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Die
Erfindung betrifft eine Hydraulikeinheit zur Durchführung von
zeitweilig aktiven Druckänderungen
eines Hydraulikfluids, insbesondere zum Einsatz in einer automatisch
aktive Bremseingriffe vornehmenden Fahrstabilitätseinrichtung eines Fahrzeuges,
mit einer Hochdruck-Förderpumpe
zur Förderung
des Hydraulikfluids durch eine hydraulische Leitungsanordnung mittels
einer Anzahl von hydraulischen Ventilen.
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In
heutigen Kraftfahrzeugen werden zunehmend fahrstabilisierende Systeme
wie das ESP (Elektronisches Stabilitäts-Programm) oder das ARB (Anti-Rollover
Braking) eingesetzt. Solche Systeme dienen dazu, automatisch und
geregelt einen aktiven Druck an einer oder mehreren Bremsen des
Kraftfahrzeuges aufzubauen, um einer drohenden Fahrzeuginstabilität durch
aktive Bremseingriffe entgegenzuwirken.
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Diese
Fahrstabilitätssysteme
verfügen
zur Druckerzeugung innerhalb einer hydraulischen Leitungsanordnung
einer Fahrzeugbremsanlage über eine
elektro-motorisch angetriebene Hochdruckpumpe sowie über eine
Anzahl von Schaltventilen, die einen aktiven, radindividuellen Druckaufbau
oder Druckabbau ermöglichen.
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Bei
einem aktiven Druckaufbau muss die erforderliche Menge an Bremsflüssigkeit
(Bremsfluid) aus einem Bremsflüssigkeits-Vorratsbehälter durch einen
Hauptbremszylinder und durch Bremsleitungen hindurch sowie durch
ein oder mehrere vorgeschaltete Hochdruckschaltventile hindurch
angesaugt werden. Dabei muss die von der Hochdruckpumpe zu erbringende
Saugleistung größer als
die Summe der sich in den genannten Hydraulikkomponenten einstellenden
Drosselwiderstände
sein.
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Die
Viskosität
des in derartigen Bremsanlagen verwendeten Bremsfluids ist nun extrem
temperaturabhängig.
Bei fallender Fluidtemperatur steigt dabei die Viskosität des Fluids
etwa exponentiell an. Darüber
hinaus ist die Viskosität
auch druckabhängig und
nimmt mit fallendem Außendruck
zu. Dadurch bedingt werden die Druckverluste in den einzelnen Hydraulikkomponenten,
insbesondere im Ansaugtrakt der Hochdruckpumpe, bei tiefen Temperaturen des
Fluids so groß,
dass die Förderleistung
der Pumpe erheblich abnimmt und die erforderliche Druckdynamik nicht
mehr erreicht wird.
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Um
daher bei niedrigen Außentemperaturen und/oder
niedrigen Außendrücken, z.B.
bei Fahrten in größeren geografischen
Höhen,
die für
fahrdynamisch kritische Fahrzustände
erforderliche Druckaufbaudynamik trotz einer erhöhten Viskosität des Bremsfluids
zu erreichen, werden Fahrstabilitätssysteme bekanntermaßen mit
einer zusätzlichen,
als Vorladepumpe dienenden Niederdruckpumpe ausgerüstet. Diese
Vorladepumpe erzeugt einen Druck auf der Ansaugseite der Hochdruckpumpe,
wodurch die Hochdruckpumpe wiederum durch die sich einstellende
höhere
Förderleistung
zu einer Erhöhung
der Druckaufbaudynamik beiträgt.
Eine solche Bremsanlage ist beispielsweise in der
DE 39 16 489 A1 offenbart.
Durch die zusätzliche
Pumpe verteuert sich allerdings eine solche Bremsanlage erheblich.
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Aus
dem Gebrauchsmuster
DE
91 02 352 U1 ist zudem eine Kraftfahrzeug-Bremsanlage bekannt, bei
der eine vollständige
Ansaugleitung einer Hochdruckpumpe beheizbar ausgebildet ist, um
das Bremsfluid aufzuheizen und der oben genannten Erhöhung der
Viskosität
des Bremsfluids entgegenzuwirken. Dabei weist die Ansaugleitung über ihre
gesamte Länge
einen elektrischen Heizleiter oder eine elektrische Heizschicht
auf. Dies ermöglicht
zwar, dass die Hochdruckpumpe zeitlich nahezu unverzögert Bremsdruck
erzeugen kann. Das Beheizen eines großen Teils der Hydraulikeinheit
hat allerdings den Nachteil, dass der erforderliche technische Aufwand,
insbesondere aber auch der Energieaufwand für das Beheizen des Bremsfluids,
beträchtlich
ist.
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Ferner
ist in der
US 5,971,503
A eine hydrauliche Bremsanlage beschrieben, in der das
Bremsfluid mittels einer Ventil-Magnetspule aufgeheizt wird. Die
Magnetspule erlaubt allerdings nur eine Erwärmung geringer Bremsfluidmengen,
die für
den erforderlichen Hub in den Bremszylindern nicht ausreichen. Die
Heizleistung bei dieser Art der Aufheizung ist deutlich beschränkt und
insbesondere bei schnellen Schaltvorgängen mit hohem Fluiddurchsatz
am Ventil nicht ausreichend, um das Bremsfluid auf die erforderliche
Temperatur zu erwärmen.
Zudem lässt sich
die Aufheizung nicht unabhängig
vom Betriebszustand des Ventils durchführen, was einen erheblichen
sicherheitsrelevanten Nachteil darstellt.
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Die
DE 37 09 189 A1 offenbart
eine Bremsanlage, wobei die Ein- und Auslassventile als Baueinheit
zu einem Ventilblock zusammengefasst sind, der ein Heizelement für diese
Ventile aufweist.
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Aus
der
DE 197 54 163
A1 ist eine Bremsanlage mit einem Mittel zum Einbringen
von Wärmeenergie
in die Bremsflüssigkeit
bekannt. Dieses Mittel kann ein Heizelement in der Ansaugleitung,
im Hauptbremszylinder oder im Bremsflüssigkeits-Vorratsbehälter sein.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Hydraulikeinheit
der eingangs genannten Art anzugeben, welche eine Herabsetzung der Viskosität des Hydraulikfluids
bei tiefen Temperaturen und/oder niedrigen Drücken mit geringem technischen
Aufwand und somit kostengünstig
ermöglicht. Durch
die Herabsetzung der Viskosität
soll insbesondere die Druckaufbaudynamik für eine ESP-Regelung bei selbstsaugendem
Betrieb, auch unter den genannten Witterungsbedingungen, verbessert
werden.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch die Merkmale des Hauptanspruchs. Vorteilhafte Weiterbildungen sind
Gegenstand der Unteransprüche.
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Die
Besonderheit der Erfindung liegt darin, ein in einem Ansaugbereich
wenigstens eines der hydraulischen Ventile angeordnetes fluidisches
Reservoir und ein im Bereich des fluidischen Reservoirs angeordnetes
Heizelement vorzusehen. Das fluidische Reservoir kann beispielsweise
in Form einer lokalen Aufweitung einer Hydraulikleitung oder als
zusätzlich
in die Leitungsanordnung eingebrachter Vorrats- oder Speicherraum
ausgebildet sein. Das bei dem Reservoir angeordnete Heizelement
dient dazu, das in dem Reservoir befindliche Hydraulikfluid auf eine
Temperatur aufzuheizen, bei der dessen Viskosität ausreichend gering ist, um
den sicheren Betrieb der Hydraulikeinheit zu gewährleisten.
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Der
Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Viskosität des Hydraulikfluids
im Wesentlichen nur im Bereich der Drosselstellen der hydraulischen Leitungsanordnung,
d.h. insbesondere im Ansaugtrakt von Schalt- und/oder Drosselventilen,
abzusenken. Erfindungsgemäß erfolgt
dies mittels eines lokal angeordneten Reservoirs bzw. Vorratsraums,
wobei nur das in diesem Reservoir enthaltene Fluid mittels eines
ebenfalls nur lokal vorgesehenen Heizelementes vorgeheizt wird.
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Die
erfindungsgemäß vorgeschlagene
Hydraulikeinheit zeichnet sich gegenüber dem Stand der Technik durch
deutliche Kosten- und Gewichtsvorteile aus. Zudem ist der Raumbedarf
der Hydraulikeinheit erheblich verringert.
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Die
in dem Reservoir enthaltene Menge an Fluid ist bevorzugt gerade
so gewählt,
dass sie für
einen Vollhub der Bremszylinder ausreichend ist, d.h. etwa das Volumen
an Fluid enthält,
welches beim Betätigen
der Bremse durch das Hochdruckschaltventil zur Hochdruckpumpe strömen muss.
Da jeweils nur die minimal erforderliche Menge an Fluid aufgeheizt wird,
ist der Energieaufwand für
das Aufheizen des Fluids ebenfalls minimiert.
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Das
separat angeordnete Heizelement stellt eine größere Heizleistung bereit als
die Aufheizung mittels einer Magnetspule (siehe
US 5,971,503 A ). Die Beheizung
erfolgt ferner unabhängig
vom Betriebszustand des jeweiligen Ventils und erfordert insbesondere
kein Umschalten der Bestromung der Spule zu Heizzwecken.
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Insbesondere
bei schnellen Schaltvorgängen
mit hohem Fluiddurchsatz an den Ventilen, wie sie im Bereich des
ESP und ARB üblich
sind, ist eine ausreichende Wärmeabgabe
von dem Heizelement an das Fluid gewährleistet.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungsgedankens schaltet das
Heizelement erst unterhalb einer vorgebbaren Fluidtemperatur ein. Oberhalb
dieser Schwellentemperatur ist die Viskosität des Fluids ausreichend gering.
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Um
zu gewährleisten,
dass eine gegebenenfalls erforderliche Aufheizung des Fluids rechtzeitig vor
einem Fahrtantritt erfolgt, kann zudem vorgesehen sein, dass das
Heizelement bereits vor dem Anfahren des Fahrzeuges in Betrieb genommen
wird, sobald die Fahrbereitschaft festgestellt wird. Zur Ermittlung
bzw. Anzeige einer Fahrbereitschaft des Fahrzeuges kommen beispielsweise
ein Türschließsensor
oder eine Türschlossfernbedienung
in Betracht.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert, wobei
die einzige Fiqur eine erfindungsgemäße Hydraulikeinheit in einer
Bremsanlage eines ESP-betriebenen Kraftfahrzeuges zeigt.
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Die
gezeigte, mit einem Hydraulikaggregat 11 ausgerüstete Bremsanlage 10 weist
einen über ein
Bremspedal 12 betätigbaren
Hauptbremszylinder 13 mit einem Vorratsbehälter 14 für eine Bremsflüssigkeit
auf. Zwischen dem Bremspedal 12 und dem Hauptbremszylinder 13 befindet
sich ein Booster 9, mittels dessen der auf den Hauptbremszylinder 13 einwirkende
Bremspedaldruck in bekannter Weise verstärkt wird. Ein erster Bremskreis 15 (D1)
der Bremsanlage 10 steht in hydraulisch leitender Verbindung
mit Radbremsen der Räder
vorne-links 16 (VL) und hinten-rechts 17 (HR).
Anstelle dieser Diagonalanordnung kann der erste Bremskreis 15 allerdings
auch zur Versorgung der der beiden Vorder- oder Hinterräder oder
der auf der rechten oder linken Fahrzeugseite angeordneten Räder dienen
(sogegannte Parallelanordnung). Zudem ist ein zweiter Bremskreis 18 (D2)
vorgesehen, der in dem Beispiel zur hydraulischen Versorgung der
Räder vornerechts 19 (VR)
und hinten-links 20 (HL) dient. Die beiden Bremskreise 15, 18 sind
symmetrisch ausgebildet, wobei im Folgenden bei beiden Bremskreisen 15, 18 übereinstimmende
Bezugszahlen verwendet werden, die sich lediglich durch "Strichlein oben" (in der Form X,
X') unterscheiden.
Ferner unterteilen sich die beiden Bremskreise 15, 18 in
einen Ansaugkreis 21 und einen Hydraulikkreis 22.
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Die
beiden Bremskreise 15, 18 weisen jeweils Umschaltventile 23, 23' auf, die vorzugsweise als
2/2-Wegeventil ausgebildet
und durch eine Federvorspannung 24, 24' stromlos 'offen' sind. Durch elektrische
Erregung der Umschaltventile 23, 23' gehen diese in den Zustand 'geschlossen' über. Im Falle einer Druckaufbauphase
und einer nachfolgenden Druckhaltephase sind die Umschaltventile 23, 23' 'geschlossen', wohingegen sie
während
einer Druckabbauphase geöffnet
sind.
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Eine
weitere Gruppe 25 von Ventilen (hier nur für den zweiten
Bremskreis D2 durch Striche angedeutet) dient zur Bremsdruckmodulation,
welche Phasen eines Druckaufbaus, eines Haltens des Druckes und
Druckabbau umfasst. Die Ventilgruppe 25 weist zu diesem
Zweck Einlassventile 26, 27 auf. Die Einlassventile 26, 27 sind
bevorzugt als 2/2-Wegeventile ausgebildet mit einer federvorgespannten 'offen'-Position. An Bypassleitungen 28, 29 sind
ferner Rückschlagventile 30, 31 vorgesehen.
Die jeweiligen Rückschlagventile 30, 31 ermöglichen
einen hydraulischen Fluss ausgehend von den entsprechenden Radbremsen 19, 20 in
Richtung des Hauptbremszylinders 13. Ferner sind Auslassventile 32, 33 vorgesehen,
die ebenfalls als 2/2-Wegeventile ausgebildet sind, allerdings über eine
Feder im Grundzustand 'geschlossen' vorgespannt sind.
Durch elektrische Erregung lassen sich die Auslassventile 32, 33 somit öffnen.
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In
den beiden Ansaugkreisen 21, 21' sind Hochdruckpumpen 34, 34' vorgesehen,
die über
einen gemeinsamen elektrischen Antrieb 35 betrieben werden.
Die Hochdruckpumpen 34, 34' sind jeweils mit einem Vorratsbehälter 36, 36' verbunden und
dienen zur Rückführung von
Bremsflüssigkeit
aus den Radbremsen 16, 17 bzw. 19, 20 in
den Hauptbremszylinder 13. Zwischen der Ventilgruppe 25 (und
entsprechend der im Bremskreis 15 angeordneten Ventilgruppe)
und der Hochdruckpumpe 34 ist ferner ein feder-vorgespanntes
Rückschlagventil 43 angeordnet,
das beim Betrieb der Hochdruckpumpe 34 bzw. 34' die Bewegung
von Bremsflüssigkeit
in Richtung der Hochdruckpumpe 34 freigibt und ansonsten
verhindert, dass Bremsflüssigkeit
in Richtung der Ventilgruppe 25 zurückfließen kann. Ferner sind in den Ansaugkreisen 21, 21' Drosselventile
(Ansaugventile) 38, 38' vorgesehen, die als 2/2-Wegeventile
einen (federvorgespannten) Grundzustand 'geschlossen' aufweisen.
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Erfindungsgemäß weist
das Hydraulikaggregat 11 in den Ansaugtrakten der Ansaug-
bzw. Drosselventile 38, 38' jeweils einen Speicher 39, 39' auf, in dem
jeweils ein Heizelement 40, 40' baulich und elektrisch integriert
angeordnet ist, welches die in dem Speicher enthaltene Menge an
Bremsfluid auf einen vorgegebenen Temperaturwert, z.B. T = 0°C, aufheizt.
Ein innerhalb des jeweiligen Speichers 39, 39' zudem angeordneter
Temperaturmessfühler 41, 41' liefert einen
aktuellen Temperaturwert, der als Ist-Wert einer hier nicht dargestellten
Regelung zugeführt
wird, welche die Bestromung des Heizelements auf den genannten Sollwert
von 0°C
regelt.
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Um
den Temperaturübergang
zwischen dem Bremsfluid und den Wänden des Speichers 39, 39' möglichst
gering zu halten, um die für
das Aufheizen des Bremsfluids erforderliche Energie weiter zu veringern,
sind die Wandungen des Speichers 39, 39' mit einer wärmeisolierenden
Beschichtung versehen.
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Um
die erforderliche Energiezufuhr noch weiter abzusenken und dennoch
bei tiefen Außentemeraturen
möglichst
schnell nach einem Motorstart eine möglichst hohe Wirkung des Heizelementes 40, 40' zu erreichen,
wird das Heizelement 40, 40' ausschließlich bei niedrigen Außentemperaturen
und dabei bereits durch Betätigen
eines (hier nicht gezeigten) Türschlosses,
insbesondere das der fahrerseitigen Tür, eingeschaltet.
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Obgleich
das in der Figur gezeigte Ausführungsbeispiel
lediglich im Ansaugtrakt des Ansaugventils 38, 38' einen erfindungsgemäßen Speicher 39, 39' aufweist, versteht
es sich, dass ein solcher Speicher 39, 39', zusammen mit
einem Heizelement 40, 40', auch bei einem oder mehreren
der übrigen Schaltventile,
beispielsweise bei den Umschaltventilen 23, 23', vorgesehen
sein kann.
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Es
ist schließlich
hervorzuheben, dass die erfindungsgemäße Hydraulikeinheit, neben
dem beschriebenen Einsatz in einem Kraftfahrzeug, auch in anderen
Bereichen der automatisch Druck auf- bzw. abbauenden Hydrauliksysteme
vorteilhaft eingesetzt werden kann, in denen die Viskosität des Fluids
bei tiefen Außentemperaturen
und/oder geringen Außendrücken zu
einer Herabsetzung der Wirksamkeit der Hydraulik führen kann.
Beispielsweise kommt ebenso ein Einsatz im Bereich von Nutzfahrzeugen, Flugzeugen
oder dergleichen in Frage.
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Auch
lässt sich
die Hydraulikeinheit, neben flüssig-hydraulischen Systemen,
bei gas-hydraulischen Systemen oder dergleichen vorteilhaft einsetzen.