DE2217653A1

DE2217653A1 - Hydraulik-Hauptzylinder

Info

Publication number: DE2217653A1
Application number: DE19722217653
Authority: DE
Inventors: Robert Frank St. Joseph Mich. Gaiser (V.StA.)
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1971-04-12
Filing date: 1972-04-12
Publication date: 1972-10-19
Also published as: JPS5550817B1; FR2133592A1; AU4076072A; GB1324308A; AU461198B2; IT951289B; US3701257A; CA942355A; FR2133592B1; BR7202083D0

Description

Patentanwälte Dr. Ing. H. Negendank

Dipl. Ing. H. Haue* - Dipl. _Phys. w. Schmitz 2217653

Dipl. Ing. E. Graalfs - Dipl. Ing. W. VVshnert 8 München 2, MozartstraGe 23 Telefon 5380586

The Bendix Corporation

Executive Offices

Bendix Center Anwaltsakte M-2119

Southfield,Mich.48075,USA -J₂. April 1972

Hydraulik-Hauptzylinder

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Druckvorrichtungen für Hydraulik-Anlagen, wie z.B· Hydraulik-BremsenjUnd insbesondere hydraulische Zweikreis-Hauptbremszylinder für Kraftfahrzeuge. Bei den Zweikreis-Hydraulikbremsanlagen ist die Gesamtlänge des Hauptzylindergehäusea wegen des getrennten Anschlusses der vorderen und hinteren Bremsleitung an getrennte Druckkammern des Hauptzylindera größer* Die notwendige größere Baulänge des Zweikreis— hauptzylinders hat aufgrund der begrenzten Platsverhältnisse unter der Motorhaube moderner Kraftfahrzeuge Schwierigkeiten mit sich gebracht»

Hauptaufgabe der Erfindung ist ea, einen Zweikreis-Hauptzylinder zu schaffen, dessen Gesamtlänge und »»gewicht im Verhältnis zu anderen Zweikreis-Bremsaylindern wesentlich geringer sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die Erfindung einen Hauptzylinder für eine Hydraulik«Anlage mit einem Gehäuse,

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dae eine Bohrung und einen Hydraulikspeicher enthält', der mit der Bohrung in Verbindung steht; der Hauptzylinder ist dadurch gekennzeichnet, daß er eine in der Bohrung hin- und hergehend gelagerte Kolbenanordnung mit ersten und zweiten zueinander teleskopierbar angeordneten Kolben enthält, die zusammen mit der Gehäusebohrung erste und zweite volumenveränderliche Kammern bilden, sowie Ventile zur Steuerung der Strömungemittelverbindung zwischen dem Speicher und den entsprechenden Kammern der Bohrung, die von den Kolben bei deren Hubbewegung betätigbar sind, und daß die ersten und zweiten Kolben durch eine vorgespannte Feder in einem Abstand zueinander und in Abschältstellung durch eine geführte Fed.er und ein-e Rückstellfeder gehalten sind, die zwischen dem einen Kolben und dem Ende der Bohrung angeordnet ist.

Die teleskopartige Anordnung der im erfindungsgemäßen Hauptzylinder verwendeten Kolben ermöglicht es, Gesamtlänge und -gewicht des HauptZylinders um ca. 1/3 herabzusetzen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung, in Verbindung mit der Zeichnung, die eine hydraulische Zweikreisbremsanlage schematisch zeigt, wobei der erfindungsgemäß ausgebildete Hauptzylinder im Längsschnitt dargestellt

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Die erfindungsgemäße Strömungsmitteldruckvorrichtung 10 wird in Verbindung mit einer hydraulischen Zweikreisbremsanlage für ein Fahrzeug mit Vorder- und Kinterradbremsen 12 und 14 dargestellt. Die Vorrichtung, genauer gesagt, ein Z.jweikreis-Hauptzylinder, enthält ein Gehäuse 16 mit einer Gehäusebohrung 18. Auslaßöffnungen 20 und 22 im Gehäuse stehen in Verbindung mit den .Vorderradbremsen 12 bzw. den Hinterradbremsen 14· Bremsleitungen 24 und 26 verbinden die entsprechenden Öffnungen 20 und 22 mit den Radzylindern 28 und 30 der Vorder- und Hinterradbremsen. Die Bohrung 18 ist an einem Ende durch die Gehäusewand 32 verschlossen. Das andere Ende ist offen, um den Einbau der Kolbenanordnung 36 im Zylinder zu ermöglichen. Aus zeichnerischen Gründen sind die Öffnungen 20 und 22 in der Abbildung mit der Unterseite des Zylinders 18 verbundene In der Praxis werden diese Öffnungen vorzugsweise mit dem Zylinder oberhalb dessen Mittellinie verbunden, um ein Reinigen der Anlage zu ermöglichen und Schmutzablagerungen in den Öffnungen zu verringern.

Die in der Bohrung hin- und hergehend gelagerte Kolbenanordnung 36 enthält einen Hauptkolben 38 und einen Hilfskolben 40. Die Kolben 38 und 40 sind in der Bohrung teleskopierbar zueinander angeordnet. Der Hauptkolben 38 ist mit

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einem Kopf 42 und einem hülsenförmigen Abschnitt 44 versehen· Der hülsenförmige Abschnitt 44 ist über das Ende 46 des Hilfekolbene 40 verschiebbar· Der Außendurohmeeser des Endes 46 hat eine geringe Übergröße^um einen Anschlag 48 zu schaffen, an den sich ein Sperring 50 anlegt, der in einer im hülsenförmigen Abschnitt 44 ausgebildeten Nut 52 liegt« Damit wird ein Trennen der Kolben verhindert und gleichzeitig ihre kombinierte Gesamtlänge bei Anordnung im Zylinder 18 bestimmt« Die Kolben werden in dieser teleskopierbaren zu_einander verschiebbaren Lage durch die Feder 54 gehalten, die zwischen einem Radialflansch 56 des hülsenförmigen Abschnitte 44 und des Stegs 58 angeordnet ist, der einstückig an dem hülsenförmigen Abschnitt 60 des Kolbens 40 angeformt ist. Die Feder 54 ist so gewählt, daß sie vorgespannt ist, wenn sie zwischen den Kolben 38 und geführt oder eingebaut ist, womit die Kolben auf ihre gewünschte Gesamtlänge auseinandergeschoben werden, wie sie sich aus Auslegungsgründen ergibt. Eine weitere Federanordnung 62, bestehend aus einer vorgespannten Feder 64 und einer Kolbenrückstellfeder 66, ist zwischen dem Hilfskolben 40 und der Gehäusewand 32 angeordnet und drückt dadurch die Kolben 38 und 40 In ihre Bremslüftstellung in der Bohrung 18, so daß der Kopf 42 des Kolbens 38 am Sperring 68 anschlägt, der in der Nut 70 der Zylinderbohrung 18 gehaltert ist. Die vorgespannte Feder 64 liegt mit ihrem einen Ende

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in der Auseparung 72 des Kol"bens 40, an ihrem anderen Ende ist die Feder im Halteglied 74 gesichert« Ein Schraubbolzen 76 hält das Halteglied 74 und die Feder 64 einstellbar unter der gewünschten auf die Vorspannung der Feder 54 bezogenen Vorspannung. Ein Ende der Feder 64 liegt an einem seitlichen Flanschvorsprung 78 des Halteglieds 74 an« Das andere Ende der Feder 64 ist .in Eingriff mit dem Boden der Aussparung 72· Die Gehäusewand 32 dient beim Vorwärtshub der Kolben als Anschlag für den Flansch 78 des Halteglieds oder Käfigs 74· Ein rohrförmiger Abschnitt 80 des Käfigs 74 ist in der Aussparung 72 verschiebbar angeordnet und mit nach innen ragenden Laschen 82 versehen, an denen ein Ende der Spiralfeder 66 anbiegt. Das andere Ende der Rückstellfeder 66 liegt an der Gehäusewand 32 an« Wie ersichtlich ist, kann der Kolben 40 durch die Führung der Feder 64 im Halteglied 74 entgegen der Federvorspannung und trotz des Eingriffs zwischen Halteglied und Gehäusewand 32 in die Kammer 96 eindringen_f wodurch der volle Kolbenhub ausgenutzt wird· Das heißt, daß durch da» Zusammendrücken der vorgespannten Feder 64 der Kolben 40 bis in die Kammer 96 vordringen kann, obwohl der Flansoh. 78 des Halteglied» an der Wand 32 anschlägt« Durch die Kombination der Anordnung zwischen dem Kolben 40 und der vorgespannten Feder 62 mit den Teleskopkolben wird eine Ausführung geschaffen, womit sowohl in der länge als auch im Gewicht eine optimale Reduzierung des Zweikreis-HauptZylinders erreicht

wird· - 6 -

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Die Kolbenanordnung 36 ist in der Abbildung in der Brems-r lüftungsstellung im Zylinder 18 gezeigt. Sie wird durch Niederdrücken des Bremspedals 84, das an einem, auf einem festen Fahrzeugabaohnitt drehbar angeordneten Träger 86 angelenkt ist, in die Bremsbetätigungsatellung verschoben·. Eine Kraftübertragungsstange 88 ist bei 90 am Bremspedal drehbar angeordnet. Das andere Ende der Stange 88 liegt in einer Aussparung 92 des Kopfes 42 und ist in der Auaaparung verschwenkbar, wenn sich der Kolben 38 zum geschlossenen Ende der Bohrung hin bewegt. Die Kolbenanordnung 36, die die Kolben 38 und 40 und die Federn 54 und 62 umfaßt, teilt die Bohrung in eine erste und zweite volumenveränder— liehe Kammer 94 und 96"· Die erste Kammer 94 wird in der Zylinderbohrung zwischen der Innenstirnseite 95 des Kolbens 38 und der Stirnseite 97 des Kolbens 40 gebildet, wobei die Stirnseite 97 der Stirnseite 95 zugekehrt ist. Die Kammer 96 ist in der Zylinderbohrung 18 zwischen der Stirnseite 98 des Kolbens 40 und der Gehäusewand 32 gebildet, die natürlich ein einstückiger Abschnitt der Zylinderbohrung iat. Die volumenveränderlichen Kammern 94 und 96 stehen über die öffnungen 20 und 22 mit den Vorder- bzw. Hinterradbremaen in Verbindung* Eine O-Ring-Dichtung 89 im Kopf 42 dea Kolbens 38 dichtet die Kammer 94 nach außen ab. Radialkanäle 91 verbinden die beiden mittig und außerhalb vom hülaenförmigen Abschnitt 44 gebildeten Ringräume. Diese beiden Räume bilden zusammen die Kammer 94. Eine O-Ring-Dichtung 93 befindet sich auf dem Steg 58^ um die Kammern

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94 und 96 gegeneinander abzudichten. Sperrventile 100 und 102 halten in bekannter Weise in den Leitungen 24 und 26 stets einen bestimmten Druck aufrecht. Die Sperrventile 100 und 102 sind nicht Bestandteil dieser Erfindung.

Das Speichergehäuse IO4 enthält Öffnungen 106 und 108, die mit ähnlichen öffnungen 110 bzw. 112 im Zylindergehäuse 16 fluchten. Die öffnungen 110 und 112 sind mit einem Gewinde zur Aufnahme der Ventile 114 versehen, die einen Ventilkörper 116 mit einem Gewindeabschnitt 118 enthalten zur Befestigung des Ventils am Speichergehäuse 104. Die Öffnungen 106 und 110 des Speichergehäuses 104 bzw. des Zylindergehäuses 16 verbinden gemeinsam den Speicher mit der Kammer 96, und die Öffnungen 108 und 112 des Speichergehäuses 104 bzw. des Zylinderge~ häuses 16 verbinden gemeinsam den Speicher mit der Kammer 94. Die Verbindung über jedes Öffnungspaar wird von identischen Ventilen 114 gesteuert. Der Ventilkörper 116 ist abnehmbar in jedes Öffnungspaar eingeschraubt, wodurch, die Gehäuse miteinander verbunden werden« Der Ventilkörper 116 enthält einen Flansch 120, der den Boden 105 des Speichers im Bereich der Öffnungen 106 und 108 übergreift. Eine Scheibe 122 liegt unter dem Flansch 120_o Eine statische Dichtung 124 ist in jeder der Öffnungen 106 und 108 als Abdichtung gegen den äußeren Teil des Ventilkörpers 11G angeordnet. Diese Dichtung verhindert eine Hochdruck-

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leckage von der Hauptzylinderbohrung 18 ins Freie oder ins Innere des Speichers. Sie verhindert ebenfalls eine Leckage aus dem Speicher 104 ins Freie. Der Ventilkörper 116 enthält einen Axialkanal 126_f der mit dem Inneren des Speichere 104 verbunden ist· Ein Filter 128 überdeckt die öffnung 126 an ihrem oberen Ende, um zu verhindern, daß Schmutzstoffe in die Bremsanlage gelangen· Am unteren Ende der öffnung 126 des Ventilkörpere 116 ist ein Flansch 130 mit einem Kanal 132 ausgebildet, der den Behälter 104 mit der Zylinderbohrung 18 verbindet· Ein Ventilkörper 134 steuert die Strömungsmittelverbindung zwischen dem Speicher 104 und der Zylinderbohrung 18. Der Ventilkörper 134 enthält einen Ventilstößel 136, dessen oberer Abschnitt 138 birnenförmig ausgebildet ist und dessen Sitz 140 am unteren Teil dichtend am Flansch 130 anliegt und dabei den Strömungsmittelfluß von der Zylinderbohrung 18 zum Speicher 104 unterbricht· Eine konische Feder 142 liegt mit ihrem Ende kleineren Durchmessers an einer Schulter 144 des birnenförmigen Abschnitts 138 an, während ihr Ende größeren Durchmessers am Flansch 130 anliegt, und dadurch der Dichtungsabschnitt 140 des Ventilkörpers 134 gegen den Flansch 130 gedruckt wird. Der Ventilkörper ist darüberhinaus mit einem länglichen Stößel 14«3 versehen, der zwecks Eingriffs mit der Kolben— anordnung 36 über die Öffnungen 110 und 112 in die Zylinderbohrung 18 verläuft. Der längliche Stößel 146 deo im

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Sinne der Zeichnung linken Ventils ist in Eingriff mit dem seitlichen vorstehenden Flansch 78 des Halteglieds 74» wodurch das Ventil zur Verbindung des Speichers mit der Bremsanlage in der Öffnungslage gehalten wird« Der längliche Stößel 146 des rechten Ventils ist in Eingriff mit dem Steg 58 des Kolbens 40, wodurch das Ventil zur Verbindung des Speichers mit der Bremsanlage offen gehalten wird« Das Ventil 114 arbeitet, wie bekannt ist, in der Öffnungslage und bei gelüfteten Bremsen, wie gezeigt, als Ausgleichsventil für die Bremsanlage und als Nach-* füllventil, wenn es beim Rückhub der Kolbenanordnung aufsitzt, wodurch das Strömungsmittel vom Speicher in die Kammern 94 und 96 fließen kann, falls der Druck in den genannten Kammern unter den Atmosphärendruck absinkt« D#h«, die konische Feder 142 ist so ausgelegt_? daß sie zusammengedrückt wird-sobald der Druck in den Zylinder— kammern 94 und 96 auf einen Wert unter dem Atmosphären— druck sinkt, wodurch Strömungsmittel aus dem Speicher zufließt und dadurch die Kammern 94 und 96 wieder aufgefüllt werden. Eine Kappe 150 und ein flexibler Verschluß 152 schützen die Oberseite des Speichers 104 gegen Verunreinigungen, ermöglichen es dem Atmosphärendruck jedoch, auf den flexiblen Verschluß zu wirken, um somit den gewünschten Anlagendruck aufrecht zu erhalten,

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Der Hauptzylinder arbeitet wie folgt:

In der in der Zeichnung gezeigten Lage befindet sich der Hauptzylinder in der Bremslüftungsstellung. Hierbei sind der Haupt- und der Hilfskolben 38 und 40 unter dem Einfluß der entsprechenden Federn 54 und 62 gegen das rechte Ende des Zylinders gedruckt, wobei dur Kopf 42 des Kolbens 38 am Haltering 68 anliegt und der Steg 58 des Kolbens 40 mit dein stößel 146 des im Sinne der Zeichnung rechten Ventils 114 zusammenwirkt und der Ventilkörper 134 abhoben ist, wodurch eine Verbindung zwischen dem Speicher und der Zylinderkammer 94 geschaffen wird. Die vorgespannte Federanordnung 62, die den Pumpvorgang des Hilfskolbens 40 auf seinem Rückhub reguliert, ist so eingestellt, daß der Flansch 78 des Halteglieds 74 den Ventilkörper 134 des im Sinne der Zeichnung linken Ventils abhebt, wodurch die Zylinderkammer 96 mit dem^Speicher in Verbindung gebracht wird.

Zur Betätigung der Bremsen tritt der Bedienungsmann auf das Pedal 84, das eine Kraft auf den Kolbenkopf 42 überträgt, wodurch sich die gesamte Kolbenanordnung 36 einschließlich der Kolben 38 und 40 gleichzeitig zur linken Seite des Zylinders bewegen« Durch den anfänglichen Kolbenhub nach links wird die Rückstellfeder 66 zusammengedrückt und die Stößel 146 außer Eingriff gebracht, wodurch die Ventilkörper 134 sich aufsetzen können und dadurch die Verbindung

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zum Speicher 104 unterbrochen wird« Eine weitere Verschiebung des Kolbens nach links erzeugt zunächst einen Druck in der Kammer 96, die mit den Vorderradbremaen 12 in Verbindung ist. Der anfängliche Druckaufbau erfolgt in dieser Kammer, da die Feder 64 als erste zusammengedrückt wird, da sie eine etwas geringere Federvorspannung hat als die Feder 54· Sei weiterer Betätigung der Bremse ist der in der Kammer 96 aufgebaute Druck zuzüglich der Kraft in der Federanordnung 62 ausreichend^um eine weitere Bewegung des Hilfskolbens 40 zu verhindern, woraufhin sich der Kolben 38 relativ zum Kolben 40 verschiebt, wodurch ein Druck in der Kammer 94 erzeugt wird, der auf die Hinterradbremsen 14 wirkt· Bei weiterer Kraftbeaufschlagung des Bremspedals 84 werden die Federanordnungen 54 und 62 weiter zusammengedrückt, wodurch Strömungsmittel: aus den Kammern 94 und 96 zu den Vorder- und Hinterradbremsen verdrängt wird· Um die Ausgleichsverluste möglichst klein zu halten, hat die Feder 54 im eingebauten Zustand eine derartige Federvorspannung, daß bei Bremsbetätigung der Hauptkolben die Kraft der Rückstellfeder 66 und die Dichtreibung des Hilfekolbens überwindet· Die Feder 54 muß außerdem eine ausreichend große Vorspannung haben, damit der Hilfskolben 40 während einer plötzlichen Vollbremsung beschleunigt wird, wodurch ein gleichzeitiges Schließen der Kippventile sichergestellt wird. Darüberhinaus muß die in der Feder während des Bremsens aufgebaute Kraft ausreichen, um die

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Dichtreibung des Hauptkolbene zu überwinden und darüberhinaua groß genug sein, um die Pumpwirkung in der ersten Kammer 94 beim Bremslüften aufrecht zu halten» Die Kraft der Feder 64j d»h» die eingebaute Vorspannung, ist etwas geringer als die der Feder 54, aber größer als die der Rückstellfeder 66, wodurch die Kraft der Rückstellfeder beim Bremsbetätigungshub überwunden wird» Die in der Feder 64 während des Bremsvorgangs gespeicherte Energie muß so groß sein, daß die Dichtungsreibung des Haupt- und des Hilfekolbens überwunden werden und zusätzlich genügend Kraft geliefert wird, um die Pumpwirkung in der Kammer 96, beim Lüften der Bremse, d.h. beim Rückhub sicheri_zu_stellen« Die Rückstellfeder 66 _f die die geringste Federkraft, d.h. die niedrigste eingebaute Vorspannung hat, muß in der Lage sein, die Dichtungsreibung des Haupt- und des Hilfskolbens zu überwinden und die beiden Ventile 114 beim Rückhub zu öffnen.

Beim Loslassen des Bremspedals 84 sucht das sich in der Bremsanlage unter Druck befindliche Strömungsmittel in den stabilen Zustand zu gelangen, indem es in die Kammern 94 und 96 sowie in den Speicher 104 zurückströmt. Die Kolben 38 und 40 werden unter dem Einfluß der in den Federanordnungen 54 und 62 gespeicherten Energie zur rechten Seite der Zylinderbohrung 18 bewegt. Während dieser Bewe-

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gung der Kolben 38 und 40 und vor dem Öffnen der Ventile 134 "bei Eingriff mit den Stößeln 146, ist die Pumpwirkung der Kolben 38 und 40 in ihren entsprechenden Kammern 94 und 96 30 groß, daß die Ventilsitze 140 von den Flanschen 130 entgegen der Kraft der konischen Federn abgehoben werden« Diese Pumpwirkung der Kolben schafft einen Druck in den Kammern 94 und 96, der unter dem Atmoaphärendruck liegt, und da das Strömungsmittel in dem Speicher 104 dem Atmosphärendruck ausgesetzt ist, werden die Ventile 134 geöffnet und Strömungsmittel gelangt in die Kammern^um diese Druckverringerung auszugleichen. Bei der weiteren Verschiebung der Kolbenanordnung 36 nach rechts, gelangen die Ventilstößel 146 in Eingriff mit dem Halteflansch 78 und dem Steg 58, wodurch sich die Ventile 114 öffnen und dadurch die Hydraulikanlage mit dem Speicher verbunden wird*

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The Bendix Corporation

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Bendix Center 12. April 1972

Southfield,Mich.48075,USA

Patentansprüche

( 1 J Hauptzylinder mit einem Gehäuse, das eine Bohrung aufweist, einer in der Bohrung hin- und herverschiebbar gelagerten Kolbenanordnung, die erste und zweite teleskopierbar zueinander angeordnete Kolben enthält, die zusammen mit der Bohrung eine erste und zweite volumenveränderliche Kammer bilden, und Ventilen, die die Strömungsmittelverbindung zwischen einem Speicher und der entsprechenden Kammer steuern und durch die Kolben bei deren Verschiebung betätigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten (38) und zweiten (40) Kolben durch eine vorgespannte Feder (54) im Abstand zueinander und durch eine geführte Feder (64), sowie durch eine zwischen dem fiinen Kolben (40) und dem Ende der Bohrung angeordnete Rückstellfeder (66) in der Abschaltstellung gehalten sind,

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2« Hauptzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die geführte Feder (64) eine kleinere Vorspannung als die erste vorgespannte Feder (54) und die Rückstellfeder (66) eine geringere Vorspannung als die geführte Feder (64) hat.

3. Hauptzylinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die geführte Feder (64) den einen Kolben (40) in VorSchußrichtung beaufschlagt und dadurch der gesamte Kolbenhub zum Verdrängen des Strömungs— mittels aus der zugeordneten Kammer ausnützbar ist.

4· Hauptzylinder nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig der geführten Feder (64) ein Halteglied (74) mit einer in der Feder angeordneten Büchse und einen Flansch (78) enthält, wobei ein Federende mit dem Flansch und das andere Federende mit dem Boden einer in dem einen Kolben (40) gebildeten Ausnehmung (72) zusammenwirkt und die Rückstellfeder (G6) zwischen dem Ende der Bohrung und dem Halteglied angeordnet ist,

5· Hauptzylinder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Ventile (114) durch einen Steg (58) betätigbar ist, welcher auf einem (40) der Kolben ausgebildet ist und mit einem vorspringenden Ventilabschnitt (14u) zusammenwirken kann, während das zweite Ventil

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durch den Plansch (78) des Halteglieds (74) betätigbar ist.

6. Hauptzylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile (114) zwei Kippventile enthalten·

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