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Die Erfindung bezieht sich auf eine
Betätigungseinheit
für eine
wenigstens einen Bremskreis aufweisende elektrohydraulische Bremsanlage
vom Typ „Brake-by-wire" für Kraftfahrzeuge
mit
einer an den Bremskreis anschließbaren Hilfsdruckquelle,
mit
einem mittels eines pedalbetätigten
Betätigungsglieds
betätigbaren
Hauptbremszylinder, wobei der Hauptbremszylinder wenigstens einen
Druckkolben aufweist, dessen eine Stirnseite einen Druckraum begrenzt,
der mittels eines sperrbaren Trennventils an den Bremskreis anschließbar ist,
mit
einem drucklosen Druckmittel-Vorratsbehälter, der bei nicht betätigtem Hauptbremszylinder
in Verbindung mit dem Druckraum steht, und
mit einer eine Simulatorfeder
und eine mittels eines Sperrventils hydraulisch sperrbare Simulatorkammer aufweisenden
Einrichtung zur Pedalwegsimulation.
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Eine derartige Betätigungseinheit
ist z. B. in der
DE
100 39 238 A1 beschrieben.
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Typisch für diese Art von Betätigungseinheiten
ist es, dass der Hauptbremszylinder nur dann als Bremsdruckgeber
für die
Bremskreise benötigt
wird, wenn die Hilfsdruckversorgung durch die Hilfsdruckquelle ausfällt. Normalerweise
werden die Bremskreise und die daran angeschlossenen Radbremsen vielmehr über die
Hilfsdruckquelle mit einem angemessenen Druck beaufschlagt. Dabei
sind der oder die Druckräume
des Hauptbremszylinders hydraulisch gesperrt, weil die Trennventile,
die in der Verbindung der Druckräume
zu den Bremskreisen angeordnet sind, geschlossen sind. Sollte die
Hilfsdruckversorgung aus welchen Gründen auch immer ausfallen,
bleiben die Trennventile offen, so dass durch Betätigung des
Hauptbremszylinders in konventioneller Weise ein Bremsdruck in den
an die Bremskreise angeschlossenen Radbremsen erzeugt werden kann. Dabei
stellt sich eine spezifische Pedalwegcharakteristik ein. Je weiter
das Pedal durchgetreten wird, desto größer ist der Bremsdruck, der
als Gegenkraft zu der von dem Fahrer ausgeübten Pedalkraft wirkt. Im Normalbetrieb
sind hingegen, wie erwähnt,
die Druckräume
des Hauptbremszylinders gesperrt, so dass demnach das Pedal unabhängig von
der auf ihn ausgeübten
Kraft an einer Stelle fixiert ist.
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Um auch im Normalbetrieb eine übliche Pedalwegcharakteristik
zu realisieren, ist der Hauptbremszylinder gemäß der
DE 100 39 238 A1 mit einem
Pedalwegsimulator ausgestattet. Dieser besteht aus einer in einer
Simulatorkammer angeordneten Feder, die an einem Kolben abgestützt ist.
Dieser begrenzt mit seiner von der Simulatorkammer abgewandten Stirnseite
einen Kolbenraum, der mit dem (primären) Druckraum des Hauptbremszylinders
in Verbindung steht. Die Simulatorkammer steht über ein vom Sekundärkolben
des Hauptbremszylinders betätigtes
Sperrventil mit dem Vorratsbehälter
des Hauptbremszylinders in Verbindung.
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Bei gesperrten Druckräumen verbleiben
die Druckkolben des Hauptbremszylinders in ihrer Ausgangsstellung,
wenn man einmal von einer kleinen Verschiebung absieht, die notwendig
ist, um die Verbindung der Druckräume zum Vorratsbehälter zu schließen. In
dieser Ausgangsstellung besteht eine Verbindung der Simulatorkammer
zum Vorratsbehälter.
Dies hat zur Folge, dass der Primärdruckkolben bei einer Pedalbetätigung verschoben
wird, wobei Druckmittel aus dem Primärdruckraum in den Kolbenraum
gelangt, wodurch die Simulatorfeder zusammengedrückt wird und eine Gegenkraft
aufbaut. Die Pedalwegcharakteristik wird durch die Federcharakteristik
der Simulatorfeder bestimmt. Auf diese Weise wird dem Fahrer ein ähnliches
Fahrgefühl
vermittelt, wie dies bei einer konventionellen Bremsung der Fall
ist. Sind andererseits die Druckräume nicht hydraulisch gesperrt,
verschiebt sich der Sekundärkolben,
so dass bei einer Pedalbetätigung
die Simulatorkammer hydraulisch gesperrt wird und damit eine Verschiebung
des Simulatorkolbens und ein Zusammendrücken der Simulatorfeder unterbleibt.
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Die in der
DE 100 39 238 A1 beschriebene Ausführung hat
allerdings den Nachteil, dass die Sperrung der Simulatorkammer nur
verzögert
erfolgen kann, da der Sekundärkolben
erst so weit verschoben werden muss, dass die Zentralventile, die die
Verbindung zum Vorratsbehälter
steuern, schließen.
Erst dann wird durch eine weitere Verschiebung des Sekundärkolbens
die Simulatorkammer gesperrt. Auf diesem Weg nimmt der Simulator
aber noch Druckmittel auf, was einem bestimmten Verlustweg am Pedal
entspricht.
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Außerdem muss im Normalbetrieb
zunächst das
Zentralventil des Primärdruckkolbens
geschlossen werden, damit Druckmittel aus dem Primärdruckraum
zur Kolbenkammer gelangen kann und dadurch die Simulatorfeder betätigt wird.
In der Anfangsphase der Pedalbetätigung
ist damit noch keine Simulatorwirkung vorhanden. Dies tritt somit
verspätet
und dann ruckartig ein, weil zunächst
die Vorspannung der Simulatorfeder überwunden werden muss.
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Die Erfindung beruht somit auf der
Aufgabe, die Verlustwege des Simulators weiter zu verringern und
einen glatten Einstieg in die Pedalwegsimulation zu erreichen.
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Gemäß der Erfindung wird dies dadurch
erreicht, dass die Simulatorfeder und die sperrbare Simulatorkammer
parallel zueinander wirkmäßig zwischen
dem Druckkolben und dem Betätigungsglied angeordnet
sind, und dass das Sperrventil vom Druck der Hilfsdruckquelle betätigbar ist,
wobei beim Vorliegen eines dem Bremskreis zur Verfügung stehenden
Druckes der Hilfsdruckquelle das Sperrventil geöffnet und ansonsten geschlossen
ist.
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Da die Simulatorfeder zwischen dem
Betätigungsglied,
das unmittelbar mit der Pedalstange verbunden ist, und dem Druckkolben
angeordnet ist, wird die auf das Pedal rückwirkende Kraft von vornherein
durch die Simulatorfeder bestimmt. Dies ergibt von vornherein einen
gleichmäßigen Anstieg
der Pedalwegkennlinie.
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Da beim Vorliegen eines dem Bremskreis
zur Verfügung
stellbaren Druckes der Hilfsdruckquelle das Sperrventil öffnet und
ansonsten geschlossen ist, ist die Simulatorkammer bei nicht intakter
Hilfsdruckquelle von vornherein gesperrt ist, so dass die Pedalwirkung
von Anfang an gegeben ist.
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Vorteilhafterweise kann die Betätigungseinheit
so ausgebildet sein, dass der Druckkolben und das Betätigungsglied
jeweils eine axiale Verlängerung
aufweisen, die teleskopartig ineinander geführt sind und deren einander zugewandte
Stirnflächen
die Simulatorkammer einschließen,
und dass die Simulatorfeder außerhalb
der derart ausgebildeten Simulatorkammer angeordnet ist. Dies hat
unter anderem den Vorteil, dass die Feder nicht, wie im Stand der Technik,
in der Simulatorkammer, in der sich auch die Bremsflüssigkeit
befindet, angeordnet ist, sondern in einem der Atmosphäre zugänglichen
Bereich. Es liegt somit ein trockener Einbauraum vor. Dies ermöglicht es,
statt eine metallische Feder auch nicht metallische Simulatorelemente
vorzusehen, die zum Teil bessere Eigenschaften als metallische Simulatorfedern
haben und darüber
hinaus auch kostengünstiger
herzustellen sind.
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Eine sehr kompakte Anordnung erhält man, wenn
das Sperrventil im Druckkolben angeordnet ist. Zusammen mit der
Tatsache, dass die Simulatorkammer und die Simulatorfeder in einer
axialen Verlängerung
des Hauptbremszylinders angeordnet sind, ergibt sich insgesamt eine
schlanke Ausführung
der Betätigungseinheit.
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Vorzugsweise ist die Verlängerung
des Druckkolbens ein in eine Sackbohrung des Druckkolbens eingesetzte
stabförmige
Verlängerung
mit einer durchgehenden Längsbohrung,
in der das Sperrventil angeordnet ist, wobei am Boden der Sackbohrung eine
mit der Hilfsdruckquelle verbundene Steuerkammer ausgebildet ist.
Diese Anordnung ermöglicht
es, das Sperrventil außerhalb
des Hauptbremszylinders vorzumontieren und als Baueinheit in den
Druckkolben einzusetzen.
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Um sicher zu stellen, dass bei einer
ausgefallenen Hilfsdruckquelle das Sperrventil geschlossen ist,
wird vorgeschlagen, dass der Schließkörper des Ventils von einer
Feder in Schließrichtung
beaufschlagt ist.
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Zum Verbinden der Simulatorkammer
mit dem drucklosen Vorratsbehälter
wird wie folgt vorgegangen: Um den Druckkolben ist eine Ringkammer im
Gehäuse
des Hauptbremszylinders angeordnet, die ständig mit dem drucklosen Vorratsbehälter in Verbindung
steht. Außerdem
verbindet eine durch den Druckkolben und die stabförmige Verlängerung führende Bohrung
die Ringkammer mit dem Sperrventil.
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Das Sperrventil kann sehr unterschiedlich ausgeführt sein.
Zum einen kann es sich dabei um ein Schiebeventil mit einem Ventilkolben
handeln, der in einer Längsbohrung
der stabförmigen
Verlängerung
verschiebbar gelagert ist und der mit seiner einen Stirnseite die
Steuerkammer begrenzt und mit Steuerkanten versehen ist, die mit
der Mündung
der zuvor genannten zu der Ringkammer führenden Bohrungen zusammenwirken.
Derartige Ventile sind einfach zu realisieren und weisen insbesondere
dann, wenn Dichtringe vorgesehen sind, eine hohe Dichtheit auf.
Dies gilt um so mehr, als die Ansprüche an das Ventil nicht sehr
hoch sind, da es keine Steuerfunktion übernimmt, sondern lediglich
in seltenen Fällen
eine Schaltfunktion ausübt.
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Grundsätzlich kann das Sperrventil
aber auch als Sitzventil ausgebildet sein. Diese weisen, wenn sie
intakt sind, eine sehr hohe Dichtwirkung auf, so dass bei dieser
Ausführung
ein Druckmittelverlust der Simulatorkammer, wenn diese gesperrt
ist und unter Druck steht, eher unwahrscheinlich ist.
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Das Ventil wird durch ein Einsatzstück in der Längsbohrung
der stabförmigen
Verlängerung
gebildet, das mittels eines Schaftes, in der sich der Ventilkörper befindet,
in der Verlängerung
gehalten ist.
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Die Simulatorfeder ist, wie schon
vorher ausgeführt,
außerhalb
der Simulatorkammer und koaxial zu der teleskop artigen Verbindung
von Betätigungsglied
und Druckkolben angeordnet. Sie liegt vorzugsweise mit einem Ende
am Druckkolben und mit dem anderen Ende an einem Kragen des Betätigungsgliedes
an, der seinerseits wieder an einem nach innen gerichteten Kragen
am Hauptzylinder anlegbar ist.
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Die beschriebene Erfindung hat den
Vorteil, dass der volle Pedalweg zur Betätigung des Hauptbremszylinders
genutzt werden kann. Bei Ausfall der Hilfsdruckquelle entstehen
keine Verlustwege. Die Lösung
ist platzsparend, da sie in einer Verlängerung der Hauptbremszylinderbohrung
angeordnet werden kann.
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Des Weiteren ist die Wahrscheinlichkeit
eines Ausfalls sehr gering, da das Sperrventil in seiner Grundstellung
geschlossen ist. Sollte das Ventil nicht aufgestoßen werden,
obwohl ein Hilfsdruck vorhanden ist, bliebe die teleskopartige Verbindung
gesperrt. Der Simulatoreffekt fällt
weg, was aber die Wirksamkeit der Bremsung nicht berührt, da
zum Steuern als Druckquelle im Wesentlichen die Pedalkraft herangezogen
wird.
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Im Folgenden soll anhand eines Ausführungsbeispiels
die Erfindung näher
erläutert
werden. Dazu zeigen:
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l eine
Betätigungseinheit
mit einem Schiebeventil als Sperrventil in der Normalbremsstellung,
d. h. dass die Bremsanlage sich im "brake by wire" mode befindet, und
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2 eine
zweite Ausführung
der Betätigungseinheit
mit einem Sitzventil als Sperrventil in der Notfallstellung, d.
h., dass sich die Bremsanlage im Notfallbetrieb befindet, in der
die Bremskreise an der Betätigungseinheit
angeschlossen sind, um eine konventionelle Bremsung zu ermöglichen.
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Bis auf die Ausführung des Sperrventils sind beide
Betätigungseinheiten
identisch, so dass sie zunächst
gemeinsam beschrieben werden sollen.
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Die Figuren zeigen jeweils einen
Hauptbremszylinder 1 mit einem nur schematisch dargestellten
Vorratsbehälter 2,
der an entsprechenden Anschlüssen
am Hauptbremszylinder 1 befestigt ist. Des Weiteren ist
der Hauptbremszylinder an einer Hilfsdruckquelle 3 angeschlossen,
die hier durch ein Speichersymbol versinnbildlicht ist. In einer
Bohrung 4 des Hauptbremszylinders 1 sind hintereinander
in Tandemanordnung zwei Druckkolben, nämlich ein Primärkolben 5 und
ein Sekundärkolben 6,
angeordnet, die einen Primärdruckraum 7 und
einen Sekundärdruckraum 8 einschließen. Diese
sind, was hier nicht näher
dargestellt ist, über
normalerweise offene und elektromagnetisch betätigbare Trennventile an Bremskreise
angeschlossen. Über
als Manschettenventile ausgebildete Zulaufventile 9, 10 sind
die Druckräume
7, 8 außerdem
mit dem Vorratsbehälter 2 verbunden.
Eine anfängliche
Verschiebung des Primärkolbens 5 und
des Sekundärkolbens 6 schließt die Zulaufventile 9, 10,
so dass in den Druckräumen 7, 8 ein
Druck aufgebaut werden kann.
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Der Primärkolben 5 ist als
Stufenkolben ausgebildet, so dass sich um ihn herum eine Ringkammer 11 bildet,
die ständig über eine
Bohrung 11a mit dem Vorratsbehälter 2 in Verbindung
steht.
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Zum Betätigen des Hauptbremszylinders 1 ist
ein Pedal 12 vorgesehen, das gegebenenfalls unter Zwischenschaltung
eines pneumatischen oder hydraulischen Verstärkers auf eine Pedalstange 13 einwirkt,
die mit einem Betätigungs glied 14 verbunden
ist. Zwischen dem Betätigungsglied 14 und
dem Primärkolben 5 ist
eine Simulatoreinheit 15 vorgesehen, die wie folgt aufgebaut
ist: Zwischen der rückwärtigen Stirnseite
des Primärkolbens 5 und
einem Kragen 16 an dem Betätigungsglied 14 ist
eine Simulatorfeder 17 angeordnet. Innerhalb der Simulatorfeder 17 befindet
sich eine Teleskopeinheit 18, die aus einer topfartigen
Verlängerung 19 des
Betätigungsgliedes 14 und
einer stangenförmigen
Verlängerung 20 am
Primärkolben 5 besteht.
Die stangenförmige Verlängerung 20 taucht
in die topfartige Verlängerung 19 ein,
so dass eine geschlossene Simulatorkammer 21 entsteht. Über ein
im Primärkolben 5 angeordnetes
Sperrventil 22 ist diese Kammer allerdings mit dem Vorratsbehälter 2 verbunden.
Das Sperrventil 22 ist normalerweise geschlossen und wird
wie folgt betätigt:
Eine Steuerkammer 25, die mit der Hilfsdruckquelle 3 in
Verbindung steht, grenzt an einen Steuerkolben 26 an. Ein
in der Steuerkammer 25 anliegender Druck verschiebt den
Steuerkolben 26, um das Sperrventil 22 zu öffnen. Damit
ergeben sich zwei Situationen:
(A) Liegt in der Steuerkammer 25 ein
Druck an, ist also die Hilfsdruckquelle intakt, ist das Sperrventil 22 offen,
so dass die Simulatorkammer 21 mit dem Vorratsbehälter 2 in
Verbindung steht. Bei Ausübung
einer Pedalkraft kann die Teleskopeinheit 18 zusammengeschoben
werden und die auf das Betätigungsglied 14 wirkenden
Kräfte
werden über
die Simulatorfeder 17 auf den Primärkolben 5 übertragen.
Die Simulatorfeder 17 erzeugt entsprechend ihrer Zusammendrückung eine
auf das Pedal 12 rückwirkende Gegenkraft.
Dies vermittelt dem Fahrer ein Pedalgefühl. Außerdem kann die vom Fahrer
ausgeübte
Pedalkraft genutzt werden, um seinen Wunsch hinsichtlich der Verzögerung des
Fahrzeugs zu erfahren. Der Druck in den Bremskreisen wird dementsprechend eingestellt.
(B)
Fällt die
Hilfsdruckquelle 3 aus, ist die Steuerkammer 25 drucklos,
was dazu führt,
dass das Sperrventil 22 geschlossen ist. Dies hat zur Folge,
dass die Teleskopeinheit 18 sperrt und die auf das Pedal 12 ausgeübte Kraft über die
gesperrte Teleskopeinheit 18 auf den Primärkolben 5 übertragen
wird, so dass der Hauptbremszylinder 1 in konventioneller
Weise betätigt
wird, was zu einem Druckaufbau in den Bremskreisen führt, da
für diesen
Fall die Trennventile offen sind.
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Die Steuerkammer 25 ist
am Boden einer Sackbohrung im Primärkolben 5 ausgebildet.
Sie steht über
Bohrungen im Hauptbremszylindergehäuse und im Primärkolben 5 ständig mit
der Hilfsdruckquelle in Verbindung.
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Gemäß der 1 ist das Sperrventil wie folgt gebildet:
Die stangenförmige
Verlängerung 20 wird von
einer Stange mit einer Längsbohrung 30 gebildet,
die in der schon erwähnten
Sackbohrung 31 im Primärkolben 5 eingesteckt
ist. In der Sackbohrung 31 ist ein Ventilkolben 32 dichtend
geführt,
der mit seiner einen Stirnseite an die Steuerkammer 25 am Boden
der Sackbohrung 31 und mit seiner anderen Stirnseite an
die Simulatorkammer 21 angrenzt.
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Querbohrungen im Primärkolben 5 und
in der stangenförmigen
Verlängerung 20 verbinden
die Ringkammer 11 mit einer in der Mantelfläche der Längsbohrung 30 einmündenden
Ventilbohrung 33, die bei geöffnetem Sperrventil 22 mit
einer entsprechenden eine Steuerkante bildenden Querbohrung 34 im
Ventilkolben 32 fluchtet, die über eine sackförmige Längsbohrung
im Ventilkolben 32 mit der Simulatorkammer 21 in
Verbindung steht.
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Die 1 zeigt
eine Situation, bei der die Steuerkammer 25 von einem Druck
belastet ist. Der Ventilkolben 32 ist gegen die Kraft einer
Ventilfeder 35 gegen einen Anschlag gefahren, wobei die
Ventilbohrung 33 mit der Querbohrung 34 im Ventilkolben 32 fluchtet
und damit das Sperrventil 22 geöffnet ist, also eine hydraulische
Verbindung zwischen der Simulatorkammer 21 und der Ringkammer 11 und
damit mit dem Vorratsbehälter 2 besteht.
Fällt dieser Druck
weg, schiebt die Ventilfeder 35 den Ventilkolben 32 gemäß der Darstellung
nach links, wodurch die Steuerkanten der Querbohrung 34 die
Ventilbohrung 33 überfahren
und damit das Sperrventil 22 geschlossen wird.
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Das Sperrventil 22 gemäß 2 ist wie folgt ausgebildet:
Auch hier besitzt die stangenförmige Verlängerung 20 eine
Längsbohrung 30,
in der allerdings ein ringförmiger
Ventilsitz 40 eingebracht ist. An diesem liegt auf der
der Simulatorkammer 21 zugewandten Seite eine Ventilkugel 41 an.
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Ein hülsenförmiger Schaft 42 ist
ebenfalls in die Längsbohrung 30 eingesteckt
und fixiert den Ventilsitz 40. Gleichzeitig weist der Schaft 42 nach
innen gerichtete Einquetschungen 43 auf, die als Gegenstütze für eine an
der Ventilkugel 41 abgestützte Ventilkugelfeder 44 dienen.
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Der Steuerkolben 26, der
mit seiner einen Stirnseite die Steuerkammer 25 begrenzt
und von der Ventilfeder 35 belastet ist, ist mit einem
Ventilstößel 45 versehen.
Liegt in der Steuerkammer 25 ein Druck an, stößt der Ventilstößel 45 die
Ventilkugel 41 vom Ventilsitz 40, so dass das Sperrventil 22 geöffnet ist. Liegt
kein Druck an, drückt
die Ventilfeder 35 den Steuerkolben 26 zurück, so dass
die Ventilkugel 41 sich an den Ventilsitz 40 anlegen
kann: Das Sperrventil 22 ist geschlossen.
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In beiden Ausführungen wird die Verbindung der
Hilfsdruckquelle 3 zur Steuerkammer 25 wie folgt realisiert:
Eine mit der Hilfsdruckquelle 3 verbundene Anschlussbohrung
50 im Gehäuse
des Hauptbremszylinders 1 mündet in eine weitere Ringkammer 51 ein,
in die unabhängig
von der Stellung des Primärkolbens 5 stets
eine Querbohrung einmündet,
die wiederum mit einer Längsbohrung
in Verbindung steht, die zum Boden der Sackbohrung 31 im
Primärkolben 5 geführt ist.
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Der Hilfsdruck kann weiterhin dazu
genutzt werden, dass Dichtringe rückseitig belastet werden, um
ihre Dichtwirkung zu überprüfen. Dies
gilt z. B. für die
beiden Dichtungen 52, die die stangenförmige Verlängerung 20 gegenüber der
topfförmigen
Verlängerung 19 abdichten.
Dazu sind weitere strichpunktiert angedeutete Bohrungen vorgesehen.
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- 1
- Hauptbremszylinder
- 2
- Vorratsbehälter
- 3
- Hilfsdruckquelle
- 4
- Hauptbremszylinderbohrung
- 5
- Primärkolben
- 6
- Sekundärkolben
- 7
- Primärdruckraum
- 8
- Sekundärdruckraum
- 9
- Zulaufventile
- 10
- Zulaufventile
- 11
- Ringkammer
- 11a
- Bohrung
- 12
- Pedal
- 13
- Pedalstange
- 14
- Betätigungsglied
- 15
- Simulatoreinheit
- 16
- Kragen
- 17
- Simulatorfeder
- 18
- Teleskopeinheit
- 19
- topfartige
Verlängerung
- 20
- stangenförmige Verlängerung
- 21
- Simulatorkammer
- 22
- Sperrventil
- 25
- Steuerkammer
- 26
- Steuerkolben
- 30
- Längsbohrung
- 31
- Sackbohrung
- 32
- Ventilkolben
- 33
- Ventilbohrung
- 34
- Querbohrung
- 35
- Ventilfeder
- 40
- Ventilsitz
- 41
- Ventilkugel
- 42
- Schaft
- 43
- Einquetschungen
- 44
- Ventilkugelfeder
- 45
- Ventilstößel
- 50
- Anschlussbohrung
- 51
- Ringkammer
- 52
- Dichtung