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Die Erfindung betrifft einen elektrohydraulischen Drucksteller zur elektronisch geregelten Bereitstellung eines zeitvarianten Abgabedrucks für ein Bremssystem eines Kraftfahrzeuges, umfassend wenigstens einen Druckmittelvorrat, in den ein hydraulischer Rücklauf mündet, eine elektronische Steuer- und Regeleinheit, einen von der elektronischen Steuer- und Regeleinheit gesteuerten Elektromotor, eine vom Elektromotor angetriebene, aus dem Druckmittelvorrat ansaugende Pumpe, einen mittels der Pumpe ladbaren Druckspeicher eine aus dem Druckspeicher gespeiste, von der Elektronikeinheit gesteuerte Druckregelstufe sowie ein Pumpenentlastungsventil, das einen hydraulischen Strömungspfad vom Druck-Ausgangsanschluss der Pumpe zum Rücklauf steuert.
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Eine entsprechende Einrichtung zur Druckregelung ist aus der
DE 10 2008 014 602 A1 bekannt und umfasst eine elektronische Steuer- und Regeleinheit, einen Drucksensor, einen Elektromotor, eine Pumpe, und eine Ventileinrichtung. Aus der
DE 10 2008 014 602 A1 ist bekannt, dass ein solcher elektrohydraulischer Drucksteller in einer Pkw-Bremsanlage verwendet werden kann. Um die Bremsdrücke der einzelnen Radbremsen bei Bedarf unterschiedlich einzustellen, kann die Ventileinrichtung eine der Anzahl der Radbremsen entsprechende Zahl von Druckabgabeanschlüssen aufweisen.
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Die elektronische Steuer-und Regeleinheit empfängt beispielhaft eine externe Solldruckvorgabe - beispielsweise von einem elektronischen Autopiloten eines automatisiert fahrenden Fahrzeugs oder sie erzeugt das Solldruckvorgabesignal selbst - beispielsweise aus Sensordaten, die einen Bremspedal-Betätigungsweg und oder eine Bremspedal-Betätigungskraft repräsentieren oder in Form eines für eine Assistenzfunktion (z. B. automatische Abstandsregelung) benötigten Bremsdrucks und steuert den Elektromotor und die Ventileinrichtung so an, dass ein von der Ventileinrichtung abgegebener Druck der Solldruckvorgabe folgt. Dazu erfasst der Drucksensor den von der Ventileinrichtung abgegebenen Druck und führt der elektronischen Steuer-und Regeleinheit ein entsprechendes Ist-Drucksignal zu.
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Der von der Ventileinrichtung benötigte hydraulische Druck wird dadurch erzeugt, dass die elektronische Steuer-und Regeleinheit den Elektromotor, der die Pumpe antreibt in geeigneter Weise ansteuert. Hierbei wird meistens ein elektronisch kommutierter dreiphasiger Elektromotor eingesetzt, dessen Phasenströme von der elektronische Steuer-und Regeleinheit bereitgestellt werden. Ein solcher Elektromotor wird auch als BLDC-Motor bezeichnet.
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Wenn der Solldruckwert höher ist als der Ist-Druckwert, wird die Druckaufbau-Ventilstufe geöffnet und der Motor wird so angesteuert, dass er die Pumpe antreibt um Druck aufzubauen. Sobald der Ist-Druckwert den momentan angeforderten Soll-Druckwert erreicht wird die Druckaufbau-Ventilstufe geschlossen und die Pumpe muss angehalten werden. Wenn der Elektromotor aufgrund der Massenträgheit seines Rotors in dieser Situation nicht sofort gestoppt werden kann, entstehen Druckpulse, die zu einer Zerstörung von hydraulischen Komponenten führen.
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Um diese Druckpulse zu begrenzen, ist in der
DE 10 2008 014 602 A1 ein druckgesteuertes Druckbegrenzungsventil vorgesehen, das beim Überschreiten eines vorbestimmten Öffnungsdrucks das zu viel geförderte Druckmittelvolumen zu einem Druckmittelvorratsbehälteranschluss hin ableitet. Damit die beschriebene Bremsregelvorrichtung bestimmungsgemäß arbeiten kann, muss der Öffnungsdruck des Druckbegrenzungsventils auf einen Wert festgelegt werden, der höher ist als der höchste für den regulären Betrieb vorgesehene Bremssystemdruck. Daher ist bei bekannten Systemen eine Inanspruchnahme der Druckbegrenzungsfunktion des druckgesteuerten Druckbegrenzungsventils immer noch mit einem aus Geräusch- Vibrations- und Materialbelastungsgründen inakzeptablen Druckpuls verbunden. Es wird lediglich der zerstörende Einfluss herabgemildert.
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Aus diesem Grund sind in der
DE 10 2008 014 602 A1 ein zusätzlicher Drucksensor zur Erfassung des Pumpenausgangsdrucks vorgesehen sowie Softwaremaßnahmen zum Erzeugen eines die Motordrehung abbremsenden elektromagnetischen Moments in der Situation, dass der Pumpenausgangsdruck zu hoch wird. Dies entspricht gewissermaßen einer Rekuperationsbremsung des Pumpenantriebsmotors, bei der seine Rotationsenergie in elektrische Energie zurückgewandelt wird. Eine Dimensionierung der elektronischen BLDC-Motor-Ansteuerung für einen solchen Anwendungsfall sowie eine Einrichtung zur Umwandlung der rekuperierten Energie in Wärme für den Fall, dass das elektrische Bordnetz des Fahrzeugs diesen Energiestoß nicht aufnehmen kann, verteuert das Bremssystem in unerwünschter Weise.
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In einer andern in der
DE 10 2008 014 602 A1 dargestellten Variante der dort beschriebenen Bremsregelvorrichtung ist das druckgesteuerte Ventil durch ein von der elektronischen Steuer-und Regeleinheit angesteuertes Elektromagnetventil ersetzt, welches als Pumpenentlastungsventil wirkt. An eine solche Anordnung müssen jedoch hohe Anforderungen gestellt werden. Sobald eine Druckspitze beginnt sich auszubilden, muss das Pumpenentlastungsventil sehr schnell öffnen und im geöffneten Zustand einen sehr hohen Volumenstrom zulassen um die Druckspitze unmittelbar im Augenblick ihrer Entstehung durch ein Öffnen des Druckentlastungsventils zu kappen. Dies ist mit einer komplexen kybernetischen Wirkungskette aus Pumpenausgangsdrucksensor, elektronischer Steuer-und Regeleinheit und Druckentlastungs-Elektromagnetventil praktisch nicht zu schaffen. Außerdem sollte das Ventil einen möglichst großen Durchtrittsquerschnitt öffnen, was bei einer Ausbildung als Elektromagnetventil eine besonders große Ventilspule und entsprechende elektrische Ventilströme erfordert. Es wäre daher wünschenswert, das Pumpenentlastungsventil als ein hydraulisch gesteuertes Ventil auszuführen, bei dem keine Ventilspule erforderlich ist, bei dem große Durchtrittsquerschnitte konstruktiv einfacher realisiert werden können und welches schneller reagiert.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen derartigen Drucksteller dahingehend zu verbessern, dass die Druckspitzen verringert werden und damit die Druckbereitstellung präziser erfolgen kann. Weiterhin soll ein entsprechendes Bremssystem bereitgestellt werden.
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In Bezug auf den Drucksteller wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Pumpenentlastungsventil den von der Pumpe abgegebenen Pumpenvolumenstrom zur Pumpensaugseite ableitet und damit die Pumpe quasi kurzschließt, wenn der die Ventileinrichtung versorgende Druck um einen vorbestimmten Druckdifferenzwert größer ist als der von der Druckregelstufe und damit von dem Drucksteller abgegebene Abgabedruck.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Erfindung schlägt demgemäß vor, ein hydraulisch differenzdruckgesteuertes Pumpenentlastungsventil zu verwenden. Letzteres soll den Pumpenvolumenstrom in Richtung Behälter ableiten, sobald der Vordruck der Druckregelstufe höher ist als der Abgabedruck der Druckregelstufe plus ein voreingestellter Differenzdruckwert.
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Der Pumpenantriebsmotor muss nun in dieser Situation nicht mehr gestoppt werden. Im Gegenteil, er kann beliebig lange bis zu seinem reibungsbedingten Stillstand auslaufen, wobei die Pumpe praktisch drucklos Volumen im Kreise umpumpt. Wenn während dieser Zeit doch wieder Volumen zum Druckaufbau benötigt wird, läuft die Pumpe bereits und der entsprechende Aufwand an elektrischer Energie zum Betrieb fällt geringer aus. Ein elektrisches Abbremsen des Pumpenantriebsmotors, d. h. ein Rekuperationsbetrieb, wird nicht benötigt. Daher sind aufgrund der Erfindung spezielle Maßnahmen und zusätzliche elektronische Bauteile zum Umgang mit aus dem Pumpenantrieb rekuperierter Energie nicht mehr erforderlich.
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Der erfindungsgemäße Drucksteller ist als kybernetischer Druckregler zur bedarfsweisen Bereitstellung eines zeitvarianten hydraulischen Abgabedrucks, der einer als Signal vorliegenden Solldruckvorgabe folgt, anzusehen.
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Das erfindungsgemäße Pumpenentlastungsventil hat bevorzugt vier hydraulische Anschlüsse: einen gegebenenfalls zu entlastenden Pumpenanschluss, einen Rücklaufanschluss und zwei Drucksteuerungsanschlüsse.
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Das Pumpenentlastungsventil weist vorteilhafterweise einen mit dem Pumpenauslass verbundenen Einlassanschluss bzw. Einströmanschluss und einen mit dem Rücklauf verbundenen Auslassanschluss bzw. Ausströmanschluss auf, die einem ventilinternen Strömungspfad zugeordnet sind, dessen Öffnungsgrad hydraulisch steuerbar ist.
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Vorteilhafterweise weist das Pumpenentlastungsventil einen ersten hydraulischen Steueranschluss auf, in dem ein erster Ansteuerdruck vorliegt, sowie einen zweiten hydraulischen Steueranschluss, in dem ein zweiter Ansteuerdruck vorliegt, wobei der Öffnungsgrad des Strömungspfades von der Differenz von erstem und zweiten Ansteuerdruck derart abhängt, dass das Pumpenentlastungsventil hydraulisch von dieser Differenz der Steuerdrücke gesteuert wird, indem der Öffnungsgrad des Strömungspfades vom Einströmanschluss zum Ausströmanschluss von der dieser Druckdifferenz derart abhängt, dass zur Erhöhung des Öffnungsgrades diese Druckdifferenz erhöht und zur Verringerung des Öffnungsgrades diese Druckdifferenz verringert werden muss.
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Der erste hydraulische Steueranschluss des Pumpenentlastungsventils ist bevorzugt mit dem Druckspeicher verbunden und der zweite hydraulische Steueranschluss des Pumpenentlastungsventils wird bevorzugt mit dem Abgabedruck des Druckstellers beaufschlagt.
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Der Strömungspfad des Pumpenentlastungsventils öffnet bevorzugt, wenn der am ersten Steueranschluss anliegende Druckspeicher-Druck um einen vorbestimmten Öffnungsdifferenzdruck größer ist als der am zweiten Steueranschluss anliegende Abgabedruck des Druckstellers.
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Der Strömungspfad des Pumpenentlastungsventils schließt vorteilhafterweise, wenn der am ersten Steueranschluss anliegende Druckspeicher-Druck um einen vorbestimmten Schließdifferenzdruck größer ist als der am zweiten Steueranschluss anliegende Abgabedruck des Druckstellers, wobei der Schließdifferenzdruck kleiner ist als der Öffnungsdifferenzdruck.
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Der Öffnungsdifferenzdruck liegt bevorzugt zwischen 10 und 20 bar und der Schließdifferenzdruck bevorzugt zwischen 2 und 8 bar.
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Der Mittelwert von Öffnungs- und Schließdifferenzdruck ist bevorzugt durch die Dimensionierung einer Pumpenentlastungsventil-internen Feder vorbestimmt.
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Das Pumpenentlastungsventil weist bevorzugt hinsichtlich der Druckdifferenz eine Hysterese auf, die sich darin manifestiert, dass Öffnungs- und Schließdifferenzdruck unterschiedlich sind. Dadurch wird die im Betrieb auftretende Anzahl der Umschaltungen möglichst gering gehalten.
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Die Hysterese ist vorteilhafterweise durch Pumpenentlas-tungsventil-interne konstruktive Maßnahmen wie bespielsweise das Vorsehen einer die Bewegung eines Ventilkörpers hemmenden Reibung realisiert.
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Vorteilhafterweise ist als eine Komponente des Druckstellers ein Rückschlagventil vorgesehen, welches einen Abfluss von Druckmittel vom Druckspeicher zur Pumpendruckseite und zum Einlassanschluss des Pumpenentlastungsventils sperrt. Das Rückschlagventil sorgt dafür, dass in diesem Fall der Vordruck der Druckregelstufe und damit der Ansteuerdruck ps1 für das Pumpenentlastungsventil erhalten bleibt solange die Druckregelstufe kein weiteres Volumen verbraucht. Solange dieser Betriebszustand besteht ist die Pumpe entlastet.
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Der Druckspeicher hat die Aufgabe, diesen Betriebszustand temporär selbst dann beizubehalten, wenn das Rückschlagventil oder das Druckaufbauventil der Druckregelstufe eine kleine Leckage aufweist. Eine zweite Aufgabe des Druckspeichers ist es, mögliche Pulsationen in dem von der Pumpe abgegebenen Volumenstrom auszugleichen. Der Druckspeicher im erfindungsgemäßen Bremssystem ist daher bevorzugt als Pulsationskammer ausgebildet.
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Vorteilhafterweise ist ein Drucksensor zur Erfassung des Abgabedrucks vorgesehen, der an die Steuer- und Regeleinheit angeschlossen ist, von dieser mit elektrischer Energie versorgt wird und ihr ein den Abgabedruck repräsentierendes Signal sendet.
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Erfindungsgemäß ist ein von der Pumpe befüllbarer Druckspeicher vorgesehen, der hydraulisch mit dem Anschluss des Pumpenentlastungsventils verbunden ist. Der Druckspeicher hat die Aufgabe, den Vordruck der Druckregelstufe zu stützen. Er liefert einen von zwei zum Steuern des Pumpenentlastungsventils benötigten Drücke. Hierfür ist lediglich ein kleines Druckmittelvolumen notwendig, etwa um trotz einer möglichen kleine Leckage des Rückschlagventils bei auf Durchlass vom Einlassanschluss zum Auslassanschluss geschaltetem Pumpenentlastungsventil diesen Schaltzustand aufrecht zu erhalten. Der Druckspeicher fasst bevorzugt ein Volumen im Bereich von 1 bis 3 Millilitern.
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Ein anderer Aspekt der Funktion des Druckspeichers ist die Minderung von etwaigen Pumpenpulsationen, die bei einigen Pumpenbauarten auftreten können.
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Besonders sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass der Druckspeicher des erfindungsgemäßen elektrohydraulischen Druckstellers nicht die Aufgabe hat, einen nennenswerten Betrag an hydraulischer Energie zu speichern. Eine Auslegung mit einem entsprechend großen Speichervolumen, wie beispielsweise in einem klassischen Hydrospeicher-basieren Bremssystem mit zirka 100 cm3, wäre kontraproduktiv, weil es den Effekt einer schnellen Pumpenabgabedruckänderung infolge einer hochdynamischen Pumpenansteuerung zunichtemachen würde. Vielmehr ist für den erfindungsgemäßen elektrohydraulischen Drucksteller ein hydraulisches Druckspeichervolumen in der bereits erwähnten Größenordnung von zirka 1 bis 3 Kubikzentimetern völlig ausreichend.
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Es können Pumpen unterschiedlichster Bauart verwendet werden. Beispielsweise eine Zahnradpumpe, eine Drehschieberpumpe oder eine Mehrkolbenpumpe in radialer oder in axialer Bauart.
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In einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist die von der Steuer- und Regeleinheit angesteuerte Druckregelstufe als Kombination von zwei 2-Wege-Ventilen ausgebildet. In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform ist sie als ein 3-Wege-Ventil ausgebildet.
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Bevorzugt ist der Elektrohydraulische Drucksteller mit einem an die Steuer-und Regeleinheit angeschlossenen Drucksensor zur Messung des Abgabedrucks ausgestattet. Damit kann die Steuer-und Regeleinheit den zeitlichen Verlauf des Abgabedrucks auf den im jeweiligen Zeitpunkt benötigten Druckwert einregeln. In einem elektrohydraulischen Bremssystem kann der vom Elektrohydraulischen Drucksteller bereitgestellte Abgabedruck bevorzugt als ein Brems-Systemdruck verwendet werden, der vorzugsweise größer oder gleich dem aktuell höchsten in wenigstens einer Radbremse geforderten Druck gewählt wird.
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In Bezug auf das Bremssystem wird die oben genannte Aufgabe gelöst mit einem Bremssystem umfassend einen Druckmittelvorratsbehälter und hydraulisch betätigbare Radbremsen, weiterhin umfassend einen oben beschriebenen elektrohydraulische Drucksteller, der, insbesondere trennbar, mit den Radbremsen verbunden ist, wobei die Pumpe saugseitig mit dem Druckmittelvorratsbehälter verbunden ist.
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Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, dass der beschriebene Drucksteller mit einem hydraulisch gesteuerten Pumpenentlastungsventil ausgestattet ist, welches sofort auf eine beispielsweise beim abrupten Stoppen eines Bremssystemdruckaufbaus entstehende Druckspitze reagiert und daher schneller reagiert als jedes über eine kybernetische Wirkungskette gesteuertes Pumpenentlastungsventil. Der Pumpenantriebsmotor muss nun in dieser Situation nicht mehr gestoppt werden. Die Belastung und der Verschleiß der hydraulischen Komponenten werden dadurch reduziert. Ein Pumpenausgangsdrucksensor ist entbehrlich. Ein im Stand der Technik zu beobachtendes und unerwünschtes Überschießen des Abgabedruck-Istwerts über den Sollwert wird somit vermieden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen in stark schematisierter Darstellung:
- 1 einen elektrohydraulischen Drucksteller in einer ersten bevorzugten Ausführungsform in einer ersten Darstellung;
- 2 den elektrohydraulischen Drucksteller gemäß 1 in einer zweiten Darstellung;
- 3 einen elektrohydraulischen Drucksteller in einer zweiten bevorzugten Ausführungsform in einer Variante mit einem 3-Wegeventil;
- 4 das Öffnungs- und Schließverhalten eines erfindungsgemäßen Pumpenentlastungsventils anhand eines Diagramms; und
- 5 ein elektrohydraulisches Bremssystem mit einem elektrohydraulischen Drucksteller gemäß 1.
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Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Ein in 1 dargestellter elektrohydraulischer Drucksteller 2 umfasst eine von einem Elektromotor 6 angetriebene Pumpe 10, wobei der der Elektromotor 6 von einer elektronischen Steuer- und Regeleinheit 14 angesteuert wird. Beispielsweise kann der Elektromotor als ein dreiphasiger bürstenloser Motor ausgebildet sein und die Steuer- und Regeleinheit 14 kann dazu eingerichtet sein, die drei Phasenströme zu steuern. Der Drucksteller 2 weist weiterhin eine von der Steuer- und Regeleinheit 14 gesteuerte Druckregelstufe 20 auf, welche vorliegend zwei von der Steuer-und Regeleinheit 14 separat ansteuerbare 2-Wege-Ventile 24, 28 aufweist. Die Steuer- und Regeleinheit 14 ist elektrisch an eine Energiequelle 30 angeschlossen. Bei der vorgesehenen Verwendung des elektrohydraulischen Druckstellers 2 in einem Bremssystem 100 eines Fahrzeugs (siehe dazu auch 4) kann die Energiequelle 30 ein Fahrzeugbordnetz sein.
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Der Drucksteller 2 stellt den eingestellten Druck bzw. Abgabedruck an einer hydraulischen Schnittstelle 34 bereit, die beispielsweise den Anschluss an eine Systemdruckleitung eines Bremssystems 100 (siehe dazu auch 4) darstellt.
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Der Drucksteller 2 weist vier hydraulische Leitungsabschnitte auf, d. h. in den Figuren als in Knotenpunkten verzweigte Linien dargestellte hydraulische Verbindungen, wobei innerhalb eines Leitungsabschnitts überall der gleiche Druck herrscht - zumindest im Rahmen der hier interessierenden Genauigkeit. Die Linienführung der Leitungsabschnitte, die Längen ihrer Linienabschnitte, ihre Ecken, Winkel und Verzweigungs-Knotenpunkte sind nicht als Hinweise auf ihre konstruktive Gestaltung zu verstehen, sie dienen lediglich der übersichtlichen Darstellung der hydraulischen Verbindungen.
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Diese hydraulischen Verbindungen sind in einer konkreten konstruktiven Ausgestaltung des Druckstellers meist als Bohrungen in einem meist metallischen Hydraulikblock, in einigen Fällen aber auch als hydraulische Rohrverbindung ausgeführt. In einem ersten Leitungsabschnitt, der als Rücklauf 60 bezeichnet wird, herrscht Atmosphärendruck, weil der Druckmittelvorratsbehälter 64, an den der Rücklauf angeschlossen ist, atmosphärisch belüftet ist. Dies gilt auch für den Pumpensauganschluss, der in diesem Sinne mit zum Rücklauf 60 zählt, oder mit diesem zusammenfallen kann, wie es in 4 dargestellt ist. Wie in 1 dargestellt, kann allerdings auch ein separater Behälteranschluss für die Pumpe vorgesehen sein - was in diesem Fall als weiterer fünfter Leitungsabschnitt gezählt werden könnte.
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Im pumpendruckseitigen Leitungsabschnitt liegt der Pumpendruck vor. An einen weiteren Leitungsabschnitt ist der Druckspeicher 44 angeschlossen, so dass in diesem Leitungsabschnitt 40 der Druckspeicher-Druck vorliegt. An diesen Speicherleitungsabschnitt 40 ist weiter die Druckregelstufe 20 angeschlossen, die ein Abgabedruck-Aufbauventil 24 und ein Abgabedruck-Abbauventil 28 umfasst. Insbesondere ist das Abgabedruck-Aufbauventil 24 auf seiner Einströmseite mit dem den Druckspeicher-Druck aufweisenden Leitungsabschnitt 40 verbunden. Ausströmseitig ist das Abgabedruck-Aufbauventil 24 mit einem hydraulischen Leitungsabschnitt verbunden, der den Abgabedruck führt. Ebenfalls an diesen Abgabedruck-Leitungsabschnitt angeschlossen ist der Drucksensor 70, eine hydraulischen Schnittstelle 34 und der Einströmanschluss des Abgabedruck-Abbauventils 28. Ein zwischen den Pumpendruck führenden Leitungsabschnitt und den Druckspeicherdruck führenden Leitungsabschnitt geschaltetes Rückschlagventil 48 erlaubt einen Druckmittelfluss von der Pumpe zum Druckspeicher-Leitungsabschnitt und sperrt einen Druckmittelfluss aus dem Druckspeicher 44 in Richtung der Pumpendruckseite.
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Der Drucksteller 2 umfasst ein Pumpenentlastungsventil 50 mit vier hydraulischen Anschlüssen. Es besitzt einen durch einen Pfeil dargestellten Strömungspfad, der im dargestellten vollständig drucklosen Zustand des Druckstellers geschlossen ist und der hydraulisch gesteuert geöffnet werden kann. Der Einströmanschluss 54 des Pumpenentlastungsventils 50 ist an den Pumpendruck führenden Leitungsabschnitt angeschlossen, sein Ausströmanschluss 62 an den Rücklauf 60. Neben diesen beiden für eine mögliche Durchströmung vorgesehenen Anschlüssen 54 und 62 weist das Pumpenentlastungsventil 50 noch zwei nicht primär zur Durchströmung, sondern zur Drucksteuerung vorgesehene Drucksteuerungsanschlüsse auf.
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Ein erster hydraulischer Steueranschluss 58 ist an den den Druckspeicherdruck führenden Leitungsabschnitt angeschlossen, wodurch ein erster Steuerdruckruck ps1 gleich dem Druckspeicherdruck ist.
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Ein zweiter hydraulischer Steueranschluss 66 ist an den Leitungsabschnitt angeschlossen, der den Abgabedruck des Druckstellers 2 führt wodurch ein zweiter Steuerdruckruck ps2 gleich dem Abgabedruck des Druckstellers ist.
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Das Pumpenentlastungsventil 50 wird hydraulisch von der Differenz ps1-ps2 der Steuerdrücke gesteuert, indem der Öffnungsgrad des Strömungspfades vom Einströmanschluss 54 zum Ausströmanschluss 62 von der Druckdifferenz ps1-ps2 derart abhängt, dass zur Erhöhung des Öffnungsgrades die Druckdifferenz erhöht und zur Verringerung des Öffnungsgrades die verringert werden muss.
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Das Pumpenentlastungsventil 50 hat die Aufgabe, eine hydraulische Verbindung von der Pumpendruckseite zur Pumpensaugseite zu sperren, solange die Differenz aus dem am Anschluss 58 anliegenden Druck im Druckspeicher 44 und dem am Anschluss 66 anliegenden Abgabedruck kleiner als ein Druckschwellenwert von, beispielsweise, 10 bar ist und oberhalb des Druckschwellenwerts die hydraulische Verbindung zu öffnen. In diesem Zustand bewirkt das Rückschlagventil 48, dass in dem den Speicherdruckführenden Leitungsabschnitt der Druck bestehen bleibt, während der an den Pumpenausgang angeschlossene Leitungsabschnitt zu der den Atmosphärendruck führenden Rücklaufleitung 60 hin entlastet wird. Weil Rücklaufleitung und Pumpensaugseite miteinander verbunden sind ist damit die Pumpe hydraulisch kurzgeschlossen. Das Pumpenentlastungsventil 50 weist bevorzugt ein Hystereseverhalten auf, so dass die Anzahl der Umschaltungen klein bleibt.
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Durch diese hydraulische Anordnung wird erreicht, dass durch eine mit Hilfe des Pumpenmotors 6 bewirkte Volumenförderung der Pumpe die Pulsationskammer bzw. der Druckspeicher 44 auf einen Druck geladen wird, der circa um den Druckschwellenwert über dem momentanen Abgabedruck liegt. Damit kann die Druckregelstufe 20 bei Bedarf einen Druckaufbau realisieren, der zur Folge hat, dass das Pumpenentlastungsventil schließt und die Pumpe 10 den Speicherdruck dynamisch anpasst. Wenn der Speicherdruck um den Druckschwellenwert höher als benötigt ist, schließt das Pumpenentlastungsventil die Pumpe 10 hydraulisch kurz, was zur Folge hat, dass der Elektromotor 6 mit geringer Last weiter rotieren kann. Bei plötzlichem Druckbedarf hilft so die Rotationsträgheit des Elektromotors 6, um sehr schnell hydraulische Energie zur Verfügung zu stellen. Im Gegensatz dazu steht bei aus dem Stand der Technik bekannten steuerbaren Druckquellen mit einem elektrischen Servoantrieb die Rotationsträgheit einer schnellen Druckänderung prinzipiell im Wege.
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In 2 ist der Drucksteller 2 gemäß 1 dargestellt, wobei das Pumpenentlastungsventil 50 in einer vorteilhaften Ausführung dargestellt ist. Das Pumpenentlastungsventil 50 weist einen in einem Ventilgehäuse 74 verschiebbar angeordneten Ventilkörper 72 auf, welcher auf einer dem Drucksteuer-Anschluss 58 zugewandten Seite von dem am Anschluss 58 anliegenden Speicherdruck und auf der dem Anschluss 58 abgewandten Seite über einen Drucksteuer-Anschluss 66 von dem Abgabedruck beaufschlagt wird. Außer den Druckkräften wirkt eine weitere, den Druckschwellenwert festlegende Kraft auf den Ventilkörper, die vorliegend durch ein elastisches Element 76 auf den Ventilkörper 72 ausgeübt wird. Der Quotient aus elastischer Kraft und Ventilkörperquerschnittsfläche entspricht dabei einer Druckdifferenz zwischen dem Speicherdruck am Anschluss 58 und dem am Anschluss 66 anliegenden Abgabedruck.
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Der Ventilkörper 72 weist zur Darstellung des in 1 schematisch durch einen Pfeil dargestellten, steuerbaren Strömungspfads eine radial verlaufende, ringförmige Nut 80 auf. Solange der Speicherdruck kleiner ist als die Summe von Abgabedruck und Zusatzdruck, verbleibt der Ventilkörper 72 in der gezeigten Stellung und sperrt die hydraulische Verbindung zwischen Anschluss 54 und Anschluss 62. In dieser Stellung kann die Pumpe aktiv Druck aufbauen.
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Sobald der Speicherdruck größer wird als die Summe von Abgabedruck und Zusatzdruck, wird der Ventilkörper in der Zeichnung (nach unten) derart verschoben, dass mittels der Nut 80 eine hydraulische Verbindung zwischen den Anschlüssen 54 und 62 hergestellt wird. Die Pumpe 10 ist auf diese Weise hydraulisch kurzgeschlossen und fördert im Kreis. Ein elektronisch gesteuertes abruptes Stoppen des Pumpenmotors, welches extreme Ansteuerströme zur elektromagnetischen Abbremsung des Elektromotors benötigen würde und zu unerwünscht hohen, spontanen elektrischen Rekuperations-Energieflüssen in die elektrische Energieversorgung führen kann, ist somit nicht notwendig. Auch sind spezielle elektrische Bauteile zur ECU-internen Umwandlung von für die elektrische Energiequelle bzw. das Bordnetz zu hohen Rekuperations-Energie-Strömen in Wärme dadurch überflüssig.
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In einer anderen, in 3 dargestellten, bevorzugten Ausführungsform ist die Druckregelstufe 20 als ein 3-Wege-Ventil 42 ausgebildet, welches in einer ersten in der Abbildung dargestellten unbestromten Schaltstellung den den Abgabedruck führenden Leitungsabschnitt mit dem Rücklauf verbindet, in einer mittleren Übergangsschaltstellung alle drei Strömungswege voneinander isoliert und in einer durchgeschalteten Schaltstellung einen Volumenstrom von dem den Speicherdruck führenden Leitungsabschnitt zu dem den Abgabedruck führenden Leitungsabschnitt zulässt. Durch die rechts und links am Ventilsymbol angebrachten vertikalen Linien ist angedeutet, dass das Durchströmungsverhalten des die Druckregelstufe 20 bildenden 3-Wege-Ventils so ausgebildet sein soll, dass der jeweilige Durchströmungs-Volumenfluss kontinuierlich variabel steuerbar ist.
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Anstelle der durch die vertikalen Linien symbolisierten stufenlos kontinuierlich oder „analog“ steuerbaren Ventilstufen können in der Druckregelstufe 20 auch diskontinuierlich schaltende Druckaufbau- und Druckabbau-Ventilstufen verwendet werden. Allerdings ist dabei mit einer verminderten Druckregelgenauigkeit und mit durch die Schaltvorgänge provozierten Druckpulsationen zu rechen.
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Das Öffnungs- und Schließverhalten eines erfindungsgemäßen Pumpenentlastungsventils 50 in einer bevorzugten Ausführungsform ist in 4 diagrammartig dargestellt. Dabei sind auf der x-Achse 200 die Differenz der Steuerdrücke ps1-ps2 und auf der y-Achse 202 der Öffnungsgrad des Strömungspfades aufgetragen.
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Eine erste horizontale Linie 204 kennzeichnet den geöffneten Zustand des Strömungspfades, während eine zweite horizontale Linie 206 den geschlossenen Zustand des Strömungspfades kennzeichnet.
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Der Druckschwellenwert ist als vertikale Linie 210 eingezeichnet.
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Eine für ein hysteresebehaftetes Verhalten typische Kurve 220 zeigt das Öffnungs- und Schließverhalten, wobei ein Abschnitt 224 das Öffnen des Ventils 50 und ein Abschnitt 226 das Schließen des Ventils 50 bezeichnet.
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Die vertikale Linie 240 kennzeichnet den Öffnungsdifferenzdruck, die vertikale Linie 230 kennzeichnet den Schließdifferenzdruck.
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Ein Bremssystem 100 für Kraftfahrzeuge mit einem Drucksteller 2 ist in 5 dargestellt. Das Bremssystem 100 weist einen mittels eines Bremspedals 92 und einer damit verbundenen Koppelstange 94 betätigbaren Tandemhauptbremszylinder 96 auf, der einen mittels des Bremspedals 92 verschiebbaren Primärkolben 104 aufweist, der in eine Primärkammer 106 taucht sowie einen schwimmend positionierten Sekundärkolben 108, der in eine Sekundärkammer 110 taucht. Das Bremssystem 100 weist vier hydraulisch betätigbare Radbremsen 130, 132, 134, 136 auf.
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Das Bremssystem 100 ist zweikreisig aufgebaut, mit einem ersten, Primärkreis genannten Bremskreis, der eine ihm zugeordnete erste Kammer eines Druckmittelbehälters 64, eine sowohl mittels eines Elektromagnetventils 180 als auch mechanisch per Pedalbetätigung absperrbare Ausgleichsverbindung zwischen der Behälterkammer und der Primärkammer 106, weitere Elektromagnetventile 160, 170, 162, 172 sowie die Radbremsen 130, 132 umfasst und einem zweiten, Sekundärkreis genannten Bremskreis, der eine ihm zugeordnete zweite Kammer eines Druckmittelbehälters 64, eine sowohl mittels eines Elektromagnetventils 182 als auch mechanisch per Pedalbetätigung absperrbare Ausgleichsverbindung zwischen der Behälterkammer und der Sekundärkammer, weitere Elektromagnetventile 164, 174, 166, 176 sowie die Radbremsen 134, 136 umfasst. Die Radbremsen 130, 132 sind im dargestellten Betriebszustand „Bremsbereitschaft“ des Bremssystems 100 hydraulisch mit der Primärkammer 106 verbunden und die Radbremsen 134, 136 sind in diesem Betriebszustand hydraulisch mit der Sekundärkammer 110 verbunden.
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Das Bremssystem 100 umfasst weiterhin eine elektronische Steuer-und Regeleinheit, an die wenigstens ein Kreisdrucksensor, ein Pedalweg- oder Primärkolbenwegsensor und ein Behälterfüllstandssensor sowie Raddrehwinkelsensoren angeschlossen sind. Das Bremssystem 100 umfasst wie eingangs dieses Absatzes erwähnt einen Drucksteller 2 der in den 1 bis 3 dargestellten Art. Die Steuer- und Regeleinheit des Druckstellers kann wie dargestellt zusammen mit der Steuer- und Regeleinheit des Bremssystems zu einer gemeinsamen Steuer- und Regeleinheit 14 kombiniert sein. Im Falle einer separaten Ausgestaltung sind die beiden Steuer- und Regeleinheiten über elektronische Kommunikationsverbindungen miteinander vernetzt.
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Das Bremssystem 100 umfasst weiterhin ein von der Steuer- und Regeleinheit des Bremssystems angesteuertes Elektromagnetventil 140, über das die den Abgabedruck des Druckstellers 2 bereithaltende hydraulische Schnittstelle 34 auf den Primärkreis aufgeschaltet werden kann sowie ein weiteres, von der Steuer- und Regeleinheit des Bremssystems angesteuertes Elektromagnetventil 142, über das die den Abgabedruck des Druckstellers 2 bereithaltende hydraulische Schnittstelle 34 auf den Sekundärkreis aufgeschaltet werden kann.
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Der Drucksteller 2 ist wie folgt in das Bremssystem 100 hydraulisch angebunden. Die Pumpe 10 ist saugseitig durch eine Nachsaugleitung 124 mit einer dritten Kammer im Druckmittelvorratsbehälter 64 verbunden. Die Druckregelstufe 20 ist hydraulisch mit einer Systemdruckleitung 150 verbunden, welche hydraulisch an die Radbremsen 130-136 anbindbar ist. Dazu ist ein erstes Zuschaltventil 140 vorgesehen, welches im geöffneten Zustand einen Druckmittelfluss aus der Systemdruckleitung 150 in die Radbremsen 130, 132 ermöglicht. Ein zweites Zuschaltventil 142 ermöglicht die hydraulische Verbindung der Systemdruckleitung 150 mit den Radbremsen 134, 136.
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Der jeweiligen Radbremse 130-136 ist jeweils ein stromlos offenes Einschaltventil 160, 162, 164, 166 und ein stromlos geschlossenes Auslassventil 170, 172, 174, 176 zugeordnet. Dem jeweiligen Einschaltventil 160-166 ist jeweils ein Rückschlagventil parallel geschaltet.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Bremssystem 100 einen in 3 dargestellten Druckregler 2 auf, dessen Druckregelstufe als 3-Wege-Ventil ausgebildet ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008014602 A1 [0002, 0006, 0007, 0008]
