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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft eine hydraulische Fremdkraft-Fahrzeugbremsanlage
gemäß der Gattung
des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Fahrzeugbremsanlage
gemäß der Gattung
des Anspruchs 11.
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Derartige
Fahrzeugbremsanlagen sind beispielsweise als sog. elektrohydraulische
Fahrzeugbremsanlagen bekannt. Hierbei handelt es sich um Fremdkraft-Bremsanlagen,
bei denen die Energie zum Bremsen von einer Fremdenergiequelle,
und zwar üblicherweise
von einer mit einem Elektromotor angetriebenen Hydropumpe stammt.
An die Fremdenergiequelle sind Radbremsen angeschlossen, die von
der Fremdenergiequelle mit Druck zum Bremsen beaufschlagbar sind.
Ein Bremsdruck in den Radbremsen wird zur Steuerung einer Bremskraft üblicherweise
mit Bremsdrucksteuerventilanordnungen gesteuert, mit denen ein Druck
in den Radbremsen anheb- und absenkbar ist. Ein Soll-Wert für den Bremsdruck
wird von der Stellung eines Bremspedals abgeleitet, mit dem Bremspedal
wird bei funktionsfähiger
elektrohydraulischer Fahrzeugbremsanlage allerdings kein Bremsdruck
aufgebaut. Bei einer Störung
der elektrohydraulischen Fahrzeugbremsanlage, die eine Fremdkraft-Betriebsbremsanlage
bildet, ist üblicherweise
eine muskelkraftbetätigte
Hilfsbremsanlage vorgesehen, bei der mit dem Bremspedal ein Hauptbremszylinder
betätigt
wird, der die Radbremsen mit Druck beaufschlagt.
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Die
bekannten elektrohydraulischen Fremdkraft-Fahrzeugbremsanlagen weisen
einen an eine Druckseite der Hydropumpe angeschlossenen Hochdruckspeicher
auf, der mit der Hydropumpe unter Druck gehalten wird. Durch den
Hydrospeicher ist sichergestellt, dass auch bei Stillstand der Hydropumpe
jederzeit ausreichend Bremsflüssigkeit
unter Druck zum Bremsen zur Verfügung
steht. Die vielfach verwendeten Gasdruck-Membranspeicher haben jedoch
den Nachteil von Gasverlusten über
die Lebensdauer. Weiterer Nachteil ist, dass Gas in die Bremsflüssigkeit
gelangt, weswegen Medientrenner erforderlich sind, die verhindern,
dass Gasblasen in den Teil der Fahrzeugbremsanlage gelangen, an
den die Radbremsen angeschlossen sind. Die Medientrenner vergrößern und
verteuern die Fahrzeugbremsanlage. Es sind zwar auch gasdichte,
beispielsweise Metallfaltenbalgspeicher bekannt, diese sind jedoch
teuer und ihre Funktionsfähigkeit
muss überwacht
werden.
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Aus
der
DE 199 05 660
A1 ist eine elektrohydraulische Fremdkraft-Fahrzeugbremsanlage
bekannt, die auf einen Hochdruckspeicher verzichtet. Eine Fremdenergiequelle
der bekannten Fahrzeugbremsanlage weist eine beispielsweise als
Zahnradpumpe ausgebildete Hochdruckpumpe auf, der zur Verbesserung
des Ansprechverhaltens der Bremsanlage zwei Niederdruck-Linearpumpen hydraulisch parallel
geschaltet sind. Die Niederdruck-Linearpumpen
sind als Kolbenpumpen mit einem Elektromagneten zum Antrieb ihres
Pumpenkolbens ausgebildet. Die Niederdruck-Linearpumpen erhöhen eine Dynamik
der Fahrzeugbremsanlage im Niederdruckbereich. Nachteil der bekannten
Fahrzeugbremsanlage ist, dass ihre Hochdruckpumpe konstruktiv so ausgelegt
werden muss, dass sie in der Lage ist, einen erforderlichen Bremshöchstdruck
allein zu erzeugen.
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Die
Offenlegungsschrift
DE
195 43 962 A1 offenbart eine hydraulische Hilfskraft-Fahrzeugbremsanlage,
die mit einem Hauptbremszylinder per Muskelkraft betätigt wird,
wobei ein Unterdruckbremskraftverstärker die Bremskraft erhöht. Der
Unterdruckbremskraftverstärker
bildet eine Fremdenergiequelle der bekannten Fahrzeugbremsanlage.
Zur Regelung der Radbremsdrücke
in Radbremszylindern weist die bekannte Fahrzeugbremsanlage eine an
sich bekannte Radbremsdruckmodulationsventilanordnung mit je einem
Bremsdruckaufbauventil und je einem Bremsdruckabsenkventil pro Radbremszylinder
auf. Des weiteren ist in jedem Bremskreis eine Rückförderpumpe vorhanden. Zu einer
Antriebsschlupfregelung sieht die bekannte Fahrzeugbremsanlage ein
zusätzliches
Pumpenaggregat in jedem Bremskreis vor, dessen Saugseite an einen Bremsflüssigkeitsvorratsbehälter angeschlossen
ist. Mit dem Pumpenaggregat ist Bremsflüssigkeit zur jeweiligen Rückförderpumpe
förderbar,
so dass die Fahrzeugbremsanlage auch bei nicht betätigtem Hauptbremszylinder
betätigbar
ist.
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Vorteile der Erfindung
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Die
Fremdenergiequelle der erfindungsgemäßen Fremdkraft-Fahrzeugbremsanlage
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist eine Niederdruckpumpe auf,
der eine Hochdruckpumpe hydraulisch nachgeschaltet ist. Die Niederdruckpumpe
fördert der
Hochdruckpumpe Bremsflüssigkeit
mit einem Mitteldruck zu, die den Mitteldruck auf einen zum Bremsen
erforderlichen Hochdruck erhöht.
Jede der beiden Pumpen baut also nur einen Teil des Bremsdrucks
auf. Es lassen sich dadurch kostengünstige Hydropumpen verwenden.
Da sich ein Leistungsbedarf für
den Bremsdruckaufbau auf die Nieder- und die Hochdruckpumpe verteilt,
können
die Baugrößen der
Hydropumpen und ihrer Antriebsmotoren optimiert werden. Da der von
jeder Pumpe zu bewältigende
Differenzdruck geringer ist, können
die beiden Pumpen mit größeren Kolbendurchmessern
und größerem Hub
und dadurch mit höherer
Fördermenge ausgebildet
werden. Dadurch ist ein schnellerer Druckaufbau beim Anlauf der
Pumpen und eine höhere
Dynamik der Fremdkraft- Fahrzeugbremsanlage gegeben,
so dass auf einen Hochdruck-Hydrospeicher verzichtet werden kann.
Zudem ermöglichen größere Kolbendruchmesser
größere Querschnitte der
Einlass- und Auslassventile der Pumpen, was die Fördermenge
weiter vergrößert. Durch
die Verteilung des Bremsdruckaufbaus auf zwei in Serie geschaltete
Pumpen wird der Bremsdruckaufbau zeitlich verkürzt. Des weiteren ermöglicht die
Aufteilung des Druckaufbaus auf zwei Pumpen die Verwendung sog.
Rotationspumpen wie beispielsweise Zahnradpumpen, Flügelzellenpumpen
oder Schraubenpumpen, die bedingt durch eine niedrige Viskosität von Bremsflüssigkeit
gute Wirkungsgrade nur bei geringen Druckunterschieden aufweisen.
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Die
erfindungsgemässe,
hydraulische Fremdkraft-Fahrzeugbremsanlage ist insbesondere als
elektrohydraulische Fahrzeugbremsanlage vorzugsweise kombiniert
mit einer Muskelkraft-Hilfsbremsanlage vorgesehen.
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Die
Unteransprüche
haben vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der im Anspruch
1 angegebenen Erfindung zum Gegenstand.
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Der
Anspruch 11 ist auf ein Verfahren zum Betrieb einer derartigen hydraulischen
Fremdkraft-Fahrzeugbremsanlage gerichtet, das ein schnelles Ansprechen
durch frühzeitigen
Anlauf der Pumpen ermöglicht.
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Zeichnung
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 einen
hydraulischen Schaltplan einer erfindungsgemäßen hydraulischen Fremdkraft-Fahrzeugbremsanlage;
und
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2 eine
alternative Ausgestaltung eines mit Pfeil II in 1 gekennzeichneten
Ventils gemäß der Erfindung.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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Die
in 1 dargestellte, insgesamt mit 10 bezeichnete
erfindungsgemäße hydraulische
Fahrzeugbremsanlage ist eine Fremdkraft-Fahrzeugbremsanlage, sie
ist als sog. elektrohydraulische Fahrzeugbremsanlage ausgebildet.
Die Fremdkraft-Fahrzeugbremsanlage 10 weist eine Fremdenergiequelle 12 auf,
an die Radbremsen 14 angeschlossen sind, von denen in der
Zeichnung beispielhaft eine dargestellt ist. Die Fremdenergiequelle 12 weist
zwei hydraulisch in Serie geschaltete Hydropumpen 16, 18 auf.
Die in Förderrichtung
erste Hydropumpe 16 der Fremdenergiequelle 12 ist
als Innenzahnradpumpe ausgebildet, was durch das in der Zeichnung
verwendete Symbol angedeutet wird. Diese Hydropumpe 16 bildet
eine Niederdruckpumpe 16, die auf ihrer Druckseite einen
Druck von beispielsweise zirka 50 bis 60 bar aufbaut. Dieses Druckniveau
wird nachfolgend auch als Mitteldruck bezeichnet werden.
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Die
der Niederdruckpumpe 16 nachgeschaltete Hydropumpe 18 ist
im dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung
als Stufenkolbenpumpe ausgebildet, was in der Zeichnung ebenfalls
mittels eines Symbols angedeutet ist. Diese Hydropumpe bildet eine
Hochdruckpumpe 18, die von der Niederdruckpumpe 16 geförderte Bremsflüssigkeit
mit Mitteldruck ansaugt und den Druck auf einen maximalen Betriebsdruck
der Fremdkraft-Fahrzeugbremsanlage 10 von
beispielsweise 160 bar erhöht.
Dieser Druck wird nachfolgend auch als Hochdruck bezeichnet werden.
Die Hochdruckpumpe 18 weist ein Einlassventil 20 und
ein Auslassventil 22 auf, die beide als federbelastete
Rückschlagventile ausgebildet
sind.
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Die
beiden Hydropumpen 16, 18 der Fremdenergiequelle 12 werden
mit drehzahlsteuerbaren Elektromotoren 24, 26 angetrieben.
Durch die Verwendung drehzahlsteuerbarer Elektromotoren 24, 26 sind
Fördermengen
der beiden Hydropumpen 16, 18 steuerbar.
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Eine
Saugseite der Niederdruckpumpe 16 ist an einem Bremsflüssigkeitsvorratsbehälter 28 angeschlossen,
der in an sich bekannter Weise auf einen in der Zeichnung nicht
dargestellten Hauptbremszylinder aufgesetzt sein kann. Auf einer
Druckseite der Hochdruckpumpe 18 ist ein Drucksensor 30 angeordnet,
der ein elektrisches Signal an ein elektronisches Steuergerät 32 der
Fahrzeugbremsanlage 10 liefert, das u. a. die Elektromotoren 24, 26 steuert.
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An
die Druckseite der Hochdruckpumpe 18 sind unter Zwischenschaltung
eines Bremsdruckaufbauventils 32 die Radbremsen 14 der
Fahrzeugbremsanlage 10 angeschlossen. Die Radbremsen 14 sind
einander hydraulisch parallel geschaltet, es ist jeder Radbremse 14 ein
eigenes Bremsdruckaufbauventil 32 zugeordnet. Das Bremsdruckaufbauventil 32 ist
als 2/2-Wege-Proportionalmagnetventil
aufgebildet, das in seiner stromlosen Grundstellung offen ist. Des
weiteren weist jede Radbremse 14 ein Bremsdruckabsenkventil 34 auf, über das
jede Radbremse 14 an eine gemeinsame Rückleitung 36 angeschlossen
ist, die zum Bremsflüssigkeitsvorratsbehälter 28 zurückführt. Die
Bremsdruckabsenkventile 34 sind als 2/2-Wege-Proportionamagnetiventile ausgebildet,
die in ihrer stromlosen Grundstellung geschlossen sind. Das Bremsdruckaufbauventil 32 und
das Bremsdruckabsenkventil 34 jeder Radbremse 14 bilden
eine Radbremsdrucksteuerventilanordnung 38, mit der ein
Radbremsdruck radindividuell für jede
Radbremse 14 steuerbar ist. Die radindividuelle Radbremsdrucksteuerung
oder Radbremsdruckmodulation ist an sich bekannt und wird, weil
sie nicht den eigentlichen Gegenstand der Erfindung bildet, nicht
näher erläutert. Zur
Messung des Radbremsdrucks ist ein Drucksensor 40 an jede
Radbremse 14 angeschlossen. Zu einer radindividuellen Schlupfregelung
ist jedem bremsbaren Fahrzeugrad ein Raddrehsensor 42 zugeordnet.
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Die
Druckseite der Hochdruckpumpe 18 ist über ein Rücklaufventil 44 mit
der Rückleitung 36 verbunden.
Das Rücklaufventil 44 ist
als 2/2-Wege-Proportionalmagnetventil
ausgebildet, das in seiner stromlosen Grundstellung offen ist. In
das Rücklaufventil 44 ist
ein Druckbegrenzungsventil 46 integriert, das bei einem
Hydraulikdruck auf der Druckseite der Hochdruckpumpe 18 von
beispielsweise 160 bar öffnet
und dadurch die Hochdruckpumpe 18 vor Zerstörung schützt.
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Die
Druckseite der Niederdruckpumpe 16 ist durch ein in Richtung
der Radbremsen 14 durchströmbares Rückschlagventil 48 mit
der Druckseite der Hochdruckpumpe 18 und den Radbremsen 14 verbunden,
so dass auch mit der Niederdruckpumpe 16 Bremsflüssigkeit
zu den Radbremsen 14 förderbar
ist.
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Die
Druckseite der Niederdruckpumpe 16 ist durch ein Druckbegrenzungsventil 50 an
die Rückleitung 36 angeschlossen.
Das Druckbegrenzungsventil 50 öffnet beispielsweise bei einem
Druck von 60 bar und schützt
dadurch die Niederdruckpumpe 16 vor Zerstörung. Anstelle
des in 1 dargestellten Druckbegrenzungsventils 50 kann
auch das in 2 dargestellte 2/2-Wege-Magnetventil verwendet
werden, das in seiner stromlosen Grundstellung offen ist. In das
2/2-Wege-Magnetventil ist ein Druckbegrenzungsventil 54 integriert.
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Die
Steuerung der Magnetventile 32, 34, 44, 52 und
der Elektromotoren 24, 26 der Hydropumpen 16, 18 erfolgt
mittels des elektronischen Steuergeräts 32. Das elektronische
Steuergerät 32 erhält Signale von
den Drucksensoren 30, 40, den Drehzahlsensoren 42,
von einem Bremslichtschalter 56, einem Bremspedalsensor 58 und
von einem Gaspedalsensor 60. Ein Soll-Wert für eine zu
erzeugende Bremskraft und damit für einen in den Radbremsen 14 aufzubauenden
Radbremsdruck wird von einem Weg, um den ein Bremspedal 62 niedergetreten,
oder von einer Kraft, mit der das Bremspedal 62 niedergetreten
wird, abgeleitet. Der Weg oder die Kraft am Bremspedal 62 wird
mittels des Bremspedalsensors 58 gemessen und dem elektronischen
Steuergerät 32 zugeleitet.
Mit dem Bremslichtschalter 56 ist feststellbar, ob das
Bremspedal 62 betätigt
ist oder nicht. Mit dem Gaspedalsensor 60 ist eine Stellung
eines Gaspedals 64 messbar. Anstelle des dargestellten Wegsensors
genügt
ein Gaspedalschalter, mit dem feststellbar ist, ob das Gaspedal
betätigt
ist oder nicht.
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Um
bei Ausfall der Hydropumpen 16, 18 bremsen zu
können
kann die Fremdkraft-Fahrzeugbremsanlage 10 eine nicht dargestellte
Muskelkraft-Hilfsbremsanlage
aufweisen. Die Muskelkraft-Hilfsbremsanlage weist einen nicht dargestellten
Hauptbremszylinder auf, der mit dem Bremspedal 62 betätigbar ist
und mit dem die Radbremsen 14 mit Hydraulikdruck beaufschlagbar
sind. Solche Muskelkraft-Hilfsbremsanlagen sind an sich bekannt
und soll, da sie nicht den eigentlichen Gegenstand der Erfindung
bildet, hier nicht weiter erläutert
werden.
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Die
Funktion der erfindungsgemäßen Fremdkraft-Fahrzeugbremsanlage 10 ist
folgende: Zum Bremsen werden die beiden Elektromotoren 24, 26 eingeschaltet,
die Bremsflüssigkeit
aus dem Bremsflüssigkeitsvorratsbehälter 28 in
die Radbremsen 14 fördern
und diese dadurch betätigen.
Das Rücklaufventil 44 wird
in seine geschlossene Schaltstellung umgeschaltet. Ein Radbremsdruck
wird radindividuell mit der Radbremsdrucksteuerventilanordnung 38 in
Abhängigkeit
von einem Pedalweg des Bremspedals 62 gesteuert bzw. geregelt.
Mit der Bremsdrucksteuerventilanordnung 38 ist in an sich bekannter
Weise auch eine radindividuelle Schlupfregelung möglich.
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Sollen
die Radbremsen 14 bei laufenden Hydropumpen 16, 18 nicht
betätigt
werden, bleibt oder wird das Rücklaufventil 44 geöffnet, die
Hydropumpen 16, 18 fördern ohne Druckaufbau Bremsflüssigkeit
durch das offene Rücklaufventil 44 in
den Bremsflüssigkeitsvorratsbehälter 28 zurück.
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Durch
die Ausbildung des Rücklaufventils 44 als
Proportionalventil ist eine Steuerung eines Radbremsdrucks auf der
Druckseite der Hochdruckpumpe 18 für alle Radbremsen 14 gemeinsam
möglich: Durch
teilweises Öffnen
des Rücklaufventils 44 lässt sich
der Hydraulikdruck auf der Druckseite der Hochdruckpumpen 18,
der mit dem Drucksensor 30 messbar ist, steuern bzw. auf
einen vom Pedalweg des Bremspedals 62 abhängigen Wert
regeln. Dieser Radbremsdruck kann mittels der Radbremsdrucksteuerventilanordnungen 38 bei
Bedarf für
jede Radbremse 14 einzeln abgesenkt werden.
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Das
Rückschlagventil 48,
das die Druckseite der Niederdruckpumpe 16 mit den Radbremsen 14 verbindet,
bewirkt einen schnellen Druckaufbau in den Radbremsen 14 beim
Anlauf der Hydropumpen 16, 18: Ist beim Anlaufen
der Hydropumpen 16, 18 der Hydraulikdruck auf
der Druckseite der Hochdruckpumpe 18 nicht höher als
auf der Druckseite der Niederdruckpumpe 16, fördert die
Niederdruckpumpe 16 durch das Rückschlagventil 48 Bremsflüssigkeit
in die Radbremsen 14. Dadurch wird ein zum Anlegen von
Reibbremsbelägen
der Radbremsen 14 an deren Bremsscheiben oder Bremstrommeln
notwendiges Bremsflüssigkeitsvolumen
unter Umgehung der Hochdruckpumpe 18 direkt mit der Niederdruckpumpe 16 in
die Radbremsen 14 gefördert,
wodurch die Radbremsen 14 schneller zugespannt werden.
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Um
ein schnelles Ansprechen der Radbremsen 14 zu erzielen
ohne die Hydropumpen 16, 18 ununterbrochen betreiben
zu müssen,
sieht das erfindungsgemäße Verfahren
vor, die Hydropumpen 16, 18 dann anzuschalten,
wenn nach einem vollständigen
oder teilweisen Niedertreten das Gaspedal 64 teilweise
zurückgenommen
oder in eine Leerlaufstellung verbracht wird. Eine Rücknahme
des Gaspedals 64 ist mit dem Gaspedalsensor 60 feststellbar.
Zur Feststellung des Verbringens des Gaspedals 64 in die
Leerlaufstellung genügt
ein Gaspedalschalter anstelle des Gaspedalsensors 60. Durch
das Einschalten der Hydropumpen 16, 18 bei Zurücknahme
des Gaspedals 64 oder beim Verbringen des Gaspedals 64 in
die Leerlaufstellung wird ein frühzeitiger
Anlauf der Hydropumpen 16, 18 und damit ein frühzeitiger Druckaufbau
bereits vor Betätigung
des Bremspedals 62 erreicht.
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Durch
die Verwendung des in 2 dargestellten Magnetventils 52 anstelle
des Druckbegrenzungsventils 50 ist eine Entlastung der
Niederdruckpumpe 16 möglich,
wenn diese läuft,
ein Druckaufbau auf der Saugseite der Hochdruckpumpe 18 und in
den Radbremsen 14 jedoch nicht erforderlich ist. In diesem
Fall bleibt bei laufender Niederdruckpumpe 16 das Magnetventil 52 geöffnet und
die Niederdruckpumpe 16 fördert ohne Gegendruck durch
das Druckbegrenzungsventil 50 im Kreis. Zum Druckaufbau
mit der Niederdruckpumpe 16 wird das Magnetventil 52 geschlossen
und die Funktion der Niederdruckpumpe 16 ist wie oben beschrieben.
Durch die Drehzahlsteuerbarkeit der Elektromotoren 24, 26 und damit
die Steuerbarkeit der Fördermengen
der Hydropumpen 16, 18 ist es möglich, die
Fördermengen der
Hydropumpen 16, 18 nach einem ausreichenden Druckaufbau
herunter zu regeln und beispielsweise eine Fördermenge der Niederdruckpumpe 16 an
eine Fördermenge
der Hochdruckpumpe 18 anzupassen.