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Hydraulisches Tande£i-emsdruckmindererventil
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Die Erfindung bezieht sich auf ein hydraulisches Tandem-Bremsdruckmindererventil
der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.
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Es ist bekannt, daß während des Bremsvorganges infolge der im Schwerpunkt
des Kraftfahrzeuges angreifenden Bremskraft eine dynamische Achslastverlagerung
stattfindet, wodurch die Vorde-~-der zusätzlich belastet und die Hinterräder entlastet
werden, sc daß die Hinterräder frühzeitig blockieren und eine Neigung zum Aus rechen
des Fahrzeughecks einleiten können, Um diese Achslastverlagerung a-1szugleichen,
muß auf die Vorderräder eine größere Bremskraft wirken als auf die Hinterräder.
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Um bei voller Ausnützung des Kraftschlusses zwischen Fahrbahn und
Räder ein vorzeitiges Blockieren der Hinterräder zu vermeiden, ist es daher vielfach
üblich, zwischen den Hauptbremszylinder der Bremsanlage und die Radbremszylinder
der Hinterräder einen Breskraftverteiler, insbesondere einen Bremsdruckminderer,
zwischenzuschalten und dadurch - ab einem bestimmten vom Hauptbremszylinder gelieferzen
Hydraulikdruck -den an den Hinterradbremsen wirksam werdenden Bemsdruck zu reduzieren,
wodurch eine Anpassung an die Achslastminderung der Hinterachse ermöglicht wird.
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In Kraftfahrzeugen, die an einer Achse mit Sche-~enbremsen und an
der anderen Achse mit Trommelbremsen ausgerüstet sirc, ist es vielfach üblich, am
Hauptbremszylinder oder in den zur trommelgebremsten Achse
en führenden
Bremsleitung/ein Vordruckventil einzubauen, durch welches in den Radbremszylindern
der Trommelbremsen auch bei nicht betätigtem Bremspedal ein bestimmter Mindestdruck
aufrechterhalten wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein konstruktiv einfaches
und in seiner Funktionsweise erweitertes Tandem-Bremsdruckmindererventil der eingangs
genannten Art zu schaffen. In diesem soll insbesondere die Funktion eines sonst
benötigten Vordruckventils integriert sein und darüberhinaus Vorkehrungen getroffen
sein, um bei auftretenden Defekten (Leitungsbrüche etc.) in einem der beiden Kreise
größere Hydraulikölverluste zu vermeiden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale
des Patentanspruchs 1 gelöst. Die den Stufenkolben (Flatterkolben) als Lagerung
und Führung dienenden Führungsbuchsen sind also derartig federvorbelastet und axial
verschiebbar gelagert, daß sie die Funktion eines Vordruck- bzw. Restdruckventiles
übernehmen und gleichzeitig als Ventil sicherung bei Leitungsdefekten fungieren.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
angegeben.
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Anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele
werden die Erfindung sowie erfindungswesentliche vorteilhafte Ausgestaltungen der
Erfindung erläutert.
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In der Zeichnung zeigen: Figur 1 die Schnittdarstellung eines ersten
hydraulischen Tandem-Bremsdruckmindererventils gemäß der Erfindung, Figur 2 die
Schnittdarstellung eines zweiten hydraulischen Tandem-Bremsdruckmindererventils
und Figuren 3a und 3b eine Detaildarstellung des in Figur 1 verwendeten Dichtungsringes.
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Das Ventilgehäuse 1 der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Tandem-Bremsdruckmindererventile
ist symmetrisch aufgebaut und besteht aus einem mittleren Gehäuseteil 11 sowie zwei
dieses Gehäuseteil stirnseitig abschließenden Endteilen 12. Im Ventilgehäuse 1 sind
insgesamt vier offene Bohrungen vorgesehen. Zwei Eingangsbohrungen I und II sind
mit nicht weiter dargestellten zum Hauptbremszylinder des Kraftfahrzeuges führenden
Bremsleitungen und zwei Ausgangsbohrungen III und IV sind mit nicht weiter dargestellten
zu den Radbremszylindern der Hinterachse führenden Bremsleitungen zu verbinden.
Das mittlere Gehäuseteil 11 weist eine nicht weiter bezifferte durchgehende axiale
Bohrung auf, in der zwei zylindrische Führungsbuchsen 2 gleichachsig gelagert sind.
Innerhalb der beiden Führungsbuchsen sind zwei Stufenkolben (Flatterkolben) 3 mit
ihrem Stufenkolbenschaft 33 axial verschiebbar gelagert und zwar derart, daß ihre
Stufenkolbenköpfe 31 innerhalb der Leitungsverbindung zwischen der Eingangsbohrung
I bzw. II und der zugehörigen Ausgangsbohrung III bzw. IV zu liegen kommen. Auf
die beiden Stufenkolben 3 wirkt eine sie axial auseinanderdrückende erste Federvorrichtung
41, so daß sie im Ruhezustand an axialen Anschlägen, in den gezeigten Ausführungsbeispielen
mit ihren Stirnflächen, zur Anlage kommen. Zwischen den ebenfalls axial verschiebbar
gelagerten Führungsbuchsen 2 ist eine diese axial auseinanderdrückende zweite Federvorrichtung
42 wirksam, durch welche die Führungsbuchsen mit ihren voneinander abgewandten Enden
an im Bereich der Ausgangsbohrungen angeordneten Dichtungsringen 5 zur Anlage bringbar
sind. Im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 sind die Endteile 12 als Gewindestopfen
ausgebildet und in das mittlere Gehäuseteil 11 eingeschraubt.
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Die Ausgangsbohrungen III und IV verlaufen koaxial zur durchgehenden
Axialbohrung im mittleren Gehäuseteil als axiale Bohrungen in den beiden Endteilen
12. Die beiden Eingangsbohrungen I und II sind demgegenüber als radiale Bohrungen
im mittleren Gehäuseteil 11 ausgeführt. Bei dieser Ausführung sind die Dichtungsringe
durch die in die axiale Bohrung hineinragenden inneren Stirnflächen der Endteile
12 jeweils gegen eine in der axialen Bohrung des mittleren Gehäuseteils vorgesehene
Bohrungsschulter 13 gespannt. Die Dichtungsringe 5 dienen in diesem Ausführungsbeispiel
somit einerseits zur zuverlässigen Ab dichtung zwischen dem mittleren Gehäuseteil
11 und den beiden Endteilen
12 und andererseits im Zusammenwirken
mit den Führungsbuchsen 2 und den schaftseitigen Stirnflächen der Stufenkolbenköpfe
31 als für die Mindererfunktion notwendige Dichtungsglieder.
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Die voneinander abgewandten Enden der Führungsbuchsen 2 weisen eine
stufenförmige Verringerung ihres Außendurchmessers auf, so daß an den Enden der
Führungsbuchsen umlaufende Ringräume 21 entstehen, wobei die Eingangsbohrungen I
und II räumlich so angeordnet sind, daß sie mit diesen Ringräumen 21 druckmäßig
ständig in Verbindung stehen. Die beiden Federvorrichtungen 41 und 42 sind so bemessen,
daß bei nicht betätigtem Bremspedal die Stufenkolbenköpfe 31 stirnseitig an den
Endteilen 12 und die Führungsbuchsen mit ihren voneinander abgewandten Enden an
den Dichtungsringen 5 anliegen, so daß die druckmäßige Verbindung zwischen den Eingangsbohrungen
I bzw. II und den zugeordneten Ausgangsbohrungen III bzw. IV unterbrochen ist. Bei
Betätigung des Bremspedals baut sich in den Ringkammern 21 ein mit zunehmender Pedalkraft
ansteigender Hydraulikdruck auf. Sobald der Hydraulikdruck in den Ringräumen 21
so groß geworden ist, daß die auf die axiale Stirnfläche des Ringraums ausgeübte
Kraft die Kraft der auseinanderdrückenden zweiten Federvorrichtung 42 übersteigt,
werden die beiden Führungsbuchsen 2 gegen die Kraft dieser zweiten Federvorrichtung
aufeinander-zubewegt, so daß ihre Enden von den Dichtungsringen 5 abheben.
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Dadurch wird die zuvor gesperrte Verbindung zwischen Eingangsbohrungen
I, II und Ausgangsbohrungen III, IV geöffnet, so daß sich im Bereich der Ausgangsbohrungen
ein entsprechender Hydraulikdruck aufbauen kann.
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Für den ungestörten Durchfluß der Hydraulikflüssigkeit sind in den
Dichtungsringen 5 axiale Durchlässe 51 sowie in den Stufenkolbenköpfen Schlitze
32 vorgesehen. Aufgrund der Konstruktion ist die schaftseitige Stirnfläche der Stufenkolbenköpfe
31 kleiner als die vom Schaft 33 abgewandte Stirnfläche dieses Kopfes. Entsprechend
der daraus resultierenden wirksamen Differenzfläche wirken daher auf die beiden
Stufenkolben gegen die Wirkung der ersten Federvorrichtung 41 gerichtete Kräfte
ein. Solange diese kleiner sind als die Kraft der ersten Federvorrichtung behalten
die Stufenkolben ihre gezeigte räumliche Lage bei. Bis zu diesem Hydraulikdruck
stimmt der den Hinterradbremsen
zugeführte Hydraulikdruck mit dem
vom Hauptbremszylinder gelieferten Hydraulikdruck überein. Sobald jedoch ein bestimmter
erster Hydraulikdruck überschritten wird und die an diesen Differenzflächen angreifenden
Kräfte die Kraft der ersten Federvorrichtung übersteigen, werden die beiden Stufenkolben
3 gegen die Wirkung dieser ersten Federvorrichtung aufeinander-zubewegt bis die
schaftseitigen Stirnflächen ihrer Stufenkolbenköpfe an den Dichtungsringen 5 zur
Anlage kommen, so daß die druckmäßige Verbindung zwischen den Eingangsbohrungen
I bzw. II und den Ausgangsbohrungen III bzw. IV unterbrochen wird. Um dies sicherzustellen,
sind die axialen Durchlässe 51 der Dichtungsringe 5 so schaftnah angeordnet, daß
sie vom anliegenden Stufenkolbenkopf verdeckt sind. Durch die druckmäßige Unterbrechung
wird der im Bereich der Ausgangsbohrungen III bzw. IV herrschende Hydraulikdruck
auch bei einem weiteren Anstieg des Eingangs druckes infolge einer weiteren Betätigung
des Bremspedals zunächst konstant beibehalten. Mit der Erhöhung des Eingangs druckes
steigen auch die an den nicht bedeckten Teilen der schaftseitigen Stirnflächen einwirkenden
Kräfte.
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Sowie die Summe der an der schaftseitigen Stirnfläche angreifenden
Kraft und der Kraft der ersten Federvorrichtung 41 größer wird als die im Bereich
der Ausgangsbohrung am Stufenkolbenkopf angreifende Kraft hebt der Stufenkolbenkopf
wieder von dem Dichtungsring 5 ab, was einen Druckanstieg im Bereich der Ausgangsbohrungen
zur Folge hat.Dieses Wechselspiel von Anlegen und Abheben des Stufenkolbenkopfes
an der Dichtung wiederholt sich in kleinen Stufen, was zur gewünschten Druckminderung
führt. Bei Beendigung des Bremsvorganges, d. h. bei Fortnahme des Fußes vom Bremspedal,
baut sich der Druck in den zu den Hinterradbremsen führenden Ausgangsbohrungen III
und IV entsprechend der Druckabsenkung im Bereich der Eingangsbohrungen I und II
ab, wobei im Hinblick darauf, daß die schaftseitige Stirnfläche des Stufenkolbenkopfes
31 jeweils nur für eine sehr kurze Zeit an der Dichtung 5 zur Anlage kommt, in der
Praxis davon ausgegangen werden kann, daß der Stufenkolbenkopf 31 bei Beginn der
Eingangsdruck-Absenkung gerade nicht an der Dichtung 5 anliegt. Im übrigen ist die
Seitensteifigkeit der Dichtungen 5 so gewählt, daß sie bei einer entsprechenden
Absenkung des Eingangs druckes unter der Wirkung des im Bereich der Ausgangsbohrungen
anstehenden Hydraulikdrucks
etwas von der Stirnfläche der Endteile
12 abhebt, wodurch auch die Anlage der Stufenkolbenköpfe 31 an den Dichtungen so
weit gelöst wird, daß sich der Druck im Bereich der Ausgangsbohrungen ebenfalls
abbauen kann. Von Vorteil ist in diesem Zusammenhang, wenn - wie in den Figuren
1 und 3 strichliert angedeutet - eine von den Stirnflächen der Endteile 12 normalerweise
abgedichtete axiale Durchbrechung 53 vorgesehen ist, welche beim vorerwähnten Abheben
der Dichtungsringe geöffnet wird und somit eine Verbindung zwischen den Eingangs-
und Ausgangsbohrungen herstellt. Dieser Druckabbau geht solange von statten, bis
der im Eingangsbereich herrschende Druck auf einen Wert abgesunken ist, bei dem
die Kraft der zweiten Federvorrichtung 42 ausreicht, um die 'Führungsbuchsen 2 gegen
die Wirkung der an den Stirnflächen der Führungsbuchsen wirksamen Druckkräfte in
die in Figur 1 gezeigte räumliche Stellung zurückzuschieben, in der die Enden der
Führungsbuchsen dichtend an den Dichtungsringen 5 anliegen und Eingangsbohrungen
I und II von den Ausgangsbohrungen III und IV druckmäßig trennen. In den mit den
Ausgangsbohrungen III bzw. IV verbundenen Bremsleitungen der Hinterradbremsen bleibt
somit ein entsprechender Restdruck oder Vordruck erhalten.
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Wenn in einer der von den Ausgangsbohrungen III bzw. IV zu den Radbremszylindern
der Hinterachse führenden Bremsleitungen ein Defekt auftritt, was in diesem Kreis
einen entsprechenden Druckabfall zur Folge hat, werden die über die zweite Federvorrichtung
42 miteinander gekoppelten beiden Führungsbuchsen 2 axial so lange verschoben, bis
die Führungsbuchse des defekten Kreises an dem ihm zugeordneten Dichtungsring 5
zur Anlage kommt, so daß die Verbindung zwischen der Eingangsbohrung und der Ausgangsbohrung
des defekten Bremskreises unterbrochen ist. Um den Defekt zu signalisieren ist es
in einfacher Weise möglich, innerhalb der Axialbohrung des mittleren Gehäuseteiles
11 einen Kontakt o. ä. so anzuordnen, daß immer dann, wenn eine der beiden Führungsbuchsen
2 über die Hälfte des gesamten zur Verfügung stehenden axialen Weges hinaus verlagert
wird, ein Signal abgegeben wird.
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In den Figuren 3a und 3b sind die in Figur 1 verwendeten Dichtungsringe
5 im einzelnen dargestellt. Die scheibenförmigen Dichtungen aus Gummi oder einem
ähnlichen elastischen Material weisen ein zentrisches Loch 52 auf, welches vom Stufenkolbenschaft
der Stufenkolben durchgriffen wird. Vom zentrischen Loch 52 ausgehend sind mehrere
axiale Durchlässe 51 ausgebildet, die bei eingebautem Stufenkolben eine Verbindung
zwischen den beiden Dichtungsringseiten herstellen, der bei anliegendem Stufenkolbenkopf
jedoch dicht verschlossen ist. Der radial äußere Rand der Scheiben wird, wie in
Figur 1 erkennbar, zwischen mittlerem Gehäuseteil 11 und Endteil 12 fest eingespannt.
Strichliert angedeutet sind die bereits erwähnten axialen Durchbrechungen 53.
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Das in Figur 2 dargestellte Tandem-Druckmindererventil stimmt in den
wesentlichen Bestandteilen mit dem in Figur 1 gezeigten Ventil überein, so daß einander
entsprechende Teile mit den gleichen Bezugsziffern versehen wurden. Im Gegensatz
zu Figur 1 sind die Endteile 12 nicht als in das mittlere Gehäuseteil einschraubbare
Schraubstopfen ausgebildet, sondern eher als kappenartige Deckel mit einem koaxial
zur durchgehenden Axialbohrung im mittleren Gehäuseteil 11 verlaufenden nicht weiter
bezifferten Sackloch. Während die Stufenkolben 3 im Ausführungsbeispiel gemäß Figur
1 lediglich mit ihren Stufenkolbenschäften 33 gelagert und geführt sind, ihre Stufenkolbenköpfe
31 dagegen freiliegen, sind in Figur 2 die Stufenkolbenköpfe 31 in den vorerwähnten
axialen Sack -löchern druckdicht und gleitend gelagert. Der Durchmesser der Stufenkolbenköpfe
31 ist dabei mindestens so groß bemessen wie der stirnseitige Außendurchmesser der
Führungsbuchsen 2, deren Enden wie in Figur 1 jeweils einen umlaufenden Ringraum
21 aufweisen. In diesem Ausführungsbeispiel sind sowohl die Eingangsbohrungen I
und II als auch die Ausgangsbohrungen III und IV axial verlaufend in den beiden
Endteilen 12 angeordnet. Die beiden Ausgangsbohrungen III und IV sind dabei so geführt,
daß sie jeweils in einer zwischen dem Stufenkolbenkopf 31 und dem Boden des axialen
Sacklochs gebildeten ersten Kammer 71 münden, während die zugeordneten Eingangsbohrungen
I und II in einer zweiten Kammer 72 münden, welche im Trennfugenbereich zwischen
dem mittleren Gehäuseteil 11 und dem Endteil 12 ausgebildet ist und druckmäßig
ständig
mit dem vorerwähnten Ringraum 21 in Verbindung steht. Die Stufenkolbenköpfe 31 sind
jeweils mit von der einen zur anderen Seite führenden axialen Kanälen 34 versehen,
welche schaftnah angeordnet sind. Im Boden des axialen Sacklochs ist jeweils ein
elastischer Anschlag 14 für den Stufenkolbenkopf 31 vorgesehen. Die mit den Stufenkolbenkopf
in Berührung kommende Fläche dieses Anschlages ist kleiner als die Querschnittsfläche
des Stufenkolbenschafts 33 bemessen, so daß bei am Anschlag 14 anliegenden Stufenkolben
die wirksame schaftseitige Stirnfläche des Stufenkolbenkopfes 31 kleiner ist als
die der ersten Kammer 71 zugewandten wirksamen Stirnfläche des Stufenkolbenkopfes.
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In der schaftseitigen Stirnfläche des Stufenkolbenkopfes ist jeweils
in Höhe der Stirnfläche der benachbarten Führungsbuchse 2 ein Dichtungsring 8 eingelassen,
welcher durch einen auf dem Schaft 33 sitzenden, nicht weiter bezifferten Sicherungsring
axial fixiert ist.
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Die Funktionsweise dieses Tandem-Bremsdruckmindererventils stimmt
im wesentlichen mit der des in Figur 1 gezeigten Ventils überein. Bei nicht betätigtem
Bremspedal liegen die Führungsbuchsen 2 stirnseitig an den in den Stufenkolbenköpfen
31 eingelassenen Dichtungsringen 8, die als reine Ringscheiben aus Gummi oder einem
ähnlichen elastischen Material ausgebildet sind, dichtend an. Erst wenn der Druck
in der zweiten Kammer 72 bzw. in den Ringräumen 21 eine Höhe erreicht hat, die ausreicht,um
die Kraft der zweiten Federvorrichtung 42 aufzuheben, werden die Führungsbuchsen
2 aufeinander-zubewegt, bzw. von den Dichtungsringen 8 abgehoben. Uber die erste
Kammer 71, die in den Stufenkolbenköpfen 31 angeordneten axialen Kanäle 34 und die
zweite Kammer 72 ist danach eine druckmäßige Verbindung zwischen der Eingangsbohrung
I bzw. II und der Ausgangsbohrung III bzw. IV hergestellt. Bei weiterer Steigerung
des vom Hauptbremszylinder gelieferten Hydraulikdrucks baut sich der Druck im Bereich
der Ausgangsbohrungen zunächst in gleicher Weise auf wie im Bereich der Eingangsbohrungen.
Wie bereits zuvor erwähnt ist die der ersten Kammer 71 zugewandte wirksame Stirnfläche
des Stufenkolbenkopfes 31 größer als die zugeordnete schaftseitige Stirnfläche,so
daß eine der Kraft der ersten Federvorrichtung 41 entgegenwirkende, mit wachsendem
Eingangsdruck steigende Kraft an den Stufenkolben
angreift. Bei
einer bestimmten Höhe des Hydraulikdruckes wird diese Kraft so groß, daß die Stufenkolben
3 gegen die Wirkung der ersten Federvorrichtung 41 aufeinander-zubewegt werden,
so daß die an den schaftseitigen Stirnfiächen ihrer Stufenkolbenköpfe angeordneten
Dichtungsringe 8 gegen die Enden der ebenfalls bereits zurückgeschobenen Führungsbuchsen
2 gepreßt werden, wodurch die druckmäßige Verbindung zwischen Eingang und Ausgang
unterbrochen ist. Bei weiterer Steigerung des Eingangsdruckes baut sich im Bereich
der Ringräume 21 schließlich wieder ein so hoher Druck auf, daß die Stufenkolbenköpfe
mit den Dichtungsringen von den Führungsbuchsen abheben. Dieses Wechselspiel von
Anlegen und Abheben wiederholt sich bei weiterer Steigerung des Druckes in der bereits
geschilderten Weise.
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Bei Beendigung des Bremsvorganges, d. h. bei Absenkung des Eingangsdruckes
laufen im wesentlichen die gleichen Vorgänge ab wie bei der in Figur 1 gezeigten
Anordnung. Da die Dichtungsringe 8 bei diesem Ausführungsbeispiel räumlich anders
angeordnet sind als in Figur 1 und demzufolge bei Absenkung des Eingangs druckes
nicht in entsprechender Weise nachgeben können, muß durch entsprechende Ausbildung
der Dichtung 35 dafür gesorgt werden, daß ein Druckabbau im Ausgangsöffnungsbereich
auch dann stattfinden kann, wenn die erwähnte Druckabsenkung im Eingangsbereich
gerade dann stattfindet, wenn der Stufenkolbenkopf mit Dichtungsring 8 an der Führungsbuchse
2 anliegt.
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Zweckmäßigerweise werden die Dichtungen 35 daher als Lippendichtungen
ausgebildet, wie es in der Detailvergrößerung gemäß Figur 2a dargestellt ist. Die
Lippen 36 der Lippendichtungen müssen dabei auf die Führungsbuchsen 2 weisen, so
daß die im Ausgangsbohrungsbereich befindliche Hydraulikflüssigkeit bei einem entsprechenden
Drucküberschuß an diesen Lippen vorbei zum Eingangsbereich gelangen kann, was mit
einer entsprechenden Druckabsenkung im Ausgangsöffnungsbereich verbunden ist.
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Der Vollständigkeit halber ist in den Figuren 1 im mittleren Bereich
des mittleren Gehäuseteiles 11 eine der Entlüftung dienende radiale
Bohrung
6 dargestellt, die nach außen durch einen Filter 61 abgedeckt ist.
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