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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem Abstreifring mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Insbesondere ist die Anordnung eine Kolben-Zylinder-Einheit oder weist eine Kolben-Zylinder-Einheit auf, die insbesondere zur Erzeugung eines Bremsdrucks und/oder zum Fördern von Bremsflüssigkeit in einer hydraulischen, insbesondere schlupfgeregelten Fahrzeugbremsanlage vorgesehen ist.
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Die internationale Patentanmeldung
WO 2012/067 196 A1 offenbart eine hydraulische Fremdkraft-Fahrzeugbremsanlage mit einem herkömmlichen, mit einem Fußbremspedal per Muskelkraft betätigbaren Zweikreis-Hauptbremszylinder und einer Zweikreis-Kolben-Zylinder-Einheit mit zwei Kolben, die zu einer Bremsdruckerzeugung per Fremdkraft mittels eines Elektromotors über ein Stirnradgetriebe und einen Gewindetrieb in einem Zylinder der Kolben-Zylinder-Einheit verschiebbar sind. Die Kolben sind mit Dichtringen im Zylinder abgedichtet.
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Das Gebrauchsmuster
DE 1 946 220 U offenbart eine Kolben-Zylinder-Einheit, deren Kolben mit zwei Dichtringen in einem Zylinder abgedichtet ist, die einen V-förmigen Ringquerschnitt und Radialnuten außen an einer Basis des Ringquerschnitts aufweisen.
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Das Patent
US 3 173 698 A einen Lippendichtring, der wie ein Quadring mit einer umlaufenden, schräg nach außen abstehenden Dichtlippe ausgebildet ist.
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Das Patent
DE 44 04 730 C2 und die Offenlegungsschrift
DE 2 026 756A offenbaren Hauptbremszylinder deren Kolben mit Dichtringen abgedichtet sind.
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Die Offenlegungsschrift
DE 10 2005 041 418 A1 offenbart einen Kupplungs-Geberzylinder, dessen Kolben mit Dichtringen mit V-förmigem Ringquerschnitt im Zylinder abgedichtet ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist ein Außenteil mit einem zylindrischen Loch und ein in dem Loch axial bewegliches, vorzugsweise ebenfalls zylindrisches Innenteil auf. Ein Querschnitt des Innenteils ist zumindest auf einem Teil einer Länge in der Verschieberichtung des Innenteils im Loch des Außenteils kleiner als ein Querschnitt des Lochs im Außenteil, so dass zwischen dem Innenteil und einer Lochwand des Lochs im Außenteil zumindest auf dem Teil der Länge ein das Innenteil im Loch des Außenteils umschließender Spalt oder Freiraum besteht, der hier als „Ringraum“ bezeichnet wird. Das Außenteil weist ein in der Verschieberichtung des Innenteils verlaufendes Drehsicherungselement auf, das in dem Ringraum von der Lochwand nach innen in Richtung des Innenteils steht und an dem sich das Innenteil verschieblich in einer Umfangsrichtung gegen Drehen abstützt.
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In dem Ringraum befindet sich ein Abstreifring, der das Innenteil im Ringraum umschließt. Der Abstreifring liegt vorzugsweise mit seinem Außenumfang innen an der Lochwand des Lochs im Außenteil und/oder mit seinem Innenumfang außen am Innenteil an, wobei eine Abdichtung zwischen Abstreifring und Außenteil und/oder eine Abdichtung zwischen Abstreifring und Außenteil möglich, allerdings nicht zwingend ist. Sofern der Abstreifring abdichtet, kann er auch als Dichtring aufgefasst werden. Der Abstreifring weist eine Ausnehmung für das Drehsicherungselement in seiner Außenumfangsfläche auf.
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Der Abstreifring ist zu einem Verteilen eines Schmiermittels in der Verschieberichtung des Innenteils im Loch des Außenteils vorgesehen und bewegt sich zu diesem Zweck bei einer Verschiebung des Innenteils im Loch des Außenteils mit dem Innenteil mit. Der Abstreifring bewegt sich entweder vollständig mit dem Innenteil mit und macht in diesem Fall den vollständigen Verschiebeweg des Innenteils mit oder der Abstreifring bewegt sich nur teilweise mit dem Innenteil mit und verschiebt sich weniger weit als das Innenteil. Durch seine Verschiebung bei der Verschiebung des Innenteils verteilt der Abstreifring ein Schmiermittel in der Verschieberichtung des Innenteils auf der Lochwand des Lochs im Außenteil. Der Abstreifring vermeidet, dass das Innenteil bei seiner Verschiebung das Schmiermittel in einer Richtung bewegt, wo es sich sammelt und verbleibt, so dass auf einem großen Teil der Länge des Lochs im Außenteil in der Verschieberichtung des Innenteils kein oder nur wenig Schmiermittel auf Lochwand vorhanden ist.
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Der Abstreifring gleicht eine sich ändernde radiale Breite des Ringraums und/oder einen sich änderden Durchmesser des Ringraums aus. Die Abmessungen des Ringraums können sich beispielsweise durch Temperaturänderung ändern.
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Der Abstreifring besteht vorzugsweise aus einem Material mit geringerer Härte als den Ringraum umgebende Bauteile und/oder Bauteile, mit denen der Abstreifring in Berührung kommt.
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Die abhängigen Ansprüche haben Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Erfindung zum Gegenstand.
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Die erfindungsgemäße Anordnung ist insbesondere ein Kolben-Zylinder-Einheit oder weist eine Kolben-Zylinder-Einheit auf, deren Zylinder das Außenteil mit dem Loch bildet, in dem ein Kolben als Innenteil axial beweglich, d. h. verschieblich ist (Anspruch 8). Der Kolben weist zumindest auf einem Teils seiner Länge ein Untermaß in Bezug auf den Zylinder auf, so dass auf diesem Teil der Länge der oben beschriebene Ringraum besteht. Durch Verschieben des Kolbens im Zylinder oder umgekehrt durch Verschieben des Zylinders auf dem Kolben saugt der Kolben ein Fluid in den Zylinder, verdrängt das Fluid aus dem Zylinder und/oder erzeugt einen Druck in dem Zylinder. In einer hydraulischen Fahrzeugbremsanlage ist das Fluid Bremsflüssigkeit. Die Kolben-Zylinder-Einheit kann auch als Aktor zur Erzeugung einer linearen Bewegung verwendet werden indem umgekehrt dem Zylinder ein unter Druck stehendes Fluid zugeführt wird, das den Kolben im Zylinder oder umgekehrt den Zylinder auf dem Kolben bewegt.
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Sämtliche in der Beschreibung und der Zeichnung offenbarten Merkmale können einzeln für sich oder in grundsätzlich beliebiger Kombination bei Ausführungsformen der Erfindung verwirklicht sein. Ausführungen der Erfindung, die nicht alle, sondern nur ein oder mehrere Merkmale eines Anspruchs oder einer Ausführungsform der Erfindung aufweisen, sind grundsätzlich möglich.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform näher erläutert. Es zeigen:
- 1 einen Achsschnitt einer erfindungsgemäßen Kolben-Zylinder-Einheit;
- 2 einen Abstreifring der Kolben-Zylinder-Einheit in einer perspektivischen Darstellung; und
- 3 einen vergrößerten Ringquerschnitt des Abstreifrings aus 2 in eingebautem Zustand.
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Die Zeichnung ist eine teilweise schematisierte und vereinfachte Darstellung.
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Ausführungsform der Erfindung
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Die in 1 dargestellte, erfindungsgemäße Kolben-Zylinder-Einheit 1 weist einen Zylinder 2 und einen Kolben 3 auf, der in dem Zylinder 2 verschieblich ist. Die Kolben-Zylinder-Einheit 1 kann allgemein auch als erfindungsgemäße Anordnung 31 mit dem Zylinder 2 als Außenteil 32 mit einem Loch 33 und dem Kolben 3 als Innenteil 34, das axial in dem Loch 33 des Außenteils 32 beweglich ist, aufgefasst werden. Eine Innenumfangsfläche des Zylinders 2 bildet allgemein eine Lochwand 35 der erfindungsgemäßen Anordnung 31. Der Zylinder 2 weist ein geschlossenes Ende mit einem Zylinderboden 4 und ein offenes Ende auf.
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Der Kolben 3 ist ein rohrförmiger Hohlkolben, dessen dem Zylinderboden 4 zugewandtes Ende durch einen mit dem Kolben 3 einstückigen Kolbenboden 5 verschlossen ist.
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Zu einer Verschiebung des Kolbens 3 im Zylinder 2 sind ein Elektromotor 6, der in der Zeichnung als Schaltsymbol dargestellt ist, ein Planetengetriebe 7 als mechanisches Untersetzungsgetriebe und ein Kugelgewindetrieb, der allgemein auch als Schraubgetriebe 8 aufgefasst werden kann, vorhanden. Eine Spindel 9 des Kugelgewindetriebs ist koaxial im Kolben 3 angeordnet und starr mittels eines in den Kolbenboden 5 eingepressten Zapfens 10 mit dem Kolben 3 verbunden. Der Elektromotor 6, das Planetengetriebe 7 und der Kugelgewindetrieb beziehungsweise allgemein das Schraubgetriebe 8 bilden einen elektromechanischen Antrieb zum Verschieben des Kolbens 3 im Zylinder 2 oder allgemein zum Verschieben des Innenteils 34 im Loch 33 des Außenteils 32.
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Eine die Spindel 9 umschließende, rohrförmige Spindelmutter 11 ragt ebenfalls koaxial durch das offene Ende in den als Hohlkolben ausgeführte Kolben 3 und steht ein kurzes Stück axial aus dem Zylinder 2 und dem Kolben 3 vor. Außerhalb des Zylinders 2 ist die Spindelmutter 11 mit einem Drehlager 12, im Ausführungsbeispiel einem Kugellager, drehbar an dem offenen Ende des Zylinders 2 gelagert.
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Die Spindel 9 des Schraubgetriebes 8 bildet zugleich einen Planetenträger des Planetengetriebes 7, das ebenfalls koaxial zum Kolben 3 und zum Zylinder 2 außerhalb des Kolbens 3 und des Zylinders 2 angeordnet ist: An einem aus dem Zylinder 2 vorstehenden Stirnende der Spindelmutter 11 sind Planetenräder 13 des Planetengetriebes 7 drehbar gelagert. Ein Hohlrad 14 des Planetengetriebes 7 ist starr an einem Außenring des Drehlagers 12 befestigt. Ein Sonnenrad 15 des Planetengetriebes 7 ist mit dem Elektromotor 6 drehend antreibbar. Durch einen Drehantrieb des Sonnenrads 15 wird über die Planetenräder 13 die Spindelmutter 11 drehend angetrieben, die über die Spindel 9 den Kolben 3 im Zylinder 2 verschiebt.
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Der Kolben 3 ist mit zwei Kolbendichtungen 18 im Zylinder 2 abgedichtet. Die Kolbendichtungen 18 sind in umlaufenden Nuten in einem in der Verschieberichtung des Kolbens 3 mittleren Bereich des Zylinders 2 angeordnet. Zwischen dem Zylinderboden 4 und den Kolbendichtungen 18 und zwischen den Kolbendichtungen 18 und dem offenen Ende des Zylinders 2 weist der Zylinder 2 einen größeren Innendurchmesser als ein Außendurchmesser des Kolbens 3 auf, so dass ein den Kolben 3 im Zylinder 2 umschließender Spalt besteht. Dieser Spalt zwischen den Kolbendichtungen 18 und dem offenen Ende des Zylinders 2 wird hier als Ringraum 19 bezeichnet.
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Zu einer Drehsicherung des Kolbens 3 und der mit ihm starr verbundenen Spindel 9 des Schraubgetriebes 8 sind Zylinderstifte als Drehsicherungselemente 20 achsparallel in dem Ringraum 19 angeordnet. Die Zylinderstifte liegen mit einer Hälfte ihres Querschnitts in achsparallelen Nuten mit halbkreisförmigen Nutquerschnitten im Ringraum 19 am Innenumfang des Zylinders 2 ein. Mit einer anderen Hälfte ihres Querschnitts stehen die die Drehsicherungselemente 20 bildenden Zylinderstifte in den Ringraum 19 vor.
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Der Kolben 3 weist - im Ausführungsbeispiel an seinem offenen Ende - einen nach Art eines Flanschs radial nach außen abstehenden, umlaufenden ringförmigen Rand 21 mit halbkreisförmigen Aussparungen auf, in die die Zylinderstifte greifen, die die Drehsicherungselemente 20 bilden, wodurch der Kolben 3 im Zylinder 2 und allgemein das Innenteil 34 im Loch 33 des Außenteils 32 verschieblich und drehfest gehalten ist. Das Ausführungsbeispiel weist drei gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnete Drehsicherungselemente 20 auf. Anzahl und Anordnung der Drehsicherungselemente 20 und auch deren Gestalt kann abweichen, die Drehsicherungselemente 20 müssen keine Zylinderstifte sondern können beispielsweise auch in der Verschieberichtung des Kolbens 3 verlaufende, im Ringraum 19 vom Zylinder 2 nach innen stehende Rippen sein (nicht dargestellt).
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Auf dem Kolben 3 ist im Ringraum 19 ein Abstreifring 22 angeordnet, der beispielsweise aus einem Kunststoff besteht und der in 2 als Einzelteil dargestellt ist. Einen Ringquerschnitt zeigt 3, wobei sich in 3 die geschlossenen Enden des Zylinders 2 und des Kolbens 3 unten und die offenen Enden des Zylinders 2 und des Kolbens3 oben befinden. Der Abstreifring 22 weist einen trapezförmigen Ringquerschnitt auf, eine Innenumfangsfläche 23 (in 3 links) und eine Außenumfangsfläche 24 (in 3 rechts) des Abstreifrings 22 sind Kegelstumpfflächen, wobei sich die Innenumfangsfläche 23 des Abstreifrings 22 in Richtung des offenen Endes des Zylinders 2 erweitert und die Außenumfangsfläche 24 des Abstreifrings 22 in Richtung des offenen Endes des Zylinders 2 verjüngt, so dass der Abstreifring 22 an seinem Innenumfang 23 mit einer umlaufenden, spitzwinkligen Kante 25 am Kolben 3 und mit einer umlaufenden, spitzwinkligen Kante 26 an seinem Außenumfang 24 im Ringraum 19 innen am Zylinder 2 anliegt. Die beiden spitzwinkligen Kanten 25, 26 befinden sich an Übergängen von der Innenumfangsfläche 23 beziehungsweise von der Außenumfangsfläche 24 zu einer dem geschlossenen Ende des Zylinders 2 zugewandten Stirnfläche des Abstreifrings 22. Durch die Trapezform seines Ringquerschnitts verschiebt sich der Abstreifring 22 leichter in Richtung des offenen als in Richtung des geschlossenen Endes des Zylinders 2. Der Ringquerschnitt ist ein Radialschnitt an einer Umfangsstelle des Abstreifrings 22.
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In einer dem offenen Ende des Zylinders 2 zugewandten Stirnfläche weist der Abstreifring 22 eine umlaufende Rinne 27 auf, die allgemein auch als Vertiefung aufgefasst werden kann.
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In der Außenumfangsfläche 24 weist der Abstreifring 22 halbkreisförmige Ausnehmungen 28 für die die Drehsicherungselemente 20 bildenden Zylinderstifte auf. Anordnung und Form der Ausnehmungen 28 entsprechen den Drehsicherungselementen 20, die wie ausgeführt keine Zylinderstifte sein müssen.
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Eine Reibung zwischen dem Abstreifring 22 und dem Kolben 3 ist größer als eine Reibung zwischen dem Abstreifring 22 und dem Zylinder 2, so dass sich der Abstreifring 22 bei einer Verschiebung des Kolbens 3 im Zylinder 2 mit dem Kolben 3 mit bewegt und damit ein Schmiermittel im Bereich des Ringraums 19 in der Verschieberichtung des Kolbens 3 innen auf dem Zylinder 2 verteilt. Außerdem verteilt der Abstreifring 22 das Schmiermittel auf den die Drehsicherungselemente 20 bildenden Zylinderstiften.
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Die höhere Reibung zwischen dem Abstreifring 22 und dem Kolben 3 als zwischen dem Abstreifring 22 und dem Zylinder 2 kann beispielsweise durch die Materialpaarungen, Oberflächenrauigkeiten und/oder Oberflächenstrukturen des Kolbens 3 und des Zylinders 2 und/oder dadurch, dass der Abstreifring 22 mit einer größeren Spannung innen am Kolben 3 als außen im Zylinder 2 anliegt, und/oder eine Form des Ringquerschnitts des Abstreifrings 22 erreicht werden. Der Abstreifring 22 kann sich vollständig mit dem Kolben 3 mit bewegen oder er kann gegenüber dem Kolben 3 zurückbleiben, das heißt einen kürzeren Verschiebeweg ausführen als der Kolben 3.
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Dadurch dass der Abstreifring 22 mit seinen umlaufenden, spitzwinkligen Kanten 25, 26 an seiner dem geschlossenen Ende des Zylinders 2 zugewandten Stirnfläche mit mechanischer Spannung innen am Kolben 3 und außen am Zylinder 2 anliegt, das heißt sozusagen an seinen spitzwinkligen Kanten 25, 26 zwischen dem Kolben 3 und dem Zylinder 2 eingespannt ist, besteht eine Biegespannung im Ringquerschnitt, die den Ringquerschnitt des Abstreifring 22 in Richtung des offenen Endes des Zylinders 2 wölbt. Die umlaufende Rinne 27 in der dem offenen Ende des Zylinders 2 zugewandten Stirnfläche des Abstreifrings 22 verkleinert eine axiale Dicke des Ringquerschnitts und unterstützt die Biegung des Ringquerschnitts.
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Außerdem bildet die umlaufende Rinne 27 in der dem offenen Ende des Zylinders 2 zugewandten Stirnfläche des Abstreifrings 22 ein Schmiermittelreservoir, in dem sich bei einer Verschiebung des Abstreifrings 22 mit dem Kolben 3 in Richtung des offenen Endes des Zylinders 2 Schmiermittel sammelt, das der flanschartig am offenen Ende des Kolbens 3 radial nach außen abstehende Rand 21 des Kolbens 3 bei einer entgegengesetzten Verschiebung des Kolbens 3 in Richtung des geschlossenen Endes des Zylinders 2 wieder in der Verschieberichtung im Ringraum 19 innen auf dem Zylinder 2 verteilt.
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Bei einer Montage wird der Abstreifring 22 bis zu einem den Kolbendichtungen 18 nahen Ende des Ringraums 19 in den Zylinder 2 eingebracht, bevor anschließend beispielsweise ein Fett als Schmiermittel im Ringraum 19 innen auf den Zylinder 2 aufgetragen und danach der Kolben 3 in den Zylinder 2 und den Abstreifring 22 eingebracht wird.
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Die Kolben-Zylinder-Einheit 1 bildet zusammen mit dem Elektromotor 6, dem Planetengetriebe 7 und dem Schraubgetriebe 8 einen Fremdkraft-Bremsdruckerzeuger eines Kolbenpumpenaggregats einer im Übrigen nicht dargestellten hydraulischen, eine Schlupfregelung aufweisenden Fahrzeugbremsanlage. Solche Schlupfregelungen sind beispielsweise Bremsblockierschutz-, Antriebsschlupf- und Fahrdynamikregelungen bzw. elektronische Stabilitätsprogramme, für die die Abkürzungen ABS, ASR und FDR bzw. ESP gebräuchlich sind. Das Kolbenpumpenaggregat weist einen im Ausführungsbeispiel quaderförmigen Hydraulikblock 29 mit einer Durchgangsbohrung auf, in die der Zylinder 2 so eingebracht ist, dass er auf beiden Seiten vorsteht. Möglich ist auch eine mit dem Hydraulikblock 29 einstückige Ausführung des Zylinders 2 in Form eines zylindrischen Hohlraums im Hydraulikblock 29 (nicht dargestellt).
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Im Ausführungsbeispiel weist der Hydraulikblock 29 zusätzlich eine Hauptbremszylinderbohrung 30 für einen nicht dargestellten, muskelkraftbetätigbaren Hauptbremszylinder auf. Der Hydraulikblock 29 dient einer mechanischen Befestigung und einer hydraulischen Verschaltung hydraulischer und elektrohydraulischer Bauelemente der Schlupfregelung, zu denen außer dem Fremdkraft-Bremsdruckerzeuger mit der erfindungsgemäßen Kolben-Zylinder-Einheit 1 mit dem Elektromotor 6, dem Planetengetriebe 7 und dem Schraubgetriebes 8 nicht dargestellte Magnetventile, Rückschlagventile, Hydrospeicher und Dämpferkammern gehören, die in und am Hydraulikblock 29 angeordnet und durch eine nicht gezeichnete Verbohrung des Hydraulikblocks 29 entsprechend einem hydraulischen Schaltplan der Fremdkraft-Fahrzeugbremsanlage und einer Schlupfregelung hydraulisch miteinander verschaltet sind. Bestückt mit den Bauelementen bildet der Hydraulikblock 29 das Hydraulikaggregat zur Muskel- und/oder Fremdkraft-Bremsdruckerzeugung und zur Schlupfregelung der im Übrigen nicht dargestellten hydraulischen Fahrzeugbremsanlage. Solche Schlupfregelungen und Hydraulikblöcke 29 sind dem Fachmann an sich bekannt und werden hier nicht näher erläutert.
