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Die
Erfindung betrifft eine hydraulische Bremsanlage für ein Fahrzeug
und ein Verfahren zum Betreiben einer hydraulischen Bremsanlage
mit einem aktiven hydraulischen Druckaufbau.
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Weiter
betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Bremsanlage.
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Bremsanlagen
für Fahrzeuge
sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen
bekannt. Moderne Bremsanlage umfassen üblicherweise zusätzliche
elektronische Steuerungs- und Regelungssysteme, wie beispielsweise
ABS, ESP oder TCS (Traktionskontrollsystem). Derartige Regelungssysteme
verlangen bei einem Eingriff einen aktiven Druckaufbau. Aufgrund
der relativ hohen Drücke
werden hierbei Kolbenpumpsysteme, insbesondere zweistufige Kolbenpumpsysteme
verwendet, welche zum Zeitpunkt des Bremsvorgangs bzw. des Regeleingriffs über das
Regelungssystem betrieben werden. Derartige Kolbenpumpsysteme sind beim
Aufbau des Druckes jedoch unangenehm laut. Dadurch kann sich bei
einem Fahrer eines Fahrzeugs der Eindruck ergeben, dass ein Defekt
oder eine Fehlfunktion im Zusammenhang mit einem Bremsvorgang vorhanden
ist. Es wäre
daher wünschenswert,
eine Bremsanlage zu haben, bei der ein Geräuschniveau bei einem Eingriff
eines Regelsystems nicht auftritt.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
erfindungsgemäße hydraulische
Bremsanlage für
ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den
Vorteil auf, dass sie Hydraulikdruck und Volumen aus einem zusätzlichen
Hydraulikspeicher entnehmen kann. Dadurch ist für einen Regeleingriff kein
Betrieb einer Pumpe o.Ä.
notwendig, so dass während
des Regeleingriffs keine Geräusche
entstehen. Der Hydraulikspeicher kann dabei derart ausgelegt sein,
dass mehrere Brems- und/oder Regeleingriffe ausgeführt werden
können,
ohne dass der Hydraulikspeicher wieder geladen werden muss. Erfindungsgemäß umfasst
der Hydraulikspeicher einen Kolben, ein Federelement, welches den
Kolben vorspannt, und eine Verriegelungseinrichtung, um den Kolben
freizugeben und zu verriegeln. Für
ein Bereitstellen von Druck aus dem Hydraulikspeicher muss somit
lediglich die Verriegelungseinrichtung betätigt werden, um den Kolben
freizugeben, so dass der notwendige Hydraulikdruck durch eine Kolbenbewegung
mittels des gespannten Federelements bereitgestellt werden kann.
Das Wiederaufladen des Hydraulikspeichers erfolgt dann vorzugsweise
während
Beschleunigungsphasen des Fahrzeugs, so dass es für den Fahrer
nicht störend
ist, falls dadurch Geräusche
entstehen, da die Motorgeräusche
während
der Beschleunigung den Aufladevorgang des Speichers übertönen.
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Die
Unteransprüche
zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Die
Verriegelungseinrichtung umfasst vorzugsweise eine Magnetspule,
eine Halteplatte, ein zweites Federelement und eine Zwischenplatte.
Dadurch kann die Verriegelungseinrichtung als Magnetbremse ausgebildet
sein und besonders kompakt aufgebaut werden.
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Weiter
bevorzugt ist zwischen der Verriegelungseinrichtung und dem Kolben
eine Hülse
angeordnet.
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Die
Hülse ist
vorzugsweise mittels eines Lagers drehbar an einem Gehäuse des
Hydraulikspeichers angeordnet und derart mit der Halteplatte der Verriegelungseinrichtung
verbunden, dass die Hülse drehfest
mit der Halteplatte angeordnet ist, aber axial bewegbar relativ
zur Halteplatte ist. Dies kann beispielsweise durch eine gerade
Verzahnung zwischen Halteplatte und Hülse erfolgen.
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Vorzugsweise
ist in der Hülse
eine Kulisse gebildet und die Hülse
ist mittels einer Eingriffseinrichtung mit dem Kolben verbunden.
Besonders bevorzugt ist die Eingriffseinrichtung ein zylinderförmiger Stift.
Dadurch kann eine einfache Verbindung zwischen dem Kolben und der
Hülse erreicht
werden.
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Die
Kulisse ist vorzugsweise mit einer vorbestimmten Steigung schräg zu einer
Längsachse
der Hülse
gebildet. Abhängig
von der Steigung erfolgt eine Relativdrehung der Hülse zum
Kolben.
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Um
möglichst
nur geringe Änderungen
am Aufbau und der Konstruktion von Bremsanlagen notwendig zu machen,
ist der Hydraulikspeicher vorzugsweise mit der Bremsanlage in einem
Bereich vor einer Pumpe verbunden.
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Vorzugsweise
erfasst die erfindungsgemäße Bremsanlage
einen ersten Bremskreis und einen zweiten Bremskreis. Dabei kann
der Hydraulikspeicher nur mit einem der Bremskreise verbunden sein oder
der Hydraulikspeicher ist mit beiden Bremskreisen verbunden.
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Gemäß einer
anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Bremsanlage
zwei Bremskreise auf und jeder der Bremskreise ist mit einem eigenen
Hydraulikspeicher verbunden. Dadurch können die Bremskreise unabhängig voneinander mit
Hydraulikdruck aus jeweils einem separaten Hydraulikspeicher versorgt
werden.
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Weiter
bevorzugt ist in einer Verbindungsleitung vom Hydraulikspeicher
zum Bremskreis der Bremsanlage ein Ventil angeordnet. Das Ventil
ist vorzugsweise als Umschaltventil ausgebildet. Die Verbindungsleitung
stellt weiter bevorzugt eine Verbindung vom Hydraulikspeicher mit
einem Bereich des Bremskreises vor einer Pumpe des Bremskreises
bereit.
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Dadurch
kann der erfindungsgemäße Hydraulikspeicher
auch als Niederdruckspeicher ausgeführt werden und für eine Voraufladung
der Pumpe des Bremskreises verwendet werden. Diese Maßnahme erhöht insbesondere
die Dynamik beim Druckaufbau des Systems.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zum Betreiben einer hydraulischen Bremsanlage weist den Vorteil
eines geräuschlosen
Betriebes während
eines Brems- und/oder Regeleingriffs der Bremsanlage auf. Ein für den Brems- und/oder Regeleingriff
notwendiger Druck kann vollständig
oder teilweise aus einem zusätzlichen
Hydraulikdruckspeicher entnommen werden. Der Hydraulikdruckspeicher
kann dabei zu einem anderen Zeitpunkt als dem Eingriffszeitpunkt
wieder aufgeladen werden. Der Hydraulikdruckspeicher wird besonders
bevorzugt während
eines Beschleunigungsvorgangs des Fahrzeugs wieder aufgeladen, da
dann die Geräusche
der Pumpe für
das Wiederaufladen des Hydraulikdruckspeichers durch die Beschleunigungsgeräusche der
Fahrzeugs übertönt werden.
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Zeichnung
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Nachfolgend
werden bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung beschrieben.
In der Zeichnung ist:
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1 eine
schematische Schnittansicht eines Hydraulikdruckspeichers gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung,
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2 eine
schematische Seitenansicht einer im Hydraulikdruckspeicher verwendeten
Hülse,
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3 eine
schematische Ansicht eines Hydraulikschaltplans einer Bremsanlage
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
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4 eine
schematische Ansicht eines Hydraulikschaltplans gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung und
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5 eine
schematische Ansicht eines Hydraulikschaltplans gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 eine
hydraulische Bremsanlage gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung beschrieben.
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3 zeigt
schematisch den Aufbau einer hydraulischen Bremsanlage mit aktivem
hydraulischem Druckaufbau. Die Bremsanlage kann mit ESP, ABS, TCS
oder EHB oder einer beliebigen Kombination der vorgenannten Regelsysteme
ausgebildet sein. In diesem Ausführungsbeispiel
weist die Bremsanlage einen ersten und zweiten Bremskreislauf MC1
und MC2 auf. Die jeweiligen Bremseinheiten an den Rädern sind
mit LR, RF, FL und RR gekennzeichnet. Bei der gezeigten Bremsanlage
handelt es sich um eine Bremsanlage mit einer X-Bremskreisaufteilung. Über die
Ventile LREV, LRAV, RFEV und RFAV (zweiter Bremskreis MC2) bzw.
LFEV, LFAV, RREV, RRAV (erster Bremskreis MC1) können die Drücke der einzelnen Radbremsen
geregelt werden. Die Buchstabenfolge AV steht hierbei für Auslassventil
und die Buchstabenfolge EV für
Einlassventil. Rückschlagventile
sind mit RVR1 bzw. RVR2 bezeichnet und Umschaltventile zum Bereitstellen
eines freien Volumens an die Radbremsen sind mit USV1 bzw. USV2
bezeichnet. Jeder Bremskreis verfügt über eine eigene Kolbenpumpe
P1 bzw. P2.
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Die
hydraulische Bremsanlage umfasst ferner einen Hydraulikdruckspeicher 1,
welcher mit dem zweiten Bremskreis MC2 verbunden ist. Wie aus 3 ersichtlich
ist, ist der Hydraulikdruckspeicher 1 über eine Leitung 15 mit
einem Leitungsabschnitt unmittelbar nach der Pumpe P2 des zweiten
Bremskreises MC2 verbunden.
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1 zeigt
eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Hydraulikspeichers 1.
Wie in 1 gezeigt, umfasst der Hydraulikspeicher 1 einen
Kolben 3, welcher einen Kolbenboden 3a und einen
mittigen Zylinderteil 3b umfasst. Der Kolben 3 ist
in einem Gehäuse 6 angeordnet
und wird mittels eines ersten Federelements 4 vorgespannt.
Das Federelement 4 ist als zylindrische Spiralfeder ausgebildet. Ferner
umfasst der Hydraulikdruckspeicher 1 eine Hülse 2 und
eine Verriegelungsvorrichtung 11. Die Verriegelungsvorrichtung 11 ist
als Magnetbremse ausgebildet und umfasst eine Halteplatte 7 mit
Reibbelägen 7a,
ein zweites Federelement 8, eine Magnetspule 9 und
eine Zwischenplatte 10. Das zweite Federelement 8 ist
an der Magnetspule 9 befestigt und drückt die Zwischenplatte 10 gegen
die Reibbeläge 7a der
Halteplatte 7. Die Halteplatte 7 weist eine mittige Öffnung auf,
an welcher eine Verzahnung 7b vorgesehen ist, welche mit
einer Verzahnung 2b an der Hülse 2 eingreift. Dadurch
ist die Halteplatte axial relativ zur Hülse bewegbar, jedoch drehfest
mit der Hülse 2 verbunden.
Die Hülse 2 ist
im Detail in 2 gezeigt. Hierbei ist ein nach
außen
vorstehender Bund 2c an der Hülse gebildet, an welchem die
Hülse mittels
eines Lagers 13 im Gehäuse 6 des
Hydraulikspeichers 1 gelagert ist. Ferner ist in der Hülse eine Kulisse 2a gebildet.
Die Kulisse 2a ist, wie in 2 gezeigt,
mit einer gleich bleibenden Steigung in der Hülse 2 gebildet und
dient zur Aufnahme eines Zylinderstifts 12 (vgl. 1).
Die Kulisse 2a ist dabei an zwei einander gegenüberliegenden
Bereichen der Hülse 2 gebildet.
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Wie
in 1 gezeigt, ist der Zylinderstift 12 in
einer Durchgangsbohrung 3c im Zylinderteil 3b des
Kolbens 3 angeordnet. Somit ist der Kolben 3 über den
Zylinderstift 12 mit der Hülse 2 verbunden. Durch
diese Verbindung der Hülse 2 zum
Kolben 3 über
den Zylinderstift 12 kann sich die Hülse somit relativ in den Grenzen
der Kulisse 2a zum Kolben 3 drehen.
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Nachfolgend
wird die Funktion der erfindungsgemäßen Bremsanlage beschrieben.
Wenn beispielsweise ein Regeleingriff durch ein ESP- oder ABS-System
notwendig ist, wird erfindungsgemäß nicht mehr die Pumpe P2 des
zweiten Bremskreises betätigt,
sondern der für
den Regeleingriff notwendige Druck wird aus dem zusätzlichen
Hydraulikdruckspeicher 1 entnommen. Hierzu steuert eine
nicht dargestellte Steuereinheit die Verriegelungseinrichtung 11 derart
an, dass diese die Hülse 2 freigibt. 1 zeigt
den Ausgangszustand des Hydraulikdruckspeicher in gespanntem Zustand
bei verriegelter Hülse. Um
die Hülse 2 freizugeben,
wird die Magnetspule bestromt, so dass die Magnetspule 9 die
Zwischenplatte 10 gegen die Federkraft des zweiten Federelements 8 anzieht.
Dadurch kommt die Zwischenplatte 10 außer Eingriff von den Reibbelägen 7a der
Halteplatte 7, so dass die Halteplatte 7 freigegeben
ist. Da die Halteplatte 7 über die Verzahnungen 2b, 7b mit der
Hülse 2 verbunden
ist, ist somit auch die Hülse 2 freigegeben.
Dadurch kann das erste Federelement 4 den Kolben 3 in
Richtung des Pfeils Y bewegen und somit einen Druck im Druckraum 5 aufbauen.
Dieser Druck kann über
die Leitung 15 in den Bremskreis MC2 der Bremsanlage eingespeist
werden. Somit ersetzt der Druck aus dem Hydraulikdruckspeicher 1 einen
sonst durch die Pumpe P2 erzeugten Druck für einen Brems- und/oder Regeleingriff.
Da das Entspannen des ersten Federelements 4 und die Druckerzeugung
mittels des Kolbens 3 völlig
geräuschlos
erfolgt, kann der Brems- bzw. Regeleingriff ohne unerwünschte Geräusche für den Fahrer
durchgeführt
werden.
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Die
Verriegelungseinrichtung 11 wird dabei so lange im nicht
verriegelten Zustand gehalten, bis der Brems- und/oder Regeleingriff
beendet ist. Wenn der Regeleingriff beendet ist, wird die Bestromung der
Magnetspule 9 wieder unterbrochen, so dass das zweite Federelement 8 die
Zwischenplatte 10 wieder gegen die Halteplatte 7 drücken kann
und somit die Halteplatte 7 blockiert ist.
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Während das
erste Federelement 4 die Federkraft auf den Kolben 3 ausübt, wird
der Zylinderstift 12 in der Kulisse 2a von seinem
Ausgangspunkt A in Pfeilrichtung zum Punkt B bewegt. Der Punkt B ist
der Endpunkt der Kulisse 2 und somit ein Anschlagpunkt
für eine
maximale Auslenkung des Kolbens 3. Während der Bewegung vom Punkt
A zum Punkt B dreht sich die Hülse 2 mitsamt
der Halteplatte 7 dabei um ihre Mittelachse X-X. Je nach
gewünschtem
Druckniveau kann dabei der Druckaufbau durch den federbelasteten
Kolben 3 an jeder beliebigen Stelle der Kulisse 2 unterbrochen
werden, indem die Verriegelungseinrichtung 11 wieder die
Halteplatte 7 verriegelt und damit gleichzeitig auch die Rotation
der Hülse 2 unterbindet.
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Soll
der Hydraulikdruckspeicher 1 wieder geladen werden, werden
die Ventile des zweiten Bremskreises MC2 entsprechend geschaltet
und die Pumpe 2 betrieben, so dass der von der Pumpe P2 erzeugte
Druck über
die Leitung 15 in den Druckraum 5 gefördert wird.
Für den
Ladevorgang des Hydraulikdruckspeichers muss dabei die Verriegelungseinrichtung 11 wieder
im nichtverriegelten Zustand sein, so dass sich der Kolben 3 entgegen
der Federkraft 4 in entgegengesetzter Richtung zum Pfeil
Y bewegt. Dabei findet wieder eine Relativverdrehung der Hülse 2 gegenüber dem
Kolben 3 statt, bis der Zylinderstift 12 wieder
in der Ausgangsposition A in der Kulisse 2a angeordnet
ist. Wenn der Zylinderstift 12 sich im Punkt A befindet,
ist der Hydraulikdruckspeicher voll geladen, so dass die Verriegelungseinrichtung 12 die
Halteplatte 7 und damit auch die Hülse 2 wieder verriegelt.
Die Verriegelung des Hydraulikdruckspeichers erfolgt dabei lediglich über die
Federkräfte
des zweiten Federelements B. Der Hydraulikdruckspeicher 1 wird
dabei vorzugsweise während
einer Beschleunigung des Fahrzeugs geladen, da die während der
Beschleunigungsphasen auftretenden Geräusche die Motorgeräusche der
Pumpe P2 übertönen, so
dass der Fahrer vom Wiederaufladen des Hydraulikdruckspeichers 1 nichts
bemerkt.
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Erfindungsgemäß kann somit
ein Brems- und/oder Regeleingriff ohne Betreiben einer Pumpe durch
teilweises oder vollständiges
Entspannen des Hydraulikdruckspeichers 1 ermöglicht werden.
Um mehrere Regeleingriffe nacheinander ohne zwischenzeitliches Wiederaufladen
des Hydraulikdruckspeichers zu ermöglichen, sollte der Hydraulikdruckspeicher 1 relativ
groß ausgelegt
sein. Die Verwendung der Magnetbremse als Verriegelungseinrichtung 11 erzeugt
ebenfalls keine Geräusche
während der
Freigabe bzw. der Verriegelung, so dass der Hydraulikdruckspeicher 1 ohne
jegliche Erzeugung von Geräuschen
betrieben werden kann. Die vorliegende Erfindung kann mit allen
Bremsanlagen mit aktivem Druckaufbau verwendet werden. Auch kann
eine relativ einfache Nachrüstung
bei bereits bestehenden Bremssystemen erfolgen, da lediglich ein
zusätzlicher
Hydraulikspeicher mit entsprechender Leitung 15 notwendig
ist.
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf 4 eine Bremsanlage
gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung beschrieben. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile
sind mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet.
Die Bremsanlage des zweiten Ausführungsbeispiels
entspricht im Wesentlichen der des ersten Ausführungsbeispiels. Im Unterschied
zum ersten Ausführungsbeispiel
ist beim zweiten Ausführungsbeispiel
ein weiterer Hydraulikdruckspeicher 16 vorgesehen. Somit
umfasst die Bremsanlage des zweiten Ausführungsbeispiels einen ersten
Hydraulikdruckspeicher 1 und einen zweiten Hydraulikdruckspeicher 16.
Der erste Hydraulikdruckspeicher 1 ist über die Leitung 15 mit
dem zweiten Bremskreis MC2 der Bremsanlage verbunden und der zweite
Hydraulikdruckspeicher 16 ist über eine Leitung 17 mit
dem ersten Bremskreis MC1 verbunden. Wie beim zweiten Bremskreis
MC2 mündet
die Leitung 17 in den ersten Bremskreis MC1 kurz nach der
Pumpe P1. Somit ist je Bremskreis ein separater Hydraulikdruckspeicher
vorgesehen, so dass je nach Regelungseinsatz ein geräuschloser
Druck aus dem Hydraulikdruckspeicher für den ersten oder zweiten Bremskreis
bereitgestellt werden kann.
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Es
sei angemerkt, dass die Leitungen 15 und 17 alternativ
auch miteinander verbunden werden können und beispielsweise über Ventile
abgesperrt werden können,
so dass ein Hydraulikdruck aus beiden Hydraulikdruckspeichern 1, 16 entweder
nur der Leitung 15 oder nur der Leitung 17 zugeführt werden kann.
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf 5 eine Bremsanlage
gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
der Erfindung beschrieben. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile
sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen
bezeichnet.
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Das
dritte Ausführungsbeispiel
entspricht im Wesentlichen dem zweiten Ausführungsbeispiel, wobei beim
dritten Ausführungsbeispiel
zusätzlich
noch Ventile 18, 19 angeordnet sind. Die Ventile 18, 19 sind
als 3/2-Wegeventile ausgebildet und können jeweils einen Hydraulikdruckspeicher 1, 16 mit
einem Bremskreis entweder vor einer Pumpe oder nach einer Pumpe
verbinden. Genauer ist in der Leitung 15 das Ventil 18 angeordnet,
welches über
eine zusätzliche
Leitung 20 eine Verbindung zwischen dem ersten Hydraulikdruckspeicher 1 und
einem Bereich vor der Pumpe P2 bereitstellen kann. In gleicher Weise kann
das Ventil 19 eine Verbindung zwischen dem zweiten Hydraulikdruckspeicher 16 und
einem Bereich vor der Pumpe P1 über
eine zusätzliche
Leitung 21 bereitstellen. Durch das Vorsehen dieser zusätzlichen
Ventile 18, 19 und den entsprechenden Leitungen 20, 21 können die
Hydraulikdruckspeicher 1, 16 auch als Niederdruckspeicher
verwendet werden und zur Vorladung der Pumpe P1 bzw. P2 eingesetzt
werden. Dadurch kann die Dynamik während des Druckaufbaus des
Systems erhöht
werden, so dass ein schnellerer Druckaufbau für einen Regelfall in der Bremsanlage
möglich
ist.
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Es
sei angemerkt, dass die Ausbildung der Bremsanlage mit einem Hydraulikdruckspeicher 1 des
Niederdruckspeichers selbstverständlich
auch nur bei einem Bremskreis vorgesehen sein kann.