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Die Erfindung betrifft eine Betätigungsanordnung und ein Verfahren zum hydraulischen Betätigen von mindestens zwei Teilkupplungen/-bremsen, bei deren Betätigung jeweils ein Lüftweg überbrückt wird, bevor die jeweilige Teilkupplung/-bremse ein Drehmoment überträgt, wobei die Betätigungsanordnung für eine schnelle Überbrückung des Lüftwegs mindestens eine hydraulische Lüftwirkfläche und mindestens eine Anpresswirkfläche aufweist, die zum Erzeugen einer zur Drehmomentübertragung benötigten Anpresskraft größer als die Lüftwirkfläche ist.
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Aus der internationalen Offenlegungsschrift
WO 2019/219971 A1 ist eine Doppelkupplungseinheit zur variablen Drehmomentverteilung auf zwei Ausgangswellen bekannt, umfassend: Einen um ein Drehachse drehend antreibbaren Außenlamellenträger, einen ersten Innenlamellenträger, ein erstes Lamellenpaket zur Drehmomentübertragung zwischen dem Außenlamellenträger und dem ersten Innenlamellenträger, einen zweiten Innenlamellenträger, wobei der erste Innenlamellenträger und der zweite Innenlamellenträger relativ zueinander um die Drehachse drehbar angeordnet sind, und ein zweites Lamellenpaket zur Drehmomentübertragung zwischen dem Außenlamellenträger und dem zweiten Innenlamellenträger.
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Die Veröffentlichung
DE 10 2019 102 364 A1 offenbart bereits eine Betätigungsanordnung zum hydraulischen Betätigen von mindestens zwei Teilkupplungen/-bremsen, bei deren Betätigung jeweils ein Lüftweg überbrückt wird, bevor die jeweilige Teilkupplung/-bremse ein Drehmoment überträgt. Zur schnellen Überbrückung des Lüftwegs weist die Betätigungsanordnung einen gemeinsamen Lüftanschluss auf.
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Aufgabe der Erfindung ist es, das Betätigen von mindestens zwei Teilkupplungen/- bremsen herstellungstechnisch und/oder funktionell zu vereinfachen.
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Die Aufgabe ist bei einer Betätigungsanordnung zum hydraulischen Betätigen von mindestens zwei Teilkupplungen/-bremsen, bei deren Betätigung jeweils ein Lüftweg überbrückt wird, bevor die jeweilige Teilkupplung/-bremse ein Drehmoment überträgt, wobei die Betätigungsanordnung für eine schnelle Überbrückung des Lüftwegs mindestens eine hydraulische Lüftwirkfläche und eine mindestens Anpresswirkfläche aufweist, die zum Erzeugen einer zur Drehmomentübertragung benötigten Anpresskraft größer als die Lüftwirkfläche ist, dadurch gelöst, dass die Betätigungsanordnung zum Überbrücken der Lüftwege der Teilkupplungen-/bremsen einen gemeinsamen Lüftanschluss aufweist. Bei dem gemeinsamen Lüftanschluss handelt es sich um einen Hydraulikanschluss, gegebenenfalls auch über eine Hydraulikleitung oder einen Hydraulikkanal, über den die hydraulische Lüftwirkfläche mit Hydraulikmedium beaufschlagbar ist. Die hydraulische Lüftwirkfläche ist zum Beispiel an einem Kolben vorgesehen, der in einem Hydraulikzylinder hin und her bewegbar ist. Über den gemeinsamen Lüftanschluss können auch zwei hydraulische Lüftwirkflächen, die an zwei Kolben vorgesehen sind, mit Hydraulikmedium beaufschlagt werden. Der oder die Kolben können auch als Lüftkolben bezeichnet werden. Bei den Teilkupplungen/-bremsen handelt s sich vorzugsweise um nasslaufende Kupplungen oder Bremsen, insbesondere um Lamellenkupplungen beziehungsweise Lamellenbremsen. Der Lüftweg ist bei diesen nasslaufenden Anwendungen vorteilhaft so groß, dass im Betrieb auftretende ungewollte Reibmomente reduziert werden. Wenn eine Drehmomentübertragung angefordert wird, müssen die Lüftwege beziehungsweise Lüftwegbereiche möglichst schnell und präzise durchfahren werden. Für spezielle Anwendungen, insbesondere für ein Torque Vectoring, müssen zwei Kupplungen zusätzlich zu einer Drehmomentverteilfunktion noch die Abkopplung eines Antriebs übernehmen. Dabei ist der Lüftwegbereich groß und muss schnell überbrückt werden. Die Lüftwirkfläche beziehungsweise die beiden Lüftwirkflächen ist beziehungsweise sind vorteilhaft deutlich kleiner als die Anpresswirkflächen. Mit der relativ kleinen Lüftwirkfläche kann der Lüftweg schnell überbrückt werden. Zum Aufbau der Anpresskraft eignet sich die deutlich größere Anpresswirkfläche. Durch den gemeinsamen Lüftanschluss, über den eine gemeinsame Lüftwirkfläche oder zwei getrennte Lüftwirkflächen mit Hydraulikmedium beaufschlagt werden, kann die Anzahl der notwendigen Anschlüsse von vier auf drei reduziert werden.
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Weiterhin umfasst die Betätigungsanordnung ein Hydrauliksystem zur Ansteuerung der Teilkupplungen/-bremsen mindestens eine Hydraulikpumpe, ein Systemdruckventil und zwei den Teilkupplungen/-bremsen zugeordnete Anpressventile umfasst. Bei der Hydraulikpumpe handelt es sich nur um eine einfache Pumpe, die in einer Förderrichtung Hydraulikmedium aus einem Reservoir oder Tank fördert. Bei dem Systemdruckventil handelt es sich vorzugsweise um ein herkömmliches Systemdruckventil mit einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung, wobei das Systemdruckventil als Proportionalventil ausgeführt ist. Das Systemdruckventil wird elektromagnetisch angesteuert und ist in seine Schließstellung vorgespannt. Darüber hinaus ist das Systemdruckventil steuerungsmäßig mit dem Druck angesteuert, der am Ausgang der Hydraulikpumpe herrscht. Die hydraulische Ansteuerung der Teilkupplungen/-bremsen erfolgt über die Anpressventile, die vorzugsweise als Druckregelventile ausgeführt sind.
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Außerdem übt das Systemdruckventil die Funktion eines Lüftventils aus, das dem gemeinsamen Lüftanschluss zugeordnet ist. Das liefert den Vorteil, dass ein separates Lüftventil entfallen kann. In diesem Fall steht der gemeinsame Lüftanschluss direkt mit dem Ausgang der Hydraulikpumpe in Verbindung.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Betätigungsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass den Teilkupplungen/-bremsen jeweils ein Anpressanschluss zugeordnet ist, über den die Teilkupplungen/-bremsen mit unterschiedlich großen Anpresskräften beaufschlagbar sind. Die Betätigungsanordnung umfasst vorteilhaft genau zwei Teilkupplungen/-bremsen, um bei einem Torque Vectoring in einem Antriebsstrang eine gewünschte Drehmomentverteilung auf beide Seiten des Antriebs zu ermöglichen. Die Anpresswirkflächen können über die separaten Anpressanschlüsse unabhängig voneinander mit Hydraulikmedium beaufschlagt werden, um die gewünschte Drehmomentverteilung im Antriebsstrang sicherzustellen.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Betätigungsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Anpressventile als aktiv angesteuerte Druckminderventile ausgeführt sind. Die Anpressventile können so oder so ähnlich ausgeführt sein wie herkömmliche Kupplungsventile.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Betätigungsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Lüftventil als aktiv angesteuertes Druckminderventil ausgeführt ist. Das Lüftventil kann genauso ausgeführt sein wie die Anpressventile. Dadurch wird der Herstellaufwand reduziert.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Betätigungsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Lüftventil als passives Wegeventil ausgeführt ist. Dadurch können die Herstellkosten reduziert werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Betätigungsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Lüftwirkfläche an mindestens einem Kolben vorgesehen ist, der in einem Hydraulikzylinder hin und her bewegbar ist. Die hydraulische Lüftwirkfläche ist zum Beispiel an nur einem Kolben vorgesehen, der mit mehreren Anpresskolben gekoppelt ist. Die Lüftwirkfläche kann aber auch an mehreren Kolben vorgesehen sein, die jeweils mit einem Anpresskolben gekoppelt sind. Über den gemeinsamen Lüftanschluss und die vorzugsweise mechanische Kopplung mit dem beziehungsweise den Anpresskolben kann der Lüftweg schnell überbrückt werden. Über die unabhängig voneinander vorgesehenen Anpresswirkflächen an den Anpresskolben können diese über ihre separaten Anpressanschlüsse unabhängig voneinander mit Hydraulikmedium beaufschlagt werden, um zum Beispiel eine Drehmomentverteilung beziehungsweise ein Torque Vectoring in einem Antriebsstrang zu realisieren.
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Bei einem Verfahren zum hydraulischen Betätigen von mindestens zwei Teilkupplungen/-bremsen mit einer vorab beschriebenen Betätigungsanordnung ist die oben angegebene Aufgabe alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass die Lüftwege der Teilkupplungen/-bremsen über den gemeinsamen Lüftanschluss überbrückt werden, bevor über die Anpresswirkflächen der Teilkupplungen/-bremsen unabhängig voneinander die zum Erzeugen einer gewünschten Drehmomentübertragung benötigten Anpresskräfte erzeugt werden.
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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 eine Hydraulikschaltplan mit einer Betätigungsanordnung zum hydraulischen Betätigen von zwei Teilkupplungen/-bremsen gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
- 2 ein kartesisches Koordinatendiagramm mit einer stark vereinfacht dargestellten Kupplungskennlinie; die
- 3 und 4 ähnliche Hydraulikschaltpläne wie in 1 gemäß einem zweiten und einem dritten Ausführungsbeispiel; und
- 5 einen Ausschnitt aus 1 zur Veranschaulichung eines vierten Ausführungsbeispiels.
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In den 1, 3 und 4 ist ein Hydrauliksystem 20 zum hydraulischen Betätigen von zwei Teilkupplungen/-bremsen 11, 12 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen dargestellt. Im Folgenden werden die Teilkupplungen/-bremsen zur Vereinfachung nur als Teilkupplungen bezeichnet. Dabei handelt es sich um eine besonders bevorzugte Ausführungsform. In 4 ist nur eine Teilkupplung dargestellt.
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Das Hydrauliksystem 20 umfasst mindestens einen Hydraulikzylinder 33, der über einen gemeinsamen Lüftanschluss 7 mit Hydraulikmedium beaufschlagt werden kann. Das Hydrauliksystem 20 umfasst gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel zwei Hydraulikzylinder 33, 34, die über den gemeinsamen Lüftanschluss 7 mit Hydraulikmedium beaufschlagt werden können. Die Hydraulikzylinder 33, 34, die über den gemeinsamen Lüftanschluss 7 mit Hydraulikmedium beaufschlagt werden können, können auch als Lüftzylinder 33, 34 bezeichnet werden.
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In jedem Lüftzylinder 33, 34 ist ein Kolben 31, 32 hin und her bewegbar aufgenommen, der auch als Lüftkolben 31, 32 bezeichnet werden kann.
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Das Hydrauliksystem 20 umfasst des Weiteren zwei Hydraulikzylinder 15, 16, die auch als Anpresszylinder 15, 16 bezeichnet werden können. In den Anpresszylindern 15, 16 ist jeweils ein Kolben 13, 14 hin und her bewegbar aufgenommen. Die Kolben 13, 14 können auch als Anpresskolben bezeichnet werden.
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Die Anpresskolben 13, 14 weisen Anpresswirkflächen 8, 9 auf, die deutlich größer als Lüftwirkflächen 1,2 der Lüftkolben 31, 32 sind. Den Anpresszylindern 15, 16 ist jeweils ein Anpressanaschluss 5, 6 zugeordnet, über den die Anpresswirkflächen 8, 9 unabhängig voneinander mit Hydraulikmedium aus einem Tank 19 beaufschlagt werden können. Die Lüftwirkflächen 1, 2 können nur über den gemeinsamen Lüftanschluss 7 mit Hydraulikmedium aus dem Tank 19 beaufschlagt werden.
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Eine Betätigungsanordnung 10 umfasst bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel eine mechanische Kopplungseinrichtung 27, welche den Lüftkolben 31 mit den beiden Anpresskolben 13, 14 koppelt. Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Betätigungsanordnung 10 zwei mechanische Kopplungseinrichtungen 28, 29.
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Die mechanische Kopplungseinrichtung 28 koppelt den Lüftkolben 31 mit dem Anpresskolben 13. Die mechanische Kopplungseinrichtung 29 koppelt den Lüftkolben 32 mit dem Anpresskolben 14. Die beiden Lüftkolben 31, 32 werden über den gemeinsamen Lüftanschluss 7 mit Hydraulikmedium beaufschlagt.
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Das Hydrauliksystem 20 umfasst des Weiteren eine Kühlung und/oder Schmierung 17, 18 für die Teilkupplungen 11, 12. Die Kühlung und/oder Schmierung 17, 18 wird ebenfalls aus dem Tank 19 mit Hydraulikmedium versorgt.
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In 2 ist ein kartesisches Koordinatendiagramm mit einer x-Achse 21 und einer y-Achse 22 und mit einer stark vereinfacht gestrichelt dargestellten Kupplungskennlinie gezeigt. Auf der x-Achse 21 ist ein Kupplungsweg beziehungsweise ein Kupplungsvolumen jeweils in einer geeigneten Einheit aufgetragen. Auf der y-Achse 22 ist eine Kupplungskraft beziehungsweise ein Kupplungsdruck jeweils in einer geeigneten Einheit aufgetragen.
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Die gestrichelt dargestellte Kupplungskennlinie steigt in einem Lüftwegbereich 24 schwach linear an bis zu einem Tastpunkt 23. Durch einen Doppelpfeil 25 ist ein entsprechender Lüftweg angedeutet. Nach dem Tastpunkt 23 steigt die Kupplungskennlinie in einem Anpressbereich 26 stark an, bis die Kupplung geschlossen ist und ein Drehmoment, das verkürzt als Moment bezeichnet wird, mit der Kupplung übertragen wird.
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Im Anpressbereich 26 wird gezielt unter Kraftbeaufschlagung ein übertragbares Drehmoment an der Kupplung eingestellt. Im Lüftwegbereich 24 werden Reibelemente der Kupplung beabstandet, damit keine ungewollten Reibmomente entstehen.
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Besonders bei sogenannten normal offenen Nasskupplungen wir dieser Lüftwegbereich groß gewählt, um die ungewollten Reibmomente zu reduzieren. Wird eine Momenten-Übertragung angefordert, muss der Lüftwegbereich 24 möglichst schnell und präzise durchfahren werden, bevor ab dem Tastpunkt 23 dann gezielt Drehmoment übertragen werden kann.
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Die beiden Teilkupplungen 11, 12 werden in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs vorzugsweise als Torque Vectoring-Kupplungen eingesetzt. Neben der Torque Vectoring-Funktion übernehmen die Teilkupplungen 11, 12 vorteilhaft noch die Abkopplung des Antriebs in dem Antriebsstrang. Deshalb ist es besonders wichtig, dass der Lüftwegbereich 24 groß ist und schnell überbrückt werden kann.
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In 1 sieht man, dass die Lüftwirkfläche 1 deutlich kleiner als die Anpresswirkflächen 8, 9 ausgeführt ist. In 3 sieht man, dass die beiden Lüftwirkflächen 31, 32 deutlich kleiner als die Anpresswirkflächen 8, 9 sind.
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Durch die deutlich kleineren Lüftwirkflächen 1, 2 kann der Lüftweg sehr schnell überbrückt werden. Die entsprechende Lüftbewegung des Lüftkolbens 31 beziehungsweise der Lüftkolben 31, 32 wird durch die mechanische Kopplungseinrichtung 27 beziehungsweise die mechanischen Kopplungseinrichtungen 28, 29 auf die Anpresskolben 13, 14 übertragen.
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Zum Überbrücken des Lüftwegs wird in dem Hydrauliksystem 20 vorteilhaft nur ein gemeinsamer Lüftanschluss 7 benötigt. Dadurch kann die Anzahl der notwendigen Anschlüsse mit den beiden Anpressanschlüssen 5, 6 und dem gemeinsamen Lüftanschluss 7 von vier auf drei reduziert werden.
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Das Hydrauliksystem 20 umfasst als Hydraulikdruckquelle eine Hydraulikpumpe 60, die durch einen Elektromotor 61 angetrieben ist. Mit der Hydraulikpumpe 60 kann Hydraulikmedium aus dem Tank 19 in einer Richtung in den 1, 3 und 4 von unten nach oben gefördert werden.
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Über ein Systemdruckventil 62 wird in dem Hydrauliksystem 20 ein gewünschter Systemdruck bereitgestellt. Die Kühlungen und/oder Schmierungen 17, 18 der Teilkupplungen/-bremsen 11, 12 sind an das Systemdruckventil 62 angeschlossen.
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Den Anpresswirkflächen 8, 9 der Teilkupplungen/-bremsen 11, 12 ist jeweils ein Anpressventil 63, 64 zugeordnet. Die Anpressventile 63, 64 sind als Druckminderventile ausgeführt.
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Bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel übernimmt das Systemdruckventil 62 die Funktion eines Lüftventils. In 4 steht der Ausgang der Hydraulikpumpe 60 direkt mit dem gemeinsamen Lüftanschluss 7 in Verbindung. So ist der gemeinsame Lüftanschluss 7 direkt an den Systemdruck angebunden, der mit dem Systemdruckventil 62 geregelt wird.
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In den 1 und 3 ist dem gemeinsamen Lüftanschluss 7 ein zusätzliches Lüftventil 65 vorgeschaltet. In 1 ist das Lüftventil 65 als aktives Druckminderventil ausgeführt. In 3 ist das Lüftventil 65 als passives Wegeventil ausgeführt.
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In beiden Fällen umfasst das Lüftventil 65 drei Anschlüsse. Einen Anschluss für den Systemdruck, einen Anschluss für den gemeinsamen Lüftanschluss und einen Tankanschluss. Bei der Ausführung als Wegeventil ist das Lüftventil 65 mit dem Systemdruck angesteuert. Bei der Ausführung als aktives Druckminderventil ist das Lüftventil 65 mit dem Druck des gemeinsamen Lüftanschlusses 7 angesteuert.
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Das gemeinsame Lüftventil ist in eine seiner zwei Endstellungen vorgespannt. In der vorgespannten Endstellung steht der gemeinsame Lüftanschluss 7 mit dem Tank in Verbindung. In seiner zweiten Endstellung wird der gemeinsame Lüftanschluss 7 mit dem Systemdruck beaufschlagt.
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Beim Schließen der Teilkupplungen/-bremsen 11, 12 und dem Momentenaufbau werden die beiden Lüftwirkflächen 1, 2 über den gemeinsamen Lüftanschluss 7 gleichzeitig mit Druck beaufschlagt. In 1 ist über das Systemdruckventil 62 bereits Druck aufgebaut. Über das als Druckminderventil ausgeführte Lüftventil 65 werden die Lüftwirkflächen 1, 2 gezielt versorgt.
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In 3 wird ebenfalls über das Systemdruckventil 62 Druck aufgebaut. Ab einer Druckschwelle, die vorteilhaft oberhalb eines Kühlöldrucks liegt, wird das als Wegeventil ausgeführte Lüftventil 65 zur Versorgung der beiden Lüftwirkflächen 1, 2 geschaltet, damit diese über eine weitere Systemdrucksteuerung versorgt werden können.
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In 4 sind die beiden Lüftwirkflächen 1, 2 direkt mit dem Systemdruck gekoppelt. Die Versorgung erfolgt direkt über das von dem Systemdruckventil 62 bereitgestellte Druckniveau.
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Die Befüllung der auch als Anpresszylinder bezeichneten Hydraulikzylinder 15, 16 erfolgt dabei über die zum Tank 19 offenen Anpressventile 63, 64. Vor Erreichen des Tastpunkts der Teilkupplungen/-bremsen 11, 12 übernehmen die Anpressventile 63, 64 den weiteren Druckaufbau, um den Tastpunkt exakt zu treffen und den gezielten und voneinander unabhängigen Momentenaufbau an den Teilkupplungen/-bremsen sicherzustellen.
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Der Momentenabbau und das Öffnen der Teilkupplungen/-bremsen erfolgt über die beiden Anpressventile 63, 64 unabhängig voneinander. Ist der Tastpunkt nach unten überschritten oder ist keine gezielte Momenteneinstellung mehr erforderlich, öffnen die Anpressventile 63, 64 vollständig in Richtung Tank 19. Das vollständige Öffnen mit Überwindung der Lüftwege kann dann über das gezielte oder schlagartige Ablassen des Volumens aus den auch als Lüftzylinder bezeichneten Hydraulikzylindern 33, 34 je nach Verschaltungsvariante erfolgen.
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In 5 ist noch dargestellt, dass die beiden auch als Anpresskolben bezeichneten Kolben 13, 14 der Teilkupplungen/-bremsen 11, 12 auch mit einem gemeinsamen als Lüftkolben bezeichneten Kolben 31 gekoppelt sein können. Dieser Lüftkolben 31 weist dann nur eine Lüftwirkfläche 1 auf, die über den gemeinsamen Lüftanschluss 7 in dem Hydraulikzylinder 33 zum Überwinden der Lüftwege der Teilkupplungen/-bremsen 11, 12 mit Druck beaufschlagt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lüftwirkfläche
- 2
- Lüftwirkfläche
- 5
- Anpressanschluss
- 6
- Anpressanschluss
- 7
- Lüftanschluss
- 8
- Anpresswirkfläche
- 9
- Anpresswirkfläche
- 10
- Betätigungsanordnung
- 11
- Teilkupplung/-bremse
- 12
- Teilkupplung/-bremse
- 13
- Kolben
- 14
- Kolben
- 15
- Hydraulikzylinder
- 16
- Hydraulikzylinder
- 18
- Kühlung und/oder Schmierung
- 18
- Kühlung und/oder Schmierung
- 19
- Tank
- 20
- Hydrauliksystem
- 21
- x-Achse
- 22
- y-Achse
- 23
- Tastpunkt
- 24
- Lüftwegbereich
- 25
- Lüftweg
- 26
- Anpressbereich
- 27
- mechanische Kupplungseinrichtung
- 28
- mechanische Kupplungseinrichtung
- 29
- mechanische Kupplungseinrichtung
- 31
- Kolben
- 32
- Kolben
- 33
- Hydraulikzylinder
- 34
- Hydraulikzylinder
- 60
- Hydraulikpumpe
- 61
- Elektromotor
- 62
- Systemdruckventil
- 63
- Anpressventil
- 64
- Anpressventil
- 65
- Lüftventil
