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Die Erfindung bezieht sich auf eine Betätigungseinheit für eine wenigstens einen Bremskreis aufweisende elektrohydraulische Bremsanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Typisch für diese Art von Betätigungseinheiten ist es, dass der Hauptbremszylinder nur dann als Bremsdruckgeber für die Bremskreise benötigt wird, wenn die Hilfsdruckversorgung durch die Hilfsdruckquelle ausfällt. Normalerweise werden die Bremskreise und die daran angeschlossenen Radbremsen vielmehr über die Hilfsdruckquelle mit einem angemessenen Druck beaufschlagt. Dabei sind der oder die Druckräume des Hauptbremszylinders hydraulisch gesperrt, weil die Trennventile, die in der Verbindung der Druckräume zu den Bremskreisen angeordnet sind, geschlossen sind. Sollte die Hilfsdruckversorgung aus welchen Gründen auch immer ausfallen, bleiben die Trennventile offen, so dass durch Betätigung des Hauptbremszylinders in konventioneller Weise ein Bremsdruck in den an die Bremskreise angeschlossenen Radbremsen erzeugt werden kann. Dabei stellt sich eine spezifische Pedalwegcharakteristik ein. Je weiter das Pedal durchgetreten wird, desto größer ist der Bremsdruck, der als Gegenkraft zu der von dem Fahrer ausgeübten Pedalkraft wirkt. Im Normalbetrieb sind hingegen, wie erwähnt, die Druckräume des Hauptbremszylinders gesperrt, so dass demnach das Pedal unabhängig von der auf ihn ausgeübten Kraft an einer Stelle fixiert ist.
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Um auch im Normalbetrieb eine übliche Pedalwegcharakteristik zu realisieren, ist der Hauptbremszylinder gemäß der
DE 100 39 238 A1 mit einem Pedalwegsimulator ausgestattet. Dieser besteht aus einer in einer Simulatorkammer angeordneten Feder, die an einem Kolben abgestützt ist. Dieser begrenzt mit seiner von der Simulatorkammer abgewandten Stirnseite einen Kolbenraum, der mit dem (primären) Druckraum des Hauptbremszylinders in Verbindung steht. Die Simulatorkammer steht über ein vom Sekundärkolben des Hauptbremszylinders betätigtes Sperrventil mit dem Vorratsbehälter des Hauptbremszylinders in Verbindung.
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Bei gesperrten Druckräumen verbleiben die Druckkolben des Hauptbremszylinders in ihrer Ausgangsstellung, wenn man einmal von einer kleinen Verschiebung absieht, die notwendig ist, um die Verbindung der Druckräume zum Vorratsbehälter zu schließen. In dieser Ausgangsstellung besteht eine Verbindung der Simulatorkammer zum Vorratsbehälter. Dies hat zur Folge, dass der Primärdruckkolben bei einer Pedalbetätigung verschoben wird, wobei Druckmittel aus dem Primärdruckraum in den Kolbenraum gelangt, wodurch die Simulatorfeder zusammengedrückt wird und eine Gegenkraft aufbaut. Die Pedalwegcharakteristik wird durch die Federcharakteristik der Simulatorfeder bestimmt. Auf diese Weise wird dem Fahrer ein ähnliches Fahrgefühl vermittelt, wie dies bei einer konventionellen Bremsung der Fall ist. Sind andererseits die Druckräume nicht hydraulisch gesperrt, verschiebt sich der Sekundärkolben, so dass bei einer Pedalbetätigung die Simulatorkammer hydraulisch gesperrt wird und damit eine Verschiebung des Simulatorkolbens und ein Zusammendrücken der Simulatorfeder unterbleibt.
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Die in der
DE 100 39 238 A1 beschriebene Ausführung hat allerdings den Nachteil, dass die Sperrung der Simulatorkammer nur verzögert erfolgen kann, da der Sekundärkolben erst so weit verschoben werden muss, dass die Zentralventile, die die Verbindung zum Vorratsbehälter steuern, schließen. Erst dann wird durch eine weitere Verschiebung des Sekundärkolbens die Simulatorkammer gesperrt. Auf diesem Weg nimmt der Simulator aber noch Druckmittel auf, was einem bestimmten Verlustweg am Pedal entspricht.
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Außerdem muss im Normalbetrieb zunächst das Zentralventil des Primärdruckkolbens geschlossen werden, damit Druckmittel aus dem Primärdruckraum zur Kolbenkammer gelangen kann und dadurch die Simulatorfeder betätigt wird. In der Anfangsphase der Pedalbetätigung ist damit noch keine Simulatorwirkung vorhanden. Dies tritt somit verspätet und dann ruckartig ein, weil zunächst die Vorspannung der Simulatorfeder überwunden werden muss.
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Eine weitere Betätigungseinheit ist aus der
DE 199 29 875 A1 bekannt. Die Betätigungseinheit umfasst einen mittels eines Betätigungspedals betätigbaren, durch eine erste Rückstellfeder vorgespannten ersten Kolben sowie einen durch eine zweite Rückstellfeder vorgespannten zweiten Kolben, die in einem Gehäuse hintereinander angeordnet sind und mit einem drucklosen Druckmittelvorratsbehälter in Verbindung stehende Druckräume begrenzen, wobei mindestens die erste Rückstellfeder als eine die Pedalcharakteristik bestimmende Wegsimulatorfeder ausgebildet ist, sowie eine Ventileinrichtung, die eine hydraulische Verbindung zwischen dem ersten Druckraum und dem Druckmittelvorratsbehälter absperrt bzw. freigibt. Die Ventileinrichtung wird durch die Bewegung des zweiten Kolbens gegenüber dem Gehäuse geschlossen und durch eine am zweiten Kolben angeordnete Dichtmanschette sowie einen im Bewegungsbereich der Dichtmanschette ausgebildeten Kanal gebildet. Bei einem Ausfall der die elektrohydraulische Bremsanlage steuernden Elektronik wird die Ventileinrichtung erst nach einem gewissen Betätigungsweg des zweiten Kolbens geschlossen.
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In der gattungsgemäßen
DE 199 29 154 A1 wird eine Betätigungseinheit für eine elektrohydraulische Bremsanlage vom Typ ”Brake-by-wire”, die als ein Tandemhauptzylinder ausgebildet ist, dessen erster und zweiter Kolben durch jeweils eine Rückstellfeder entgegen der Betätigungsrichtung vorgespannt sind, beschrieben. Die dem ersten Kolben zugeordnete Rückstellfeder dient gleichzeitig als eine die Pedalcharakteristik bestimmende Wegsimulatorfeder, wobei eine Ventileinrichtung vorgesehen ist, die eine hydraulische Verbindung zwischen einem die Wegsimulatorfeder aufnehmenden Druckraum und einem Druckmittelvorratsbehälter absperrt bzw. freigibt. Die Ventileinrichtung ist als ein Sitzventil ausgebildet, das durch eine Relativbewegung des zweiten Kolbens gegenüber einem Gehäuse mechanisch betätigbar ist. Bei einem Ausfall der die elektrohydraulische Bremsanlage steuernden Elektronik wird auch hier die Ventileinrichtung erst nach einem gewissen Betätigungsweg der Kolben der Betätigungseinheit geschlossen.
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Die Erfindung beruht auf der Aufgabe, die Verlustwege des Simulators weiter zu verringern und einen glatten Einstieg in die Pedalwegsimulation zu erreichen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Betätigungseinheit gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Da die Simulatorfeder zwischen dem Betätigungsglied, das unmittelbar mit der Pedalstange verbunden ist, und dem Druckkolben angeordnet ist, wird die auf das Pedal rückwirkende Kraft von vornherein durch die Simulatorfeder bestimmt. Dies ergibt von vornherein einen gleichmäßigen Anstieg der Pedalwegkennlinie.
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Da beim Vorliegen eines dem Bremskreis zur Verfügung stellbaren Druckes der Hilfsdruckquelle das Sperrventil öffnet und ansonsten geschlossen ist, ist die Simulatorkammer bei nicht intakter Hilfsdruckquelle von vornherein gesperrt ist, so dass die Pedalwirkung von Anfang an gegeben ist.
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Vorteilhafterweise kann die Betätigungseinheit so ausgebildet sein, dass der Druckkolben und das Betätigungsglied jeweils eine axiale Verlängerung aufweisen, die teleskopartig ineinander geführt sind und deren einander zugewandte Stirnflächen die Simulatorkammer einschließen, und dass die Simulatorfeder außerhalb der derart ausgebildeten Simulatorkammer angeordnet ist. Dies hat unter anderem den Vorteil, dass die Feder nicht, wie im Stand der Technik, in der Simulatorkammer, in der sich auch die Bremsflüssigkeit befindet, angeordnet ist, sondern in einem der Atmosphäre zugänglichen Bereich. Es liegt somit ein trockener Einbauraum vor. Dies ermöglicht es, statt eine metallische Feder auch nicht metallische Simulatorelemente vorzusehen, die zum Teil bessere Eigenschaften als metallische Simulatorfedern haben und darüber hinaus auch kostengünstiger herzustellen sind.
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Eine sehr kompakte Anordnung erhält man, wenn das Sperrventil im Druckkolben angeordnet ist. Zusammen mit der Tatsache, dass die Simulatorkammer und die Simulatorfeder in einer axialen Verlängerung des Hauptbremszylinders angeordnet sind, ergibt sich insgesamt eine schlanke Ausführung der Betätigungseinheit.
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Vorzugsweise ist die Verlängerung des Druckkolbens ein in eine Sackbohrung des Druckkolbens eingesetzte stabförmige Verlängerung mit einer durchgehenden Längsbohrung, in der das Sperrventil angeordnet ist, wobei am Boden der Sackbohrung eine mit der Hilfsdruckquelle verbundene Steuerkammer ausgebildet ist. Diese Anordnung ermöglicht es, das Sperrventil außerhalb des Hauptbremszylinders vorzumontieren und als Baueinheit in den Druckkolben einzusetzen.
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Um sicher zu stellen, dass bei einer ausgefallenen Hilfsdruckquelle das Sperrventil geschlossen ist, wird vorgeschlagen, dass der Schließkörper des Ventils von einer Feder in Schließrichtung beaufschlagt ist.
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Zum Verbinden der Simulatorkammer mit dem drucklosen Vorratsbehälter wird wie folgt vorgegangen: Um den Druckkolben ist eine Ringkammer im Gehäuse des Hauptbremszylinders angeordnet, die ständig mit dem drucklosen Vorratsbehälter in Verbindung steht. Außerdem verbindet eine durch den Druckkolben und die stabförmige Verlängerung führende Bohrung die Ringkammer mit dem Sperrventil.
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Das Sperrventil kann sehr unterschiedlich ausgeführt sein. Zum einen kann es sich dabei um ein Schiebeventil mit einem Ventilkolben handeln, der in einer Längsbohrung der stabförmigen Verlängerung verschiebbar gelagert ist und der mit seiner einen Stirnseite die Steuerkammer begrenzt und mit Steuerkanten versehen ist, die mit der Mündung der zuvor genannten zu der Ringkammer führenden Bohrungen zusammenwirken. Derartige Ventile sind einfach zu realisieren und weisen insbesondere dann, wenn Dichtringe vorgesehen sind, eine hohe Dichtheit auf. Dies gilt um so mehr, als die Ansprüche an das Ventil nicht sehr hoch sind, da es keine Steuerfunktion übernimmt, sondern lediglich in seltenen Fällen eine Schaltfunktion ausübt.
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Grundsätzlich kann das Sperrventil aber auch als Sitzventil ausgebildet sein. Diese weisen, wenn sie intakt sind, eine sehr hohe Dichtwirkung auf, so dass bei dieser Ausführung ein Druckmittelverlust der Simulatorkammer, wenn diese gesperrt ist und unter Druck steht, eher unwahrscheinlich ist.
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Das Ventil wird durch ein Einsatzstück in der Längsbohrung der stabförmigen Verlängerung gebildet, das mittels eines Schaftes, in der sich der Ventilkörper befindet, in der Verlängerung gehalten ist.
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Die Simulatorfeder ist, wie schon vorher ausgeführt, außerhalb der Simulatorkammer und koaxial zu der teleskopartigen Verbindung von Betätigungsglied und Druckkolben angeordnet. Sie liegt vorzugsweise mit einem Ende am Druckkolben und mit dem anderen Ende an einem Kragen des Betätigungsgliedes an, der seinerseits wieder an einem nach innen gerichteten Kragen am Hauptzylinder anlegbar ist.
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Die beschriebene Erfindung hat den Vorteil, dass der volle Pedalweg zur Betätigung des Hauptbremszylinders genutzt werden kann. Bei Ausfall der Hilfsdruckquelle entstehen keine Verlustwege. Die Lösung ist platzsparend, da sie in einer Verlängerung der Hauptbremszylinderbohrung angeordnet werden kann.
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Des Weiteren ist die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls sehr gering, da das Sperrventil in seiner Grundstellung geschlossen ist. Sollte das Ventil nicht aufgestoßen werden, obwohl ein Hilfsdruck vorhanden ist, bliebe die teleskopartige Verbindung gesperrt. Der Simulatoreffekt fällt weg, was aber die Wirksamkeit der Bremsung nicht berührt, da zum Steuern als Druckquelle im Wesentlichen die Pedalkraft herangezogen wird.
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Im Folgenden soll anhand eines Ausführungsbeispiels die Erfindung näher erläutert werden. Dazu zeigen:
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1 eine Betätigungseinheit mit einem Schiebeventil als Sperrventil in der Normalbremsstellung, d. h. dass die Bremsanlage sich im ”brake by wire” mode befindet, und
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2 eine zweite Ausführung der Betätigungseinheit mit einem Sitzventil als Sperrventil in der Notfallstellung, d. h., dass sich die Bremsanlage im Notfallbetrieb befindet, in der die Bremskreise an der Betätigungseinheit angeschlossen sind, um eine konventionelle Bremsung zu ermöglichen.
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Bis auf die Ausführung des Sperrventils sind beide Betätigungseinheiten identisch, so dass sie zunächst gemeinsam beschrieben werden sollen.
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Die Figuren zeigen jeweils einen Hauptbremszylinder 1 mit einem nur schematisch dargestellten Vorratsbehälter 2, der an entsprechenden Anschlüssen am Hauptbremszylinder 1 befestigt ist. Des Weiteren ist der Hauptbremszylinder an einer Hilfsdruckquelle 3 angeschlossen, die hier durch ein Speichersymbol versinnbildlicht ist. In einer Bohrung 4 des Hauptbremszylinders 1 sind hintereinander in Tandemanordnung zwei Druckkolben, nämlich ein Primärkolben 5 und ein Sekundärkolben 6, angeordnet, die einen Primärdruckraum 7 und einen Sekundärdruckraum 8 einschließen. Diese sind, was hier nicht näher dargestellt ist, über normalerweise offene und elektromagnetisch betätigbare Trennventile an Bremskreise angeschlossen. Über als Manschettenventile ausgebildete Zulaufventile 9, 10 sind die Druckräume 7, 8 außerdem mit dem Vorratsbehälter 2 verbunden. Eine anfängliche Verschiebung des Primärkolbens 5 und des Sekundärkolbens 6 schließt die Zulaufventile 9, 10, so dass in den Druckräumen 7, 8 ein Druck aufgebaut werden kann.
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Der Primärkolben 5 ist als Stufenkolben ausgebildet, so dass sich um ihn herum eine Ringkammer 11 bildet, die ständig über eine Bohrung 11a mit dem Vorratsbehälter 2 in Verbindung steht.
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Zum Betätigen des Hauptbremszylinders 1 ist ein Pedal 12 vorgesehen, das gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines pneumatischen oder hydraulischen Verstärkers auf eine Pedalstange 13 einwirkt, die mit einem Betätigungsglied 14 verbunden ist. Zwischen dem Betätigungsglied 14 und dem Primärkolben 5 ist eine Simulatoreinheit 15 vorgesehen, die wie folgt aufgebaut ist: Zwischen der rückwärtigen Stirnseite des Primärkolbens 5 und einem Kragen 16 an dem Betätigungsglied 14 ist eine Simulatorfeder 17 angeordnet. Innerhalb der Simulatorfeder 17 befindet sich eine Teleskopeinheit 18, die aus einer topfartigen Verlängerung 19 des Betätigungsgliedes 14 und einer stangenförmigen Verlängerung 20 am Primärkolben 5 besteht. Die stangenförmige Verlängerung 20 taucht in die topfartige Verlängerung 19 ein, so dass eine geschlossene Simulatorkammer 21 entsteht. Über ein im Primärkolben 5 angeordnetes Sperrventil 22 ist diese Kammer allerdings mit dem Vorratsbehälter 2 verbunden. Das Sperrventil 22 ist normalerweise geschlossen und wird wie folgt betätigt: Eine Steuerkammer 25, die mit der Hilfsdruckquelle 3 in Verbindung steht, grenzt an einen Steuerkolben 26 an. Ein in der Steuerkammer 25 anliegender Druck verschiebt den Steuerkolben 26, um das Sperrventil 22 zu öffnen. Damit ergeben sich zwei Situationen:
- (A) Liegt in der Steuerkammer 25 ein Druck an, ist also die Hilfsdruckquelle intakt, ist das Sperrventil 22 offen, so dass die Simulatorkammer 21 mit dem Vorratsbehälter 2 in Verbindung steht. Bei Ausübung einer Pedalkraft kann die Teleskopeinheit 18 zusammengeschoben werden und die auf das Betätigungsglied 14 wirkenden Kräfte werden über die Simulatorfeder 17 auf den Primärkolben 5 übertragen. Die Simulatorfeder 17 erzeugt entsprechend ihrer Zusammendrückung eine auf das Pedal 12 rückwirkende Gegenkraft. Dies vermittelt dem Fahrer ein Pedalgefühl. Außerdem kann die vom Fahrer ausgeübte Pedalkraft genutzt werden, um seinen Wunsch hinsichtlich der Verzögerung des Fahrzeugs zu erfahren. Der Druck in den Bremskreisen wird dementsprechend eingestellt.
- (B) Fällt die Hilfsdruckquelle 3 aus, ist die Steuerkammer 25 drucklos, was dazu führt, dass das Sperrventil 22 geschlossen ist. Dies hat zur Folge, dass die Teleskopeinheit 18 sperrt und die auf das Pedal 12 ausgeübte Kraft über die gesperrte Teleskopeinheit 18 auf den Primärkolben 5 übertragen wird, so dass der Hauptbremszylinder 1 in konventioneller Weise betätigt wird, was zu einem Druckaufbau in den Bremskreisen führt, da für diesen Fall die Trennventile offen sind.
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Die Steuerkammer 25 ist am Boden einer Sackbohrung im Primärkolben 5 ausgebildet. Sie steht über Bohrungen im Hauptbremszylindergehäuse und im Primärkolben 5 ständig mit der Hilfsdruckquelle in Verbindung.
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Gemäß der 1 ist das Sperrventil wie folgt gebildet:
Die stangenförmige Verlängerung 20 wird von einer Stange mit einer Längsbohrung 30 gebildet, die in der schon erwähnten Sackbohrung 31 im Primärkolben 5 eingesteckt ist. In der Sackbohrung 31 ist ein Ventilkolben 32 dichtend geführt, der mit seiner einen Stirnseite an die Steuerkammer 25 am Boden der Sackbohrung 31 und mit seiner anderen Stirnseite an die Simulatorkammer 21 angrenzt.
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Querbohrungen im Primärkolben 5 und in der stangenförmigen Verlängerung 20 verbinden die Ringkammer 11 mit einer in der Mantelfläche der Längsbohrung 30 einmündenden Ventilbohrung 33, die bei geöffnetem Sperrventil 22 mit einer entsprechenden eine Steuerkante bildenden Querbohrung 34 im Ventilkolben 32 fluchtet, die über eine sackförmige Längsbohrung im Ventilkolben 32 mit der Simulatorkammer 21 in Verbindung steht.
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Die 1 zeigt eine Situation, bei der die Steuerkammer 25 von einem Druck belastet ist. Der Ventilkolben 32 ist gegen die Kraft einer Ventilfeder 35 gegen einen Anschlag gefahren, wobei die Ventilbohrung 33 mit der Querbohrung 34 im Ventilkolben 32 fluchtet und damit das Sperrventil 22 geöffnet ist, also eine hydraulische Verbindung zwischen der Simulatorkammer 21 und der Ringkammer 11 und damit mit dem Vorratsbehälter 2 besteht. Fällt dieser Druck weg, schiebt die Ventilfeder 35 den Ventilkolben 32 gemäß der Darstellung nach links, wodurch die Steuerkanten der Querbohrung 34 die Ventilbohrung 33 überfahren und damit das Sperrventil 22 geschlossen wird.
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Das Sperrventil 22 gemäß 2 ist wie folgt ausgebildet: Auch hier besitzt die stangenförmige Verlängerung 20 eine Längsbohrung 30, in der allerdings ein ringförmiger Ventilsitz 40 eingebracht ist. An diesem liegt auf der der Simulatorkammer 21 zugewandten Seite eine Ventilkugel 41 an.
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Ein hülsenförmiger Schaft 42 ist ebenfalls in die Längsbohrung 30 eingesteckt und fixiert den Ventilsitz 40. Gleichzeitig weist der Schaft 42 nach innen gerichtete Einquetschungen 43 auf, die als Gegenstütze für eine an der Ventilkugel 41 abgestützte Ventilkugelfeder 44 dienen.
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Der Steuerkolben 26, der mit seiner einen Stirnseite die Steuerkammer 25 begrenzt und von der Ventilfeder 35 belastet ist, ist mit einem Ventilstößel 45 versehen. Liegt in der Steuerkammer 25 ein Druck an, stößt der Ventilstößel 45 die Ventilkugel 41 vom Ventilsitz 40, so dass das Sperrventil 22 geöffnet ist. Liegt kein Druck an, drückt die Ventilfeder 35 den Steuerkolben 26 zurück, so dass die Ventilkugel 41 sich an den Ventilsitz 40 anlegen kann: Das Sperrventil 22 ist geschlossen.
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In beiden Ausführungen wird die Verbindung der Hilfsdruckquelle 3 zur Steuerkammer 25 wie folgt realisiert:
Eine mit der Hilfsdruckquelle 3 verbundene Anschlussbohrung 50 im Gehäuse des Hauptbremszylinders 1 mündet in eine weitere Ringkammer 51 ein, in die unabhängig von der Stellung des Primärkolbens 5 stets eine Querbohrung einmündet, die wiederum mit einer Längsbohrung in Verbindung steht, die zum Boden der Sackbohrung 31 im Primärkolben 5 geführt ist.
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Der Hilfsdruck kann weiterhin dazu genutzt werden, dass Dichtringe rückseitig belastet werden, um ihre Dichtwirkung zu überprüfen. Dies gilt z. B. für die beiden Dichtungen 52, die die stangenförmige Verlängerung 20 gegenüber der topfförmigen Verlängerung 19 abdichten. Dazu sind weitere strichpunktiert angedeutete Bohrungen vorgesehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hauptbremszylinder
- 2
- Vorratsbehälter
- 3
- Hilfsdruckquelle
- 4
- Hauptbremszylinderbohrung
- 5
- Primärkolben
- 6
- Sekundärkolben
- 7
- Primärdruckraum
- 8
- Sekundärdruckraum
- 9
- Zulaufventile
- 10
- Zulaufventile
- 11
- Ringkammer
- 11a
- Bohrung
- 12
- Pedal
- 13
- Pedalstange
- 14
- Betätigungsglied
- 15
- Simulatoreinheit
- 16
- Kragen
- 17
- Simulatorfeder
- 18
- Teleskopeinheit
- 19
- topfartige Verlängerung
- 20
- stangenförmige Verlängerung
- 21
- Simulatorkammer
- 22
- Sperrventil
- 25
- Steuerkammer
- 26
- Steuerkolben
- 30
- Längsbohrung
- 31
- Sackbohrung
- 32
- Ventilkolben
- 33
- Ventilbohrung
- 34
- Querbohrung
- 35
- Ventilfeder
- 40
- Ventilsitz
- 41
- Ventilkugel
- 42
- Schaft
- 43
- Einquetschungen
- 44
- Ventilkugelfeder
- 45
- Ventilstößel
- 50
- Anschlussbohrung
- 51
- Ringkammer
- 52
- Dichtung