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Die
Erfindung betrifft ein Hydraulik-Lenksystem, mit einem Hydraulikkreislauf
gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1.
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Hydraulik-Lenksysteme
bzw. Hilfskraftlenkungen für
Kraftfahrzeuge, sind aus dem allgemeinen Stand der Technik hinlänglich bekannt.
Pumpen zum Fördern
von Druckmittel aus einem Behälter
zu einem Verbraucher, beispielsweise zum Verschieben der Zahnstange
einer Hilfskraftlenkung für
Kraftfahrzeuge, sind ebenfalls aus dem allgemeinen Stand der Technik
hinlänglich
bekannt. Hierzu wird beispielsweise auf die WO 99/19629 A1 verwiesen.
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Allgemein
wird die notwendige Kraft bzw. der notwendige Volumenstrom zum Verbraucher,
beispielsweise der Zahnstange, von einer Pumpe, beispielsweise einer
Verdrängerpumpe
(Flügelzellenpumpe,
Rollenzellenpumpe, usw.), aufgebracht. Wird die notwendige Kraft
zum Verschieben der Zahnstange überschritten
(beispielsweise weil die Zahnstange den Lenkanschlag erreicht hat),
so wird das von der Pumpe geförderte
Hydraulikmittel durch ein in der Pumpe angeordnetes Druckbegrenzungsventil
gefördert.
Das in der Pumpe integrierte Druckbegrenzungsventil kann beispielsweise
gemäß dem in
der WO 99/19629 A1 beschriebenen Bypass-Stromregelventil ausgebildet
sein.
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In
der
DE 196 23 567
C2 , die als nächstliegender
Stand der Technik anzusehen ist, ist eine hydraulische Servosteuerung
für eine
hydraulische Servolenkung, mit einem durch ein Servoventil steuerbar an
eine Druckseite einer Hydraulikpumpe sowie an deren Saugseite oder
an ein relativ druckloses Hydraulikreservoir anschließbaren hydraulischen
Servomotor und mit einem die Hydraulikpumpe antreibenden Elektromotor
mit Drehzahlregelung, beschrieben.
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Sollte
die Fahrzeuglenkung längere
Zeit an einem Endanschlag gehalten werden, bleibt das Servoventil
entsprechend lange in einem Schließzustand, bei dem der Druckanschluss über das
Servoventil nicht mit dem Hydraulikreservoir zu kommunizieren vermag.
Das von der Hydraulikpumpe geförderte
Hydraulikmedium strömt über das
Druckbegrenzungsventil ständig
unmittelbar zur Saugseite der Pumpe.
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In
nachteilhafter Weise entsteht beim Betrieb der Pumpe Wärme, die
jedoch nicht abgeführt
werden kann, wenn das Hydraulikmittel nur in der Pumpe zirkuliert.
Der aus der Zirkulation des Hydraulikmittels resultierende Temperaturanstieg
führt bereits
nach einer relativ kurzen Zeitspanne zu einer derartigen Erwärmung der
Pumpe, dass diese zerstört
bzw. beschädigt
wird.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Hydraulik-Lenksystem zu schaffen,
bei dem eine aus einer Wärmeentwicklung resultierende
Beschädigung
der Pumpe vermieden wird.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch ein Hydraulik-Lenksystem mit den Merkmalen des Anspruches
1, in seiner Gesamtheit, gelöst.
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Dadurch,
dass außerhalb
der Pumpe zur Umgehung des Verbrauchers eine Bypassleitung angeordnet
ist, welche durch ein Druckbegrenzungsventil gere gelt wird, kann
ein definierter Volumenstrom abgeleitet werden. Damit verlässt wenigstens ein
Teil des Hydraulikmittels auch dann die Pumpe, wenn dem Verbraucher
kein Hydraulikmittel zugeführt
wird. Das aus dem internen Pumpenkreislauf entnommen Hydraulikmittel
kann sich somit abkühlen
und der Pumpe wieder zugeführt
werden.
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Das
Hydrauliksystem kann dabei beispielsweise derart ausgelegt bzw.
ausgebildet sein, dass, wenn dem Verbraucher kein Hydraulikmittel
zugeführt
wird, ein Volumenstrom von beispielsweise 13 Litern/min intern in
der Pumpe zirkuliert, während
2 Liter/min durch die außerhalb
der Pumpe angeordnete Bypassleitung fließen. In Versuchen hat sich
dabei herausgestellt, dass bereits ein geringer durch die Bypassleitung
fließender
Volumenstrom genügt,
um die Pumpe ausreichend zu kühlen.
Die Kühlung
erfolgt dabei dadurch, dass sich das Hydraulikmittel beim Durchfließen der
Bypassleitung und gegebenenfalls weitere Leitungen und Bauteile
abkühlt,
bevor es wieder in die Pumpe gelangt. Von Vorteil ist es dabei,
wenn die Bypassleitung derart angeordnet ist, dass das Hydraulikmittel
unter Umgehung des Verbrauchers einen möglichst großen Teil des Hydraulikkreislaufes
durchfließt.
Dadurch wird unter Benutzung des bestehenden Hydraulikkreislaufes
eine besonders gute Kühlung
des Hydraulikmittels erreicht, bevor dieses wieder in die Pumpe
eintritt. Die Zuführung
des abgekühlten
Hydraulikmittels verhindert zuverlässig eine Zerstörung der
Pumpe.
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Wie
sich in nicht naheliegender Weise herausgestellt hat, verhindert
die erfindungsgemäße Lösung nicht
nur eine Zerstörung
der Pumpe, sondern reduziert ebenfalls die Geräuschentwicklung. Insbesondere
bei den vorbekannten Hydraulik-Lenksystemen tritt, wenn die zu verschiebende
Zahnstange den maximalen Lenkanschlag erreicht hat und folglich
das Hydraulikmittel vollständig
innerhalb der Pumpe zirkuliert, ein Pfeifgeräusch auf. Dieses Pfeifgeräusch resultiert
daraus, dass das gesamte Volumen durch das interne Haupt-Druckbegrenzungsventil
der Pumpe gefördert
wird. Diese Geräuschentwicklung
hat sich bei der erfindungsgemäßen Lösung durch
die Abführung
eines Teiles des Hydraulikmittels durch die außerhalb der Pumpe angeordnete
Bypassleitung deutlich reduziert.
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Die
Bypassleitung kann in einer bevorzugten Ausführungsform auch als Verbindungsbohrung
in dem Ventilgehäuse
ausgebildet sein, welche einen Zulaufanschluss mit einem Rücklaufanschluss – unter
Umgehung des Verbrauchers – verbindet.
Dabei kann das Druckbegrenzungsventil bevorzugt in der Bypassleitung,
in diesem Fall der Verbindungsbohrung, angeordnet sein. Das Druckbegrenzungsventil ist
somit im Ventilgehäuse
integriert.
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Erfindungsgemäß kann ferner
vorgesehen sein, dass das Druckbegrenzungsventil außerhalb der
Pumpe in der Bypassleitung angeordnet ist.
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Prinzipiell
ist die Einleitung des Hydraulikmittelstroms in die außerhalb
der Pumpe angeordnete Bypassleitung auch durch ein Druckbegrenzungsventil
möglich,
das innerhalb der Pumpe angeordnet ist. Es hat sich jedoch als vorteilhaft
herausgestellt, wenn das Druckbegrenzungsventil ebenfalls außerhalb
der Pumpe angeordnet ist. Vorzugsweise zweigt die Bypassleitung
möglichst
direkt vor dem Verbraucher von dem Hydraulikkreislauf ab und mündet unmittelbar
nach dem Verbraucher wieder in die entsprechende Rückführleitung
des Hydraulikkreislaufs. Zusätzliche
Materialkosten und der notwendige Platzbedarf werden somit gering
gehalten. Außerdem
kann zur Abkühlung
des abgeführten
Hydraulikmittelstromes annähernd
der gesamte Hydraulikkreislauf genutzt werden.
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Von
Vorteil ist es, wenn das Druckbegrenzungsventil bei einem niedrigeren
Druck anspricht und die Bypassleitung wenigstens teilweise öffnet als das
in der Pumpe integrierte Haupt-Druckbegrenzungsventil.
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Dadurch
ist sichergestellt, dass jederzeit ein Teil des Hydraulikmittels
von der Pumpe abgeführt und
gekühlt
wieder zugeführt
wird. Das Ansprechverhalten des externen Druckbegrenzungsventils
kann über
eine Feder mit einer entsprechenden Federkonstanten eingestellt
werden.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus
den weiteren Unteransprüchen.
Ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist nachfolgend prinzipmäßig anhand der Zeichnung dargestellt.
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Es
zeigt:
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1 ein
erfindungsgemäßes Hydraulik-Lenksystem;
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2 eine
prinzipmäßige Darstellung
einer Integration eines externen Druckbegrenzungsventils in Leitungen
eines Hydraulik-Lenksystems;
und
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3 einen
Längsschnitt
durch einen Teil eines Druckbegrenzungsventils.
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1 zeigt
ein Hydraulik-Lenksystem 1 für Kraftfahrzeuge, beispielsweise
als Hilfskraftlenkung für
Kraftfahrzeuge, ausgebildet ist und einen Hydraulikkreislauf 2 aufweist.
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Hydraulik-Lenksysteme
sind aus dem allgemeinen Stand der Technik hinlänglich bekannt, weshalb nachfolgend
nur auf die für
die Erfindung wesentlichen Merkmale näher eingegangen wird. Der in 1 dargestellte
Hydraulikkreislauf 2 weist eine Pumpe 3, einen
Verbraucher 4, Leitungen 5 sowie einen Hydraulikbehälter 6 auf.
Des weiteren ist eine erfindungsgemäße Bypassleitung 7 vorgesehen,
die außerhalb
der Pumpe 3 angeordnet ist und zur Umgehung des Verbrauchers 4 dient.
Die Bypassleitung 7 wird erfindungsgemäß durch ein Druckbegrenzungsventil 8 gesteuert.
Das Druckbegrenzungsventil 8 ist dabei in der Bypassleitung 7 angeordnet.
Das Druckbegrenzungsventil 8 kann auch im Verbraucher 4 angeordnet
sein. Zweckmäßig ist
es, das Druckbegrenzungsventil 8 im Ventilgehäuse einzubringen. Das
Druckbegrenzungsventil 8 muss allerdings vor dem Verbraucher
sein. Die Bypassleitung 7 ist hierzu in Form einer Verbindungsbohrung
ausgebildet, die einen Zulaufanschluss mit einem Rücklaufanschluss – unter
Umgehung des Verbrauchers 4 – verbindet.
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In
dem dargestellten Ausführungsbeispiel
ist die Pumpe als Verdrängerpumpe 3,
beispielsweise als Flügel-
oder Rollenzellenpumpe, ausgebildet. Der Verbraucher 4 ist
als Zahnstangen-Hydrolenkung 4 (bzw. als Lenkgetriebe)
ausgebildet, der zum Verschieben ein Hydraulikmittel, im dargestellten
Ausführungsbeispiel Öl, zugeführt wird.
Der Hydraulikbehälter
ist als Ölbehälter 6 ausgebildet.
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1 zeigt
des weiteren einen Bereich 9, in dem sich das durch die
Leitung bzw. Leitungen 5 des Hydraulikkreislaufes 2 fließende Öl abkühlen kann. Der
Bereich 9 soll dabei lediglich symbolisch für weitere
Leitungen 5 bzw. weitere Bauteil stehen, die das Öl durchfließen muss,
um vom Pumpenausgang zurück
zum Pumpeneingang fließen
zu können.
Prinzipiell kühlt
sich das Öl
beim Durchfließen
aller Bauteile und Leitungen des Hydraulikkreislaufes 2 ab.
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Im
dargestellten Ausführungsbeispiel
kann vorgesehen sein, dass die Verdrängerpumpe 3 ein Volumen
von ca. 15 l/min fördern
kann. Dabei ist vorgesehen, dass durch das Druckbegrenzungsventil 8 ein
Volumen von beliebiger Größe, vorzugsweise
2 l/min, gefördert
wird. Die Verdrängerpumpe 3 weist dabei
ein in 1 nur prinzipmäßig dargestelltes Hauptdruckbegrenzungsventil 10 auf,
welches beim Überschreiten
eines vorgegebenen Drucks zur Umgehung des Verbrauchers 4 einen
internen Pumpenkreislauf für
das Öl öffnet.
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Ein
in einer Verdrängerpumpe 3 integriertes Haupt-Druckbegrenzungsventil 10 ist
aus dem allgemeinen Stand der Technik hinlänglich bekannt, wozu nur beispielsweise
auf die WO 99/19629 verwiesen wird, weshalb nachfolgend hierauf
nicht näher
eingegangen wird.
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Das
Druckbegrenzungsventil 8 spricht bei einem niedrigeren
Druck an als das Haupt-Druckbegrenzungsventil 10, wodurch
die Bypassleitung 7 wenigstens teilweise geöffnet wird,
bevor sich der interne Pumpenkreislauf öffnet. Das Ansprechverhalten des
Druckbegrenzungsventils 8 kann beispielsweise über eine
in 2 näher
dargestellte Feder 11 mit einer entsprechenden Federkonstanten
eingestellt werden bzw. jegliche Art von Vorrichtungen/Geräten, die
eine Kraft ausüben
kann.
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Wie
aus 1 ersichtlich ist, zweigt die Bypassleitung 7 relativ
nah vor der Zahnstangen-Hydrolenkung 4 von der zuführenden
Leitung 5 ab und mündet ebenfalls
relativ nah nach der Zahnstangen-Hydrolenkung 4 wieder
in die weiterführende Leitung 5 des
Hydraulikkreislaufes 2. Alternativ dazu kann das Druckbegrenzungsventil 8 auch
im Ventilgehäuse
untergebracht sein. Die Zuleitung zum Verbraucher 4 geht
ebenfalls ins Ventilgehäuse.
Konstruktiv ist in dieser Ausführungsform
vorgesehen, dass das Druckbegrenzungsventil 8 in einer
Verbindungsbohrung zwischen dem Zulaufanschluss und dem Rücklaufanschluss
angebracht ist. Das durch den Bypass 7 strömende Öl, das nachfolgend
als Lecköl
definiert werden soll, strömt
somit durch das gesamte Hydraulik-Lenksystem 1 (mit Ausnahme des
Verbrauchers 4) bzw. durch den gesamten Hydraulikkreislauf 2,
wodurch über
alle enthaltenen Bauteile und Leitungen Wärme abgeführt werden kann.
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1 zeigt
eine Darstellung, in der die Zahnstangen-Hydrolenkung 4 an
dem Lenkanschlag ausgelenkt ist. Folglich ist das Druckbegrenzungsventil 8 geöffnet und
das Hydraulikmittel strömt
durch die Bypassleitung 7 (siehe Pfeilrichtung).
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2 zeigt
eine mögliche
Ausführungsvariante
für die
Integration des Druckbegrenzungsventils 8 bzw. des Bypasses 7 in
die Leitungen 5 des Hydraulikkreislaufes 2. Im
Normalbetrieb, d.h. wenn die Zahnstangen-Hydrolenkung 4 mit Öl versorgt
werden muss, strömt
das Öl
von der Pumpe 3 durch die Leitungen 5 zu der Zahnstangen-Hydrolenkung 4.
Vom Ausgang der Zahnstangen-Hydrolenkung 4 fließt das Öl anschließend durch
die Rückführleitungen 5 und einen Ölbehälter 6 (in 2 nicht
dargestellt) zurück zur
Verdrängerpumpe 3.
Ab einem bestimmten Druck, beispielsweise wenn die Zahnstangen-Hydrolenkung 4 den
Lenkanschlag erreicht hat, öffnet
das Druckbegrenzungsventil 8. Im Ausführungsbeispiel weist das Druckbegrenzungsventil 8 hierzu
ein als Kugel 12 ausgebildetes Verschlusselement auf, welches
durch die Kraft der Feder 11 eine Einlassöffnung 13 verschließt. Die
Feder 11 wirkt im Ausführungsbeispiel über einen
Kolben 17 auf die Kugel 12 ein. Ab einem gewissen
Druck wird dabei die Kugel 12 gegen die Federkraft der
Feder 11 derart verschoben, dass die Einlassöffnung 13 wenigstens
teilweise geöffnet
wird. Das Druckbegrenzungsventil 8 in 2 entspricht
nicht einem Ventil, welches den Volumenstrom regeln lässt. Ein
Druckbegrenzungsventil 8 welches eine Volumenstromregelung
ermöglicht, ist
in 3 dargestellt. Alternativ zu der Feder 11 können auch
andere Bauteile eingesetzt werden, die eine Kraft auf den Kolben 17 und
somit auf die Kugel 12 ausüben (z.B. Elektromagnet).
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Vorzugsweise
ist das Druckbegrenzungsventil 8 derart ausgebildet bzw.
die Einlassöffnung 13,
die Kugel 12 und die Feder 11 derart aufeinander abgestimmt,
dass ein definierter Leckvolumenstrom abgeleitet wird. Die Ableitung
nur eines bestimmten Leckvolumenstroms hat sich als vorteilhaft
herausgestellt, um Momenten-Schwankungen weitgehend zu vermeiden.
Wenn nun die Kugel 12 aufgrund des Öldrucks die Einlassöffnung 13 wenigstens
teilweise freigibt, strömt
das Öl
von der Verdrängerpumpe 3 durch
den Bypasskanal 7 und passiert das Druckbegrenzungsventil 8.
Von dort wird das Öl über die Rückführleitungen 5 wieder
dem Ölbehälter 6 bzw. der
Saugseite der Verdrängerpumpe 3 zugeführt.
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2 zeigt
lediglich eine prinzipmäßige Darstellung
für eine
Integration des Druckbegrenzungsventils 8 bzw. der Bypassleitung 7 in
Leitungen 5 eines Hydraulikkreislaufes 2.
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3 zeigt
einen Längsschnitt
durch einen Teil eines Druckbegrenzungsventils 8 in einer
Ausführungsform,
bei der in konstruktiv einfacher Weise nach dem Öffnen der Einlassöffnung 13 ein
definierter Leckvolumenstrom durch das Druckbegrenzungsventil 8 strömt. Das
Druckbegrenzungsventil 8 weist hierzu eine Regelblende 14 zur
definierten Steuerung des Leckvolumenstroms durch die Bypassleitung 7 auf.
Die Ausbildung einer Regelblende 14 zur Definition eines
maximalen bzw. definierten Leckvolumenstroms ist in vielfältiger Weise
möglich.
Gemäß 3 wird
die Regelblende 14 dadurch gebildet, dass die Kugel 12 derart
in einer Bohrung 15 angeordnet ist, dass die Bohrung 15,
nach dem die Kugel 12 die Einlassöffnung 13 freigegeben
hat, den Außendurchmesser
der Kugel 12 unabhängig
bzw. weitgehend unabhängig
vom anliegenden Druck umgibt und somit das in die Bypassleitung 7 einströmende Volumen
des Hydraulikmittels durch einen Spalt 16 zwischen dem
Außendurchmesser
der Kugel 12 und dem Innendurchmesser der Bohrung 15 bestimmt wird.
Somit wird durch einen definierten Spalt 16 in dem Druckbegrenzungsventil 8 die
Größe des Leckvolumenstroms
eingestellt.
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Der
Innendurchmesser der Bohrung 15 wirkt mit dem Außendurchmesser
der Kugel 12 als Regelblende 14 bzw. stellt diese
dar.
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Die
Bohrung 15 ist als Hülse
ausgebildet, die die Kugel 12 umgibt. Die Bohrung 15 erfüllt dabei eine
Doppelfunktion, da sie einerseits zur Definition eines Leckvolumenstroms
in Zusammenarbeit mit der Kugel 12 dient und andererseits
die Kugel 12 führt,
so dass die Einlassöffnung 13 durch
die Kraft der Feder 11 zuverlässig verschlossen und geöffnet werden
kann.
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Wie
sich aus 3 ergibt, entsteht nach dem Öffnen der
Einlassöffnung 13 durch
die Kugel 12 der Staudruck am Spalt 16 zwischen
dem Außendurchmesser
der Kugel 12 und dem Innendurchmesser der Bohrung 15.
Dadurch, dass der Staudruck am Spalt 16 entsteht, werden
Strömungsstörungen im
Bereich der Einlassöffnung 13,
die sich gegebenenfalls negativ auf das gesamte Strömungsverhalten
auswirken können,
vermieden.
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Die
Kugel 12 kann an einer Kante der Einlassöffnung 13 oder
an einer Fläche
der Einlassöffnung 13 anliegen.
Zum Anliegen der Kugel 12 an einer Fläche der Einlassöffnung 13 kann
diese in diesem Bereich beispielsweise kegelförmig bzw. als Kegelfläche ausgebildet
sein.
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In
der in 3 dargestellten Ausführungsform wird die Kugel 12 lediglich
durch die Federkraft der Feder 11 an die Einlassöffnung 13 gedrückt. In
einer alterna tiven Ausführungsform
kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Federkraft durch einen Systemdruck
erhöht
wird.