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Die
Erfindung betrifft eine hydraulische Bremsanlage, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit
mindestens einer Kammer oder Leitung zum Aufnehmen eines hydraulischen
Fluids.
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Bei
heutigen Bremsanlagen wird ein hydraulisches Fluid verwendet, welches
durch Kammern und Leitungen der Bremsanlage gefördert und unter Druck gesetzt
wird, damit an Rädern
des zugehörigen
Kraftfahrzeugs bedarfsgerecht ein Bremsmoment erzeugt werden kann.
In dem hydraulischen Fluid kann sich Gas lösen. Ein solcher Eintrag von Gas
erfolgt beispielsweise durch Permeation durch eine Membran oder
ein Dichtelement eines Gasdruckmittelspeichers bei elektrohydraulischen Bremssystemen,
eventuell durch einen Membran- oder Balgbruch eines solchen Speichers
oder durch einen undichten Saugstrang einer Speicherladepumpe einer
Bremsanlage. Ein Eintrag von Gas in das hydraulische Fluid der Bremsanlage
beeinträchtigt
die Funktionsfähigkeit
zugehöriger
Bremsen oder kann im schlimmsten Fall einen Totalausfall einer Bremse bewirken.
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Bei
bekannten Bremssystemen wird daher zumindest versucht, das unmittelbar
an den Radbremsen sich keine größeren Gasmengen
im Fluid ansammeln können.
So wird beispielsweise bei bekannten elektrohydraulischen Bremsanlagen
ein Medientrenner verwendet, der einen Rückfall-Bremskreis der Fahrzeugvorderachse
von einem Speicherdruck-Bremskreis hydraulisch trennt.
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Aufgabe und
Lösung
der Erfindung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Bremsanlage
zu schaffen, bei der ein Ansammeln von Gas in dem zugehörigen hydraulischen
Fluid weitgehend vermieden und unter Umständen auf einen Medientrenner
verzichtet werden kann.
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Die
Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einer eingangs
genannten hydraulischen Bremsanlage gelöst, bei der an der Kammer oder
Leitung zum Aufnehmen eines hydraulischen Fluids mindestens ein Dichtelement
vorgesehen ist, mit welchen die Kammer oder Leitung zu einem Raum
hin abgedichtet ist, dessen Druck zumindest zeitweise geringer ist,
als der Fluiddruck in der Kammer oder Leitung, und welches aus einem
semipermeablen Material hergestellt ist.
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Die
Erfindung basiert auf dem Grundgedanken, dass ein Ansammeln von
Gas in einer hydraulischen Bremsanlage sicher vermieden werden kann, wenn
an der Bremsanlage und insbesondere in deren Speicherdruck-Bremskreis
die Gaskonzentration permanent auf einem niedrigen Niveau gehalten
ist. Um eine solche geringe Gaskonzentration zu gewährleisten,
wird erfindungsgemäß das hydraulische Fluid
der Bremsanlage permanent entgast, indem an einer Kammer oder Leitung
ein Element aus einem semipermeablen Material angeordnet ist, welches den
Druckbereich der hydraulischen Bremsanlage zu einem Raum hin abdichtet,
in dem zumindest zeitweise ein vergleichsweise geringerer Druck
vorherrscht. Das zu entgasende hydraulische Fluid wird dann in der
Kammer oder Leitung an dem Element aus semipermeablem Material vorbei
geleitet, wobei Gase aus dem hydraulischen Fluid, d.h. aus dem Hochdruckbereich
durch das Element aus sernipermeablem Material in den Niederdruckbereich
diffundieren. Diese Diffusion ist möglich, weil ein semipermeables
Material zwar für
das Gas durchlässig,
für den
Flüssiganteil
des Fluids jedoch undurchlässig
ist. Als semipermeables Material kann beispielsweise Teflon AF, PTFE,
PPS oder ETFE dienen.
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Mit
der erfindungsgemäßen Bremsanlage wird
aus dem hydraulischen Fluid bzw. der Bremsflüssigkeit des Kraftfahrzeugs
während
des Betriebs permanent gelöste
Luft und Gas abgeführt.
Damit wird die Gefahr einer Ausgasung verhindert und es wird vermieden,
dass freie Luftblasen die Kompressibilität des hydraulische Fluids bzw.
des Bremsmediums verringern und die Funktion der gesamten Bremsanlage
beeinträchtigen.
Darüber
hinaus kann erfindungsgemäß gezielt
ein semipermeables Material verwendet werden, das auch wasserdurchlässig ist.
Mit einem solchen Material kann Wasser aus dem hydraulischen Fluid
entfernt werden, wodurch der Siedepunkt des Fluids erhöht und ein
Kochen bei heißen
Bremsen verhindert ist. Es treten also ebenfalls keine Gasblasen
aus dem Fluid aus, was wiederum die Kompressibilität des Fluids
herabsetzt.
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Durch
die erfindungsgemäße permanente Entgasung
des hydraulischen Fluids einer Bremsanlage wird darüber hinaus
auch die Viskosität
des Fluids bei Tieftemperaturen verringert. Dies verbessert die
Dynamik der Bremsanlage und führt
zu kurzen Ansprechzeiten der zugehörigen Bremsen.
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Schließlich können bei
einer erfindungsgemäßen hydraulischen
Bremsanlage die Intervalle zum Wechseln des hydraulischen Fluids
bzw. der Bremsflüssigkeit
erheblich verlängert
werden. Dies führt
zu verringertem Wartungsaufwand, geringeren Betriebskosten und steigert
darüber
hinaus die Umweltverträglichkeit
der gesamten hydraulischen Bremsanlage.
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Bei
einer vorteilhaften Weiterbildung der hydraulischen Bremsanlage
ist die Kammer, an der das Element aus semipermeablem Material angeordnet ist,
mittels einer Zylinder-Kolben-Anordnung
gebildet, an der in einem Zylinder mindestens ein Kolben gleitend
geführt
ist. An einer solchen Zylinder-Kolben-Anordnung sind vergleichsweise
große
Oberflächen
vorhanden, die zum Anordnen eines großflächigen Dichtelements aus semipermeablem
Material vorteilhaft genutzt werden können. Da bei heutigen hydraulischen
Bremsanlagen in der Regel mehrere solcher Zylinder-Kolben-Anordnungen
vorhanden sind, kann erfindungsgemäß an mehreren Stellen gleichzeitig
entgast werden.
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Darüber hinaus
kann an einer Zylinder-Kolben-Anordnung vorteilhaft ein zwischen
dem Zylinder und dem Kolben angeordnetes Dichtelement aus semipermeablem
Material gestaltet sein. Das Dichtelement übernimmt dann eine Doppelfunktion,
indem es zum einen zwischen Kolben und Zylinder abdichtet und zum
anderen zum Entgasen des hydraulischen Fluids beiträgt.
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Um
eine vergleichsweise große
Diffusionsfläche
aus semipermeablem Material bereitzustellen, ist es ferner vorteilhaft,
wenn das erfindungsgemäße Element
bzw. Dichtelement als Membran oder kreisförmige Scheibe gestaltet ist,
die an einer Stirnfläche eines
Kolbens und/oder eines Zylinders einer Zylinder-Kolben-Anordnung
vorgesehen ist. Die Membran oder kreisförmige Scheibe ist dann an der
Stirnfläche abgestützt, wobei
in der Stirnfläche
selbst Kanäle ausgebildet
sein können,
die das durch das semipermeable Material hindurch diffundierende
Gas zu dem Raum mit zumindest zeitweise geringerem Druck ableiten
können.
Solche Kanäle
können
hinter einer kreisförmigen
Scheibe aus semipermeablem Material beispielsweise als zentrisch
angeordnetes Kreuz ausgebildet sein.
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Als
Zylinder-Kolben-Anordnung zum Anbringen eines erfindungsgemäßen Dichtelements
aus semipermeablern Material eignet sich besonders vorteilhaft ein
Gaskolbenspeicher. An einem solchen Gaskolbenspeicher kann vorteilhaft
ein Differenzdruck zwischen dem Speichervolumen und der den Gaskolbenspeicher
umgebenden Atmosphäre
genutzt werden, damit Gas aus dem hydraulischen Fluid durch das
semipermeable Material hindurch diffundiert.
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Darüber hinaus
kann insbesondere an einem solchen Gaskolbenspeicher und auch allgemein
an einer Zylinder-Kolben-Anordnung der Raum mit zumindest zeitweise
geringerem Druck als Ringnut ausgebildet sein, sodass von dem erfindungsgemäßen Dichtelement
das Gas in diese Ringnut abgeleitet und dann aus der Ringnut heraus
gezielt an einer Stelle in die Atmosphäre abgeführt werden kann. Diese Verbindung
zwischen Atmosphäre
und Ringnut kann vorteilhaft mit einem Labyrinthstopfen oder einem
Sinterstopfen gegen einen Eintrag von Wasser und Schmutz geschützt sein.
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Besonders
vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Dichtelement aus semipermeablem
Material und insbesondere auch der Raum mit zumindest zeitweise
geringerem Druck am Kolben der Zylinder-Kolben-Anordnung aufgenommen.
Der Kolben vereinigt dann sämtliche
für das
Abführen
von Gas aus dem hydraulischen Fluid notwendigen Funktionen, was hinsichtlich
der Fertigung, der Montage und der Prüfung der gesamten Zylinder-Kolben-Anordnung
von Vorteil ist.
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Die
Dichtgeometrie des erfindungsgemäßen Dichtelements
und insbesondere des erfindungsgemäßen Dichtrings zwischen einem
Kolben und einem Zylinder kann verschiedener Art und Form sein und bedarfsorientiert
an den jeweiligen Belastungsfall angepasst sein. Auf diese Weise
kann das Dichtelement insbesondere an seine Dichtfunktion und an
die Funktion des Abführens
von Gas aus dem hydraulischen Fluid speziell adaptiert sein. Weil
sich Gase bei vergleichsweise hohen Temperaturen in einem hydraulischen
Fluid schlechter lösen,
ist es bei der erfindungsgemäßen hydraulischen
Bremsanlage besonders von Vorteil, wenn im Bereich des Dichtelements
aus semipermeablem Material eine Einrichtung zum Zuführen von
Wärme vorgesehen
ist. Durch eine vergleichsweise hohe Temperatur des hydraulischen
Fluids am Dichtelement wird auf diese Weise die Gasabtrennung verbessert.
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Darüber hinaus
sollten das erfindungsgemäße Dichtelement
und/oder die zugehörige
Zylinder-Kolben-Anordnung an einen Abschnitt der Bremsanlage angeordnet
sein, an dem das Fluid eine im Bezug zur restlichen Bremsanlage
vergleichsweise hohe Temperatur aufweist.
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Die
Erfindung kann besonders vorteilhaft an einer elektrohydraulischen
Bremsanlage eingesetzt werden, denn an einer solchen Bremsanlage
kann dann unter Umständen
auf die bisher verwendeten Medientrenner verzichtet werden.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen hydraulischen
Bremsanlage anhand der beigefügten
schematischen Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigt:
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1 den
Wirkschaltplan einer erfindungsgemäßen hydraulischen Bremsanlage,
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2 einen
Halbschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Gaskolbenspeichers
für eine
hydraulische Bremsanlage gemäß 1,
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3 einen
Halbschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Gaskolbenspeichers
für eine
hydraulische Bremsanlage gemäß 1 und
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4 eine
teilweise geschnittene perspektivische Ansicht eines Kolbens des
Gaskolbenspeichers gemäß 3.
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Detaillierte
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
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In 1 ist
eine hydraulische Bremsanlage 10 veranschaulicht, die als
elektrohydraulisches Bremssystem gestaltet und für ein Kraftfahrzeug vorgesehen
ist. Als wesentliche Bauelemente umfasst die hydraulische Bremsanlage 10 einen
Speicherdruck-Bremskreis 12 und
einen Rückfall-Bremskreis 14.
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Der
Speicherdruck-Bremskreis 12 umfasst eine Speicherladepumpe 16,
mittels der aus einem Vorratsbehälter 18 ein
hydraulisches Fluid angesaugt und zu einem Gasdruckspeicher 20 hin
gefördert werden
kann. An dem Gasdruckspeicher 20 ist ein hydraulisches
Steuergerät 22 angeschlossen,
an dem mittels Einlassventilen 24, 26, 28 und 30 das
unter Druck stehende hydraulische Fluid einer linken Vorderachsbremse 32 und
einer rechten Vorderachsbremse 34 mit einem dazwischen
angeordneten Brückenventil 36 sowie
zu einer linken Hinterachsbremse 38 und einer rechten Hinterachsbremse 40 mit
einem dazwischen angeordneten Brückenventil 42 zugeteilt
werden kann. In dem hydraulischen Steuergerät 22 sind ferner Auslassventile 44, 46, 48 und 50 vorgesehen,
mittels denen hydraulisches Fluid von den einzelnen Bremsen 32, 34, 38 und 40 wahlweise zum
Vorratsbehälter 18 abgelassen
werden kann. Durch entsprechende Steuerung der Einlassventile 24 bis 30 und
der Auslassventile 44 bis 50 sowie des im Gasdruckspeicher 20 gespeicherten
Fluiddrucks können
mit dem Speicherdruck-Bremskreis 12 also sowohl die Vorderachsbremsen 32 und 34 als
auch die Hinterachsbremsen 38 und 40 wahlweise
elektro-hydraulisch angesteuert werden.
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Der
Rückfall-Bremskreis 14 ist
für jenen
Fall vorgesehen, bei dem die elektrohydraulische Ansteuerung der
Vorderachsbremsen 32 und 34 sowie der Hinterachsbremsen 38 und 40 nicht
in Betrieb oder nicht betriebsbereit ist. Die hydraulischen Leitungen des
Rückfall-Bremskreises 14 sind
dazu mit Hilfe eines ersten und eines zweiten Medientrenners 52 bzw. 54 an
den Vorderachsbremsen 32 und 34 angeschlossen.
Ein erstes und ein zweites Trennventil 56 bzw. 58 sperren
die Vorderachsbremsen 32 sowie 34 wahlweise von
einem Hauptzylinder 60 ab, an dem mit Hilfe eines Bremspedals 62 von
einem Fahrer des Kraftfahrzeugs Bremsdruck erzeugt werden kann.
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Bei
der derart gestalteten hydraulischen Bremsanlage 10 ist
ferner der Gasdruckspeicher 20 speziell ausgebildet, sodass
mittels ihm eine permanente Entgasung des im Speicherdruck-Bremskreis 12 strömenden hydraulischen
Fluids möglich
ist (siehe 2 und 3):
Der
Gasdruckspeicher 20 ist mit einem im Wesentlichen hohlzylindrischen
Gehäuse 64 versehen,
das eine Fluidkammer 66 und eine Gaskammer 68 umfasst,
die durch einen in dem Gehäuse 64 gleitend gelagerten
becherförmigen
Kolben 70 getrennt sind. Der becherförmige Kolben 70 weist
einen im Wesentlichen radial gerichteten scheibenförmigen Boden 72 und
eine an diesen in axialer Richtung anschließende Ringwand 74 auf.
An der Ringwand 74 sind außen ausgehend vom Boden 72 in
axialer Richtung beabstandet fünf
Ringnuten 76, 78, 80, 82 und 84 ausgebildet.
In der ersten Ringnut 76 ist radial außen ein ringförmiges Dichtelement 86 aus
einem semipermeablen Material angeordnet, das durch einen radial
innen liegenden O-Ring 88 gestützt ist. Der O-Ring 88 drängt das
Dichtelement 86 radial nach außen und damit innen gegen das
Gehäuse 64,
sodass das Dichtelement 86 innen am Gehäuse 64 fluiddicht
abdichtet.
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Die
am Kolben 70 vorgesehene zweite Ringnut 78 ist
in axialer Richtung vergleichsweise breit und nimmt keine weiteren
Elemente auf. Die zweite Ringnut 78 bildet stattdessen
einen Raum, der mit Hilfe einer das Gehäuse 64 durchsetzenden
Durchgangsöffnung 90 und
einem darin angeordneten Stopfen 92 aus einem Sintermaterial
oder einem Labyrinthstopfen zu der das Gehäuse 64 umgebenden Atmosphäre hin offen
ist. Die Durchgangsöffnung 90 ist
in axialer Richtung am Gehäuse 64 derart
angeordnet, dass sie bei der in 2 dargestellten
Ruhelage des Kolbens 70 im Wesentlichen an dem zur Gaskammer 68 gewandten
Endbereich der Ringnut 78 angeordnet ist. Die Ringnut 78 wird
dann bei einer Bewegung des Kolbens 70 unter der Durchgangsöffnung 90 verschoben,
sodass die erwähnte
Verbindung des Raums in der Ringnut 78 mit der Atmosphäre permanent
gegeben ist.
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In
der dritten Ringnut 80 des Kolbens 70 sind ein
Stützring 94 und
ein ebenfalls abdichtender O-Ring 96 angeordnet. Ferner
sind in der vierten und der fünften
Ringnut 82 bzw. 84 ein Dichtring 98 sowie ein
Dichtpaket 100 angeordnet, mittels denen die Gaskammer 68 gegenüber dem
in der Ringnut 78 vorliegenden Atmosphärendruck abgedichtet ist.
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Wie
oben erwähnt
ist das in der Ringnut 76 angelegte Dichtelement 86 aus
einem semipermeablen Material gestaltet, durch das zwar Gas hindurch defundieren
kann, welches ansonsten aber flüssigkeitsundurchlässig ist.
Das derartige Dichtelement 86 trägt zu einer permanenten Entgasung
des in der Fluidkammer 66 gespeicherten hydraulischen Fluids bzw.
der Bremsflüssigkeit
im Speicherdruck-Bremskreis 12 bei, indem das in dem hydraulischen
Fluid gelöste
Gas aufgrund des vergleichsweise hohen Druckes in der Fluidkammer 66 durch
das Dichtelement 86 hindurch diffundiert und zu dem unter
Atmosphärendruck
stehenden Raum in der Ringnut 78 gelangt. Aus dieser Ringnut 78 kann
das Gas durch die Durchgangsöffnung 90 aus
dem Gehäuse 64 austreten.
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Oben
links in 2 sind drei mögliche Querschnittsformen
eines solchen Dichtelements 86 näher veranschaulicht. Ein erster
Querschnitt 102 weist an seinem radial äußeren Rand eine Stufe auf,
während
ein zweiter Querschnitt 104 dort mit gefassten Ecken und
schließlich
der dritte Querschnitt 106 mit konkaven Ecken gestaltet
ist. Neben diesen beispielhaften Querschnitts-Geometrien von Dichtelementen 86 sind
auch andere Dichtungsgeometrien denkbar. Mögliche Werkstoffe für das Dichtelement 86 aus
semipermeablem Material können
Teflon AF, PTFE, PPS oder ETFE sein.
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In 3 ist
oben links schließlich
noch eine weitere mögliche
Querschnittsgeometrie eines Dichtelements 86 veranschaulicht,
bei der das Dichtelement 86 eine stirnseitige Ringnut 108 aufweist,
mittels der eine an dem Gehäuse 64 anliegende
Dichtlippe 110 ausgeformt ist. In die stirnseitige Ringnut 108 ist
ein O-Ring 112 eingelegt, mittels dem die Dichtlippe 110 gegen
das Gehäuse 64 gedrängt ist. Das
derartige Dichtelement 86 aus semipermeablem Material weist
aufgrund der mit dem O-Ring 112 erreichten Vorspannung
der Dichtlippe 110 eine besonders hohe Dichtwirkung auf.
Bei dem oben links in 3 näher veranschaulichten Querschnitt
eines möglichen
Dichtelements 86 aus semipermeablem Material kann daher
in der Regel auf einen unter dem Dichtelement 86 eingesetzten
O-Ring 88 verzichtet werden.
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Der
in 3 und 4 veranschaulichte Gasdruckspeicher 20 ist
im Wesentlichen wie der in 2 dargestellte
ausgebildet. Ein wichtiger Unterscheid zwischen den beiden Gasdruckspeichern 20 der 2 und
der 3 ist jedoch eine Modifikation am Kolben 70,
und insbesondere an dessen Boden 72. Dort ist nämlich bei
dem Gasdruckspeicher 20 gemäß 3 und 4 eine
im Wesentlichen kreiszylindrische Vertiefung 114 ausgebildet,
in die eine Scheibe 116 aus einem semipermeablem Material eingelegt
ist. Am radial äußeren Rand
dieser kreisförmigen
Scheibe 116 ist eine Ringnut 118 ausgebildet, in
die ein O-Ring 120 eingesetzt ist. Der O-Ring 120 dichtet
am Rand der kreiszylindrischen Vertiefung 114 ab. An der
zur Gaskammer 68 gewandten Ecke der Vertiefung 114 ist
mindestens eine Durchgangsbohrung 122 ausgebildet, die
schräg
zur Längserstreckung
der Ringwand 74 des Kolbens 70 ausgerichtet ist
und die Vertiefung 114 mit der zweiten Ringnut 78 verbindet.
In der gestuft gestalteten Durchgangsbohrung 122 ist von
der Seite der Vertiefung 114 ein Sinterstopfen 124 eingesetzt.
An der zur Gaskammer 68 gewandten Stirnseite der Vertiefung 114 sind
ferner im Wesentlichen kreuzförmige
Verbindungskanäle 126 ausgebildet,
von denen zumindest einer mit seinem radial äußeren Endbereich an einer Durchgangsbohrung 122 angeschlossen
ist. Die derart ausgebildeten Verbindungskanäle 126 schaffen zusammen
mit der Durchgangsbohrung 122 eine gasleitende Verbindung
zur zweiten Ringnut 78 und dem damit gebildeten unter Atmosphärendruck stehenden
Raum. In den Verbindungskanälen 126 herrscht
also ebenfalls Atmosphärendruck.
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Während des
Betriebs der hydraulischen Bremsanlage 10 wird in der Fluidkammer 66 des Gasdruckspeichers 20 mit
Hilfe der Speicherladepumpe 16 ein im Vergleich zum Atmosphärendruck hoher
Speicherdruck eingestellt, der dann auch an der zur Fluidkammer 66 gewandten
Stirnseite der Scheibe 116 ansteht. An dieser Stirnseite
der Scheibe 116 diffundiert daher das in dem hydraulischen Fluid
gelöste
Gas durch die Scheibe 116 hindurch. Das Gas gelangt zu
der Stirnseite der Scheibe 116, welche zu den Verbindungskanälen 126 gewandt
ist und an der der im Vergleich zum Speicherdruck geringe Atmosphärendruck
herrscht. An den beiden Stirnseiten der Scheibe 116 ist
also gezielt eine Druckdifferenz erzeugt, die zur Diffusion des
Gases durch die Scheibe 116 und damit zur Entgasung des hydraulischen
Fluids führt.