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Die Erfindung betrifft eine Hydraulikanordnung mit einem Zylinder, mit einem in dem Zylinder axial verlagerbar angeordneten Kolben sowie mit einer Dichtung, die zwischen einer Zylinderinnenwand des Zylinders und dem Kolben dichtend angeordnet ist und zumindest teilweise in einer randoffenen Ausnehmung des Kolbens oder des Zylinders aufgenommen ist, wobei die Dichtung in der Ausnehmung zumindest in axialer Richtung mittels eines elastischen Federelements abgestützt ist, wobei das Federelement wenigstens eine in der Ausnehmung angeordnete Federzunge aufweist, die die Dichtung in Richtung einer Ruhestellung drängt, in welcher die Federzunge wenigstens bereichsweise von einem von einer Innenwand der Ausnehmung gebildeten Endanschlag beabstandet ist.
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Die Hydraulikanordnung ist beispielsweise Bestandteil eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Bremssystems des Kraftfahrzeugs. Entsprechend kann der Zylinder als Bremszylinder ausgestaltet sein. In dem Zylinder ist der Kolben verlagerbar angeordnet, wodurch eine Hydraulikkammer mit einem variablen Volumen geschaffen ist. In der Hydraulikkammer ist beispielsweise ein Hydraulikfluid vorgesehen, welches durch eine Kraftbeaufschlagung des Kolbens aus der Hydraulikkammer hinaus oder in sie hinein bewegt wird. Umgekehrt kann selbstverständlich durch eine Volumenänderung des Hydraulikfluids in der Hydraulikkammer eine Bewegung des Kolbens bewirkt werden. Um die Hydraulikkammer gegenüber einer Außenumgebung der Hydraulikanordnung abzudichten und mithin ein Entweichen des Hydraulikfluids durch einen zwischen der Zylinderinnenwand und dem Kolben vorliegenden Spalt zu verhindern, ist die Dichtung vorgesehen. Die Dichtung stellt eine Dichtverbindung zwischen dem Kolben und der Zylinderinnenwand her. Zu diesem Zweck ist sie zumindest teilweise in der randoffenen Ausnehmung angeordnet.
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Die randoffene Ausnehmung liegt beispielsweise in dem Kolben vor. In diesem Fall ist sie gegenüber dem Zylinder randoffen, sodass die in der Ausnehmung angeordnete Dichtung dem Zylinder beziehungsweise der Zylinderinnenwand entgegentreten kann. Alternativ ist die Ausnehmung in dem Zylinder vorgesehen. Analog zu den vorstehenden Ausführungen ist nun die Ausnehmung in Richtung des Kolbens randoffen, sodass die Dichtung, welche wiederum in der Ausnehmung angeordnet ist, dem Kolben zum Herstellen der Dichtwirkung entgegentreten kann. Bei einer Verlagerung des Kolbens innerhalb des Zylinders gleitet mithin die Dichtung über die Zylinderinnenwand (falls die Ausnehmung in dem Kolben vorliegt) oder über den Kolben (falls die Ausnehmung in dem Zylinder vorliegt). Weil bei bekannten Hydraulikanordnungen eine Reibfläche zwischen der Dichtung und dem Zylinder beziehungsweise dem Kolben groß ist, können eine Scherbewegung der Dichtung und mithin Scherkräfte hervorgerufen werden. Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift
DE 22 46 390 A bekannt.
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Nachteilig an bekannten Lösungen ist, dass bedingt durch die große Reibfläche zwischen der Dichtung und dem Zylinder beziehungsweise dem Kolben ein Teil der Leistung der Hydraulikanordnung in Form von Reibungswärme verlorengeht. Zudem können die vorstehend beschriebenen Scherkräfte zu einem Verkanten der Dichtung führen. Letzteres führt zu einer unhomogenen Laufbewegung und damit zu einer ungleichmäßigen Druckverteilung. Zudem wird die Lebensdauer der Dichtung negativ beeinflusst, weil durch das Scheren beziehungsweise das Verkanten der Dichtung Beschädigungen, insbesondere Risse in der Dichtung, auftreten können.
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Beispielsweise beschreibt die Druckschrift
US 3 717 293 A eine Dichtungsanordnung. Diese weist einen Dichtungsring sowie eine Feder auf, um den Dichtungsring fluiddicht an zwei relativ zueinander bewegliche Elemente zu drängen.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Hydraulikanordnung vorzuschlagen, welche diesen eingangs genannten Nachteil nicht aufweist, sondern insbesondere eine Dichtung mit einer hohen Lebensdauer und einer guten Dichtwirkung aufweist.
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Dies wird erfindungsgemäß mit einer Hydraulikanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass das Federelement auf zumindest einer Seite der Federzunge einen Stützbereich aufweist, mit welchem es an der Innenwand der Ausnehmung anliegt, wobei das Federelement eine weitere Federzunge aufweist, die der Federzunge bezüglich der Dichtung gegenüberliegt und benachbart zu einem weiteren Stützbereich des Federelements vorliegt, der von dem Stützbereich in axialer Richtung beabstandet ist und auf der dem Stützbereich in axialer Richtung gegenüberliegenden Seite an der Innenwand der Ausnehmung anliegt, sodass das Federelement in axialer Richtung durch den Stützbereich und den weiteren Stützbereich in der Ausnehmung fixiert ist. Grundsätzlich ist vorgesehen, dass die Dichtung in der Ausnehmung zumindest in axialer Richtung mittels eines elastischen Federelements abgestützt ist, wobei das Federelement wenigstens eine in der Ausnehmung angeordnete Federzunge aufweist, die die Dichtung in Richtung einer Ruhestellung drängt, in welcher die Federzunge wenigstens bereichsweise von einem von einer Innenwand der Ausnehmung gebildeten Endanschlag beabstandet ist. Die Dichtung ist also nicht unmittelbar von Wandungen der Ausnehmung gehalten, beispielsweise zwischen diesen klemmend gehalten, wie es beim Stand der Technik häufig vorgesehen ist. Vielmehr soll in der Ausnehmung das elastische Federelement vorliegen, mittels welchem die Dichtung in der Ausnehmung befestigt ist. Dabei stützt das Federelement die Dichtung zumindest in axialer Richtung bezüglich einer Längsmittelachse des Zylinders ab. Beispielsweise fällt die Längsmittelachse des Zylinders mit einer Bewegungsrichtung des Kolbens zusammen oder liegt zumindest parallel zu dieser.
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Es ist nun vorgesehen, dass die Dichtung wenigstens bereichsweise in der Ausnehmung in axialer Richtung verlagerbar vorliegt. Dabei weist das Federelement die Federzunge auf, welche die Dichtung beziehungsweise den verlagerbaren Bereich der Dichtung in Richtung einer Ruhestellung drängt. In der Ruhestellung sind sowohl die Dichtung als auch die Federzunge wenigstens bereichsweise von dem Endanschlag beabstandet, welcher von der Innenwand beziehungsweise einem Bereich der Innenwand der Ausnehmung ausgebildet ist. Auf diese Art und Weise wird eine elastische Verlagerung der Dichtung innerhalb der Ausnehmung ermöglicht. Wird die Dichtung durch eine Verlagerung des Kolbens in dem Zylinder kraftbeaufschlagt, insbesondere an ihrem dem Federelement abgewandten freien Ende, so kann die Dichtung nachgeben und somit die Reibfläche entlasten. Entsprechend kann das Auftreten von zu großen Scherkräften und insbesondere das Knicken der Dichtung weitestgehend oder sogar vollständig vermieden werden.
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Die auf die Dichtung bei der Bewegung des Kolbens wirkenden Kräfte sorgen für eine elastische Auslenkung der Dichtung innerhalb der Ausnehmung entgegen einer von der Federzunge auf die Dichtung aufgeprägten Federkraft beziehungsweise Rückstellkraft. Diese Rückstellkraft ist auf ein Verlagern der Dichtung in Richtung oder in die Ruhestellung gerichtet. Insgesamt wird durch die beschriebene Anordnung bevorzugt ein Biegen der Dichtung um eine in der Ausnehmung liegende Biegeachse ermöglicht.
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Die großen Reibkräfte zwischen der Dichtung und dem bezüglich der Dichtung bewegten Element, also entweder dem Zylinder oder dem Kolben, werden bei einer derartigen Ausgestaltung der Hydraulikanordnung in geringere radiale Reibkräfte zwischen der Innenwand der Ausnehmung und dem Federelement umgewandelt. Auf diese Art und Weise wird eine Dämpfung erzielt. Durch diese Maßnahme wird der Wirkungsgrad der Hydraulikanordnung deutlich verbessert. Zudem werden Scherkräfte an der Dichtung vermieden. Entsprechend verbessert sich die Lebensdauer der Hydraulikanordnung und insbesondere der Dichtung durch Minimierung des Verschleißes. Zudem wird die Druckverteilung in dem Zylinder homogener, wodurch das dynamische Verhalten verbessert wird, was insbesondere bei einer Verwendung der Hydraulikanordnung im Rahmen eines Bremssystems von Bedeutung ist.
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Die Dichtung liegt beispielsweise in Gestalt eines Kolbenrings vor, welcher den Kolben in Umfangsrichtung vollständig oder zumindest nahezu vollständig umgreift. Besonders vorteilhaft gilt Entsprechendes für das Federelement, welches beispielsweise U-förmig ausgestaltet ist und mit seiner Öffnung in Richtung der Öffnung der Ausnehmung weist. Dabei ist auch beispielsweise das Federelement derart ausgestaltet, dass es den Kolben in Umfangsrichtung vollständig oder zumindest nahezu vollständig umgreift.
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Es ist vorgesehen, dass das Federelement auf zumindest einer Seite der Federzunge, insbesondere auf beiden Seiten der Federzunge, einen Stützbereich aufweist, mit welchem es an der Innenwand der Ausnehmung anliegt. Um eine zuverlässige Befestigung des Federelements und ein Abstützen des Federelements in der Ausnehmung zu realisieren, ist der Stützbereich vorgesehen. Dieser liegt unmittelbar an der Innenwand der Ausnehmung an. Um ein besonders gutes Halten der Dichtung zu realisieren, sind in einer bevorzugten Ausführungsform auf beiden Seiten der Federzunge Stützbereiche vorgesehen. In radialer Richtung gesehen liegt also die Federzunge zwischen zwei Stützbereichen vor. Besonders bevorzugt ist es, wenn zudem zumindest einem, insbesondere jedoch allen, der beschriebenen Stützbereiche weitere Stützbereiche zugeordnet sind, welche von dem jeweiligen Stützbereich in axialer Richtung beabstandet ist. Während der Stützbereich beziehungsweise die Stützbereiche in axialer Richtung gesehen auf der Innenwand der Ausnehmung anliegen, ist dies für den weiteren Stützbereich beziehungsweise die weiteren Stützbereiche auf der in axialer Richtung gegenüberliegenden Seite der Ausnehmung der Fall. Entsprechend ist das Federelement in axialer Richtung durch den Stützbereich und den weiteren Stützbereich in der Ausnehmung fixiert.
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Schließlich ist vorgesehen, dass das Federelement eine weitere Federzunge aufweist, die der Federzunge bezüglich der Dichtung gegenüberliegt. Beide Federzungen bewirken jeweils eine Federkraft, welche die Dichtung in Richtung ihrer Ruhestellung drängt. Insbesondere ist die Federkraft der weiteren Federzunge der Federkraft der Federzunge in axialer Richtung entgegengerichtet. Insoweit kann die Dichtung sowohl in Richtung der Federzunge als auch in Richtung der weiteren Federzunge aus seiner Ruhestellung heraus ausgelenkt werden, wobei stets eine Federkraft erzeugt wird, welche sie wiederum in Richtung ihrer Ruhestellung drängt. Diese weitere Federzunge liegt bevorzugt benachbart zu dem vorstehend beschriebenen weiteren Stützbereich beziehungsweise zwischen den weiteren Stützbereichen.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Dichtung im Bereich der Federzunge und/oder der weiteren Federzunge eine Verjüngung in axialer Richtung – bezogen auf eine Längsmittelachse des Zylinders – aufweist, insbesondere an die Federzunge und/oder die weitere Federzunge formangepasst ist. Die Dichtung weist also im Längsschnitt gesehen – bezüglich der Längsmittelachse – keinen einheitlichen Querschnitt auf. Vielmehr ist im Bereich der Federzunge beziehungsweise der weiteren Federzunge die Verjüngung vorgesehen. Durch eine derartige Ausgestaltung kann ein Halten der Dichtung durch das Federelement beziehungsweise die Federzunge und/oder die weitere Federzunge in radialer Richtung erreicht werden. Dies ist insbesondere der Fall, wenn die Dichtung an die Federzunge beziehungsweise die weitere Federzunge formangepasst ist, also zumindest in ihrer Ruhestellung eine Kontur aufweist, welche einer Gegenkontur der jeweiligen Federzunge entspricht.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Federelement auf seiner der randoffenen Seite der Ausnehmung abgewandten Seite eine Kammer aufweist, in welche zum Halten der Dichtung in radialer Richtung ein Haltekopf der Dichtung eingreift, der zumindest in axialer Richtung größere Abmessungen aufweist als die Verjüngung. Der Haltekopf ist also derart ausgestaltet, dass die Dichtung nicht ohne Weiteres aus dem Federelement und mithin aus der Ausnehmung herausgelangen kann. Zu diesem Zweck ist er derart ausgestaltet, dass er in axialer Richtung größere Abmessungen aufweist als die Verjüngung beziehungsweise die Dichtung im Bereich ihrer Verjüngung. In dem Federelement ist die mit dem Haltekopf korrespondierende Kammer vorgesehen, besonders bevorzugt auf der der randoffenen Seite der Ausnehmung abgewandten Seite, um ein zuverlässiges Halten der Dichtung in dem Federelement und damit der Ausnehmung zu realisieren.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Federelement vollständig in der Ausnehmung angeordnet ist. Zumindest in der Ruhestellung der Dichtung, in welcher die Federzunge beziehungsweise die Federzungen des Federelements nicht ausgelenkt ist/sind, ist das Federelement derart bemessen, dass es vollständig in der Aufnehmung aufgenommen ist, also insbesondere nicht über die Öffnung der Ausnehmung übersteht. Besonders bevorzugt gilt dies auch, wenn die Federzunge beziehungsweise die Federzungen vollständig ausgelenkt ist/sind. Auf diese Art und Weise wird in allen Stellungen der Dichtung beziehungsweise der Federzunge ein Berührkontakt zwischen dem Federelement und dem gegenüber der Dichtung bewegten Element, also dem Zylinder oder dem Kolben, vermieden.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass mehrere in Umfangsrichtung voneinander beabstandete Federelemente zum Abstützen der Dichtung in der Ausnehmung angeordnet sind. Dies stellt eine erste Ausgestaltungsmöglichkeit der Hydraulikanordnung dar. Es ist also nicht lediglich ein Federelement vorgesehen, welches beispielsweise den Kolben in Umfangsrichtung weitestgehend oder vollständig umgreift. Vielmehr ist eine Vielzahl von Federelementen vorgesehen, welche in Umfangsrichtung voneinander beabstandet in der Ausnehmung vorliegen. Auf diese Art und Weise wird eine besonders flexible Ausgestaltung des Federelements realisiert, weil die in Umfangsrichtung vergleichsweise kleinen Federelemente äußerst elastisch sind. Zum anderen wird eine einfache Montage der Hydraulikanordnung gewährleistet, weil beispielsweise die Federelemente auf die Dichtung aufgesteckt und nachfolgend die Dichtung mitsamt den Federelementen in die Ausnehmung eingebracht werden kann.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Federelement den Kolben in Umfangsrichtung umgreift, wobei das Federelement mehrere in Umfangsrichtung voneinander beabstandete Federzungen aufweist. Dies stellt eine zweite Ausführungsform der Hydraulikanordnung dar. Das Federelement selbst ist also in Umfangsrichtung derart ausgebildet, dass es den Kolben vollständig umgreift, insbesondere durchgehend vollständig umgreift. Um dennoch eine gute Elastizität beziehungsweise Federwirkung der Federzungen zu realisieren, sollen diese in Umfangsrichtung voneinander beabstandet an dem Federelement ausgebildet sein. Jede der Federzungen erstreckt sich also lediglich über einen Teil des Umfangs des Kolbens. Selbstreden kann jedoch alternativ die Federzunge über den gesamten Umfang des Kolbens vorliegen.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Federelement dazu ausgebildet ist, die Dichtung in radialer Richtung mit einer aus der Ausnehmung herausgerichteten Federkraft zu beaufschlagen. Das Federelement weist bei einer derartigen Ausgestaltung also nicht lediglich die wenigstens eine Federzunge auf, welche eine Federkraft beziehungsweise Rückstellkraft in axialer Richtung bewirkt. Vielmehr wird die Dichtung zusätzlich in radialer Richtung mit einer Federkraft beaufschlagt, welche aus der Ausnehmung herausgerichtet ist. Auf diese Art und Weise wird stets ein zuverlässiges Anliegen an dem bezüglich der Dichtung bewegten Element, also dem Zylinder oder dem Kolben, hergestellt. Entsprechend liegt stets eine hervorragende Dichtwirkung zwischen dem Kolben und dem Zylinder beziehungsweise dessen Zylinderinnenwand vor.
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Schließlich kann vorgesehen sein, dass das Federelement aus Kunststoff und/oder Metall besteht. Grundsätzlich kann für das Federelement ein beliebiges Material vorgesehen sein, welches die erforderlichen Eigenschaften hinsichtlich der Elastizität der Federzunge aufweist. Besonders bevorzugt besteht das Federelement jedoch vollständig aus Kunststoff oder vollständig aus Metall, insbesondere Federstahl. Alternativ kann es jedoch vorgesehen sein, dass das Federelement aus verschiedenen Materialien hergestellt ist. Beispielsweise kann das Federelement einen Grundkörper aus Kunststoff aufweisen, während die Federzunge aus Metall, insbesondere Federstahl oder dergleichen, besteht.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt die einzige
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Figur einen Längsschnitt durch einen Bereich einer Hydraulikanordnung mit einem Zylinder sowie einem in dem Zylinder angeordneten Kolben.
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Die Figur zeigt einen Längsschnitt durch eine Hydraulikanordnung 1 bezüglich einer Längsmittelachse 2 eines Zylinders 3, von welchem hier lediglich ein Bereich einer Zylinderwand 4 mit einer Zylinderinnenwand 5 dargestellt ist. In dem Zylinder 3 ist in axialer Richtung (wiederum bezüglich der Längsmittelachse 2) ein Kolben 6 beweglich angeordnet, sodass auf einer Seite des Kolbens 6 zwischen der Zylinderwand 4 und dem Kolben 6 ein Hydraulikraum 7 (hier lediglich angedeutet) ausgebildet ist. Um den Hydraulikraum 7 gegenüber einem ihm bezüglich des Kolbens 6 gegenüberliegenden Raum 8 abzudichten, ist eine Dichtung 9 vorgesehen, welche in einer Ausnehmung 10 des Kolbens 6 angeordnet ist. Alternativ kann selbstverständlich die Ausnehmung 10 in der Zylinderwand 4 ausgebildet sein. Die Dichtung 9 ist derart angeordnet, dass sie mit einer an ihrem freien Ende 11 vorliegenden Reibfläche 12 an der Zylinderinnenwand 5 dichtend anliegt. Die Dichtung 9 liegt dabei mit einer bestimmten Kraft in radialer Richtung nach außen an der Zylinderinnenwand 5 an. Bei einer Verlagerung des Kolbens 6 in Richtung des Doppelpfeils 13 treten zwischen der Reibfläche 12 und der Zylinderinnenwand 5 starke Reibkräfte auf, welche zu einem Scheren der Dichtung 9 und unter Umständen auch zu einem Abknickender Dichtung 9 führen können.
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Aus diesem Grund ist es nun in der hier dargestellten Ausführungsform vorgesehen, dass die Dichtung 9 in der Ausnehmung 10 mittels eines elastischen Federelements 14 abgestützt ist. Das Federelement 14 weist mehrere Federzungen 15 und 16 auf, welche die Dichtung 9 in Richtung der in der Figur dargestellten Ruhestellung drängen. In dieser Ruhestellung sind die Federzungen 15 und 16 in der dargestellten Art und Weise wenigstens bereichsweise von einer Innenwand 17 der Ausnehmung 10 beabstandet angeordnet. Bevorzugt ist in der Ruhestellung die Dichtung 9 in axialer Richtung für eine gegebene radiale Position jeweils gleich weit von der Innenwand 17 beziehungsweise einander in axialer Richtung gegenüberliegenden Bereichen der Innenwand 17 beabstandet, also mittig zwischen den gegenüberliegenden Bereichen der Innenwand 17 angeordnet. Beidseitig der Federzungen 15 und 16 weist das Federelement 14 jeweils Stützbereiche 18 und 19 beziehungsweise 20 und 21 auf. Es ist vorgesehen, dass die Stützbereiche 18, 19, 20 und 21 jeweils an der Innenwand 17 der Ausnehmung 10 anliegen, um ein zuverlässiges Abstützen des Federelements 14 zumindest in axialer Richtung zu gewährleisten.
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Die Dichtung 9 weist im Bereich der Federzungen 15 und 16 eine Verjüngung 22 auf. Diese verfügt in axialer Richtung über Abmessungen, welche kleiner sind als die Abmessungen eines Haltekopfs 23 der Dichtung 9, welcher auf der einer Durchtrittsöffnung 24 der Ausnehmung 10 abgewandten Seite vorliegt. Der Haltekopf 23 greift in eine Kammer 25 des Federelements 14 ein, sodass die Federzungen 15 und 16 den Haltekopf 23 in radialer Richtung in der Kammer 25 halten.
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In einer ersten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass mehrere Federelemente 14 vorgesehen sind, welche in Umfangsrichtung voneinander beabstandet in der Ausnehmung 10 angeordnet sind. In einer zweiten Ausführungsform ist es dagegen vorgesehen, dass ein einziges Federelement 14 vorliegt, welches den Kolben 6 in Umfangsrichtung vollständig umgreift. An diesem Federelement 14 können jeweils mehrere Federzungen 15 und 16 angeordnet sein, welche in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind. Das dargestellte Federelement 14 besteht beispielsweise aus Kunststoff und/oder Metall. Es ist zudem zu erkennen, dass es vollständig in der Ausnehmung 10 angeordnet ist.
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Mithilfe einer derartigen Hydraulikanordnung 1 beziehungsweise eines derartigen Federelements 14 wird erreicht, dass bei einer Verlagerung des Kolbens in Richtung des Doppelpfeils 13 eine gewisse Verlagerung zumindest eines Bereichs der Dichtung 9 in axialer Richtung in der Ausnehmung 10 zugelassen wird, insbesondere im Bereich der Verjüngung 22. Durch eine derartige Verlagerung wird jedoch die Kraft, mit welcher die Dichtung 9 auf die Zylinderinnenwand 5 gepresst wird, verringert, sodass auch gleichzeitig die Reibkraft zwischen der Reibfläche 12 und der Zylinderinnenwand 5 sinkt. Entsprechend wird ein Scheren beziehungsweise Verkanten der Dichtung 9, wie es bei aus dem Stand der Technik bekannten Hydraulikanordnungen auftreten kann, weitestgehend oder sogar vollständig vermieden. Entsprechend steigt der Wirkungsgrad der Hydraulikanordnung 1, weil der Anteil der Leistung, welcher durch Reibung in Wärme umgewandelt wird, deutlich reduziert wird. Zudem wird die Lebensdauer der Dichtung 9 und mithin der gesamten Hydraulikanordnung 1 verbessert, weil Beschädigungen der Dichtung 9 durch die Scherkräfte beziehungsweise das Verkanten vermieden werden.
