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Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektromechanischen Bremsdruckerzeuger für ein hydraulisches Bremssystem eines Fahrzeugs nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie ein Fahrzeug umfassend einen elektromechanischen Bremsdruckerzeuger nach den Merkmalen des Anspruchs 9.
Der elektromechanische Bremsdruckerzeuger umfasst insbesondere eine Gewindetriebanordnung zum Umwandeln einer antriebsseitigen Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung zur Bremsdruckerzeugung.
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Zum Bremsen von Kraftfahrzeugen reicht die Fußkraft des Fahrers zumeist nicht aus, so dass diese üblicherweise mit einem Bremskraftverstärker ausgestattet werden. Herkömmliche Bremskraftverstärker arbeiten in der Regel mit einem vom Verbrennungsmotor erzeugten Unterdruck. Dabei wird die Druckdifferenz zwischen dem Motordruck und dem Umgebungsdruck genutzt, um zusätzlich zur Fußkraft des Fahrers eine Verstärkungskraft auf die Kolbenstange der Kolben-/Zylindereinheit aufzubringen.
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Für zukünftige Antriebskonzepte von Kraftfahrzeugen werden alternative Bremsdruckaufbaugeräte benötigt, da der Unterdruck nicht mehr zur Verfügung steht, um einen konventionellen Vakuumbremskraftverstärker zu betreiben. Hierfür wurden die hier interessierenden elektromechanischen Bremsdruckerzeuger entwickelt.
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Die Betätigungskraft an der Kolben-/Zylindereinheit wird dabei mittels eines Elektromotors erzeugt. Derartige elektromechanische Bremsdruckerzeuger können nicht nur zur Bereitstellung einer Hilfskraft, sondern in Brake-by-wire-Systemen auch zur alleinigen Bereitstellung der Betätigungskraft eingesetzt werden. Daher sind elektromechanische Bremsdruckerzeuger insbesondere im Hinblick auf das autonome Fahren von Vorteil.
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Stand der Technik
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Aus der
WO 2017/045804 A1 ist ein herkömmlicher elektromechanischer Bremskraftverstärker bekannt, der in
1 dargestellt ist. Im Unterschied dazu ist die Erfindung auf einen elektromechanischen Bremsdruckerzeuger gerichtet, welcher unabhängig von einer Betätigung des Bremspedales eine Bremskraft aufbringen kann. Der vorbekannte Bremskraftverstärker
1 umfasst eine Spindelmutter
2 und einen (nicht skizzierten) elektrischen Motor, mit dessen Betrieb die Spindelmutter
2 über ein Stirnrad
3 in eine Rotation versetzbar ist. Die Spindelmutter
2 liegt mit einer Spindel
4 in einem Wirkeingriff vor, weshalb die Spindel
4 mittels der in die Rotation versetzten Spindelmutter
2 in eine Translationsbewegung entlang ihrer Spindelachse
5 versetzbar ist. Damit sich die Spindel
4 aufgrund der Rotation der Spindelmutter
2 nicht mit dreht, weist der Bremskraftverstärker
1 eine Lageranordnung
6 auf, mit welcher die Spindel
4 fest verbunden ist.
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Die Lageranordnung 6 umfasst einen Bügel 6a, an dessen Rändern zwei Gleitlager 6b angeordnet sind. Die Gleitlager 6b laufen an Zugankern 7, welche im Wesentlichen parallel zu der Spindelachse 5 verlaufen. Über diese Lageranordnung 6 ist die Spindel 4 in axialer Richtung beweglich und wird gegen ein Verdrehen gesichert.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen elektromechanischen Bremsdruckerzeuger mit einer Gewindetriebanordnung anzugeben, welche weniger Teile aufweist. Darüber hinaus soll ein solcher elektromechanischer Bremsdruckerzeuger einfacher und wirtschaftlicher herstellbar sein.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Aufgabe wird durch einen elektromechanischen Bremsdruckerzeuger für ein hydraulisches Bremssystem mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Die jeweils rückbezogenen abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
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Die Erfindung gibt einen elektromechanischen Bremsdruckerzeuger für ein hydraulisches Bremssystem eines Fahrzeugs an. Der elektromechanische Bremsdruckerzeuger umfasst zumindest eine Gewindetriebanordnung zum Umwandeln einer antriebsseitigen Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung zur Bremsdruckerzeugung. Die Gewindetriebanordnung umfasst dabei eine Spindel, die über einen Elektromotor drehbar ist, und eine Spindelmutter, welche an einem Gewinde der Spindel derart angeordnet ist, dass mit Drehung der Spindel die Spindelmutter und ein hieran ausgebildeter Hydraulikkolben axial verschiebbar ist.
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Als Gewindetriebanordnung wird sowohl ein reiner Spindeltrieb, bei welchem die Spindelmutter in direktem Kontakt mit der Spindel ist, als auch ein Kugelgewindetrieb, verstanden. Ein Kugelgewindetrieb ist ein Schraubgetriebe mit zwischen Spindel und Spindelmutter eingefügten Kugeln. Beide Teile haben je eine schraubenförmige Rille, die gemeinsam eine mit Kugeln gefüllte schraubenförmige Röhre bilden. Die formschlüssige Verbindung im Gewinde quer zur Schraubenlinie findet nicht wie beim reinen Spindeltrieb zwischen Gewinde-Nut und -Damm, sondern über die Kugeln statt.
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Darüber hinaus umfasst die Gewindetriebanordnung ein Gehäuse, welches einen mit dem Hydraulikkolben korrespondierenden Hydraulikzylinder ausbildet, in dem die Spindel mit der Spindelmutter aufgenommen ist, eine mit dem Gehäuse ausgebildete Verdrehsicherung, über welche die Spindelmutter bei Drehung der Spindel gegen Verdrehung gesichert ist, wobei die Spindelmutter aus einem Kunststoffmaterial ausgebildet ist, woran im Sinne einer Funktionsintegration koaxial der Hydraulikkolben und radial die Verdrehsicherung der Spindelmutter direkt angeformt sind.
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Im Sinne der Erfindung wird unter einem Verdrehen eine Drehbewegung um eine axiale Achse der Spindelmutter verstanden. Mit Drehung der angetriebenen Spindel ist die Spindelmutter dementsprechend axial verschiebbar, so dass die Rotationsbewegung des Elektromotors bzw. der Spindel in eine Translationsbewegung der Spindelmutter umgewandelt werden kann. Die Verdrehsicherung ist dabei an einem radialen Bereich bzw. einer Außenumfangsfläche der Spindelmutter angeordnet. Vorzugsweise überragt die Verdrehsicherung die Spindelmutter bzw. den Hydraulikkolben.
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Ein Kunststoffmaterial hat den Vorteil, dass es im Vergleich zu Metall preiswerter und leichter ist und wesentlich einfacher beispielweise im Wege des Spritzgießens herstellbar ist. Zusätzlich kann für die Spindelmutter ein Material gewählt werden, welches gute Gleiteigenschaften mit der Spindel aufweist und einen geringen Verschleiß hat. Dadurch kann insbesondere die Reibung bei einem Trockenlaufen wesentlich reduziert werden. Auch werden durch die Verwendung einer Spindelmutter aus Kunststoff die Geräusche während des Betriebes reduziert. Durch den Kunststoff wird zusätzlich eine dämpfende Wirkung erzeugt, so dass Druckspitzen bzw. Momentspitzen abgefedert bzw. gedämpft werden und die Last auf ein davor geschaltetes Getriebe und das Gewinde der Mutter gesenkt wird. Dadurch kann die Lebensdauer eines davor geschalteten Getriebes verlängert werden.
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Vorzugsweise ist die Spindelmutter einteilig mit dem Hydraulikkolben ausgebildet. Mit anderen Worten kann die Spindelmutter und der Hydraulikkolben in einem Herstellungsschritt wie beispielsweise einem Spritzgießschritt hergestellt werden. Dadurch wird die Anzahl der Teile reduziert. Zusätzlich werden Verarbeitungsschritte, um die Spindelmutter und den Hydraulikkolben einzeln zu fertigen und eventuell später zusammenzusetzen eingespart. Dadurch kann ein solcher elektromechanischer Bremsdruckerzeuger wirtschaftlicher hergestellt werden. Dementsprechend ist es auch bevorzugt, die Verdrehsicherung der Spindelmutter einteilig zusammen mit der Spindelmutter herzustellen, so dass die gleichen Vorteile erzielbar sind.
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Trotzdem ist es bei einer weiteren bevorzugten Ausführung möglich, dass der Hydraulikkolben ebenso wie die Verdrehsicherung aus einem anderen Kunststoffmaterial an die Spindelmutter beispielsweise angespritzt werden.
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Dadurch kann für die Funktion jedes dieser Bauteile das optimale Kunststoffmaterial gewählt werden. Auch dadurch wird die Anzahl der separat gefertigten und später zusammengefügten Bauteile reduziert, so dass ein solcher elektromechanischer Bremsdruckerzeuger wirtschaftlicher herstellbar ist.
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In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Verdrehsicherung nach Art einer Nut-Feder Verbindung ausgebildet. Eine Nut-Feder Verbindung wird insbesondere durch eine exakt aufeinander abgestimmte Nut und eine darin aufnehmbare Feder charakterisiert. Die Nut ist vorzugsweise als eine sich in axialer Richtung erstreckende Ausnehmung ausgebildet, welche sich entlang der Bewegungsachse der sich axial bewegenden Spindelmutter erstreckt. In diese Ausnehmung ragt vorteilhafterweise ein federförmig ausgebildetes Gleitelement. Dadurch wird eine formschlüssig Verbindung in Richtung der Verdrehung ausgebildet, so dass eine Verdrehung verhindert wird.
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Durch die Nut-Feder Verbindung wird ein flächige Anlage der Feder in der Ausnehmung erzielt, so dass die maximale Flächenpressung klein gehalten werden kann. Insbesondere ist die Dimension der Feder einfach skalierbar. Solche Nut-Feder Verbindungen sind einfach und wirtschaftlich bereitstellbar und gewährleisten eine gute Verdrehsicherung.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung weist die Spindelmutter im Bereich des Hydraulikkolbens eine umlaufende Nut auf, in welcher ein Dichtring angeordnet ist, der mit dem Hydraulikzylinder dynamisch dichtend zusammenwirkt. Die umlaufende Nut ist dabei an einer Außenumfangsfläche, die zum Hydraulikzylinder zeigt, angeordnet. In die umlaufende Nut wird ein separater Dichtring eingebracht, welcher mit Wandungen des Hydraulikzylinders dichtend zusammenwirkt, so dass auf einfache und wirtschaftliche Weise Abdichtung einer Arbeitskammer des Hydraulikzylinders erzielbar ist.
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Vorzugsweise bildet die Spindelmutter im Bereich des Hydraulikkolbens ein Dichtelement aus, welches dichtend mit dem Hydraulikzylinder zusammenwirkt. Das Dichtelement ist somit kein separates Bauteil, welches in einem Montageschritt angebracht werden muss. Dadurch kann die Anzahl an Bauteilen reduziert werden. Durch eine solche Spindelmutter ist somit zusätzlich eine Dichtwirkung realisierbar, welche in die Spindelmutter integriert ist.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist das Dichtelement an einem axialen Ende des Hydraulikkolbens randseitig in Form einer Dichtlippe ausgebildet und erstreckt sich in axialer Richtung. Das axiale Ende ist dabei das Ende des Hydraulikkolbens, welches zu der Arbeitskammer weist. An diesem axialen Ende des Hydraulikkolbens bezeichnet eine Randseite einen Bereich, welcher annährend dem radialen Durchmesser des Hydraulikkolbens entspricht. Das Dichtelement ist vorzugsweise dünnwandig ausgebildet. Das Dichtelement bilden somit einen Aussparungsbereich, welcher außenseitig von dem Dichtelement umgeben ist. Eine bedruckte Bremsflüssigkeit drückt dadurch im Aussparungsbereich das Dichtelement radial nach außen, so dass das Dichtelement gegen die Wandung des Hydraulikzylinders gepresst wird. Dadurch wird die Dichtwirkung des Dichtelementes wesentlich verbessert.
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Vorteilhafterweise ist das Kunststoffmaterial des Dichtelementes verschieden zu dem Kunststoffmaterial der Spindelmutter. Dadurch kann für das Dichtelement ein Kunststoffmaterial verwendet werden, welches beispielweise elastischer ist und eine bessere Dichtwirkung mit dem Hydraulikzylinder aufweist. Das Dichtelement wird dabei vorzugsweise an den Hydraulikkolben angespritzt.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung bildet die Spindelmutter im Bereich des Hydraulikkolbens einen umlaufenden Stützring aus, mit welcher der Hydraulikkolben im Hydraulikzylinder geführt ist. Als Stützring wird dabei ein am Außenumfang des Hydraulikkolbens ringförmiger Bereich verstanden, welche die Außenumfangsfläche des Hydraulikkolbens überragt. Dieser Stützring kommt bei einem Verkippen des Hydraulikkolbens dadurch vor der Außenumfangsfläche mit dem Hydraulikzylinder in Kontakt, so dass der Hydraulikkolben durch den Stützring geführt ist. Dadurch wird eine Stützbelastung auf ein am Hydraulikkolben ausgebildetes Dichtelement reduziert. Dieser Stützring ist dabei vorzugsweise ebenfalls einteilig mit dem Hydraulikzylinder ausgeformt, so dass der Stützring in dem gleichen beispielsweise Spritzgießschritt herstellbar ist. Dadurch ist ein solcher Stützring wirtschaftlich herstellbar.
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Die Spindelmutter ist vorzugsweise als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet. Durch eine Herstellung als Kunststoffspritzgussteil können die zuvor genannten Vorteile erzielt werden.
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Die Erfindung gibt darüber hinaus ein Fahrzeug mit einem elektromechanischen Bremsdruckerzeuger für ein hydraulisches Bremssystem an. Mit einem solchen Fahrzeug können die zu dem elektromechanischen Bremsdruckerzeuger genannten Vorteile erzielt werden. In einer bevorzugten Ausführung kann dieses Fahrzeug ein automatisiertes oder vollständig autonomes Fahrzeug sein.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
- 1 Darstellung eines aus dem Stand der Technik bekannten elektromechanischen Bremskraftverstärkers,
- 2 Schematische Darstellung eines hydraulischen Bremssystems für ein Fahrzeug mit einem elektromechanischen Bremsdruckerzeuger,
- 3 Längsschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Gewindetriebanordnung des elektromechanischen Bremsdruckerzeugers,
- 4 Längsschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Gewindetriebanordnung des elektromechanischen Bremsdruckerzeugers, und
- 5 Vergrößerte Darstellung eines Ausschnittes des Hydraulikkolbens aus 4.
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In 2 ist eine schematische Darstellung eines hydraulischen Bremssystems 10 für ein Fahrzeug mit einem elektromechanischen Bremsdruckerzeuger 14 gezeigt. Das hydraulische Bremssystem 10 umfasst den elektromechanischen Bremsdruckerzeuger 14. Dieser Bremsdruckerzeuger 14 umfasst eine Kolben-/Zylindereinheit 18, welcher über ein Bremsflüssigkeitsreservoir 22 mit Bremsflüssigkeit versorgt wird.
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Die Kolben-/Zylindereinheit 18 kann über ein vom Fahrer betätigtes Bremspedal 26 angesteuert und der ergebende Bremspedalweg wird durch einen Pedalwegsensor 30 gemessen und an ein Steuergerät 34 weitergegeben. Obwohl die 2 im Prinzip einen Bremskraftverstärker zeigt, ist hier wesentlich, dass der Bremspedalweg über den Pedalwegsensor 30 gemessen wird. Auch ist eine Bremsdruckerzeugung ohne einen Bremspedalweg möglich, so dass das Fahrzeug auch im autonomen Fahrzustand bremsbar ist.
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Das Steuergerät 34 erzeugt aufgrund des gemessenen Bremspedalweges ein Steuersignal für einen Elektromotor 38 des Bremsdruckerzeugers 14. Der Elektromotor 38, welcher mit einem Getriebe (nicht gezeigt) des Bremsdruckerzeugers 14 verbunden ist, verstärkt entsprechend des Steuersignals die vom Bremspedal 26 eingegebene Bremskraft. Dazu wird entsprechend der Betätigung des Bremspedals 26 eine in dem Bremsdruckerzeuger 14 angeordnete Gewindetriebanordnung 40 durch den Elektromotor 38 angesteuert, so dass die Rotationsbewegung des Elektromotors 38 in eine Translationsbewegung umgewandelt wird.
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Durch Betätigung des Bremspedals 26 wird mithilfe des Bremsdruckerzeugers 14 die in der Kolben-/Zylindereinheit 18 vorliegende Bremsflüssigkeit unter Druck gesetzt. Dieser Bremsdruck wird über Bremsleitungen 42 an eine Bremshydraulik 46 weitergeleitet. Die Bremshydraulik 46, welche hier nur als Kasten dargestellt ist, wird durch verschiedene Ventile und weiterer Komponenten zum Ausbilden eines beispielsweise elektronischen Stabilitätsprogramms (ESP) gebildet. Die Bremshydraulik 46 ist zusätzlich mit wenigstens einer Radbremseinrichtung 50 verbunden, so dass durch eine entsprechende Schaltung von Ventilen eine Bremskraft an der Radbremseinrichtung 50 aufbringbar ist.
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3 zeigt einen Längsschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Gewindetriebanordnung 40 des elektromechanischen Bremsdruckerzeugers 14. Die Gewindetriebanordnung 40 umfasst ein Gehäuse 60, welches einen topfförmigen Hydraulikzylinder 64 ausgebildet. Das Gehäuse 60 ist in diesem Ausführungsbeispiel aus Metall ausgeformt. Zusätzlich umfasst die Gewindetriebanordnung 40 eine Spindel 68, die über den in 2 gezeigten Elektromotor 38, antreibbar ist, so dass die Spindel 68 eine Drehbewegung ausführt.
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An einem Gewinde 72 der Spindel 68 ist eine Spindelmutter 76 angeordnet, die mit dem Gewinde 72 der Spindel 68 im Eingriff ist. Die Spindelmutter 76 ist aus Kunststoff ausgebildet und formt einen einteilig, koaxial zu der Spindelmutter 76 angeordneten, Hydraulikkolben 80 aus, welcher nicht im Eingriff mit dem Gewinde 72 der Spindel 68 ist. Einteilig mit der Spindelmutter 76 sind zusätzlich zwei Drehmomentstützen 84 ausgebildet, welche mit axialen Ausnehmungen 88 in dem Gehäuse 60 zusammenwirken und die Verdrehsicherung bilden.
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Durch die Verdrehsicherung 84, 88 ist die Spindelmutter 76 gegen Verdrehung gesichert. Eine axialen Länge der Drehmomentstützen 84 ist dabei wesentlich kleiner als eine axiale Länge der Ausnehmungen 88. Dadurch ist durch Drehung der Spindel 68 die Spindelmutter 76 axial verschiebbar. Die Verdrehsicherung 84, 88 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Nut-Feder-Verbindung ausgebildet.
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Im Bereich des Hydraulikkolbens 80 ist eine umlaufende Nut 92 angeordnet, in welcher ein Dichtring 96 aufgenommen und gehalten ist. Der Dichtring 96 liegt dabei gegen den Hydraulikzylinder 64 dichtend an, so dass mit einer axialen Bewegung des Hydraulikkolbens 80 in Richtung eines Endes des Hydraulikzylinders 64, die in dem Hydraulikzylinder 64 vorliegende Bremsflüssigkeit bedruckbar ist.
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In 4 ist ein Längsschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Gewindetriebanordnung 40 des elektromechanischen Bremsdruckerzeugers 14 gezeigt. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel dadurch, dass keine Nut 92 ausgeformt ist, in der ein Dichtring 96 angeordnet ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist ein Dichtelement 98 randseitig an einem axialen Ende 100 des Hydraulikkolbens 80 angeordnet. Das Dichtelement 98 erstreckt sich dabei in axialer Richtung und ist in Form einer Dichtlippe ausgebildet.
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Eine vergrößerte Darstellung des Dichtelementes 98 ist in 5 gezeigt. Das Dichtelement 98 wirkt dabei dichtend mit dem Hydraulikzylinder 64 zusammen. Durch das Dichtelement 98 wird an dem axialen Ende 100 ein Aussparungsbereich gebildet, so dass der Druck der Bremsflüssigkeit das Dichtelement 98 gegen den Hydraulikzylinder 64 presst, wodurch die Dichtwirkung des Dichtelementes 98 verbessert wird.
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Um das Dichtelement 98 bei einer Verkippung des Hydraulikkolbens 80 zu entlasten ist an dem Hydraulikkolben 80 ein umlaufender Stützring 104, der ebenfalls auch in 5 gezeigt ist, ausgebildet, welcher mit dem Hydraulikzylinder 64 zusammenwirkt. Der Stützring 104 ist in diesem Ausführungsbeispiel als eine sich in radialer Richtung erstreckende Erhebung an einer Umfangsfläche des Hydraulikkolbens 80 ausgebildet. Über den Stützring 104 ist der Hydraulikkolben 80 mit ein wenig Spiel in dem Hydraulikzylinder 64 geführt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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