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Die
Erfindung betrifft ein Scharnier zur stufenlosen Arretierung einer
schwenkbaren Tür
eines Kraftfahrzeugs, mit einer relativ zu einer ersten Scharnierhälfte verschwenkbaren
zweiten Scharnierhälfte,
wobei eine der Scharnierhälften
mit der Tür und
die andere der Scharnierhälften
mit einer Karosseriesäule
des Kraftfahrzeugs verbindbar ist, mit einer zwischen der Tür und der
Karosseriesäule
angeordneten Zylinder-Kolben-Einheit.
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Um
verschwenkbare Kraftfahrzeugtüren nicht
nur an vorgegebenen Rastpunkten, sondern stufenlos arretieren zu
können,
sind viele Vorrichtungen vorgeschlagen worden, die dies ermöglichen. Die
einzige Vorrichtung, die jedoch bis heute Eingang in den Serieneinsatz
gefunden hat, ist ein stufenloser Türfeststeller der Firma Stabilus,
der in der Automobiltechnischen Zeitschrift ATZ 3/2004, S. 224 bis
228 beschrieben ist. Dieser Türfeststeller
umfasst einen doppelt wirkenden Hubkolben, der in einem Zylinder geführt ist.
Diese Zylinder-Kolben-Einheit kann in einem zwischen zwei herkömmlichen
Scharnieren einer Kraftfahrzeugtür
vorgesehenen Bauraum eingebaut werden. Da die Konstruktion sehr
raumgreifend ist, wird sie, obwohl sie eine zufriedenstellende Funktion
ermöglicht,
bisher nur in Kraftfahrzeugen der Luxusklasse eingesetzt.
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Eine
in gleicher Weise stufenlos blockierbare Feststellvorrichtung zeigt
auch die
DE 10 2004 006 938 .
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Zur
Optimierung des Einbauraums werden in der
DE 197 54 167 sowie in der
DE 199 10 782 C2 Türscharniere
vorgeschlagen, bei denen die Fluidkammern in Türscharnierteile integriert
sind. Als Fluid wird eine rheologische Flüssigkeit verwendet, deren Viskosität mit Hilfe
elektrischer oder magnetischer Felder veränderbar ist.
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In
der
DE 100 03 880
B4 wird ein Scharnier vorgeschlagen, bei dem in eine Scharnierhälfte des Scharniers
mehrere hydraulische Kolben-Zylinder-Einheiten integriert sind.
Diese Konstruktion beansprucht ebenfalls vergleichsweise viel Bauraum und
eine vergleichsweise komplizierte Umsetzung der Schwenkbewegung
der Tür
in eine Hubbewegung der Kolben.
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Hiervon
ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde,
ein Scharnier zu schaffen, das die stufenlose Arretierung einer schwenkbaren
Tür eines
Kraftfahrzeugs ermöglicht, das
wenig Bauraum beansprucht und so einfach aufgebaut ist, dass es
einen Serieneinsatz in allen Fahrzeugklassen erlaubt.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass eines der Bauteile Zylinder oder Kolben der Zylinder-Kolben-Einheit
fest mit einer der Scharnierhälften
verbunden ist und dass das andere Bauteil der Zylinder-Kolben-Einheit über ein
Koppelglied mit der anderen Scharnierhälfte verbunden ist. Dies ermöglicht zum
einen die bauliche Integration der Zylinder-Kolben-Einheit in das
Scharnier, wodurch Bauraum gespart wird. Zum anderen kann durch
die feste Verbindung eines der Bauteile Zylinder oder Kolben mit
einer der Scharnierhälften erreicht
werden, dass die Zylinder-Kolben-Einheit während eines Schwenkvorgangs
der Kraftfahrzeugtür nicht
mitschwenkt. Hierdurch wird der bei einem Öffnungsvorgang der Kraftfahrzeugtür benötigte Bauraum
erheblich verkleinert. Um zu gewährleisten, dass
der Zylinder und der Kolben relativ zueinander verschieblich sind,
wird ein Koppelglied verwendet, das einen Freiheitsgrad schafft,
der durch die feste Anbindung eines der Bauteile Zylinder oder Kolben der
Zylinder-Kolben-Einheit entfällt.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung weist die mit dem Koppelglied
gekoppelte Scharnierhälfte
ein freies Ende auf, an dem das Koppelglied drehbar gelagert ist.
Diese Geometrie ermöglicht
ein besonders kompakt bauendes Scharnier.
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Dies
gilt insbesondere, wenn das Schwenklager, das die Scharnierhälften über ein
Schwenklager miteinander verbindet, zwischen dem freien Ende der
mit dem Koppelglied gekoppelten Scharnierhälfte und deren Verbindung zur
Tür oder
der Karosseriesäule
angeordnet ist.
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Eine
weitere Ausführungsform
der Erfindung sieht vor, dass bei vollständig geöffneter Kraftfahrzeugtür die Scharnierhälften zumindest
abschnittsweise aneinander anliegen. Dies ermöglicht es, einen mechanischen
Anschlag zu schaffen, der es ermöglicht,
die Zylinder-Kolben-Einheit vor einer Überbelastung zu schützen.
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Zur
Steuerung des Scharniers wird vorgeschlagen, dass der Kolben den
Zylinder in zwei Fluidkammern trennt, die mit einem hydraulischen Schaltkreis
in Verbindung stehen.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der hydraulische
Schaltkreis ein erstes Ventil umfasst, das eine erste Fluidkammer
mit der zweiten Fluidkammer verbindet, wenn eine der Scharnierhälften in
einer ersten Schwenkrichtung geschwenkt wird, die einem öffnen der
Kraftfahrzeugtür entspricht,
und dass der hydraulische Schaltkreis ein zweites Ventil umfasst,
das die zweite Fluidkammer mit der ersten Fluidkammer verbindet,
wenn die Scharnierhälfte
in einer zweiten, zur ersten Schwenkrichtung entgegengesetzten Schwenkrichtung
geschwenkt wird, die einem Schließen der Kraftfahrzeugtür entspricht.
Hierdurch kann mit einem vergleichsweise einfach aufgebauten Schaltkreis
erreicht werden, dass sich die Kraftfahrzeugtür in jeder beliebigen Stellung
arretieren lässt.
Durch Auswahl oder Einstellung des Öffnungs- und des Schließdrucks
der Ventile können
für eine
Schwenkbewegung der Kraftfahrzeugtür gewünschte Bedienkräfte bestimmt
werden. Die Ventile können
durch Rückschlagventile
oder durch vorgesteuerte Druckregelventile gebildet sein.
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Das
erste Ventil oder das zweite Ventil können in eine der Scharnierhälften integriert
sein, so dass räumlich
separat von dem Scharnier kein weiterer Bauraum bereitgehalten werden
muss. Es ist aber auch möglich,
dass das erste Ventil oder das zweite Ventil räumlich vom Scharnier getrennt
angeordnet sind, wodurch das Scharnier selbst besonders wenig Bauraum
beansprucht. In diesem Fall können
die Ventile beispielsweise in der Kraftfahrzeugtür oder in einem Karosseriesäulenbereich
angeordnet sein.
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Um
den Bedienkomfort bei Betätigen
der Kraftfahrzeugtür
weiter steigern zu können,
wird vorgeschlagen, dass dem ersten Ventil ein Schaltventil hydraulisch
vor- oder nachgeschaltet ist, das von einer Ansteuereinheit ansteuerbar
ist. Dieses Schaltventil ermöglicht
es, auch dann, wenn das erste Ventil geöffnet ist, den entsprechenden
Fließweg
des Fluids aus der ersten Fluidkammer in die zweite Fluidkammer
zu unterbrechen, so dass eine übergeordnete
Arretiermöglichkeit
geschaffen wird. Im einfachsten Fall kann die Ansteuereinheit durch
einen Schalter gebildet sein, der von einer Bedienperson manuell
betätigbar
ist. Somit kann eine Bedienperson entscheiden, dass eine Kraftfahrzeugtür in Öffnungsrichtung
blockiert sein soll, und zwar auch dann, wenn eine Bedienperson
eine Kraft aufwendet, die genügt,
um das erste Ventil zu öffnen.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn die Ansteuereinheit mit einer Sensorik
zur Überwachung des
Umgebungsraums der Kraftfahrzeugtür gekoppelt ist. In diesem
Fall kann das Schaltventil betätigt werden,
wenn ein Hindernis in der Umgebung der Kraftfahrzeugtür angeordnet
ist. Dies ist in Situationen vorteilhaft, in denen eine Bedienperson,
die sich beispielsweise im Fahrzeuginnenraum befindet, Hindernisse
im Umgebungsraum der Kraftfahrzeugtür nicht wahrnimmt oder nicht
wahrnehmen kann. Durch Schalten des Schaltventils wird ein Öffnen oder
ein weiteres Öffnen
der Kraftfahrzeugtür
verhindert, um eine Kollision zwischen der Kraftfahrzeugtür und Hindernissen
im Umgebungsraum zu verhindern.
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Eine
zusätzliche
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass ein drittes Ventil vorgesehen
ist, das hydraulisch parallel zu dem ersten Ventil geschaltet ist,
wobei das dritte Ventil bei einem höheren Druck öffnet als
das erste Ventil. Auf diese Weise kann das erste Ventil umgangen
werden, und zwar auch dann, wenn dem ersten Ventil ein Schaltventil
hydraulisch vor- oder nachgeschaltet ist. Auf diese Weise kann ein
Fluidfluss zwischen der ersten und der zweiten Fluidkammer hergestellt
werden, wenn eine Bedienperson die Tür mit einer erhöhten Öffnungskraft öffnet. Dies
ermöglicht
ein Öffnen
der Kraftfahrzeugtür auch
in Paniksituationen. Ferner kann eine Kraftfahrzeugtür auch geöffnet werden,
wenn die Sensorik in dem Umgebungsraum der Kraftfahrzeugtür ein Hindernis
erfasst hat, das leicht verformbar ist, wie zum Beispiel Buschwerk.
Bei einem entsprechend knapp eingeparkten Kraftfahrzeug ist es auch
in einer solchen Situation möglich,
die Kraftfahrzeugtür
zu öffnen.
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Auch
das dritte Ventil kann in eine der Scharnierhälften integriert oder räumlich vom
Scharnier getrennt angeordnet sein, wodurch sich die mit Bezug auf
die Anordnung des ersten Ventils und/oder des zweiten Ventils beschriebenen
Vorteile ergeben.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung
ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel
im Einzelnen beschrieben ist. Dabei können die in der Zeichnung gezeigten
sowie in den Ansprüchen
sowie in der Beschreibung erwähnten
Merkmale jeweils einzeln für
sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
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Dabei
zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Scharniers, dessen Scharnierhälften eine
Relativlage einnehmen, die einer vollständig geschlossenen Kraftfahrzeugtür entspricht;
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2 eine
perspektivische Ansicht des Scharniers gemäß 1, dessen
Scharnierhälften eine
Relativlage einnehmen, die einer vollständig geöffneten Kraftfahrzeugtür entspricht;
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3 einen
hydraulischen Schaltkreis gemäß einer
ersten Ausführungsform;
und
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4 einen
hydraulischen Schaltkreis gemäß einer
zweiten Ausführungsform.
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In 1 ist
ein erfindungsgemäßes Scharnier
insgesamt mit dem Bezugszeichen 2 bezeichnet. Dieses weist
eine erste Scharnierhälfte 4 auf
sowie eine zweite Scharnierhälfte 6,
die relativ zu der ersten Scharnierhälfte 4 um eine Schwenkachse 8 schwenkbar
ist. Jede der Scharnierhälften
kann wechselweise mit der Tür
oder einer Karosseriesäule eines
nicht dargestellten Kraftfahrzeugs verbunden werden. Für die weitere
Beschreibung soll davon ausgegangen werden, dass die Scharnierhälfte 4 mit der
Tür des
Kraftfahrzeugs und die Scharnierhälfte 6 mit der Karosseriesäule des
Kraftfahrzeugs verbunden ist.
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Die
Scharnierhälfte 4 weist
einen verstärkten Befestigungsabschnitt 10 auf,
mit dem die Scharnierhälfte 4 an
der Kraftfahrzeugtür
befestigt werden kann. Von diesem Befestigungsabschnitt 10 erstreckt sich
ein Materialabschnitt 12 bis hin zu einem freien Ende 14.
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Die
Scharnierhälfte 6 weist
ebenfalls einen Befestigungsabschnitt 16 auf, mit dem die
Scharnierhälfte 6 an
der Karosse riesäule
des Kraftfahrzeugs befestigt werden kann. Ferner weist die Scharnierhälfte 6 eine
Aufnahme 18 auf, die fest mit dem Zylinder 20 einer
Zylinder-Kolben-Einheit 22 verbunden ist. Ferner erstreckt
sich von dem Materialabschnitt 16 ein Materialabschnitt 24,
an dessen Ende ein Schwenklager 26 ausgebildet ist, an
dem die erste Scharnierhälfte 4 schwenkbar
gelagert ist.
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An
dem freien Ende 14 der ersten Scharnierhälfte 4 ist
ein Koppelelement 28 drehbar gelagert. Das Koppelelement 28 ist
mit seinem anderen Ende drehbar mit einem freien Ende eines Kolbens 30 der Zylinder-Kolben-Einheit 22 verbunden.
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In 1 ist
das Scharnier 2 in einer Stellung dargestellt, die einer
vollständig
geschlossenen Kraftfahrzeugtür
entspricht. Wenn die Scharnierhälfte 4 in
einer ersten Schwenkrichtung 32 um die Schwenkachse 8 herum
geschwenkt wird, nehmen die Scharnierhälften 4 und 6 die
in 2 dargestellte Relativlage zueinander ein. Diese
in der 2 dargestellte Relativlage entspricht einer vollständig geöffneten
Stellung der Kraftfahrzeugtür.
Durch Schwenken der Scharnierhälfte 4 in
der mit 34 bezeichneten, zur ersten Schwenkrichtung entgegengesetzten zweiten
Schwenkrichtung, kann die Kraftfahrzeugtür wieder geschlossen werden.
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Das
freie Ende 14 wird bei Bewegung der Scharnierhälfte 4 in
mit 32 und 34 bezeichneten Richtungen entlang
eines Kreisbogens bewegt. Das Koppelelement 28 ermöglicht es,
diese Bewegung so auszugleichen, dass der Kolben 30 klemmfrei
in dem Zylinder 20 der Zylinder-Kolben-Einheit 22 geführt ist.
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Die
Zylinder-Kolben-Einheit 22 ist in 3 schematisch
als Teil eines hydraulischen Schaltkreises 95 dargestellt.
Der Kolben 30 kann innerhalb des Zylinders 20 in
einer ersten Hubrichtung 36 bewegt werden. Diese Hubrichtung
entspricht der in 1 dargestellten Schwenkrichtung 32.
Mit anderen Worten: Wenn die Scharnierhälfte 4 in der mit 32 bezeichneten
Schwenkrichtung bewegt wird, wird der Kolben 30 so in den
Zylinder 20 gedrückt,
dass er sich in der in 3 mit 36 bezeichneten
ersten Richtung bewegt. Die entgegengesetzte Hubrichtung 38 korrespondiert
mit der in 1 eingezeichneten zweiten Schwenkrichtung 34.
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Der
Kolben 30 trennt den Zylinder 20 in eine erste
Fluidkammer 40 und in eine zweite Fluidkammer 42.
Die Fluidkammer 40 steht über eine Fluidleitung 80 mit
der Fluidkammer 42 in Verbindung. In der Fluidleitung 80 ist
ein erstes Ventil 82 angeordnet, ferner ein nachgeschaltetes
Drosselelement 84 sowie ein Fluidspeicher 86,
der über
ein Ventil 88 mit der Fluidleitung 80 verbunden
werden kann. Ferner steht die Fluidkammer 42 über eine
Fluidleitung 92, in der ein zweites Ventil 94 angeordnet
ist, in Verbindung mit der Fluidkammer 40.
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Die
Arretierung der an der ersten Scharnierhälfte 4 angeschlagenen
Kraftfahrzeugtür
funktioniert folgendermaßen:
Wenn die Tür
aus einer Ausgangsstellung (vgl. 1) heraus
geöffnet
wird, wird die Scharnierhälfte 4 in
mit 32 bezeichneter Schwenkrichtung verschwenkt. Über das
an dem freien Ende 14 der Scharnierhälfte 4 angelenkte
Koppelelement 26 wird der Kolben 30 in den Zylinder 20 der
Zylinder-Kolben-Einheit 22 gedrückt. In der Fluidkammer 40 enthaltenes
Fluid ist inkompressibel und wird daher druck beaufschlagt. Wenn
der in der Fluidkammer 40 aufgebaute Druck so hoch ist,
dass der Öffnungsdruck
des Ventils 82 überschritten
wird, öffnet dieses,
so dass Fluid aus der ersten Fluidkammer 40 in die zweite
Fluidkammer 42 strömen
kann.
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Der Öffnungsdruck
des Ventils 82 kann beispielsweise 60 bar betragen.
Der Schließdruck
des Ventils 82 hat einen niedrigeren Wert, beispielsweise 60%
des Öffnungsdrucks,
also beispielsweise 36 bar. Solange die Kraftfahrzeugtür mit einer
Kraft betätigt wird,
die einen Druck von 36 bis 60 bar in der Fluidkammer 40 anliegen
lässt,
kann die Kraftfahrzeugtür weiter
geöffnet
werden. Fällt
die Öffnungskraft
unter einen Wert, der einem Fluiddruck von 36 bar in der Fluidkammer 40 entspricht,
schließt
das Ventil 82, so dass der Kolben 30 in seiner
Bewegung blockiert ist, so dass die Kraftfahrzeugtür arretiert
wird.
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Dieser
Vorgang lässt
sich bis zu einer maximalen Öffnungsstellung
(vergleiche 2) wiederholen. Wird die Kraftfahrzeugtür so bewegt,
dass die Scharnierhälfte 4 in
der mit 34 bezeichneten zweiten Schwenkrichtung verschwenkt
wird, wird das in der Fluidkammer 42 enthaltene Fluid komprimiert,
so dass der Druck in dieser Fluidkammer ansteigt, bis das zweite
Ventil 94 öffnet,
und das Fluid aus der Fluidkammer 42 über die Fluidleitung 92 in
die Fluidkammer 40 strömen
kann. Dabei muss ein Öffnungsdruck des
zweiten Ventils 94 überwunden
werden, der beispielsweise 60 bar beträgt. Der Schließdruck des Ventils 94 kann
beispielsweise 10% dieses Öffnungsdrucks,
also beispielsweise 6 bar betragen. Solange die Tür sich in
der Schließbewegung
befindet und der Druck in der Fluidkammer 42 nicht unter
6 bar absinkt, kann die Tür
geschlossen werden. Durch die Ventilanordnung ist es zu jeder Zeit
möglich,
die Tür zu
schließen.
Bei Unterschreitung des Schließdrucks wird
die Tür
arretiert.
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Mit
Hilfe des Drosselelements 84 kann die Strömungsgeschwindigkeit
in der Fluidleitung 80 eingestellt werden. Die Menge des
Fluids kann über
den Fluidspeicher und über
das Ventil 88 ausgeglichen werden.
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Der
in 4 dargestellte hydraulische Schaltkreis 96 weist
zusätzliche
Steuermöglichkeiten auf.
Hierfür
ist in der Fluidleitung 80 ein Schaltventil 97 vorgesehen,
das dem Ventil 82 hydraulisch vorgeschaltet ist. Dieses
Schaltventil ist elektromagnetisch betätigbar und in seiner geöffneten
Grundstellung mit Hilfe einer Druckfeder gehalten. Bei einem Ausfall der
Steuerung befindet sich das Schaltventil 97 folglich immer
in seiner geöffneten
Stellung, so dass die Türöffnung bei
einem möglichen
Systemausfall nie behindert wird. Die Ansteuerung des Schaltventils 97 erfolgt über eine
Ansteuereinheit 98, die mit einer Sensorik 100 in
Verbindung steht, die den Umgebungsraum der Kraftfahrzeugtür überwacht.
Sollte während
eines Öffnungsvorgangs
(das heißt
in einem Zustand, in dem das Ventil 82 geöffnet ist)
ein Hindernis in dem Umgebungsraum der Kraftfahrzeugtür erfasst
werden, kann das Schaltventil 97 mit Hilfe der Ansteuereinheit 98 geschlossen
werden, so dass ein weiterer Fluidstrom von der Fluidkammer 40 in
die Fluidkammer 42 unterbunden wird. Hierdurch wird die
Kraftfahrzeugtür
arretiert, wodurch eine Beschädigung
der Kraftfahrzeugtür
durch Kollision mit dem erfassten Hindernis verhindert wird.
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Der
hydraulische Schaltkreis 96 umfasst weiterhin eine Fluidleitung 102 mit
einem dritten Ventil 104, das dem ersten Ventil 82 hydraulisch
parallel geschaltet ist. Das Ventil 104 hat einen höheren Öffnungsdruck
als das Ventil 82. Hierdurch ist es möglich, eine durch das Schaltventil 97 blockierte
Tür zu öffnen, indem
eine Bedienperson eine so hohe Öffnungskraft
auf die Tür
ausübt,
dass der Fluiddruck in der Fluidkammer 40 so stark ansteigt,
dass der Öffnungsdruck
des Ventils 104 erreicht wird. Diese Funktion erlaubt es,
eine mit Hilfe des Schaltventils 97 blockierte Kraftfahrzeugtür zu öffnen, je doch
mit einer gegenüber
normalen Bedienkräften
erhöhten Bedienkraft.