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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Kompensieren eines Restschleppmoments eines Aggregats, welches über eine Klauenkupplung und einen Nebenabtrieb mit der Triebwelle eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs in Triebverbindung bringbar ist.
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In der
DE 10 2010 043 591 A1 ist ein Verfahren beschrieben, das zur Steuerung eines Hybridantriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise eines Nutzfahrzeugs dient. Der Hybridantriebsstrang weist einen Verbrennungsmotor mit einer Triebwelle, ein automatisiertes Stufenschaltgetriebe mit einer über eine steuerbare Trennkupplung mit der Triebwelle des Verbrennungsmotors verbindbaren Eingangswelle, eine als Motor und als Generator betreibbare Elektromaschine mit einem mit der Triebwelle des Verbrennungsmotors in Triebverbindung stehenden Rotor und einen mit der Triebwelle des Verbrennungsmotors in Triebverbindung stehenden Nebenabtrieb auf. Mittels des Nebenabtriebs ist über eine Schaltkupplung ein Aggregat antreibbar. Typische Fahrzeuge mit einem derartigen Nebenabtrieb sind Betonmischer, Kühlfahrzeuge und Flugfeldlöschfahrzeuge, bei denen das betreffende Aggregat, wie ein Mischtrommelantrieb, ein Kühlmittelkompressor oder eine Löschmittelpumpe, in beladenem Zustand beziehungsweise beim Löscheinsatz des Fahrzeugs permanent angetrieben werden muss.
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Um massenträgheitsbedingte Auswirkungen des über den Nebenabtrieb angetriebenen Aggregats auf andere Antriebskomponenten des Kraftfahrzeugs auszugleichen oder zumindest abzuschwächen, ist vorgesehen, dass bei einer gesteuerten Drehzahländerung des Verbrennungsmotors, beispielsweise beim Beschleunigen und Verzögern des Kraftfahrzeugs, wie auch bei einer schaltungsbedingten Drehzahlanpassung des Verbrennungsmotors oder bei einer Synchronisierung des Zielgangs bei einem Gangwechsel innerhalb des Stufenschaltgetriebes, das der Drehzahländerung entgegenwirkende, trägheitsbedingte Drehmoment des Nebenantriebs und des an diesen angeschlossenen Aggregates durch die Abgabe oder Aufnahme eines diesem entgegen gerichteten Drehmomentes der Elektromaschine weitgehend kompensiert wird.
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Diese technische Lösung ist für Hybridfahrzeuge vorteilhaft, sie ist jedoch sinnvoll eben nur an Hybridfahrzeugen durchführbar, da das der Drehzahländerung entgegenwirkende trägheitsbedingte Drehmoment des Nebenabtriebs und des an diesen angeschlossenen Aggregats sich nur durch die aktive Abgabe oder Aufnahme eines diesem entgegengerichteten Drehmoments der Elektromaschine weitgehend kompensieren lässt. Das Fahrzeug ist dementsprechend kompliziert aufgebaut und kostspielig, und das bekannte Verfahren ist bei Kraftfahrzeugen ohne Hybridantriebsstrang nicht ohne weiteres anwendbar. Dies gilt insbesondere für Baggerlader, Gabelstapler, Radlader, Teleskopic-Handler und Kranfahrzeuge, die üblicherweise über keinen Hybridantriebsstrang verfügen. Unter dem Begriff Teleskopic-Handler wird ein Fahrzeug verstanden, welches eine ausfahrbare und schwenkbare Maststruktur mit endseitigem Personalkorb aufweist.
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Diese Fahrzeuge sind somit nicht als Hybridfahrzeuge ausgeführt. Sie weisen in der Regel jedoch eine schaltbare Klauenkupplung im Nebenabtrieb auf, mittels der sich das Aggregat stillsetzen oder ankuppeln lässt. Die Klauen derartiger Klauenkupplungen sind üblicherweise mit einem Hinterschnitt ausgeführt, um zu verhindern, dass die Klauenkupplung bei einem Lastwechsel des Aggregates, beispielsweise eine Hydraulikpumpe, unbeabsichtigt auskuppelt. Eine solche Klauenkupplung lässt sich nur bei Motorstillstand einrücken und bei laufendem Motor oder Motorstillstand ausrücken. Dies setzt jedoch voraus, dass durch das Aggregat kein Restschleppmoment auf die Klauenkupplung wirkt, da sich eine Klauenkupplung mit Hinterschneidung an den Klauen bei noch vorhandenem Restschleppmoment nicht ausrücken lässt. Insbesondere dann, wenn das Aggregat eine Hydraulikpumpe ist, lässt sich ein Restschleppmoment jedoch nicht vollständig vermeiden.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Kompensieren eines Restschleppmoments eines über eine Klauenkupplung mit einer Triebwelle eines Verbrennungsmotors in Triebverbindung stehenden Nebenabtriebs vorzuschlagen, die einfach aufgebaut, beziehungsweise das einfach durchzuführen ist, wenige Einzelteile aufweist und einfach zu steuern ist. Der Verbrennungsmotor ist vorzugsweise in einem Kraftfahrzeug angeordnet und das an den Nebenabtrieb angeschlossene Aggregat soll beispielsweise eine Hydraulikpumpe sein.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Verfahrens- und Verwendungsanspruchs. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den zugeordneten Unteransprüchen definiert.
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Demnach wird die Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zum Kompensieren eines Restschleppmoments eines hydraulischen Aggregats, welches über eine Klauenkupplung und einen Nebenabtrieb mit der Triebwelle eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs in Triebverbindung bringbar ist, wobei die Vorrichtung eine mittels einer Steuereinheit hydraulisch steuerbare Energiespeicheranordnung aufweist, welche dazu eingerichtet ist, im eingerückten Zustand der Klauenkupplung Energie zu speichern sowie bei einem Ausrücken der Klauenkupplung die gespeicherte Energie zum zumindest weitgehenden Kompensieren des Restschleppmoments des Aggregats abzugeben.
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Da es bei dieser Vorrichtung nicht wie beim vorstehend referierten Stand der Technik darauf ankommt, die rotierenden Teile des Nebenabtriebs und des an diesen angeschlossenen Aggregats beim Beschleunigen und Verzögern des Kraftfahrzeugs, wie auch bei der schaltungsbedingten Drehzahlanpassung des Verbrennungsmotors oder der Synchronisierung des Zielgangs bei einem Gangwechsel mit zu beschleunigen beziehungsweise mit zu verzögern, sondern nur notwendig ist, die Klauenkupplung kurzzeitig so von einem Restschleppmoment zu entlasten, dass sie sich trotz der Hinterschneidungen an den Klauen der Klauenkupplung leicht ausrücken lässt, genügt es, die dafür benötigte Energie aus der Energiespeicheranordnung zu entnehmen und diese kurzzeitig zum weitgehenden Kompensieren des Schleppmoments abzugeben.
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Das Kompensieren des Schleppmoments erfolgt vorzugsweise durch eine Druckentlastung auf der Druckseite des hydraulischen Aggregates. Die Druckentlastung bzw. Druckminderung wird beispielsweise dadurch bewirkt, dass die von der Energiespeicheranordnung abgegebene Energie zum Rückfördern des druckseitig an dem hydraulischen Aggregat befindlichen Hydraulikfluids in einen Hydraulikfluidbehälter genutzt wird. Das Hydraulikfluid wird dabei von der Energiespeicheranordnung von der Druckseite des hydraulischen Aggregats abgesaugt und zu dem Hydraulikfluidbehälter weiter gefördert. Der Druck auf der Druckseite des hydraulischen Aggregates kann in diesem Moment auch unter dem Umgebungsdruck liegen. Es kann also zumindest zeitweise auch ein Unterdruck an der Druckseite des hydraulischen Aggregates vorliegen.
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Die Höhe der Druckentlastung auf der Druckseite des hydraulischen Aggregats hängt unter anderem von der Dimensionierung des Energiespeichers und der Hydraulikfluidleitungen ab und kann konstruktiv beeinflusst werden. Im Idealfall ist die Druckentlastung so hoch, dass das Restschleppmoment des hydraulischen Aggregates beim Ausrücken der Klauenkupplung möglichst schnell auf den Wert Null zurückgeht. Dann ist der Druck auf der Druckseite des hydraulischen Aggregates in etwa gleich hoch wie der Druck auf der Saugseite. Dies kann auch ein Unterdruck sein.
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Bei dieser Energiespeicheranordnung handelt es sich um einen mechanischen Energiespeicher, der beim Ausrücken der Klauenkupplung auf das Aggregat in Form eines dem Restschleppmoment entgegenwirkenden Drehmoments wirkt, wodurch die Klauen der Klauenkupplung aus ihren Hinterschneidungen freigegeben werden.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass das hydraulische Aggregat eine Hydraulikpumpe ist, dass die Energiespeicheranordnung als hydraulisch betätigbarer Akkumulator ausgebildet ist, welcher in einem Gehäuse eine erste Kammer und eine zweite Kammer aufweist, dass die beiden Kammern mit Hydraulikfluid gefüllt und durch ein axial bewegliches, axial einseitig kraftbeaufschlagtes Trennelement voneinander abgedichtet abgeteilt sind, und dass die erste Kammer sowie die zweite Kammer mittels der Steuereinheit wahlweise mit einer Druckseite der Hydraulikpumpe oder mit einem drucklosen Hydraulikfluidbehälter verbindbar sind.
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Um dies zu erreichen, weist die Steuereinheit ein Steuerventil auf, welches dazu eingerichtet ist, bei eingerückter Klauenkupplung eine Verbindung der Druckseite der Hydraulikpumpe mit der ersten Kammer der Energiespeicheranordnung und Hydraulikverbrauchern sowie eine Verbindung der zweiten Kammer der Energiespeicheranordnung mit dem Hydraulikfluidbehälter herzustellen. Außerdem ist das Steuerventil dazu eingerichtet, beim Ausrücken der Klauenkupplung eine Verbindung der Druckseite der Hydraulikpumpe mit der zweiten Kammer der Energiespeicheranordnung sowie eine Verbindung der ersten Kammer der Energiespeicheranordnung mit dem Hydraulikfluidbehälter herzustellen.
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Hierdurch wird erreicht, dass bei eingerückter Klauenkupplung der Druck der Hydraulikpumpe das Trennelement gegen beispielsweise die Federkraft einer Druckfeder axial so weit verschiebt, dass diese Druckfeder vollständig gespannt und das Trennelement so weit verschoben ist, dass die erste Kammer ein maximales Volumen und die zweite Kammer ein minimales Volumen aufweist. Mit dem Ausrücken der Klauenkupplung wird gleichzeitig das Steuerventil so verstellt, dass die erste Kammer der Energiespeicheranordnung zumindest annähernd drucklos wird, in dessen Folge die Druckfeder das Trennelement im Sinne einer Verkleinerung des Volumens der ersten Kammer verschiebt. Dadurch entsteht in der zweiten Kammer, in der Leitung zur Hydraulikpumpe sowie bis in die Hydraulikpumpe hinein ein Unterdruck, der das Restschleppmoment der Hydraulikpumpe weitgehend oder vollständig kompensiert, so dass sich die Klauenkupplung problemlos ausrücken lässt.
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Das Trennelement in der Energiespeicheranordnung kann als Membrankolben, vorzugsweise aber als abgedichtet geführter Kolben ausgebildet sein, wobei axial auf diesen Trennkolben eine in der zweiten Kammer angeordnete Druckfeder wirkt.
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Es ist ersichtlich, dass die Vorrichtung zum Kompensieren eines Restschleppmoments sehr einfach aufgebaut ist und nur die Energiespeicheranordnung sowie die Steuereinheit mit einem Steuerventil umfasst, sofern die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Kompensieren eines Restschleppmoments einer Hydraulikpumpe dient.
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Die vorstehend definierte Aufgabe wird des Weiteren gelöst durch ein Verfahren zum Kompensieren eines Restschleppmoments eines hydraulischen Aggregats, welches über eine Klauenkupplung und einen Nebenabtrieb mit der Triebwelle eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs in Triebverbindung bringbar ist, wobei die Vorrichtung eine mittels einer Steuereinheit hydraulisch steuerbare Energiespeicheranordnung aufweist, mit den Verfahrensschritten:
- – Ansteuern der Energiespeicheranordnung durch die Steuereinheit im eingerückten Zustand der Klauenkupplung zum Speichern von Energie, oder
- – Ansteuern der Energiespeicheranordnung bei einem Ausrücken der Klauenkupplung zum Abgeben der gespeicherten Energie zum zumindest weitgehenden Kompensieren des Restschleppmoments des Aggregats.
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Dieses Verfahren lässt sich in der Weise durchführen, dass die Energiespeicheranordnung aus einem hydraulisch betätigbaren Akkumulator mit zwei mit Hydraulikfluid gefüllten sowie durch ein axial bewegliches, kraftbeaufschlagtes Trennelement abgedichtet abgeteilten Kammern besteht. Gesteuert durch die ein Steuerventil umfassende Steuereinheit sind die erste Kammer und die zweite Kammer der Energiespeicheranordnung wahlweise mit der Druckseite der Hydraulikpumpe oder mit einem drucklosen Hydraulikfluidbehälter verbindbar.
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Dabei kann das Steuerventil bei eingerückter Klauenkupplung eine Verbindung der Druckseite der Hydraulikpumpe mit der ersten Kammer der Energiespeicheranordnung und Hydraulikdruckverbrauchern sowie eine Verbindung der zweiten Kammer der Energiespeicheranordnung mit dem Hydraulikfluidbehälter herstellen, sowie beim Ausrücken der Klauenkupplung eine Verbindung der Druckseite der Hydraulikpumpe mit der zweiten Kammer der Energiespeicheranordnung sowie eine Verbindung der ersten Kammer der Energiespeicheranordnung mit dem Hydraulikfluidbehälter herstellen.
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Die vorstehend definierte Aufgabe wird des Weiteren durch ein Nutzfahrzeug, wie Betonmischer, Kühlfahrzeug, Löschfahrzeug, Bagger, Gabelstapler, Radlader, Teleskopic-Handler oder Kranfahrzeug, mit einer vorstehend definierten Vorrichtung gelöst, die mit dem geschilderten Verfahren betrieben wird.
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Ebenso wird die Aufgabe durch die Verwendung der vorstehend definierten Vorrichtung, die mit dem genannten Verfahren betrieben wird, in einem Nutzfahrzeug, wie Betonmischer, Kühlfahrzeug, Löschfahrzeug, Bagger, Gabelstapler, Radlader, Teleskopic-Handler, Kranfahrzeug, gelöst.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels weiter erläutert. In dieser Zeichnung zeigt
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1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung gemäß der Erfindung zusammen mit einer Brennkraftmaschine, einem Getriebe, einem Nebenabtrieb sowie einer eingerückter Klauenkupplung, und
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2 eine schematische Darstellung wie in 1, jedoch mit geöffneter Klauenkupplung.
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In dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Verbrennungsmotor 1 eines Kraftfahrzeugs dargestellt, dessen Triebwelle 2 mit der Eingangswelle 2a eines Getriebes 3 drehfest verbunden ist. Der laufende Verbrennungsmotor 1 treibt außerdem mittels seiner Triebwelle 2 über einen Nebenabtrieb 4 ständig die Eingangsseite einer Klauenkupplung 5 an. Der Nebenabtrieb 4 weist zwei miteinander kämmende Zahnräder auf, und die Ausgangsseite der Klauenkupplung ist mit der Antriebswelle eines Aggregats 6 antriebswirksam verbunden. Das Aggregat 6 ist im vorliegenden Beispiel als eine Hydraulikpumpe ausgebildet. Die Klauenkupplung 5 weist einen nicht näher bezeichneten Aktuator auf, der durch ein Steuerschaltgerät 10a betätigbar ist. Das Getriebe 3 hat, wie an sich bekannt, eine nicht dargestellte Abtriebswelle, die mit den Antriebsrädern des Kraftfahrzeugs über ein Differenzialgetriebe antriebswirksam verbunden ist. Bei dem Kraftfahrzeug kann es sich beispielsweise um ein Betonmischerfahrzeug, ein Kühlfahrzeug, ein Löschfahrzeug, einen Bagger, einen Gabelstapler, einen Radlader, einen Teleskopic-Handlers handeln.
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Die Vorrichtung zum Kompensieren eines Restschleppmoments der Hydraulikpumpe 6 weist eine Steuereinheit 10 und eine hydraulisch betätigbare Energiespeicheranordnung 17 auf. Die Steuereinheit 10 besteht im Wesentlichen aus dem schon erwähnten Steuerschaltgerät 10a und einem Steuerventil 11. Die Energiespeicheranordnung 17 umfasst im gewählten Ausführungsbeispiel ein zylindrisches Gehäuse, in dem eine erste Kammer 18 und eine zweite Kammer 19 ausgebildet sind, die durch ein axial bewegliches Trennelement 21 abgedichtet abgeteilt sind. Das Trennelement 21 ist als beweglicher Trennkolben ausgebildet, es kann jedoch auch aus einer beweglichen Membran bestehen. In der zweiten Kammer 19 ist eine Druckfeder 20 angeordnet, die sich mit einem Ende an einer stirnseitigen Innenwand des Gehäuses sowie mit ihrem anderen Ende an dem Trennelement 21 abstützt.
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Die Hydraulikpumpe 6 weist eine Druckseite 7 und eine Saugseite 8 auf. In der in 1 gezeigten Betriebsstellung des Steuerventils 11 steht die Druckseite 7 der Hydraulikpumpe 6 mit einem Druckeingang 12 des Steuerventils 11 in Verbindung, während die Saugseite 8 mit einem Hydraulikfluidbehälter 9 in Verbindung steht, um von dort Hydraulikfluid anzusaugen. Ein erster Druckausgang 13 des Steuerventils 11 führt zu verschiedenen Verbrauchern 22 von Hydraulikdruck, während ein zweiter Druckausgang 14 mit der ersten Kammer 18 der Energiespeicheranordnung 17 in Verbindung steht. Des Weiteren weist das Steuerventil 11 einen drucklosen Eingang 15 auf, der mit der zweiten Kammer 19 in Verbindung steht. Ein Ausgang 16 des Steuerventils 11 leitet Hydraulikfluid von der zweiten Kammer 19 zum Hydraulikfluidbehälter 9.
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In der in 1 gezeigten Betriebsstellung ist die Klauenkupplung 5, gesteuert durch das Steuerschaltgerät 10a in der Steuereinheit 10, geschlossen, und das Steuerventil 11, ebenfalls gesteuert durch das Steuerschaltgerät 10a, stellt eine Druckverbindung von der Hydraulikpumpe 6 einerseits zu Verbrauchern 22 von Hydraulikdruck über den ersten Druckausgang 13 und zur ersten Kammer 18 über den zweiten Druckausgang 14 her. Gleichzeitig ist die zweite Kammer 19 über den drucklosen Eingang 15 sowie den Ausgang 16 des Steuerventils 11 mit dem Hydraulikfluidbehälter 9 verbunden und ist drucklos. Daher wird das Trennelement 21 durch den in der ersten Kammer 18 herrschenden Druck in die in 1 dargestellten Stellung verschoben und die Druckfeder 20 gespannt, wodurch diese Energie aufnimmt und speichert. Dadurch wird in der zweiten Kammer 19 Energie gespeichert.
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Um die Klauenkupplung 5 ausrücken zu können, muss das in der Hydraulikpumpe 6 herrschende Restschleppmoment möglichst weitgehend kompensiert werden, da die Klauen der Klauenkupplung 5 mit der Hinterschneidungen versehen sind, um zu vermeiden, dass die Klauenkupplung 5 bei einem Lastwechsel an der Hydraulikpumpe 6 ausgerückt wird. Dieses Restschleppmoment der Hydraulikpumpe 6 wird dadurch kompensiert, dass das Steuerschaltgerät 10a das Steuerventil 11 in die in 2 dargestellte Stellung verstellt und das Ausrücken der Klauenkupplung 5 einleitet. In der in 2 gezeigten zweiten Betriebsstellung des Steuerventils 11 ist der zweite Druckausgang 14 des Steuerventils 11, der mit der ersten Kammer 18 verbunden ist, nunmehr über den Ausgang 16 mit dem Hydraulikfluidbehälter 9 verbunden und damit drucklos. Der Eingang 15 des Steuerventils 11, der mit der zweiten Kammer 19 verbunden ist, ist nun über den Druckeingang 12 mit der Hydraulikpumpe 6 verbunden.
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Dadurch, dass die erste Kammer 18 nunmehr drucklos ist, verschiebt die Druckfeder 20 das Trennelement 21 im Sinn einer Verkleinerung des Volumens der ersten Kammer 18 axial, wodurch in der zweiten Kammer 19 und damit auch an der Hydraulikpumpe 6 ein Unterdruck entsteht, der in der Hydraulikpumpe 6 ein zum Restschleppmoment entgegengesetztes Drehmoment bewirkt und somit das Restschleppmoment weitestgehend kompensiert. Da das in der Hydraulikpumpe 6 zunächst vorhandene Restschleppmoment nunmehr kompensiert ist, lässt sich die Klauenkupplung 5 problemlos in die in 2 dargestellte, ausgerückte Stellung bewegen, wodurch die Hydraulikpumpe 6 vom Verbrennungsmotor 1 abgekuppelt und stillgesetzt wird.
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Anzumerken ist noch, dass sich die Klauenkupplung 5 nur bei Stillstand des Verbrennungsmotors 1 einrücken lässt, das Ausrücken jedoch sowohl bei laufendem Verbrennungsmotor 1 als auch bei Stillstand des Verbrennungsmotors 1 durchführen lässt, vorausgesetzt, die Energiespeicheranordnung 17 ist in der Lage, auch bei laufendem Verbrennungsmotor eine genügend hohe Druckentlastung, oder sogar ein Drehmoment auf die Hydraulikpumpe 6 aufzubringen, das dem Restschleppmoment entgegenwirkt.
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Alle in der vorstehenden Figurenbeschreibung, in den Ansprüchen und in der Beschreibungseinleitung genannten Merkmale sind sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander einsetzbar. Die Erfindung ist somit nicht auf die beschriebenen und beanspruchten Merkmalskombinationen beschränkt, vielmehr sind alle Merkmalskombinationen als offenbart zu betrachten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Verbrennungsmotor
- 2
- Triebwelle des Verbrennungsmotor
- 2a
- Getriebeeingangswelle
- 3
- Getriebe
- 4
- Nebenabtrieb, Zahnradsatz
- 5
- Klauenkupplung
- 6
- Aggregat, Hydraulikpumpe
- 7
- Druckseite
- 8
- Saugseite
- 9
- Hydraulikfluidbehälter
- 10
- Steuereinheit
- 10a
- Steuerschaltgerät
- 11
- Steuerventil
- 12
- Druckeingang
- 13
- Erster Druckausgang
- 14
- Zweiter Druckausgang
- 15
- Druckloser Eingang
- 16
- Druckloser Ausgang
- 17
- Energiespeicheranordnung
- 18
- Erste Kammer
- 19
- Zweite Kammer
- 20
- Druckfeder
- 21
- Trennelement, Trennkolben
- 22
- Verbraucher von Hydraulikdruck
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010043591 A1 [0002]
