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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft eine Hydraulikfluidpumpe einer Fahrzeugbremsanlage
mit einem Fördermittel zum
Fördern
von Hydraulikfluid gegen einen in einem Teil der Fahrzeugbremsanlage
bestehenden hydraulischen Gegendruck. Ferner betrifft die Erfindung eine
Fahrzeugbremsanlage mit einer derartigen Hydraulikfluidpumpe.
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Es
sind Hydraulikfluidpumpen von Fahrzeugbremsanlagen bekannt, bei
denen zum Fördern
von Hydraulikfluid bzw. Bremsflüssigkeit
in der Fahrzeugbremsanlage, insbesondere zum Rückfördern der Bremsflüssigkeit
von den Fahrzeugbremsen und/oder zum aktiven Bremsdruckaufbau, als
Fördermittel
mehrere Hubkolbenpumpen eingesetzt sind. Diese Hubkolbenpumpen werden
auch als Pumpenelemente bezeichnet.
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Die
Pumpenelemente werden in der Regel über einen Elektromotor mit
einem auf einer Antriebswelle sitzenden Exzenter angetrieben. Alternativ
sind auch Nockenantriebe oder ähnliches
möglich.
Dabei ergibt sich in Abhängigkeit
von der Exzentrizität
des Exzenters und dem Durchmesser des in dem Pumpenelement bzw.
der Hubkolbenpumpe verwendeten Pumpenkolbens ein konstantes Fördervolumen
pro Umdrehung des Elektromotors.
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Unter
der Annahme einer vollständigen
Füllung
des Druckraums an dem Pumpenelement bzw. der Hubkolbenpumpe und
unter Vernachlässigung der
Wirkungsgrade ergibt sich damit ein in allen Betriebsbereichen der
Hydraulikfluidpumpe linearer Zusammenhang zwischen hydraulischem
Lastmoment (Druck p) und elektrischer Leistung (Stromstärke I, wenn
die Spannung U konstant ist). Aufgrund dieses linearen Zusammenhangs
lässt sich
zwar das hydraulische Lastmoment an bekannten Hydraulikfluidpumpen
durch eine einfache Regelung der elektrischen Stromstärke gut
einstellen, die derartigen Hydraulikfluidpumpen arbeiten jedoch
nicht in allen Betriebsteilbereichen optimal.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Fahrzeugbremsanlage
mit einer Hydraulikfluidpumpe bereitzustellen, bei der über weite
Betriebsteilbereiche hinweg eine weitgehend optimale Druckversorgung
der zugehörigen
Fahrzeugbremsanlage gewährleistet
ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einer Hydraulikfluidpumpe
gemäß Anspruch
1 und einer Fahrzeugbremsanlage gemäß Anspruch 9 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Erfindungsgemäß ist eine
Hydraulikfluidpumpe einer Fahrzeugbremsanlage mit einem Fördermittel
zum Fördern
von Hydraulikfluid gegen einen in einem Teil der Fahrzeugbremsanlage
bestehenden hydraulischen Gegendruck geschaffen, bei der ein Mittel
zum Verändern
des Fördervolumens des
Fördermittels
in Abhängigkeit
von der Höhe
des hydraulischen Gegendrucks vorgesehen ist. Ferner ist die Aufgabe
erfindungsgemäß mit einer
Fahrzeugbremsanlage mit einer derart gemäß der Erfindung ausgestalteten
Hydraulikfluidpumpe gelöst.
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Die
erfindungsgemäße Lösung basiert
auf der Erkenntnis, dass bei bekannten Fahrzeugbremsanlagen in herkömmlichen
Regelsituationen, insbesondere bei einem Rückfördern von Hydraulikfluid mit
Hilfe der Hydraulikfluidpumpe, für
die Hydraulikfluidversorgung im Wesentlichen zwei Auslegungspunkte
relevant sind:
Gemäß einem
ersten Auslegungspunkt soll eine möglichst große hydraulische Förderleistung
bei niedrigem Druckniveau bzw. bei einem Druckniveau von 0 bar bereitgestellt
werden. Mit der derart großen hydraulischen
Förderleistung
soll die Druckaufbaudynamik maximiert bzw. die Zeit zur Überwindung des
Lüftungsspiels
zwischen den Bremsbelägen
der Fahrzeugbremsanlage und der zugehörigen Bremsscheibe minimiert
werden. Diese Funktion herkömmlicher
Fahrzeugbremsanlagen wird auch als Performance-Optimierung bei Stabilisierungsfunktionen bezeichnet.
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Gemäß dem zweiten
Auslegungspunkt soll ein sicherer Anlauf des Antriebsmotors im Rückforderbetrieb
bei einer Antiblockierregelung (ABS) selbst bei maximalem Druck
am Hauptbremszylinder der Fahrzeugsbremsanlage gewährleistet
sein. Dies bedeutet, dass der Fahrer des zugehörigen Fahrzeugs am zugehörigen Bremspedal
stark auftritt und damit am Hauptbremszylinder einen maximalen Bremsdruck
erzeugt, während
der Antriebsmotor der Hydraulikfluidpumpe dennoch an den Fahrzeugbremsen
Hydraulikfluid absaugen soll, um die Antiblockier-Funktion sicherzustellen.
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Zugleich
sind die beiden oben genannten Auslegungspunkte für die Hydraulikfluidversorgung von
Fahrzeugbremsen einer Fahrzeugbremsanlage nicht unabhängig voneinander.
Sowohl der erste als auch der zweite Auslegungspunkt werden – so die Erkenntnis
der Erfindung – durch
die geometrischen Abmessungen der Pumpenelemente und/oder die Exzentrizität des zugehörigen Antriebs
beeinflusst.
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So
ergibt sich bei einer Optimierung in Richtung auf den ersten Auslegungspunkt
und damit in Richtung auf eine große hydraulische Förderleistung bei
niedrigem Druckniveau zugleich eine vergleichsweise hohe erforderliche
elektrische Leistung bzw. ein hohes Motoranlaufmoment für den Rückförderbetrieb
bei der Antiblockier-Funktion. Mit anderen Worten ist mit der grundsätzlich vorzusehenden
hohen Förderleistung
der Pumpenelemente bei niedrigem Druckniveau auch eine hohe Förderleistung
bei hohem Druckniveau verbunden.
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Zur
Erläuterung
dieses Zusammenhangs ist hier die 1 beigefügt. Die 1 zeigt
als Diagramm an einer X-Achse angetragen den von Pumpenelementen
erzeugten Druck in Relation zu einer an der zugehörigen Y-Achse
angezeigten Förderleistung.
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Der
obige Zusammenhang, dass ein Pumpenelement mit hoher Förderleistung
bei niedrigem Druckniveau auch bei hohem Druckniveau noch eine vergleichsweise
hohe Förderleistung
aufweist, zeigt sich in der 1 an der
Linie 10. Die Linie 10 zeigt, dass zwischen dem
hydraulischen Lastmoment (Druck) und der elektrischer Leistung (Förderleistung)
des zugehörigen
Antriebsmotors eine lineare Beziehung besteht. Ein Pumpenelement,
welches an einem ersten Auslegungspunkt 20 bei niedrigem Druck
auf eine hohe Förderleistung
optimiert ist, fördert
mit zunehmendem Druck gemäß der Linie 10 bist
zu einem Punkt 30, an dem sich noch immer eine vergleichsweise
hohe Förderleistung
und damit eine vergleichsweise hohe Regel-Stromstärke für den antreibenden
Elektromotor ergibt.
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Eine
Optimierung des Pumpenelements in Richtung auf eine geringe Motorleistung
bzw. ein geringes Anlaufmoment des Elektromotors bei hohem Druck
ergibt in 1 den Auslegungspunkt 40.
Ein derartiges Pumpenelement führt
aber gemäß der Linie 50 bei
einem geringen Druck auch zu einer geringen Förderleistung bis zu einem Punkt 60.
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Wenn
man den funktionalen Anforderungen der Fahrzeugbremsanlage hingegen
besser gerecht werden und eine Hydraulikfluidpumpe in Bezug auf beide
Auslegungspunkte 20 und 40 auslegen möchte, wäre hingegen – so die
erfindungsgemäße Erkenntnis – ein Zusammenhang
anzustreben, wie er in 1 mit der Kurve 70 dargestellt
ist.
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Die
erfindungsgemäße Lösung erreicht
diese optimierte Auslegungskurve dadurch, dass bei der erfindungsgemäßen Hydraulikfluidpumpe
ein Mittel zum Verändern
des Fördervolumens
des Fördermittels
in Abhängigkeit
von der Höhe
des hydraulischen Gegendrucks vorgesehen ist. Als Fördermittel
ist dabei insbesondere ein Pumpenelement bzw. eine Hubkolbenpumpe
vorgesehen, wobei das Fördervolumen
definiert ist als jene Menge an Hydraulikfluid, die die Hydraulikfluidpumpe
mit einer Hin- und Herbewegung ihres Hubkolbens bzw. mit einer Umdrehung
ihres Antriebsmotors in die zugehörige Fahrzeugbremsanlage hineinfördert bzw.
aus dieser absaugt.
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Vorteile der Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Lösung schafft
eine bedarfsgerechte Anpassung der hydraulischen Förderleistung
an die funktionalen Anforderungen des zugehörigen Regelsystems. Diese Anforderungen umfassen
insbesondere, wie erläutert,
eine hohe Förderleistung
bei niedrigen Gegendrücken
zur schnellen Fahrzeugstabilisierung und eine niedrige Förderleistung
bei hohen Gegendrücken
zur sicheren Darstellung der Antiblockier-Funktionalität.
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Darüber hinaus
kann mit der erfindungsgemäßen Lösung zugleich
die erforderliche elektrische Leistung des Antriebsmotors der Hydraulikfluidpumpe
minimiert werden.
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Erfindungsgemäß bevorzugt
ist das Fördermittel
zum Fördern
von Hydraulikfluid mit mindestens einem Förderkolben gestaltet, der in
einem Zylinder verschiebbar gelagert ist und dabei zusammen mit dem
Zylinder eine Druckkammer definiert, deren Volumen durch das Verschieben
des Förderkolbens verändert wird.
Das Mittel zum Verändern
des Fördervolumens
ist dabei bevorzugt als ein Mittel zum (zusätzlichen) Verändern des
Volumens der Druckkammer in Abhängigkeit
des hydraulischen Gegendrucks gestaltet. Bei dieser vorteilhaften
Lösung
wird insbesondere das sich ergebende Volumen der Druckkammer im
Vergleich zur herkömmlichen
Situation vergrößert bzw.
größer gehalten,
wenn der Förderkolben
Druck aufbaut und dabei ein hoher Gegendruck anliegt. Der Förderkolben
fördert
dann also weniger Hydraulikfluid aus der Druckkammer heraus. Liegt
hingegen ein geringer Gegendruck an, vergrößert sich beim Aussschieben
von Hydraulikfluid aus der Druckkammer deren Volumen geringer oder
gar nicht, so dass entsprechend eine größere Menge an Hydraulikfluid
aus der Druckkammer ausgeschoben wird.
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Erfindungsgemäß ist ferner
bevorzugt das Mittel zum Verändern
des Volumens der Druckkammer in Abhängigkeit des hydraulischen
Gegendrucks als ein Mittel zum Verändern des Hubweges des Förderkolbens
in Abhängigkeit
des hydraulischen Gegendrucks gestaltet. Auf diese Weise wird erfindungsgemäß vorteilhaft
mit steigendem Gegendruck das sich ergebende Hubvolumen des Förderkolbens verringert,
womit sich im Vergleich zur herkömmlichen
Situation das Volumen der Druckkammer vergrößert und damit eine geringere
hydraulische Förderleistung
ergibt.
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Bei
einer derart weitergebildeten erfindungsgemäßen Hydraulikfluidpumpe ist
ferner bevorzugt ein Exzenterantrieb zum Verschieben des Förderkolbens
vorgesehen und das Mittel zum Verändern des Hubweges des Förderkolbens
mittels einer Verstelleinrichtung zum Ändern der Exzentrizität des Exzenterantriebs
gestaltet. Die derart in Abhängigkeit
des hydraulischen Gegendrucks veränderbare Exzentrizität des Exzenterantriebs
führt zu
einer einfachen, wirkungsvollen und zugleich situationsgerechten
Anpassung des Fördervolumens
des Förderkolbens.
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Die
Verstelleinrichtung zum Ändern
der Exzentrizität
des Exzenterantriebs ist bevorzugt mittels eines Lagers des Exzenterantriebs
gestaltet, bei dem die Lage des Lagermittelpunkts in radialer Richtung veränderbar
ist. Eine derartige Verstellung des Lagermittelpunktes kann kostengünstig und
zugleich über
die Lebensdauer der zugehörigen
Hydraulikfluidpumpe hinweg betriebssicher hergestellt werden.
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Bevorzugt
ist ferner der Exzenterantrieb mit drei axial verteilt angeordneten
Lager gestaltet, von denen bei zwei Lager die Lage des Lagermittelpunktes
in radialer Richtung veränderbar
ist. Die beiden radial versetzbaren Lager führen zu der oben erläuterten,
erfindungsgemäß beabsichtigen
Verstellung des Hubweges des Förderkolbens,
während
das dritte, radial nicht versetzbaren Lager für die erforderliche Führung des
Exzenterantriebs und insbesondere dessen Elektromotor sorgen.
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Das
Mittel zum Verändern
des Fördervolumens
des Fördermittels
ist besonders bevorzugt mit einem elastischen Element gestaltet,
welches gegen den Gegendruck des Hydraulikfluids spannbar ist. Durch
eine geeignete Auslegung des elastischen Elements kann erreicht
werden, dass bei einem definierten Gegendruck keine Förderung
mit der Hydraulikfluidpumpe mehr stattfindet und damit selbst bei
einer weiteren Erhöhung
des Gegendrucks keine Erhöhung
des Lastmoments am zugehörigen
Antrieb auftritt. Dies führt
direkt dazu, dass das erforderliche maximale Anlaufmoment eines
zugehörigen
Elektromotors geringer ist, so dass entsprechend auch eine geringer
elektrische Leistung installiert werden kann.
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Das
elastische Element ist erfindungsgemäß vorteilhaft mit einem ringförmigen Elastomerbauteil gestaltet,
welches insbesondere das mindestens eine Lager radial außen umgibt.
Die derartige Weiterbildung ist besonders kostengünstig und
montagefreundlich, da die mit dem ringförmigen Elastomerbauteil sich
ergebende Nachgiebigkeit des Exzenterantriebs auch bei dessen Montage
von Vorteil ist.
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Besonders
bevorzugt ist schließlich
für jeden Hydraulikbremskreis
der zugehörigen
Fahrzeugbremsanlage die Verwendung von mindestens zwei Pumpenelementen
bzw. Hubkolbenpumpen vorgesehen. Dabei ist mindestens eine der Hubkolbenpumpen
als konventionell arbeitende Pumpe gestaltet, mit der dann im Betreib
der funktional erforderliche Volumenstrom auch bei hohen Gegendrücken dargestellt
werden kann. Damit kann einerseits den Anforderungen der Fahrzeugsteller
nach insgesamt wesentlich verringerter Strombelastung des zugehörigen Fahrzeugbordnetzes
entsprochen werden, während
zugleich die hydraulische Förderleistung bedarfsgerecht
dargestellt werden kann.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Lösung anhand
der beigefügten
schematischen Zeichnungen näher
erläutert. Es
zeigt:
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1 ein
Diagramm des Verhältnisses
von Förderleistung
und Gegendruck bei herkömmlichen Hydraulikfluidpumpen
und bei einer erfindungsgemäßen Lösung,
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2 einen
stark vereinfachten Längsschnitt
eines Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Hydraulikfluidpumpe
und
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3 den
Schnitt III-III in 2.
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Ausführungsform(en)
der Erfindung
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In 1 ist,
wie oben bereits erläutert,
dargestellt, wie mit der erfindungsgemäßen Lösung bedarfsgerecht ein sich
in Abhängigkeit
der Höhe
des hydraulischen Gegendrucks veränderndes Fördervolumen eines Fördermittels
einer Hydraulikfluidpumpe an einer Fahrzeugbremsanlage bereitgestellt
werden kann. Insofern wird im Hinblick auf die Darstellung gemäß 1 auf
obige Erläuterung
verwiesen.
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In 2 ist
eine Hydraulikfluidpumpe 80 dargestellt, welche als wesentliche
Bauteil ein Einlassventil 90, eine Einlassleitung 100,
einen Zylinder 110 mit einem darin angeordnetem Kolben 120,
einen zugehörigen
Exzenterantrieb 130, eine Auslassleitung 140 sowie
ein Auslassventil 150 umfasst. Das Einlassventil 90,
die Einlassleitung 100 und die Auslassleitung 140 zusammen
mit dem Auslassventil 150 sind dabei derart fluidleitend
mit einer vom Zylinder 110 und vom Kolben 120 gebildeten
Druckkammer 160 verbunden, dass (nicht dargestelltes) Hydraulikfluid
durch ein Bewegen des Kolben 120 im Zylinder 110 in
die Druckkammer 160 eingesaugt und aus dieser herausgefördert wird.
Der Kolben 120 ist dazu in dem Zylinder 110 axial
verschiebbar gelagert, wobei zwischen der Außenseite des Kolbens 120 und
der Innenseite des Zylinders 110 eine Hochdruckdichtung 170 angeordnet
ist.
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Der
Exzenterantrieb 130 ist mit einem Elektromotor 180 gebildet,
der eine Motorwelle 190 antreibt. Die Motorwelle 190 ist
auf zwei Lager 200 und 210 drehbar gelagert, einem
Loslager (Lager 200, dieses ermöglicht einen Spielausgleich
in axialer Richtung) und einem Festlager (Lager 210, dieses lässt keinen
Speilausgleich in axialer Richtung zu). Optional ist ein drittes,
ebenfalls als Loslager gestaltetes Lager 220 vorgesehen.
Auf der Motorwelle 190 ist eine Exzenterscheibe 230 drehfest
angeordnet, deren Achse zur Achse der Motorwelle 190 radial versetzt
angeordnet ist.
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Das
Lager 200 (und auch das optionale Lager 220) ist
mit einem Lagerinnenring 240 gestaltet (siehe 3),
der auf die Motorwelle 190 aufgeschoben ist. Radial außen von
dem Lagerinnnenring 240 befinden sich über den Umfang des Lagerinnenrings 240 verteilt
mehrere Rollkörper 250 in
Gestalt von Wälzkörpern, die
außenseitig
von einem Lageraußenring 260 umgeben
sind. Dieser Lageraußenring 260 ist
seinerseits radial außen
von einem ringförmigen
Elastomerbauteil 270 umgeben, das seinerseits von einem
Außenring 280 eingefasst
ist. Der Außenring 280 dient
zum Festlegen des Lagers 200 in einem weiter nicht dargestellten
Gehäuse
der Hydraulikfluidpumpe 80.
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Beim
Betrieb des Exzenterantriebs 130 wird (wie auch bei herkömmlichen
Hydraulikfluidpumpen) der Kolben 120 in Axialrichtung bewegt
und relativ zum Zylinder 110 versetzt. Das Volumen in der Druckkammer 160 wird
dabei abwechselnd vergrößert und
verkleinert, wodurch Hydraulikfluid durch die Einlassleitung 110 in
die Druckkammer 160 eingesaugt und nachfolgend durch die
Auslassleitung 140 wieder aus der Druckkammer 160 herausgefördert wird.
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Der
Kolben 120 bildet also zusammen mit dem Zylinder 110 und
dem Exzenterantrieb 130 ein Fördermittel zum Fördern von
Hydraulikfluid gegen einen, in einem Teil der Fahrzeugbremsanlage
(vorliegend in der Auslassleitung 140 und dem Auslassventil 150)
bestehenden hydraulischen Gegendruck. Dabei ist der Kolben 120 gegen
die Exzenterscheibe 230 gespannt, die wie oben erläutert über die
Motorwelle 190 mit dem Lager 200 (und optional
dem Lager 220) auf dem Elastomerbauteil 270 gelagert
ist. Dieses Elastomerbauteil 270 bildet ein Mittel zum Verändern des
Fördervolumens
dieses Fördermittels in
Abhängigkeit
der Höhe
des hydraulischen Gegendrucks. Das Elastomerbauteil 270 lässt nämlich einen
Versatz des Lageraußenrings 260 relativ
zum Außenring 280 bei
entsprechender radialer Krafteinwirkung zu. Diese radiale Kraft
wirkt auf das Lager 200 (und auch das Lager 220) über die
Exzenterscheibe 230 und den Kolben 120 in Abhängigkeit
des anstehenden Gegendrucks in der Druckkammer 160 ein.
Bei steigendem Gegendruck in der Druckkammer 160 wird der
Kolben 120 durch die Nachgiebigkeit des Elastomerbauteils 270 in
Richtung auf eine Vergrößerung des
Volumens in der Druckkammer 160 versetzt und es reduziert
sich damit die hydraulische Förderleistung
des Kolbens 120.
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Durch
eine entsprechende Auslegung des Elastomerbauteils 270 wird
erreicht, das ab einem definierten Federweg im Elastomerbauteil 270 keine Förderung
von Hydraulikfluid mit dem Kolben 120 mehr stattfindet
und damit auch bei weiterer Erhöhung
des Gegendrucks keine weitere Erhöhung des Lastmoments mehr auftritt.
Vorteilhaft kann dazu auch das Lager 210 mit einem Elastomerbauteil 270 versehen
sein. Dies führt
direkt dazu, dass das erforderliche maximale Anlaufmoment des Exzenterantriebs 130 und
die dafür
erforderliche elektrische Leistung im Vergleich zu konventionellen
Lösungen verringert
werden kann.
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Der
funktional erforderliche Volumenstrom in der Fahrzeugbremsanlage
bzw. dem der Hydraulikfluidpumpe 80 zugeordneten Bremskreis
wird durch eine weitere (nicht dargestellte) Hydraulikfluidpumpe konventioneller
Art sichergestellt. Die zugehörige Fahrzeugbremsanlage
umfasst daher bevorzugt mindestens zwei Hydraulikfluidpumpen pro
Bremskreis, d. h. insgesamt mindestens vier je gesamtem Hydroaggregat.