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Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Kolbenmaschine mit einer Bremsvorrichtung.
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Bei mobilen Arbeitsmaschinen kommen häufig hydrostatische Antriebe als Fahrantriebe zum Einsatz. Die hydrostatischen Antriebe verfügen oft auch über eine Parkbremse, um ein Wegrollen im Falle von Leckage des hydraulischen Kreislaufs zu verhindern. Im Falle einer solchen Leckage ist ein hydraulisches Blockieren unwirksam und ein zum Beispiel am Hang stehendes Fahrzeug kann wegrollen. Um das sichere Abstellen zu gewährleisten, wird in der Regel eine federbelastete Bremsvorrichtung als Parkbremse verwendet, welche im Betrieb durch einen hydraulischen Druck gelöst wird. Ein solches System ist beispielsweise aus der
US 5,884,984 bekannt. Dort wird im Fahrbetrieb aus einer Druckmittelquelle, dies können beispielsweise die förderseitigen Arbeitsleitungen sein, ein Kolben entgegen der Kraft einer Feder beaufschlagt. Zum Entlasten des Druckraums, in dem der Kolben mit dem Druck beaufschlagt wird, ist eine Verbindungsleitung zu einem Tankvolumen vorgesehen, in der eine Drosselstelle angeordnet ist. Eine weitere Drosselstelle ist zwischen der Druckmittelquelle und dem Druckraum vorgesehen.
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Diese Anordnung hat den Nachteil, dass bei einem eingangsseitigen Druckabfall, wie er zum Beispiel bei Fahrantrieben beim Anfahren auftreten kann oder auch wenn der Hydromotor die Hydropumpe überholt, der Druck zum Öffnen der Bremsvorrichtung, wenn möglicherweise auch nur kurzfristig, abfallen kann, so dass es zu einem unerwünschten Eingriff der Parkbremse kommt.
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Aus der
US 6,357,558 ist es außerdem bekannt, einen Druckraum einer Bremsvorrichtung einer hydrostatischen Maschine über ein kalibriertes Rückschlagventil mit einem Kühlkreislauf zu verbinden. Das dem Druckraum zum Lösen der Bremse zugeführte Druckmittel kann über das kalibrierte Rückschlagventil zur Kühlung der als Lamellenbremse ausgeführten Bremsvorrichtung eingesetzt werden. Die Ansteuerung der Bremse und das Zusammenspiel mit dem Rückschlagventil sind jedoch nicht beschrieben.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein unbeabsichtigtes Ansprechen der Bremsvorrichtung zu verhindern und den zum Lösen der Bremsvorrichtung erforderlichen Druck auf einem möglichst niedrigen Niveau halten zu können.
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Die Aufgabe wird durch die Erfindung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Die erfindungsgemäße hydrostatische Kolbenmaschine weist eine Bremsvorrichtung zur Erzeugung einer Bremskraft auf einen Rotor der Kolbenmaschine auf. Zur Betätigung der Bremsvorrichtung ist ein Betätigungselement vorgesehen, welches zum Lösen der Bremsvorrichtung mit einer hydraulischen Kraft beaufschlagbar ist. Diese hydraulische Kraft wirkt in Form eines Druckmittels in einem Druckraum auf eine Fläche des Betätigungselements. Der Druckraum ist zum Reduzieren des sich durch das von der Druckmittelquelle zur Verfügung gestellte Druckmittel ergebenden Drucks mit einer Drosselstelle verbunden, so dass das zugeführte Druckmittel von der Druckmittelquelle über die Drosselstelle in den Druckraum strömen kann. Weiterhin ist der Druckraum mit einer Druckmittelsenke verbindbar, beispielsweise dem Tankvolumen oder dem inneren Gehäusevolumen der hydrostatischen Kolbenmaschine. Das Druckniveau der Druckmittelsenke kann als konstant angenommen werden, so dass eine Änderung des Drucks auf der Seite der Druckmittelquelle eine entsprechende Änderung des in dem Druckraum wirkenden Drucks in dem Druckraum zur Folge hat.
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Gemäß dem Stand der Technik ist in der Verbindung zwischen dem Druckraum und der Druckmittelsenke eine weitere Drosselstelle vorgesehen. Der sich in dem Druckraum einstellende Druck ist damit abhängig von den Querschnittsflächen der beiden Drosselstellen oder Düsen und dem Druck der Druckmittelquelle sowie der Druckmittelsenke. Um ohne aufwändige alternative Maßnahmen das Druckniveau auch im Falle eines kurzfristigen Einbruchs seitens der Druckmittelquelle auf einem zum sicheren Lösen der Bremsvorrichtung geeigneten Niveau zu halten, muss das Druckniveau insgesamt relativ hoch sein, also im Normalbetrieb deutlich gegenüber dem Mindestdruck zum Lösen der Bremsvorrichtung erhöht. Um dies zu vermeiden, wird nun erfindungsgemäß zusätzlich zu der zur Reduzierung des Drucks der Druckmittelquelle auf ein geeignetes Niveau zum Lösen der Bremsvorrichtung stromaufwärts des Druckraums vorhandene Drosselstelle zwischen dem Druckraum und der Druckmittelsenke eine Druckhalteventilvorrichtung vorgesehen. Diese Druckhalteventilvorrichtung öffnet in Richtung auf die Druckmittelsenke und weist einen Öffnungsdruck auf, der wenigstens gleich dem zum Lösen der Bremsvorrichtung erforderliche Druck in dem Druckraum ist. Wenigstens gleich bedeutet dabei, dass er bevorzugt auch geringfügig höher liegt, um auch bei zu berücksichtigenden Schwankungen der Parameter des Systems, wie beispielweise Druckmitteltemperatur und damit Zähigkeit, das Lösen der Bremsvorrichtung sicherzustellen.
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Die erfindungsgemäße hydrostatische Kolbenmaschine hat den Vorteil, dass durch die Druckhalteventilvorrichtung im Falle eines Druckabfalls seitens der Druckmittelquelle das Rückschlagventil schließt, bevor der Druck in dem Druckraum soweit absinkt, dass das Lösen der Bremsvorrichtung nicht mehr sichergestellt ist.
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Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen hydrostatischen Kolbenmaschine.
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Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn parallel zu der Druckhalteventilvorrichtung eine weitere Drosselstelle ausgebildet ist, über die der Druckraum mit der Druckmittelsenke verbunden ist. Die Ausbildung dieses zusätzlichen Strömungswegs, mit dem der Druckraum in die Druckmittelsenke entspannt werden kann, hat den Vorteil, dass bei einem gewünschten Druckabfall Druckmittel aus dem Druckraum in die Druckmittelsenke trotz geschlossenen Rückschlagventils langsam abfließen kann. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn die Zufuhr von der Druckmittelquelle unterbrochen wird, um beim Abstellen des Fahrzeugs gezielt die Bremsvorrichtung in den greifenden Zustand zu bringen. Ohne eine weitere separat gesteuerte Entlastung für den Druckraum vorsehen zu müssen, wird dann bei bereits geschlossener Druckhalteventilvorrichtung die weitere Entspannung des Druckraums in die Druckmittelsenke ermöglicht. Der entsprechende Drosselquerschnitt ist vergleichsweise klein, um sicherzustellen, dass während eines kurzfristigen, unerwünschten Druckabfalls auf der Eingangsseite des Druckraums, nicht über diese Drosselstelle ein Druckabbau in dem Druckraum erfolgt, der letztlich doch zu einem unerwünschten Einfallen der Bremsvorrichtung führt.
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Die Druckhalteventilvorrichtung ist, um eine kompakte Bauform zu erreichen, insbesondere als Druckzuschaltventil ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass keine zusätzlichen Kanäle erforderlich sind und im Bereich des Schließkörpers bereits das Vorsehen der parallelen weiteren Drosselstelle möglich ist.
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Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Druckhalteventilvorrichtung in dem Betätigungselement selbst vorgesehen ist. Das Betätigungselement ist wie die gesamte Bremsvorrichtung in der hydrostatischen Kolbenmaschine angeordnet, so dass die Anordnung der Druckhalteventilvorrichtung in dem Betätigungselement der Druckraum in einfacher Weise mit dem übrigen Gehäuseinnenvolumen verbindet. Das Gehäuseinnenvolumen bildet dabei die Druckmittelsenke, so dass das zusätzliche Vorsehen externer oder integrierter Kanäle zum Entlasten des Druckraums nicht erforderlich ist. Dies vereinfacht die Fertigung erheblich.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Betätigungselement als Druckring aus Kunststoff ausgebildet ist. Dies senkt weiterhin die Fertigungskosten, da eine spanende Bearbeitung bei einem solchen Kunststoffring entweder nicht erforderlich ist oder aber weniger aufwändig als bei den bisher in der Regel verwendeten Metalldruckringen. Ferner ist das Vorsehen des Bauraums zur Aufnahme der Druckhalteventilvorrichtung in den Kunststoffring besonders einfach, da bei der Herstellung als Spritzgussteil das entsprechende Volumen in einfacher Weise und ohne spanende Bearbeitung vorgesehen werden kann.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen hydrostatischen Kolbenmaschine wird in der nachfolgenden Beschreibung und anhand der Zeichnung detailliert erläutert. Es zeigen:
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1 eine stark vereinfachte Darstellung einer hydrostatischen Kolbenmaschine mit der erfindungsgemäßen Anordnung zur Betätigung der Bremsvorrichtung im Schnitt;
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2 eine vergrößerte Darstellung im Bereich der Druckhalteventilvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, welches in das Betätigungselement eingesetzt ist; und
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3 einen hydraulischen Schaltplan zur Erläuterung der Wirkungsweise der Bremsvorrichtung der hydrostatischen Kolbenmaschine; und
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4 einen hydraulischen Schaltplan zur Erläuterung einer alternativen Ausführungsform der Druckhalteventilvorrichtung.
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Die in der 1 dargestellte hydrostatische Kolbenmaschine 1 ist eine als Hydromotor betreibbare Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise. Dabei ist in einem Gehäuse 2 eine Zylindertrommel 3 drehbar angeordnet und drehfest mit einer Triebwelle 4 verbunden. Die in der Zylindertrommel 3 längsverschieblich angeordneten Kolben stützen sich über Gleitschuhe in bekannter Weise an einer schiefen Ebene ab, so dass bei Zuführen von Druckmittel in die Zylinderräume ein Drehmoment an der Triebwelle 4 erzeugt wird.
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Solange beispielsweise im geschlossenen System Druckmittel nicht entweichen kann, ist aufgrund der hydraulischen Einspannung die Triebwelle 4 festgelegt. Aufgrund von Leckage beispielsweise während einer Standzeit einer Maschine kann jedoch der Druck absinken und damit ein unerwünschtes Drehen der Zylindertrommel 3 die Folge sein. Um dies zu verhindern, ist eine Bremsvorrichtung 5 vorgesehen. Die Bremsvorrichtung 5 ist in der 1 stark vereinfacht dargestellt und zeigt im dargestellten Ausführungsbeispiel nur eine erste Scheibe 20 und eine zweite Scheibe 21. Während die erste Scheibe 20 über eine Verzahnung mit einer korrespondierenden Geometrie der Zylindertrommel 3 drehfest verbunden ist, ist die zweite Scheibe 21 über eine Außenverzahnung drehfest mit dem Gehäuse 2 verbunden. Wird nun die zweite Scheibe 21 mit einer axialen Kraft beaufschlagt, so wird die erste Scheibe 20 zwischen der ersten Scheibe 20 und dem Gehäuse 2 geklemmt und damit eine Bremswirkung auf die Zylindertrommel 3 erzeugt.
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Diese Kraft in axialer Richtung wird durch ein Betätigungselement bewirkt, welches im dargestellten Beispiel als Druckring 6 ausgeführt ist. Eine solche Anordnung einer Bremsvorrichtung 5 in Form einer Lamellenbremse als Parkbremse ist aus dem Stand der Technik an sich bekannt. Zum Erzeugen der Kraft in axialer Richtung sind über den Umfang verteilt mehrere Federn 7 vorgesehen, die zwischen einem das Gehäuse 2 verschließenden Deckel 14 und dem Druckring 6 angeordnet sind.
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Der Druckring 6 weist an seinem äußeren Umfang eine radiale Stufe auf, die mit einer korrespondierenden Geometrie des Gehäuses 2 so zusammenwirkt, dass bei Anlage des Druckrings 6 an der zweiten Scheibe 21 aufgrund eines verbleibenden Abstands zumindest eines Teils des Umfangs der Stufe ein Druckraum 8 ausgebildet ist. Das Gehäuse 2 weist zu diesem Zweck eine korrespondierende Stufe auf. Um einen unerwünschten Druckmittelverlust aus diesem Druckraum 8 zu vermeiden, ist beidseits der radialen Stufe jeweils eine am Außenumfang des Druckrings 6 angeordnete O-Ring-Dichtung vorgesehen, die gegen das Gehäuse 2 abdichtet. Der Druckraum 8 ist mit der Druckmittelquelle verbunden, die der Einfachheit halber in der 1 als Pumpe 9 dargestellt ist.
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In der Verbindung 10 zwischen der Pumpe 9 und dem Druckraum 8 ist eine erste Drosselstelle 11 vorgesehen. Die erste Drosselstelle 11 ist dazu vorgesehen, den Druck der Druckmittelquelle 9 zu reduzieren, sodass in dem Druckraum 8 ein gegenüber dem Druck der Druckmittelquelle 9 reduzierter Druck herrscht.
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Weiterhin ist der Druckraum 8 über einen Entlastungskanal 12, der in dem Druckring 6 angeordnet ist, mit dem Gehäuseinnenvolumen des Gehäuses 2 der hydrostatischen Kolbenmaschine 1 als Druckmittelsenke verbunden. Dieser Innenraum der hydrostatischen Kolbenmaschine 1 ist ferner über eine nur schematisch dargestellte Tankleitung 13 mit einem Tankvolumen 15 verbunden.
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In dem Entlastungskanal 12 ist in dem Druckring 6 eine zweite Drosselstelle 17 ausgebildet. In dem Ausführungsbeispiels nach 1 ist diese zweite Drosselstelle 17 stromaufwärts eines Rückschlagventils 16 vorgesehen und bildet mit diesem eine Druckhalteventilvorrichtung. Die zweite Drosselstelle 17 könnte jedoch ebenfalls stromabwärts des Rückschlagventils 16 vorgesehen sein.
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Bevor nun auf die Funktionsweise der erfindungsgemäßen hydrostatischen Kolbenmaschine 1 bzw. deren Bremsvorrichtung 5 im Detail eingegangen wird, soll zunächst eine Anordnung eines Druckzuschaltventils 16' in dem Druckring 6 als bevorzugte Ausführungsform der Druckhalteventilvorrichtung anhand der vergrößerten Darstellung dieses Bereichs in 2 erläutert werden.
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Hinsichtlich der konstruktiven Ausführung ist die 2 also gegenüber der einfachen Darstellung der 1 abgewandelt, sodass insbesondere auch die Bremsvorrichtung 5 ein Lamellenpaket enthält, welches mehr als die lediglich zwei dargestellten Scheiben der 1 zeigt.
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Der Entlastungskanal 12 ist als gestufter, den Druckring 6 in axialer Richtung durchdringender Kanal ausgeführt. Das Ende mit dem kleineren Querschnitt ist mit dem Druckraum 8 verbunden und mündet an der druckbeaufschlagten Fläche an der radialen Stufe des Druckrings 6 aus. In dem radial erweiterten Bereich des Entlastungskanals 12 ist ein Schließkörper 23 des Druckzuschaltventils 16' angeordnet. Dessen Schließkopf wirkt mit der radialen Stufe des Entlastungskanals 12 in geschlossener Position des Drosselrückschlagventils 16 nahezu dichtend zusammen. Um den Öffnungsdruck des Druckzuschaltventils 16' festzulegen, ist eine Schließfeder 24 vorgesehen, die an einem von dem Schließkopf abgewandten Ende einen in seinen radialen Abmessungen reduzierten Bereich des Schließkörpers 23 umgibt. Die Schließfeder 24 ist zwischen zwei Federlagern eingespannt, von denen ein erstes Federlager durch eine Schulter an dem Schließkörper 23 und ein zweites Federlager durch eine Anlagefläche an einem aus einem Kunststoff hergestellten Führungsrings 25 gebildet ist. Dieser ist zwischen dem Druckring 6 und dem Deckel 14 angeordnet. An ihn sind einstückig Führungsbuchsen für den Druckring im Sinne eines Einfallens der Bremse belastende Federn 7' angeformt. Die Schließfeder 24 ist so bemessen, dass der Öffnungsdruck des Druckzuschaltventils 16' in Höhe von zum Beispiel 13 bar auf den geschalteten Druckring 6 abgestimmt ist. Außerdem bewegt sich der Druckring 6 nur um einen solch kleinen Weg, dass die durch diesen Weg hervorgerufene Änderung der Kraft der Schließfeder 24 im Bereich der Federtoleranzen liegt. Das zweite Federlager kann aber auch durch einen am Ende des erweiterten Bereichs des Entlastungskanals 12 in eine Nut eingesetzten Seegerring gebildet werden. Bei einer Bewegung des Druckrings 6 wird dann die gesamte Einheit in axialer Richtung in dem Gehäuse 2 verschoben. Ein Einfluss der Position des Druckrings 6 auf die Wirkungsweise des Drosselrückschlagventils 16 ist damit völlig vermieden. Stromabwärts des Dichtsitzes ist eine Querbohrung in dem Schließkörper 23 ausgebildet. Diese Querbohrung ist mit einer Längsbohrung und über diese und eine Querbohrung in dem Schließkörper 23 sowie über eine Ringnut in dem Druckring 6 mit dem Raum zwischen Druckring 6 und Führungsring 25 und über eine Bohrung und eine Ringnut in dem Führungsring 25 mit der Tankleitung 13 verbunden.
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Zum Erzeugen der zusätzlichen Drosselstelle, die hydraulisch gesehen parallel zu dem Druckzuschaltventil 16' vorgesehen ist, ist an dem im Querschnitt ansonsten kreisrunden Dichtsitz des Schließkopfs wenigstens eine Nut 26 vorgesehen. Aus Gründen der Symmetrie können diese Nuten auch über den Umfang verteilt mehrfach vorgesehen sein. Die Verwendung solcher Nuten hat den Vorteil, dass eventuell sich bei geschlossenem Drosselrückschlagventil 16 im Bereich dieser Drosselstellen anlagernde Verschmutzungen beim Öffnen des Drosselrückschlagventils 16 durch das vorbeiströmende Fluid weggespült werden. Damit wird die Funktion der Anordnung dauerhaft gewährleistet. Generell können durch diese Nut(en) Querschnitte erzeugt werden, die deutlich kleiner als der Querschnitt solcher Düsen sein können, die als Bohrungen ausgebildet sind. Dies ist insbesondere im Hinblick auf die zweite Drosselstelle 17 relevant, die bei der Ausbildung der Druckhalteventilvorrichtung als serielle Anordnung der Drosselstelle 17 mit dem Rückschlagventil 16 vorhanden ist.
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Die Funktion soll nun anhand der schematischen Darstellung der 3 erläutert werden. Zur Übertragung einer Anpresskraft der Bremsvorrichtung 5 und zum Lösen der Bremse ist der Druckring 6 vorgesehen. Der Druckring 6 ist von den Federn 7 in axialer Richtung mit einer Kraft beaufschlagt, die ihn auf eine Scheibe der Bremsvorrichtung 5 zubewegt. In entgegengesetzter Richtung ist der Druckring 6 an einer Fläche mit einem in einem Druckraum 8 herrschenden Druck beaufschlagt. Dieser Druckraum 8 ist über die Verbindung 10 mit der Druckmittelquelle 9 verbunden. Zudem ist der Druckraum 8 über den Entlastungskanal 12 und den Verbindungskanal 13' mit einem Tankvolumen 15 verbunden. In dem Druckring 6 ist nun das Druckzuschaltventil 16 angeordnet. Das Druckzuschaltventil 16 öffnet erst ab einem Mindestdruck in dem Druckraum 8. Dieser Mindestdruck wird durch Schließfeder 24 vorgegeben. Der Mindestdruck, der gleich dem Öffnungsdruck des Druckzuschaltventils 16 ist, ist so gewählt, dass er knapp oberhalb des zum Lösen der Bremsvorrichtung 5 erforderlichen Drucks liegt. Herrscht in dem Druckraum 8 ein ausreichender Druck, so wird der Druckring 6 entgegen der Kraft der Federn 7 in der 3 nach rechts verschoben und damit die Bremsvorrichtung 5 gelöst. Dabei wird im Regelfall aus der Druckmittelquelle 9 kontinuierlich unter Druckabbau auf das Druckniveau des Tankvolumens 15 Druckmittel nachgefördert. Kommt es zu einem Druckeinbruch, der dazu führt, dass der in dem Druckraum 8 herrschende Druck unter das zum Lösen der Bremsvorrichtung 5 erforderliche Druckniveau fallen würde, so schließt das Drosselrückschlagventil 16. Eine Verbindung zwischen dem Druckraum 8 und dem Tankvolumen 15 ist nunmehr lediglich über die zusätzliche enge Drosselstelle 26' möglich. Mit dieser zusätzlichen Drosselstelle 26' wird ermöglicht, dass ein gewünschter Druckabbau in dem Druckraum 8 möglich ist, indem trotz geschlossenen Druckzuschaltventils 16 ein gedrosselter Strömungsweg zwischen dem Druckraum 8 und dem Tankvolumen 15 existiert. Die Zeitkonstanten lassen sich über geeignete Wahl der Größen der ersten und zweiten Drosselstelle sowie zusätzlich der zusätzlichen Drosselstelle 26' einstellen.
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Durch die erfindungsgemäße Anordnung unter Verwendung des Druckzuschaltventils 16 bzw. dessen Rückschlagventilfunktion ist es möglich, den in dem Druckraum 8 herrschenden Druck zum Lösen der Bremsvorrichtung 5 lediglich knapp oberhalb des hierfür erforderlichen Mindestdrucks vorzusehen. Dadurch kann der Druckring 6 insbesondere aus Kunststoff gefertigt werden, was sowohl herstellungstechnisch Vorteile bringt als auch Kosten spart.
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Die 4 zeigt einen hydraulischen Schaltplan der alternativen Ausführung der Druckhalteventilvorrichtung. Es sind zwei Drosselstellen 11, 17 in Reihe angeordnet, wobei die erste Drosselstelle 11 stromaufwärts des Druckraums 8 liegt, die zweite Drosselstelle 17 dagegen stromabwärts. Die zweite Drosselstelle bildet zusammen mit dem Rückschlagventil 16 die Druckhalteventilvorrichtung. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der 2 und 3 addieren sich hierbei bei geöffnetem Rückschlagventil 16 die Druckabfälle an dem Rückschlagventil 16 und der zweiten Drosselstelle 17. Der Druck in dem Druckraum 8 liegt damit höher als eigentlich erforderlich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 5884984 [0002]
- US 6357558 [0004]
