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Die vorliegende Erfindung betrifft eine im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierte Spielfrei-Vorrichtung für eine Anhängerkupplung.
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Eine Spielfrei-Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der Druckschrift
DE 29 12 277 C2 bekannt.
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Die Druckschrift
DE 20 2004 004 609 U1 offenbart ein Druckbegrenzungsventil mit einem Ventilkörper, welcher verstellbar ist zwischen einer Sperrstellung, in welcher eine Fluidströmung unterbrochen ist, und einer Öffnungsstellung, in welcher eine Fluidströmung zugelassen ist. Der Ventilkörper ist mit unterschiedlich großen Druckflächen versehen, so dass in Zusammenwirken mit einer Feder der Ansprechdruck des Druckbegrenzungsventils vorgegeben werden kann.
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Eine Anhängerkupplung ist zur lösbaren Verbindung eines Zugfahrzeugs und eines Nachlauffahrzeugs miteinander ausgebildet. Die oben benannte Spielfrei-Vorrichtung dient dabei zur Bereitstellung einer spielfreien Anlage eines Nachlauffahrzeugteils, insbesondere einer Zugöse, und eines Zugfahrzeugteils, insbesondere eines Kupplungsbolzens, aneinander. Die Spielfrei-Vorrichtung umfasst:
- eine Reservoirkammerseite mit einer im Wesentlichen inkompressibles Fluid enthaltenden Reservoirkammer und eine Arbeitskammerseite mit einer Arbeitskammer, in welcher zumindest im Betrieb im Wesentlichen inkompressibles Fluid aufgenommen ist,
- ein zur Übertragung einer Anlagekraft auf wenigstens ein Fahrzeugteil aus Zugfahrzeugteil und Nachlauffahrzeugteil ausgebildetes, beweglich angeordnetes Kraftübertragungselement. Auf dieses Kraftübertragungselement ist von arbeitskammerseitigem Fluid zur spielfreien Anlage von Zugfahrzeugteil und Nachlauffahrzeugteil aneinander eine Fluidkraft nach Maßgabe einer von einem der Fahrzeuge aus Zugfahrzeug und Nachlauffahrzeug bereitgestellten vorbestimmten Systemkraft ausübbar. Weiterhin ist durch das Kraftübertragungselement eine sich betriebsmäßig ändernde Fahrzeugteilkraft des Fahrzeugteils auf arbeitskammerseitiges Fluid ausübbar.
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Die Spielfrei-Vorrichtung umfasst weiter eine Ventilanordnung, welche strömungstechnisch zwischen der Reservoirkammerseite und der Arbeitskammerseite vorgesehen ist und welche eine Fluidströmung zwischen der Reservoirkammerseite und der Arbeitskammerseite nach Maßgabe von auf der Reservoirkammerseite und der Arbeitskammerseite herrschenden Fluiddrücken zulässt. Die Ventilanordnung umfasst dabei ein Speiseventil, welches eine Fluidströmung von der Reservoirkammerseite zur Arbeitskammerseite zulässt, wenn ein Fluiddruck auf der Reservoirkammerseite einen Fluiddruck auf der Arbeitskammerseite um ein vorbestimmtes erstes Maß übersteigt. Die Ventilanordnung umfasst weiterhin ein Rücklaufventil, welches eine Fluidströmung von der Arbeitskammerseite zur Reservoirkammerseite zulässt, wenn ein Fluiddruck auf der Arbeitskammerseite einen Fluiddruck auf der Reservoirkammerseite um ein vorbestimmtes zweites Maß übersteigt.
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Eine Spielfrei-Vorrichtung ist beispielsweise aus der
DE 38 04 455 A bekannt. Bei dieser bekannten Spielfrei-Vorrichtung wird ein in einem Arbeitszylinder beweglich angeordneter Arbeitskolben, welcher zusammen mit dem Arbeitszylinder die mit Hydrauliköl als Fluid gefüllte Arbeitskammer begrenzt, durch vom Zugfahrzeug bereitgestellte Druckluft mechanisch über einen Druckluftkolben und eine Kolbenstange in eine Stellung bewegt, in welcher er eine Zugöse spielfrei an einen Kupplungsbolzen andrückt. Bei dieser druckluftinduzierten Bewegung wird das Volumen der Arbeitskammer vergrößert und der Druck des darin aufgenommenen Fluids reduziert, sodass Fluid von der Reservoirkammer über ein als Rückschlagventil ausgebildetes Nachsaugventil angesaugt wird. Fluid strömt also von der Reservoirkammer in die Arbeitskammer.
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Während des Zugbetriebs eines Zugs aus einem Zugfahrzeug und einem mit diesem gekuppelten Nachlauffahrzeug kann auf das Fluid in der Arbeitskammer, etwa bei einer Verzögerung des Zugfahrzeugs relativ zum Nachlauffahrzeug beim Überfahren von Bodenwellen und dergleichen, eine aus der Trägheitskraft des Nachlauffahrzeugs resultierende Reaktionskraft (Fahrzeugteilkraft) wirken, welche den Druck in der Arbeitskammer erheblich erhöht. Da als Fluid in der Arbeitskammer ein im Wesentlichen inkompressibles Hydrauliköl verwendet wird, führt die Druckerhöhung in der Arbeitskammer jedoch nicht zu einer Bewegung des Arbeitskolbens und damit der Zugöse, sodass die spielfreie Anlage der Zugöse an den Kupplungsbolzen gewährleistet ist.
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Wenn jedoch, aus welchen Gründen auch immer, der Druck in der Arbeitskammer den Druck in der Reservoirkammer um ein vorbestimmtes Maß übersteigt, wird aus Sicherheitsgründen Fluid über ein Rücklaufventil aus der Arbeitskammer in die Reservoirkammer abgelassen.
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Zum Enkuppeln von Zugfahrzeug und Nachlauffahrzeug muss die Spielfrei-Vorrichtung wirkungslos gemacht werden, um überhaupt ein Entkuppeln von Zug- und Nachlauffahrzeug, insbesondere durch ein Herausziehen des Kupplungsbolzens aus der Zugöse, zu ermöglichen, da ansonsten die aufgrund der Kraftausübung der Spielfrei-Vorrichtung auf die Zugöse zwischen Kupplungsbolzen und Zugöse wirkenden Reibungskräfte eine Relativbewegung zwischen Kupplungsbolzen und Zugöse verhindern oder zumindest beeinträchtigen würden.
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Hierzu ist im Stand der Technik der den Arbeitskolben verstellende Druckluftkolben doppelt wirkend ausgeführt, sodass er durch entsprechendes Einstellen eines Steuerventils in Löserichtung bewegt werden kann, wodurch aufgrund einer komplexen Leitungsführung, die bei entsprechender Stellung des Druckluftkolbens relativ zum Arbeitskolben wirksam wird, Fluiddruck in der Arbeitskammer zur Reservoirkammer hin abgebaut wird. Mit diesem Druckabbau einher geht ein Abbau einer durch den Arbeitskolben auf die Zugöse einwirkende Anlagekraft.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Spielfrei-Vorrichtung bereitzustellen, welche einfacher im Aufbau und damit kostengünstiger in der Herstellung und robust im Betrieb ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Spielfrei-Vorrichtung gemäß Anspruch 1.
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Bei der erfindungsgemäßen Spielfrei-Vorrichtung ist ein reservoirkammerseitiges Fluid mit einer vorbestimmten Systemkraft beaufschlagbar und somit unter Druck setzbar. Aufgrund des Speiseventils kann somit dann, wenn die Systemkraft auf reservoirkammerseitiges Fluid wirkt, auf der Arbeitskammerseite ein vom reservoirkammerseitigen Fluiddruck und dem Speiseventil bestimmter reservoirkammerseitiger Fluiddruck herrschen. Dabei ist der arbeitskammerseitige Fluiddruck üblicherweise um das zum Öffnen des Speiseventils vorbestimmte erste Maß an Druckunterschied niedriger als ein unmittelbar auf das Speiseventil wirkender reservoirkammerseitiger Fluiddruck.
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Der Fluiddruck auf der Arbeitskammerseite wird sich aufgrund des reservoirkammerseitigen Fluiddrucks so lange erhöhen, bis der Fluiddruckunterschied zwischen den beiden Seiten betragsmäßig kleiner als das oben genannte vorbestimmte erste Maß ist. Dieser arbeitskammerseitige Fluiddruck erzeugt wiederum eine Fluidkraft, welche von arbeitskammerseitigem Fluid auf das Kraftübertragungselement ausgeübt wird und bewirkt, dass das bewegliche Kraftübertragungselement in Anlage an das wenigstens eine Fahrzeugteil gelangt und an diesem mit einer von arbeitskammerseitigem Fluiddruck bestimmten Anlagekraft anliegt.
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Unmittelbar nach dem Verkuppeln von Zugfahrzeug und Nachlauffahrzeug werden das Nachlauffahrzeugteil und das Zugfahrzeugteil mit Spiel zwischen sich vorliegen. Üblicherweise ist die von arbeitskammerseitigem Fluiddruck auf das Kraftübertragungselement ausgeübte Fluidkraft nicht groß genug, als dass sie ein zwischen den Fahrzeugteilen vorhandenes Spiel beseitigen könnte. Hierzu müsste sie groß genug sein, eine Relativbewegung zwischen Zugfahrzeug und Nachlauffahrzeug zu bewirken, was bei der üblichen Masse von Lastkraftwagen und ihren Anhängern nicht möglich ist.
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Wenn jedoch das Zugfahrzeug unmittelbar nach dem Ankuppeln eines Nachlauffahrzeugs anfährt, so werden das Nachlauffahrzeugteil, hier etwa die Zugöse, und ein ihr zugeordnetes Zugfahrzeugteil, hier etwa der Kupplungsbolzen, in Anlage aneinander geraten, was bewirkt, dass das bewegliche Kraftübertragungselement zunächst nicht mehr an dem zugeordneten Fahrzeugteil anliegt und sich erneut von der Fluidkraft arbeitskammerseitigen Fluids angetrieben so lange bewegt, bis es wieder in Anlage an das Fahrzeugteil gelangt. Während der Bewegung wird Fluid von der Reservoirkammerseite zur Arbeitskammerseite über das Speiseventil nachströmen, so dass das Kraftübertragungselement erneut mit der vorbestimmten Anlagekraft an dem zugeordneten Fahrzeugteil anliegt und ihn in diese Anlagestellung vorspannt.
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Wenn es im weiteren Verlauf des Zugbetriebs zu einer Verzögrung des Zugfahrzeugs relativ zum Nachlauffahrzeug kommt, was etwa bei Überfahren von Bodenwellen der Fall sein kann, so wird aufgrund von Trägheitskräften das Fahrzeugteil gegen das Kraftübertragungselement drücken und so Kraft auf arbeitskammerseitiges Fluid ausüben. Diese Kraft ist in dieser Beschreibung als „Fahrzeugteilkraft“ bezeichnet. Aufgrund der oft erheblichen Masse von Nachlauffahrzeugen und Zugfahrzeugen, die leicht einen zweistelligen Tonnenbetrag erreichen kann, ist diese Fahrzeugteilkraft beträchtlich. Durch sie wird der Druck von arbeitskammerseitigem Fluid erhöht. Es stellt sich ein Kräftegleichgewicht ein zwischen einer Fluidkraft, die aus dem erhöhten Druck von arbeitskammerseitigem Fluid resultiert, und der Fahrzeugteilkraft. Da ein inkompressibles Fluid verwendet wird, führt die sich betriebsmäßig ändernde Fahrzeugteilkraft nicht zu einer Bewegung des Kraftübertragungselements und somit nicht zu einem Lösen des Anlageeingriffs von Zugfahrzeugteil und Nachlauffahrzeugteil.
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Zum Lösen des Kupplungszustands von Zugfahrzeug und Nachlauffahrzeug muss jedoch die vom Kraftübertragungselement auf das betreffende Fahrzeugteil ausgeübte Anlagekraft aufgehoben werden, damit der kraftbelastete Anlageeingriff die Betätigbarkeit der Anhängerkupplung nicht einschränkt.
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Ein gewünschtes Aufheben der Anlagekraft ist mit der erfindungsgemäßen Spielfrei-Vorrichtung mit besonders geringem konstruktivem Aufwand möglich.
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Hierzu weist das Rücklaufventil den oben beschriebenen Ventilkörper auf. Die Größen der Druckflächen können vom Fachmann durch einfache Versuche bzw. Berechnungen ausgehend von dem arbeitskammerseitig gewünschten Druck, dem reservoirkammerseitig gewünschten Druck und dem gewünschten Maximaldruck auf der Arbeitskammerseite ermittelt werden.
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Wenn die Beaufschlagung von Fluid auf der Reservoirkammerseite durch die Systemkraft gezielt beendet wird, ist Fluid auf der Reservoirkammerseite im Wesentlichen drucklos, so dass ein auf der Arbeitskammerseite herrschender Fluiddruck den Ventilkörper im Wesentlichen ohne Gegendruckkraft in die Öffnungsstellung bewegen kann. Somit wird mit dem Ende der Systemkraftbeaufschlagung von Fluid auf der Reservoirkammerseite auch die Arbeitskammerseite im Wesentlichen drucklos.
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Zusätzlich kann das Rücklaufventil bei der oben beschriebenen Ausbildung als Überdruckventil wirken, welches einen auf der Arbeitskammerseite herrschenden Fluiddruck auf einen vorbestimmten Druck begrenzt.
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Somit kann die erfindungsgemäße Spielfrei-Vorrichtung mit nur zwei einfach zu gestaltenden Ventilen funktionsfähig realisiert sein.
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Mit „Druckfläche“ ist in dieser Beschreibung die wirksame Druckfläche, d. h. die bei einem vorgegebenen Druck zu einer in oder entgegen der Bewegungsrichtung wirkenden Kraft beitragende Druckfläche bezeichnet. Die arbeitskammerseitige Druckfläche ist dann die Projektion einer von arbeitskammerseitigem Fluid benetzten Fläche des Ventilkörpers längs der Bewegungsbahn des Ventilkörpers. Entsprechendes gilt für die reservoirkammerseitige Druckfläche, welche eine Projektion eines von reservoirkammerseitigem Fluid benetzten Flächenbereichs des Ventilkörpers längs dessen Bewegungsbahn zwischen Öffnungsstellung und Sperrstellung ist. Grundsätzlich kann die oben genannte Fluidkraft, welche von arbeitskammerseitigem Fluid auf das Kraftübertragungselement ausgeübt wird, gleich der Anlagekraft sein, welche das Kraftübertragungselement auf das zugeordnete Fahrzeugteil ausübt. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, zwischen der Stelle der Fluidkraftübertragung zwischen Fluid und Kraftübertragungselement und der Stelle der Anlagekraftübertragung zwischen Kraftübertragungselement und Fahrzeugteil einen fluidmechanischen oder/und mechanischen Kraftwandler vorzusehen, so dass sich Fluidkraft und Anlagekraft auch unterscheiden können.
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Die wirksame, d.h. von arbeitskammerseitigem Fluid benetzte arbeitskammerseitige Druckfläche kann derart ausgebildet sein, dass sie sich ändert, insbesondere vergrößert, wenn der Ventilkörper seine Sperrstellung zur Öffnungsstellung hin verlassen hat. In diesem Falle unterscheidet sich das vorbestimmte dritte Maß vom vorbestimmten zweiten Maß. Bevorzugt ist das vorbestimmte dritte Maß an Überdruck kleiner als das oben genannte vorbestimmte zweite Maß. Dadurch kann ein Flattern des Ventilkörpers vermieden werden, d.h. der Ventilkörper verbleibt nach einem öffnen des Rücklaufventils aufgrund eines das zweite Maß übersteigenden Überdrucks in der Arbeitskammer relativ zur Reservoirkammer solange in der Öffnungsstellung, bis der relative Überdruck auf der Arbeitskammerseite betragsmäßig auf das vorbestimmte dritte Maß abgesunken ist.
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Grundsätzlich soll jedoch nicht ausgeschlossen sein, dass das Rücklaufventil in einer einfacheren Ausführungsform derart aufgebaut ist, dass das zweite Maß an Druckunterschied und das dritte Maß an Druckunterschied betragsmäßig gleich groß sind.
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Wenn in dieser Beschreibung ausgesagt ist, dass eine Kraft oder ein Druck sich nach Maßgabe einer anderen Kraft bzw. eines anderen Drucks ändert, so soll dies nur die Abhängigkeit der Änderung der einen Kraft bzw. des einen Drucks von einer Änderung der jeweils anderen Kraft bzw. des jeweils anderen Drucks anzeigen, ohne weitere Rückschlüsse auf die Gesetzesmäßigkeit dieser Abhängigkeit im Einzelnen.
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Da aufgrund der auf arbeitskammerseitiges Fluid wirkenden Fahrzeugteilkraft üblicherweise höhere Fluiddrücke auf der Arbeitskammerseite als auf der Reservoirkammerseite erwartet werden, wird in den meisten Fällen zur Sicherstellung einer korrekten Funktion des Rücklaufventils die arbeitskammerseitige Druckfläche kleiner sein als die reservoirkammerseitige Druckfläche.
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Drücke in der vorliegenden Anmeldung bezeichnen im Übrigen stets Überdrücke über dem Umgebungs- bzw. Atmosphärendruck, so dass nach dieser Definition auf der Reservoirkammerseite nur dann ein Fluiddruck herrscht, wenn dieser über den ohnehin vorhandenen Atmosphärendruck zusätzlich auf Fluid der Reservoirkammerseite aufgebracht wird.
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Wenn Fluid der Reservoirkammerseite mit der Systemkraft beaufschlagt und dadurch auf einen vorbestimmten reservoirkammerseitigen Fluiddruck gebracht ist, wirkt von der Reservoirkammerseite aus aufgrund des auf die reservoirkammerseitige Druckfläche wirkenden reseervoirkammerseitigen Fluiddrucks eine Kraft auf den Ventilkörper, welche diesen zur Sperrstellung hin drückt.
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Umgekehrt wirkt von der Arbeitskammerseite aus aufgrund eines auf die arbeitskammerseitige Druckfläche wirkenden arbeitskammerseitigen Fluiddrucks eine Kraft auf den Ventilkörper, welche diesen in Richtung der Öffnungsstellung drückt. Die Druckflächen sind dabei derart bemessen, dass dann, wenn der arbeitskammerseitige Fluiddruck den reservoirkammerseitigen Fluiddruck um das oben genannte vorbestimmte zweite Maß übersteigt, die arbeitskammerseitig auf den Ventilkörper zur Öffnungsstellung hin wirkende Kraft die entgegengesetzt zur Sperrstellung hin wirkende reservoirkammerseitige Kraft übersteigt, so dass sich der Ventilkörper in die Öffnungsstellung bewegt. Ist dies bei vorhandenem Fluiddruck auf der Reservoirkammerseite nicht der Fall, so hält die reservoirkammerseitig auf den Ventilkörper wirkende Kraft diesen in der Sperrstellung.
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Entfällt ein reservoirkammerseitiger auf den Ventilkörper wirkender Fluiddruck, etwa weil auf reservoirkammerseitiges Fluid keine Systemkraft einwirkt, d. h. auf die reservoirkammerseitige Druckfläche wirkendes reservoirkammerseitiges Fluid befindet sich auf Umgebungsdruck, vermag jeder noch so geringe Druck von auf die arbeitskammerseitige Druckfläche wirkendem Fluid, den Ventilkörper in die Öffnungsstellung zu bewegen.
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Zur gezielten Dimensionierung der Druckflächen relativ zueinander kann der Ventilkörper des Rücklaufventils zu einer seiner Stellungen hin, also entweder zur Öffnungsstellung oder zur Sperrstellung, vorgespannt sein, etwa durch Federmittel, wie eine Teller- oder/und Schraubenfeder. In diesem Falle kann diejenige Druckfläche, welche zu einer zur Vorspannkraft gleichgerichteten Kraftwirkung auf den Ventilkörper führt, entsprechend kleiner ausgeführt werden, da von der zugeordneten Druckkraft nur noch die Kraftdifferenz zwischen der Vorspannkraft und der gegen die Vorspannkraft wirkenden entgegengesetzten Druckkraft aufgebracht werden muss. Bei vorbestimmtem Druck auf der Arbeitskammer- oder Reservoirkammerseite führt dies zu dementsprechend kleineren Druckflächen. Vorzugsweise ist der Ventilkörper zur Öffnungsstellung hin vorgespannt, um dann, wenn mit der reservoirkammerseitigen Druckfläche zusammenwirkendes reservoirkammerseitiges Fluid nicht mehr mit der Systemkraft beaufschlagt ist, also drucklos ist, für ein sicheres Öffnen des Rücklaufventils zu sorgen, so dass der gewünschte Fluiddruckabbau auf der Arbeitskammerseite gewährleistet ist.
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Aus dem gleichen Grund einer möglichst zuverlässigen Aufhebung der Anlagekraft kann das Kraftübertragungselement in einer der Wirkungsrichtung der Anlagekraft entgegengesetzten Richtung vorgespannt sein.
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Grundsätzlich kann daran gedacht sein, in einem Gehäuse der Spielfrei-Vorrichtung oder in einem Ventilgehäuse des Rücklaufventils eine Fluidströmungsleitung vorzusehen, welche in der Sperrstellung des Ventilkörpers verschlossen ist und welche in der Öffnungsstellung des Fluidkörpers eine Fluidströmung von der Arbeitskammerseite zur Reservoirkammerseite gestattet.
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Aus Gründen möglichst einfacher Bearbeitung ist es jedoch vorteilhaft, wenn eine derartige Fluidströmungsleitung in dem Ventilkörper selbst ausgebildet ist. Die Fluidströmungsleitung kann durch einige wenige sehr einfach auszuführende Bohrungen in dem Ventilkörper vorgesehen werden.
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In diesem Zusammenhang ist anzumerken, dass eine Fluidströmung von der Arbeitskammerseite zur Reservoirkammerseite unmittelbar dann einsetzen kann, wenn der Ventilkörper seine Sperrstellung verlässt. In diesem Falle ist jede Stellung des Ventilkörpers, die nicht die Sperrstellung ist, als Öffnungsstellung im Sinne dieser Beschreibung zu verstehen.
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Damit der Ventilkörper sich zwischen seiner Sperrstellung und seiner Öffnungsstellung bewegen kann, muss zumindest für die größere Druckfläche aus der arbeitskammerseitigen Druckfläche und der reservoirkammerseitigen Druckfläche zwischen den Druckflächen ein Bewegungsraum vorgesehen sein. Die Druckflächen sind gegenüber diesem Bewegungsraum abgedichtet, sodass idealerweise der Bewegungsraum lediglich mit einem Gas, etwa Luft, gefüllt ist, welches der Ventilkörperbewegung keinen allzu großen Widerstand entgegensetzt.
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Es kann jedoch vorkommen, dass im Betrieb eine der Dichtungen, die den Bewegungsraum zu den Druckflächen hin abdichten, undicht wird. Dann droht der Bewegungsraum ebenfalls mit inkompressiblem Fluid vollzulaufen, was das Rücklaufventil funktionsuntüchtig machen würde. Deshalb ist gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass der genannte Bewegungsraum mit der Außenumgebung in Fluidübertragungsverbindung steht. In diesem Falle kann unerwünschterweise in den Bewegungsraum gelangtes Fluid zur Außenumgebung hin ablaufen. Fluid im Bewegungsraum steht so stets zuverlässig unter Umgebungsdruck.
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Zur Sicherstellung einer zuverlässigen Unterbrechung einer Fluidströmung von der Arbeitskammerseite zur Reservoirkammerseite dann, wenn ein arbeitskammerseitiger Fluiddruck einen reservoirkammerseitigen Fluiddruck nicht um das vorbestimmte dritte Maß übersteigt, kann die Spielfrei-Vorrichtung derart weitergebildet sein, dass wenigstens ein Ventilsitz vorgesehen, welchem eine Druckfläche des Ventilkörpers zugeordnet ist und an welchem die zugeordnete Druckfläche zumindest in der Sperrstellung anliegt. Die Spielfrei-Vorrichtung ist zur Übertragung von Kraft auf das wenigstens eine Fahrzeugteil aus Zugfahrzeugteil und Nachlauffahrzeugteil vorzugsweise derart ausgebildet, dass die Arbeitskammer einen Arbeitszylinder und einen darin beweglichen Arbeitskolben aufweist, dessen zur Arbeitskammer hin weisende Seite eine Begrenzung der Arbeitskammer bildet. Der Arbeitskolben kann dann das Kraftübertragungselement sein oder mit dem Kraftübertragungselement verbunden oder verbindbar sein.
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Der Ventilsitz kann gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung derart ausgebildet sein, dass er bei daran anliegendem Ventilkörper die Benetzung nur einer Teildruckfläche mit Fluid gestattet und erst nach Abheben des Ventilkörpers vom Ventilsitz die Benetzung der gesamten dem Ventilsitz zugeordneten Druckfläche gestattet. Dadurch können sich das vorbestimmte zweite und das vorbestimmte dritte Maß unterscheiden.
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Der Arbeitskolben wird durch Fluiddruck in der Arbeitskammer so lange verschoben, bis das Kraftübertragungselement an dem Fahrzeugteil anliegt. Da die Arbeitskammer mit inkompressiblem Fluid gefüllt ist, kann das Volumen der Arbeitskammer so lange nicht verringert werden, so lange nicht ein durch die Systemkraft und das zweite Maß an Druckunterschied vorbestimmter Höchstdruck in der Arbeitskammer erreicht oder überschritten ist.
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Da die Spielfrei-Vorrichtung in der Regel am Zugfahrzeug vorgesehen ist, ist das Fahrzeugteil, mit dem der Arbeitskolben mittelbar oder unmittelbar verbunden oder verbindbar ist, vorzugsweise ein relativ zur Spielfrei-Vorrichtung bewegliches Nachlauffahrzeugteil. Besonders bevorzugt handelt es sich dabei um die Zugöse, da diese in das Fangmaul der Anhängerkupplung eingeführt und im gekuppelten Zustand von einem Kupplungsbolzen durchsetzt ist, so dass diese besonders einfach mit dem Arbeitskolben verbunden oder verbindbar ist, etwa durch eine Prismenstange. Die Prismenstange als Kraftübertragungselement kann einstückig mit dem Arbeitskolben ausgebildet sein. Dies ist jedoch nicht bevorzugt, um eine Übertragung von großen Biege- oder/und Torsionskräften von der Prismenstange auf den Arbeitskolben zu vermeiden. Derartige Kräfte könnten zu einer Verspannung und unerwünschten Fixierung des Arbeitskolbens im Arbeitszylinder führen. Für die Funktion der Spielfrei-Vorrichtung ist es ausreichend, wenn der Arbeitskolben mittelbar oder unmittelbar in Anlage mit dem Fahrzeugteil bringbar ist.
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In entsprechender Ausgestaltung kann reservoirseitig vorgesehen sein, dass die Reservoirkammer einen Reservoirzylinder und einen darin beweglichen Reservoirkolben aufweist, dessen zur Reservoirkammer hinweisende Reservoirseite eine Begrenzung der Reservoirkammer bildet.
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Eine sehr einfache Möglichkeit, das Fluid der Reservoirkammer mit der Systemkraft zu beaufschlagen, um dadurch einen reservoirkammerseitigen Fluiddruck zu erhöhen, kann dadurch erhalten werden, dass der Reservoirkolben mit einer Kraft nach Maßgabe eines vom Zugfahrzeug in einem Systemfluidkreislauf desselben bereitgestellten Systemfluiddrucks beaufschlagbar ist. Als Systemfluiddruck kommt dabei bevorzugt der an Lastkraftwägen stets bereitgestellte Pneumatikdruck in Frage.
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So kann gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung der Reservoirzylinder durch den Reservoirkolben in wenigstens zwei getrennte Bereiche unterteilt sein, zum einen in die mit inkompressiblem Fluid, wie etwa Hydrauliköl, gefüllte Reservoirkammer und zum anderen in eine mit Pressluft oder dergleichen gefüllte weitere Kammer. Durch ein an der Spielfrei-Vorrichtung vorgesehenes Systemfluidventil kann die weitere Kammer wahlweise auf den Systemfluiddruck oder drucklos geschaltet werden.
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In dem oben genannten Fall ist der Reservoirkolben auf seiner von der Reservoirkammer weg weisenden und der Reservoirseite entgegengesetzten Systemseite mit dem Systemfluid in Kontakt, so dass der Kolben nicht nur die Fluidtrennung, sondern unmittelbar auch die Kraftübertragung zwischen den Zylinderräumen gewährleistet.
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Der Begriff „inkompressibles Fluid“ soll in dieser Anmeldung nicht im streng physikalischen Sinne verstanden werden. Flüssigkeiten sollen im Sinne dieser Anmeldung grundsätzlich als inkompressibel gelten, wenngleich bei sehr hohen Drücken eine sehr geringe Kompressibilität nachweisbar ist. Insbesondere Öle und besonders bevorzugt Hydrauliköle können als inkompressible Flüssigkeiten im Sinne der vorliegenden Anmeldung verwendet werden.
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Nachzutragen ist, dass nicht ausgeschlossen sein soll, dass auf der Reservoirkammerseite oder/und auf der Arbeitskammerseite abgesehen von der Reservoirkammer bzw. Arbeitskammer zusätzliche Kammern vorgesehen sein können.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnung erläutert werden. Diese stellt dar:
- 1 einen Querschnitt durch eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Spielfrei-Vorrichtung für eine Anhängerkupplung.
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In 1 ist eine erfindungsgemäße Spielfrei-Vorrichtung allgemein mit 10 bezeichnet. Diese Spielfrei-Vorrichtung 10 umfasst ein Gehäuse 12, in welchem eine Arbeitskammer 14 und eine Reservoirkammer 16 ausgebildet sind, die beide vollständig mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt sind.
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Die Arbeitskammer 14 ist begrenzt durch die Wandung 18a eines in dem Gehäuse 12 ausgebildeten Arbeitszylinders 18 sowie durch die zu der Arbeitskammer 14 hinweisende Seite 20a eines Arbeitskolbens 20, welcher in dem Arbeitszylinder 18 in Richtung des Doppelpfeils AK beweglich aufgenommen ist. Ein Spalt zwischen dem Arbeitskolben 20 und der Zylinderwandung 18a des Arbeitszylinders 18 ist durch eine umlaufende Dichtung 22 abgedichtet, so dass in der Arbeitskammer 14 vorhandene Hydraulikflüssigkeit nicht an dem Arbeitskolben 20 vorbeiströmen kann.
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Der Arbeitskolben 20 ist mit an sich bekannten und in 1 nicht näher dargestellten Mitteln gegen ein Verkippen im Arbeitszylinder 18 gesichert, so dass seine Beweglichkeit längs des Doppelpfeils AK gewährleistet ist. Durch ein Vorspannmittel, in 1 beispielhaft als Schraubendruckfeder 24 dargestellt, ist der Arbeitskolben 20 in Richtung einer Volumenverkleinerung der Arbeitskammer 14 vorgespannt, so dass die Hydraulikflüssigkeit in der Arbeitskammer 14 je nach Vorspannkraft des Vorspannmittels einen vorbestimmten Fluiddruck aufweist.
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Aufgrund dieses so in der Arbeitskammer 14 herrschenden Hydraulikflüssigkeitsdrucks liegt der als Hydraulikkolben ausgebildete Arbeitskolben 20 dauerhaft an einer Prismenstange 26 an und drückt diese mit ihrem arbeitskolbenfernen Längsende immer, ggf. unter Zwischenanordnung weiterer Bauteile, in Anlage an eine nicht dargestellte Zugöse, die in ein Fangmaul einer Anhängerkupplung eingeführt und von einem Kupplungsbolzen der Anhängerkupplung durchsetzt ist.
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Um sicherzustellen, dass zwischen dem Arbeitskolben 20 und der Prismenstange 26 lediglich eine in Richtung des Doppelpfeils AK wirkende Druckkraft übertragen werden kann, ist das arbeitskolbennähere Längsende der Prismenstange 26 kugelkalottenförmig ausgebildet und liegt vorzugsweise in einer kugelkalottenförmigen Vertiefung auf der von der Arbeitskammer 14 weg weisenden Seite 20b des Arbeitskolbens 20 an.
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Analog zur Arbeitskammer 14 ist die Reservoirkammer 16 begrenzt durch eine Zylinderwandung 28a eines Reservoirzylinders 28 sowie durch eine zur Reservoirkammer 16 hinweisende Seite 30a eines Reservoirkolbens 30.
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Der Reservoirkolben 30 ist in Richtung des Doppelpfeils RK beweglich im Reservoirzylinder 28 aufgenommen und wie der Arbeitskolben 20 mit an sich bekannten und in 1 nicht dargestellten Mitteln gegen ein Verkippen gesichert.
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Mit seiner von der Reservoirkammer 16 weg weisenden Seite 30b begrenzt der Reservoirkolben 30 zusammen mit der Wandung 28a des Reservoirzylinders 28 eine Pneumatikkammer 32, welcher über die Öffnung 36 des Gehäuses 12 und ein nicht dargestelltes schaltbares Ventil wahlweise mit einem gegenüber dem Umgebungsdruck erhöhten Pneumatikdruck des die Spielfrei-Vorrichtung tragenden Zugfahrzeugs beaufschlagbar ist.
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Die Reservoirkammer 16 und die Pneumatikkammer 32 sind abgesehen vom Reservoirkolben 30 auch durch die Dichtung 34 voneinander getrennt, so dass ein Überströmen von Hydraulikflüssigkeit aus der Reservoirkammer 16 in die Pneumatikkammer 32 verhindert ist.
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Dann, wenn die Pneumatikkammer 32 mit System-Pneumatikdruck beaufschlagt ist, wirkt aufgrund des System-Pneumatikdrucks eine Systemkraft SK auf den Reservoirkolben 30 in Richtung einer Volumenverkleinerung der Reservoirkammer 16. Dadurch wird die Hydraulikflüssigkeit in der Reservoirkammer 16 mit der aus dem System-Pneumatikdruck resultierenden Systemkraft SK beaufschlagt, wodurch sich der Druck der Hydraulikflüssigkeit in der Reservoirkammer 16 erhöht.
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Die in 1 gezeigte Spielfrei-Vorrichtung 10 weist somit eine Arbeitskammerseite 38 und eine Reservoirkammerseite 40 auf. Strömungstechnisch zwischen der Arbeitskammerseite 38 und der Reservoirkammerseite 40 ist eine Ventilanordnung 42 vorgesehen. Diese Ventilanordnung 42 umfasst ein als einfaches Kugel-Rückschlagventil ausgebildetes Speiseventil 44 und ein Rücklaufventil 46.
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Das Speiseventil 44 unterbricht eine Hydraulikflüssigkeitsströmung von der Reservoirkammerseite 40 zur Arbeitskammerseite 38 in der Speiseleitung 48, so lange der Druck der Hydraulikflüssigkeit in der Reservoirkammer 16 nicht um ein durch die Feder 44a bestimmtes erstes Maß höher ist als der Hydraulikflüssigkeitsdruck in der Arbeitskammer 14.
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Übersteigt der Druck in der Reservoirkammer 16, etwa nach Anlegen des System-Pneumatikdrucks in der Pneumatikkammer 32, den Hydraulikflüssigkeitsdruck in der Arbeitskammer 14 um dieses vorbestimmte erste Maß, so wird die Kugel 44b von ihrem Ventilsitz abgehoben und es strömt Hydraulikflüssigkeit von der Reservoirkammer 16 in die Arbeitskammer 14. Dadurch wird der Druck in der Arbeitskammer 14 so lange erhöht, bis das als Rückschlagventil ausgebildete Speiseventil 44 die Speiseleitung 48 aufgrund der Kraft der Feder 44a schließt.
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Durch die Druckerhöhung in der Arbeitskammer 14 wird der Arbeitskolben 20 unter Vergrößerung des Arbeitskammervolumens und gegen die Vorspannkraft der Schraubendruckfeder 24 nach links verschoben und schiebt die Prismenstange 26 weiter aus dem Arbeitszylinder 18 hinaus. Wenn die Prismenstange 26 oder ein von ihr bewegtes Bauteil in Anlage an die Zugöse gelangt, endet die Bewegung des Arbeitskolbens 20.
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Das Rücklaufventil 46 ist bei den in dem oben beschriebenen Betriebszustand herrschenden Hydraulikflüssigkeitsdrücken in der Arbeitskammer 14 und in der Reservoirkammer 16 geschlossen, d. h. der Ventilkörper 50 ruht mit seiner arbeitskammerseitigen Druckfläche 50a auf einem Ventilsitz 52 des Rücklaufventils 46. Solange der Ventilkörper 50 auf dem Ventilsitz 52 ruht, begrenzt der Ventilsitz die wirksame Fläche der arbeitskammerseitigen Druckfläche 50a. Kommt es zu einem Abheben des Ventilkörpers 50 vom Ventilsitz 52 wird die arbeitskammerseitige Druckfläche 50a schlagartig vergrößert um die Ringfläche 50a'. Dies verstärkt die Verstellung des Ventilkörpers in die Öffnungsstellung.
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Eine der arbeitskammerseitigen Druckfläche 50a entgegengesetzte reservoirkammerseitige Druckfläche 50b ist derart größer bemessen, dass in einem Zustand, in welchem keine Fahrzeugteilkraft FT auf die Hydraulikflüssigkeit in der Arbeitskammer 14 einwirkt, eine von dem Hydraulikflüssigkeitsdruck in der Reservoirkammer 16 auf die reservoirkammerseitige Druckfläche 50b ausgeübte Druckkraft in Richtung der in 1 gezeigten Sperrstellung des Ventilkörpers 50 größer ist als die Summe aus einer durch den Hydraulikflüssigkeitsdruck auf der Arbeitskammerseite auf die arbeitskammerseitige Druckfläche 50a ausgeübte Druckkraft und einer Vorspannkraft durch eine Vorspannfeder 54. Sowohl die von der Hydraulikflüssigkeit in der Arbeitskammer 14 auf die arbeitskammerseitige Druckfläche 50a ausgeübte Druckkraft als auch die Vorspannkraft der Vorspannfeder 54 wirken auf den Ventilkörper in Richtung zu einer Öffnungsstellung hin.
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Wenn die Zugmaschine mit der in 1 dargestellten Spielfrei-Vorrichtung und gerade angekuppeltem Nachlauffahrzeug anfährt, gelangt der Kupplungsbolzen in Anlage an die zunächst beim Einkuppeln mit Spiel durchsetzte Zugöse. Aufgrund des in der Pneumatikkammer 32 herrschenden Drucks und der lediglich geringen auf den Arbeitskolben 20 wirkenden Vorspannkraft der Schraubendruckfeder 24 ist der Hydraulikflüssigkeitsdruck in der Reservoirkammer 16 zu diesem Zeitpunkt um mehr als das oben genannte vorbestimmte Maß größer als in der Arbeitskammer 14, so dass das Speiseventil 44 öffnet und Hydraulikflüssigkeit von der Reservoirkammer 16 unter Verdrängung des Arbeitskolbens 20 so lange in die Arbeitskammer 14 strömt, bis der Arbeitskolben 20 mittels der Prismenstange 26 aufgrund einer mittelbaren oder unmittelbaren Anlage an der Zugöse in seiner Bewegung gestoppt wird und sich in der Arbeitskammer 14 ein Hydraulikflüssigkeitsdruck aufbaut, bis das Speiseventil 44 schließt.
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Da die verwendete Hydraulikflüssigkeit in der Arbeitskammer 14 mit einer für den vorliegenden Fall ausreichenden Genauigkeit als inkompressibel angesehen werden kann, ist der Arbeitskolben 20 in seiner Lage festgelegt, so dass die Zugöse dauerhaft spielfrei an dem Kupplungskolben anliegt. Falls es zu unterschiedlichen Beschleunigungen oder/und Verzögerungen von Zugfahrzeug und Nachlauffahrzeug kommt, führen die hieraus resultierenden Trägheitskräfte dazu, dass die Zugöse mit variierender Kraft FT gegen den Arbeitskolben 20 drückt, was zu unterschiedlich hohen Hydraulikfllüssigkeitsdrücken in der Arbeitskammer 14 führt.
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Dann, wenn der Hydraulikflüssigkeitsdruck in der Arbeitskammer 14 so groß ist, dass die auf die arbeitskammerseitige Druckfläche 50a ausgeübte Druckkraft zusammen mit der Vorspannkraft der Vorspannfeder 54 größer ist als die entgegengesetzt gerichtete auf die reservoirkammerseitige Druckfläche 50b ausgeübte Druckkraft, wird sich der Ventilkörper 50 vom Ventilsitz 52 abheben, wodurch Hydraulikflüssigkeit über das im Ventilkörper 50 selbst ausgebildete Rücklaufleitungssystem 56 von der Arbeitskammer 14 in die Reservoirkammer 16 strömt. Hierdurch wird der Druck in der Arbeitskammer 14 begrenzt.
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Zum Entkuppeln von Zugfahrzeug und Nachlauffahrzeug wird über das oben genannte nicht dargestellte Ventil die Pneumatikkammer 32 gelüftet, so dass sie drucklos ist (d. h. in ihr im Wesentlichen der Umgebungsdruck herrscht). Dadurch wird schlagartig auch der Druck der Hydraulikflüssigkeit in der Reservoirkammer 16 abgebaut, so dass schon alleine die Vorspannfeder 54 den Ventilkörper 50 in die Öffnungsstellung zu bewegen vermag, was wiederum zu einem Druckabbau der Hydraulikflüssigkeit in der Arbeitskammer 14 führt. Durch die als Vorspannfeder wirkende Schraubendruckfeder 24 wird der Arbeitskolben 20 von der Prismenstange 26 und damit von der Zugöse weg bewegt, so dass der Arbeitskolben 20 zu diesem Zeitpunkt sicher keine Kraft mehr auf die Zugöse ausübt. Der Kupplungsbolzen kann dann ohne Behinderung durch übergroße Reibungskräfte zwischen Zugöse und ihm selbst aus der Zugöse gezogen werden.
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Die Vorspannfeder 54, welche den Ventilkörper 50 zur Öffnungsstellung hin vorspannt, ist in einem Bewegungsraum 58 des Rücklaufventils 46 angeordnet.
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Dieser Bewegungsraum 58 ist gegen die Reservoirkammer 16 durch eine Dichtung 60 und gegen die Arbeitskammer 14 durch eine Dichtung 62 abgedichtet.
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Für den Fall, dass eine dieser Dichtungen 60 oder 62 versagen sollte und der Bewegungsraum 58 unerwünschterweise mit Hydraulikflüssigkeit vollläuft, ist der Bewegungsraum 58 mittels eines Kanals 64 mit der Außenumgebung verbunden, so dass der Druck im Bewegungsraum 58 stets der im Wesentlichen Umgebungsdruck ist. Somit kann auch bei versagenden Dichtungen 60 und 62 ein Notlaufbetrieb des Rücklaufventils 46 sichergestellt sein.
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Der Ventilkörper 50 ist reservoirkammerseitig durch einen Deckring 66 verliersicher gehalten.
