DE3433439A1

DE3433439A1 - Hydraulischer verstaerker, insbesondere fuer bremsanlagen von kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE3433439A1
Application number: DE19843433439
Authority: DE
Inventors: Hajo Dipl.-Ing. 6233 Kelkheim Pickel
Original assignee: Alfred Teves GmbH
Current assignee: ITT Automotive Europe GmbH
Priority date: 1984-09-12
Filing date: 1984-09-12
Publication date: 1986-03-20
Anticipated expiration: 2004-09-13
Also published as: DE3433439C2

Description

Hydraulischer Verstärker, insbesondere für Bremsanlagen von Kraftfahrzeugen

Beschreibung:

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Verstärker, insbesondere für Bremsanlagen von Kraftfahrzeugen, mit einem verschiebbar angeordneten Verstärkerkolben, auf den durch Betätigung eines über eine äußere mechanische Krafteinwirkung in einer Bohrung verschiebbaren Betätigungskolbens Druck ausgeübt wird, der von der Stellung eines vom Betätigungskolben steuerbaren Schieberkolbens abhängt, der unter Federvorspannung in einem Hilfszylinder verschiebbar ist, der über jeweils einen Einlaß und einen Auslaß mit einer Druckmittelquelle und einem Druckmittelvorratsbehälter verbunden ist.

Ein derartiger hydraulischer Verstärker ist bereits aus der DE-OS 23 62 350 bekannt. Im Gehäuse des Verstärkers, der für eine Zweikreisbremsanlage eines Fahrzeugs bestimmt ist, ist eine, einen Boden aufweisende erste Bohrung vorgesehen, in der ein Kolben verschiebbar gelagert ist. Durch den Kolben werden zwei Druckkammern voneinander getrennt, von denen die eine einen Auslaß am Boden der Bohrung hat. Die zweite, mit einem Auslaß versehene Druckkammer wird durch einen im Gehäuse angeordneten Hohlraum gebildet, in den der Kolben mit seinem einen Ende hineinragt. In der zweiten Bohrung, die über einen Einlaß mit einer Druckquelle und über einen Auslaß mit einem

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Druckmittelvorratsbehälter verbunden ist, befindet sich ein Schieberkolben, mit dem die Verbindung der ersten und zweiten Druckkammer zu der Druckquelle und dem Druckmittelvorratsbehälter gesteuert wird. Eine von einem Bremspedal betätigbare Schubstange ragt mit ihrem Ende in die zweite Druckkammer. Das Ende der Schubstange ist über Hebel an die stirnseitigen Enden des Kolbens und des Schieberkolbens andrückbar. Eine Betätigung der Schubstange ruft über eine Bewegung des Schieberkolbens eine entsprechende Bewegung des Kolbens hervor, wobei die beiden Druckkammern hydraulisch unter Druck gesetzt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen hydraulischen Verstärker der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß Volumenverluste an hydraulischem Druckmittel in dem zwischen dem Schieberkolben und dem Betätigungskolben liegenden hydraulischen Kreis nicht durch eine Verschiebung des Betätigungskolbens ausgeglichen werden müssen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Betätigungskolben 37 gegen eine Federspannung unter Schließung eines Ventils, das von der Stirnseite des Betätigungskolbens und einem weiteren Zylinder im Verstärkerkolben gebildet wird, in den weiteren Zylinder einschiebbar ist, der mit einem ersten Arbeitsraum vor einer Seite des Schieberkolbens verbunden ist, vor dessen anderer Seite ein zweiter Arbeitsraum vorgesehen ist, daß der erste Arbeitsraum über ein Differenzdruckventil mit dem zweiten Arbeitsraum und dem vor der Stirnseite des Verstärkerkolbens liegenden Arbeitsraum verbunden ist und daß der Ansprechdruck des vom Druck im ersten Arbeitsraum betätigbaren Differenzdruckventils größer als der statische Anfangsdruck ist, der im ersten Arbeitsraum zur Einstellung des Schieberkolbens in Betriebsbereitschaftsstellung durch den Betätigungskolben erzeugbar ist. Ein wesentlicher Vorteil

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besteht darin, daß auch eine dauernde Betätigung der Bremse (Paßabfahrt), d.h. bei lang andauernder äußerer Krafteinwirkung auf den Betätigungskolben, Leckverluste nicht zu einer Pedalwegverlängerung und letztlich zum Ausfall der vom hydraulischen Verstärker hervorgerufenen Verstärkerkraft führen können. Außerdem werden bei diesem Verstärker unerwünscht hohe Dichtringreibungen verhindert. Durch den Wegfall von für den Ausgleich von Leckverlusten notwendigen zusätzlichen Betätigungswegen läßt sich die Vorrichtung auch kompakter ausbilden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Ansprechdruck des Differenzdruckventils etwa doppelt so groß wie der statische Anfangsdruck. Bei dieser Einstellung ergibt sich eine stabile Regelcharakteristik.

In Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, daß der weitere Zylinder über einen Kanal im Gehäuse des Verstärkers mit dem ersten Arbeitsraum und der zweite Arbeitsraum über einen Kanal im Gehäuse mit dem Arbeitsraum vor der Stirnseite des Verstärkerkolbens verbunden ist und daß das Differenzdruckventil zwischen die beiden Kanäle geschaltet ist.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sehen vor, daß der Schieberkolben je zwei Endabschnitte aufewist, deren Durchmesser kleiner als der Durchmesser des Mittelabschnitts ist und der Auslaß in der durch die Federvorspannung bestimmten Endlage des Schieberkolbens im Hilfszylinder mit dem Arbeitsraum vor der Stirnseite des Verstärkerkolbens verbunden ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist.

Es zeigen:

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Fig. 1 einen erfindungsgemäßen hydraulischen Verstärker im Längsschnitt,

Fig. 2 ein Diagramm des vom hydraulischen Verstärker gemäß Fig. 1 erzeugbaren Verstärkerdrucks in Abhängigkeit vom Betätigungsdruck.

Ein hydraulischer Verstärker 1 für Fahrzeugbremsanlagen enthält in einem Gehäuse 2 einen Verstärkerzylinder 3, in dem ein Verstärkerkolben 4 verschiebbar gelagert ist. An einer Stirnseite 5 des Verstärkerkolbens 4 ist eine ringförmige Aussparung 6 vorgesehen, die am Rand der Stirnseite 5 verläuft. Die Stirnseite 5 bzw. die nicht näher bezeichnete Kreisringfläche der Aussparung 6 bilden mit dem Boden des Verstärkerzylinders 3 einen Arbeitsraum für ein hydraulisches Druckmedium. Das andere, nicht dargestellte Ende des Verstärkerkolbens 4 ist mit dem Tandem-Hauptbremszylinder eines Kraftfahrzeugs verbunden.

Im Gehäuse 2 ist außerdem noch ein Hilfszylinder 7 angeordnet, dessen Längsachse z.B. parallel zur Längsachse des Verstärkerzylinders 3 verläuft. Im Hilfszylinder 7 ist ein Schieberkolben 8 beweglich geführt. Der Hilfszylinder 7 weist zwei Arbeitsräume 9, 10 für das hydraulische Druckmedium auf. Der Schieberkolben 8 enthält jeweils zwei abgestufte Endabschnitte 11, 12, deren Querschnitte kleiner als der Querschnitt des Mittelabschnitts des Schieberkolbens 8 sind. Der Arbeitsraum 9 wird vom Hohlraum zwischen dem Endabschnitt 11 , der Zylinderwand des Hilfszylinders 7 und dem Boden des Hilfszylinders gebildet. Der Endabschnitt 12 ist mit einer Druckplatte 13 versehen, gegen die sich eine in einem Hohlraum 14 angeordnete Feder 15 abstützt, die auf den Schieberkolben 8 eine Vorspan-

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nung ausübt. Der Hohlraum 14 wird auf einer Seite von dem Hilfszylinder 7 begrenzt. Der Arbeitsraum 10 wird vom Hohlraum 14, dem Endabschnitt 12 und der Zylinderwand des Hilfszylinders 7 gebildet.

In der Zylinderwand des Hilfszylinders 7 sind im Abstand voneinander zwei ringförmige Nuten 16, 17 vorgesehen. Die Nut 16 steht über einen kanalförmigen Einlaß 18 mit einer Druckmittelquelle 19 in Verbindung. Die Nut 17 ist über einen kanalförmigen Auslaß 20 an einen Druckmittelvorratsbehälter 21 angeschlossen. Vom Arbeitsraum 9 verläuft ein Kanal 22 im Gehäuse 2 zu einer zylindrischen Nut 23 in der Wand des Verstärkerzylinders 3. Die Nut 23 mündet in eine Aussparung 24, die zwischen einem abgestuften Teil 25 des Verstärkerkolbens 4 und der Wand des Verstärkerzylinders 3 verläuft. Das abgestufte Teil 25 hat einen kleineren Durchmesser als der übrige Teil des Verstärkerkolbens 4.

Vom Hohlraum 14 verläuft ein Kanal 26 im Gehäuse 2 bis zum vorderen Ende des Verstärkerzylinders 3. Der Kanal 26 mündet nahe dem Boden des Verstärkerzylinders 3 in die zylindrische Wand. Die Kanäle 22 und 26 sind durch ein Differenzdruckventil 2 7 miteinander verbunden. Das Differenzdruckventil 2 7 wird durch einen entsprechend hohen Druck im Arbeitsraum 9 geöffnet .

Im Verstärkerkolben 4 befindet sich ein weiterer Zylinder 28, der koaxial zum Verstärkerzylinder 3 verläuft. Der Zylinder 28 geht nahe an der Stirnseite 5 in einen verbreiterten Abschnitt 29 über, der gegen die Stirnseite 5 hin offen ist. Einer oder mehrere radiale Kanäle 30 verbinden den Zylinder 28 mit der

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Aussparung 24. Im weiteren Zylinder 28 ist ein Bolzen 31 axial verschiebbar angeordnet. Der Bolzen 31 hat einen kleineren Durchmesser als der weitere Zylinder 28. An einer Stirnseite des Bolzens 31 befindet sich eine Druckplatte 32. Gegen die Druckplatte 32 drückt eine Schraubenfeder 33, deren anderes Ende sich am Boden des weiteren Zylinders 28 abstützt. Der Bolzen 31 hat einen verjüngten Schaft 34, der in einer nicht näher bezeichneten Bohrung, die in den Boden des Zylinders 28 mündet, axial verschiebbar gelagert ist. Ein Endstück 35, dessen Durchmesser gegenüber dem Schaft 34 vergrößert ist, befindet sich in einem entsprechend ausgebildeten Bohrungsabschnitt 36. Die Länge des Bohrungsabschnitts 36 bestimmt unter Abstimmung auf die axiale Ausdehnung des Endstücks 35 den axialen Verschiebeweg des Bolzens 31 . Wenn keine äußere Kraft auf den Bolzen 31 ausgeübt wird, drückt die Feder 33 den Bolzen 31 in Richtung der Öffnung des weiteren Zylinders 28. Liegt das Endstück 35 an der Kante der Bohrung an, in der der Schaft 34 geführt ist, dann steht die Druckplatte 32 am Anfang des Abschnitts 29. Dieser Zustand ist in Fig. 1 dargestellt.

Ein Betätigungskolben 37 ist in einer Bohrung 44 im Gehäuse 2 geführt. Diese Bohrung 44 weist die gleiche Längsachse wie der Zylinder 28 auf und schließt sich an diesen an. Der Durchmesser der Bohrung 44 entspricht dem Durchmesser des Zylinders 28 im Verstärkerkolben 4. Die Stirnseite 38 des Betätigungskolbens 37 liegt an der Druckplatte 29 an. Im Betatigungskolben 37 ist eine Stange 39 an ihrem einen Ende gelagert. Über die. Stange 39 kann eine von einem Bremspedal ausgeübte Kraft auf den Betatigungskolben 37 übertragen werden.

In Lösestellung des hydraulischen Verstärkers 1 erstreckt sich der Eingangsdruck bis zu einer mit 40 bezeichneten Steuerkante

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der Nut 16. Die Steuerkante 40 ist vom Schieberkolben 8 abgedeckt. Der Arbeitsraum 9 ist über den Kanal 22, die Nut 23, die Aussparung 24, den Kanal 30, den Zylinder 28, die Aussparung 6, den Kanal 26, den Hohlraum 14, den Arbeitsraum 10 und den Auslaß 20 mit dem drucklosen Druckmittelvorratsbehälter 21 verbunden. In der in Fig. 1 dargestellten Lösestellung gibt der Schieberkolben 8 eine Steuerkante 41 der Nut 17 frei.

Durch Betätigung des nicht dargestellten Bremspedals wird eine Kraft auf den Betätigungskolben 37 ausgeübt, der diese Kraft auf die Druckplatte 29 überträgt. Unter dem Einfluß dieser Kraft schiebt der Betätigungskolben 37 den Bolzen 31 entgegen der Kraft der Spiralfeder 33 ins Innere des Zylinders 28, wobei die Stirnseite 38 zunächst in den Abschnitt 29 eindringt, der so ausgebildet ist, daß er mit der Stirnseite 38 einen Ringspalt bildet. Dieser Ringspalt stellt ein Ventil dar. Wenn die Stirnseite 38 an der P ante des Zylinders 28 anliegt, ist der Ringspalt und damit das Ventil geschlossen. In dieser Lage wird auf die Flüssigkeit im Zylinder 28 und den bis zum Arbeitsraum 9 verlaufenden hydraulischen Kreis einschließlich der Flüssigkeit im Arbeitsraum 9 ein statischer Anfangsdruck ausgeübt, der mit ^Pc+. _t bezeichnet ist. Der Schieberkolben 8 befindet sich bei diesem Druck in Betriebsbereitschaftsstellung .

Wird auf den Betatigungskolben 37 eine den Anfangsdruck A^pc4. 4. übersteigende Kraft ausgeübt, geht der hydraulische

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Verstärker 1 in eine Teilbremsstellung über, in der der Betätigungskolben 37 den Bolzen 31 tiefer in den Zylinder 28 hineinschiebt. Dabei erhöht sich der Druck der Flüssigkeit im Zylinder 28 und in dem an diesen Zylinder angrenzenden Leitungssystem bis hin zum Arbeitszylinder 9. Dieser Druck wird mit P_B , bezeichnet. Unter dem Einfluß des erhöhten Drucks wird

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der Schieberkolben 8 aus seiner in Fig. 1 dargestellten Lage nach rechts bewegt. Hierbei verschließt der Schieberkolben 8 die Steuerkante 41, so daß keine Flüssigkeit mehr zum Druckmittelvorratsbehälter 21 austreten kann. Die Drucksteigerung bewirkt eine Verschiebung des Schieberkolbens 8 in eine Stellung, in der die Steuerkante 40 frei wird, d.h. der Arbeitsraum 9 steht unter dem geminderten Druck der Druckmittelquelle 19. Dieser Druck ist so hoch, daß das Differenzdruckventil 2 7 anspricht. Es gelangt Druckflüssigkeit über das Differenzdruckventil 27 und den Kanal 26 zur Aussparung 6. Der Druck in demjenigen Teil des Druckmittel enthaltenden Systems, das dem Differenzdruckventil 27 nachgeschaltet ist, wird mit Verstärkerdruck p_v bezeichnet. Der Verstärkerdruck wirkt über die Aussparung 6 auf die Stirnseite 5 des Verstärkerkolbens 4 ein und verschiebt diesen bei dem in Fig. 1 dargestellten hydraulischen Verstärker 1 nach links. Die auf den Verstärkerkolben 4 ausgeübte Kraft ist die Summe von Verstärkerdruck p_v χ Fläche 5 und P_R χ A,_. Die Fläche 5 ist die Differenz aus der Kreisfläche des Verstärkerzylinders 3 und der Kreisfläche des weiteren Zylinders 28. Wenn die auf den Betätigungskolben 37 ausgeübte Kraft konstant bleibt, wird der Verstärkerkolben 4 unter dem Einfluß des Verstärkerdruckes so weit nach links bewegt, bis der Druck im Zylinder 28 wieder abfällt. Der Schieberkolben 8 verschließt daher die Steuerkante 40. Hierdurch geht das Differenzdruckventil 27 wieder zu. Die Stirnseite 38 des Betätigungskolbens 37 befindet sich dann wieder in Höhe der Öffnungskante des Zylinders 28.

Bei zunehmender Krafteinwirkung über den Betätigungskolben 37 folgt der Verstärkerkolben 4 der Stirnseite des Betätigungskolbens 37. In dieser Stellung ist die Steuerkante 40 in Regelstellung, so daß Druckflüssigkeit von der Druckmittelquelle 19 in den Arbeitsraum 9 eintreten kann und von dort über das

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Differenzdruckventil 2 7 die Bewegung des Verstärkerkolbens 4 steuert. Auf den Verstärkerkolben 4 wirkt dabei ein Verstärkerdruck ein, der die Differenz zwischen dem Betätigungsdruck und dem am Differenzdruckventil 27 abfallenden Ansprechdruck ^p_?_ ist. Der Ansprechdruck des Differenzdruckventils 27 wird vorzugsweise so gewählt, daß er etwa das Doppelte des statischen Anfangsdrucks ist. Hierbei ergibt sich eine stabile Regelcharakteristik, die in Fig. 2 dargestellt ist.

Wenn das Endstück 35 den Boden des Bohrungsabschnitts 36 erreicht hat, befindet sich der hydraulische Verstärker 1 in Vollbremsstellung. In dieser Stellung ist der Einlaß 18 voll geöffnet, d.h. der Schieberkolben 8 ist in Offenstellung (Steuerkante 40) angelangt. Auf den Verstärkerkolben 4 wirkt die größtmögliche Unterstützungskraft ein. Eine höhere, beispielsweise zum Bremsen notwendige Kraft, muß von dem Betätigungskolben 3 7 über den Bolzen 31 , den Schaft 34 und das Endstück 35 auf den Verstärkerko'lben 4 übertragen werden.

Der Schieberkolben 8 wird, nachdem der Betätigungskolben 37 in seine den Anfangsdruck erzeugende Lage verschoben worden ist, dynamisch angesteuert. Im dynamischen Bereich sind der Betätigungsdruck und der dynamische Regeldruck gleich und unabhängig vom Speicherdruck.

Bei Belastung ist die Steuerkante 40 in Arbeitsstellung und arbeitet mit dem Differenzdruckventil 27 zusammen, wobei der Verstärkerdruck um den Ansprechdruck des Differenzdruckventils 2 7 niedriger ist als der Betätigungsdruck. Das von der Stirnseite 38 und dem Absatz 29 sowie dem Zylinder 28 gebildete Ventil befindet sich aufgrund der Druckdifferenz (P_ß -P ) in Arbeitsstellung.

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Bei Entlastung des Betatigungskolbens 37 sind die Steuerkante 41 und das Ventil zwischen der Stirnseite 38 und dem Abschnitt 29 bzw. dem Zylinder 28 in Arbeitsstellung. Der Verstärkerdruck ist um den statischen Anfangsdruck des Schieberventils niedriger als der Betätigungsdruck. Das Differenzdruckventil 27 ist geschlossen.

In Fig. 2 ist der Verstärkerdruck ρ in Abhängigkeit vom Betätigungsdruck P für die Teilbremsstellung und bei Be- und Entlastung des Betätigungskolbens dargestellt. Die Zweige 42, 43 der Charakteristik entsprechen jeweils dem Zustand bei regelnder Steuerkante 40 und gleichzeitiger Funktion des Differenzdruckventils 27 bzw. bei regelnder Steuerkante 41 und regelndem Ventil am Eingang des Zylinders 28.

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Bezugszeichenliste:

1	hydraulischer Verstärker
2	Gehäuse
3	Verstärkerzylinder
4	Verstärkerkolben
5	Stirnseite
6	Aussparung
7	Hilfszylinder
8	Schieberkolben
9	Arbeitsraum
10	Arbeitsraum
11	Endabschnitt
12	Endabschnitt
13	Druckplatte
14	Hohlraum
15	Feder
16	Nut
17	Nut
18	Einlaß
19	Druckmittelquelle
20	Auslaß
21	Druckmittelvorratsbehälter
22	Kanal
23	Nut
24	Aussparung
25	Teil
26	Kanal
27	Differenzdruckventil
28	Zylinder
29	Abschnitt
30	Kanal

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31	Bolzen
32	Druckplatte
33	Feder
34	Schaft
35	Endstück
36	Bohrungsabschnitt
37	Betätigungskolben
38	Stirnseite
39	Stange
40	Steuerkante - Einlaß
41	Steuerkante - Auslaß
42	Zweig
43	Zweig
44	Bohrung

Claims

ALFRED TEVES GMBH O 4 O 3 4 J Frankfurt am Main , 11. September 1984 P 5626 H. Pickel - 18 Hydraulischer Verstärker, insbesondere für Bremsanlagen von Kraftfahrzeugen Patentansprüche:

1. Hydraulischer Verstärker, insbesondere für Bremsanlagen von Kraftfahrzeugen, mit einem verschiebbar angeordneten Verstärkerkolben, auf den durch Betätigung eines über eine äußere mechanische Krafteinwirkung in einer Bohrung verschiebbaren Betätigungskolbens Druck ausgeübt wird, der von der Stellung eines vom Betätigungskolben steuerbaren Schieberkolbens abhängt, der unter Federvorspannung in einem Hilfszylinder verschiebbar ist, der über jeweils einen Einlaß und einen Auslaß mit einer Druckmittelquelle und einem Druckmittelvorratsbehälter verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungskolben (37) gegen eine Federspannung unter Schließung eines Ventils, das von der Stirnseite (38) des Betätigungskolbens (37) und einem weiteren Zylinder (28) im Verstärkerkolben (4) gebildet wird, in den weiteren Zylinder (28) einschiebbar ist, der mit einem ersten Arbeitsraum (9) vor einer Seite des Schieberkolbens (8) verbunden ist, vor dessen anderer Seite ein zweiter Arbeitsraum (10) vorgesehen ist, daß der erste Arbeitsraum (9) über ein Differenzdruckventil (27) mit dem zweiten Arbeitsraum (10) und dem vor der Stirnseite (5) des Verstärkerkolbens (4) liegenden Arbeitsraum verbunden ist und daß der Ansprechdruck des vom Druck im ersten Arbeitsraum (9) betätigbaren Differenzdruckventils (27)

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größer als der statische Anfangsdruck ist, der im ersten Arbeitsraum (9) zur Einstellung des Schieberkolbens (8) in Betriebsbereitschaftsstellung durch den Betätigungskolben (37) erzeugbar ist.

2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansprechdruck des Differenzdruckventils (27) etwa doppelt so groß wie der statische Anfangsdruck ist.

3. Verstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Zylinder (28) über einen Kanal (22) im Gehäuse des Verstärkers (1) mit dem ersten Arbeitsraum (9) und der zweite Arbeitsraum (10) über einen Kanal (26) im Gehäuse (2) mit dem Arbeitsraum vor der Stirnseite (5) des Verstärkerkolbens (4) verbunden ist und daß das Differenzdruckventil (27) zwischen die beiden Kanäle (22, 26) geschaltet ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieberkolben (8) je zwei Endabschnitte (11, 12) aufweist, deren Durchmesser kleiner als der Durchmesser des Mittelabschnitts sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß (20) in der durch die Federvorspannung bestimmten Endlage des Schieberkolbens (8) im Hilfszylinder (7) mit dem Arbeitsraum vor der Stirnseite des Verstärkerkolbens (4) verbunden ist.