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Die Erfindung betrifft ein Betätigungssystem, insbesondere für eine Fahrzeugbremse gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und ein Verfahren zum Betrieb des Betätigungssystems gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 20.
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Stand der Technik
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Die Anforderungen an Bremssysteme steigen. Dies gilt insbesondere auch hinsichtlich der Fehlersicherheit und guter Rückfallebene. Wenn der Bremskraftverstärker ausfällt, so soll bei der international vorgegebenen Fußkraft von 500 N eine Verzögerung möglichst größer als 0,64 g erreicht werden, was gegenüber der Mindestanforderung des Gesetzgebers vom 0,24 erheblich mehr bedeutet. Ein Vorteil der hohen erreichbaren Verzögerung ist es auch, dass bei Ausfall des Bremskraftverstärkers eine rote Warnlampe, welche den Fahrer irritiert, nicht angesteuert werden muss.
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Gelöst werden können diese Forderungen durch Brake-by-wire-Systeme mit Wegsimulator. Hierbei ist der Hauptzylinder (HZ) bzw. Tandem-Hauptzylinder (THZ) für die Rückfallebene bei Ausfall des Bremssystems ausgelegt. Dies erfolgt durch entsprechende Dimensionierung mit kleinem Durchmesser. Dadurch entstehen höhere Drücke bei einer entsprechenden Fußkraft. Das notwendige Bremsflüssigkeits-Volumen für 0,64 g und entsprechenden Druck ist relativ klein im Vergleich zu dem bei maximalem Druck bei voller Fahrzeugverzögerung und Fading. Das notwendige Volumen kann ein THZ auch bei größerem Hub nicht voll aufbringen. In der
DE 10 2009 043 494 der Anmelderin ist hierfür eine Lösung vorgeschlagen mit Speicherkammer, welche bei höheren Drücken entsprechende Volumen in den Bremskreis einspeist. Ferner ist in der
DE 10 2010 045 617 A1 der Anmelderin eine weitere Lösung beschrieben, bei der über entsprechende Ventil- und THZ-Steuerung Volumen vom Hauptzylinder aus dem Vorratsbehälter in den Bremskreis gefördert wird. Bei Fahrzeugen mit großer Volumenaufnahme, z. B. SUV und Kleintransportern, muss die Auffüllung der Bremskreise beim Abbremsen schon vor dem Blockierdruck für high µ notwendig erfolgen. Beide Lösungen stellen eine hohe Anforderung an die Dichtheit der Ventile. Außerdem sind mit der zusätzlichen Auffüllung der Bremskreise eine Unterbrechung des Druckaufbaus und kleine Bremsverluste verbunden.
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In der
DE 10 2011 111 369 der Anmelderin ist ein System mit Zusatzkolben beschrieben, welches das erforderliche Druckmittelvolumen bringt und den Vorteil hat, dass es von der Motorspindel betätigt wird und in der Rückfallebene nicht wirksam ist, d. h. die vorgegebene Verzögerung ermöglicht. Nachteilig können sich hierbei unter Umständen die entsprechend hohen Kräfte auswirken, welche die Spindel, den Kugel-Gewinde-Trieb (KGT) und die Lager belasten.
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Ein weiterer wichtiger Gesichtspunkt ist die Einbaulänge. Hierzu gibt es bei Bremssystemen zwei unterschiedliche Bauformen, die sog. „Serielle Bauform“ S und die „Parallele Bauform“ P (nachfolgend auch „S-System“ bzw. „P-System“ genannt). Darunter ist zu verstehen, dass beim S-System die Hauptkomponenten (wie z. B. in
DE 10 2011 111 369 ) der Hauptzylinder THZ, Motor mit Kugel-Gewinde-Getriebe KGT und Hilfskolben in einer Achse angeordnet sind und beim P-System (wie z. B. in
DE 10 2012 222 897 A1 ), der Hauptzylinder THZ in einer Achse und eine Kolben-Zylinder-Einheit (Plunger) zur Volumenbereitstellung mit Motor in einer seitlich versetzten zweiten Achse angeordnet sind.
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Die P-Systeme erfordern weniger Baulänge, sind aber aufwändiger und unterscheiden sich zu S-System auch in der Fehlersicherheit. Gemäß der
DE 10 2013 111 974.3 der Anmelderin ist ein P-System mit Doppelhubkolben und THZ ausgeführt, welches in der Baulänge und der Ventilschaltung noch nicht allen Anforderungen genügt.
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Aus der
WO 2012/017037 und der
WO 2011/157347 ist auch bereits eine Bremsanlage für Kraftfahrzeuge bekannt, bei der ein angetriebener Doppelhubkolben Verwendung findet, um Bremsdruck in den Radbremsen aufzubauen. Beiden Anmeldungen ist gemeinsam, dass über sogenannte Einspeiseventile das Fördervolumen über eine einkreisige Verbindungsleitung vom Doppelhubkolben den Bremskreisen zugeführt wird. Eine alternative getrennte Zuführung zu den Bremskreisen wiederum über Einspeiseventile beinhaltet ein Verbindungsventil, welches die Bremskreise zusammenführt. Beide Lösungen sind fehlerkritisch da bei Bremskreisausfall und Ausfall der Einspeiseventile ein Ausfall der Bremskraftverstärkung oder ein Totalausfall der Bremse die Folge ist. Auch bei der
DE 2006 030 141 ist eine einkreisige Verbindungsleitung vorgesehen, welche über Umschaltventile mit Verbrauchern verbunden ist. Diese Ventile haben eine zusätzliche Verbindung zum Vorratsbehälter. Hier ist ebenfalls die einkreisige Verbindung mit Umschaltventilen fehlerkritisch, wenn sicherheitsrelevante Verbraucher eingesetzt werden, wie z.B. Brems- oder Getriebesysteme.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System mit geringem baulichem Aufwand, kurzer Baulänge und hoher Fehlersicherheit zu schaffen.
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Lösung der Aufgabe
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Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Mit der erfindungsgemäßen Lösung und ihren Ausgestaltungen wird ein Betätigungssystem mit kurzer Baulänge und hoher Fehlersicherheit geschaffen, welches bezüglich Komplexität weiter reduziert ist und in einer vorteilhaften Ausführung mit geringstmöglichem Aufwand, insbesondere Ventilen, auskommt und in Ausbaustufen auf einfache Weise Funktionserweiterungen ermöglicht.
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Vorteilhafte Ausführungsformen bzw. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen enthalten, auf die hier auch zu Beschreibungszwecken der Einfachheit halber Bezug genommen wird.
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Die Erfindung baut auf der
DE 10 2014 109 628.8 der Anmelderin auf (auf die auch zu Offenbarungszwecken insoweit Bezug genommen wird), wobei neben dem Verzicht der Trennventile TV auch noch weitere Ventile (Ventile EA) nicht benötigt werden. Das bedeutet neben Kosteneinsparung auch eine Erhöhung der Fehlersicherheit, da die beiden Druckkammern des Doppelhubkolbens DHK jeweils getrennt mit einem Bremskreis verbunden sind. Hiermit ist nun eine 2-kreisige Druckversorgung zum 2-kreisigen Bremssystem gegeben, was eine höhere Fehlersicherheit und Transparenz der Fehler ermöglicht.
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Mit der erfindungsgemäßen Lösung und ihren Ausführungsformen wird das Potential eines Doppelhubkolbens mit unterschiedlichen Wirkflächen umgesetzt mit Vorfüllen, insbesondere bei niedrigem Druck (< 50bar). Hierzu ist eine Verbindung zwischen den Druckkammern des Doppelhubkolbens vorgesehen, die über ein Ventil unterbrochen werden kann. Bei voller Nutzung des Doppelhubkolbens mit unterschiedlichen Wirkflächen kann in einem ersten Hubbereich bei kleineren Drücken die größere Wirkfläche bei gesperrter Verbindung zu den Druckräumen des Doppelhubkolbens wirken. Danach bewirkt bei geöffnetem Ventil die Verbindung beim Vorhub eine kleinere wirksame Fläche (Differenz der beiden Wirkflächen). Damit sind kleinere Kolbenkräfte erforderlich, was bei höheren Drücken ein Vorteil ist, wegen der geringeren Spindelkraft und des geringeren Motormomentes.
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Es lassen sich nun auf dieser Basis durch entsprechende zusätzliche Ventile die Funktionen erweitern. In der
7 der
DE 10 2014 109 628.8 ist das Vorfüllen des Bremskreises durch ein Überdruckventil mit fester Einstellung beschrieben. Dies kann verbessert werden durch ein Magnetventil, welches eine variable Vorfüllung erlaubt und auch das Volumen des Rückhubes in den Bremskreis HL2 fördern lässt. Die Schließfeder des Ventils werden aus Sicherheitsgründen auf den Blockierdruck z. B. 200 bar gelegt, damit bei Ausfall von Bremskreis BHL2 ein Vorfüllventil eine Förderung in diesen Kreis verhindert.
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Der Druckabbau erfolgt hier über die Öffnung der Auslassventile gemeinsam in beiden Bremskreisen und wird vom Druckgeber gemessen.
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Ist dieses nicht gewünscht, so kann über ein weiteres Ventil der Druckabbau über den Doppelhubkolben (DHK) erfolgen, wenn nur der Vorhub zum Druckaufbau z. B. bis 200 bar genutzt wird. Mit diesem Ventil ist auch der Multiplex Betrieb möglich, bei dem sowohl Druckaufbau und Abbau über den Doppelhubkolben (DHK) erfolgt. Hier ersetzt der Doppelhubkolben (DHK) beim seriellen System den Druckstangenkolben der ersten Kolben-Zylinder-Einheit.
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In einer weiteren Ausbaustufe kann auch mit einem zusätzlichen Ventil für den Rückhub Druckabbau beim Rückhub über den Doppelhubkolben (DHK) erfolgen.
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Weiterhin ist ein Positionssensor für den Kolben der ersten Kolben-Zylinder-Einheit (Schwimmkolben SK) vorgesehen, welcher es ermöglicht, den Schwimmkolben durch entsprechende Schaltung des Rückhubes in einer Stellung zu positionieren, welche für die Rückfallebene z. B. bei Ausfall des Motors ein größeres Volumen in den Bremskreis HL1 fördert.
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Sehr wichtig ist die Diagnose verschiedener Funktionen z. B. auch der Hilfskolbenkreis. Hierzu wird vom Doppelhubkolben (DHK) Druck in diesen Kreis eingeleitet. Hierzu muss der Kreis geschlossen sein. Bei geschlossenem Kreis ist jedoch ein Druckausgleich bei geparktem Fahrzeug und ansteigender Temperaturen notwendig. Hierzu ist zweckmäßig entweder eine Saugventil-Drossel-Kombination oder bei Hilfskolben mit Schnüffelloch ein Strömungsventil vorgesehen, welches bei Druckbeaufschlagung des Hilfskolbens schließt.
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Ein großes Potenzial des Vereinfachens besteht im Wegsimulatoraufbau. Hierzu bietet sich eine entsprechende Dimensionierung des Pedalstößels an, welcher der Pedalkraft durch die Rückwirkung des Druckes entgegenwirkt. Damit lässt sich ein Wegsimulatorkolben mit Ventilen einsparen. Im Normalbetrieb ist der Hilfskolbenkreis drucklos. Eine gewisse Drosselwirkung beim Anbremsen kann durch Betrieb mit Pulsweitenmodulation (PWM) des WA Ventils ergeben. Mit dieser Ausführung ist auch eine adaptive Kennlinie möglich wie später beschrieben wird.
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Beim seriellen System ist der Kolbendurchmesser der ersten Kolben-Zylinder-Einheit (Hauptzylinder) gegeben durch das Volumen und max. Pedalkraft entsprechend den Vorschriften. Dagegen besteht beim parallelen System mit Doppelhubkolben (DHK) ein großer Spielraum für Kolbendurchmesser, Hub, Spindelkraft und Motormoment. Zusätzlich noch durch Vorfüllen kann das Volumen erheblich verbessert werden, was aus einem Kolbenhub dem Bremssystem zugeführt wird.
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Nach dem Stand der Technik wird die Volumenbilanz des Bremssystems bestimmt durch den Hub des Förderkolbens (Hauptzylinder oder Plunger).
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Die Volumenaufnahme eines Fahrzeuges hängt wesentlich von der Elastizität der Bremssattel, Druck und Fahrzeuggewicht ab. Vom Kleinwagen bis zum SUV fast Faktor 2.
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Durch Nachfördern mit Rückbewegung der Kolben wird bei einigen Systemen weiteres Volumen gewonnen, was aber mit erheblichem Zeitverlust 100–200 ms verbunden ist.
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Beim Doppelhubkolben (DHK) stehen als Stufenkolben zwei Kolbendurchmesser = Flächen zur Verfügung und zugleich eine schnelle Umschaltung von Vorhub auf Rückhub ohne nennenswerte Zeitunterbrechung. Damit können die Kolbenhübe kleiner ausgelegt werden oder die Kolbenflächen, welche proportional zum Druck die Spindelkraft und das Motormoment bestimmen. Das heißt im Vergleich zum seriellen System können die Spindelkräfte bis zu 50 % reduziert werden, was gegebenenfalls ein kleineres Getriebe (Kugel-Gewinde-Getriebe KGT) oder eine kostengünstige Kunststoffmutter für das Getriebe möglich macht. Wie schon erwähnt, kann zusätzlich beim Vorfüllen mit der großen Fläche die Volumenförderung / Hub erheblich verbessert werden. Bekanntlich kann ein Motor bei gleicher Leistung optimiert werden durch höhere Drehzahl bei entsprechend kleinerem Drehmoment. Dieses bestimmt im Wesentlichen die Baugröße und Gewicht. Dies kann beim Doppelhubkolben (DHK) genutzt werden durch kleinere Kolbendurchmesser = kleinere Spindelkraft = Motormoment bei größerem Hub. Dieser ist durch Vorhub und Rückhub des Doppelhubkolbens (DHK) ideal zu optimieren.
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Beschreibung der Figuren
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Die Erfindung und ihre vorteilhaften Ausführungen bzw. Ausgestaltungen sind nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben.
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Es zeigen:
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1 ein System ohne Einlass-/Auslassventile EA mit einer vereinfachten Wegsimulatoreinrichtung;
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1a Kennlinien der Wegsimulatoreinrichtung;
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2 ein System mit einem Magnetventil V
F für Vorfüllung alternativ mit Wegsimulator gem.
7 der
DE 10 2014 109 628.8 der Anmelderin;
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3 ein System mit einem Ventil Dab-VH, bei der über Vorhub ein Druckabbau mit dem Doppelhubkolben DHK erfolgt;
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3a ein System gem. 3 mit einer Anwendung für autonomes Fahren; und
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4 zeigt ein System, bei dem sowohl bei Vorhub als auch Rückhub der Druckabbau mit dem Doppelhubkolben DHK erfolgt.
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Das in
1 dargestellte System weist bezüglich des grundsätzlichen Aufbaus zahlreiche Übereinstimmungen mit dem der
7 der
DE 10 2014 109 628.8 der Anmelderin auf, so dass dieser hier nur kurz beschrieben ist. Es ist eine erste Druckquelle, in Gestalt einer Kolben-Zylinder-Einheit (Hauptzylinder), eine zweite Druckquelle bzw. Kolben-Zylinder-Einheit mit Doppelhubkolben (DHK) und eine dritte Druckquelle bzw. Kolben-Zylinder-Einheit mit Hilfskolben
16 vorgesehen. Auf den Hilfskolben
16 wirkt über einen Kraft-Weg-Sensor KWS (im Folgenden noch näher beschrieben) mit zwei Pedalwegsensoren
2a,
2b die Betätigungseinrichtung, insbesondere Bremspedal
1. Die Bewegung des Hilfskolbens kann mittels eines Pedalstößels
3 auf den Kolben SK der ersten Kolben-Zylinder-Einheit (Hauptzylinder) übertragen werden. Der Kolben DHK der zweiten Kolben-Zylinder-Einheit wird mittels eines elektromechanischen Antriebes mit Motor und Kugel-Gewinde-Getriebe KGT angetrieben. Der Schwimmkolben SK bildet auf seiner Vorderseite und seiner Rückseite je eine getrennte Arbeitskammer die jeweils über eine hydraulische Leitung HL1 bzw. HL2 mit einer Ventileinrichtung bzw. einem Ventilblock VBL verbunden sind. Auch der Doppelhubkolben DHK der zweiten Kolben-Zylinder-Einheit bildet zwei getrennte Arbeitskammern
10a bzw.
10b, wobei der Kolben unterschiedliche Kolbenwirkflächen aufweist und wobei die Arbeitskammern über hydraulische Leitungsabschnitte HL7 bzw. HL8 mit den hydraulischen Leitungen HL1 bzw. HL2 verbunden sind. Von den Arbeitskammern
10a,
10b des Doppelhubkolbens führen hydraulische Leitungen (gestrichelt gezeichnet) in die Rückschlagventile S1 bzw. S2; geschaltet sind zudem Vorratsbehälter VB. In den Leitungsabschnitten HL7 und HL8 sind ebenfalls jeweils Rückschlagventile V3 bzw. V4 angeordnet. Außer diesen Ventilen sind bei der in
8 dargestellten Ausführung vor dem Ventilblock VBL keine Ventile in den Bremskreisen vorgesehen. Auf diese Weise werden Bremskreise gebildet, die durch den Kolben SK getrennt sind jedoch durch Verschieben des Kolbens SK und damit verbunden entsprechendes Volumen in zwei Kreisen hydraulisch zusammenwirken können. Von einer Arbeitskammer des Hilfskolbens
16 führt eine hydraulische Leitung HL3 über ein stromlos offenes Ventil ESV zur hydraulischen Leitung bzw. Bremskreis HL2. Eine weitere hydraulische Leitung HL6, in die ein stromlos geschlossenes Ventil WA geschaltet ist, führt von der Leitung HL3 zu einer hydraulischen Rücklaufleitung R, die zu einem Vorratsbehälter VB führt. Eine erforderliche elektronische Steuer- und Regeleinheit (ECU) für den Motor und die weiteren elektrischen Komponenten ist nicht dargestellt.
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Bei der Ausführung gem. 1 erfolgt der Druckaufbau beim Anbremsen aus dem Arbeitsraum 10a der zweiten Kolben-Zylinder-Einheit (Doppelhubkolben DHK) über das Ventil V3 beim Vorhub direkt in den Bremskreis HL2 und über den Arbeitsraum des Kolbens SK der ersten Kolben-Zylinder-Einheit (Hauptzylinder) in den Bremskreis HL1. Das Ventil ESV ist hierbei geschlossen und das Ventil WA ist geöffnet, abhängig vom Arbeitsbereich des Wegsimulators WS.
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Sollte das Volumen oder der entsprechend erreichte Druck nicht ausreichen, so erfolgt beim Rückhub des Doppelhubkolbens Volumenförderung in den Bremskreis HL1. Dieser bewegt wiederum den Schwimmkolben SK nach rechts, so dass eine weitere Drucksteigerung in Bremskreis HL2 stattfindet. Hierbei wird der Schwimmkolben SK möglichst in die Anfangsstellung bewegt, gegebenenfalls durch Öffnung des Bremskreises HL2 über ein AV Ventil zum Volumenausgleich in die R-Leitung. Die Position des Schwimmkolbens SK wird gemessen über einen Sensor SSV mit Target 28. Dies hat einen Vorteil bei Ausfall des DHK oder Motors für die Rückfallebene. Durch die Ausgangsposition kann mehr Volumen vom Schwimmkolben SK gefördert werden als in der Endposition. Dasselbe kann gemacht werden bei µ-Sprung auf niedriges Niveau und damit Druckabbau in den Radkreisen. Hierbei wird nach dem ersten Druckabbau bei den folgenden durch Rückhub der Kolben in eine günstige Position bewegt, ideal als Funktion der Stellung des Hilfskolbens 16. Wenn der Schwimmkolben SK in der Anfangsstellung (rechts) auf den Anschlag trifft, wird zuvor das Ventil VVB und damit der Rücklauf geschlossen. Das Schließen erfolgt auch zusätzlich, wenn die Primär- oder Sekundärdichtung des Kolbens SK ausfällt. Dies wird zuvor von der Diagnoseschaltung erkannt, wenn die Relation von Druck und Fördervolumen des Doppelhubkolbens DHK nicht mit der Druck-Volumen-Kennlinie des Bremssystems übereinstimmt.
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Der Schwimmkolben SK läuft in beiden Endstellungen auf Federn FD vor dem Anschlag auf. Dies hat den Vorteil, dass durch den Anschlag A das Kugel-Gewinde-Getriebe KGT nicht so stark belastet wird und durch Stromanstieg entsprechend der Federkraft FO der Anschlag gemessen werden kann.
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Die Wegsimulatoreinrichtung WS unterscheidet sich wesentlich zu dem der
DE 10 2014 109 628.8 der Anmelderin. Der Hilfskolben
16 fördert nach Schließen des Ventiles WA ein entsprechendes Volumen in den Kolben des Wegsimulators. Die Feder ergibt eine Gegenkraft welche einen Druck erzeugt. Dieser Druck wirkt dann auf den Hilfskolben und damit auch die Pedalkraft. Bei offenem Ventil WA in einer ersten Stufe des Wegsimulators wird die Pedalrückwirkung erzeugt durch die Rückstellfeder
18. Bei der erfindungsgemäß stark vereinfachten Wegsimulatoreinrichtung wird die Pedalrückwirkung zum Hauptteil durch die Druckkraft des Pedalstößels
3, auf den der Bremsdruck einwirkt, erzeugt. Dieser ist bei einem WS-System eine Funktion des Pedalweges S
PS, gemessen von den Pedalwegsensoren
2a,
2b und geregelt nach dem Hub des Doppelhubkolbens (DHK) oder Druckgeber DG. Bei der erfindungsgemäßen Wegsimulatoreinrichtung wird mit anderen Worten mittels Pedalwegsensoren
2a/
2b der Druck bestimmt, der mittels des Motors und des Doppelhubkolbens DHK erzeugt wird. Dieser Druck wirkt im Druckraum
12a. Damit wirkt der Druck auch auf die Kolbenfläche des Pedalstößels
3 und erzeugt die erwünschte druckproportionale Rückwirkung auf das Bremspedal.
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Im Hilfskolben 16 ist eine starke Feder zwischen diesem und einem Zwischenkolben zum Pedal angeordnet. Bei Pedalbetätigung entsteht hier ein kraftabhängiger Differenzweg, der über die beiden Pedalwegsensoren 2a/2b gemessen wird. Diese Anordnung wird daher als Kraft-Weg-Sensor KWS bezeichnet und wird insbesondere zur Fehlerdiagnose verwendet.
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Die Abstimmung von Kolbenhub und Wirkfläche = Volumen zum Druckaufbau im Bremssystem kann hier variiert werden für die Optimierung des EC-Motors des Antriebes, was zweckmäßig mit einer Reduzierung des Motormomentes bei höherer Drehzahl realisiert wird. Oft wird hierzu ein Untersetzungsgetriebe verwendet. Vorteilhaft kann jedoch ohne Getriebe eine entsprechende Kolbenwirkfläche mit entsprechendem Hub eingesetzt werden.
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In 1a sind die Kennlinien dargestellt, indem die Pedalkraft FP vorwiegend druckproportional ist. Hierbei können die Kennlinien adaptiv gestaltet werden. Die Normalkennlinie entspricht b, bei der beim Aussteuerpunkt des WS zu 40 % des Pedalweges WSA ein harter Anschlag erfolgt. Hier ist der max. Druck eingesteuert. Dieser Aussteuerpunkt kann entsprechend Kennlinie a vorgelegt werden, was z. B. relevant ist bei hoher Pedalgeschwindigkeit. Hier ist durch einen kleineren Weg schneller der Druck auf max. Wert. Im Gegensatz kann ein Fading dem Fahrer wie heute durch eine einem längeren Pedalweg entsprechende Kennlinie c signalisiert werden. Bei ABS-Funktion, insbesondere bei low µ, kann wie heute der Pedalweg begrenzt werden, was sich in einem harten, pulsierenden Pedal bemerkbar macht. So kann durch Schließen von Ventil WA das Pedal steif werden. Hierbei kann auch noch eine kleine Pedalbewegung erzeugt werden, indem durch kurzes Öffnen von Ventil ESV der Bremsdruck auf den Hilfskolben wirkt und nach Schließen kurzzeitig das Ventil WA geöffnet wird. Damit entsteht eine Pedalbewegung ähnlich dem heutigen ABS, welche sinnvoll nur zu Beginn der ABS Funktion wirken kann.
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Dieses Wegsimulator-Konzept ist bei hoher Rekuperationsleistung / Drehmoment des Generators nachteilig, da entsprechend der Bremsdruck kleiner ist und damit auch die Pedalkraft. Hier kann das Wegsimulator-Konzept aus der
DE 10 2014 109 384.4 der Anmelderin (dort
7 und
9) mit einem hydraulischen Wegsimualtorkolben eingesetzt werden.
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Es gibt zahlreiche Fälle der Bremsbetätigung zu berücksichtigen. Im Normalfall wird nach einer Bremsung das Bremspedal 1 wieder in die Ausgangsstellung zurückgestellt. Hierbei wird auch der Doppelhubkolben DHK wieder in seine Ausgangsstellung zurückbewegt. Bei der sog. Stotterbremse wird der Bremsdruck reduziert und wieder erhöht. Hierbei gibt es für den Doppelhubkolben unterschiedliche Schaltungsmöglichkeiten: a) beim Druckabbau bewegt sich der Doppelhubkolben DHK zurück in die vom Pedalweg bzw. Bremsdruck bestimmte Stellung entsprechend der Druck-Volumen-Kennlinie. Das Rückhubvolumen gelangt in die hydraulische Leitungen HL8 und HL1 zum Druckabbau über Ventil AV; b) der Doppelhubkolben DHK verharrt beim Druckabbau in seiner Position. Der nächste Druckaufbau erfolgt über den Vorhub oder den Rückhub mit entsprechender Ventilschaltung, wenn notwendig Rückhub mit offenem und Vorhub mit geschlossenem Ventil VF. Bei Bremsende wird der Doppelhubkolben DHK in seine Ausgangsstellung bewegt; c) wie a) Bei Rückhub in die vom Bremsdruck bestimmte Position wird über ein zusätzliches (nicht gezeichnetes) Magnetventil das Volumen des Rückhubes in die Rücklaufleitung R, Leitung HL6 zum Vorratsbehälter VB geleitet. Das zusätzliche Magnetventil ist zwischen Doppelhubkolben und Ventil V4 in die Leitung angeschlossen.
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Im Gegensatz zur
DE 10 2014 109 384.4 der Anmelderin (dort
7) wirken die Rückfallebenen unterschiedlich, da z. B. ein Ausfall des Kolbens oder der Feder des Wegsimulators WS entfällt.
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Fällt z. B. die Dichtung des Hilfskolbens 16 aus oder ist Ventil WA undicht, so hat dieses bei der Normalbremse keine Auswirkung. Daher muss in einer Diagnose die Dichtheit geprüft werden. Dies geschieht bei jedem Druckabbau, bei dem bei niedrigem Druckniveau die Ventile ESV und WA geschlossen werden und eine Undichtheit vom Druckgeber erfasst wird. Ein Test über eine kleine Zeitdauer wird vom Fahrer nicht bemerkt. Es kann aber in größeren Zeitabständen ein sogenannter Pre-Drive-Check erfolgen, indem der Doppelhubkolben DHK entsprechend Druck erzeugt. Hierbei können alle Komponenten auf Dichtheit geprüft werden.
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In der Rückfallebene, z. B. Motorausfall während der ABS Regelung, wirkt das aus dem Arbeitsraum des Hilfskolbens 16 verdrängte Volumen über Ventile ESV und EA in den Bremskreisen HL1 und HL2, wobei sich ein unsymmetrischer Druckaufbau ergeben kann, abhängig von der Position des Kolbens SK. Dieser kann durch einen Druckausgleich mit der beschriebenen Positionierung des SK Kolbens reduziert werden. Bei Motorausfall in der Bremsung ohne ABS oder vor der Bremsung ist die Positionierung der Kolben nicht notwendig.
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In der Rückfallebene 3 wirkt das Volumen aus dem Arbeitsraum des Hilfskolbens 16 voll auf den Bremskreis HL2 und das Volumen aus dem Arbeitsraum des Schwimmkolbens entsprechend auf den Bremskreis HL1. Hierbei wirkt der Hilfskolben 16 wie ein Druckstangenkolben DK. Das eingespeiste Volumen des Hilfskolbens 16 wird bei diesem Wegsimulator ohne Wegsimulatorkolben durch kein zusätzliches Verlustvolumen belastet.
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Das Ventil V
VB entspricht der in der
DE 10 2014 109 384.4 der Anmelderin (dort
7) beschriebenen Funktion, kann aber noch erweitert werden. Wird der Schwimmkolben SK durch Rückhub an den rechten Anschlag gefahren, so kann durch Öffnung von Ventil V
VB Druck abgebaut werden, was in speziellen Fällen hilfreich sein kann. In dieser Stellung kann auch das Ventil auf Dichtheit geprüft werden.
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Ohne Bremsung ist der Bremskreis HL2 geschlossen. Zum Druckausgleich sind zwei Lösungen eingezeichnet. Zum einen eine Kombination aus Saugventil SV und Drossel D. Das Saugventil SV bewirkt ein Rückströmen des Volumens in den Arbeitsraum des Hilfskolbens, wenn dieser zurück läuft.
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Dasselbe bewirkt eine Alternative mit Schnüffelloch SL am Hilfskolben und Ventil VO.
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Bei geschlossenem Kreis ist ein Druckausgleich bei geparktem Fahrzeug und ansteigenden Temperaturen notwendig. Hierzu ist entweder eine Saugventil-Drossel Kombination oder bei Hilfskolben mit Schnüffelloch ein Strömungsventil vorgesehen, welches schließt bei Druckbeaufschlagung des Hilfskolbens.
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Die Drossel D bewirkt den Druckausgleich mit relativ kleiner Querschnittsfläche entsprechend dem kleinen Temperaturanstiegsgradient. Diese kleine Querschnittsfläche ermöglicht einerseits eine hinreichende Dichtheit des Hilfskolbenkreise HL3 in der beschriebenen Funktion.
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Der Ventilblock VBL enthält die Regelventile Einlassventile EV für Druckaufbau und Auslassventile AV für Druckabbau, welche auch für die Normalbremsung genutzt werden.
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In 1 sind die Ventile im prinzipiellen Aufbau gezeichnet und beschrieben. SO steht für stromlos offen und SG für stromlos geschlossen. Hierbei ist bei zwei Ventilen der magnetische Teil nicht druckbelastet, siehe gestrichelte Linie. Dieser Teil steht mit dem Vorratsbehälter in Verbindung und kann kostengünstig gefertigt werden.
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In den 2 bis 4 sind Ausführungsformen bzw. Abwandlungen des in 1 dargestellten Systems dargestellt. Nachfolgend sind daher bezüglich der 2 bis 4 im Wesentlichen nur die Unterschiede bzgl. Aufbau und Wirkungsweise beschrieben.
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2 zeigt eine Ausbaustufe mit Magnetventil VF im Vergleich zu einem fest eingestellten Überdruckventil aus
DE 10 2014 109 384.4 der Anmelderin (dort
7).
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In
7 der
DE 10 2014 109 628.8 der Anmelderin ist das Vorfüllen des Bremskreises durch ein Überdruckventil mit fester Einstellung beschrieben. Dies kann verbessert werden durch ein stromlos geschlossenes Magnetventil VF, welches eine variable Vorfüllung erlaubt und auch das Volumen des Rückhubes in den Bremskreis
2 fördern lässt. Das Magnetventil VF (und ggf. weitere in
3a dargestellte Ventile) ist (bzw. sind) in eine die beiden Arbeitskammern
10a,
10b des Doppelhubkolbens DHK vor den Rückschlagventilen V3 und V4 verbindende hydraulische Leitung geschaltet. Die Schließfeder des Ventils werden aus Sicherheitsgründen auf den Blockierdruck z. B. 100 bar gelegt, damit bei Ausfall von Bremskreis
2 kein Volumen von Bremskreis
1 übertreten kann.
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Ein schlafender Fehler wird vermieden, da die Dichtheit bei jeder Vorfallfunktion aus dem Vergleich DHK Hub und Drückänderung im Bremskreis erfasst wird. Selbst bei einem Doppelfehler von Bremskreis
2 und Ventil VF wirkt in der Rückfallebene noch zusätzlich Ventil V3 als Barriere zum Bremskreis
1. In
2 ist der Wegsimulator von
7 der
DE 10 2014 109 384.4 der Anmelderin (E138a) eingezeichnet, der die Funktionen eines ebenfalls adaptiven Wegsimulators WS bei starker Rekuperation abdeckt.
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Auch aus Gründen der obengenannten Fehlersicherheit ist es sehr zweckmäßig, dass die Verbindungsleitung zu den beiden Druckräumen des Doppelhubkolbens DHK mit einem Überdruckventil oder einem Magnetventil vor den Rückschlagventilen angeschlossen wird. Während der Vorfüllung ist diese Verbindung durch das Überdruckventil oder das Magnetventil VF getrennt. Es wirkt dabei die große Kolbenfläche des Doppelhubkolbens DHK. Wichtig ist hierbei, dass in dieser Phase die Kolbenrückseite des Doppelhubkolbens durch entsprechende Ventilschaltung, im Beispiel nur Ventil S2, aus dem Vorratsbehälter VB ansaugen kann. Durch die große Kolbenfläche, welche viel Volumen fördert, ist der Vorfülldruck auf weniger als 50bar begrenzt, damit die Kolbenkraft nicht zu hoch ist. Nach Öffnen des Ventils VF wirkt dann für den restlichen Vorhub (bis zum Anschlag = Resthub) und den Rückhub nur die kleinere der Wirkflächen entsprechend dem kleineren Kolbendurchmesser des Doppelhubkolbens DHK. Dieser ist dann auch wirksam im höchsten Druckbereich wenn hier nochmals ein Vorhub notwendig ist. Dieser Kolbendurchmesser bestimmt die Kraft der Spindel des Kugel-Gewinde-Getriebes KGT und auch das Moment des Antriebsmotors. Der entsprechende Gesamthub mit den entsprechenden Wirkflächen bestimmt das geförderte Volumen das beim Vorhub für den Blockierdruck eines Fahrzeuges ausreichend ist, abhängig von den Spezifikationen des Fahrzeugherstellers. Für den Rückhub wirkt die kleinere Differenzfläche der Wirkflächen mit entsprechender druckproportionaler Kolbenkraft. Das bedeutet, dass der maximale Druck beim Rückhub oder ggf. bei hohem Volumenbedarf bei einem zusätzlichen Vorhub erreicht wird. Das führt wegen der kleineren Kolbenfläche zu geringeren Kolbenkräften und entsprechender Optimierung des Spindelgetriebes und/oder des Motors.
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3 zeigt eine Ausbaustufe mit einem Ventil Pab-VH, welches bei der Vorhub-Funktion offen ist und sowohl Druckaufbau als auch Abbau ermöglicht im Rahmen des Volumens und Druckes bis ca. 100 bar, welche durch den Doppelhubkolben DHK beim Vorhub möglich sind. Dieser Druck genügt für 95 % aller Bremsungen. Für höhere Drücke wird dann der Rückhub notwendig. Der Druckabbau erfolgt dann durch die Ventile AV wie in 1.
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Ohne Vorfüllung erfolgt der Druckabbau mit dem Doppelhubkolben bei offenem Ventil Pab-VH und Ventil VF. Der Druckabbau wird vom Druckgeber gemessen und der Doppelhubkolben bestimmt die Geschwindigkeit des Druckabbaus, gesteuert von den Pedalwegsensoren. Der Druckabau mit dem Doppelhubkolben DHK hat u.a. den Vorteil, dass die Auslassventile AV nicht geöffnet werden müssen, was mit eine Öffnung der Bremskreise verbunden wäre. Erfolgt der Druckabbau mit Vorfüllvolumen so reicht das kleinere Volumen des Rückhubes wegen der kleineren effektiven Kolbenfläche nicht aus, um den Druck auf 0 bar zu reduzieren. Hierzu kommen zwei Lösungen in Frage. Aus dem Vorhub mit Ventil VF ist das Volumen bekannt, welches bestimmt wird durch den Hub mit großer Kolbenfläche und Resthub mit kleinerer Kolbenfläche. Die Hubstellung beim Umschalten des Ventiles VF wird in der Steuerung des Doppelhubkolbens DHK eingelesen. Beim Druckabbau wird dann das Differenzvolumen ermittelt, was der Rückhub nicht aufnehmen kann. Dieses Differenzvolumen wird dann in der ersten Phase über das Auslassventil AV, vorzugsweise im Bremskreis 2 in den Rücklauf zum Vorratsbehälter gefördert. Das Volumen wird aus der bekannten Druck-Volumen-Kennlinie einer Druckdifferenz zugeordnet. In einer zweiten Phase erfolgt dann der weitere Druckabbauüber den Doppelhubkolben DHK bis zum Druck 0. Ein Vorteil dieser Reihenfolge besteht in der Diagnosemöglichkeit des Ventils AV. Sollte eine Undichtheit auftreten, so ist dies aus dem Druckabfall und der Hubbewgung des Doppelhubkolbens erkennbar. Die zweite, nicht gezeichnete, Lösung besteht darin, dass parallel zum Ventil V4 eien Auslassventil zum Rücklauf eingesetzt wird. Diese wird bei der Rückbewegung des Doppelhubkolbens DHK geöffnet zum Druckabbau bei geschlossenem Ventil VF.
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Mit diesem Ventil ist auch der Multiplex (MUX) Betrieb möglich. Hier wird der Druckstangenkolben bei der seriellen Bauweise durch den DHK ersetzt. Auch ist es denkbar, Teil-MUX Betrieb nur für den Druckaufbau und in speziellen Fällen auch für den Druckabbau einzusetzen. Die Vorteile des MUX in die genaue Druckregelung durch entsprechende Volumenmessung des DHK sind auch hier in einer modularen Ausbaustufe möglich.
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Es wird sodann auf 3a Bezug genommen. Für die Anwendung autonomes Fahren erfordert das System redundante Komponenten. Beim EC-Motor kann z. B. eine redundante Wicklung mit Ansteuerung eingesetzt werden. Fällt Dichtung D2 aus, so wirkt nicht mehr die Vorfüllung. Über den Kolben mit D3 ist immer noch eine Volumenförderung und damit Druckaufbau möglich. Fällt das Saugventil S1, so ist kein Vorhub möglich, sondern nur Rückhub in Bremskreis HL1, ohne Druckaufbau in HL2. Dies kann gelöst werden durch ein zusätzliches VAF (S6), welches beim Rückhub Volumen neben HL1 auch in HL2 einspeist. Bei Ausfall HL1 wirkt VAF redundant zu VF als Sperrung des Volumenflusses in den aufgefallenen HL1.
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Damit ist mit wenig Aufwand auch eine Anwendung für autonomes Fahren gegeben.
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4 zeigt die Ausbaustufe mit Dab Ventilen sowohl für den Vorhub als auch für den Rückhub. Somit ist auch bei Rückhub ein Druckabbau in den DHK möglich.
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Damit ist weiterhin MUX in Vor- und Rückhub möglich. Weiterhin bei Öffnung aller Ventile eine Verbindung beider Bremskreise und damit Druckausgleich während der Bremsung und ABS Regelung möglich.
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Mit diesen Ventilschaltungen sind alle zur Zeit gefragten Funktionen möglich bei einem minimalen Aufwand und hoher Fehlersicherheit.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bremspedal
- 2a
- Pedalwegsensoren Master
- 2b
- Pedalwegsensoren Slave
- 3
- Pedalstößel
- 7
- Spindel (KGT)
- 8
- EC-Motor
- 10
- Doppelhubkolben (DHK)
- 10a
- Druckraum bzw. Arbeitskammer
- 10b
- Druckraum bzw. Arbeitskammer
- 12
- SK-Kolben
- 12d
- Druckraum bzw. Arbeitskammer am Schwimmkolben SK (Rückseite)
- 16
- Hilfskolben
- 18
- Pedalrückstellfeder
- 25
- DHK-Gehäuse
- 27
- Schnüffelloch
- 28
- Anschlag
- A
- Anschlag
- D
- Blende zur Drosselung
- S1
- Rückschlagventil bzw. Saugventil
- S2
- Rückschlagventil bzw. Saugventil
- V3
- Rückschlagventil bzw. Überdruckventil
- V4
- Rückschlagventil bzw. Überdruckventil
- VVB
- (stromlos offenes) Magnetventil
- R
- Rücklauf zum Vorratsbehälter VB
- KWS
- Kraft-Weg-Sensor
- WA
- (stromlos geschlossenes) Magnetventil
- HL1
- hydraulische Leitung bzw. Bremskreisabschnitt
- HL2
- hydraulische Leitung bzw. Bremskreisabschnitt
- HL3
- hydraulische Leitung
- HL6
- hydraulische Leitung
- HL7
- hydraulische Leitung bzw. Bremskreisabschnitt
- HL8
- hydraulische Leitung bzw. Bremskreisabschnitt
- ESV
- (stromlos offenes) Magnetventil
- BK
- Bremskreis
- DG
- Druckgeber
- VF
- (stromlos geschlossenes) Magnetventil
- VAF
- (stromlos geschlossenes) Magnetventil
- VB
- Vorratsbehälter
- VBL
- Ventilblock
- VD
- Druckausgleichsventil
- FSK
- Rückstellfeder SK
- Pab-VH
- (stromlos geschlossenes) Magnetventil
- Pab-RH
- stromlos geschlossenes) Magnetventil
- AV
- Auslassventil ABS
- EV
- Einlassventil ABS
- Fo
- Feder am Kolben DK
- FSK
- Feder am Kolben DK
- VVB
- (stromlos offenes) Ventil zum Vorratsbehälter VB
- R
- Rücklaufleitung zum Vorratsbehälter VB
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009043494 [0003]
- DE 102010045617 A1 [0003]
- DE 102011111369 [0004, 0005]
- DE 102012222897 A1 [0005]
- DE 102013111974 [0006]
- WO 2012/017037 [0007]
- WO 2011/157347 [0007]
- DE 2006030141 [0007]
- DE 102014109628 [0012, 0014, 0030, 0034, 0038, 0057]
- DE 102014109384 [0042, 0044, 0048, 0056, 0058]