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Hydraulische liochleistungs-Bremsanlage für
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Kraftfahrzeuge, insbesondere Rennfahrzeuge Die Erfindung betrifft
eine hydraulische Hochleistungs-Bremsanlage für Kraftfahrzeuge, insbesondere Rennfahrzeuge,
bei denen die Bremsen extremen thermischen Belastungen ausgesetzt sind, mit den
weiteren gattungsbestimmenden Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
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Bei neuzeitlichen Rennfahrzeugen werden wegen der extremen Griffigkeit
der benutzten Reifen einerseits und wegen der aerodynamischen Gestaltung solcher
Fahrzeuge andererseits, die bei hohen Geschwindigkeiten eine Steigerung der Radlasten
vermittelt, hohe Bremsverzögerungen erzielt, mit denen eine entsprechend hohe Beanspruchung
der Bremsen einhergeht.
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Die in Wärme umgesetzten Bremsleistungen führen zu hohen Bremsscheibentemperaturen,
wobei durch Wärme strahlung und -leitung auch die Bremssättel mit erhitzt werden,
so daß es auch bei für eine Wärme abfuhr günstigster Konstruktion.der Bremsen -Schwimnisättel
mit großen Kühl flächen - in den Radbremszylindern zu einer Verdampfung der Bremsflüssigkeit
und der gefürchteten Dampfblasenbildung kommen kann.
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Zwar besteht grundsätzlich die Möglichkeit, diese Dampfblasenbildung
durch Verwendung von Bremsflüssigkeiten zu vermeiden, die einen höheren Siedepunkt
haben als die heute üblichen Polyglykole.
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Die diesbezüglichen Möglichkeiten erscheinen, derzeit jedenfalls,
jedoch erschöpft.
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Unter Abwägung aller Gesichtspunkte erschien es daher zweckmäßiger,
im Rahmen einer hydraulischen Bremsanlage einen Bremsflüssigkeitskreislauf zu schaffen,
bei dem den Radbremszylindern ständig gekühlte Bremsflüssigkeit zuströmt und in
den Radbremsen freigewordene Wärme von der zurückströmenden Bremsflüssigkeit abgeführt
wird. Demgemäß wurden sogenannte Pumpenverstärker-Bremsanlagen gesclwaffen, bei
denen eine Hochdruckpumpe ständig Bremsflüssigkeit durch die Brerassättel fördert
und der Bremsdruck durch Drosselung des Rücklaufstromes mittels eines mit dem Bremspedal
betätigbaren Drsselventils erzeugt wird.
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Von einer Bremsanlage dieser Art ist im Oberbegriff des Patentanspruchs
1 ausgegangen.
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Nachteilig an einer solchen Bremsanlage ist vor allem die hohe zu
installierende Pumpenleistung die mit beträchtlichem technischen aufwand verknüpft
ist, wie auch die Tatsache, daß im Falle einer Bremsung an der Drosselstelle eine
erhebliche zusätzliche Erwärmung der Bremsflüssigkeit auftritt, die den erwünschten
Kühlungseffekt teilweise wieder zunichte macht. In Fahrsituationen, die in rascher
Folge eine Vielzahl von Bremsvorgängen erfordern, ist daher auch eine solche Pumpenverstärker-Bremsanlage
nicht hinreichend funktionss icher.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Bremsanlage der eingangs
genannten Art zu schaffen, die mit geringerem technischen Aufwand realisierbar ist
und trotzdem eine erhöhte Funktionssicherheit vermittelt.
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Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs
1 genannten Merkmale der Erfindung auf elegante Weise gelöst.
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Hiernach sind bei der erfindungsgemäßen Bremsanlage zwei gemeinsam
betätigbare Hauptbremszylinder vorgesehen, die hinsichtlich der Bremsfunktion parallel
und hinsichtlich der Führung des Bremsflüssigkeitskreislaufes hintereinandergeschaltet
sind und dabei von der Bremsflüssigkeit in ent-
gegengesetzter Richtung
durchströmt werden, derart, daß diese bei dem einen Hauptbremszylinder durch die
bei üblicher Benutzung desselben als Nachlaufkanal ausgenutzte Öffnung zuströmt
und über den zugeordneten Druckausgang des Hauptbremszylinders zu den Radbremszylindern
des angeschlossenen Bremskreises abströmt und von diesem dem Druckausgang des anderen
Hauptbremszylinders zuströmt und über dessen Nachlaufkanal zum Vorratsbehälter hin
abströmt. Bei einer Bremsung ist somit der Bremsflüssigkeitstreislauf unterbrochen
und die Bremsdruckbeaufschlagung der Radbremsen erfolgt über beide Hauptbremszylinder
gemeinsam. Er setzt wieder ein, sobald das Bremspedal zurückgenommen ist und dadurch
die beiden Hauptbremszylinder wieder in ihre Grundstellung gelangt sind.
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Die Erfindung macht sich dabei die Erkenntnis zunutze, daß eine Verdampfung
der Bremsflüssigkeit nur dann stört, wenn das Bremssystem drucklos ist.
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Solange die Bremsflüssigkeit während der Bremsung unter hohem Druck
steht ist ihre Siedetemperatur ohnehin weitaus höher als unter atmosphärischem Druck,
so daß während einer Bremsung in den unter dem Bremsdruck stehenden Druckräumen
der Hauptbremszylinder, den von diesen ausgehenden Bremsleitungen und den Radbremszylindern
in praktischen Fällen auch keine Verdampfung der Bremsflüssigkeit auftritt. Daher
ist während der Bremsung ein kühlender Bremsflüssigkeitsdurchfluß auch nicht notwendig,
sondern erst dann, wenn die Bremsen gelöst sind, wie erfindungsgemäß vorgesehen.
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Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Bremsanlage besteht
darin, daß die die Bremsflüssigkeit durch die Hauptbremszylinder und die Radbremszylinder
fördernde Pumpe auf eine sehr viel niedrigere Leistung ausgelegt sein kann als bei
den bekannten Pumpenverstärker-Bremsanlagen, da sie nur gegen die in der Bremsanlage
wirksamen Strömungswiderstände arbeiten muß, nicht aber auf einen dem snaximalen
Brenisdpuck entsprechenden Ausgangsdruck ausgelegt sein muß. Die Kühlwirkung ist
erheblich besser als bei den bekannten Pumpenverstärker-Bremsanlagen, da über die
aus der Wärmeaufnahme in den Radbremszylindern resultierende Erwärmung der Bremsflüssigkeit
hinaus praktisch keine zusätzliche Erwärmung der Bremsflüssigkeit eintreten kann.
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Wenn, wie gemäß Anspruch 2, für ein Fahrzeug mit zwei Bremskreisen,
z.B. einem Vorderachsbremskreis und einem iiinterachsbremskreis, zwei miteinander
gekoppelte Tandem-Iauptzyl indcr vorgesehen sind, ist es zweckmäßig, deren Längenabinessungen
entsprechend denjenigen üblicher Tandem-Hauptzylinder und die wirksamen Kolbenflächen
halb so groß zu wählen, so daß die für die Bremsbetätigung erforderlichen Pedalkräfte
dieselben sind wie bei einer üblichen hydraulischen Bremsanlage. Weiter ist es zweckmäßig,
Tandem-Hauptzylinder mit Zentralventil zu verwenden, die dem ständig zirkulierenden
Bremsflüssigkeitsstrom einen günstig niedrigen Strömungswiderstand entgegensetzt.
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Um im Hinterachsbremskreis eine Druckbegrenzung zu erzielen, sind
gemäß Anspruch 3 ebenfalls zwei Druckbegrenzer vorgesehen, die bei einer Bremsung
parallelgeschaltet und in der bei Grundstellung der Hauptbremszylinder vorliegenden
Leitungsführung für den Bremsflüssigkeitskreislauf, in dessen Strömungsrichtung
gesehen, den Radbremszylindern der Hinterachsbremsen vor- bzw. nachgeschaltet sind.
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Vorteilhaft ist dabei, wenn diese Druckbegrenzer hinsichtlich des
im Hinterachsbremskreis erwünschten oberen Druckgrenzwertes in der durch den Anspruch
4 angegebenen Weise betätigbar sind, die dem Fahrer eine Rückmeldung darüber vermittelt,
welcher Druckgrenzwert eingestellt ist und eine rasche und genaue Einstellung bzw.
Änderung dieses Druckgrenzwertes ermöglicht.
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Um einen von den Bremsscheiben über die Bremssättel zu den Radbremszylindern
und über diese die Bremsflüssigkeit aufheizenden Wärmestrom zu reduzieren, kann
es auch vorteilhaft sein, die Kolben der Radbremszylinder aus einem Material mit
relativ geringer Wärmeleitfähigkeit herzustellen, wofür sich insbesondere Titan
eignet.
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Vorteilhaft ist es weiter, wenn die Pumpe während einer Betätigung
der Fahrzeugbremsen abgeschaltet ist, da in diesem Falle die Pumpe nur gegen den
statischen Druck in der zu dem einen der beiden Hauptbremszylinder führenden Zulaufleitung-
arbeiten und die dabei verbrauchte Energie lediglich
eine unerwünschte
Erwärmung der Bremsflüssigkeit verursachen würde Mittels gemäß Anspruch 8 vorzugsweise
im Vorratsbehälter vorgesehener Beruhicjungsleitflachen kann auf einfache Weise
erreicht werden daß sich in den Vorratsbehältern zurückgeförderte Bremsflüssigkeit
selbsttätig entschäumt und von der Pumpe nur blasenfreie Bremsflüssigkeit angesaugt
wird Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung eines speziellen Ausführungsbeispieis anhand der Zeichnung Diese zeigt
eine erfindungsgemäße hydraulische Hochleistungs-Zweikreis-Bremsanlage mit Bremsdruckbegrenzung
im Hinterachsbremskreis in stark vereinfachter schematischer Darstellung.
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Die in der Zeichnung auf deren Einzelheiten ausdrücklich verwiesen
seia dargestellte erfindungsgemäße 11ochleistungs-Bremsanlage 1 ist als Zweikreis
Bremsanlage mit separaten Vorderachs und Hinterachs-Bremskreisen ausgebildet Die
beiden Vorderradbremsen und die beiden Hinterradbremsen sind durch je einen Radbremszylinder
2 und 3 bzw 4 und 6 repräsentiert Im Rahmen der Bremsanlage 1 ist ein erster Tandem-Hauptzylinder
7 und ein zweiter Tandem-Hauptzylinder 8 vorgesehen0 deren Gehäuse zu einem einzigen
Gehäuseblock 9 vereinigt sind. Die beiden Tandem-Hauptzylinder 7 und 8 sind identisch
aus-
gebildet und z.B. als Stufenzylinder bekannter Bauart realisiert,
deren dem Vorderachsbremskreis zugeordnete Zylinderbohrung 11 einen etwas größeren
Querschnitt hat als die dem ltinterachsbremskreis zugeordnete Zylinderbohrung 12.
Die entlang ihrer zentralen Achsen 13 bzw. 14 gemessene Länge der beiden Tandem-Hauptzylinder
7 und 8 entspricht derjenigen eines Tandem-Hauptzylinders üblicher Bauart. Die wirksamen
Kolbenflächen 16 bzw. 17 der in den Zylinderbohrungen 11 bzw. 12 druckdicht verschiebbar
geführten Druckstangenkolben 18 bzw. Zwischenkolben 19 und demgemäß auch die lichten
Querschnitte dieser Zylinderbohrungen 11 und 12 sind jedoch nur halb so groß wie
bei einem Tandem-Hauptzylinder üblicher Bauart. Zur Abstützung des Druckstangenkolbens
18 und des Zwischenkolbens 19 gegeneinander bzw. gegen den Zylinderboden 21 vorgesehene
vorgespannte Druckfedern sind der Einfachheit halber nicht dargestellt.
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Über ein mit dem nicht dargestellten Bremspedal verbundenes Schubcjlied
22, das an den Druckstangen 23 und 24 des ersten und des zweiten Tandem-Hauptzylinders
7 und 8 angreift, sind diese gemeinsam betätigbar.
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Die dem Vorderachsbremskreis zugeordneten Ausgangsdruckräume des ersten
und des zweiten Tandem-Hauptzylinders 7 und 8 sind mit 26 und 27 bezeichnet, die
dem Hinterachsbremskreis zugeordneten Ausgangsdruckräume mit 28 bzw. 29. Die in
der dargestellten Grundstellung der Kolben 18 und 19 in die Aus-
gangsdruckräume
26 und 28 mündenden, ohne BeschrAnkung der Allgemeinheit als Schnüffelbohrungen
dargestellten Nachlaufkanäle 31 und 32 des ersten Tandem-Hauptzylinders 7 sind über
eine gemeinsame Zulaufleitung 33 an den Druckausgang einer eleko trischen Niederdruckpumpe
34 angeschlossen, mit: der Bremsflüssigkeit aus einem Vorratsbehälter 36 zum ersten
Tandem-Hauptzylinder förderbar ist. Die Funktion dieser Pumpe 34 wird im folgenden
noch näher erlutert. Die konstruktiv den Nach%aufkanälen 31 und 32 des ersten Tandem-Hauptzylinders
7 entsprechenden und im folgenden ebenso bezeichneten Bremsflüssigkeits-Strömungskanäle
37 und 38 des zweiten Tandem-Hauptzylinders 8 sind an eine gemeinsame Rücklaufleitung
39 angeschlossenE die zum Vorratsbehälter 36 zurückführt. Der Druck stutzen 41 des
Vorderachs-Ausgangsdruckraumes 26 des ersten Tandem-Ilauptzylinders 7 ist über eine
erste Bremsleitung 42 an die Radbremszyiinder 2 und 3 des Vorderachsbremskreises
angeschlossen.
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Der entsprechende Druckstutzen 43 des zweiten Tandem-Hauptzylinders
8 ist über eine zweite Bremsleitung 44 ebenfalls an die Radbremszylinder 2 und 3
des Vorderachsbremskreises angeschlossen. Die Anschlußstellen der Radbremszylinder
2 und 3 an diese zweite Bremsleitung 44 sind-dort angeordnet, wo bei üblichem Aufbau
einer Bremsanlage die Entlüftungsstutzen der Radbremszylinder 2 bzw. 3 vorgesehen
sind.
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Der Druckstutzen 46 des dem Hinterachsbremskreis zugeordneten Ausgangsdruckraumes
28 des ersten
Tandem-Iiauptzylinders 7 ist über einen ersten, insgesamt
mit 47 bezeichneten Bremsleitungszweig an die Radbremszylinder 4 und 6 des Hinterachsbremskreises
angeschlossen. Der entsprechende Druckstutzen 48 des zweiten Tandem-Hauptzylinders
8 ist über einen insgesamt mit 49 bezeichneten zweiten Bremsleitungszweig ebenfalls
an die beiden Radbremszylinder 4 und 6 angeschlossen, wiederum dort, wo bei üblichem
Aufbau der Hinterachsbremsen die Entlüftungsstutzen der Radbremszylinder 4 bzw.
6 angeordnet sind.
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Die insoweit erläuterte erfindungsgemäße Bremsanlage 1 arbeitet wie
folgt: Solange der Fahrer das Bremspedal nicht betätigt und sich die Kolben 18 und
19 der Tandem-Hauptzylinder 7 und 8 in der dargestellten Grundstellung befinden,
sind ihre Nachlaufbohrungen 31 und 32 bzw. 37 und 38 frei. Mittels eines auf die
Grundstellung der Tandem-Hauptzylinder 7 und 8 ansprechenden, nicht dargestellten
Schalters ist die Niederdruckpumpe 34 eingeschaltet und fördert Bremsflüssigkeit
zum ersten Tandem-Hauptzylinder 7, in dem sich dieser Bremsflüssigkeitsstrom in
einen ersten und einen zweiten Teilkreislauf verzweigt.
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Der erste Teilkreislauf führt über die erste Bremsleitung 42 des Vorderachsbremskreises
zu den Radbremszylindern 2 und 3 und von diesen über die zweite Bremsleitung 44
zu dem dem Vorderachsbremskreis zugeordneten Ausgangsdruckraum 27 des zweiten Tandem-Hauptzylinders
und von diesem über die
Rucklaufleitung 39 zurück zunL VorratsbehAlter
36.
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Der zweite Teilkreislauf führt vom 11 interachs -Ausgangsdruckraum
28 über den ersten Bremsleitungszweig 47 des flinterachsbremskreises zu dessen Radbremszylindern
4 und 6 und von diesen über den zweiten Bremsleitungszweig 49 zurück zum -Hinterachsdruckraum
29 des zweiten Tandem-Hauptzylinders 8 und von diesem ebenfalls über die Rücklaufleitung
39 zurück zum Vorratsbehälter 36 Durch diese Kreislaufführung der Bremsflüssigkeit,
die aufrechterhalten bleibt, solange der Fahrer nicht bremst, wird Bremsflüssigkeit,
die in den Radbremszylindern 2, 3, 4 und 6 während einer vorausgegangenen Bremsung
stark erwärmt worden ist, nach deren Beendigung aus den Radbremszylindern abgeführt
und gekühlt, und es wird aus dem Vorrtsbehälter kühlere Bremsflüssigkeit wieder
zu den Radbremszylindern gefördert, die aus diesen wieder Wärme aufnehmen und diese
kühlen kann Um den von den Radbremszylindern 2, 3, 4 und 6 auf diese Weise in die
Bremsflüssigkeit eingeleiteten Wärmestrom zu begrenzen und dadurch das mittlere
Temperaturniveau der Bremsflüssigkeit auf einem günstig niedrigen Wert zu halten,
sind die Kolben 51 und 52 der Radbremszylinder 2 und 3 bzw. 4 und 6 vorzugsweise
aus Titan gefertigt, dessen Wärmeleitfähigkeit nur etwa 1/3 des ansonsten für die
Kolben 51 und 52 verwendeten Stahlmaterials beträgt.
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Darüber hinaus ist in der Rücklaufleitung 39 ein Flüssigkeits-Luft-Wärmetauscher
53 vorgesehen, mit dem der zum Vorratsbehälter o zuruckstrSsnendell, erwärmten Bremsflüssigkeit
Wärme entziehbar ist.
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Zweckmäßig ist es weiter, wenn in dem Vorratsbehälter 36 der Einfachheit
halber nicht dargestellte Strömungsleitflächen vorgesehen sind, die eine Beruhigung
des Bremsflüssigkeitsstromes vermitteln.
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Betätigt nun der Fahrer das Bremspedal, so werden gleichzeitig die
Nachlaufkanäle 31 und 32 sowie 37 und 38 der beiden Tandem-Ilauptzylinder 7 und
8 geschlossen und dadurch die Bremsflüssigkeitskreisläufe unterbrochen. Die beiden
Tandem-Hauptzylinder sind jetzt parallelgeschaltet und es kann über die Bremsleitungen
42.der statische Bremsdruckaufbau in den Radbremszylindern 2 und 3 und über die
Bremsleitungszweige 47 und 49 des Hinterachsbremskreises der statische Druckaufbau
in den Radbremszylindern 4 und 6 erfolgen. Die sich dabei in Ruhe befindende Bremsflüssigkeit
wird nun in den Radbremszylindern 2, 3, 4 und 6 aufgeheizt, verdampft aber, da sie
unter hohem Druck steht, nicht, und die Bremse bleibt exakt dosierbar. Wird die
Bremsung beendet, wobei die Nachlaufkanäle 31 und 32 bzw. 37 und.38 der beiden Tandem-Ilauptzylinder
7 und 8 wieder öffnen und die Pumpe 34 wieder eingeschaltet wird, so setzt die Kreislaufführung
der Bremsflüssigkeit sofort wieder ein. Während der Bremsung stark erhitzte Bremsflüssigkeit,
die sich nunmehr entspannen kann und zum Teil spontan verdampft, wird im Wärmetauscher
53 sofort wieder kondensiert und rückgekühlt. Außerdem wird sofort wieder kühle
Bremsflüssigkeit
in die Radbremszylinder 2, 3, 4 und 6 gefördert, die gegebenenfalls dort entstandenen
Bremsflüssigkeitsdampf ausspült. Bei geeigneter Dimensionierung der Pumpe 34 erfolgt
der Bremsflüssigkeitsaustausch in wenigen Sekunden, so daß die volle Funktionsbereitschaft
der Bremsanlage 1 schnell wieder hergestellt ist, Durch die in den Bremspausen erfolgende
Kühlung der Bremssättel und deren Umgebungsteile wird erreicht, daß in diesen Teilen
bei einer jeweils nachfolgenden Bremsung beträchtliche Wärmemengen gespeichert werden
können, bevor kritische Temperaturen in den Radbremszylindern 2, 3, 4 und 6 auftreten
können.
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Da moderne Rennfahrzeuge einen im Verhältnis zum Fahrzeugleergewicht
großen Gewichtsanteil an Kraftstoff mitführen, durch dessen Verbrauch im Verlauf
eines Rennens sich die Achslastverteilung beträchtlich verändert, ist es vorteilhaft,
wenn im Hinterachsbremskreis eine Bremsdruckregelungs- oder nachstellbare Druckbegrenzungseinrichtung
vorgesehen ist, mit der eine mit der durch den Kraftstoffverbrauch bedingten Achslastverminderung
korelierte Reduzierung der Hinterachsbremskraft erreichbar ist.
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Eine im Rahmen der erfindungsgemäßen Bremsanlage 1 hierzu geeignete,
insgesamt mit 56 bezeichnete Druckbegrenzungseinrichtung umfaßt beim dargestellten,
speziellen Ausführungsbeispiel einen ersten und einen zweiten dem Aufbau nach bekannten
Druckbegrenzer
57 und 58, wobei der-erste Druckbegrenzer 57 im ersten Bremsleitungszweig 47 des
Hinterachsbremskreises und der zweite Druckbegrenzer 58 im zweiten Bremsleitungszweig
49 des Hinterachsbremskreises liegt. Diese beiden Druckbegrenzer 57 und 58 müssen
dabei auf jeweils denselben oberen Grenzwert des Bremsdruckes einstellbar sein.
Demgemäß ist vorgesehen, daß - bei identischer Auslegung der beiden Druckbegrenzer
57 und 58 die Vorspannung ihrer Druckfedern 59, gegen deren Rückstellkraft die sich
unter dem Einfluß des von den Tandem-Hauptzylindern 7 und 8 eingekoppelt2n Drukkes
vollziehende Schließbewegung der Absperrventile 61 dieser Druckbegrenzer 57 und
58 erfolgt, mittels eines durch einen Handhebel 62 betätigbaren Exzentcrs 63 gemeinsam
einstellbar und gleichsinnig veränderbar ist.
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Abschließend sei noch erwähnt,-daß eine nach Zweck und Funktion der
Bremsanlage 1 analoge Bremsanlage grundsatzlich auch mit nur einem einzigen Tanciem-Hauptzylinder
und einer geeigneten Kombination-von RückschlagventiLen realisierbar ist. Eine diesbezüglich
geeignete Abwandlung der dargestellten Bremsanlage könllte unter alleiniger Ausnutzung
des ersten Tandem-Hauptzylinders 7 wie folgt realisiert sein: Satt an die Pumpe
34 sind die Nachlaufbohrungen 31 und 32 an die Rücklaufleitung 39 angeschlossen.
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Dafür sind die zweite Bremsleitung 44 -des Vorderachsbremskreises
und der zweite Bremsleitungs-
zweig 49 des Hinterachsbremskreises
an.die Pumpe angeschlossen. In - jedem dieser beiden Bremsleitungen ;44 bzw. 49
s-ind in Hintereinanderschaltung zwei Rückschlagerentile. vorgesehen, die durch
den Ausgangsdruck- d.e.r Pumpe 34 in Of Öffnungsrichtung beaufschlagt sind und die
Mittelanzäpfungen dieser Rück- Diese schlagventile sind daher je ein. weiteres Rückschlagventil
mit dem Druckstutzen 41 bzw. bzw. 46 46 des zuge- -ordneten Ausgangsdruckraumes
26 bzw. 28 des Tandem-Hauptzylinders verbunden . Eine derartige Ausbildung ag einer
- Bremsanlage mit Bremsflüssigketskreislauf stellt jedoch extreme Anforderungen-
an die Funktionszuverlässogleot der Rückschlagventile.
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derzeit jedenfalls, nicht mit einem vernünftigen technischen -Aufwand
realisierbar erscheint-
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