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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Bremszylinder mit mechanischer
und hydraulischer Betätigung
für ein
Kraftfahrzeug, das eine Neutralisierung der Ringquerschnittseinstellung
sowie eine Scheibenbremse mit einem derartigen Zylinder aufweist.
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Es
ist bekannt, dass Bremszylinder mit mechanischer und hydraulischer
Betätigung
aus einem Kolben, der unter der Wirkung des Drucks einer Hydraulikflüssigkeit
translatorisch verlagert werden kann, oder aus einer Kombination
von bewegbaren Teilen bestehen.
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Die
Hydraulikflüssigkeit
wird unter Druck in den Bremszylinder eingespritzt und wirkt bei
der Betätigung
einer Fahrbremse auf den Kolben, während die bewegbaren Teile
in Bewegung versetzt werden, wenn der Fahrzeugfahrer die Feststellbremse
betätigt.
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Bei
den meisten Fahrzeugen wird die Betätigung der Feststellbremse
durch Zug eines Kabels umgesetzt, das mit einem Schwenkhebel verbunden ist,
der am Bremszylinder angebracht ist. Ein Rampenmechanismus mit Kugeln
ist dann im Zylinder so vorgesehen, dass die Drehbewegungen des
Hebels in translatorische Bewegungen umgewandelt werden, die dem
Kolben übertragen
werden müssen.
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Bremszylinder,
die Kugelrampen verwenden, weisen somit eine Welle auf, die außerhalb
des Zylinders hervorsteht und an der der Hebel angebracht ist, der
durch Zug des Kabels betätigt
werden kann. Diese Welle ist fest mit einer drehenden Scheibe verbunden,
die mit einer translatorisch bewegbaren Scheibe zusammenwirkt, wobei
Kugeln, die in Rampen aufgenommen sind, welche in den beiden Ebenen
ausgebildet sind, dazwischen angeordnet sind, so dass jegliche Drehung
der drehenden Scheibe zu einer Translationsbewegung der beweglichen
Scheibe führt,
wobei diese ein Zwischenteil drückt,
das sich bis zum Kolben erstreckt, um diesem die Translationsbewegung
der beweglichen Scheibe zu übertragen.
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Der
Kolben geht somit über
eine Translationsbewegung, deren Weg dem der beweglichen Scheibe
entspricht, von einer Ruheposition, die von einer vorherigen Bremsung
verlassen wurde und in der die Beläge die Scheibe nahezu berühren, jedoch nicht
gegen diese gedrückt
sind, in eine Bremsposition über,
in der die Beläge
gegen die Scheibe gedrückt
sind.
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Aufgrund
der Abnutzung der Beläge
nähert sich
die Ruheposition des Kolbens bezüglich
des Translationsweges nicht unerheblich der Scheibe an. Es ist somit
erforderlich, das Zwischenteil zu verlängern, damit die Anpassung
dieses Teils an die Entfernung zwischen dem Kolben in der Ruheposition
und der beweglichen Scheibe beibehalten wird.
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Zu
diesem Zweck ist bekannt, ein einstellbares Zwischenteil zu verwenden,
das aus einer Schraube und einer Mutter besteht, die ineinander geschraubt
und auseinanderschraubbar sind, damit sich der Schraubenkopf von
der Mutter entfernt, wodurch die Länge des Zwischenteils vergrößert wird.
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Damit
diese Einstellung effektiv ist, muss sie automatisch im Bremszylinder
in dem Maße
erfolgen, wie sich die Reibbeläge
abnutzen.
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Dazu
ist die Schraube mit dem Kolben in seinen Translationsbewegungen
verbunden, während die
Mutter durch eine Feder so gehalten ist, dass sie sich translatorisch
nicht bewegen kann. Bei hydraulischen Bremsbetätigungen neigt somit die Kolbenverlagerung
dazu, die Schraube von der Mutter zu entfernen, wodurch das Auseinanderschrauben
und somit das Verlängern
des Zwischenteils bewirkt werden.
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Die
WO 0037820 beschreibt im Wesentlichen einen derartigen Bremszylinder.
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Dieses
System ist zufriedenstellend, es muss jedoch zwei zusätzliche
Merkmale aufweisen, die nun beschrieben werden.
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Zunächst ist
es dringend erforderlich, dass sich insbesondere bei der mechanischen
Bremsbetätigung,
bei der das Zwischenteil zwischen der beweglichen Scheibe und dem
Kolben zusammengedrückt ist,
die Schraube nicht erneut in die Mutter schrauben kann. Deshalb
ist die Schraube durch eine Kegelkupplung mit geringfügigem axialem
Spiel mit dem Kolben verbunden, während die Mutter konstant drehfest
ist. Wenn die Kegelkupplung anliegt, wenn also das Zwischenteil
durch die bewegliche Scheibe gegen den Kolben gedrückt ist,
verhindert der Kolben das Drehen der Schraube. Sobald diese Kegelkupplung
aufgrund ihres axialen Spiels nicht mehr anliegt, kann die Schraube
dagegen frei um ihre Achse drehen.
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Bei
der hydraulischen Bremsung kann sich somit die Schraube von der
Mutter abschrauben, um die Länge
des Zwischenteils zu vergrößern, sie
kann sich jedoch bei der mechanischen Bremsung nicht in die Mutter
schrauben, damit das Zwischenteil seine zuvor eingestellte Länge beibehält.
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Das
zweite unentbehrliche Merkmal des Systems besteht darin, dass verhindert
werden muss, dass die automatische Einstellung des Zwischenteils
zu einer Blockierung des Kolbens in der Position der angezogenen
Bremse führt,
was sich ereignen könnte,
wenn sich das Zwischenteil systematisch um die Gesamtlänge der
Kolbenverlagerung verlängern
würde.
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Dazu
ist ein Endabschnitt der Schraube gleitend in dem Kolben angebracht,
wobei eine Dichtung dazwischen angeordnet ist, die den Endabschnitt
der Schraube, der in den Kolben eindringt, vor dem Hydraulikdruck
der Flüssigkeit
schützt.
Dieser Abschnitt weist einen Querschnitt auf, der Neutralisierungsquerschnitt
genannt wird, durch den die unter Druck stehende Flüssigkeit
auf die Schraube eine resultierende Kraft ausübt, die dazu neigt, diese gegen
den Kolben zu drücken
und somit die Kegelkupplung in Anlage zu bringen, d.h. das Drehen
der Schraube und das Einstellen des Zwischenteils zu verhindern. Diese
resultierende Kraft ist der Kraft entgegengesetzt, die von der Feder
ausgeübt
wird, die eine Translationsbewegung der Mutter verhindert, und ein Tarieren
dieser Feder ermöglicht
es, den Grenzdruck festzulegen, ausgehend von dem die resul tierende Kraft
des Drucks der Hydraulikflüssigkeit
die Wirkung der Feder überwindet
und das Einstellen des Zwischenteils anhält. Das Zwischenteil folgt
dann den Bewegungen des Kolbens, ohne sich zu verlängern.
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In
der Praxis wird die Feder auf den höchstmöglichen Wert tariert, wobei
bekannt ist, dass die resultierende Grenzkraft unter Berücksichtigung
der Größe des Neutralisierungsquerschnitts
und des Flüssigkeitsdrucks
bei der Bremsung im Allgemeinen etwa 700 Newton beträgt.
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Folglich
muss die Feder, die die Mutter hält, eine
ausreichende Steifigkeit haben, um der resultierenden Kraft von
700 Newton standzuhalten.
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Die
Erfinder der vorliegenden Erfindung haben festgestellt, dass die
erforderliche Steifigkeit der Feder eine Reduzierung des Bremszylindervolumens aufgrund
der Schwierigkeit, die verschiedenen Teile und insbesondere die
Feder kompakt auszubilden, verhindert.
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Das
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, dieses Problem zu
lösen,
indem ein Bremszylinder mit mechanischer und hydraulischer Betätigung vorgeschlagen
wird, der eine dichte Kammer bildet, die eine unter Druck stehende
Hydraulikflüssigkeit
enthalten kann und einen translatorisch bewegbaren Kolben aufweist,
einen Stößel, der
bei einer mechanischen Betätigung
der Bremse in Richtung des Kolbens verlagert werden kann, ein Zwischenteil,
das zwischen dem Kolben und dem Stößel eingesetzt ist und aus
zwei Elementen besteht, die ineinander geschraubt und auseinanderschraubbar sind,
um die Länge
des Zwischenteils zu vergrößern, wobei
jedes Element ein Anschlagstück
berührt,
das aus dem Kolben bzw. dem Stößel besteht,
wobei das erste Zwischenteilelement und das Anschlagstück, das
es berührt,
so ausgebildet sind, dass sie drehend ineinander eingreifen, wenn
sich das Element gegen das Anschlagstück stützt, wobei das erste Zwischenteilelement
einen Endabschnitt aufweist, der in eine in dem Anschlagstück ausgebildete
Bohrung eindringt, wobei diese Bohrung von der Kammer isoliert ist,
so dass der Endabschnitt dem Druck der in der Kammer enthaltenen
Flüssigkeit
nicht ausgesetzt ist und daher die unter Druck stehende Flüssigkeit
auf das erste Element eine axiale Kraft ausübt, die zum entsprechenden
Anschlagstück
ausgerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Element
von einem Kanal durchquert ist, der die Kammer des Zylinders mit
der Bohrung des Anschlagstücks
verbinden kann, wobei dieser Kanal durch einen beweglichen Verschluss
verschlossen ist, welcher sich unter der Wirkung der unter Druck
stehenden Flüssigkeit, die
in der Kammer vorhanden ist, gegen den Boden der Bohrung stützt und
dabei dem ersten Zwischenteilelement im Wesentlichen keine axiale
Kraft überträgt.
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Somit
wird durch die Erfindung die Wirkung der unter Druck stehenden Flüssigkeit
auf das erste Element lediglich auf den Querschnitt des ersten Elements
an seinem Endabschnitt ausgeübt
abzüglich des
Kanalquerschnitts, der aufgrund des beweglichen Verschlusses dem
Druck der Hydraulikflüssigkeit
nicht ausgesetzt ist.
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In
anderen Worten ist der Neutralisierungsquerschnitt des ersten Elements
der Ringquerschnitt des ersten Elements um den Kanal.
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Man
versteht, dass durch die Verringerung des Neutralisierungsquerschnitts
folglich die Kraft verringert wird, die von der Flüssigkeit
auf das erste Element ausgeübt
wird. Die Feder, die das zweite Element hält und das Einstellen des Zwischenteils
bis zu einem Grenzdruck der Hydraulikflüssigkeit ermöglicht,
muss also eine Steifigkeit aufweisen, die proportional zur Reduzierung
des Neutralisierungsquerschnitts verringert ist.
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Während in
der Praxis die resultierende Grenzkraft bei etwa 700 Newton liegt,
beträgt
die resultierende Grenzkraft des erfindungsgemäßen Zylinders lediglich etwa
300 Newton.
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Die
Feder zum Halten des zweiten Elements kann also erheblich reduziert
werden und gleichzeitig ihre Funktion erfüllen.
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Bei
einer besonderen Ausführungsform
der Erfindung ist der verstellbare Stößel ein Rampenmechanismus mit
Kugeln, der eine schwenkbare Eingangs scheibe und eine bewegliche
Scheibe aufweist, die durch Kugeln getrennt sind, welche in Rampen
liegen, die in den beiden Scheiben ausgebildet sind.
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Gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung ist das erste Zwischenteilelement eine Mutter, deren
Gewindebohrung den Kanal bildet, und vorzugsweise ist das Anschlagstück des ersten
Elements der Kolben.
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Gemäß einer
zweiten Ausführungsform
ist das erste Zwischenteilelement eine Schraube, deren Kopf vom
Kanal durchquert ist, welcher seitlich in den Körper der Schraube mündet.
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Der
bewegliche Verschluss kann erfindungsgemäß ein gleitender Einsatz sein,
der einen zylindrischen Körper
aufweist, welcher den Kanal einnimmt, der die Kammer des Zylinders
mit der Bohrung des Anschlagstücks
verbindet.
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Um
die Verständlichkeit
der Erfindung zu vereinfachen, wird nun eine beispielhafte, nicht
einschränkende
Ausführungsform
anhand der einzigen, beigefügten
Figur beschrieben, die eine axiale Schnittansicht eines Bremszylinders
gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung ist.
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In
der beschriebenen Ausführungsform
weist der Bremszylinder einen im Wesentlichen zylindrischen Körper 1 auf,
der mit einem ersten Ende versehen ist, das teilweise durch eine
Wand 2 verschlossen ist, wobei lediglich ein axialer Durchgang 3 gelassen
wird, und mit einem zweiten Ende, das an seinem gesamten Innenquerschnitt
offen ist, welcher vom zweiten Ende des Körpers bis etwa zur Mitte seiner
Länge konstant
bleibt und eine zylindrische Kammer ausbildet, in der ein Kolben 4 gleitet,
der eine entsprechende Außenform
besitzt.
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Der
Kolben 4 weist gegenüber
von seiner Außenfläche zum
Abstützen
gegen eine Bremsbelag-Trägerplatte 5 zum
einen einen insgesamt ebenen Boden 6 und zum anderen eine
Umfangsschürze 7 auf,
welche die zylindrische Außenform
des Kolbens definiert und einen Raum im Inneren des Kolbens begrenzt,
der in Richtung des ersten Körperendes
offen ist.
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Eine
Dichtung 8, die sich in einer ringförmigen Innennut der zylindrischen
Kammer des den Kolben aufnehmenden Körpers befindet, gewährleistet die
Dichtigkeit zwischen dem Kolben und der zylindrischen Kammer.
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Im
Kolben ist ausgehend von seinem Boden 6 in Richtung der
Trägerplatte
eine axiale Bohrung 9 ausgebildet. Diese Bohrung 9 gibt
den Raum frei, der erforderlich ist für das axiale Gleiten des Endes 10 eines
ersten Zwischenteilelements 11, das sich axial im Körper erstreckt,
wobei es an ein zweites Zwischenteilelement 12 geschraubt
wird, um ein einstellbares Zwischenteil zu bilden, das zu einem
Rampensystem mit Kugeln führt,
welches eine Eingangsscheibe 13 und eine bewegliche Scheibe 14 aufweist,
die durch Kugeln 15 getrennt sind, die in Rampennuten liegen, wie
dies bekannt ist.
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Das
erste Zwischenteilelement 11 ist eine Mutter, die sich
axial einerseits bis zum Inneren der Bohrung 9 und andererseits
in Richtung der Wand 2 des Körpers 1 erstreckt.
Diese Mutter wird an den Gewindekörper 12a einer Schraube
geschraubt, die drehfest, jedoch translatorisch bewegbar ist und
das zweite Zwischenteilelement 12 bildet.
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Die
Eingangsscheibe 13 weist einen Fortsatz auf, der den Durchgang 3 durchquert
und nach außerhalb
des Körpers
vorsteht, wo ein Hebel 16 zur Betätigung der Feststellbremse,
der am Fortsatz angebracht ist, mit einem nicht dargestellten Kabel
verbunden ist, das zu einem nicht dargestellten Betätigungsorgan
wie etwa einem Handhebel oder Pedal führt, das im Fahrzeuginnenraum
angeordnet ist.
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Die
bewegliche Scheibe 14 wird durch einen Vorsprung 17 bezüglich des
Körpers
drehbeweglich gehalten.
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Das
erste Zwischenteilelement 11 weist einen Kragen 18 auf,
der sich in der Nähe
des Kolbenbodens 6 befindet und eine Schulter bildet, die
die axiale Verlagerung des ersten Elements zum Kolben begrenzt.
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Dieser
Kragen 18 weist einen kegelstumpfartigen Abschnitt 18a auf,
der zum Kolben 4 gerichtet ist, während der Kolben 4 eine
kegelstumpfartige Aufnahme 4a aufweist, die eine komplementäre Form
besitzt. Diese beiden entsprechenden, kegelstumpfartigen Oberflächen bilden
eine Kegelkupplung, die gewährleistet,
dass das erste Zwischenteilelement drehfest mit dem Kolben verbunden
ist, wenn sich die kegelstumpfartigen Oberflächen gegeneinander abstützen.
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Mit
anderen Worten wird ein Drehen des ersten Zwischenteilelements 11 verhindert,
da das Drehen des Kolbens durch die Trägerplatte 5 verhindert wird,
wenn sich der Kragen 18 axial gegen den Kolben 4 abstützt.
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Der
Kragen 18 wird der Wirkung eines elastischen Rings 19 ausgesetzt,
der durch einen Sicherungsring 20 in der Umfangsschürze 7 des
Kolbens gehalten ist. Der Ring 19 neigt dazu, den Kragen 18 gegen
die kegelstumpfartige Aufnahme 4a des Kolbens zu drücken, wobei
ein Kugellager 21 zwischen dem Kragen 18 und dem
Ring 19 angeordnet ist, damit das erste Element 11 nicht
durch den elastischen Ring 19 daran gehindert wird, um
seine Längsachse zu
drehen.
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Ein
Gehäuse
oder eine Glocke 22 umschließt das Rampensystem mit Kugeln,
nämlich
die Eingangsscheibe 13, die Kugeln 15 und die
bewegliche Scheibe 14 sowie einen Teil des zweiten Zwischenteilelements 12,
der dem Kolben gegenüberliegt.
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Eine
Spiralfeder 23, die das Halten des zweiten Elements 12 gegen
das Rampensystem mit Kugeln gewährleistet,
ist ebenfalls vom Gehäuse 22 umschlossen.
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Wenn
keine hydraulischen Kräfte
vorhanden sind, drückt
der elastische Ring 19 den Kragen 18 gegen die
Aufnahme 4a, und das Drehen des ersten Elements 11 wird
durch die Kegelkupplung verhindert, während die Spiralfeder 23 das
zweite Element 12 gegen das Rampensystem mit Kugeln hält.
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Ein
zylindrischer Kanal 24 ist in dem Ende 10 des
ersten Elements 11 ausgebildet und mündet in Richtung des Kolbens
gegenüber
vom Boden 25 der Bohrung 9.
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Der
Kanal 24 ist durch die Längsbohrung der Mutter gebildet
und verläuft
folglich auf deren Gesamtlänge.
Er befindet sich im hydraulischen Druckgleichgewicht mit dem Inneren
des Zylinders.
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Ein
gleitender Verschluss 26 ist an der Mündung des zylindrischen Kanals 24 angeordnet
und gewährleistet
dessen dichtes Verschließen,
so dass die im Zylinder vorhandene Hydraulikflüssigkeit den Kanal füllt, jedoch
nicht aus diesem fließen
kann.
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Der
Verschluss besitzt eine schalenartige Umdrehungsform, die dazu geeignet
ist, eine gute Dichtigkeit gegenüber
der Hydraulikflüssigkeit
beizubehalten, auch wenn diese einem hohen Druck ausgesetzt ist,
da unter der Wirkung dieses Drucks der Umfang des Verschlusses gegen
die Seitenwand des Kanals gedrückt
wird.
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Auch
wenn sich der Verschluss 26 den Leckagen von Hydraulikflüssigkeit
widersetzt, ist er jedoch auch in der Lage, über einen Weg, der durch die axiale
Entfernung zwischen dem Boden 25 der Bohrung 9 und
der Vorderwand des ersten Elements 11 bestimmt ist, in
der Mündung
des Kanals zu gleiten.
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Bei
einem hohen Druck der Hydraulikflüssigkeit gleitet somit der
Verschluss 26 in Richtung des Kolbens, bis er gegen den
Boden 25 in Anschlag gelangt.
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Das
erste Zwischenteilelement 11 wird somit ungeachtet des
möglicherweise
hohen Drucks der Hydraulikflüssigkeit
keiner axialen Kraft durch den Verschluss ausgesetzt.
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Eine
weitere Dichtung 27 ist in einer ringförmigen Nut des Endes 10 des
ersten Elements 11 angeordnet, das in die Bohrung 9 dringt.
Diese Dichtung 27 dient dazu, den Endabschnitt 11b des
ersten Elements bezüglich
des Zylinderinneren zu isolieren, so dass der im Zylinder herrschende
Druck der Hydraulikflüssigkeit
nicht auf den Endabschnitt 11b des ersten Elements 11 ausgeübt wird.
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Dies
führt dazu,
dass der Druck der Hydraulikflüssigkeit
auf das erste Zwischenteilelement eine resultierende Kraft bewirkt,
die im Wesentlichen dem Produkt aus dem Druck der Flüssigkeit
und der Oberfläche
des Ringquerschnitts des ersten Elements gegenüber von der Dichtung 27 entspricht.
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Diese
Oberfläche
ist der Neutralisierungsquerschnitt des ersten Elements 11 und
entspricht der Oberfläche
des Vollquerschnitts des Schraubenkopfes minus dem Querschnitt des
Kanals 24.
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Die
Funktionsweise des Bremsmechanismus wird nun beschrieben.
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Dieser
Mechanismus kann hydraulisch betätigt
werden, was der Steuerung durch das Bremspedal des Fahrzeugs entspricht,
oder mechanisch, was der Steuerung durch den Hebel der Feststellbremse entspricht.
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Bei
der hydraulischen Funktionsweise wird die Hydraulikflüssigkeit,
die im Körper 1 des
Zylinders vorhanden ist, unter Druck gesetzt.
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Die
erste Wirkung dieses Drucks besteht darin, dass der Kolben 4 zum Äußeren des
Körpers
(in der Figur nach links) zurückgedrückt wird.
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Die
Verlagerung des Kolbens drückt
den elastischen Ring 19 zusammen und nimmt folglich das
erste Element 11 in die Verlagerungsrichtung des Kolbens
mit, indem es das erste Element vom zweiten Element 12 entfernt.
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Die
beiden Zwischenteilelemente neigen somit dazu, sich auseinander
zu schrauben, um das Zwischenteil zu verlängern.
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Das
erste Element 11 wird jedoch durch die unter Druck stehende
Flüssigkeit
einer bereits beschriebenen, resultierenden Kraft ausgesetzt, die seinen
Kragen 18 gegen die Aufnahme 4a des Kolbens drückt, während die
Spiralfeder 23 eine Kraft auf das zweite Element 12 ausübt, die
zum Ende 2 des Körpers
gerichtet ist.
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Das
erste Element 11 ist somit zwei entgegengesetzten Kräftegruppen
ausgesetzt, nämlich zum
einen einer Kraft, die zur Wand 2 gerichtet ist und aus
der Wirkung der Feder 23 resultiert, und zum anderen der
Summe der Kräfte,
die zum Kolben 4 gerichtet sind und aus der Wirkung der
unter Druck stehenden Flüssigkeit
und des elastischen Rings 19 resultiert.
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Bei
Flüssigkeitsdrücken, die
geringer sind als ein Schwellendruck, der als Druck definiert ist,
der die Differenz zwischen der Wirkung der Feder 23 und der
des Rings 19 kompensiert, entkuppelt sich die Kegelkupplung,
und das erste Element 11 kann drehen, um sich abzuschrauben
und dem Kolben zu folgen. Die Bremse wird reguliert.
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Bei
Flüssigkeitsdrücken, die
höher sind
als dieser Schwellendruck, bleibt die Wirkung der Feder 23 zu
schwach, um die Wirkung der Flüssigkeit
auf das erste Element 11 zu überwinden, und die Kupplung
bleibt in Anlage. Das erste Element kann somit nicht mehr drehen,
und das Einstellen der Bremse wird gehemmt.
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Bei
der mechanischen Funktionsweise versetzt der Betätigungshebel 16 die
Eingangsscheibe 13 in Drehung.
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Diese
Eingangsscheibe beginnt bezüglich der
beweglichen Scheibe 14, deren Drehen durch den Vorsprung 17 verhindert
wird, zu drehen.
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Die
Kugelrampen erfüllen
dann ihre Funktion, die darin besteht, die beiden Scheiben zu spreizen.
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Der
Kragen 18 drückt
sich gegen die Aufnahme 4a und verhindert das Drehen des
ersten Elements 11. Das Zwischenteil kann dann dem Kolben 4 die
Translationsbewegung des Rampensystems mit Kugeln übertragen.
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Es
ist erfindungsgemäß anzumerken,
dass bei einer hydraulischen Bremsung die Kraft auf das erste Element,
die aus der Wirkung der Flüssigkeit resultiert,
begrenzt ist, wodurch es möglich
ist, eine weniger steife und somit kompaktere Spiralfeder zu verwenden.
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Die
Erfindung ist nicht auf die obige Beschreibung beschränkt.
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Insbesondere
ist nicht vorgeschrieben, dass das Anschlagstück des ersten Zwischenteilelements der
Kolben ist, da eine Kegelkupplung ebenso gut mit einer der Scheiben
des Rampensystems mit Kugeln ausgebildet sein kann.