DE3003739A1 - Hydraulischer kraftverstaerker - Google Patents

Description

Ein hydraulischer Kraftverstärker gemäss dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 ist beispielsweise durch die US-PS 3 988 967 bekannt«

Der Erfindung liegt die Aufgabe, zugrunde, bei einem solchen hydraulischen Kraftverstärker eine sanfte Änderung des Kraftübersetzungsverhätnisses zu erzielen, wenn vom Betrieb mit hydraulischer Kraftverstärkung, zum unmittei baren mechanischen Betrieb übergegangen wird_o

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 herausgestellten Merkmale gelöste

Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen_o

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispile der Erfindung dargestellte In den Zeichnungen zeigen

Figo 1 eine schematische Darstellung einer hydraulischen Anlage mit einem Kraftverstärker nac^i der Erfindung,

Figo 2 einen Längsschnitt durch einen hydraulischen Kraftverstärker,

Figo 3 einen Längschnitt durch eine abgewandelte

Bauform eines KraftVerstärkers und j

Fig« 4 einen Längsschnitt durch eine weitere abgewandelte Bauform eines Kraftverstärkers.

Die in Pig. 1 dargestellte hydraulische Anlage ent-j hält eine Hilfskraftlenkung und einen Bremskraftverstärker, wie dies für Kraftfahrzeuge vorgesehen wird» Die Anlage 0 3¥θ 36/0581 ,

enthält eine hydraulische Pumpe 12 mit zugeordnetem Behälter 14, deren Förderleitung 16 über eine Zweigleitung 18 mit dem Einlass der Hilfskraftlenkung 22 verbunden ist«, Der Auslass 24 der Hilfskraftlenkung ist über eine Leitung 26 mit dem Einlass 28 des hydraulischen BremskraftVerstärkers 30 verbunden, aus dessen Auslass 32 über eine Rück- j laufleitung 34 die Flüssigkeit zum Behälter 14 zurückkehrt_oj Dem Bremskraftverstärker 30 ist ein Speicher 36 zugeordnet,!

38/ j

an dessen Einlass/auch die Förderleitung 16 der Pumpe ange-i schlossen ist_o Der Bremskraftverstärker 30 wird durch Bewegen eines Eingangsstössels 40 betätigt, der in bekannter Weise willkürlich über ein Bremsgestänge von einem nicht ι dargestellten Bremspedal betätigbar ist» Der Kraftverstärke 30 arbeitet auf einen nicht dargestellten Hauptbremszylinder, der Bremsflüssigkeit den Fahrbremsen des Fahrzeugs zuteilt, wenn der Bremsverstärker betätigt wird«, Der Bremskraftverstärker 30 ist näher in Figo 2 J

dargestellt« Er weist ein Gehäuse 42 mit einer durchgehen- j den Bohrung 44 auf, in der verschieblich ein Kraftkolben 46; geführt isto Dieser trennt eine im hinteren '^eil des Gehäu~j ses gebildete Druckkammer 48 von einer im vorderen ^xeil liej-

genden Auslasskammer 5O₀ Der Kraftkolben hat an seinen En- ' den Bunde 52 und 54, die mit Dichtungen 56 bzw₀ 58 versehen sind, die gegen die Gehäusebohrung abdichten,, Zwischen . beiden Bunden ist dadurch eine Kammer 60 gebildet, die über:

fr/ ;

eine Auslassöffnung/mit dem Speicher 36 verbunden ist«. Der

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Einlass 28 ist über ein den Rückstrom verhinderndes Rückschlagventil 64 mit der Druckkammer 4-8 verbundene Der Kraftkolben 46 enthält eine durchgehende axiale Bohrung 66, die die ^verbindung zwischen der Druckkammer 48 und der Auslasskammer 50 herstellt, und in der nahe der Mündung zur Druckkammer ein Steuerventil 68 vorgesehen ist_o Hierzu ist in die Bohrung 66 ein Ventilsitz 70 eingesetzte Eine in der Bohrung 66 verschiebliche Büchse 72 liegt mit ihrer einen Stirnseite gegen den Ventilsitz 70 an und hält diesen normalerweise in Anlage gegen eine S_chulter 74 der Bohrung 66₀ In das andere Ende der Bohrung 66 ist ein Pederteller 76 mit einem kurzen zylindrischen Schaft 82 eingesetzt und stützt sich mit einem radialen Plansch 80 an einer Schulter 78 ab» Eine am Pederteller 76 abgestützte Druckfeder 84 belastet die Büchse 72 und damit den Ventilsitz 70 dauernd in Richtung auf die Schulter 74» Zwischen dem Pederteller 76, der Büchse 72 und einem Teil des Kraftkolbens 46 sind Dichtungen 86 und 88 vorgsehen, durch die eine Kammer 90 von der Auslasskammer 50 getrennt ist und bei Portbewegen des Ventilsitzes 70 von der Schulter 74 Verbindung mit der Druckkammer 48 erhalte In einem erweiterten vorderen Teil der Bohrung 66 ist ein Reaktionsglied 92 durch einen Haltering 94 axial festgelegt gehaltene Die Rückseite des Reaktionsglieds 92 liegt gegen den Plansch 80 des Pedertellers 76 an. Durch das Reaktionsglied 92 erstreckt sich ein axialer Kanal 96, der ein Teil der Auslasskammer 50 ist₀ In die-

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ser liegt eine Rückstellfeder 98, die den Kraftkolben 46 in Richtung auf die Druckkammer 48 belastete Das vordere Ende der ^ehäusebohrung ist durch eine Stirnwand 100 verschlossen, die zugleich als ^'ederteller für die Rückstell" feder 98 ausgebildet ist_o Das Reaktionsglied enthält eine durchgehende axiale Bohrung 102, in deren erweiterten vor- '.

deren Ende 104 eine Reaktionsscheibe 106 eingesetzt ist un4 gegen die gebildete Schulter 108 anliegt_o Ein Stutzen 110 sitzt im Bohrungsteil I04 und ragt aus dem Kraftkolben 46 hervorο Der Stutzen 110 liegt gegen die vordere Stirnfläche der Reaktionsscheibe 106 an und tritt durch eine abgedichte te Öffnung 112 durch die Stirnwand 100, und nimmt in der freien Stirnseite einen Ausgangsstössel 114 auf, der auf den nicht dargestellten Hauptbremszylinder einwirkt. In der Bohrung 102 ist ein Reaktionskolben 116 verschieblich geführt, dessen vordere Stirnfläche sich im zentralen ^'eil der Reaktionsscheibe 106 abstützte

Ein Ventilglied 118 des Steuerventils erstreckt sich durch die Büchse 72 und den Ventilsitz 70 und ragt mit seinem vorderen Ende 120 in die Bohrung 102, in der dieses gegen den Reaktionskolben 116 anfahren kann. Mähe diesem Ende ist an einer Schulter abgestützt ein ^ederteller 122 am Ventilglied 118 vorgesehen, an dem sich eine Feder 124 abstützt, deren anderes Ende gegen die Rückseite des Reaktionsglieds 92 anliegt. Diese Feder 124 belastet das Ventilglied 118 also stetn nach rechts in Figo 2₀

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Ein Speichersteuerventil 126 sitzt in einem Kanal 128 im Kraftkolben 46, der sich radial einwärts und axial rückwärts von der Kammer 60 zur Kammer 90 erstreckte Das Speichersteuerventil ist durch eine Feder gegen einen Ventilsitz gedruckt und wird durch den Druck im Speicher 36 unterstützte Die Büchse 72 weist am Aussenumfang am hinteren Ende eine Rampe 130 auf, die mit einem Stössel 132 des Speichersteuerventils 126 zusammenarbeitet, wenn die Büchse 72 nach vorwärts bewegt wird, wodurch das Speichersteuerventil 126 geöffnet wird, so dass Druckflüssigkeit aus dem Speicher über die Kammer 60, den Kanal 128, die Kammer 90, nebenjdem Ventilsitz 70 zur Druckkammer 48 gelangen kann Ein Rückschlagventil 138 im Einlass 38 des Speichers 36 ver\- hindert einen Rückstrom aus dem Speicher.

Die Einrichtung zur Änderung des Übersetzungsverhältnisses des Kraftverstärkers ist in dessen hinterem Teil untergebracht. Sie besteht aus einem Kolben in Form einer Büchse 136 mit einem erweiterten Ende 138 ₉ die abgedichtet verschieblich in einem Bohrungsteil 140 der G-ehäusebohrung 44 geführt ist, Das erweiterte Ende 138 erstreckt sich in die Druckkammer 48 und ist dem Druck in dieser ausgesetzte Normalerweise liegt das erweiterte Ende 138 gegen eine Schulter 142 des Gehäuses 42 an₀ In einer Ringnut ist eine Dichtung 144 etwas rückwärts der Schulter 142 vorgesehen, die die äussere Mantelfläche der Büchse 136 gegen das Gehäuse abdichtet» Eine Dichtung 146 in einer Ringnut des er-

weiterten Endes 138 erstreckt sich radial weiter einwärts als die Innenmantelfläche 148 der Büchse 136, die das Ende j

i eines Eingangskolbens 150 verschieblich und abgedichtet auf-j nimmt. Der Eingangskolben 150 hat am hinteren Ende einen Bund 152 grösseren Durchmessers, in dessen Mantelfläche eine Ringnut zur Aufnahme einer Dichtung 154 vorgesehen ist, die gegen die innere Mantelfläche 148 abdichtet_o Die Bewegung des Eingangskolbens 152 nach hinten ist durch einen Anschlag 155 begrenzt« Am vorderen Ende des Eingangskolbens ist ein Kolbenkopf 158 kleineren Durchmessers gebildet, in dessen Mantelfläche in einer Ringnut eine Dichtung 160 vorgesehen ist«.

Das Ventilglied 118 hat eine durchgehende axiale Bohrung 162, deren hinterer Teil eine Erweiterung 164 aufweist, in der der Kolbenkopf 158 des Eingangskolbens abge~ dichtet und verschieblich aufgenommen ist„ An der Stirnfläche 168 des Ventilglieds hat die Erweiterung 164 eine Mündung 166. Zur unmittelbaren mechanischen Kraftübertragung kann die V£rseite des Bundes 152 des Eingangskolbens 150 gegen die Stirnfläche 168 dss Ventilglieds 118 anfahren,, Unmittelbar Tor dem K_olbenkopf 158 des Eingangskolbens 150 ist in der Bohrung 162 des Ventilglieds 118 eine erweiterte Kammer 170 gebildet, die über den vorderen Teil 172 der Bohrung 162 im Bereich des Endes 120 des ^ventilglieds mit der Auslasskammer 50 verbunden ist_o Das die Erweiterung 164 und die Kammer 170 enthaltende Teil des Ventilglieds 118

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j hat zur inneren Mantelfläche 148 der Büchse 136 radiales

j Spiel, so dass zwischen dem Eingangskolben.-bund 152, dem j Ventilglied 118 und der Mantelfläche 148 eine Kammer 174

! gebildet isto Etwas vor der Kammer 170 ist an der Aussenflache des Ventilglieds ein Ventilteil 176 gebildet, das mit

j dem Ventilsitz 70 zusammenarbeitend das Steuerventil 68

bildete In der unbetätigten Stellung des Kraftverstärkere hat das Ventilteil 176 axialen Abstand vom Ventilsitz 70, so dass ein ungehinderter Flüssigkeitsstrom von der Druckkammer 48 zur Auslasskammer 50 dur&h das Steuerventil 68 erfolgen kann,, Im Bereich der Kammer 170 weist das Ventilglied 118 an seiner Aussenflache ein zweites Ventilteil auf, das mit der Dichtung 146 zusammenwirkend ein Überset— zungssteuerventil 180 bildet, das normalerweise offen ist. Die Wirksame Fläche des ^ventilsitzes 70 und des Ventilsteils j ist durch den Durchmesser A in Fig„ 2 dargestellte Die wirksame Fläche der Dichtung 'und des anderen Ventilteils 178

ist durch den Durchmesser B in Fig. 2 dargestellte Die wirksame Fläche C ist durch den Durchmesser des Kolbenkopfes 158 bestimmt, wie die wirksame Fläche des Bundes 152 und der Inneiv-Mantelflache 148 durch den Durchmesser D gegeben sind« Die wirksame Fläche der Büchse 136 in dem Bohrungsteil 140 ist durch den Durchmesser E dargestellt, und die wirksame Fläche des Kraftkolbens 46 ist duriah dessen Durchmesser F gegeben_o Im Ausführungsbeispiels der Fig₀ 2 ist A die kleinste Fläche, Fläche G ist grosser als Fläche A, . -©r—als-

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Fläche O, aber kleiner als Fläche E und Fläche F ist grosser als Fläche E₀

In Figo 2 ist der Kraftverstärker in unbetätigter Stellung dargestellte Bei laufender Pumpe 12 wird dann Flüssikeit von dieser durch die Hilfskraftlenkung 22 und der Kraftverstärker mit verhältnismässig geringem Druck umgewälzte Wird die Hilfskraftlenkung 22 oder der Kraftverstärker 30 betätigt, so entsteht stromaufwärts der betätigten Einrichtung ein ^tfegendriick, durch den die Pumpe 12 einen gesteuerten Förderdruck in der Förderleitung 16 und dem leitungsnetz stromaufwärts der betätigten Einrichtung erzeugte Bei Druck in der Förderleitung 16 wird über den Einlass 38 der Speicher 36 aufgeladen, wenn dessen Druck unter dem Förderdruck liegto Erreicht der Förderdruck der Pumpe den Speicherdruck nicht, so bleibt das Rückschlagventil 134 geschlossene

Bei normalem betrieb des Kraftverstärkers tritt die Flüssigkeit durch den Einlass 28 und das Rückschlagventil 64 in die Druckkammer 48 ein und strömt durch das offene Steuerventil 68 zur Auslasskammer 50, so dass die Flüssigkeit über den Auslass 32 und die Eücklaufleitung 34 zum Behälter zurückkehrte Der Kraftverstärker wird zur Verstär·* kung betätigt, indem durch den Stössel 40 der Eingangskolben 152 in das Gehäuse 42 hineinbewegt wird₉ also nach links in Fig« 2ο Das führt zu einem Anfahren gegen die Stirnfläche 168 des Ventilglieds 118, das bei der weiteren Yorwärtsbe-

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wegung des Eingangskolbens 150 mitgenommen wird, wobei sich das Ventilteil 176 dem Tentilsitz 70 nähert, so dass der Durchstrom durch das Steuerventil 68 gedrosselt und schliesjslich abgesperrt wird₀ Hierdurch erfolgt ein Druckanstiegin der Druckkammer 48 ,wodurch der Kraftkolben 46 nach links bewegt wird,, Bei der Vorwärtsbewegung des Ventilgliedis 118 wird auch das Übersetzungssteuerventil durch sein Ventilteil 178 geschlossen und die in der Kammer 174 eingeschlossene Flüssigkeit erhält bei der weiteren Bewegung eine Druckerhöhung, wodurch sich das Ventilglied 118 schneller vorwärts bewegt als der Eingangskolben 150. Das Verhältnis dieser Bewegungen zueinander ist durch die Flächen 0 und D bestimmt» Gegenüber einem Übersetzungsverhältnis von 1:1 ist nunmehr ein geringerer Stellweg des Stössels, des Eingangskolbens und damit des Bremspedals erforderlich, um einen entsprechenden ^erstellweg des Ventilglieds 118 und damit des Kraftkolbens 46 zu erhalten,,

Arbeitet der Kraftverstärker mit schwindendem Druck oder kann die P_umpe 12 am Einlass 28 nicht den notwendigen Druck bereitstellen, so kommt das Ventilglied 176 zur Anlage gegen den Ventilsitz 70 unter Übertragung mechanischer Kraft und eine weitere Vorwärtsbewegung des Eingangskolbens I 150 führt zu einer Bewegung der Büchse 72 gegen die Kraft ' der Feder 84« Damit wird deren Rampe 130 wirksam, so dass , das Speichersteuerventil 126 öffnet und Speicherdruck in die Druckkammer 48 gelangt, so dass weiterhin eine ^-raft-

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verstärkung erfolgt, sofern der Speicherdruck den Druck in der Druckkammer 48 übersteigt„ Dies kann eintreten, wenn die Fördermenge oder der Förderdruck der Pumpe 12 unzureichend sind. Das Rückschlagventil 64 bleibt natürlich geschlossen, um einen ^Verlust des Speicherdrucks zu verbinden

Zuweilen wird es nötig, den Kraftverstärker unter mechanischer Kraftübertragung zu betätigen«, Dies ist dann der Fall, wenn die Pumpe 12 nur ungenügenden Förderdruck hat und der Speicherdruck verbraucht ist_o Eine weitere Vorwärtsbewegung des Eingangskolbens 150 versucht dann die in der Kammer 174 eingeschlossene Flüssigkeit unter Druck zu setzen, so dass die Büchse 136 auf einer Fläche druckbelastet ist, die der Differenz der Fachen E und D entspricht.) Hierdurch wird die Büchse 136 nach links in Figo 2 in die Druckkammer 48 bewegt. Der Druck in dieser j kann die Büchse 136 nicht mehr in Anlage gegen die Schultert

142 halten,, Die Drücke in den Kammern 48 und 174 ändern ihr Verhältnis zueinander langsam, also weich auf ein Verhält— !

nis 1:1 entsprechend einer solchen Bewegung des Eingangs— ;

i kolbens 150 zum Ventilglied 11S₀ Das Ventilglied 118 kommt :

ferner mit seinem vorderen Ende gegen den ^xveaktionskolben ι 116, wodurch die Kammer 170 abgesperrt wird. Hierdurch ' wird durch die eingeschlossenes Flüssigkeit ein starres Verbindungsglied zwischen dem Eingangskolben und dem Ven- ; tilglied gebildet, so dass die eingebrachte Kraft mechanisch durch den Kraftverstärker weitergeleitet wird. !

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BAD ÖRIGINAI

Die abgewandelte Bau ^rni nach Figo 3 entspricht in vielen teilen der ersten Bauform, so dass die wichtigsten Teile mit gleichem Bezugsζeichen versehen sind_o Lediglich das hydraulische Übersetzungssteuerventil ist anders ausgebildet und entspricht dem in der US-Patentanmeldung 013 beschriebenen, das mit einer Eigenentlüftung versehen ist«, ; In diesem Falle ist die Fläche A etwas kleiner als die Fläche B, Die Fläche G ist kleiner als die Fläche A, die

j Fläche D ist grosser als die Fläche B, die Fläche E ist

grosser als die Fläche D und die Fläche f wiederum.grosser als die Fläche E„ Ausserdem ist in dieser Bauform nicht vorgesehen, unmittelbar vor dem Kolbenkopf des Eingangskolbe(ns Flüssigkeit einzusperren,, Es ist somit ein hydraulisches

! Verbindungsglied in der mechanischen Kraftkette nicht vorhandene

Die abgewandelte Bauform nach Fig_o 4 ist der ersten Bauform ebenfalls sehr ähnlich ausgebildet» Jedoch ist hier die Fläche C grosser als die Fläche A, jedoch kleiner als die Fläche D₀ Fläche D ist grosser als Fläche B, Fläche E ist grosser als Fläche D und Fläche F ist grosser als Fläche E₀ Dies zeigt die Vielfalt der möglichen Auslegung,, Auct hier sind in Figo 4 nur die wesentlichsten ^eile mit gleichen Bezugszeichen versehen«, Die Anordnung zum Einsperren der Flüssigkeit in den beiden Räumen innerhalb des Eingangskolbens und vor diesem, sind entsprechend der US-Patentanmeldung 013 880 getroffen.

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Claims (1)

1. p-tsntcnwalt 300 3 / O

   •φ:. \-'j e

   ο\χ;..τα\.<έθ9 rcji^UM 19

   31.Januar 1980

   W-w-3398

   General Motors Corporation, Detroit, Michigan, V₀St₀A₁

   Hydraulischer Kraftverstärker

   Patentansprüche :

   1«,/Hydraulischer Kraftverstärker mit veränderlicher Übersetzung, bestehend aus einem ehäuse mit einer durchgeh henden Bohrung zur Aufnahme eines verschieblichen Kraftkolbens, der eine Druckkammer von einer Auslasskammer trennt, aus einem Einlass von einer Druckflüssigkeitsquelle zur Druckkammer und einem Auslass aus der Auslasskammer, sowie einem Steuerventil in einer Verbindung zwischen der Druck« und der Auslasskammer, das den D_ruck in der Druckkammer und den Flüssigkeitsstrom von der Druckkammer zur Auslasskammer steuert, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

   a) Ein Ventilsitz (70) des Steuerventils (68) am Kraftkolben (46) hat eine wirksame Fläche A und arbeitet mit einem ersten Ventilteil (17») an einem Ventilglied (118] des Steuerventils zusammen, das im Gehäuse (42) verschieblich sieh durch den -K-raftkolben (46) und die Druckkammer (48) erstreckt;

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   b) das Ventilglied (118) hat ein zweites Ventilteil (178) mit einer wirksamen Fläche B, die mindestens so gross ist wie die Fläche A;

   c) das Ventilglied (118) enthält eine durchgehende axiale Bohrung (162), die am eingangsseitigen Ende (168) eine Erweiterung (164) mit einer von der Fläche A verschiede« nen wirksamen Fläche C, die aber kleiner als die Fläche

   (12O)/ B ist, aufweist und am anderen Ende/des Ventilglieds

   Verbtndung mit der Auslasskammer (50) hat;

   d) Eine Büchse (136) einer das Übersetzungsverhältnis ändernden Einrichtung ist in der Gehäusebohrung vorwärts des Kraftkolbens (46) verschieblich angeordnet und ragt mit ihrem vorderen Ende (138) in die Druckkammer (48) und nimmt das ermterte Ende des Ventilglieds mit dessen zweiten Ventilteil (178) auf, mit dem ein an der Büchse gebildeter Ventilsitz (146) ein Übersetzungssteuerventil (180) bildet;

   e) die Büchse (136) hat eine innere wirksame Fläche D, die grosser als die Fläche B ist, und eine äussere wirksame Fläche E, die grosser als die Fläche D ist, während die wirksame Fläche F der den Kraftkolben (46) aufnehmenden Gehäusebohrung grosser als die Fläche E ist$

   f) ein im Durchmesser abgesetzter Eingangskolben (15Q) hat j am vorderen Ende einen Kolbenkopf (158) mit einer wirksamen Fläche C und erstreckt sich in das erweiterte Bohrungsteil (164) des Ventilglieds (118), während das

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   hintere, die wirksame Fläche D aufweisende Ende (152) de» Eingangskollbens sich in die Büchse (136) erstreckt und axial zur Anlage gegen die Eingangsstirnwand (168) des Ventilglieds (118) bewegbar ist; g) mit dem Eingangskolben (15O) ist ein willkürich betätigbarer Eingangsstössel (40) verbunden und der Kraftkolben (46) enthält einen Ausgangsstossel (114) zum Betätigen eine s Hauptbremszylind ers;

   h) bei Bewegen des Eingangsstössels (40) wird duroh Dros— sein bzwo Schliessen des Steuerventils (68) Druck in der Druckkammer (48) aufgebaut, durch den der Kraftkolben (46) unter Offenhalten des Übersetzungssteuer-* ventils (180) vorwärts bewegt wird, und bei einer Relativbewegung des Ventilglieds (118) zur Büchse (136) ein Schliessen des Übersetzungssteuerventils (180) erfolgt, wodurch Flüssigkeit zwischen der Büchse, dem Eingangskolben (150) und dem Yentilglied (118) eingeschlossen wird, deren Druck bei weiterer Bewegung des Eingangskolbens erhöht wird, so dass das Yentilglied sich stärker als der Eingangskolben entsprechend dem Verhältnis der Fläche D minus Fläche C zur Fläche B minus der Fläche G bewegt und ein erhöhte» Kräftverstärkungsverhältnis entsprechend dem Verhältnis des Drucks in der Druckkammer zum ^_ruck der eingeschlossenen Flüssigkeit besteht_β

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   2ο Hydraulischer'Kraftverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wirksame Fläche B des zweiten Ventilteils (178) des Ventilglieds (118) grosser alia die Fläche A des Steuerventils (68) ist, und die Fläche C grosser als die Fläche A, aber kleiner als die Fläche B isto j

   3o Hydraulischer Kraftverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wirksame Fläche C kleiner als die Fläche A und kleiner als die Fläche B ist_o

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