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Stand der Technik
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Bremsanlage für ein Fahrzeug
mit mindestens einem elektro-rheologischen und/oder magneto-rheologischen
Bauteil.
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Bremsanlagen
für Fahrzeuge
sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen
bekannt. Üblicherweise
weisen bekannte Bremsanlagen einen oder mehrere Bremskreise auf,
welche mit einer Hydraulikflüssigkeit
gefüllt
sind. Zur Modulation eines Druckes an einer Radbremse umfassen die
Bremsanlagen verschiedene Einrichtungen wie Pumpen, Ventilen und
Drosseln. Als Pumpen werden üblicherweise
Kolbenpumpen oder Zahnradpumpen verwendet. Die Ventile sind als
mechanische Absperrvorrichtungen vorgesehen, welche beispielsweise
elektrisch oder elektromagnetisch betätigt werden. Insbesondere Bremsanlagen
mit Regelungseinrichtungen wie beispielsweise einem Antiblockiersystem
(ABS) oder einem elektronischen Stabilitätsprogramm (ESP) weisen eine
Vielzahl von mechanischen Steuer- und Regelungskomponenten auf.
Dies macht derartige Bremsanlagen relativ aufwendig in ihrer Herstellung
und auch teuer. Ferner benötigen
die mechanischen Regelmechanismen auch einen gewissen Bauraum.
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Vorteile der Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Bremsanlage
für ein Fahrzeug
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den
Vorteil auf, dass Bauteile der Bremsanlage, welche eine Beeinflussung
einer Hydraulikflüssigkeit
der Bremsanlage ermöglichen, sehr
einfach und kostengünstig
aufgebaut sind. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass wenigstens
ein Bauteil der Bremsanlage als elektro-rheologisches und/oder magneto-rheologisches
Bauteil ausgebildet ist. Derartige Bauteile sind beispielsweise
Ventile, Drosseln oder Pumpen. Die Bremsanlage umfasst als Hydraulikflüssigkeit
eine elektro-rheologische Flüssigkeit
und/oder eine magneto rheologische Flüssigkeit, welche ihre Viskosität von einem flüssigen Zustand
bis zu einem festen Zustand durch Anlegen eines elektrischen Feldes
bzw. magnetischen Feldes ändern
kann. Die Änderung
der Viskosität
erfolgt dabei innerhalb einer. Millisekunde oder noch schneller.
Durch das Aufbauen bzw. Abbauen eines elektrischen Feldes und/oder
eines magnetischen Feldes kann somit die Viskosität der Hydraulikflüssigkeit
beeinflusst werden. Dadurch können
die bisher bei Bremsanlagen verwendeten mechanischen Pumpen, Ventile
und Drosseln durch elektro- bzw. magneto-rheologische Bauteile ersetzt
werden. Als Hydraulikflüssigkeit
muss somit lediglich eine elektro- und/oder magneto-rheologische
Flüssigkeit verwendet
werden. Als magneto-rheologische Flüssigkeit wird beispielsweise
eine Suspension mit kleinen magnetisch polarisierbaren Partikeln,
welche in einer Trägerflüssigkeit,
z. B. Öl,
fein verteilt sind, verwendet. Wenn diese Suspension nun in einen
Bereich eines Magnetfeldes gelangt, werden die Partikel polarisiert
und ordnen sich längs
der Feldlinien des Magnetfeldes in Ketten an. Dadurch ergibt sich eine Änderung
der Viskosität
der Flüssigkeit
im Bereich des Magnetfeldes. Die Viskosität der Flüssigkeit kann dabei bis zu
einem festen Zustand verändert werden,
so dass dadurch beispielsweise die Funktion eines Absperrventils übernommen
werden kann. Die elektro-rheologischen bzw. magneto-rheologischen Bauteile
können
somit praktisch verschleißfrei
arbeiten. Eine elektro-rheologische Flüssigkeit umfasst leitende Partikel
in einer nicht leitenden Flüssigkeit,
z. B. Metalloxide in einem Öl,
welche sich bei Anlegen eines elektrischen Feldes entsprechend dem
elektrischen Feld anordnen und die Viskosität der Flüssigkeit verändern.
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Die
Unteransprüche
zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Die
elektro- bzw. magneto-rheologischen Bauteile für die Bremsanlage sind vorzugsweise
ein elektro- oder magneto-rheologisches Ventil und/oder eine elektro-
oder magneto-rheologische Pumpe und/oder eine elektro- oder magneto-rheologische Drossel.
Die erfindungsgemäßen Bauteile
können dabei
einige oder alle in einer Bremsanlage vorkommenden ihnen entsprechenden
mechanischen Bauteile ersetzen.
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Bei
einem elektro-rheologischen Ventil sind vorzugsweise zwei Plattenelemente
vorgesehen, welche mit einer Steuerleitung verbunden sind und welche
an einem Leitungsabschnitt angeordnet sind, und in der Lage sind,
ein elektrisches Feld zwischen den beiden Plattenelementen zu erzeugen.
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Weiter
bevorzugt ist die Steuereinrichtung für das elektro-rheologische
Ventil derart ausgebildet, dass die Steuereinrichtung eine elektrische
Feldstärke
des elektrischen Feldes kontinuierlich ändern kann. Dadurch kann das
elektro-rheologische Ventil auch als veränderbare Drossel in dem Bremskreis verwendet
werden. Alternativ kann die Steuereinrichtung die elektrische Feldstärke des
elektrischen Feldes für
das elektro-rheologische Ventil nur zwischen einem ersten Wert und
einem zweiten Wert ändern. Dadurch
kann auf einfache Weise ein Absperrventil im Bremskreis bereitgestellt
werden. Hierzu ist der erste Wert vorzugsweise Null oder nahe Null,
so dass die Viskosität
der Hydraulikflüssigkeit
nicht oder kaum beeinflusst wird und der zweite Wert ist ein hoher
Wert, so dass die elektrisch geladenen Partikel in der Hydraulikflüssigkeit
eine Absperrung des Leitungsabschnitts ausführen.
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Weiter
bevorzugt ist das elektro-rheologische Ventil eine elektro-rheologische
Pumpe, welche eine Vielzahl von Plattenelementen umfasst, die entlang
eines Leitungsabschnitts der Bremsanlage nacheinander angeordnet
sind. Dabei ist jedes Plattenpaar zur Erzeugung eines elektrischen
Feldes von der Steuereinrichtung separat ansteuerbar. Dadurch kann
ein wanderndes elektrisches Feld erzeugt werden, in dem jeweils
nacheinander einander benachbarte Plattenpaare angesteuert werden,
um ein wanderndes elektrisches Feld zu erzeugen. Hierdurch wird
eine Pumpwirkung im Bremskreis erreicht. Eine magneto-rheologische
Pumpe wird vorzugsweise durch Anordnung einer Vielzahl von Spulen
nacheinander an einem Leitungsabschnitt erhalten, wobei die Spulen
im Einzelnen ansteuerbar sind und nacheinander ein magnetisches
Feld erzeugen, um die Pumpfunktion zu erreichen.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird
das elektrorheologische oder magneto-rheologische Bauteil zur Dämpfung oder Überhöhung einer
Schwingung in einem Leitungsabschnitt der Bremsanlage erreicht. Somit
können
einerseits Schwingungen effektiv und einfach gedämpft werden oder es können durch
eine Überhöhung einer
Schwingung zeitweise sehr hohe Drücke im Bremskreis erzeugt werden.
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Weiter
bevorzugt umfasst die Bremsanlage wenigstens einen Temperatursensor
und eine Regeleinrichtung, welche basierend auf einer, vom Temperatursensor
erfassten Temperatur eine Viskosität der Hydraulikflüssigkeit
mittels des elektro- oder magneto-rheologischen Bauteils auf einen
Sollwert regelt. Dadurch kann erfindungsgemäß ein Temperatureinfluss auf
die Viskosität
der Hydraulikflüssigkeit
kompensiert werden.
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Die
erfindungsgemäße Bremsanlage
kann bei allen Arten von Fahrzeugen, z. B. Pkw, Lkw oder Motorrädern, verwendet
werden. Die erfindungsgemäße Bremsanlage
wird vorzugsweise in Bremsanlagen mit Regelungseinrichtungen wie
z. B. einem Antiblockiersystem (ABS), einem elektronischen Stabilitätsprogramm
(ESP), einer Antriebsschlupfregelung (TCS) oder einer beliebigen
Kombination derartiger Regelungseinrichtungen verwendet. Hierbei werden
vorzugsweise Einlassventile und/oder Umschaltventile als rheologisches
Bauteil ausgebildet. Die elektro- und/oder magneto-rheologischen
Bauteile können
dabei insbesondere auch die Funktionen Druckaufbau (auch aktiv),
Druckabbau, Druckgradientenbeeinflussung und/oder Druckhalten an
jedem Rad übernehmen.
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Zeichnung
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Nachfolgend
werden bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im
Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
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1 eine
schematische Darstellung einer magneto-rheologischen Pumpe für eine Bremsanlage
gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung und
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2 eine
schematische Darstellung eines elektro-rheologischen Ventils gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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Bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf 1 eine magneto-rheologische
Pumpe 1 für
eine Bremsanlage eines Fahrzeugs im Detail beschrieben.
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Wie
in 1 gezeigt, umfasst die magneto-rheologische Pumpe 1 eine
Vielzahl von Spulen 3, welche nacheinander in Reihe an
einem Leitungsabschnitt 2 eines Bremskreises der Bremsanlage
angeordnet sind. In diesem Ausführungsbeispiel
sind sechs Spulen am Leitungsabschnitt 2 angeordnet. Die
Spulen 3 sind mit einer Steuerung 4 verbunden, wobei
jede der Spulen 3 einzeln angesteuert werden kann. In dem
in 1 gezeigten Zustand ist die dritte Spule in Förderrichtung
gerade bestromt, die in 1 mit N und S bezeichnet ist,
wobei N den Nordpol und S den Südpol
bezeichnet. Zwischen dem Nordpol und dem Südpol ergibt sich somit ein
magnetisches Feld, welches senkrecht zum Leitungsabschnitt 2 liegt.
Dadurch wird die im Leitungsabschnitt 2 befindliche magneto-rheologische
Flüssigkeit 5 im Bereich
des magnetischen Feldes zu einem Pfropfen 6 umgewandelt.
Dieser Pfropfen 6 verstopft dabei den Leitungsabschnitt 2.
Um eine Wirkung als Pumpe zu haben, wird nun das magnetische Feld
durch die nacheinander am Leitungsabschnitt 2 angeordneten
Spulen 3 fortschreitend von einer benachbarten Spule aufgebaut.
Dadurch ergibt sich in der Praxis ein fortschreitender Pfropfen 6,
wie durch den Pfeil A angedeutet. Dieser fortschreitende Pfropfen 6 schiebt
somit die Hydraulikflüssigkeit
vor sich her, was zu einer Druckerhöhung in dem nachfolgenden Leitungsabschnitt
führt.
Somit arbeitet das magneto-rheologische Bauteil als Pumpe. Dabei
muss ein Übergang
zwischen den einzelnen Spulen 3 im Pumpbetrieb immer derart
erfolgen, dass immer ein Bereich hochviskoser Hydraulikflüssigkeit
in dem Leitungsabschnitt 2 bestehen bleibt. Selbstverständlich kann
das Bauteil 1 auch als Ventil fungieren, indem lediglich
nur eine der Vielzahl von Spulen bestromt wird und somit der Leitungsabschnitt 2 verschlossen wird.
In Abhängigkeit
von einer fortschreitenden Richtung des Magnetfelds kann die magnetorheologische
Pumpe 1 dabei in beide Bewegungsrichtungen arbeiten. Ferner
kann durch eine kontinuierliche Änderung
des Magnetfelds auch eine kontinuierliche Druckverlaufformung ermöglicht werden.
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Die
Pumpe 1 verwendet dabei das magneto-rheologische Prinzip,
wobei die in der Hydraulikflüssigkeit
eingebrachten Partikel magnetisiert werden und sich am magnetischen
Feld ausrichten, wodurch es zu einer Verstopfung des Leitungsabschnitts
in Form des Pfropfens 6 im Bereich des magnetischen Feldes
kommt. In Abhängigkeit
von der Feldstärke
kann dabei jedoch auch beispielsweise nur eine Drosselwirkung durch
eine erhöhte
Viskosität
in diesem Bereich erreicht werden.
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Es
sei angemerkt, dass bei einer entsprechenden Wahl der Hydraulikflüssigkeit
sowohl elektrorheologische Bauteile als auch magneto-rheologische
Bauteile in einem Bremskreis verwendet werden können. Wenn alle mechanischen
Ventile, Drosseln und Pumpen durch magneto- und/oder elektro-rheologische Bauteile
ersetzt sind, ergibt sich eine besonders wartungsarme Bremsanlage,
da die Schalteinrichtungen praktisch keine bewegbaren Teile mehr
aufweisen. Es sei angemerkt, dass die erfindungsgemäße Funktion
dabei zusätzlich
noch durch einen kleinen Querschnitt des Leitungsabschnitts 2 unterstützt wird,
da dabei verstärkt
Adhäsionskräfte und
Reibungseffekte auftreten. Um hierbei auf einen geforderten Durchfluss
zu kommen, ist es denkbar, eine Mehrzahl paralleler Leitungen zu
verwenden. Darüber
hinaus weist die erfindungsgemäße Bremsanlage
nur sehr geringe Geräusche
und einen verbesserten Regelkomfort auf. Auch weist sie im Unterschied
zu herkömmlichen
Ventilen und Pumpen keine Verschmutzung auf. Dadurch können die
erfindungsgemäßen magneto-
und/oder elektrorheologischen Bauteile eine hohe Lebensdauer aufweisen.
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Es
sei ferner angemerkt, dass in einer Bremsanlage selbstverständlich auch
eine Kombination von magneto- und elektro-rheologischen Bauteilen
mit konventionellen Ventilen, Drosseln und Pumpen möglich ist.
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf 2 ein zweites
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben. Gleiche bzw. funktional
gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie im vorhergehenden
Ausführungsbeispiel bezeichnet.
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2 zeigt
ein Ventil 10, welches auf elektro-rheologischer Basis
arbeitet. Hierzu umfasst das Ventil 10 zwei Plattenkondensatoren 7, 8,
welche paarweise an einem Leitungsabschnitt 2 angeordnet sind.
Die beiden Plattenkondensatoren 7, 8 sind mit einer
Steuerung 4 verbunden. Die beiden Plattenkondensatoren 7, 8 wirken
als metallische Elektroden, so dass bei Anlegen einer Spannung zwischen
ihnen ein elektrisches Feld auftritt. Die Hydraulikflüssigkeit 5 im Leitungsabschnitt 2 ist
eine elektro-rheologische Flüssigkeit,
welche im Bereich des elektrischen Feldes einen Pfropfen 6 bildet.
Der Pfropfen 6 verstopft den Leitungsabschnitt 2,
so dass das Bauteil 10 des zweiten Ausführungsbeispiels ein elektro-rheologisches
Ventil ist. Abhängig
von der Stärke
des elektrischen Feldes kann dabei die Viskosität der Hydraulikflüssigkeit 5 beeinflusst
werden. Dadurch ist es auch möglich,
dass das Ventil als Drossel arbeitet, welches die Viskosität der Hydraulikflüssigkeit 5 im Bereich
zwischen den beiden Plattenkondensatoren 7, 8 ändert.
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Das
Ventil des zweiten Ausführungsbeispiels kann
dabei besonders bevorzugt stromlos geöffnete mechanische Ventile
bei konventionellen Bremsanlagen ersetzen.
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Es
sei ferner angemerkt, dass an Stelle eines statischen elektrischen
Feldes, wie unter Bezugnahme auf 2 beschrieben,
es auch möglich
ist, dass ein elektrisches Wechselfeld oder ein statisches elektrisches
Feld mit einem Wechselanteil verwendet wird. Hierdurch kann eine
gezielte Beeinflussung der Viskosität der Hydraulikflüssigkeit
erreicht werden.
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Ansonsten
entspricht dieses Ausführungsbeispiel
dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel, so
dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
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Weiter
bevorzugt ist der Leitungsabschnitt 2 der Bremsanlage,
an welchem das magneto- oder elektro-rheologische Bauteil angeordnet
ist, sich verjüngend
ausgebildet. Besonders bevorzugt ist der Leitungsabschnitt 2 dabei
konisch. Durch den sich verjüngenden
Querschnitt kann eine Erhöhung
der Viskosität
der Hydraulikflüssigkeit 5 bei
Anlagen eines magnetischen oder elektrischen Feldes verstärkt werden.
Dadurch wird insbesondere ein sichereres Verschließen des
Leitungsabschnitts 2 bei Anlegen eines magnetischen oder
elektrischen Feldes erreicht.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist
das magnetorheologische Bauteil ein magneto-rheologisches Ventil,
welches eine Spule umfasst, die um einen Leitungsabschnitt 2 herum
angeordnet ist. Durch Bestromen der Spule wird zum Inneren der Spule
ein magnetisches Feld erzeugt, so dass in Abhängigkeit von der Stärke des
magnetischen Feldes eine Änderung
einer Viskosität
der Hydraulikflüssigkeit 5 im
Leitungsabschnitt 2 erreicht werden kann.