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Die Erfindung betrifft eine Verriegelungseinheit gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Eine solche Verriegelungseinheit umfasst für das Verriegeln der Bewegung eines von einem Antrieb bewegbaren, mit hydraulischem Druck beaufschlagbaren Kolbens, ein Gehäuse, welches zumindest teilweise aus Kunststoff gebildet ist und einen Druckleitungskanal, welcher zumindest teilweise radial, bezogen auf die Längsachse des Kolbens, außen von der Innenwand des Gehäuses begrenzt ist, und zum Führen eines unter Druck stehenden Mediums entlang eines Fluidpfades zur Betätigung des Kolbens durch Beaufschlagung einer Druckseite in einem Druckraum dient.
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Eine gattungsgemäße Verriegelungseinheit kann insbesondere in die Parksperre eines Automatikgetriebes eingebaut sein und dem ungewollten Wegrollen eines Fahrzeuges dienen. Die Verriegelungseinheit kann an ein externes Fluidsystem bzw. an eine hydraulische Umgebung angeschlossen sein, weshalb sich der Fluidpfad auch in die Verriegelungseinheit hinein erstreckt. Aus der hydraulischen Umgebung können sich Druckspitzen auf die Verriegelungseinheit rückkoppelt, welche ein Vielfaches über dem Betriebsdruck liegen können. Diese Druckspitzen können gar 150 bar oder auch mehr oder weniger betragen. Kennzeichnend ist jedoch, dass sie ein Vielfaches des Betriebsdruckes betragen. Das führt jedoch dazu, dass die Verriegelungseinheit und insbesondere deren Gehäuse für diese hohen aber selten auftretenden Druckspitzen ausgelegt werden. Üblich sind daher stabile Wandungen von Gehäusen, wobei im Allgemeinen derartige Gehäuse beispielsweise mittels geeigneter Werkstoffauswahl, beispielsweise zumeist teures Metall, oder mittels konstruktiver Eingriffe, wie Verrippungen oder Versteifungen, realisiert werden. Solche Gehäuse sind jedoch teuer in der Herstellung und bedürfen gegebenenfalls eines gesteigerten Bauraums. Auch die inneren mechanischen Elemente müssen auf diese Druckspitzen ausgelegt werden. Somit lässt sich die bestehende technische Schwierigkeit (hohe Druckspitzen) nicht mit den üblichen Mitteln (stabilere Gehäusewandungen) und in zufriedenstellender Weise im Bereich der Verriegelungseinheiten für Parksperren beheben. Dies gilt insbesondere dann, wenn als Gehäusewerkstoff zumindest abschnittweise Kunststoff vorgesehen sein soll, der kostengünstiger als Metall ist und mit welchem platzsparende Gehäuse ausbildbar sind, jedoch eine erheblich geringere Stabilität gegen Druckspitzen aufweist.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Verriegelungseinheit zu schaffen, welche die Probleme des Standes der Technik überwindet, insbesondere eine Verriegelungseinheit vorzuschlagen, welche bei gleichem Bauraumbedarf einen verbesserten Schutz gegen diese hohen Druckspitzen aufweist und zugleich ein Gehäuse umfasst, welches zumindest teilweise aus Kunststoff gebildet ist.
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Hauptmerkmale der Erfindung sind im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 angegeben. Ausgestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 10.
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Erfindungsgemäß wird daher eine Verriegelungseinheit vorgeschlagen, insbesondere für die Parksperre eines Automatikgetriebes, für das Verriegeln der Bewegung eines von einem Antrieb bewegbaren, mit hydraulischem Druck beaufschlagbaren Kolbens, umfassend ein Gehäuse, welches zumindest teilweise aus Kunststoff gebildet ist und einen Druckleitungskanal, welcher zumindest teilweise radial, bezogen auf die Längsachse des Kolbens, außen von der Innenwand des Gehäuses begrenzt ist, und zum Führen eines unter Druck stehenden Mediums entlang eines Fluidpfades zur Betätigung des Kolbens durch Beaufschlagung einer Druckseite in einem Druckraum dient wobei mindestens ein Überdruckventil, welches mit dem Druckleitungskanal fluidisch verbunden und dessen Ventilsitz einteilig mit dem Gehäuse ausgebildet ist.
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Entgegen dem bisherigen Trend gesteigerter Gehäusewandstärken zur Handhabung von hohen Druckspitzen schlägt die Erfindung hierfür das vorsehen zumindest eines Überdruckventils vor. Das Überdruckventil ist an den Fluidpfad angebunden und standardmäßig geschlossen. Sobald der Innendruck im Gehäuse jedoch einen ventilabhängigen Grenzwert übersteigt (Grenzdruck), öffnet es und verhindert somit das Entstehen eines ungewollt hohen Innendrucks. Diese Ausgestaltung bringt mehrere Vorteile mit sich. Zunächst können einzelne dem Fluiddruck ausgesetzte Bauteile volumen- und/oder gewichtsoptimiert ausgestaltet werden, da sie einer nicht mehr auftretenden Druckspitze nicht mehr stand halten müssen. Sie können daher noch kompromissloser gemäß ihrer eigentlichen Bestimmung bzw. an ihre eigentliche Funktion ausgestaltet werden. Zudem kann die Gehäusewandstärke erheblich abnehmen oder die Gehäusewandausgestaltung an den Betriebsdruck als höchsten anzunehmenden Druck angepasst sein, da nun sie nun keinen hohen Druckspitzen mehr standhalten muss. Zudem ist die Verriegelungseinheit nun an Fluidsysteme anschließbar, welche kein eigenes Fluidmanagement aufweisen. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Verriegelungseinheit nun unmittelbar an eine Hydraulikpumpe abgeschlossen werden. Dieser Vorteil ist erreichbar bei gleichbleibendem Bauraumbedarf.
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Entlang des Fluidpfads kann ein Fluid in beide Richtungen strömen. Die Druckentlastung kann beispielsweise in einen Getriebesumpf erfolgen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Verriegelungseinheit kann das Gehäuse in dem den Druckleitungskanal begrenzenden Abschnitt aus Kunststoff ausgebildet sein. Dies hat sich als vorteilhaft erwiesen, insbesondere wegen der leichten Bearbeitbarkeit und des geringen Gewichts von Kunststoff, beispielsweise verglichen mit metallischen Werkstoffen. Bevorzugt ist das Gehäuse vollständig aus Kunstsoff gebildet. Dadurch kann es besonders leicht bearbeitet werden und das Gewicht kann besonders vorteilhaft verringert werden. In Kombination mit dem vorgeschlagenen Überdruckventil kann somit eine noch dünnere Gehäusewandstärke realisiert werden, verglichen mit einer vergleichbaren Verriegelungseinheit ohne Überdruckventil.
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Weiterbildungsgemäß kann die Einteiligkeit von Ventilsitz und Gehäuse ausgebildet sein durch Umspritzen des Ventilsitzes, durch monolithisches Einspritzen des Ventilsitzes oder durch ein Fügen von Ventilsitz und Gehäuse. Der Ventilsitz kann gemäß erster Alternative zunächst als separates Bauteil zum Gehäuse hergestellt werden, beispielsweise aus Kunststoff, und danach in eine Spritzgussform eingesetzt und in einem entsprechenden Spritzgussvorgang als Einlegeteil mit dem Gehäuse umspritzt werden. Dies ermöglicht ein modulares Handhaben von Ventilsitz und Gehäuse gemäß eines Baukastens, da nämlich lediglich eine einzige Spritzgussform für das Gehäuse gebraucht wird und je nach Bedarf unterschiedliche Ventilsitze als Einlegeteile genutzt werden können. Gemäß zweiter Alternative kann der Ventilsitz erst beim Spritzgießen des Gehäuses ausgebildet werden, nämlich monolithisch mit dem Gehäuse selbst - aus Kunststoff. Dadurch können das Einsetzen von Einlegeteilen in die Spritzgussform vermieden werden. Da das Überdruckventil bei Betrieb der Verriegelungseinheit geringe Schaltzahlen aufweist, erfolgt auch keine nennenswerte Abnutzung über die Lebensdauer der Verriegelungseinheit. Daher kann der Ventilsitz aus Kunststoff und somit aus einem bezüglich Metall weicheren Material gebildet sein. Alternativ kann der Ventilsitz als zunächst separates Bauteil zum Gehäuse hergestellt werden, beispielsweise aus Kunststoff, und danach mittels eines Fügeverfahrens (Kleben, Schweißen etc.) mit dem Gehäuse verbunden werden. Der Ventilsitz wird also in das Gehäuse montiert.
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Gemäß einer Weiterbildung der Verriegelungseinheit nach Erfindung kann mindestens ein Überdruckventil im Fluidpfad in Richtung der Druckseite vor oder nach einem Filterelement für das das Fluid angeordnet sein. Die vorgelagerte Anordnung hat zum Vorteil, dass dann auch das Filterelement selbst vor hohen Druckspitzen und deren schädigenden Auswirkungen bewahrt werden kann, da die Druckwelle das Filterelement gar nicht mehr oder nur in abgeschwächter Stärke erreicht. Die nachgelagerte Anordnung hat zum Vorteil, dass lediglich bereits gefiltertes Fluid das betroffene Überdruckventil erreicht und so eine Fehlfunktion durch Verschmutzung ausgeschlossen werden kann.
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Weiterbildungsgemäß kann das mindestens eine Überdruckventil als Verschlussteil eine Kugel, einen Kegel, einen Zylinder, einen Teller, eine Nadel oder eine Membran umfassen.
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Es ist auch denkbar, dass das Verschlussteil des mindestens einen Überdruckventils in die Schließstellung des Überdruckventils mittels zumindest eines Federelements federvorgespannt ist. Somit kann ein federbelastetes Überdruckventil realisiert werden. Das Federelement kann beispielsweise eine Schraubendruckfeder oder aber auch eine Mäanderfeder, Tellerfeder, Sternfeder oder Blattfeder sein. Die Schraubenfeder hat zum Vorteil, dass sie längs zur Fluidrichtung von aus dem Überdruckventil strömenden Fluids anordenbar ist und kleine sowie auch große Hübe ermöglichen kann. Die übrigen genannten Federn können eine sehr flache Anordnung realisieren, wobei insbesondere hierbei von Vorteil sein kann, dass kein sehr großer Hub des Federelementes in dem erfindungsgemäßen Ventil benötigt wird.
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Um das Überdruckventil selbst gegen Beschädigungen zu schützen, kann bei einer Ausgestaltung der Verriegelungseinheit vorgesehen sein, dass das mindestens eine Überdruckventil eine Öffnungswegbegrenzung für das das Verschlussteil aufweist. Das Verschlussteil ist somit in seiner Bewegungsfreiheit begrenzt. Mit Übersteigen des Grenzwertes öffnet sich das Überdruckventil, bzw. das Verschlussteil wird entlang eines Verstellwegs verstellt, und zwar maximal so weit, wie es die Öffnungswegbegrenzung zulässt. Vorzugsweise weist die Öffnungswegbegrenzung ein Begrenzungselement auf, gegen welches das Verschlussteil zur Begrenzung des Öffnungswegs anschlagen kann, wobei vorzugsweise das Begrenzungselement einen in Öffnungswegrichtung verlaufenden Zentralkanal aufweist. Der Zentralkanal kann dem Ausleiten von Druck dienen und sich von der einen Stirnseite zur gegenüberliegenden Stirnseite des Begrenzungselements erstrecken. Der Zentralkanal kann auch einen Abschnitt des Federelements aufnehmen. Bei dieser Ausführung kann sich das Federelement unmittelbar am Verschlusselement abstützen.
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Weiterbildungsgemäß kann das mindestens eine Überdruckventil ein das Verschlussteil entlang seines Verstellwegs führendes Verschlussteilführungselement aufweisen, wobei vorzugsweise das Verschlussteilführungselement radial außenseitig in Verstellwegrichtung verlaufende Fluidnuten aufweisen kann. Das Verschlussteilführungselement kann als zunächst separates Bauteil mit dem Gehäuse umspritzt sein oder aber auch monolithisch mit dem Gehäuse ausgebildet sein oder mittels Fügen an diesem befestigt sein. Die zwischen benachbarten Fluidnuten ausgebildeten Stege dienen innenumfangsseitig zum Führen des Verschlusselements und zum sicheren Halten desselben in der Schließstellung. Das Verschlussteilführungselement kann daher das Verschlussteil von der Schließstellung entlang eines definierten Verstellwegs in die Offenstellung führen und umgekehrt für eine definierte Zentrierung bezüglich des Ventilsitzes. Das führt nicht nur zu einem sicheren Schließen des Ventils, sondern auch zu einem schnellen Schließen, da das Schließelement nun direkt zum Ventilsitz hingeführt wird. Das Verschlussteilführungselement kann gleichmäßig beabstandete und in Umfangsrichtung bezüglich der Ventillängsachse benachbart zueinander angeordnete Stege aufweisen, welche von einer Innenwandfläche einer Bohrung abstehen.
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Weiterbildungsgemäß kann die Verriegelungseinheit so ausgestaltet sein, dass das mindestens eine Überdruckventil derart in dem Gehäuse ausgebildet ist, dass es unmittelbar fluidisch verbunden ist mit einem Zulaufvorraum, dem Druckleitungskanal oder dem Druckraum. Der Fluidpfad kann sich von gehäusextern kommend durch einen Zulaufvorraum erstrecken, an welchen sich unmittelbar ein Druckleitungskanal anschließt, in welchen das unter Druck stehendes Medium bzw. Fluid einströmen kann, um den Kolben zu betätigen. Beispielsweise durch eine weiter unten beschriebene Dichtigkeit zwischen Rohrstück und Gehäuse kann das Medium vorteilhaft an eine Position geleitet werden, an welcher es zum Antrieb des Kolbens benötigt wird. An den Druckleitungskanal, welcher sich entlang der Längsachse des Gehäuses erstrecken kann, kann sich der Druckraum anschließen, in welchem das unter Druck stehendes Medium auf die Druckseite wirken kann. Das Überdruckventil ist nun derart anordenbar, dass die Ventileingangsseite unmittelbar mit zumindest einem von Zulaufvorraum, Druckleitungskanal und Druckraum in Fluidverbindung steht. Vorteilhaft ist eine Anordnung des Überdruckventils an einer nahe an einer Zulauföffnung gelegenen Stelle, so dass eine anstehende Druckspitze ebenfalls unmittelbar und frühestmöglich die Öffnung des Überdruckventil herbeiführen kann. Somit können die einzelnen mechanischen Komponenten der Verriegelungseinheit volumen- und/oder gewichtsoptimiert ausgeführt sein, da deren Bemessungsgrundlage nunmehr der Betriebsdruck ist und nicht mehr der größte anzunehmende Druck.
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Weiterbildungsgemäß kann das mindestens eine Überdruckventil gegenüberliegend einer Zulauföffnung in dem Gehäuse angeordnet sein. Die räumliche Ausrichtung des Überdruckventils zur Zulauföffnung hat den Vorteil, dass das Überdruckventil in Strömungsrichtung angeordnet ist, und eine anstehende Druckspitze ohne weitere Umlenkungen auf das Überdruckventil einwirkt. Beispielsweise kann die Zulauföffnung einends in den Zulaufvorraum führend und das Überdruckventil der Zulauföffnung gegenüberliegend bezüglich des Raumes angeordnet sein. Der Fluidpfad kann zudem zumindest abschnittsweise in Richtung des Überdruckventils führen.
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Gemäß einer Weiterbildung der Verriegelungseinheit nach der Erfindung kann eine Wandstärke des Gehäuses derart ausgestaltet sein, dass sie für hydraulische Innendrücke von bis zu 30 bar, vorzugsweise von bis zu 25 bar, weiter bevorzugt von bis zu 21 bar ausgelegt ist. Das mindestens eine Überdruckventil führt zu dem vorteilhaften Effekt, dass nun als Bemessungsgrundlage für die Wandstärke des Gehäuses nunmehr der Betriebsdruck gewählt werden kann und nicht mehr der größte anzunehmende Druck maßgeblich ist. Das Gehäuse muss nämlich nicht mehr Druckspitzen oder Druckbelastungen aus Fehlerfällen eines mit der Verriegelungseinheit fluidisch verbundenen Getriebesystems standhalten können.
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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche sowie aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Es zeigen:
- 1a in einem vertikalen Längsschnitt eine erfindungsgemäße Verriegelungseinheit,
- 1b in einem vertikalen Längsschnitt eine erfindungsgemäße Verriegelungseinheit gemäß 1a mit weiteren Bezugszeichen,
- 2 in einem vertikalen Querschnitt die erfindungsgemäße Verriegelungseinheit entlang der Linie II-II nach 1,
- 3 in einem vertikalen Längsschnitt einen Zulaufvorraum der erfindungsgemäßen Verriegelungseinheit entlang der Linie III-III nach 2,
- 4 in einer schematischen Ansicht einen hydraulischen Schaltplan der erfindungsgemäßen Verriegelungseinheit, und
- 5a bis 5f in dreidimensionaler Ansicht verschiedene Ausgestaltungen des Federelementes des Überdruckventils mit daran angeordnetem Verschlussteil.
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In den Figuren sind gleiche oder einander entsprechende Elemente jeweils mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden daher, sofern nicht zweckmäßig, nicht erneut beschrieben. Bereits beschriebene Merkmale werden zur Vermeidung von Wiederholungen nicht erneut beschrieben und sind auf alle Elemente mit gleichen oder einander entsprechende Bezugszeichen anwendbar, sofern nicht explizit ausgeschlossen. Die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sind sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragbar. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen. Weiterhin können auch Einzelmerkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispielen für sich eigenständige, erfinderische oder erfindungsgemäße Lösungen darstellen.
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Die 1a und 1b zeigen identische Abbildungen der erfindungsgemäßen Verriegelungseinheit 1, jedoch sind aus Gründen der Übersichtlichkeit unterschiedliche Bezugszeichen angetragen. Die Verriegelungseinheit 1 besitzt ein Gehäuse 5, an dessen vorderen Gehäuseende 50 eine Öffnung 51 vorgesehen ist, aus der das vordere Ende 21 eines Kolbens 2 herausragt. An dem der Öffnung 51 gegenüberliegenden Gehäuseende 52 schließt sich in axialer Richtung oder Längsrichtung an dem Gehäuse 5 ein Elektromagnet 3 an. Axiale Richtung bedeutet hierbei entweder die Symmetrieachse bzw. Längsachse 22 des Kolbens 2 oder aber auch die Bewegungsrichtung des Kolbens 2. In dem Gehäuse 5 ist der Kolben 2 in axialer Richtung, insbesondere entlang seiner Längsachse 22, beweglich gelagert. Für die Bewegung des Kolbens 2 ist dabei ein Antrieb vorgesehen, insbesondere ist der Kolben 2 mit Druck, bevorzugt mit hydraulischem Druck beaufschlagbar, wobei die Kraftkomponente dieses Druckes gegen die Kraftrichtung einer Kolbenfeder 23 gerichtet ist. Dabei stützt sich die Kolbenfeder 23 einends an einem, an dem Gehäuseende 50 sich innen anschließenden Gehäuseabsatz bzw. Absatz 53 des Gehäuses 5 ab. Anderenends stützt sich die Kolbenfeder 23 an einem Flanschring 24 des Kolbens 2 ab. Dieser Flanschring 24 liegt im Innern, zentral im Gehäuse 5.
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Der Kolben 2 bewegt sich aufgrund des Druckes zwischen mehreren Positionen, in der hier gezeigten Variante sind zum Beispiel zwei Positionen vorgesehen. Die Lage des Kolbens 2 in den jeweiligen Positionen ist durch eine Rasteinheit 4, die mit Rastelementen 40 ausgestattet ist, festlegbar. Für die Betätigung der Rasteinheit 4, insbesondere für deren Rastelemente 40 dient der Elektromagnet 3 bzw. dienen dessen Elemente. Der Elektromagnet 3 besitzt einen Spulenkörper 32, der eine Wicklung 33 trägt. Diese weist einen von elektrischem Strom durchfließbaren Draht auf. Die Wicklung 33 wird radial außen (bezogen auf die Längsachse 22) von einem Magnetgehäuse 34 abgeschlossen. Durch eine Bestromung der Wicklung 33 entsteht ein Magnetfeld.
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Im Inneren des Spulenkörpers 32 ist ein Ankerraum vorgesehen, wobei der Ankerraum vorliegend ungefähr die Hälfte des Innenraums des Spulenkörpers 32 ausfüllt. Der Ankerraum 35 ist dabei in Richtung des Kolbens 2 orientiert. Der übrige Bereich des Innenraums des Spulenkörpers 32 ist von einem Magnetkern 36 ausgefüllt, der, wie üblich, aus weichmagnetischem Materialbesteht, das die Magnetfeldlinien gut führt. In dem Ankerraum 35 befindet sich ein Anker 30, der in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel zylinderartig ausgebildet ist und eine Bodenfläche 37 aufweist. Zwischen der Bodenfläche 37 und einer dem Ankerraum 35 zugewandten Abschlussfläche 38 des Magnetkerns 36 bildet sich ein Luftspalt 39 aus.
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Wenn die Wicklung 33 nicht bestromt wird, drückt eine Magnetfeder 300 den Anker 30 nach rechts (bezogen auf die Bildebene), so dass der Luftspalt 39 seine maximale Ausdehnung hat. Wird die Wicklung 33 bestromt, so erzeugt sie ein Magnetfeld, welches den Anker 30 gegen die Kraft der Magnetfeder 300 nach links zieht, so dass der Luftspalt 39 geschlossen wird. Der Anker 30 trägt eine Ankerstange 31. Die Ankerstange 31 ist dabei konzentrisch zum Anker 30 orientiert, Anker 30 und Ankerstange 31 sind in axialer Richtung, also parallel zur Längsachse 22, im Ankerraum 35 beweglich gelagert. Die Konstruktion ist hierbei so gewählt, dass der Anker 30 eine axiale Bohrung 301 aufweist, die die Ankerstange 31 aufnimmt. Die Ankerstange 31 steht dabei beidseitig des Ankers 30 über diesen hervor. In dem Magnetkern 36 ist ebenfalls eine axiale Bohrung 302 vorgesehen. Die Anordnung ist so gewählt, dass sich in dieser axialen Bohrung 302 eine Lagerung für die Ankerstange 31 befindet. Der Ankerraum 35 wird auf der einen Seite von dem Magnetkern 36 begrenzt, wobei der Magnetkern 36, wie bereits beschrieben, den dem Kolben 2 abgewandten Teil des Innenraums des Spulenkörpers 32 ausfüllt und so auch das axiale Ende des Elektromagneten 3, aber auch der Verriegelungseinheit 1, zusammen mit dem Magnetgehäuse 34, beschreibt. Auf der anderen Seite, dem Kolben 2 zugewandt, wird der Ankerraum 35 begrenzt von einem Jochteil 41, das topfartig gestaltet ist und bevorzugt aus weichmagnetischem Material gebildet ist, um die Magnetfeldlinien gut zu führen. Dabei taucht ein Teil des Ankers 30 in das topfartig gestaltete Jochteil 41 ein. Das Jochteil 41 ist dabei ein Teil der Rasteinheit 4. Das Jochteil 41 besitzt eine Durchdringungsbohrung 47, die die Ankerstange 31 aufnimmt und gegebenenfalls auch lagert. Die Rasteinheit 4 ist, im Schnitt gesehen, im Wesentlichen H-förmig. Der radial orientierte Steg des H bildet dabei das Jochteil 41. Daran schließen sich ein erster axialer Abschnitt 48 und ein zweiter axialer Abschnitt 49 an. Die beiden sich beidseits des Stegs hier anschließenden, axialen Abschnitte 48, 49 des H sind unterschiedlich groß bzw. unterschiedlich lang, wobei der dem Ankerraum 35 zugewandte Abschnitt 49 axial deutlich kürzer ist wie der dem Kolben 2 zugewandte Abschnitt 48. Der größere Abschnitt 48 ist dabei vorliegend bzw. in typischen Ausführungen ca. 2 bis 3, 3,5 oder 4 mal größer bzw. länger als der kleinere Abschnitt 49. Im dem dem Jochteil 41 zugewandten Fußbereich des hülsenartigen ersten axialen Abschnittes 48 ist eine radial verlaufende (bezogen auf die Längsachse 22) Ausgleichsöffnung 405 angeordnet. Diese Ausgleichsöffnung 405 verbindet einen Innenraum 42 mit einem Außenraum 406 fluidisch, in welchem sich ein Kolbendruckstück 26 des Kolbens 2 axial bewegt. Durch die Ausgleichsöffnung 405 ist ein Druckausgleich zwischen dem Innenraum 42 und dem Außenraum 406 möglich.
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Die beiden Abschnitte 48, 49 schließen radial je einen entsprechenden Aufnahmeraum ab. Dabei begrenzt der kleinere zweite Abschnitt 49 den Ankerraum 35 (dies ist das topfartige Jochteil 41) und der größere Abschnitt 48 den Innenraum 42. Dabei erstreckt sich der Innenraum 42 in axialer Richtung. In dem Innenraum 42 ist auch die Magnetfeder 300 vorgesehen, die sich einerseits auf der dem zweiten Abschnitt 49 zugewandten Oberseite des Jochteiles 41 und andererseits an einem Steuerelement 43, welches endseitig auf der Ankerstange 31 angeordnet ist, abstützt. Das Steuerelement 43 ist dabei positionsfest auf der Ankerstange 31 angeordnet. Auch das Steuerelement 43 besitzt eine Aufnahmebohrung 401, in die die Ankerstange 31 eingesetzt ist. Das Steuerelement 43 ist in geeigneter Weise mit der Ankerstange 31 verpresst und so positionsgenau auf dieser gehalten. Das Steuerelement 43 besteht im Wesentlichen aus zwei verschiedenen geometrischen Körpern, einem Zylinderabschnitt und einem Konusabschnitt, wobei der Konusabschnitt an seiner Mantelfläche eine Konusfläche 400 ausbildet. Eine Mantelfläche 403 des Zylinderabschnitts des Steuerelementes 43 ist auf einer den Innenraum 42 radial begrenzenden Innenraumwand 402 geführt, gegebenenfalls auch gelagert. An dem dem Elektromagneten 3 zugewandten axialen Ende des Steuerelementes 43 befindet sich eine ringförmige Aussparung 404, in welchem das Ende der Magnetfeder 300 einsteht und so zuverlässig geführt und gehalten ist. Die Konusfläche 400 befindet sich an dem der Aussparung 404 gegenüberliegenden Ende des Steuerelementes 43.
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Es ist klar, dass für die Ausgestaltung des Steuerelementes 43 auch andere Konstruktionen möglich sind. So ist zum Beispiel auch vorstellbar, dass die Konusfläche am Steuerelement auf der dem Elektromagneten 3 zugewandten Seite angeordnet ist und dann gegebenenfalls die Funktionsweise der Verriegelungseinheit 1 geändert ist. Die gezeigte Verriegelungseinheit 1 ist so geplant, dass bei stromlosen Elektromagneten, also bei stromloser Wicklung 33, das Steuerelement die vorliegend als Kugeln ausgebildeten Rastelemente 40 radial nach außen drängt und so den Kolben 2 blockiert. Eine Blockierung der Bewegung des Kolbens 2 kann aber auch bei Bestromung des Elektromagneten 3 erfolgen. Die Lage des Luftspaltes 39 ist dabei auch gemäß dem Vorschlag variabel. In dem in 1a gezeigten Ausführungsbeispiel befindet sich der Luftspalt 39 auf der der Rasteinheit 4 abgewandten Seite des Ankers 30, also zwischen Anker 30 und dem Magnetkern 36. Alternativ hierzu ist es auch möglich, dass der Luftspalt dann zwischen dem Anker 30 und dem Jochteil 41, also der der Rasteinheit 4 zugewandten Seite des Ankers 30 ausgebildet ist.
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Die Anordnung der Magnetfeder 300 in dem Innenraum 42 ist vorteilhaft, da damit diese Elemente nicht den magnetischen Kreis, der in den Elementen um den Ankerraum 35 herum ausgebildet ist, beeinträchtigen. Alternativ ist auch eine Anordnung der Magnetfeder im Ankerraum oder auch außerhalb der Rasteinheit 4 möglich, um einen entsprechenden Kraftspeicher auszubilden. Bei einer Bestromung der Wicklung 33 schließt sich der Luftspalt 39, indem der Anker 30 nach links versetzt wird, wodurch auch die Ankerstange 31 und das von der Ankerstange 31 getragene Steuerelement 43 nach links versetzt werden, wodurch die Magnetfeder 300 komprimiert wird und so einen Kraftspeicher für eine Rückstellbewegung der Einheit Anker 30 - Ankerstange 31 - Steuerelement 43 bei Ausschalten der Bestromung der Wicklung 33 bildet.
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Der größere erste Abschnitt 48 der Rasteinheit 4 trägt an seinem dem Jochteil 41 abgewandten Ende bzw. Endbereich 44 das oder die Rastelemente 40, welche vorliegend als Kugeln ausgebildet sind. Dabei ist der größere Abschnitt 48 (zumindest im Endbereich 44) hülsen- oder zylinderartig gebildet. Die Rastelemente 40 sind als Kugeln 40 in einem Kugelkäfig vorgesehen. Der hülsen- oder zylinderartige Endbereich 44 des Abschnittes 48 besitzt dabei radial (bezogen auf die Längsachse 22) orientierte Bohrungen 45 zur Aufnahme der Rastelemente 40 bzw. Kugeln. Je nach axialer Stellung des Steuerelementes 43 ist es möglich, dass die Rastelemente 40 bzw. Kugeln radial nach innen ausweichen können oder nicht.
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Bei der gezeigten Verriegelungseinheit 1 besteht der Kolben 2 aus zwei Einzelteilen. Der Kolben 2 umfasst ein aus der Öffnung 51 teilweise hervorstehendes Kolbenrohr 25, und das, von diesem getrennt hergestelltes Kolbendruckstück 26. Die Anordnung ist dabei so gewählt, dass das Kolbendruckstück 26 sich im Gehäuse 5 an dem innenliegenden Ende des Kolbenrohres 25 anschließt. Das Kolbenrohr 25 ist innen vollständig hohl. Bevorzugt ist dieses als Tiefziehteil, zum Beispiel aus Metall wie zum Beispiel Werkzeugstahl oder ähnlichem, gebildet, wodurch sich die Herstellung eines solchen Elementes erheblich verbilligt. Die Wandstärke des Kolbenrohres 25 beträgt daher vorliegend auch nur ca. 5 bis ca. 15 Prozent des Durchmessers des Kolbenrohres 25, oder des Außendurchmessers einzelner Teile (z.B. inneres Ende 27, erstes Rohrmittelstück 29, zweites Rohrmittelstück 202 und Verbindungbereich 203) des Kolbenrohres 25. Das Kolbenrohr 25 liegt mit seinem endseitig vorgesehenen Flanschring 24 an dem Kolbendruckstück 26 an. Der Flanschring 24 bildet somit eine radial orientierte (bezogen auf die Längsachse 22) Begrenzungsfläche des Kolbenrohres 25. Dieses innere Ende 27, welches auch den Flanschring 24 umfasst, wird auf den Verbindungsring 28, der das Kolbendruckstück 26 in Richtung des Kolbenrohrs 25 abschließt, aufgesteckt. Es kann hier eine relativ genaue Passung vorgesehen werden, und zum Beispiel das Kolbenrohr 25 so auf das Kolbendruckstück 26 aufgepresst werden. Natürlich sind auch andere Verbindungsverfahren wie zum Beispiel Verschweißen, Verlöten oder auch Verkleben der Elemente Kolbenrohr 25 und Kolbendruckstück 26 alternativ möglich. Das Ende 27 geht dann in einer Verjüngung 200 in ein erstes Rohrmittelstück 29 über, d.h. der Durchmesser des Kolbenrohres 25 im Bereich des ersten Rohrmittelstückes 29 ist geringer als im Bereich des Endes 27. Das erste Rohrmittelstück 29 schließt dann an einer weiteren, als Absatz ausgebildeten zweiten Verjüngung 201 an das zweite Rohrmittelstück 202 an. Der Durchmesser des Kolbenrohres 25 im Bereich des zweiten Rohrmittelstückes 202 ist geringer als im Bereich des ersten Rohrmittelstückes 29. Diese zweite Verjüngung 201 bildet einen Anschlag aus.
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Der Kolben 2 ist in einem Gleitlager 54 geführt. Dieses weist einen Innenflansch 55 auf. Wird der Kolben 2 nach rechts verschoben, so wird die Bewegung dadurch begrenzt, dass die schulterartige Verjüngung 201 auf dem radial wirkenden Innenflansch 55 des Gleitlagers 54 anliegt. Auf der Innenseite der Öffnung 51 des Gehäuses 5 ist das eben erwähnte Gleitlager 54 für das Kolbenrohr 25 vorgesehen. Das zweite Rohrmittelstück 202 ist auf diesem Gleitlager 54 gelagert. Das Gleitlager 54 besitzt den, ins Gehäuseinnere orientierten Innenflansch 55 der auch den Absatz 53 in diesem Bereich ausbildet. Da das Gehäuse 5 vorzugsweise aus Kunststoff besteht wird dieses Teil entsprechend überspritzt. Es ist aber auch möglich, dass das Gleitlager 54 in ein separat hergestelltes, beispielsweise gespritztes, Gehäuse 5, wie beispielsweise ein Kunststoffgehäuse, eingesetzt wird. Vorzugsweise ist hier, also im Bereich der Öffnung 51 und der Einbettung des Gleitlagers 54 in das Gehäuse 5 eine relativ hohe Genauigkeit günstig.
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In der hier gezeigten Stellung der Verriegelungseinheit 1 ist der Kolben 2 ganz in das Gehäuse 5 eingeschoben und es steht nur der endseitige Verbindungsbereich 203 des Kolbens 2 aus dem Gehäuse 5 hervor. Weitere, hier nicht gezeigte Elemente, die von dem Kolben 2 bewegt oder gehalten werden, werden im Verbindungsbereich 203 mit dem Kolben 2 verbunden. Dabei geht das zweite Rohrmittelstück 202 in der dritten Verjüngung 204 in den Verbindungsbereich 203 über.
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Wie bereits ausgeführt sind alle axialen Abschnitte, also das innere Ende 27, die erste Verjüngung 200, das erste Rohrmittelstück 29, die zweite Verjüngung 201, das zweite Rohrmittelstück 202, die dritte Verjüngung 204 und der Verbindungbereich 203 innen hohl. Zu beachten ist, dass der Verbindungsbereich 203 eine an der Mittelebene vorgesehenen Ausnehmung aufweist, also geschlitzt ist. Es bildet sich eine gabelartige Struktur des Verbindungsbereiches 203 aus, wobei verbleibende Halbschalen 211 des Verbindungsbereiches 203 gleichwohl eine ausreichende Stabilität für die Verbindung mit einem nicht weiter dargestellten weiteren Element zur Verfügung stellen.
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Zur Aufnahme eines Befestigungsbolzens oder Ähnliches sind in der Halbschale 211 je eine Bohrung oder sonstige Durchdringungsöffnung 210 vorgesehen. Das Kolbendruckstück 26 ist ebenfalls im Wesentlichen hülsenartig, also innen hohl gebildet. Zur Führung dient seine Außenfläche 205. Am vorderen, dem Kolbenrohr 25 zugewandten Ende ist an dem Kolbendruckstück 26 ein Außenring 206 vorgesehen. Dessen Außenfläche ist auf einer Gehäuseinnenwand 56 gelagert, zumindest aber geführt. Der Außenring 206 liegt in axialer Richtung (bezogen auf die Längsachse 22) an dem Flanschring 24 des Kolbenrohres 25 an. Eine dem Flanschring 24 abgewandte Druckseite 207 des Außenrings 206 wird mit Druck, bevorzugt mit hydraulischem Druck beaufschlagt und ist daher auch entsprechend massiv ausgebildet.
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Es ist hier ein ringförmiger Druckraum 70 vorgesehen. Bevorzugt ist daher das Kolbendruckstück 26 als Drehteil realisiert. Es besteht bevorzugt aus Werkzeugstahl. Radial außen ist an der Druckseite 207 ein umlaufender Absatz 208 vorgesehen, der eine O-Ringdichtung bzw. einen Dichtring 209 aufnimmt. Da diese O-Ringdichtung bzw. der Dichtring 209 dem hydraulischen Druck ausgesetzt ist wird diese auch in radialer Richtung gepresst und verschließt so zuverlässig einen vielleicht noch verbleibenden Spalt zwischen der radialen Außenfläche des Außenringes 206 und der Gehäuseinnenwand 56.
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Des Weiteren ist ein Mittelstück 6 vorgesehen. Das Mittelstück 6 ist ebenfalls hülsenartig ausgebildet und bildet an seiner Innenseite eine Lagerfläche 60 für das Kolbendruckstück 26 aus. Die Lagerfläche 60 wirkt dabei zusammen mit der Mantelfläche bzw. Außenfläche 205 des Kolbendruckstückes 26. Das Mittelstück 6 ist in der Verriegelungseinheit 1 ortsfest. Beispielsweise ist das Mittelstück 6 als Drehteil vorgesehen und besteht bevorzugt aus einem üblichen Werkzeugstahl. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Mittelstück 6 als ein Sinterformteil ausgebildet ist oder in einem formativen Verfahren gefertigt ist, insbesondere mittels 3D-Druckens, Metallpulverspritzgießens, selektiven Laserschmelzens oder selektiven Lasersinterns. Sintern oder formatives Fertigen sind kostengünstige Herstellungsverfahren, mit welchen sich zudem nahezu beliebig ausgeformte Werkstücke in einem einzigen Arbeitsgang herstellen lassen. Das Mittelstück 6 besitzt in Abhängigkeit von anderen Bauteilen der vorgeschlagenen Verriegelungseinheit 1 eine axiale Länge (bezogen auf die Längsachse 26). Die axiale Länge des Mittelstückes 6 entspricht vorliegend ca. 100-200 %, bevorzugt ca. 130-170 % des Hubs des Kolbens 2. Die axiale Länge des Mittelstückes 6 entspricht vorliegend ca. 20-50 %, bevorzugt ca. 30-40 % der axialen Länge des Kolbens 2. Die axiale Länge des Mittelstückes 6 entspricht vorliegend ca. 10-30 %, bevorzugt ca. 13-20 % der axialen Länge der Verriegelungseinheit 1.
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Die Außenfläche 205 ist dabei die Mantelfläche eines Zylinders. Die Außenfläche 205 trägt an ihrem dem Kolbenrohr 25 abgewandten und dem Elektromagneten 3 zugewandten Ende in einer Umfangsnut 212 eine weitere O-Ringdichtung 213. Diese O-Ringdichtung 213 dichtet den zwischen der Außenfläche 205 und der Lagerfläche 60 verbleibenden Spalt, der unter Druck steht, in Richtung zum Elektromagneten 3 ab.
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Der in 1a und 1b gezeigte Kolben 2 besteht aus den beiden Bauteilen, dem Kolbenrohr 25 und dem Kolbendruckstück 26, die in der hier gezeigten Variante miteinander mechanisch fest verbunden, weil zum Beispiel aufgesteckt oder verpresst sind. Sie können alternativ aber auch fliegend zueinander ausgeführt sein d.h. nur aufgrund der Kraftwirkung des angelegten Druckes einerseits und der dagegen gerichteten Kraft der Kolbenfeder 23 andererseits aneinandergedrückt. Dieser aus zwei Bauteilen bestehende Kolben 2 ist zunächst durch das Kolbendruckstück 26 auf der Lagerfläche 60 des Mittelstückes 6 gelagert. Eine weitere Lagerung ist alternativ an dem Außenring 206 des Kolbendruckstücks 26 im Zusammenspiel mit der Gehäuseinnenwand 56 vorgesehen. Schlussendlich ist das zweite Rohrmittelstück 202 des Kolbenrohres 25 an dem einseitig vorgesehenen Gleitlager 54 gelagert. Auch eine Innenfläche 214 des Kolbendruckstückes 26 ist nicht glatt sondern besitzt jeweils endseitig, also zueinander axial (bezogen auf die Längsachse 22) beabstandete Ausbuchtungen oder Rastaufnahmen 20, 20a, 20b. Der Durchmesser der ringartigen Ausbuchtungen oder Rastaufnahmen 20, 20a, 20b ist dabei größer als der Durchmesser der zwischen ihnen liegenden Innenfläche 214.
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Die Rastaufnahmen 20, 20a, 20b sind in die Innenfläche 214 des hülsenartigen Kolbendruckstückes 26 als Absatz oder innenliegende Schulter eingedreht. Die Rasteinheit 4 ist in dem Gehäuse 5 ortsfest angeordnet, der Kolben 2 ist gegenüber der Rasteinheit 4 axial bzw. längsbeweglich ausgeführt. In der in 1a und 1b gezeigten Stellung ist allerdings die Bewegung des Kolbens 2 nach rechts, in Richtung der Öffnung 51, durch die Rasteinheit 4 blockiert, die Verriegelungseinheit 1 ist in der eingezogenen Position des Kolbens 2 blockiert.
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Wie bereits erwähnt besitzt die Rasteinheit 4 je in Bohrungen 45 radial (bezüglich der Längsachse 22) beweglich gelagerte Rastelemente 40, hier zum Beispiel Kugeln 40 eines Kugelkäfigs. Der Elektromagnet 3 ist in einer abgefallenen Position gezeigt, das heißt, die Wicklung 33 ist nicht mit Strom beaufschlagt. Daher bildet sich zwischen dem Anker 30 und dem Magnetkern 36 der Luftspalt 39 aus, da die Magnetfeder 300 den Anker 30 nach rechts versetzt und somit auch das Steuerelement 43, an dem sich die Magnetfelder 300 ja abstützt. Somit gelangt das Steuerelement 43 derart an die axiale Position der Rastelemente/Kugeln 40, so dass die Konusfläche 400 des Steuerelementes 43 auf die Rastelemente/Kugeln 40 wirket und diese radial (bezogen auf die Längsachse 22) nach außen, in die jeweiligen Rastaufnahmen 20, 20a schiebt. Dann allerdings ist eine Längsbewegung des Kolbens 2, also eine Bewegung des Kolbens 2 nach rechts blockiert, da eine erste Innenschulter 215a, die die Rastaufnahme 20, 20a begrenzt, an den radial nach außen versetzten Rastelementen 40 anliegt. Die erste Innenschulter 215a befindet sich dabei an der ersten Rastaufnahme 20a an der, der zweiten Rastaufnahme 20b zugewandten Seite.
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In der in 1a und 1b gezeigten Stellung liegt des Weiteren das dem Kolbenrohr 25 abgewandte Ende des Kolbendruckstückes 26 an einer radial verlaufenden Anschlagfläche 61 des Mittelstückes 6 an und blockiert so auch eine Bewegung des Kolbens 2 nach links, in Richtung des Elektromagneten 3.
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Diese Endstellung wird einerseits begrenzt durch das Anliegen der zweiten Verjüngung 201 an dem Innenflansch 55 des Gleitlagers 54 im Bereich der Öffnung 51 des Gehäuses 5. In dieser Stellung ist wiederum der Elektromagnet 3 abgeschaltet, also die Wicklung 33 nicht mit Strom beaufschlagt, wodurch das Steuerelement 43 die Rastelemente/Kugeln 40 in die äußere bzw. zweite Rastaufnahme 20,20b des Kolbendruckstückes 26 schiebt und so andererseits eine Bewegung nach links blockiert. Es liegen dann die radial herausgeschobenen Rastelemente/Kugeln 40 an einer zweiten Innenschulter 215b an, die die zweite Rastaufnahme 20b begrenzt. Die zweite Innenschulter 215b befindet sich dabei an der der ersten Rastaufnahme 20a zugewandten Seite der zweiten Rastaufnahme 20b. Wie bereits beschrieben sind die beiden Rastaufnahmen 20a und 20b axial (bezogen auf die Längsachse 22) zueinander beabstandet. Der Kolben 2, insbesondere das Kolbendruckstück 26 ist beweglich gelagert zwischen der radial innen angeordneten Rasteinheit 4 und dem radial außen angeordneten Mittelstück 6. Das Mittelstück 6 nimmt in der Verriegelungseinheit 1 in der gezeigten Ausführung eine zentrale Position ein. Es trägt einerseits an seiner radialen Außenseite 62 das hülsenartige Gehäuse 5. Es stellt andererseits aber auch eine Verbindung mit dem Elektromagneten 3, insbesondere mit dessen Magnetgehäuse 34 her. In 1b ist im unteren Bereich ein radial verlaufender Spalt 65 zwischen dem Magnetgehäuse 34 und dem Gehäuse 5 erkennbar, der sich radial innen in einen Kanal 66a erstreckt, der im fluidischen Kontakt mit einem Zwischenraum 66b steht, der sich zwischen dem Druckstück 26 und der Rasteinheit 4 ergibt. Der radial verlaufende Kanal 66a wird dabei so realisiert, dass an einem dem Elektromagneten 3 zugewandten Fußbereich 68 des Mittelstückes 6 eine Aussparung 67 vorgesehen ist und so der dem Elektromagneten 3 zugewandte Fußbereich 68 des Mittelstückes 6 nicht am ganzen Umfang an dem Flanschteil des Spulenkörpers 32 anliegt. Die fluidisch zusammenhängenden Elemente Zwischenraum 66b, Kanal 66a und Spalt 65 erlauben eine Entlüftung des Inneren der Verriegelungseinheit 1.
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Des Weiteren leistet das Mittelstück 6 eine radiale Ausrichtung des Elektromagneten 3 zur Rasteinheit 4. In diesem Bereich ist es günstig, eine hohe Konzentrizität zu realisieren. Das Mittelstück 6 besitzt an seiner dem Elektromagneten 3 abgewandten, bzw. dem Kolbenrohr 25 zugewandten Seite eine umlaufende Anlageschulter 63, an dem sich dann ein ring- und/oder konusartiger Verbindungsbereich 64 anschließt. Dieser Verbindungsbereich 64 ist Bestandteil des Mittelstücks 6. Dabei hat der Verbindungsbereich 64 mehrere Aufgaben. Zunächst stützt dieser ein Rohrstück 57 ab, welches auch als Hülsenstück bezeichnet werden kann, das Teil des Gehäuses 5 ist und auf seiner Innenseite die Gehäuseinnenwand 56 zur Verfügung stellt. Des Weiteren begrenzt zumindest ein Teil des Verbindungsbereiches 64 den Druckraum 70, ist also in Kontakt mit dem mit Druck beaufschlagbaren Medium. Hierzu ist das Rohrstück 57 auf den vorzugsweise ringartigen Bereich des Verbindungsbereiches 64 aufgeschoben oder aufgepresst. Wie bereits beschrieben, liegt der Kolben 2, insbesondere das Kolbendruckstück 26 an der Gehäuseinnenwand 56 an, insofern hat das Rohrstück 57 die Eigenschaften eines Zylinders. Bevorzugt begrenzt bzw. leitet das Rohrstück 57 den Druck des Fluids zur Verstellung des Kolbens 2 nicht nur auf seiner Gehäuseinnenwand 56, sondern auch auf seiner Rohraußenseite 58. Die Lagerung des ersten Endstückes des Rohrstückes 57 auf dem Mittelstück 6 unterstreicht die zentrale Bedeutung des Mittelstückes 6 in der hier gezeigten Ausführung. Das zweite Endstück des Rohrstückes 57 ist im Gehäuse 5 gelagert und die Innenseite des Rohrstückes 57 dient als Lagerung bzw. Führung des Kolbens 2. Das Rohrstück 57 ist in der vorliegenden Ausführung rechtsseitig fluiddicht mit dem Gehäuse 5 verbunden. Dies wird dadurch bewirkt, dass das Rohrstück 57 in eine Nut 80 des Gehäuses 5 eingeschoben wird. Die Nut 80 ist dabei ringförmig ausgebildet und radial innenseitig von einem Vorsprung 81 des Gehäuses 5 begrenzt. Durch die fluiddicht ausgeführte Verbindung ist sichergestellt, dass unter Druck befindliches Fluid, welches sich im Druckleitungskanal 71 befindet, nicht an der Verbindungsstelle zwischen Gehäuse 5 und Rohrstück 57 in einen Bereich radial außenseitig zum Kolbenrohr 25 gelangt, was einer Bewegung des Kolbens 2 nach rechts, welche durch das unter Druck stehende Fluid wie nachfolgend beschrieben gerade erreicht werden soll, entgegenwirken würde.
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An dem Gehäuse 5 sind im Bereich des Rohrmittelstücks 29 vier ösenartige Befestigungsaufnahmen 729 angeordnet, wobei sich die Befestigungsaufnahmen 729 diametral bezüglich des Gehäuses 5 gegenüberliegen. Die Befestigungsaufnahmen 729 sind monolithisch mit dem Gehäuse 5 ausgebildet und können von jeweils einer Schraube durchgriffen werden, um das Gehäuse 5 ortsfest zu fixieren. Zwischen den beiden in der Bildebene oben gezeigten Befestigungsaufnahmen 729 ist ein Zulaufvorraum 710 angeordnet, welcher ebenfalls monolithisch in dem Gehäuse 5 ausgebildet ist und eine Zulauföffnung 712 aufweist. An dem Gehäuse 5 bzw. mit der Zulauföffnung 712 verbunden ist ein nicht weiter dargestellter Druckanschluss, der ein unter Druck stehendes Medium als Antrieb für den Kolben 2 zur Verfügung stellt. Vorzugsweise ist dieser Druckanschluss in der der Öffnung 51 zugewandten Hälfte des Gehäuses 5 angeordnet.
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2 zeigt, dass über die Zulauföffnung 712, welche eine O-Ringdichtung 730 und ein Filterelement 716 umfasst, das Medium in das Gehäuse 5 einströmen und ausströmen kann. Der Zulaufvorraum 710 ist kubisch ausgebildet und erstreckt sich tangential zum Abschnitt des Gehäuses 5, welches den Kolben 2 umgibt. Entlang des Fluidpfades kann das Medium über eine Einlauföffnung 714 aus dem Zulaufvorraum 710 in den Druckleitungskanal 71 einströmen. Die Einlauföffnung 714 ist tangential zum Abschnitt des Gehäuses 5, welches den Kolben 2 umgibt, ausgerichtet, so dass der Fluidpfad in diesem Bereich radial bezüglich der Längsachse 22 verläuft.
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Um nun einen möglichst großen Hub des Kolbens 2 zu realisieren, muss die mit Druck beaufschlagbare Druckseite 207 des Kolbendruckstückes 26 in der eingezogenen Position des Kolbens 2 möglichst weit von der Öffnung 51 entfernt sein. Diese Randbedingung führt dazu, dass im Gehäuse 5, bzw. in der Verriegelungseinheit 1 das unter Druck stehende Medium zunächst entgegen der bevorzugten Bewegungsrichtung (der durch die Druckbeaufschlagung realisierten Arbeitsbewegung, in 1a nach rechts) des Kolbens 2 geleitet werden muss, um dann an geeigneter Stelle umgelenkt und auf die Druckseite 207 geführt zu werden. Der nicht gezeigte Druckanschluss steht daher in fluidischer Verbindung mit dem im Wesentlichen axial (bezogen auf die Längsachse 22) verlaufenden Druckleitungskanal 71. Dieser Druckleitungskanal 71 wird radial innen von der Außenseite 58 des Rohrstückes 57 und radial außen von dem Kunststoffgehäuse 5, insbesondere dessen Innenwand 500 begrenzt. Der Druckleitungskanal 71 kann das gesamte Rohrstück 57 (bezogen auf seine Umfangsrichtung) umfassen oder sich nur in einem Segment, wie in 1a und 1b gezeigt, axial erstrecken.
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Da das Rohrstück 57 fest, und daher auch dicht bzw. druckdicht auf dem Verbindungsbereich 64 des Mittelstücks 6 aufgesteckt ist, ist auf der axialen Höhe, bezogen auf die Längsachse 22, des Verbindungsbereiches 64 in dem Rohrstück 57 eine Durchbrechung 501 vorgesehen durch die das unter Druck stehende Medium aus dem Druckleitungskanal 71 in den Druckraum 70 auf der Innenseite des Rohrstückes 57 gelangt. Das Rohrstück 57 hat somit eine Mehrzahl von Aufgaben. Seine Gehäuseinnenwand 56 dient als Führung bzw. Lagerung des Kolbens 2. Seine Außenseite 58 dient zumindest teilweise als Druckleitungskanal 71. Des Weiteren stützt, bzw. steift das Rohrstück 57 das Gehäuse 5 aus, welches vorzugsweise aus Kunststoff besteht. Diese kombinierte Bauweise des Gehäuses 5 vereinigt geringe Masse und günstige Herstellung mit hoher Verschleißfestigkeit und daher mit hoher Verfügbarkeit einer so ausgestatteten Verriegelungseinheit. Das Rohrstück 57 ist an seinem dem Verbindungsbereich 64 abgewandten Ende 59 ringartig von dem Kunststoffmaterial des Gehäuses 5 umgeben. Daher erstreckt sich der Druckleitungskanal 71 nicht zwingend über die gesamte axiale Länge des Rohrstückes 57. Beispielsweise kann das Rohrstück 57 von dem Kunststoff des Gehäuses 5 umspritzt werden, alternativ kann beispielsweise das Rohrstück 57 in ein, in einem separaten Fertigungsschritt hergestelltes Gehäuse 5 eingesteckt oder eingepresst werden.
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Wie bereits ausgeführt, besteht zwischen dem Druckleitungskanal 71, der auf der radialen Außenseite des Rohrstückes 57 angeordnet ist und dem Druckraum 70, der auf der radialen Innenseite des Rohrstückes 57 angeordnet ist, eine fluidische Verbindung. In dem in den 1a und 1b gezeigten Beispiel wird diese Verbindung durch die Durchbrechung 501 in dem Rohrstück 57 realisiert. Das dem Mittelstück 6 zugewandte Ende 502 des Rohrstückes 57 ist dabei auf den Verbindungbereich 64 vollständig aufgeschoben und liegt satt (und damit auch abdichtend) an der radial nach außen verlaufenden Anlageschulter 63 an.
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3 zeigt nun im Detail querschnittlich ein Überdruckventil 700, welches am Gehäuse 5 ausgebildet und von einer Ventillängsachse 764 durchgriffen ist. Das Überdruckventil 700 in den 1a bis 4 ist als federbelastetes Rückschlagventil ausgebildet und weist einen Ventilsitz 702 auf, welcher monolithisch mit dem Gehäuse 5 ausgebildet ist, bzw. bei dem Spritzgussvorgang für das Gehäuse mit ausgebildet wurde. Durch den Ventilsitz 702 führt eine Überdrucköffnung 732, welche mit dem Zulaufvorraum 710 fluidisch verbunden ist und den Teil einer Bohrung 738 darstellt. Somit ist das Überdruckventil 700 auch fluidisch mit dem Druckleitungskanal 71 verbunden. Die Überdrucköffnung 732 ist standardmäßig von einer Kugel 706 als Verschlussteil geschlossen gehalten, welche in Längsrichtung des Überdruckventils 700 bzw. entlang der Ventillängsachse 764 von einem Verschlussteilführungselement 718 geführt ist. Hierzu weist das Verschlussteilführungselement 718 radial verlaufende Stege 734 auf, wobei benachbarte Stege 734 jeweils eine zwischenliegende Fluidnut 722 einschließen. Jede Fluidnut 722 erstreck sich in Öffnungswegrichtung. Die zwischen benachbarten Fluidnuten 722 ausgebildeten Stege 734 dienen innenumfangsseitig zum Führen des Verschlusselements entlang dessen Verstellwegs. Die Stege 734 sind gleichmäßig beabstandet und in Umfangsrichtung bezüglich der Ventillängsachse 764 benachbart zueinander in der Bohrung 738 angeordnet. Die Stege 7 stehen von der Innenwandfläche der Bohrung 738 in diese hinein ab. Die Kugel 706 ist in die geschlossene Stellung mittels eines als Schraubendruckfeder ausgebildeten Federelements 728 mit einer Federkraft druckbeaufschlagt, die sich einends an der Kugel 706 abstützt. Anderenends stützt sich das Federelement 728 an einem Begrenzungselement 720 ab. Die Federkraft wird auf die Kugel 706 übertragen und diese schließt gegen den Ventilsitz 712, welche gemeinsam das Abdichten sicherstellen. Dieser Zustand wird aufrechterhalten, solange die Federkraft größer ist als die entgegengesetzte Kraft des Mediums, die durch den Druck des Mediums am Eintritt des Ventils bzw. an der Überdrucköffnung 732 entsteht. Überschreitet der Mediendruck die Federkraft, wird die Kugel 706 gegen die Federkraft in die Offenstellung verbracht und der Druck kann aus dem Gehäuse 5 entweichen. Die Kugel 706 hebt vom Ventilsitz 702 ab und gibt einen Spalt zwischen sich und einer Konusfläche 768 frei, durch welchen der Druck in die Fluidnuten 722 entweichen kann. Die Kugel wird maximal so weit in Öffnungsstellung entlang des Verstellwegs verstellt, bis das Federelement 728 vollkomprimiert ist. Jedoch reichen meist bereits geringe Hübe, um Druckspitzen abzufangen. Unterschreitet die entgegengesetzte Kraft des Mediums die Federkraft, so drück das Federelement 728 die Kugel 706 zurück in Richtung Ventilsitz 702 und zwar geführt und zentriert von den Stegen 734. Jeder Steg 734 weist an seiner dem Ventilsitz 702 gegenüberliegenden Seite eine Einlaufschräge 766 auf, welche in Richtung des Ventilsitzes 702 verläuft. Die Einlaufschrägen 766 dienen zur Zentrierung des Federelements 728 und der Kugel 706 bezüglich des Ventillängsachse 764.
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Das Begrenzungselement 720 ist als separates Element zum Gehäuse 5 ausgebildet und ist an diesem über eine Verbindung 736 befestigt. Das Begrenzungselement 720 kann aus Kunststoff gebildet sein. Die Verbindung 736 kann eine Verschraubung, eine Verschweißung, eine Verklebung oder Ähnliches sein. Das Begrenzungselement 720 weist einen in Öffnungswegrichtung verlaufenden Zentralkanal 724 entlang seiner Längsachse auf, welcher zum Ausleiten des unter Druck stehenden Mediums dient. Dieses Medium ist beispielsweise an einen Getriebesumpf 726 leitbar und somit erneut dem hydraulischen Kreislauf zuführbar. Zum Aufnehmen eines Abschnitts des Federelements 728 weist das zweite Begrenzungselement 720 einen Aufnahmeraum 740 auf und zum Abstützen des Federelements 728 weist das Begrenzungselement 720 eine Ringfläche 742 auf. Die Ringfläche 742 verbindet den Zentralkanal 724 mit dem Aufnahmeraum 740.
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Das Überdruckventil 700 weist eine Öffnungswegbegrenzung für die Kugel 706 auf. Hierzu dient das zweite Begrenzungselement 720 mit seiner Stirnfläche 746 als Anschlag für das erste Begrenzungselement 718 mit seiner Stirnfläche 748. Das Verschlussteil bzw. die Kugel 706 ist somit in ihrer Bewegungsfreiheit begrenzt. Mit Übersteigen des Grenzwertes öffnet sich das Überdruckventil 700 bzw. die Kugel 706 wird in die Offenstellung verbracht, und zwar maximal so weit, wie es die Öffnungswegbegrenzung zulässt.
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In den Zulaufvorraum 710 führt einends die Zulauföffnung 712 ein, wobei gegenüberliegend das Überdruckventil 700 angeordnet ist. Der Zulaufvorraum 710 weist einen schrägen Deckenverlauf auf, wobei die Überdrucköffnung 732 im der Zulauföffnung 712 näheren Teil des Deckenverlaufs angeordnet ist. Da das Medium entlang des Fluidpfades in Richtung der Druckseite 207 zunächst das Filterelement 716 passiert, ist das Überdruckventil 700 diesbezüglich stromabwärts oder nachgelagert angeordnet.
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4 zeigt nun einen Ausschnitt eines möglichen hydraulischen Schaltplans der beschriebene Verriegelungseinheit 1. Es ist der Fluidpfad 704 eingezeichnet, der von gehäusextern kommend sich durch die Zulauföffnung 712, den Zulaufvorraum 710, den Druckleitungskanal 71 bis in den Druckraum 710 mit der Druckseite 207 erstreckt. Die Verriegelungseinheit 1 kann nun so ausgestaltet sein, dass das mindestens eine Überdruckventil 700 derart in dem Gehäuse 5 ausgebildet ist, dass es unmittelbar fluidisch verbunden ist mit dem Zulaufvorraum 710, dem Druckleitungskanal 71 oder dem Druckraum 70. Ein Überdruckventil 700 kann also an einer dieser Stellen verortet sein. Es kann jedoch mehr als ein Überdruckventil 700 vorgesehen sein.
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Die 5a bis 5f zeigen Verschlussteile weiterer Ausgestaltungen. Erreicht wird die Führung eines Tellers 708 dadurch, dass ein Federelement 744 vorgesehen ist, das in geeigneter Weise an dem Dichtsitz festlegbar ist und bevorzugt mittig bzw. symmetrisch oder zentrisch den Teller 708 als Dichtelement trägt. Für die Ausgestaltung des Federelementes 744 gibt es hierbei eine Vielzahl verschiedener Varianten. In dem hier in 5a gezeigten Ausführungsbeispiel ist z. B. der Teller 708 als Dichtelement im mittleren, als Aufnahmebereich 750 beschriebenen Bereichs des Federelements 744 aufgespritzt, wobei in diesem Bereich das Federelement 744 entsprechende Durchbrechungen aufweist, durch die das (elastische) spritzbare Material des Dichtelementes hindurchdringt und eine insbesondere formschlüssige Verbindung mit dem Federelement 744 bildet. Das Federelement 744 erlaubt eine Beweglichkeit des Dichtelements in einer Bewegungsrichtung, die parallel ist zu der Bewegung 33 des Anstellkörpers 3. Das Federelement 744 und das Dichtelement sind in der Bohrung 738 angeordnet und somit geführt und auch geschützt.
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5a zeigt z. B. die Ausgestaltung des Federelements 744 mit einer Mäanderfeder, bei welcher sich spiralförmige Durchdringungsöffnungen 758 an spiralförmig verlaufende federnde Materialstege oder -Brücken 754 anschließen. Der Federweg bestimmt sich dabei insbesondere durch die Länge dieser Materialbrücken 754. Für eine bessere Orientierung in dem Federlement ist in 5b der Aufnahmebereich 750 von dem Federbereich 752 getrennt gezeigt. Der Federbereich 752 liegt radial außen und übernimmt schwerpunktmäßig (bevorzugt ausschließlich) die federnde Eigenschaft des Federelementes 744. Der Aufnahmebereich 750 dient zur Aufnahme und zur Befestigung des Dichtelementes. In 5b sind radial verlaufende Strahlen 756 vorgesehen, die den Federbereich 752 bilden, zwischen ihnen erstrecken sich die Durchdringungsöffnungen 758. 5c zeigt einen ähnlichen Aufbau wie 5b, die Befestigungsstrahlen 756 sind hier kreuzförmig angeordnet und bilden ihrerseits Durchbrechungen 760 aus. 5d zeigt ein Federelement, dass scheibenartig gebildet ist, ähnlich wie die „Mäanderfeder“ Variante nach 5a, aber auch mit im Wesentlichen radial verlaufenden federnden Strahlen 756, die sich im radial äußeren Bereich aufweiten und so die vier gleichgroßen äquidistant angeordneten Durchdringungsöffnungen 758 in Umfangsrichtung des Federelementes 8 bilden. 5e zeigt eine zweiseitige, gegenüberliegend gelagerte Ausgestaltung des Federelementes 744, die in 5f noch weiter vereinfacht wird, in dem nur vier Stäbe 762 H-artig angeordnet sind und zwischen sich das Dichtelement tragen.
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Die Erfindung ist nicht auf eine der vorbeschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern in vielfältiger Weise abwandelbar. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
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In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
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Zur Vermeidung von Wiederholungen sollen vorrichtungsgemäß offenbarte Merkmale auch als verfahrensgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein. Ebenso sollen verfahrensgemäß offenbarte Merkmale als vorrichtungsgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Verriegelungseinheit
- 2
- Kolben
- 3
- Elektromagnet
- 4
- Rasteinheit
- 5
- Gehäuse
- 6
- Mittelstück
- 20
- Rastaufnahme
- 20a
- Rastaufnahme
- 20b
- Rastaufnahme
- 22
- Längsachse
- 23
- Kolbenfeder
- 24
- Flanschring
- 25
- Kolbenrohr
- 26
- Kolbendruckstück
- 27
- Ende
- 28
- Verbindungsring
- 29
- Rohrmittelstück
- 30
- Anker
- 31
- Ankerstange
- 32
- Spulenkörper
- 33
- Wicklung
- 34
- Magnetgehäuse
- 35
- Ankerraum
- 36
- Magnetkern
- 37
- Bodenfläche
- 38
- Abschlussfläche
- 39
- Luftspalt
- 40
- Rastelement
- 41
- Jochteil
- 42
- Innenraum
- 43
- Steuerelement
- 44
- Endbereich
- 45
- Bohrung
- 47
- Durchdringungsbohrung
- 48
- Abschnitt
- 49
- Abschnitt
- 50
- Gehäuseende
- 51
- Öffnung
- 52
- Gehäuseende
- 53
- Absatz
- 54
- Gleitlager
- 55
- Innenflansch
- 56
- Gehäuseinnenwand
- 57
- Rohrstück
- 58
- Rohraußenseite
- 59
- Ende
- 60
- Lagerfläche
- 61
- Anschlagfläche
- 62
- Außenfläche
- 63
- Anlageschulter
- 64
- Verbindungsbereich
- 65
- Spalt
- 66a
- Kanal
- 66b
- Zwischenraum
- 67
- Aussparung
- 68
- Fußbereich
- 70
- Druckraum
- 71
- Druckleitungskanal
- 80
- Nut
- 81
- Vorsprung
- 200
- Verjüngung
- 201
- Verjüngung
- 202
- Rohrmittelstück
- 203
- Verbindungbereich
- 204
- Verjüngung
- 205
- Außenfläche
- 206
- Außenring
- 207
- Druckseite
- 208
- Absatz
- 209
- Dichtring
- 210
- Durchdringungsöffnung
- 211
- Halbschale
- 212
- Umfangsnut
- 213
- O-Ringdichtung
- 214
- Innenfläche
- 215a
- Innenschulter
- 215b
- Innenschulter
- 300
- Magnetfeder
- 301
- Bohrung
- 302
- Bohrung
- 400
- Konusfläche
- 401
- Aufnahmebohrung
- 402
- Innenraumwand
- 404
- Aussparung
- 405
- Ausgleichsöffnung
- 406
- Außenraum
- 500
- Innenwand
- 501
- Durchbrechung
- 502
- Ende
- 700
- Überdruckventil
- 702
- Ventilsitz
- 704
- Fluidpfad
- 706
- Kugel
- 708
- Teller
- 710
- Zulaufvorraum
- 712
- Zulauföffnung
- 714
- Einlauföffnung
- 716
- Filterelement
- 718
- Verschlussteilführungselement
- 720
- Begrenzungselement
- 722
- Fluidnut
- 724
- Zentralkanal
- 726
- Getriebesumpf
- 728
- Federelement
- 729
- Befestigungsaufnahme
- 730
- O-Ringdichtung
- 732
- Überdrucköffnung
- 734
- Steg
- 736
- Verbindung
- 738
- Bohrung
- 740
- Aufnahmeraum
- 742
- Ringfläche
- 744
- Federelement
- 746
- Stirnfläche
- 748
- Stirnfläche
- 750
- Aufnahmebereich
- 752
- Federbereich
- 754
- Materialbrücke
- 756
- Strahlen
- 758
- Durchdringungsöffnung
- 760
- Durchbrechung
- 762
- Stab
- 764
- Ventillängsachse
- 766
- Einlaufschräge
- 768
- Konusfläche
