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Die Erfindung betrifft ein Hydrauliksystem mit einer Reversierpumpe, die zwei Förderanschlüsse umfasst, über die ein Hydraulikmedium aus einem Tank in entgegengesetzten Förderrichtungen gefördert werden kann, um ein Betätigungselement hydraulisch zu betätigen und um eine Kühlung und/oder Schmierung mit Hydraulikmedium zu versorgen, und mit einer Ventilanordnung, über die ein Betätigungskolben in einem doppelt wirkenden Betätigungszylinder mit Hydraulikmedium beaufschlagbar ist, wobei der Betätigungskolben mechanisch mit dem Betätigungselement gekoppelt ist. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Hydrauliksystems.
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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 hydraulischer Parksperrenbetätiger, der einen doppelt wirkenden Kolben besitzt, mit Hydraulikmittel zur Parksperrenaktuierung versorgbar ist, wobei der Kolben als Differenzflächenkolben oder als Gleichflächenkolben ausgelegt ist, wobei der Parksperrenbetätiger über eine Rastiervorrichtung lagefestlegbar ist, wobei die Rastiervorrichtung ein federvorgespanntes Blockierelement besitzt, das zum Eingreifen in eine formgegengleiche Ausnehmung bemessen und angeordnet ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Kosten zum Herstellen und/oder Betreiben eines Hydrauliksystems gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu reduzieren.
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Die Aufgabe ist bei einem Hydrauliksystem mit einer Reversierpumpe, die zwei Förderanschlüsse umfasst, über die ein Hydraulikmedium aus einem Tank in entgegengesetzten Förderrichtungen gefördert werden kann, um ein Betätigungselement hydraulisch zu betätigen und um eine Kühlung und/oder Schmierung mit Hydraulikmedium zu versorgen, und mit einer Ventilanordnung, über die ein Betätigungskolben in einem doppelt wirkenden Betätigungszylinder mit Hydraulikmedium beaufschlagbar ist, wobei der Betätigungskolben mechanisch mit dem Betätigungselement gekoppelt ist, dadurch gelöst, dass das Betätigungselement mit einer Energie-Lade/Entlade-Vorrichtung gekoppelt ist, die in einem ersten Endabschnitt eines Betätigungsweges des Betätigungskolbens durch diesen mit einer Betätigungsenergie aufgeladen wird, die in einem dem ersten Endabschnitt entgegengesetzten zweiten Endabschnitt des Betätigungsweges des Betätigungskolbens an das Betätigungselement abgegeben wird. Bei dem Hydraulikmedium handelt es sich zum Beispiel um ein Hydrauliköl, das verkürzt auch als Öl bezeichnet wird. Bei dem Hydraulikmedium kann es sich aber auch um Wasser handeln. Analog kann es sich bei der Reversierpumpe um eine Wasserpumpe handeln. Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung werden die Funktionen der Kühlung und/oder Schmierung sowie der Betätigung ohne ein aktives Schaltelement beziehungsweise aktives Ventil verwirklicht. Dadurch werden vorteilhaft Probleme bei einem Stromausfall vermieden. In einem ersten Betätigungsbereich ist neben der eigentlichen Betätigungskraft noch zusätzlich eine Kraft zum Spannen der Federeinrichtung erforderlich, jedoch muss der Betätigungskolben in dem ersten Betätigungsbereich nur über den halben Betätigungsweg wirken. Die Reversierpumpe und ein zum Antrieb verwendeter Pumpenmotor benötigen so vorteilhaft keine größere Dimensionierung. Der Betätigungszylinder und der Betätigungskolben sind allerdings anders zu dimensionieren als bei herkömmlichen Hydrauliksystemen. Durch den nur noch etwa halben Betätigungsweg kann besonders vorteilhaft der benötigte axiale Bauraum reduziert werden.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydrauliksystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Energie-Lade-Entlade-Vorrichtung zwei mit einem durch eine Federeinrichtung vorgespannten Nockenelement zusammenwirkende Nockenrampen umfasst, die einen Rampenwinkel einschließen und eine Rampenfläche mit einem Hochpunkt darstellen, der einer Wirkfläche an dem Nockenelement zugewandt ist, wobei der Betätigungskolben unter Zwischenschaltung eines Überwegmechanismus mit dem Betätigungselement und mit den Nockenrampen gekoppelt ist, wobei die Federeinrichtung so konzipiert ist, dass die Nockenrampen nach einem hydraulisch bewirkten Überwinden des Hochpunkts allein mittels Vorspannung der Federeinrichtung verschoben werden, um das Betätigungselement zu aktivieren. Durch die beiden in einem definierten Winkel zueinander angeordneten Nockenrampen wird in Kombination mit dem vorgespannten Nockenelement sichergestellt, dass mit dem Betätigungskolben in dem Betätigungszylinder immer eine der beiden Endlagen angefahren wird. In dem ersten Betätigungsbereich bis zum Hochpunkt wird der Betätigungskolben in dem Betätigungszylinder hydraulisch betätigt. Nach Überschreiten des Hochpunkts wird der Betätigungskolben durch die Lade-/Entlade-Vorrichtung allein mittels Federkraft ohne hydraulische Kraft weiter verschoben, um das Betätigungselement zu aktivieren. Durch den Überwegmechanismus, der dem Betätigungskolben nachgeschaltet ist, wird sichergestellt, dass der Betätigungskolben seinen vollen Betätigungsweg in dem Betätigungszylinder ausführen kann. Das Nockenelement kann als Kugel ausgeführt sein. Der Hochpunkt kann als Rundung ausgeführt sein. Ein Rundungsradius ist dann vorteilhaft kleiner als ein Rundungsradius einer vorteilhaft ebenfalls gerundeten Wirkfläche des Nockenelements.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydrauliksystems ist dadurch gekennzeichnet, dass der Rampenwinkel als stumpfer Winkel ausgeführt ist. Der Rampenwinkel beträgt zum Beispiel zwischen einhundert und einhundertzwanzig Grad.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydrauliksystems ist dadurch gekennzeichnet, dass der Überwegmechanismus einen mit dem Betätigungselement und mit den Nockenrampen gekoppelten Überwegmitnehmer umfasst, der relativ zu dem Betätigungskolben verlagerbar ist. Durch den Überwegmechanismus wird auch ermöglicht, dass ein Kühlanschluss des Betätigungszylinders am Ende der Betätigung komplett freigegeben wird. Hierfür ist lediglich eine freie Länge für den Überwegmitnehmer so auszulegen, dass dieser am Ende der Betätigung durch die Kraft der Federeinrichtung im Zusammenwirken des Nockenelements mit den Nockenrampen den Betätigungskolben in seine Endlage verschiebt.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydrauliksystems ist dadurch gekennzeichnet, dass der Überwegmitnehmer in einem Überweggehäuse hin und her bewegbar aufgenommen ist. Dabei handelt es sich um ein separates Überweggehäuse, das zum Beispiel zwischen den Betätigungszylinder und der Lade-Entlade-Vorrichtung angeordnet ist. Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Überwegmechanismus in den Betätigungskolben integriert. Dadurch kann der benötigte Bauraum weiter reduziert werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydrauliksystems ist dadurch gekennzeichnet, dass der Überwegmitnehmer in dem Betätigungskolben hin und her bewegbar aufgenommen ist. Zu diesem Zweck ist der Betätigungskolben zum Beispiel mit einem Hohlraum versehen, der ein Überweggehäuse für den Überwegmitnehmer darstellt.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydrauliksystems ist dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungskolben zweiteilig mit einem Primärkolben ausgeführt ist, der in einem Sekundärkolben hin und her bewegbar aufgenommen ist, der wiederum in dem Betätigungszylinder hin und her bewegbar aufgenommen ist. Dadurch kann der benötigte axiale Bauraumbedarf weiter reduziert werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydrauliksystems ist dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungszylinder zwei Kühlanschlüsse aufweist, von denen jeweils einer in Endstellungen des Sekundärkolbens freigegeben wird. Bei einer Betätigung wird zunächst durch den hydraulischen Druck lediglich der Primärkolben verlagert. Erreicht dieser seine Endlage innerhalb des Sekundärkolbens, wird dieser mitgenommen, gibt den auf der Druckseite befindlichen Kühlanschluss frei und verschließt den auf der anderen Seite befindlichen Kühlanschluss.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydrauliksystems ist dadurch gekennzeichnet, dass der Überwegmitnehmer in dem Primärkolben hin und her bewegbar aufgenommen ist. Der Primärkolben wiederum ist in dem Sekundärkolben hin und her bewegbar aufgenommen. So werden sowohl der Überwegmechanismus als auch die Versorgung der Kühlung und/oder Schmierung mit Hydraulikmedium sichergestellt.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Lade-Entlade-Vorrichtung, einen Betätigungskolben, einen Betätigungszylinder, eine Reversierpumpe und/oder einen Überwegmechanismus für ein vorab beschriebenes Hydrauliksystem. Die genannten Teile sind separat handelbar.
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Bei einem Verfahren zum Betreiben eines vorab beschriebenen Hydrauliksystems ist die oben angegebene Aufgabe alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass das Betätigungselement zunächst in einem ersten Betätigungsbereich bis zum Hochpunkt hydraulisch und danach in einem zweiten Betätigungsbereich allein durch die Vorspannkraft der Federeinrichtung aktiviert wird. So wird auf einfache Art und Weise sichergestellt, dass der Betätigungskolben, auch bei einem Stromausfall, eine seiner Endstellungen einnimmt.
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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. Es zeigen:
- 1 ein Hydrauliksystem mit einer Reversierpumpe, einem Betätigungszylinder und einer Lade-Entlade-Vorrichtung, die zwei mit einem Nockenelement zusammenwirkende Nockenrampen umfasst, und mit einem Überwegmechanismus, in Form eines vereinfachten Hydraulikschaltplans, gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
- 2 eine ähnliche Darstellung wie in 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel mit einem Betätigungskolben, in welchen der Überwegmechanismus integriert ist; und die
- 3 und 4 zwei Ausführungsbeispiele mit einem zweiteiligen Betätigungskolben, in welchen der Überwegmechanismus integriert ist.
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In 1 ist ein Hydrauliksystem 30 mit einem Tank 20 in Form eines Hydraulikschaltplans dargestellt. Mit einer Reversierpumpe 15 kann Hydraulikmedium aus dem Tank 20 über einen Saugfilter 19 in entgegengesetzten Förderrichtungen gefördert werden.
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Ein erster Förderanschluss 23 ist in 1 links von der Reversierpumpe 15 angedeutet. Ein zweiter Förderanschluss 24 ist in 1 rechts von der Reversierpumpe 15 angedeutet. Die Reversierpumpe 15 ist durch einen Pumpenmotor 17 angetrieben. Bei dem Pumpenmotor 17 handelt es sich vorzugsweise um einen Elektromotor.
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Oberhalb der Reversierpumpe 15 ist in 1 ein Betätigungszylinder 12 angeordnet. Der Betätigungszylinder 12 ist als doppelt wirkender Betätigungszylinder ausgeführt. In dem Betätigungszylinder 12 ist ein Betätigungskolben 3 in 1 nach rechts und nach links bewegbar aufgenommen.
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An seinem in 1 linken Ende weist der Betätigungszylinder 12 einen ersten Druckanschluss 5 auf. An seinem in 1 rechten Ende weist der Betätigungszylinder 12 einen zweiten Druckanschluss 14 auf. Die beiden Druckanschlüsse 5 und 14 können auch als Eingänge des Betätigungszylinders 12 bezeichnet werden.
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Als dritten Anschluss weist der Betätigungszylinder 12 einen Kühlanschluss 11 auf, der auch als Ausgang des Betätigungszylinders 12 bezeichnet werden kann. Über den Kühlanschluss 11 wird eine Kühlung und/oder Schmierung 2 mit Hydraulikmedium versorgt. Zwischen dem Kühlanschluss 11 und der Kühlung und/oder Schmierung 2 ist ein Kühl-Rückschlagventil 1 angeordnet, das in Richtung des Betätigungszylinders 12 sperrt.
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Der Betätigungskolben 3 nimmt in dem in 1 dargestellten Zustand des Hydrauliksystems 30 seine linke Endlage oder Endstellung ein. In dieser Endlage oder Endstellung ist der Betätigungskolben 3 axial zwischen dem ersten Druckanschluss 5 und dem Kühlanschluss 11 angeordnet.
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Ein Druckraum 4, der in 1 links von dem Betätigungskolben 3 in dem Betätigungszylinder 12 angeordnet ist, hat seine geringste Größe. Ein Druckraum 13, der in 1 rechts von dem Betätigungskolben 3 in dem Betätigungszylinder 12 angeordnet ist, hat seine maximale Größe. Über den Druckraum 13 ist der Kühlanschluss 11 mit dem zweiten Druckanschluss 14 des Betätigungszylinders 12 verbunden.
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Eine Ventilanordnung 25 umfasst ein erstes Tank-Rückschlagventil 18 und ein zweites Tank-Rückschlagventil 16. Das erste Tank-Rückschlagventil 18 ist über den ersten Förderanschluss 23 der Reversierpumpe 15 mit dem ersten Druckanschluss 5 des Betätigungszylinders 12 verbunden. Das zweite Tank-Rückschlagventil 16 ist über den zweiten Förderanschluss 24 der Reversierpumpe 15 mit dem zweiten Druckanschluss 14 des Betätigungszylinders 12 verbunden.
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Der Betätigungskolben 3 ist über eine Kolbenstange mechanisch sowohl mit einer Lade-Entlade-Vorrichtung 26 als auch mit einem Betätigungselement 10 gekoppelt. Bei dem Betätigungselement 10 handelt es sich zum Beispiel um ein Schaltelement einer Klauenschaltung oder einer Parksperre.
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Die Lade-Entlade-Vorrichtung 26 umfasst eine Rampenanordnung, die mit einem Nockenelement 7 zusammenwirkt, das mit einer vorgespannten Federeinrichtung 6 kombiniert ist. Die Rampenanordnung umfasst zwei Nockenrampen 8, 22, die einen Rampenwinkel einschließen, der in 1 etwa einhundertzehn Grad beträgt. Die Nockenrampen 8, 22 stellen eine Rampenfläche mit einem Hochpunkt 21 dar, der in 1 nach oben gerichtet ist.
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Das Nockenelement 7 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als Kugel ausgeführt. Anders als dargestellt ist, kann es aber ausreichend sein, wenn das Nockenelement nur eine zum Beispiel mit einer Rundung versehene Wirkfläche 27 aufweist, die im Betrieb der Lade-Entlade-Vorrichtung 26 mit dem Hochpunkt 21 und den beiden Nockenrampen 8, 22 zusammenwirkt.
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Die Federeinrichtung 6 der Lade-Entlade-Vorrichtung 26 wird zunächst hydraulisch aufgeladen, und zwar bis der Hochpunkt 21 der Rampenanordnung erreicht ist. Dabei ist die Federeinrichtung 6 der Lade-Entlade-Vorrichtung 26 so stark ausgelegt, dass nach einem Überschreiten des Hochpunkts 21 die Rampenanordnung im Zusammenwirken mit dem durch die Federeinrichtung 6 vorgespannten Nockenelement 7 alleine durch die Federkraft der Federeinrichtung 6 weiter verschoben wird. Nach dem Überschreiten des Hochpunkts 21 ist dann keine hydraulische Kraft mehr erforderlich.
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In 1 ist dem Betätigungskolben 3 ein Überwegmechanismus 35 nachgeschaltet. Der Überwegmechanismus 35 umfasst einen Überwegmitnehmer 36, der mit dem Betätigungselement 10 und den Nockenrampen 8, 22 der Lade-Entlade-Vorrichtung 26 gekoppelt ist. Der Überwegmitnehmer 36 ist in einem Überweggehäuse 37 hin und her bewegbar aufgenommen. Durch den Überwegmechanismus 35 wird sichergestellt, dass der Betätigungskolben 3 in dem Betätigungszylinder 12 seinen vollen Betätigungsweg ausführen kann.
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In 2 ist gezeigt, dass der Überwegmechanismus 35 auch in den Betätigungskolben 3 integriert werden kann. In 2 ist der Überwegmitnehmer 36 in dem Betätigungskolben 3 hin und her bewegbar aufgenommen. Dann stellt der Betätigungskolben 3 das Überweggehäuse für den Überwegmitnehmer 36 dar.
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In den 1 und 2 ist der Betätigungskolben 3 relativ lang ausgeführt. Das ist zum Beispiel darauf zurückzuführen, dass der Kühlanschluss 11 nur in den beiden Endlagen des Betätigungskolbens 3 in Richtung Kühlung und/oder Schmierung 2 freigegeben wird. Daher wird alternativ eine mechanisch etwas aufwendigere Variante vorgeschlagen, durch die jedoch der axiale Bauraum weiter reduziert werden kann, wie man in den 3 und 4 sieht.
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In den 3 und 4 ist der Betätigungskolben 3 zweiteilig mit einem Primärkolben 33 und einem Sekundärkolben 34 ausgeführt. Der Primärkolben 33 ist in dem Sekundärkolben 34 hin und her bewegbar aufgenommen, der wiederum in dem Betätigungszylinder 12 hin und her bewegbar aufgenommen ist.
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Der Betätigungszylinder 12 weist an seinen Enden, in den 3und 4 oben, zwei Kühlanschlüsse 31, 32 auf. Der Überwegnehmer 36 des Überwegmechanismus 35 ist in dem Primärkolben 33 hin und her bewegbar aufgenommen.
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Der Sekundärkolben 34 gibt in seinen Endlagen jeweils einen der beiden Kühlanschlüsse 31, 32 frei. Bei einer Betätigung wird zunächst durch den hydraulischen Druck lediglich der Primärkolben 33 verlagert. Erreicht dieser seine Endlage innerhalb des Sekundärkolbens 34, wird der Sekundärkolben 34 mitgenommen, bis der Sekundärkolben 34 den auf der Druckseite befindlichen Kühlanschluss 32 freigibt und den auf der anderen Seite befindlichen Kühlanschluss 31 verschließt.
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Der Unterschied der in den 3 und 4 gezeigten Ausführungsbeispiele besteht nur in der Gestaltung des Betätigungskolben 3 und des Betätigungszylinders 12. In 3 ist nur eine Kolbendichtung auf der Betätigungsseite vorgesehen, um den Kolben beziehungsweise eine Kolbenstange aus dem Betätigungszylinder 12 herauszuführen. Daraus ergeben sich jedoch unterschiedlich große Kolbenflächen an dem Primärkolben 33.
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Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel hat der Primärkolben 33 gleich große Kolbenflächen. In diesem Ausführungsbeispiel ist auf beiden Seiten des Betätigungszylinders 12 eine Kolbendichtung zum Herausführen des Kolbens erforderlich.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kühl-Rückschlagventil
- 2
- Kühlung und/oder Schmierung
- 3
- Betätigungskolben
- 4
- Druckraum
- 5
- erster Druckanschluss
- 6
- Federeinrichtung
- 7
- Nockenelement
- 8
- Nockenrampe
- 10
- Betätigungselement
- 11
- Kühlanschluss
- 12
- Betätigungszylinder
- 13
- Druckraum
- 14
- zweiter Druckanschluss
- 15
- Reversierpumpe
- 16
- zweites Tank-Rückschlagventil
- 17
- Pumpenmotor
- 18
- erstes Tank-Rückschlagventil
- 19
- Saugfilter
- 20
- Tank
- 21
- Hochpunkt
- 22
- Nockenrampe
- 23
- Förderanschluss
- 24
- Förderanschluss
- 25
- Ventilanordnung
- 26
- Energie-Lade/Entlade-Vorrichtung
- 27
- Wirkfläche
- 30
- Hydrauliksystem
- 31
- Kühlanschluss
- 32
- Kühlanschluss
- 33
- Primärkolben
- 34
- Sekundärkolben
- 35
- Überwegmechanismus
- 36
- Überwegmitnehmer
- 37
- Überweggehäuse
