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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verriegelungsvorrichtung zum Verriegelung einer Position einer Feststellbremse eines Fahrzeugs, insbesondere einer Feststellbremsposition, um ein selbsttätiges Lösen der Feststellbremse zu verhindern.
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Feststellbremsen sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Häufig werden manuelle Feststellbremsen mit einem Seilzug, sogenannte Handbremsen, in Fahrzeugen verwendet, welche auf mechanische Weise eine Feststellung des Fahrzeugs erreichen. In jüngster Zeit werden verstärkt auch automatisierte Feststellbremsen eingesetzt, bei denen die Feststellbremse mittels eines Schalters oder Knopfes betätigt wird. Eine Feststellung bzw. ein Lösen der Feststellbremse erfolgt dabei beispielsweise mittels elektrischer Antriebe oder mittels Hydraulik. Bei derartigen automatisierten Feststellbremsen muss jedoch zusätzlich noch eine mechanische Absicherung der Feststellbremsposition erfolgen. Hierbei sollte ein Aufbau einer derartigen Verriegelungsvorrichtung jedoch möglichst kompakt sein, da der Bauraum im Bereich der Bremse relativ klein ist.
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Die Druckschrift
DE 196 01 983 C1 offenbart eine Bremsanlage für ein Kraftfahrzeug. Bei dieser wird ein Bremskolben über eine Kombination aus Spindelmutter und Spindel mit daran gekoppelten Bremsbelägen in Bezug auf eine Bremsschreibe betätigt. Vorgesehen ist eine elektrische Feststellbremse, welche einen Metallstift mit einem Reibkopf so an die Spindelmutter des Antriebs für den Bremskolben heranfahren kann, dass eine Drehung der Spindelmutter behindert wird, um so den Bremskolben im betätigten Zustand zu arretieren und damit die Bremse festzustellen.
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Die Druckschrift
DE 103 29 694 A1 beschreibt eine hydraulische Fahrzeugbremse, welche ebenfalls über eine Kombination aus Spindel und Gewindemutter einen Bremskolben betätigt. Über eine Anordnung aus Spule und Anker, wobei der Anker mit der Gewindemutter gekoppelt ist, kann eine Reibfläche der Gewindemutter gegen eine Reibfläche einer axialen Verlängerung eines Speicherkolbens der Bremse geführt werden, so dass über das Eingreifen der Reibflächen und die dabei entstehende Reibung die Gewindemutter festgestellt und somit an der Rotation gehindert wird. Auf diese Weise wird die Bremse festgestellt.
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Die Druckschrift
WO 2004/041608 A2 offenbart eine hydraulische Fahrzeugbremse, deren Bremskolben ebenfalls über eine Kombination aus Gewindemutter und Gewindespindel angetrieben wird. Die Gewindemutter wird ihrerseits über ein gekoppeltes Zahnrad angetrieben. Das Zahnrad kann über ein seitlich eingreifendes Arretierungselement an seiner Rotation gehindert werden. Auf diese Art und Weise wird nicht nur das Zahnrad, sondern auch die damit gekoppelte Gewindemutter arretiert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Verriegelungsvorrichtung zur Verriegelung einer Position einer Feststellbremse eines Fahrzeugs anzugeben, welche besonders kompakt und kostengünstig herstellbar ist.
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Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird bei einer Verriegelungsvorrichtung erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 und bei einer automatisierten Feststellbremse erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Verriegelungsvorrichtung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Vorteile der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Verriegelungsvorrichtung zur Verriegelung einer Position einer Feststellbremse mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil auf, dass sie besonders kompakt und kostengünstig herstellbar ist. Hierdurch kann sie problemlos in bekannte Bremseinrichtungen unmittelbar am Rad integriert werden. Ferner weist die erfindungsgemäße Verriegelungsvorrichtung nur ein geringes Gewicht auf und ist durch eine geringe Anzahl an Teilen sehr montagefreundlich. Erfindungsgemäß wird dies mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 dadurch erreicht, dass die Verriegelungsvorrichtung ein Verriegelungselement zur Verriegelung eines Bremskolbens der Feststellbremse und ein Zylinderelement umfasst. Das Verriegelungselement weist ein Außengewinde auf und befindet sich mit einem Innengewinde des Zylinderelements in Eingriff. Das Zylinderelement ist mittels eines Federelements gesperrt bzw. kann durch das Federelement freigegeben werden. Das Federelement ist an der Außenseite des Zylinderlements angeordnet und wird hierbei mittels eines Aktuators betätigt, um das Zylinderelement freizugeben bzw. zu blockieren. Wenn der Aktuator das Federelement gegen die Federkraft des Federelements betätigt, wird somit eine Bewegung des Zylinderelements auf dem Verriegelungselement möglich. Mit anderen Worten bilden das Verriegelungselement und das Zylinderelement eine Art Spindeltrieb, dessen Verdrehbarkeit durch den Zustand des Federelements (gespannter bzw. entspannter Zustand) in Abhängigkeit von dem Zustand möglich ist.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Das Federelement ist vorzugsweise als Schenkelfeder ausgebildet. Die Schenkelfeder ist eine im Wesentlichen zylindrische Spiralfeder und weist an einem Ende einen Schenkelbereich auf, an welchem ein Aktuator angreifen kann. Mittels dieses Schenkelbereichs kann die Schenkelfeder aufgeweitet werden, so dass eine Bewegung des Zylinderelements gegenüber dem Verriegelungselement möglich ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Aktuator ein elektromagnetischer Aktuator. Hierbei kann beispielsweise ein Elektromotor verwendet werden, durch dessen Rotation der Zustand des Federelements geändert werden kann. Dadurch kann das Freigeben bzw. Sperren des Zylinderelements ausgeführt werden. Besonders bevorzugt umfasst ein elektromagnetischer Aktuator einen dauermagnetischen Anker, welcher am Verriegelungselement frei drehbar angeordnet ist und welcher mit dem Federelement verbunden ist. Weiter bevorzugt ist der Aktuator ein elektromotorischer Aktuator oder ein elektromechanischer Aktuator oder ein hydraulischer Aktuator.
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Ein besonders kompakter Aufbau kann erreicht werden, wenn der Anker von einer elektrischen Spule umgeben ist. Dadurch kann ein elektrischer Antrieb unmittelbar in die Feststellvorrichtung integriert werden, ohne dass beispielsweise ein Getriebe o.Ä. zwischen einem Antrieb und der Feststellbremse notwendig ist. Dies ermöglicht einen besonders kompakten und kostengünstigen Aufbau.
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Weiter bevorzugt ist das Federelement derart angeordnet, dass es in seiner entspannten Position den Anker in einer definierten Ruhelage hält. Hierdurch wird sichergestellt, dass der Anker einerseits automatisch durch die Federkraft wieder rückgestellt werden kann und andererseits in die gleiche definierte Ausgangsposition zurückgestellt wird.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist im Verriegelungselement eine Nachstellvorrichtung angeordnet. Die Nachstellvorrichtung kann beispielsweise einen Belagverschleiß ausgleichen. Hierzu kann das Verriegelungselement beispielsweise über ein Gewinde mit einer Nachstellvorrichtung verbunden werden, und durch eine Änderung einer Relativposition der Nachstelleinrichtung zum Verriegelungselement ein notwendiger Nachstellbetrag eingestellt werden.
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Um bei einer Verriegelung der Feststellbremse eine möglichst kleine Reibung am Zylinderelement aufzuweisen, ist am Zylinderelement vorzugsweise wenigstens ein Lager, insbesondere ein Kugellager, angeordnet. Dadurch kann verhindert werden, dass ein zu großer Reibbetrag zwischen dem Zylinderelement und angrenzenden Bauteilen der Feststellbremse auftritt.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine automatisierte Feststellbremse, welche eine erfindungsgemäße Verriegelungsvorrichtung zur Verriegelung einer Position, insbesondere einer Feststellposition der Feststellbremse umfasst.
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Zeichnung
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Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben.
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In der Zeichnung ist:
- 1 eine schematische Schnittansicht einer Feststellbremse mit einer Verriegelungsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
- 2 eine vergrößerte Teilansicht der Feststellbremse von 1,
- 3 eine Schnittansicht entlang der Linie B-B von 2, und
- 4 eine schematische Schnittansicht einer Feststellbremse mit einer Verriegelungsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 eine Feststellbremse mit einer Verriegelungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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Wie in 1 gezeigt, umfasst die erfindungsgemäße Feststellbremse einen Bremskolben 1, welcher nach einer Betätigung Bremsbeläge an eine Bremsschreibe drückt (nicht dargestellt). Die gezeigte Feststellbremse ist dabei eine hydraulische Feststellbremse und zur Feststellung wird eine Hydraulikflüssigkeit in einen Druckraum 3 zugeführt. Der Druckraum 3 ist zwischen dem Bremskolben 1 und einem zweiteiligen Feder- bzw. Hilfskolben 2 angeordnet. Der Hilfskolben 2 umfasste einen ersten Teil 2a und einen zweiten Teil 2b. Zur Abdichtung des Druckraumes 3 gegenüber der Umgebung sind am Hilfskolben 2 bzw. am Bremskolben 1 mehrere Dichtungen angeordnet.
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Wie aus 1 ersichtlich ist, befindet sich der Hilfskolben 2 mit einem Federpaket 10 in Kontakt, welches sich an einem Absatz eines ersten Gehäuseteils 12 abstützt. Das Federpaket besteht dabei aus drei Tellerfedern. Der Bremskolben ist weiterhin in einem weiteren Gehäuseteil 13 geführt.
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Ferner umfasst die erfindungsgemäße Feststellbremse eine Verriegelungsvorrichtung, um eine Feststellposition des Bremskolbens 1 mechanisch zu verriegeln. Diese mechanische Verriegelung soll sicherstellen, dass sich die Feststellbremse im festgestellten Zustand nicht von selbst lösen kann. Ferner kann die Verriegelungsvorrichtung sicherstellen, dass der Hilfskolben 2 an einer vorbestimmten Position verbleibt und somit beispielsweise eine Geräuschentwicklung aufgrund einer Bewegung des Hilfskolbens während einer normalen Fahrt unterbleibt.
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Die Verriegelungsvorrichtung umfasst ein bolzenartiges Verriegelungselement 8, welches durch den Hilfskolben 2 hindurchgeführt ist (vgl. 1). Das Verriegelungselement 8 umfasst ein Außengewinde 8a, welches sich mit einem Innengewinde 6a eines Zylinderelements 6 im Eingriff befindet. Das Zylinderelement 6 umfasst dabei einen Basisbereich 6b und einen Hülsenbereich 6c. An der Außenseite des Zylinderelements 6 ist eine Schenkelfeder 4 angeordnet. Die Schenkelfeder 4 ist eine zylindrische Spiralfeder und weist einen Schenkelbereich 4a auf, welcher von der Feder ausgehend nach außen vorsteht. Dies ist genauer in 2 dargestellt.
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Durch eine Drehung am Schenkelbereich 4a kann die zylinderförmige Schenkelfeder aufgeweitet werden. Die Schenkelfeder 4 ist derart am Zylinderelement 2 angeordnet, das in ihrem nicht aufgeweiteten Zustand eine Drehung des Zylinderelements 6 um das Außengewinde 8a des Verriegelungselements 8 verhindert. Wenn die Schenkelfeder 4 durch Drehung am Schenkelbereich 4a aufgeweitet ist, kann sich dagegen das Zylinderelement 6 um das Verriegelungselement 8 drehen. Hierbei ist das Verriegelungselement 8 derart vorgesehen, dass es sich in seiner Längsrichtung X-X relativ zu den Gehäuseteilen 12, 13 bewegen kann, sich aber nicht drehen kann. Zur Längsbewegung des Verriegelungselements 8 ist dieses an den Bereichen 8d und 8e am Gehäuse 12 bzw. am Hilfskolben 2 gelagert und geführt.
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Wie insbesondere in 2 dargestellt, ist an dem zum Bremskolben 1 entgegengesetzten Ende des Verriegelungselements 8 ein elektromagnetischer Aktuator 14 angeordnet. Der Aktuator 14 umfasst dabei einen permanentmagnetischen Anker 7 und eine elektrische Wicklung 9, welche um den Anker 7 umlaufend angeordnet ist (vgl. 3). Der Anker 7 weist ferner ein Verbindungselement 11 auf, mittels welchem der Anker 7 mit dem Schenkelbereich 4A der Schenkelfeder 4 verbunden ist. Der Anker 7 ist frei am Verriegelungselement 8 drehbar angeordnet. Dadurch wird erreicht, dass bei einer Drehung des Ankers 7 die Schenkelfeder 4 mittels des Schenkelbereichs 4a aufgeweitet werden kann.
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Wie aus 1 ersichtlich ist, ist am Verriegelungselement 8 ferner eine Nachstellvorrichtung 5 vorgesehen, um einen eventuell auftretenden Abrieb an Bremsklötzen bzw. der Bremsscheibe auszugleichen. Die Nachstellvorrichtung 5 umfasst ein mit Gewinde versehenes Bolzenelement, welches in einer stirnseitigen Bohrung 8b, die ein Innengewinde 8c aufweist, eingeschraubt ist. Durch Herausschrauben der Nachstellvorrichtung 5 kann die Gesamtlänge des Verriegelungselements 8 samt Nachstellvorrichtung 5 vergrößert bzw. verkleinert werden, so dass in entsprechender Weise eine Nachstellung von verschleißbedingten Wegänderungen der Bremse ausgeglichen werden kann.
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Die Funktion der in 1 gezeigten Feststellbremse bzw. der Verriegelungsvorrichtung wird nachfolgend beschrieben. Wenn ein Feststellbremsbedarf besteht, wird ein im Fahrzeug befindlicher Schalter bzw. Knopf gedrückt, so dass eine Steuerung bestimmt, dass dem Druckraum 3 unter Druck stehendes Fluid zugeführt wird. Die in 1 gezeigte Stellung der Feststellbremse zeigt dabei den Nichteingriffszustand, d.h. wenn die Feststellbremse nicht betätigt wurde. Ausgehend von diesem Zustand bewegen sich bei einer Druckeinleitung in den Druckraum 3 der Bremskolben 1 in Richtung des Pfeils A und der Hilfskolben 2 in Richtung des Pfeils B entgegengesetzt zueinander jeweils in Richtung der Achse X-X. Dadurch bringt der Bremskolben 1 Bremsbeläge der Bremse mit der Bremsscheibe in Kontakt und der Hilfskolben 2 drückt das Federpaket 10 zumindest teilweise zusammen.
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Ferner wird vor oder zumindest gleichzeitig mit der Betätigung des Schalters für die Feststellbremse der elektromagnetische Aktuator 14 derart betätigt, dass sich der Anker 7 dreht, um die Schenkelfeder 4 aufzuweiten. Dadurch wird das Zylinderelement 6 freigegeben, so dass es sich um das Verriegelungselement 8 frei drehen kann. Dadurch wird bei einer Druckerhöhung im Druckraum 3 der Hilfskolben 2 in Richtung des Pfeils B bewegt und gleichzeitig das Zylinderelement 6 um das Verriegelungselement 8 herum in Richtung des Pfeils B gedreht. Hierbei ist sichergestellt, dass sich der Basisbereich 6b des Zylinderelements 6 gegenüber dem Kolben 2 drehen kann. Der Kolben 2 ist hierbei zwischen den beiden Kolbenteilen 2a, 2b mit etwas Spiel angeordnet, so dass er sich frei drehen kann.
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Somit wirkt auf den Hilfskolben 2 eine vom Federpaket 10 ausgeübte Federkraft in Richtung des Bremskolbens 1.
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Unter Bezugnahme auf 3 wird die Funktion des Aktuators 14 kurz im Detail beschrieben. Der sich frei drehende Anker 7 ist als Dauermagnet mit fester magnetischer Polung ausgeführt. Durch Erzeugung eines gleichpoligen Magnetfeldes zwischen Anker und Spule (dieser Zustand ist in 3 dargestellt) kann der Anker 3 um das Verriegelungselement 8 gedreht werden. Eine Drehbewegung mit einer derartigen Anordnung kann bis zu einem Winkel von ca. 180° erhalten werden. Es sei angemerkt, dass ein Verdrehen des Ankers 7 in eine vorbestimmte Richtung durch eine leicht versetzte Polung der Spule 9 zum Anker 7 erreicht werden kann. Die Rückstellung des Ankers 7 erfolgt jeweils durch Ausnutzung der Rückstellkraft der Schenkelfeder 4, wenn diese wieder in ihre Ausgangsstellung zurückkehrt.
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Wenn der Feststellbremszustand erreicht ist, wird die Stromzufuhr zur Wicklung 9 des Aktuators 14 unterbrochen, so dass sich der Anker 7 aufgrund der Federrückstellkraft der Schenkelfeder 4 wieder selbständig in seine in 3 gezeigte Ruhelage zurückstellt. Dadurch legt sich die Schenkelfeder 4 wieder eng um den Hülsenbereich 6c des Zylinderelements 6, so dass sich das Zylinderelement 6 nicht mehr um das Verriegelungselement 8 drehen kann. Dadurch kann die durch Zusammendrücken des Federpakets 10 ausgeübte Federkraft über den Hilfskolben 2, den Basisbereich 6b des Zylinderelements 6, das Gewinde zwischen Zylinderelement 6 und Verriegelungselement 8, das Verriegelungselement 8 und die Nachstellvorrichtung 5 auf den Bremskolben 1 übertragen werden und somit eine Verriegelung der Feststellbremsposition durch die Federkraft erfolgen. Dadurch ist die Feststellbremse mechanisch blockiert und der Druck im Druckraum 3 kann reduziert werden.
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Zum Lösen der Feststellbremse wird wie beim Verriegeln zuerst die Schenkelfeder 4 wieder geöffnet und das Zylinderelement 6 freigegeben. Somit kann sich das Zylinderelement 6 wieder um das Verriegelungselement 8 drehen. Nun kann der Druck im Druckraum 3 wieder aufgebaut werden und der Federkolben 2 kann in seine ursprüngliche Lage zurückgleiten, wobei sich das Zylinderelement 6 um das Verriegelungselement 8 dreht. Anschließend wird der Druck im Druckraum 3 wieder abgebaut, wodurch auch der Bremskolben 1 wieder in seine ursprüngliche Lage zurückkehrt und die Feststellbremse freigegeben ist.
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Erfindungsgemäß kann somit eine besonders kostengünstige und kleinbauende Feststellbremse mit einer mechanischen Verriegelungseinrichtung bereitgestellt werden. Durch die Integration des Aktuators in die Feststellbremse kann weiterhin auf einen separaten Elektromotor als Antrieb für die Verriegelungsvorrichtung verzichtet werden. Ferner ermöglichen die Federelemente jeweils eine automatische Rückstellung, so dass auch für die Rückstellung keine zusätzliche Energie aufgebracht werden muss.
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 4 eine Feststellbremse mit einer Verriegelungsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind wieder mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet.
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Wie aus 4 ersichtlich ist, entspricht das zweite Ausführungsbeispiel im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied hierzu sind jedoch am Zylinderelement 6 zwei Kugellager 15a, 15b angeordnet. Diese Kugellager 15a, 15b stellen sicher, dass sich bei freigegebener Schenkelfeder 4 das Zylinderelement 6 problemlos um das Verriegelungselement 8 drehen kann. Insbesondere verringern die beiden Kugellager 15a, 15b die Reibung zwischen dem Zylinderelement 6, genauer dem Basisbereich 6b, und den beiden Teilen 2a, 2b des Hilfskolbens 2. Ansonsten entspricht der Aufbau und die Funktion des zweiten Ausführungsbeispiels dem des ersten Ausführungsbeispiels, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
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Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung, wie in den beigefügten Ansprüchen definiert, zu verlassen.
