruckquelle ein elektromotorisch über einen Spindeltrieb angetriebener Hydrostataktor ist, der in der Hydraulikanordnung über passive Ventile mit dem Tank und mit Hydraulikdruckräumen verschaltet ist. Passiv bedeutet im Hinblick auf die Ventile, dass diese nicht aktiv angesteuert werden. Die passiven Ventile sind zum Beispiel als Rückschlagventile ausgeführt und sind vorteilhaft über Wechsel zwischen den Förderrichtungen des Hydrostataktors angesteuert. Über die passiven Ventile ist der Hydrostataktor vorteilhaft so verschaltet, dass das hydraulische Betätigungselement, die hydraulisch betätigbare Parksperre und die Kühlung und/oder Schmierung gezielt mit Hydraulikmedium versorgt werden können, um die gewünschten Funktionen darzustellen. Als Tank wird ein Hydraulikmediumreservoir bezeichnet. Bei der Parksperre kann es sich um eine herkömmliche Parksperre handeln, die hydraulisch über zum Beispiel einen Parksperrenkolben betätigt wird. Bei dem hydraulischen Betätigungselement handelt es sich zum Beispiel um einen hydraulischen Betätigungskolben, mit dem eine Kupplung, zum Beispiel über einen Betätigungshebel, betätigt wird. Zum hydraulischen Betätigen der Parksperre und des hydraulischen Betätigungselements wird vorteilhaft ein Hydraulikmedium verwendet, das auch zur Kühlung und/oder Schmierung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs verwendet werden kann, das mit der Parksperre und dem hydraulischen Betätigungselement ausgestattet ist. Die Spindel des Spindeltriebs ist vorteilhaft zu einem Gehäuse drehfest angeordnet, aber linear oder translatorisch bewegbar. So wird eine Drehbewegung oder Rotation eines Rotors eines Elektromotors in eine lineare oder translatorische Bewegung der Spindel umgewandelt. Zu diesem Zweck kann die Spindel mit einer Mutter kombiniert sein. Die Spindel kann aber auch mit einem Planetenwälzgetriebe kombiniert sein.
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Besonders vorteilhaft kann in der Hydraulikanordnung ein an sich bekannter Hydrostataktor verwendet werden, um zum Beispiel die Kupplung, die Parksperre und die Kühlung und/oder Schmierung nur mit passiven Ventilen zu betätigen. Dabei werden vorteilhaft alle gewünschten Funktionen nur durch hydraulisch betätigte Kolben inklusive entsprechender Dichtungen in Kombination mit den passiven Ventilen realisiert. So kann mit geringen Herstellkosten ein komfortabler Betrieb eines Antriebsstrangs, der mit den genannten Komponenten ausgestattet ist, sichergestellt werden.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Hydraulikanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Spindeltrieb mit einem ersten Kolben und mit einem zweiten Kolben kombiniert ist, die zur Druckbeaufschlagung der Hydraulikdruckräume gemeinsam linear hin und her bewegbar sind. So können mit der Spindel des Spindeltriebs alle gewünschten Funktionen mit geringen Herstellkosten realisiert werden. Die Kolben sind zum Beispiel an einer Betätigungsstange angebracht, die mit der Spindel des Spindeltriebs gekoppelt ist.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Hydraulikanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kolben einen ersten Hydraulikdruckraum begrenzt, wobei der zweite Kolben einen zweiten Hydraulikdruckraum begrenzt, der von dem ersten Hydraulikdruckraum getrennt, aber diesem zugewandt ist. Besonders vorteilhaft kann mit der beanspruchten Hydraulikanordnung eine wiederholte Hin- und Herbewegung der Spindel genutzt werden, um einzelne oder mehrere der gewünschten Funktionen mit eher kleinen bewegten Hydraulikvolumina darzustellen.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Hydraulikanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass der erste/zweite Hydraulikdruckraum über ein erstes/zweites tankseitiges in Richtung Tank sperrendes Rückschlagventil mit dem Tank verbunden ist, wobei der erste/zweite Hydraulikdruckraum über ein erstes/zweites druckseitiges in Richtung erster/zweiter Hydraulikdruckraum sperrendes Rückschlagventil mit der Kühlung und/oder Schmierung verbunden ist. So kann mit insgesamt vier kostengünstigen Rückschlagventilen die Kühlung und/oder Schmierung mit ausreichend Hydraulikmedium aus dem Tank versorgt werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Hydraulikanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kolben auf seiner dem ersten Hydraulikdruckraum abgewandten Seite einen dritten Hydraulikdruckraum begrenzt, der eine erste Steueröffnung zum Tank aufweist und der hydraulisch mit der hydraulisch betätigbaren Parksperre verbunden ist.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Hydraulikanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein mit dem Druck aus dem dritten Hydraulikdruckraum beaufschlagten Parksperrenkolben mit einem Elektromagneten kombiniert ist, der die hydraulisch ausgelegte Parksperre in einem ausgelegten Zustand hält, und mit einer Rückstellfeder kombiniert ist, die so ausgeführt und angeordnet ist, dass sie den Parksperrenkolben gegen den zu diesem Zweck nicht selbsthemmend ausgeführten Spindeltrieb zurückstellt, um die Parksperre einzulegen. So wird zum einen eine komfortable Betätigung der Parksperre ermöglicht. Darüber hinaus wird durch die Rückstellfeder in Kombination mit dem nicht selbsthemmend ausgeführten Spindeltrieb sichergestellt, dass die Parksperre bei einem Stromausfall am Elektromagneten eingelegt wird.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Hydraulikanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass der mit dem Druck aus dem dritten Hydraulikdruckraum beaufschlagte Parksperrenkolben in zwei Teilkolben unterteilt ist. Durch den geteilten Parksperrenkolben ist es möglich, bei bestromten Elektromagneten, das heißt die Parksperre ist ausgelegt, offen beziehungsweise deaktiviert, die Spindel zu bewegen, insbesondere zurückzufahren, um das hydraulische Betätigungselement, insbesondere die Kupplung, und/oder die Kühlung und/oder Schmierung mit Hydraulikmedium zu versorgen.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Hydraulikanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kolben auf seiner dem zweiten Hydraulikdruckraum abgewandten Seite einen vierten Hydraulikdruckraum begrenzt, der eine zweite Steueröffnung zum Tank aufweist und der über ein drittes tankseitiges in Richtung Tank sperrendes Rückschlagventil mit dem Tank verbunden ist, wobei der vierte Hydraulikdruckraum über ein drittes druckseitiges in Richtung vierter Hydraulikdruckraum sperrendes Rückschlagventil hydraulisch mit dem hydraulischen Betätigungselement verbunden ist. So kann zum Beispiel eine Kupplung mit dem hydraulischen Betätigungselement betätigt werden. Zur Darstellung dieser Betätigungsfunktion werden vorteilhaft nur zwei kostengünstige Rückschlagventile benötigt.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Hydraulikanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass dem dritten druckseitigen Rückschlagventil ein Betätigungskonus zugeordnet ist, der am Spindeltrieb vorgesehen ist, um das dritte druckseitige Rückschlagventil aktiv zu öffnen. So kann ein Öffnen der Kupplung mit dem Spindeltrieb rein mechanisch initiiert werden.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren die Verwendung eines elektromotorisch über einen Spindeltrieb angetriebenen Hydrostataktors in einer vorab beschriebenen Hydraulikanordnung. Dabei kann besonders vorteilhaft ein herkömmlicher Hydrostataktor verwendet werden, wie er aus anderen Anwendungen bekannt ist.
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Die Erfindung betrifft gegebenenfalls auch ein Verfahren zum Betreiben einer vorab beschriebenen Hydraulikanordnung mit einem elektromotorisch über einen Spindeltrieb angetriebenen Hydrostataktor in einer vorab beschriebenen Hydraulikanordnung.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.
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In der einzigen beiliegenden Figur ist eine Hydraulikanordnung mit einer elektromotorisch über einen Spindeltrieb angetriebenen Hydrostataktor schematisch dargestellt.
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In der beiliegenden 1 ist eine Hydraulikanordnung 1 mit einem Hydrostataktor 40 schematisch dargestellt. Der Hydrostataktor 40 stellt in der Hydraulikanordnung 1 eine Hydraulikdruckquelle 3 dar, mit der Hydraulikmedium aus einem Hydraulikmediumreservoir 2, das auch als Tank 2 bezeichnet wird, angesaugt und mit Druck beaufschlagt werden kann. Durch einen Doppelpfeil 4 ist angedeutet, dass mit dem Hydrostataktor 40 Hydraulikmedium aus dem Hydraulikmediumreservoir oder Tank 2 in entgegengesetzten Förderrichtungen gefördert werden kann.
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Der Hydrostataktor 40 umfasst eine in 1 horizontal bewegbare Spindel 5. Die Spindel 5 ist durch eine nicht dargestellte Verdrehsicherung drehfest in einem Gehäuse 45 angeordnet. Die Spindel 5 wird über eine Mutter 6 angetrieben, die drehfest mit einem Rotor 7 verbunden ist. Der Rotor 7 ist innerhalb eines Stators 8 drehbar angeordnet. Die Spindel 5, die Mutter 6, der Rotor 7 und der Stator 8 stellen einen Spindeltrieb 9 dar, der durch einen Elektromotor 10 angetrieben wird.
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Die Hydraulikanordnung 1 umfasst insgesamt vier Hydraulikdruckräume 11 bis 14, die auch als Zylinder bezeichnet werden können. Ein erster Kolben 41 trennt einen ersten Hydraulikdruckraum 11 von einem dritten Hydraulikdruckraum 13. Ein zweiter Kolben 42 trennt einen zweiten Hydraulikdruckraum 12 von einem vierten Hydraulikdruckraum 14.
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Die Hydraulikanordnung 1 umfasst insgesamt sechs passive Ventile 50. Dabei handelt es sich um drei tankseitige Rückschlagventile 21 bis 23 und um drei druckseitige Rückschlagventile 31 bis 33. Die Hydraulikanordnung 1 umfasst darüber hinaus zwei Steueröffnungen 51, 52. Eine erste Steueröffnung 51 ist dem ersten Kolben 41 zugeordnet. Eine zweite Steueröffnung 52 ist dem zweiten Kolben 42 zugeordnet.
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In der Hydraulikanordnung 1 können mit dem Hydrostataktor 40 ein hydraulisches Betätigungselement 15 und eine Parksperre 24 hydraulisch betätigt werden. Darüber hinaus kann mit dem Hydrostataktor 40 eine Kühlung und/oder Schmierung 35 mit Hydraulikmedium versorgt werden.
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Das hydraulische Betätigungselement 15 umfasst einen vierten Kolben 44 der in einem Betätigungszylinder 20 in Richtung einer Bewegungsachse 19 hin und her bewegbar ist, um eine Kupplung 18 zu betätigen. Durch eine Linie 16 ist ein Betätigungshebel bei geöffneter Kupplung 18 angedeutet. Durch eine Linie 17 ist der Betätigungshebel bei geschlossener Kupplung 18 angedeutet.
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Die Parksperre 24 umfasst einen dritten Kolben 43, der auch als Parksperrenkolben 43 bezeichnet wird. Der Parksperrenkolben oder dritte Kolben 43 ist in zwei Teilkolben 26, 27 unterteilt, die unabhängig voneinander bewegbar sind. Durch eine Rückstellfeder 28 ist der Parksperrenkolben oder vierte Kolben 44 in einem nicht näher bezeichneten Parksperrenzylinder in 1 nach unten vorgespannt.
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Die Parksperre 24 umfasst einen Elektromagneten 34, mit welcher der Parksperrenkolben oder dritte Kolben 43, insbesondere der Teilkolben 26, in einer in 1 oberen Stellung gehalten werden kann. Durch eine gestrichelte Linie 29 ist die eingelegte Parksperre angedeutet. Durch eine gestrichelte Linie 30 ist die ausgelegte oder nicht betätigte Parksperre angedeutet.
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Der erste Kolben 41 ist an einem freien Ende einer Betätigungsstange 46 mindestens axial fest angeordnet. Die Betätigungsstange 46 geht von einem Betätigungskonus 36 aus, der an dem in 1 rechten Ende der Spindel 5 ausgebildet ist. Der Betätigungskonus 36 ist dem dritten druckseitigen Rückschlagventil 33 zugeordnet. Der zweite Kolben 42 ist ebenfalls an der Betätigungsstange 46 mindestens axial fest angebracht.
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Im Folgenden wird beschrieben, wie mit der Hydraulikanordnung 1 eine Pumpenfunktion für die Kühlung und/oder Schmierung 35, eine Parklockfunktion für die Parksperre 24 und eine Kupplungsfunktion für die Kupplung 18 realisiert werden kann.
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Die Kühlung und/oder Schmierung 35 wird durch eine Pumpenfunktion der beiden Kolben 41, 42 realisiert. Die Betätigungsstange 46 mit den Kolben 41, 42 ist vorzugsweise koaxial zur der Spindelachse der Spindel 5 angeordnet. Der Kühlung und/oder Schmierung 35 sind die beiden Hydraulikdruckräume zugeordnet, die hydraulisch voneinander getrennt sind und von den Kolben 41, 42 mit zugehörigen Dichtungen begrenzt werden.
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Den Hydraulikdruckräumen 11, 12 sind jeweils zwei Rückschlagventile 21, 31; 22, 32 zugeordnet. Alle Rückschlagventile sind vorteilhafterweise mit einer Federkraft in ihrer Sperrrichtung beaufschlagt. Die saugseitigen Rückschlagventile 21, 22 sperren in Richtung Tank 2. Die druckseitigen Rückschlagventile 31, 32 sperren in Richtung der Hydraulikdruckräume 11, 12.
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Bei einer Bewegung der Betätigungsstange 46, die auch als Kolbenstange 46 bezeichnet wird, in 1 nach links wird in dem ersten Hydraulikdruckraum 11 Druck aufgebaut beziehungsweise Volumen gefördert zur Kühlung und/oder Schmierung 35 und im zweiten Hydraulikdruckraum 12 Volumen aus dem Tank 2 nachgefördert oder nachgepumpt.
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Das saugseitige Rückschlagventil 21 sperrt, während das druckseitige Rückschlagventil 31 öffnet. Das saugseitige Rückschlagventil 22 öffnet, während das druckseitige Rückschlagventil 32 sperrt.
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Durch eine permanente Hin- und Herbewegung der Spindel 4 mit der Betätigungsstange 46 und den Kolben 41, 42 wechseln sich die Hydraulikdruckräume 11 und 12 mit dem Fördern von Hydraulikmedium aus dem Tank 2 zur Kühlung und/oder Schmierung 35 ab. So kann eine permanente Kühl- und/oder Schmiermediumförderung sichergestellt werden. Durch eine Anpassung des Spindelhubs kann ein gewünschter Volumenstrom bedarfsgerecht angepasst werden.
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Zum Betätigen der Parksperre 24 wird der erste Kolben 41 in 1 nach rechts über die erste Steueröffnung 51 bewegt, so dass der erste Kolben 41 den dritten Hydraulikdruckraum 13 schließt. Durch weiteres Verfahren des ersten Kolbens 41 in 1 nach rechts wird der zweigeteilte Parksperrenkolben oder dritte Kolben 43 in 1 nach oben von der gestrichelten Linie 29 zu der gestrichelten Linie 30 in Richtung Parksperre offen oder Parklock Deaktivieren hoch gefahren. Dabei wird der Parksperrenkolben 43 mit dem Teilkolben 26 auf den Elektromagneten 34 zu bewegt.
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Durch Bestromen des Elektromagneten 34 kann die Parksperre 24 offen oder deaktiviert gehalten werden. Bei einer Unterbrechung der Bestromung des Elektromagneten 34, insbesondere bei einem Stromausfall, sorgt die Rückstellfeder 28 dafür, dass die Parksperre 24 geschlossen beziehungsweise aktiviert wird. Dabei stellt die nicht selbsthemmende Ausführung des Spindeltriebs 9 sicher, dass sich der Parksperrenkolben 43 in 1 nach unten bewegen kann, und zwar auch dann, wenn sich der erste Kolben 41, anders als in 1 dargestellt, rechts von der Steueröffnung 51 befindet.
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Durch den zweigeteilten Kolben 43 wird zudem sichergestellt, dass die Spindel 5 bei bestromten Elektromagneten 34, das heißt bei offener oder deaktivierter Parksperre 24, in 1 nach links zurückfahren kann, um die Pumpenfunktion zum Kühlen und/oder Schmieren sowie die Kupplungsfunktion, insbesondere ein Schließen der Kupplung 18, weiterhin zu ermöglichen.
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Zum Schließen der Kupplung 18 wird der zweite Kolben 42 in 1 nach links über die zweite Steueröffnung 52 bewegt, so dass der zweite Kolben 42 den vierten Hydraulikdruckraum 14 schließt. Durch weiteres Bewegen oder Verfahren des zweiten Kolbens 42 in 1 nach links wird das druckseitige Rückschlagventil 33 geöffnet, wobei der vierte Kolben 44, der auch als Kupplungskolben 44 bezeichnet wird, die Kupplung 18 betätigt, insbesondere schließt.
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Um axialen Bauraum zu sparen, ist es vorteilhaft, nicht das gesamte benötigte Fördervolumen in dem vierten Hydraulikdruckraum 14 vorzuhalten. Über kleine Axialhübe in 1 nach rechts kann, wobei der Kolben 42 in 1 links von der zweiten Steueröffnung 52 verbleibt, über das saugseitige Rückschlagventil 23 Volumen vom Tank 2 in die Kupplungsstrecke gepumpt und Druck aufgebaut werden.
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Zum Öffnen der Kupplung fährt der zweite Kolben 42 in 1 nach rechts über die zweite Steueröffnung 52 hinaus. Mittels Konus 36 wird das druckseitige Rückschlagventil 33 aktiv geöffnet und der Druck über die freiliegende zweite Steueröffnung 52 in Richtung Tank 2 abgelassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hydraulikanordnung
- 2
- Hydraulikmediumreservoir
- 3
- Hydraulikdruckquelle
- 4
- Doppelpfeil
- 5
- Spindel
- 6
- Mutter
- 7
- Rotor
- 8
- Stator
- 9
- Spindeltrieb
- 10
- Elektromotor
- 11
- erster Hydraulikdruckraum
- 12
- zweiter Hydraulikdruckraum
- 13
- dritter Hydraulikdruckraum
- 14
- vierter Hydraulikdruckraum
- 15
- hydraulisches Betätigungselement
- 16
- Betätigungshebel
- 17
- Betätigungshebel
- 18
- Kupplung
- 19
- Bewegungsachse
- 20
- Betätigungszylinder
- 21
- erstes tankseitiges Rückschlagventil
- 22
- zweites tankseitiges Rückschlagventil
- 23
- drittes tankseitiges Rückschlagventil
- 24
- Parksperre
- 25
- Parksperrenkolben
- 26
- Teilkolben
- 27
- Teilkolben
- 28
- Rückstellfeder
- 29
- gestrichelte Linie
- 30
- gestrichelte Linie
- 31
- erstes druckseitiges Rückschlagventil
- 32
- zweites druckseitiges Rückschlagventil
- 33
- drittes druckseitiges Rückschlagventil
- 34
- Elektromagnet
- 35
- Kühlung und/oder Schmierung
- 36
- Betätigungskonus
- 40
- Hydrostataktor
- 41
- erster Kolben
- 42
- zweiter Kolben
- 43
- dritter Kolben
- 44
- vierter Kolben
- 45
- Gehäuse
- 46
- Betätigungsstange
- 50
- passive Ventile
- 51
- erste Steueröffnung
- 52
- zweite Steueröffnung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016215945 A1 [0002]
- WO 2015/117612 A2 [0002]
- DE 102018112670 A1 [0002]
