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Die Erfindung betrifft eine Hydraulikeinrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, das ein mit einem ersten Hydraulikmedium arbeitendes erstes Hydrauliksystem mit wenigstens einem Hauptbremszylinder und mit einer wenigstens einer Bremseinrichtung aufweisenden Bremsanlage aufweist, sowie ein Hydrauliksystem mit einer entsprechenden Hydraulikeinrichtung.
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Stand der Technik
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Bei den meisten Fahrzeugen wird die Bremsanlage hydraulisch betätigt. Dazu ist in der Regel ein Hauptbremszylinder vorgesehen, der direkt oder indirekt mit dem in der Fahrerkabine befindlichen Bremspedal verbunden ist, sowie eine oder mehrere Bremseinrichtungen, die beispielsweise als Radbremsen ausgebildet sind. Durch Aufbringen eines Drucks auf den Hauptbremszylinder wird die in dem Hydrauliksystem befindliche Hydraulikflüssigkeit unter Druck gesetzt, um die Bremseinrichtungen zu betätigen. Üblicherweise ist dabei in das Hydrauliksystem eine Bremsbetätigungseinrichtung integriert, die beispielsweise in Abhängigkeit von der aktuellen Fahrsituation entscheidet, welche der Bremseinrichtungen wie betätigt werden soll. Insbesondere können derartige Bremsbetätigungseinrichtungen als ABS-Modul (ABS = Antiblockiersystem) ausgebildet sein, das den Bremsdruck der einzelnen Bremseinrichtungen gezielt verringern kann, um ein Blockieren der Räder zu vermeiden. Insbesondere Nutzfahrzeuge, insbesondere Traktoren, die Geschwindigkeiten über 40 km/h erreichen, werden in Zukunft ein Antiblockiersystem (ABS) und/oder ein elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP) aufweisen müssen, wie es bei Personenkraftfahrzeugen schon lange der Fall ist. Während bei Personenkraftfahrzeugen die Bremsanlage eine Bremsflüssigkeit als Hydraulikmedium aufweist, wird bei Zugmaschinen, insbesondere bei Traktoren, in der Regel Mineralöl als Hydraulikmedium verwendet. Um nun eine für das ABS- und/oder ESP-System notwendige Bremsbetätigungseinrichtung in das bestehende Hydrauliksystem eines derartigen Fahrzeugs zu integrieren, müsste die Bremsbetätigungseinrichtung für den Betrieb mit Mineralöl optimiert werden, da sie nicht für den Betrieb mit Mineralöl ausgelegt ist, was zu entsprechenden Entwicklungs- und Herstellungskosten führen würde.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Hydraulikeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass eine Anpassung der wesentlichen Merkmale der Betätigungseinrichtung nicht notwendig ist. Stattdessen wird durch Hinzufügen weiterer Elemente ein einfaches Integrieren der Bremsbetätigungseinrichtung in das erste Hydrauliksystem gewährleistet. Die erfindungsgemäße Hydraulikeinrichtung zeichnet sich durch eine Bremsbetätigungseinrichtung aus, die in das Hydrauliksystem integriert/integrierbar ist und dazu wenigstens einen Hydraulikanschluss mit einem Durchströmungsquerschnitt aufweist, wobei der jeweilige Hydraulikanschluss ein den Durchströmungsquerschnitt verschließend verlagerbares Dichtelement aufweist, wobei das jeweilige Dichtelement einseitig von dem ersten Hydraulikmedium und anderseitig von einem zweiten Hydraulikmedium der Bremsbetätigungseinrichtung beaufschlagt/beaufschlagbar ist, so dass die Bremsbetätigungseinrichtung ein geschlossenes zweites Hydrauliksystem mit dem zweiten Hydraulikmedium bildet. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Hydraulikeinrichtung wird somit ein eigenständiges zweites Hydrauliksystem in das erste Hydrauliksystem integriert, so dass die Hydrauliksysteme mit unterschiedlichen Hydraulikmedien betrieben werden können. Dadurch ist es möglich, weiterhin für den Betrieb der Bremsanlage und des Hauptbremszylinders beispielsweise Mineralöl als erstes Hydraulikmedium vorzusehen, während die Betätigungseinrichtung mit einem vorteilhaften Hydraulikmedium, wie beispielsweise Bremsflüssigkeit, betrieben wird, so dass eine Anpassung der wesentlichen Merkmale der Bremsbetätigungseinrichtung, wie beispielsweise Ventile, Durchströmungsquerschnitte, Druckpuffer oder dergleichen nicht notwendig ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das erste Hydraulikmedium und das zweite Hydraulikmedium unterschiedlich sind. Dadurch können das erste Hydrauliksystem und das zweite Hydrauliksystem optimal in Bezug auf ihre jeweilige Aufgabe ausgebildet werden. Auch ist es denkbar, das erste Hydrauliksystem mit zwei Hydraulikkreisen zu betreiben, die ebenfalls unterschiedliche Hydraulikmedien aufweisen, so dass beispielsweise ein erster Hydraulikkreis der Bremsanlage und ein zweiter Hydraulikkreis der Hydraulikeinheit zugeordnet ist, wobei dann auch hier eine optimale Anpassung des jeweiligen Hydraulikreises oder des jeweiligen Hydraulikmediums möglich ist. Hierdurch wird es auf einfache Art und Weise ermöglicht, einzelne Funktionseinheiten (Bremsanlage, Hydraulikeinheit, Bremsbetätigungseinrichtung) optimal in Bezug auf ihre jeweilige Aufgabe auszubilden.
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Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass das zweite Hydraulikmedium Bremsflüssigkeit ist. Durch das Vorsehen von Bremsflüssigkeit als zweites Hydraulikmedium können Standard-Bremsbetätigungseinrichtungen, wie sie beispielsweise auch im PKW-Bereich genutzt werden, in das erste Hydrauliksystem integriert werden. Durch die Mehrfachverwendung der Bremsbetätigungseinrichtungen werden Herstellungskosten und -Aufwand weiter optimiert. Insbesondere für die verhältnismäßige kleine Stückzahl von Traktoren, bietet die Nutzung bereits bestehender Bremsbetätigungseinrichtungen vielerlei Vorteile, insbesondere in Bezug auf die Kosten.
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Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass das erste Hydraulikmedium Mineralöl ist. Hierdurch kann beispielsweise bei Traktoren die bisher verwendete Bremsanlage weiter genutzt werden, während die Bremsbetätigungseinrichtung mit für sie optimalen Hydraulikmedium betrieben wird.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Dichtelement als ein in einem Zylinder verlagerbarer Kolben ausgebildet ist. Der Kolben verschließt den Durchströmungsquerschnitt des jeweiligen Hydraulikanschlusses. Dabei ist der Kolben in dem Zylinder axial verlagerbar angeordnet beziehungsweise ausgebildet. Von einer Seite wirkt das erste Hydraulikmedium und von der anderen Seite das zweite Hydraulikmedium auf den Kolben. In Abhängigkeit der Druckdifferenz zwischen den Hydraulikmedien wird der Kolben dann entsprechend in dem Zylinder verlagert. Zylinder und Kolben bilden somit eine Koppeleinrichtung, die dem jeweiligen Hydraulikanschluss zugeordnet ist und die Hydrauliksysteme miteinander koppelt. Löst die Bremsbetätigungseinrichtung beispielsweise einen Bremsvorgang aus, so wird an dem der Bremsanlage zugeordneten Hydraulikanschluss der Druck in der Bremsbetätigungseinrichtung erhöht. Dieser Druck wirkt sich durch den Kolben auf das Hydraulikmedium der Bremsanlage aus, wodurch die Bremsanlage einen Bremsvorgang durchführt. Aufgrund der Inkompressibilität von Flüssigkeiten sind Verzögerungen aufgrund des zwischengeschalteten Kolbens beziehungsweise aufgrund der Koppeleinrichtung nicht zu erwarten. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die axiale Verlagerbarkeit des Kolbens durch entsprechende Axialanschläge an dem Zylinder beidseitig begrenzt wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Kolben wenigstens einen Dichtring an seiner Mantelaußenwand aufweist. Der Dichtring wirkt insbesondere mit der Mantelinnenwand des Zylinders dichtend zusammen. Die Mantelaußenwand des Kolbens weist dabei bevorzugt einen Durchmesser auf, der kleiner ist als der Innendurchmesser der Mantelinnenwand, so dass ein radialer Abstand zwischen Kolben und Zylinder gewährleistet ist, der Reibkräfte zwischen Kolben und Zylinder minimiert. Vorzugsweise steht nur der Dichtring in direktem Wirkkontakt mit dem Zylinder. Durch eine entsprechend vorteilhafte Materialauswahl lassen sich die Reibkräfte zwischen Dichtring und Zylinder minimieren. Besonders bevorzugt sind zwei Dichtringe insbesondere axial beabstandet zueinander an dem Kolben vorgesehen. Dabei kann jeder der Dichtringe auf das Medium optimiert ausgelegt sein, mit dem der jeweilige Dichtring zusammenwirkt, um ein optimales Ergebnis zu erzielen.
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Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass der Zylinder wenigstens eine Leckageöffnung aufweist. Die Leckageöffnung dient insbesondere dazu, gegebenenfalls in das Hydrauliksystem gelangte Gas, insbesondere Luft aus den jeweiligen Hydrauliksystem entweichen zu lassen. Hierdurch wird gewährleistet, dass kompressibles Medium aus dem Gesamthydrauliksystem entweicht und dadurch Totzeiten in dem Hydrauliksystem vermieden werden. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Leckageöffnung als Leckageblende ausgebildet ist oder eine Leckageblende aufweist, um den Druck in dem jeweiligen Hydrauliksystem im Wesentlichen aufrecht zu erhalten. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass wenigstens eine Leckageöffnung beziehungsweise Leckageblende an dem wenigstens einen Zylinder in einem Bereich benachbart zu dem Kolben angeordnet ist, den der Kolben nicht erreicht, so dass die Leckageöffnung/Leckageblende stets durch das erste oder das zweite Hydraulikmedium beaufschlagt wird. Vorzugsweise ist diese Leckageöffnung/Leckageblende im Normalbetrieb des Fahrzeugs beziehungsweise der Hydraulikeinrichtung, insbesondere durch eine Entlüftungsschraube, verschlossen.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine weitere Leckageöffnung oder die einzige Leckageöffnung des jeweiligen Zylinders zwischen den zwei zuvor genannten Dichtringen angeordnet ist, wobei die Position der Dichtringe und die Größe des Kolbens und dessen Verfahrweg derart gewählt werden, dass die weitere Leckageöffnung, die insbesondere als Leckageblende ausgebildet ist, stets zwischen den beiden Dichtringen verbleibt. Diese Leckageöffnung ist vorzugsweise auch im Normalbetrieb des Fahrzeugs beziehungsweise der Hydraulikeinrichtung geöffnet, um ein Entweichen von zwischen die Dichtringe gelangtem Hydraulikmedium zu ermöglichen.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Dichtelement als flexible Membran ausgebildet ist. Die Membran verschließt den Durchströmungsquerschnitt vollständig und erlaubt durch ihre Verformbarkeit die Weiterleitung von Druckimpulsen von beispielsweise der Bremsbetätigungseinrichtung zu der Bremsanlage.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Bremseinrichtung als ABS- oder ESP-Modul ausgebildet ist und für jede zu betätigende Bremseinrichtung der Bremsanlage und vorzugsweise für den wenigstens einen Hauptbremszylinder jeweils einen entsprechenden Hydraulikanschluss aufweist. Besonders bevorzugt weist die Bremsbetätigungseinrichtung sechs Hydraulikanschlüsse auf, wobei zwei der Hydraulikanschlüsse einem oder jeweils einem Hauptbremszylinder zugeordnet sind, während die vier verbleibenden Hydraulikanschlüsse jeweils einer Bremseinrichtung der Bremsanlage zugeordnet sind. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die jeweilige Koppeleinrichtung in den Hydraulikanschluss der Bremseinrichtung integriert ausgebildet ist. Insbesondere bei der Ausbildung als ESP- und/oder ABS-Modul sind die Zylinder-Kolbeneinheiten oder die Dichtmembranen in einem Gehäuse des Moduls angeordnet. Dadurch wird eine besonders kompakte Hydraulikeinrichtung geboten, die leicht in das bestehende Hydrauliksystem eines Fahrzeugs integrierbar ist. Insbesondere wird hierdurch die Möglichkeit geschaffen, die Bremsbetätigungseinrichtung mit dem zweiten Hydraulikmedium zu befüllen und montagefertig an Fahrzeughersteller zu liefern, die dann nur noch die Hydraulikeinrichtung in ihr bestehendes Hydrauliksystem integrieren müssen, ohne das zweite Hydraulikmedium selbst bereitstellen zu müssen.
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Das erfindungsgemäße Hydrauliksystem mit den Merkmalen des Anspruchs 10 für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Nutzfahrzeug, wie beispielsweise ein Traktor, mit einer wenigstens eine Bremseinrichtung aufweisenden Bremsanlage und mit wenigstens einem Hauptbremszylinder, wobei das Hydrauliksystem mit einem ersten Hydraulikmedium, insbesondere mit Mineralöl, betrieben wird, zeichnet sich durch die erfindungsgemäße Hydraulikeinrichtung aus.
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden.
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Dazu zeigen
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1 einen Traktor mit einem Hydrauliksystem in einer vereinfachten Darstellung,
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2 das Hydrauliksystem in einer schematischen Darstellung,
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3 eine Koppeleinrichtung des Hydrauliksystems in einer vergrößerten Detailansicht und
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4 das Hydrauliksystem in einer weiteren schematischen Darstellung.
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1 zeigt in einer vereinfachten Darstellung ein Fahrzeug 1, das als Traktor ausgebildet ist. Der Traktor weist ein Hydrauliksystem 2 auf, das zum Betätigen einer Bremsanlage 3 vorgesehen ist.
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Die Bremsanlage 3 weist für jedes Rad des Traktors jeweils eine hydraulisch betätigbare Bremseinrichtung 4 auf, die durch eine gemeinsame Bremsbetätigungseinrichtung 5 angesteuert beziehungsweise betätigt wird. Dazu ist die Bremsbetätigungseinrichtung 5 durch entsprechende Leitungen (ohne Bezugszeichen) mit den Bremseinrichtungen 4 verbunden.
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Zum Betätigen der Bremsanlage 3 weist das Hydrauliksystem 2 außerdem zwei Hauptbremszylinder 6 auf, die mit einem Bremspedal 7 im Fahrerraum des Traktors 1 wirkverbunden sind. Durch Betätigen des Bremspedals 7 wird ein Druck in den Hauptbremszylindern 6 erzeugt, der mittels der Bremsbetätigungseinrichtung 5 auf die Bremseinrichtungen 4 verteilt wird.
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2 zeigt das Hydrauliksystem 2 in einer schematischen Darstellung. Hierbei ist zu erkennen, dass die Bremsanlage 3 vier Bremseinrichtungen 4 aufweist, von denen eine jeweils einem der Räder zugeordnet ist, wobei die Kürzel LF vorne links, RF vorne rechts, LR hinten links und RR hinten rechts bedeuten und sich auf die Anordnung der Räder des Fahrzeugs 1 beziehen. Die Betätigungseinrichtung 5 weist für jede der Bremseinrichtungen 4 jeweils einen Hydraulikanschluss 9 sowie für jeden der Hauptbremszylinder 6 jeweils einen Hydraulikanschluss 10 auf.
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Die Bremsbetätigungseinrichtung 1 weist ein ABS-Modul 8 auf, das wie üblich mit einer Bremsflüssigkeit, hier mit kürzeren Strichen dargestellt, betrieben wird. Damit die Bremsbetätigungseinrichtung 5 beziehungsweise das ABS-Modul 8 in das Hydrauliksystem 2 integriert werden kann, sind den Hydraulikanschlüssen 9 beziehungsweise 10 jeweils eine Koppeleinrichtung 11 zugeordnet.
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3 zeigt einer der Koppeleinrichtungen 11 in einer vergrößerten Detailansicht. Die Koppeleinrichtung 11 weist einen Zylinder 12 auf, in welchem ein Kolben 13 als Dichtelement 21 axial verlagerbar angeordnet ist. Auf einer Seite ist der Zylinder 12 mit dem ABS-Modul 8 und auf der anderen Seite beispielsweise mit einer der Bremseinrichtungen 4 verbunden, so dass der Kolben 13 von einer Seite mit der Bremsflüssigkeit und von der anderen Seite mit dem Mineralöl, hier mit längeren Strichen dargestellt, beaufschlagt wird.
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Die Mantelaußenwand 14 des Kolbens 13 weist dabei einen Durchmesser auf, der kleiner ausgebildet ist als der Durchmesser der Mantelinnenwand 15 des Zylinders 12, so dass ein radiales Spiel zwischen Kolben 13 und Zylinder 12 vorgesehen ist. Vorzugsweise weisen der Kolben 13 und der Zylinder 12 jeweils einen kreisförmigen Querschnitt auf. An der Mantelaußenwand 14 des Kolbens 13 sind außerdem zwei Dichtringe axial beabstandet zueinander angeordnet. Dazu weist der Kolben 13 in seiner Manteilaußenwand 14 bevorzugt sich über den gesamten Umfang erstreckende Ringnuten auf, in denen jeweils einer der Dichtringe 16 angeordnet ist. Der Außendurchmesser der Dichtringe 16 ist dabei derart gewählt, dass der jeweilige Dichtring 16 dichtend mit der Mantelinnenwand 15 des Zylinders 12 zusammenwirkt und dabei eine axiale Verlagerung des Kolbens 13 in dem Zylinder 12 erlaubt. Der Koben 13 liegt somit in dem Durchströmungsquerschnitt des entsprechenden Hydraulikanschlusses 9 oder 10 und verschließt diesen, vorliegend unter Zuhilfenahme der Dichtringe 16, so dass sich die Hydraulikmedien nicht miteinander vermengen. Der maximale Verfahrweg des Kolbens 13 in dem Zylinder 12 wird bevorzugt durch Axialanschläge in dem Zylinder 12 begrenzt, die hier nicht dargestellt sind.
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Das ABS-Modul 8 bildet somit zusammen mit den Koppeleinrichtungen 11 eine Hydraulikeinrichtung 17, die ein geschlossenes Hydrauliksystem 18 mit einem eigenen Hydraulikmedium bildet, das sich von dem Hydraulikmedium des übrigen Hydrauliksystems 2 unterscheidet. Durch die Koppeleinrichtungen 11 werden die beiden Hydraulikmedien voneinander getrennt, so dass das ABS-Modul 8 weiterhin mit Bremsflüssigkeit betrieben werden kann, während die Bremseinrichtungen 4 sowie die Hydraulikeinheiten 6, wie bei Traktoren üblich, mit Mineralöl betrieben werden können. Die Hydraulikeinrichtung 17 bietet somit auf einfache Art und Weise die Möglichkeit, bestehende ABS- oder auch ESP-Module, die beispielsweise aus dem Personenkraftfahrzeugbereich bekannt sind, bei Nutzfahrzeugen, insbesondere Zugmaschinen wie Traktoren, einzusetzen und in das dort bestehende Hydrauliksystem (2) zu integrieren.
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Wird durch das ABS-Modul 8 ein Druckimpuls auf eine der Bremseinrichtungen 4 ausgelöst, so wird zunächst die entsprechende Koppeleinrichtung 11 mit einem erhöhten Druck des zweiten Hydraulikmediums der Hydraulikeinrichtung 17 beaufschlagt, so dass der entsprechende Kolben 13 in Richtung des ersten Hydraulikmediums beziehungsweise des Mineralöls gedrängt wird, wodurch eine Betätigung der entsprechenden Bremseinrichtung 4 erfolgt.
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Vorteilhafterweise weist die jeweilige Koppeleinrichtung 11, wie in 3 gezeigt, mehrere Leckageöffnungen 19 auf. Zwei Leckageöffnungen 19 sind dabei beidseits des Kolbens 13 in einem Bereich an dem Zylinder 12 vorgesehen, welchen der Kolben 13 auch in maximaler Verfahrstellung nicht erreicht, so dass die Leckageöffnungen 19 stets mit dem jeweiligen Hydraulikmedium in Verbindung stehen. Durch die Leckageöffnungen 19 kann Gas, insbesondere Luft, aus dem jeweiligen Hydrauliksystem 2, 18 entweichen, so dass Druckimpulse ohne Verzögerung durch die Hydrauliksysteme 2, 18 geleitet werden. Bevorzugt sind diese beiden Leckageöffnungen 19 im Normalbetrieb des Fahrzeugs 1 durch eine Entlüftungsschraube verschlossen (hier nicht dargestellt).
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Eine weitere Leckageöffnung 19 kann auch im Bereich des Kolbens 13 zwischen den Dichtringen 16, wie in 3 gezeigt, vorgesehen sein. Diese Leckageöffnung 19 bleibt bevorzugt auch im Normalbetrieb des Fahrzeugs 1 geöffnet, so dass gegebenenfalls in den Raum zwischen den Dichtringen 16 gelangtes Hydraulikmedium aus dem Zylinder 12 entweichen kann. Gemäß einem weiteren, hier nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass diese Leckageöffnung 19 zwischen den Dichtringen 16 die einzige Leckageöffnung 19 des Zylinders 12 ist.
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4 zeigt das Hydrauliksystem 2 in einer vereinfachten perspektivischen Darstellung, welche die Integration der Hydraulikeinrichtung 17 in das Hydrauliksystem 2 illustriert. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Koppeleinrichtungen 11 in ein Koppelmodul 20 mit einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet beziehungsweise ausgebildet sind. Das Koppelmodul 20 weist somit auch die Hydraulikanschlüsse 9 beziehungsweise 10 für die Bremsanlage 3 und die Hauptbremszylinder 6 auf. Insgesamt wird dadurch eine besonders kompakte Lösung zur Trennung der Hydrauliksysteme 2 und 18 geboten, die die Verwendung herkömmlicher ABS-Module 8 ermöglicht.
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Gemäß einem bevorzugten, hier nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass das ABS-Modul 8 in das Koppelmodul 20 integriert ist, um eine besonders kompakte Baueinheit zur Verfügung zu stellen. Insbesondere können dann die Verbindungsleitungen zwischen dem ABS-Modul 8 und der Koppeleinrichtung 20 integral ausgebildet sein.
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Das Hydrauliksystem 18 kann bereits vor der Integration in das Hydrauliksystem 2 mit der Bremsflüssigkeit befüllt und geschlossen werden. Bei der Integration der Hydraulikeinrichtung 17 in das Hydrauliksystem 2 müssen dann nur noch die Hydraulikanschlüsse 9 und 10 mit dem Hydrauliksystem 2 verbunden und das Mineralöl in das Hydrauliksystem 2 eingefüllt werden. Die Hydraulikeinrichtung 17 bietet somit nicht nur bauraumtechnische Vorteile, sondern erleichtert auch die Integration und Herstellung des gesamten Hydrauliksystems 2, da beispielsweise ein Fahrzeughersteller die Hydraulikeinrichtung 17 bereits fertig, inklusive der Bremsflüssigkeit, erhalten und in sein Fahrzeug beziehungsweise Hydrauliksystem einbinden kann.
