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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Fluiddruckregler
für die Verwendung in einem Antiblockier-Bremssteuergerät
für ein Kraftfahrzeug, das ein Strömungs-Wechselventil für
die Steuerung des Bremsdruckes besitzt.
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Mit der Verbreitung von Antiblockier-Bremssteuergeräte für
Kraftfahrzeuge, ist es ein dringendes Erfordernis geworden,
ein Antiblockier-Steuergerät für ein kompaktes
wirtschaftliches Kraftfahrzeug zu entwickeln. Um dieses Erfordernis
zu erfüllen, wird in der GB-A-8512610 vorgeschlagen, ein
einziges Magnet-Ventil für jedes Fahrzeugrad in zwei
Betriebsarten zu verwenden, das heißt für die
Druckreduzierung und die Druckerhöhung, anstelle der Verwendung von
zwei Magnetventilen für jedes Fahrzeugrad, wie in dem
japanischen geprüften Patent 49-28307 offengelegt wird.
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Das in der letzten Veröffentlichung offenbarte Gerät ist in
den Fig. 4A, 4B und 4C gezeigt, in welcher ein Strömungs-
Wechselventil 3 in steuernder Art und Weise zur Erhöhung
des Bremsdruckes benutzt wird, anstelle eines
Magnetventils, wie es in der früheren Veröffentlichung verwendet
wird. Dieses Strömungs-Wechselventil 3 enthält ein Gehäuse
31, das mit einer Eingangsöffnung 31a ausgebildet ist, die
mit einem Druckzylinder 2 in Verbindung steht, sowie einer
Ausgangsöffnung 31b, die mit einer Radbremse 4 in
Verbindung steht, und einer Abflußöffnung 31c, die mit einem
Magnetventil 5, das als Abflußventil dient, in Verbindung
steht, und einem Kolben 32, der in dem Gehäuse 31
verschiebbar eingebaut ist, und der durch eine Feder 34 zum
Öffnen und Schließen der Fluidverbindung zwischen diesen
Öffnungen vorgespannt ist.
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Wenn sich das Ventil in seiner ursprünglichen in Fig. 4A
gezeigten Position befindet, in der die
Antiblockier-Steuerung nicht in Betrieb ist, wird ein großer
Strömungsdurchlaß ausgebildet, der sich von der Eingangsöffnung 31a durch
eine Rand-Vertiefung 32a, die in der äußeren Peripherie des
Kolbens 32 ausgebildet ist, bis zur Ausgangsöffnung 31b
erstreckt. Wenn das Magnetventil 5 bei der Antiblockier-
Steuerung angeregt und geöffnet wird, wird Hydrauliköl
durch die Abflußöffnung 31c in ein Reservoir 63 abgelassen.
Dies wird den Kolben 32 infolge der Differenz der Drücke an
beiden Enden desselben in die in Fig. 4B gezeigte Position
bewegen. In diesem Zustand wird der oben erwähnte große
Strömungsdurchlaß von der Durchflußkante 32b am Kolben 32
geschlossen.
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Der Kolben 32 wird weiter in die in Fig. 4C gezeigte
Position bewegt, in der sich an der Seite der Durchflußkante
32c ein Teil der Rand-Vertiefung 32a zu einem Durchgang 31e
öffnet. So wird von der Ausgangsöffnung 31b durch die
Vertiefung 32a und den Durchgang 31e ein Abflußkanal zur
Abflußöffnung 31c ausgebildet, der Hydrauliköl zur
Reduzierung des Bremsdruckes über das Magnetventil 5 von der
Radbremse 4 in das Reservoir 63 abläßt. Das Hydrauliköl, das
abgelassen wird, wird angesaugt und so durch eine Pumpe 61,
die von einem Motor 62 angetrieben wird, gedrückt, daß es
in die Leitung zwischen dem Druckzylinder 2 und der
Eingangsöffnung 31a zurückläuft.
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Wenn das Magnetventil 5 in dem in Fig. 4C gezeigten Zustand
zur Erhöhung des Bremsdruckes nicht erregt ist, wird der
Kolben 32 einen Dosiervorgang an seiner Durchflußkante 32d
durchführen, die einen beschränkten Strömungsdurchlaß
ausbildet, der die Eingangsöffnung 31a durch den Durchgang
31d,
eine Düse 33, eine Druckreduzierkammer 36, den
Durchgang 31d und die ringförmige Vertiefung 32a mit der
Ausgangsöffnung 31b verbindet. Der Radbremsdruck wird langsam
ansteigen. Wenn die Druckdifferenz zwischen der
Eingangsöffnung 31a und der Ausgangsöffnung 31b auf einen
bestimmten Betrag reduziert ist, wird der Kolben 32 in seine
ursprüngliche, in Fig. 4A gezeigte, Position zurückkehren.
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Diese Anordnung ist ökonomisch, weil jedes Rad mit einem
einzigen Magnetventil gesteuert werden kann. Die
Strömungsgeschwindigkeit des Hydrauliköls durch die Düse wird durch
die Druckdifferenz an beiden Enden derselben bestimmt,
welche wiederum durch die effektive Querschnittsfläche des
Kolbens 32 und die Vorspannkraft der Feder 34 bestimmt
wird. Wenn sich die Druckdifferenz über die Vorspannkraft
der Feder 34 erhöht, wird sich der Kolben 32 bewegen und
den beschränkten Strömungsdurchlaß mit seiner Dosierkante
32d verschließen. So kann die Druckdifferenz an beiden
Enden der Düse 33 auf ein Minimum begrenzt werden. Dies soll
nicht nur dazu dienen, die Strömungsgeschwindigkeit durch
die Düse 33 ungeachtet der Druckdifferenz zwischen der
Eingangsöffnung 31a und der Ausgangsöffnung 31b konstant zu
halten, sondern soll es auch möglich machen, die
Strömungsgeschwindigkeit durch die Ausgangsöffnung zu reduzieren,
selbst wenn sie einen etwas größeren Durchmesser besitzt.
Deshalb wird dieses System vorteilhaft in einem kompakten
Kraftfahrzeug angewendet, das eine Bremse geringer Größe
besitzt, die mit einer geringen Menge Hydrauliköl gesteuert
wird.
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Bei diesem Strömungsgeschwindigkeits-Wechselventil ist der
Kolben geeignet, wenn der Bremsdruck für die Antiblockier-
Steuerung reduziert wurde, in eine solche Position bewegt
zu werden, daß die Eingangsöffnung 31a und die
Ausgangsöffnung 31b miteinander in Verbindung gebracht werden, wie in
Fig. 4B gezeigt wird, und weiter in eine in Fig. 4C
gezeigte Position bewegt zu werden, in der die
Ausgangsöffnung 31b mit der Ausflußöffnung 31c in Verbindung gebracht
wird. Wenn der Bremsdruck in diesem Zustand wieder
ansteigt, wird sich der Kolben bewegen und den beschränkten
Strömungsdurchlaß durch die Düse öffnen. Wenn sich der
Kolben in einer Position zwischen der in Fig. 4B gezeigten
Position und der in Fig. 4C gezeigten Position befindet,
werden sowohl der große als auch der beschränkte
Strömungsdurchlaß durch die Durchflußkanten 32b beziehungsweise 32c
angeschlossen. Wenn der Kolben in dieser Position infolge
von Rost oder durch Fremdkörper verklemmt werden sollte,
wird es unmöglich werden, den Bremsdruck auf die Radbremsen
4 durch Erhöhung des Drucks im Druckzylinder 2 zu erhöhen.
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Dieses Problem ist nicht an das System gebunden, das ein
derartiges Strömungsgeschwindigkeits-Wechselventil nach dem
Stand der Technik des oben beschriebenen Typs besitzt,
sondern es ist ein allgemeines Problem in einem System, das
einen Kolben besitzt, der zum Abschalten der Verbindung
zwischen einem Einlaß und einem Auslaß bestimmt ist, wenn
er sich in einer Position zwischen seiner ursprünglichen
Position, in der ein großer Strömungsdurchlaß zwischen dem
Einlaß und dem Auslaß gebildet wird, und einer Position, in
der zum Wiederanstieg des Bremsdruckes ein beschränkter
Strömungsdurchlaß ausgebildet wird, befindet.
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Ein Drucksteuer-Ventil entsprechend dem Oberbegriff des
Anspruchs 1 ist aus der US-A-3 856 047 bekannt. Dieses
Steuerventil zeigt ein Klappenventil, das durch eine
Magnetspule gesteuert wird. Mit diesem Klappenventil ist es
jedoch nicht möglich, einen Fluidstrom von der
Eingangsöffnung zur Ausgangsöffnung des Ventils zu erlauben und dabei
einen Fluidstrom in entgegengesetzter Richtung zu
verhindern.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine
Fluiddrucksteuerung für eine Antiblockier-Bremssteuerung
bereitzustellen, welche die oben genannten Unzulänglichkeiten
umgeht.
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In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird eine
Fluiddrucksteuerung für ein Antiblockier-Bremssteuergerät
für ein Kraftfahrzeug mit einem Druckzylinder und einer
Radbremse bereitgestellt, wobei das Steuergerät ein
Strömungs-Geschwindigkeits-Wechselventil aufweist, mit: einem
Gehäuse, das mit einer Eingangsöffnung ausgebildet ist, die
mit dem Druckzylinder in Verbindung steht, und einer
Ausgangsöffnung, die mit der Radbremse in Verbindung steht;
einem Kolben, der verschiebbar im Gehäuse eingebaut ist,
und der mit einem Durchgang und einer Düse zum Umschalten
der Verbindung zwischen der Eingangsöffnung und der
Ausgangsöffnung ausgebildet ist; wobei der Kolben unter
Fluiddruck bewegt wird zwischen einer ersten Position, in der
ein großer Strömungsdurchlaß gebildet wird, und einer
zweiten Position, in der ein eingeschränkter Strömungsdurchlaß
durch die Düse zwischen der Eingangsöffnung und der
Ausgangsöffnung gebildet wird, wobei der große
Strömungsdurchlaß gesperrt ist; und einem Rückschlagventil, das in einem
Durchgang parallel zum eingeschränkten Strömungsdurchlaß
vorgesehen ist, und das bestimmt ist, einen Fluidstrom von
der Eingangsöffnung zur Ausgangsöffnung fließen zu lassen,
selbst wenn sowohl der große als auch der eingeschränkte
Strömungsdurchlaß gesperrt sind.
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Entsprechend der vorliegenden Erfindung kann, wenn der
Kolben in einer Position zwischen seiner ursprünglichen
Position und der Position für den Wiederanstieg des
Bremsdrukkes festklemmen sollte, Hydrauliköl durch das
Rückschlagventil in den Durchgang eingespeist werden, der parallel
zum eingeschränkten Strömungsdurchlaß zwischen dem Gehäuse
und der Buchse in der Radbremse zur Erhöhung des
Bremsdrukkes
ausgebildet ist. Das Rückschlagventil dient dazu, daß
das Fluid vom Einlaß zum Auslaß fließt, aber nicht in
entgegengesetzter Richtung.
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Während der normalen Verhältnisse, wenn der Kolben frei
gleitet, ist die Zeit während welcher sowohl der große als
auch der beschränkte Strömungsdurchlaß geschlossen sind, so
kurz, daß das Rückschlagventil keine nachteilige Wirkung
haben kann.
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Auch kann durch das Vorsehen des Rückschlagventils der
Bremsdruck, selbst wenn der Kolben verklemmt ist, durch die
Reduzierung des Druckes im Druckzylinder, und damit der
Eingangsdruck, reduziert werden. Unter normalen Umständen
wird der Druck am Einlaß (Druck im Druckzylinder) stets
niedriger sein als der Druck am Auslaß (Bremsdruck) und
somit kann das Rüchschlagventil keine nachteilige Wirkung
besitzen.
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Entsprechend der vorliegenden Erfindung kann selbst dann,
wenn der Kolben blockiert werden sollte, ein
Mindest-Bremsdruck, der zur Garantie der Sicherheit erforderlich ist, an
die Radbremsen angelegt werden.
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Andere Merkmale und Aufgaben der vorliegenden Erfindung
werden durch die folgende Beschreibung deutlicher, die mit
Hinweis auf die beiliegenden Zeichnungen erfolgt, in denen:
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Fign. 1A - 1C schematische Ansichten eines ersten
Ausführungsbeispiels in verschiedenen Zuständen darstellen;
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Fign. 2A und 2B schematische Ansichten eines zweiten
Ausführungsbeispiels in verschiedenen Zuständen darstellen;
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Fig. 3 eine schematische Ansicht eines dritten
Ausführungsbeispiels darstellt; und
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Fign. 4A - 4C schematische Ansichten eines
Fluiddruckreglers nach dem Stand der Technik in verschiedenen Zuständen
darstellt.
(erstes Ausführungsbeispiel)
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Die Fign. 1A bis 1C zeigen das erste Ausführungsbeispiel,
welches sich vom Steuergerät nach dem in der Fig. 4A
gezeigten Stand der Technik dadurch unterscheidet, daß das
Gehäuse 31 mit einem Durchgang 31g versehen ist, und daß
ein Rückschlagventil 37, das eine Kugel und eine befestigte
Ventil-Auflage 31h enthält, in dem Durchgang 31g vorgesehen
ist, welcher sich parallel zum eingeschränkten
Strömungsdurchlaß erstreckt. Bei normalen Verhältnissen arbeitet
dieses Ventil in derselben Weise wie das in Fig. 4A
gezeigte Ventil nach dem Stand der Technik. Es fließt
nämlich, während sich das Ventil in der in Fig. 1 gezeigten
Position befindet, in der das Antiblockier-Bremssteuergerät
nicht in Betrieb ist, kein Hydrauliköl durch die Düse 33,
sondern es fließt durch den großen Strömungsdurchlaß. Die
Drücke an beiden Seiten des Rückschlagventils 37 werden
gleich gehalten.
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Während der Phase der Druckreduzierung der Antiblockier-
Steuerung wird Hydrauliköl durch die Abflußöffnung 31c
abgelassen. Dadurch wird der Druck in der
Druckreduzier-Kammer 36 und im Durchgang 31f abfallen und die Kugel des
Rückschlagventils wird gegen die Ventilauflage 31h
gedrückt. Dieser Zustand dauert fort, bis die Durchflußkante
32c geöffnet wird. Wenn sich der Kolben 32 in die in Fig.
1C gezeigte Position bewegt, wird Hydrauliköl durch die
Ausgangsöffnung 31b, die Vertiefung 32a, die in der äußeren
Peripherie des Kolbens 32 ausgebildet ist, die
Durchflußkante 32c und den Durchgang 31e fließen, so daß es durch
die Abflußöffnung 31c abgelassen wird. Nun wird der Druck
an beiden Seiten des Rückschlagventils wieder gleich
werden.
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Wenn sich der Kolben 32 in einer Position zwischen der in
Fig. 1B gezeigten und einer in Fig. 1C gezeigten Position
verklemmen sollte, obwohl der eingeschränkte
Strömungsdurchlaß, der sich von der Eingangsöffnung 31a durch
den Durchgang 31d, die Düse 33, die Druckreduzierkammer 36,
den Durchgang 31f und die Rand-Vertiefung 32a zur
Ausgangsöffnung 31b erstreckt, durch den Durchflußkantenteil 31d
gesperrt ist, kann Hydrauliköl, das Rückschlagventil 37
hochschiebend, durch den Durchgang 31g, und zur
Ausgangsöffnung 31b fließen, um Druck an die Radbremsen 4
anzulegen.
(zweites Ausführungsbeispiel)
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Die Fig. 2A und 2B zeigen das zweite Ausführungsbeispiel,
welches ein Strömungs-Geschwindigkeits-Wechselventil 3
eines anderen Typs als das des ersten Ausführungsbeispiels
verwendet. Die anderen Teile sind mit denen im ersten
Ausführungsbeispiel verwendeten identisch.
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In diesem Ausführungsbeispiel enthält das
Strömungs-Geschwindigkeits-Wechselventil 3 ein Gehäuse 31, das mit
einer Eingangsöffnung 31a ausgebildet ist, die mit dem
Druckzylinder 2 in Verbindung steht, einer Öffnung Pol, die
mit der Radbremse 4 in Verbindung steht, und einer Öffnung
P02, die mit der Abflußleitung in Verbindung steht, und
einem Kolben 32, der mit Durchgängen für die
Fluidverbindung ausgebildet und verschiebbar in dem Gehäuse 31
eingebaut ist, so daß die Verbindung zwischen den Öffnungen
umgeschaltet werden kann. Der Kolben 32 ist durch die Feder
34 in einer Richtung vorgespannt.
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Dieses Strömungs-Geschwindigkeits-Wechselventil 3 ist in
seinem Gehäuse 31 mit Kanälen R3 und R4 ausgebildet und in
den Leitungen, die von den jeweiligen Kanälen R3 und R4 zur
Radbremse 4 verlaufen, sind Rückschlagventile 37
beziehungsweise 37' vorgesehen, um im Notfall eine zuverlässige
Bremsung sicherzustellen. Unter normalen Verhältnissen, ob
im Modus der Antiblockier-Steuerung oder nicht, werden
diese Schaltungen in Ruhe gehalten.
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In dem in Fig. 2A gezeigten Zustand, in dem die
Antiblokkier-Steuerung nicht in Betrieb ist, wird ein großer
Strömungsdurchlaß ausgebildet, der sich von der Eingangsöffnung
31a durch den Durchgang P1, die Druck-Übertragungs-Kammer
35 und die Durchgänge P2 und R1 zur Ausgangsöffnung P01
erstreckt. Zur Reduzierung des Bremsdruckes während der
Antiblockier-Steuerung wird das Magnetventil in Betrieb
gesetzt, öffnet sich und läßt das Hydrauliköl durch die
Abflußöffnung P02 in die Abflußleitung fließen. Im Ergebnis
wird der Druck in der Druckreduzierkammer 6 abfallen und
eine Druckdifferenz zwischen der Kammer 6 und der Druck-
Übertragungs-Kammer 35 aufgebaut. Diese Druckdifferenz wird
den Kolben 32 in eine solche Position bewegen, daß der
große Strömungsdurchlaß von seinem Durchflußkantenteil 32b
geschlossen wird. Wenn sich der Kolben weiter in die in
Fig. 2B gezeigte Position bewegt, wird die Durchflußkante
32c geöffnet und einen Durchlaß bilden, der die
Ausgangsöffnung P01 mit der Abflußöffnung P02 verbindet. Der
Fluiddruck in der Radbremse wird abfallen.
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Wenn der Bremsdruck während der Antiblockier-Steuerung
wieder ansteigt, wird das Magnet-Ventil 5 abgeschaltet und
schließt sich. Der Kolben 32 wird in der in Fig. 2B
gezeigten Position bleiben und den Dosiervorgang an seinem
Durchflußkantenteil 32d durchführen. So wird der eingeschränkte
Strömungsdurchlaß ausgebildet, der sich von der
Eingangsöffnung 31a durch den Durchgang P1, die Druck-Übertragungs-
Kammer 35, die Düse 33, die Druck-Reduzierkammer 36 und die
Durchgänge P3 und R2 zur Ausgangsöffnung P01 erstreckt.
Dank der Druckdifferenz an beiden Enden der Düse 33, welche
durch die effektive Querschnittsfläche des Kolbens 32 und
die Vorspannungskraft der Feder 34 bestimmt wird, wird das
Hydrauliköl mit einer geringen Geschwindigkeit durch die
Düse 33 fließen. Wenn der Bremsdruck auf einen solchen
Betrag ansteigt, daß die Druckdifferenz zwischen der
Eingangsöffnung 31a und der Ausgangsöffnung P01 unterhalb der
Druckdifferenz an beiden Enden der Düse 33 abfällt, wird
der Kolben 32 durch die Feder 34 zurück in die in Fig. 2A
gezeigte Position angehoben, in der der große
Strömungsdurchlaß wieder öffnet.
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Die Eingangs- und die Ausgangsöffnung, die in dem Gehäuse
31 gebildet sind und die Durchgänge, die in dem Kolben 32
ausgebildet sind, sind so angeordnet, daß dann, wenn der
Auslaß P01 durch den Durchflußkantenteil 32b von dem
Durchgang P2 abgesperrt ist, die Eingangsöffnung 31a mit dem
Durchgang P1 in Verbindung steht, während der Durchgang P3
nicht mit der Ausgangsöffnung P01 in Verbindung bleibt, so
daß dann, wenn sich der Kolben 32 weiter abwärts in eine in
Fig. 2B gezeigte Position bewegt, der Durchgang P3 mit der
Ausgangsöffnung P01 in Verbindung tritt und die
Eingangsöffnung 31a und der Durchgang P1 durch einen kleinen Spalt
miteinander in Verbindung treten. Die Positionen der Teile
zueinander werden so bestimmt, daß der Kolben 32 an der
Position angehalten wird, in der Gleichgewicht zwischen der
Vorspannungskraft der Feder 34 und der Kraft, die den
Kolben abwärts drängt, herrscht.
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Wenn der Kolben 32 in dem Gehäuse 31 stecken und während
der Antiblockier-Steuerung unbeweglich in einer solchen
Position sein sollte, daß die Durchflußkantenteile 32b und
32c den großen Strömungsdurchlaß, der sich durch die
Durchgänge P2 und R1 in dem Kolben 32 ersteckt, und den
eingeschränkte Strömungsdurchlaß, der sich durch die Durchgänge
P3 und R2 erstreckt, Verschließen, kann kein Bremsdruck
durch einen der obigen zwei Kanäle an die Radbremse
angelegt werden.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel zweigt jedoch ein Durchgang
R4 parallel zur Durchflußkante 32c, die zum Schließen des
engen Durchgangs bestimmt ist, von dem weiten Durchgang ab,
und das Rückschlagventil 37 ist in der Leitung angeordnet,
die den Durchgang R4 mit der Radbremse 4 verbindet. Bei
dieser Anordunung kann der Bremsdruck an die Radbremse
selbst dann angelegt werden, wenn sowohl der große
Strömungsdurchlaß als auch der eingeschränkte Strömungsdurchlaß
geschlossen sind.
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Das Magnetventil 5 wird in einer derartigen
Notfall-Situation als geschlossen angenommen. Wenn das Bremspedal in
diesem Zustand nachgelassen wird, wird das Hydrauliköl in
der Radbremse 4 durch das andere Rückschlagventil 37'
zurück, durch den Durchgang R3 und die Eingangsöffnung 31a in
den Druckzylinder 2 fließen.
(drittes Ausführungsbeispiel)
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Da dieses Ausführungsbeispiel dasselbe
Fluiddrucksteuerungs-System, wie die anderen Ausführungsbeispiele besitzt,
zeigt Fig. 3 zur Vereinfachung nur ein
Strömungsgeschwindigkeits-Wechselventil 3. Es besitzt im wesentlichen
denselbe Aufbau wie das Ventil in dem zweiten
Ausführungsbeispiel (Fig. 2A) und unterscheidet sich davon nur dadurch,
daß eine Buchse 38 zwischen dem Gehäuse 31 und dem Kolben
32 vorgesehen ist, daß das Magnetventil 5 in dem Ventil 3
integriert ist und daß die Rückschlagventile einen anderen
Aufbau als die im zweiten Ausführungsbeispiel besitzen. Die
Funktion der Rückschlagventile ist vollständig dieselbe wie
in dem zweiten Ausführungsbeispiel.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel sind Topfdichtungen, die als
Rückschlagsventile 37 und 37' dienen, in ringförmige
Vertiefungen eingepaßt, die in der äußeren Peripherie der
Buchse 38 ausgebildet sind. Andere ringförmige Vertiefungen
R0 und R4 dienen als Durchgänge für die Rückschlagventile
37 und 37'.
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Selbst wenn der Kolben 32 stecken bleiben sollte, bevor er
die in Fig. 2B gezeigte Position für die
Wiederunterdrucksetzung erreicht hat, und wenn die Durchflußkantenteile 32b
und 32c beide geschlossen sind, wird Hydrauliköl durch die
Eingangsöffnung 31a, den Durchgang P1, die
Druck-Übertragungs-Kammer 35, die Düse 33, die Druckreduzierkammer 36
und den Durchgang R4 fließen, der parallel mit dem
Durchflußkantenteil gedrückt und fließt ist, das durch die
Kugelkalottendichtung 37 beschleunigt wird und durch die
ringförmige Vertiefung R0 und durch die Ausgangsöffnung P01
in die Radbremse 4. Wenn das Bremspedal in diesem Zustand
nachgelassen wird, wird Hydrauliköl durch die ringförmige
Vertiefung R0, den Durchgang R1 und ein eingeschränktes
Loch 38a fließen, das durch die Kugelkalotten-Dichtung 37'
durch die Eingangsöffnung 31a in den Druckzylinder 2 zurück
gedrückt wird.