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Die Erfindung betrifft eine Bremsanlage für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs und ein Verfahren zum Betreiben einer Bremsanlage für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des nebengeordneten Verfahrensanspruchs.
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Aus der
WO 2011/029812 A1 ist eine Bremsanlage zur Betätigung von vier hydraulisch betätigbaren Radbremsen bekannt mit einer elektrisch steuerbaren Druckmodulationseinrichtung mit radindividuellen Einlass- und Auslassventilen, einem durch ein Bremspedal betätigbaren Hauptbremszylinder, welcher mit der Druckmodulationseinrichtung hydraulisch verbunden ist, einer Simulationseinrichtung, welche hydraulisch mit dem Hauptbremszylinder verbunden ist, einer elektrisch steuerbaren Druckbereitstellungseinrichtung, welche ebenfalls mit der Druckmodulationseinrichtung hydraulisch verbunden ist, und einen unter Atmosphärendruck stehenden Druckmittelvorratsbehälter. Dabei ist die Bremsanlage modular aufgebaut mit einem ersten Modul, welches den Hauptbremszylinder und die Simulationseinrichtung umfasst, einem zweiten Modul, welches durch die Druckbereitstellungseinrichtung gebildet wird, und einem dritten Modul mit u.a. den Einlass- und Auslassventilen. Dabei sind die Module zu einer Einheit zusammengebaut, welcher der Druckmittelvorratsbehälter zugeordnet ist.
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Aus der
DE 10 2018 211 088 A1 ist eine Bremsanlage zur Betätigung von vier hydraulisch betätigbaren Radbremsen bekannt, bei welcher eine elektrisch steuerbare Druckmodulationseinrichtung mit radindividuellen Einlass- und Auslassventilen und eine elektrisch steuerbare Druckbereitstellungseinrichtung, welche mit der Druckmodulationseinrichtung hydraulisch verbunden ist, in einer gemeinsamen ersten elektrohydraulischen Steuer- und Regeleinheit angeordnet sind. Dieser ersten elektrohydraulischen Steuer- und Regeleinheit ist ein Druckmittelvorratsbehälter zugeordnet. Zudem ist eine zweite elektrohydraulische Steuer- und Regeleinheit vorgesehen, welche einen Hauptbremszylinder, eine damit hydraulisch verbindbare Simulationseinrichtung mit einem zugehörigen Simulatorfreigabeventil, wobei der zweiten elektrohydraulischen Steuer- und Regeleinheit ebenfalls ein Druckmittelvorratsbehälter zugeordnet ist. Die erste und zweite elektrohydraulische Steuer- und Regeleinheiten sind über eine Verbindungsleitung miteinander verbunden. Die elektrohydraulischen Steuer- und Regeleinheiten sind separate Baueinheiten, deren Komponenten in einem jeweiligen Gehäuse gemeinsam untergebracht sind. Dadurch ist es möglich die beiden elektrohydraulischen Steuer- und Regeleinheiten an verschiedenen Stellen im Kraftfahrzeug anzuordnen, wobei sowohl der Hauptbremszylinder als auch die Druckbereitstellungseinrichtung unabhängig von dem relativen Einbauort im Fahrzeug mit einem ausreichenden Druckmittel versorgt sind.
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Weil aber Bauraum in einem Kraftfahrzeug prinzipiell knapp ist, müssen die elektrohydraulischen Steuer- und Regeleinheiten so klein und leicht wie möglich gehalten werden. Dies führt bei der zweiten elektrohydraulischen Steuer- und Regeleinheiten zu der Problematik, dass das elektrisch betätigbare Simulatorfreigabeventil örtlich sehr nah an dem Hauptbremszylinder angeordnet ist und an dieser Stelle einen Wegsensor zur Erfassung des Fahrerbremswunsches stört. An dem Hauptbremszylinder misst ein Wegsensor die Verschiebung eines Pedalkraftübertragungselements, welches bei einer Betätigung des Bremspedals durch den Fahrzeugbediener in den Hauptbremszylinder verschoben wird. In der Regel ist solch ein Wegsensor als ein Magnetfeldsensor ausgeführt, welcher ein von dem Pedalkraftübertragungselement ausgehendes Magnetfeld erfasst. Beim Betätigen des Simulatorfreigabeventils wird allerdings ein magnetisches Feld generiert, welches mit dem magnetischen Feld von dem Pedalkraftübertragungselement interferiert. Das Simulatorfreigabeventil verfügt nämlich über eine Magnetspule, welche zum Anheben von dem Magnetanker des Simulatorfreigabeventils bestromt wird. Wenn also das Bremspedal betätigt wird und gleichzeitig das Simulatorfreigabeventil bestromt wird, führt dies zu einer inkorrekten Positionsmessung von dem Pedalkraftübertragungselement durch den Wegsensor und im Ergebnis zu einer fehlerhaften Fahrerbremswunscherfassung.
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Ein solch verfälschtes Messsignal kann dazu führen, dass die Bremsanlage in einen Rückfallbetriebsmodus versetzt wird und Bremskraft verloren geht.
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Während die Magnetspule von dem Simulatorfreigabeventil in der zweiten elektrohydraulischen Steuer- und Regeleinheiten angeordnet ist, ist deren Antriebseinheit mit einem großen örtlichen Abstand in der ersten elektrohydraulischen Steuer- und Regeleinheiten platziert. Dies bedingt, dass die Magnetspule größer ausgeführt werden muss, was wiederum zu einem größeren Magnetfeld von dem Simulatorfreigabeventil führt und somit die Signalkette verlangsamt. Um die elektromagnetische Verträglichkeit zu verbessern wird zudem das Schaltsignal für das Simulatorfreigabeventil durch einen elektronischen Treiber von einer Pulsweitenmodulation auf einen Gleichstrom konvertiert. Dies führt allerdings zu einer weiteren Verzögerung in der Signalkette und zu höheren Kosten.
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Es ist Aufgabe der Erfindung eine Bremsanlage für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, bei welcher Störeinflüsse auf die Fahrerbremswunscherfassung beseitigt werden, sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Bremsanlage für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, welches bei einer Betätigung des Bremspedals zuverlässig den Fahrerbremswusch erfasst.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Erfindungsgemäß wird eine Bremsanlage für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, umfassend:
- - eine Vielzahl an Radbremsen, an welchen radindividuelle Bremsdrücke einstellbar sind,
- - eine elektrisch steuerbare Druckmodulationseinrichtung zum Einstellen der radinvididuellen Bremsdrücke mit jeweils einem elektrisch betätigbaren Einlassventil und jeweils einem elektrisch betätigbaren Auslassventil für jede der Radbremsen,
- - einen Hauptbremszylinder, welcher durch ein Bremspedal betätigbar ist und über ein Trennventil mit den Einlassventilen der Druckmodulationseinrichtung hydraulisch verbindbar ist,
- - eine Simulationseinrichtung, welche hydraulisch mit dem Hauptbremszylinder verbindbar ist, und
- - einen unter Atmosphärendruck stehenden Druckmittelvorratsbehälter, welcher mit dem Hauptbremszylinder und den Auslassventilen der Druckmodulationseinrichtung hydraulisch verbindbar ist,
wobei ein druckbetätigtes Umschaltventil und ein Simulatorfreigabeventil vorgesehen sind, wobei ein Druckraum von dem Umschaltventil durch das Simulatorfreigabeventil dem Druckmittelvorratsbehälter hydraulisch zugeschaltet oder von diesem hydraulisch abgesperrt ist.
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Gegenüber dem Stand der Technik wird anstelle eines Simulatorfreigabeventil nunmehr eine Kombination aus dem druckbetätigten Umschaltventil und dem Simulatorfreigabeventil gewählt. Dies hat den Vorteil, dass das elektromagnetisch betriebene Simulatorfreigabeventil örtlich entfernt von dem Hauptbremszylinder vorgesehen werden kann, während die Zuschaltung von der Simulationseinrichtung zu dem Hauptbremszylinder durch das lediglich druckbetätigte Umschaltventil erfolgt. In der Regel werden der Hauptbremszylinder und die Simulationseinrichtung örtlich nah beieinander in einer baulichen Einheit angeordnet und durch ein Schaltventil hydraulisch verbunden oder voneinander getrennt. Allerdings beeinflusst ein elektromagnetisch betriebenes Schaltventil die Wegerfassungseinrichtung von dem Hauptbremszylinder. Diese nachteilige Beeinflussung wird durch das druckbetätigte Umschaltventil beseitig. Das druckbetätigte Umschaltventil wird lediglich durch einen Hydraulikdruck betätigt und erzeugt um Umschalten kein Magnetfeld. Dadurch wirken keine elektromagnetischen Störreinflüsse auf die Wegerfassungseinrichtung von dem Hauptbremszylinder ein.
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Konstruktiv ist vorzugsweise das Simulatorfreigabeventil stromlos geschlossen ausgeführt. Zudem ist vorzugsweise das Trennventil stromlos offen ausgeführt. Weiterhin ist vorzugsweise die Druckmodulationseinrichtung Bestandteil einer ersten elektrohydraulischen Steuer- und Regeleinheit, wobei das Trennventil und das Simulatorfreigabeventil in dieser ersten elektrohydraulischen Steuer- und Regeleinheit angeordnet sind. Die Verlagerung des Simulatorfreigabeventils in diese erste elektrohydraulische Steuer- und Regeleinheit hat zudem den Vorteil, dass es nicht über spezielle elektronische Treiber angesteuert werden muss, wodurch unnötige elektromagnetische Störeinflüsse gar nicht erst entstehen. Zudem sind die Ansteuerleitungen kurzgehalten, weil das Simulatorfreigabeventil direkt an eine elektronische Steuer- und Regeleinheit der ersten elektrohydraulischen Steuer- und Regeleinheit angeschlossen ist. Zudem sind vorzugsweise der Hauptbremszylinder und die Simulationseinrichtung zu einer zweiten elektrohydraulischen Steuer- und Regeleinheit zusammengefasst, wobei das druckbetätigte Umschaltventil in dieser zweiten elektrohydraulischen Steuer- und Regeleinheit angeordnet ist. Bevorzugt sind die erste und zweite elektrohydraulische Steuer- und Regeleinheiten jeweils bauliche Einheiten, welche getrennt voneinander in dem Kraftfahrzeug angeordnet werden und über elektrische und hydraulische Verbindungsleitungen miteinander verbunden sind.
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Bevorzugt ist der Druckraum über einen Anschluss von dem Umschaltventil mit dem Druckmittelvorratsbehälter hydraulisch verbunden. Dieser Druckraum ist über den Anschluss mit hydraulischem Druckmittel gefüllt. Sofern das Simulatorfreigabeventil diesen Druckraum dem Druckmittelvorratsbehälter zuschaltet, entsteht ein Druckmittelpfad von dem Druckraum des Umschaltventils zu dem Druckmittelvorratsbehälter. Weil der Druckmittelvorratsbehälter unter einem Atmosphärendruck steht, liegt dieser Atmosphärendruck auch in dem Druckraum von dem Umschaltventil an. Diese Maßnahme bewirkt, dass das Umschaltventil schaltbar ist. Das bedeutet, dass sich das Umschaltventil von einer Ausgangsstellung in eine Betriebsstellung überführen lässt.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Umschaltventil einen Kolbenraum, welcher über einen Eingang von dem Umschaltventil hydraulisch mit dem Hauptbremszylinder verbunden ist, sowie über einen ersten Ausgang von dem Umschaltventil hydraulisch mit den Einlassventilen der Druckmodulationseinrichtung und über einen zweiten Ausgang von dem Umschaltventil hydraulisch mit der Simulationseinrichtung verbunden ist. Der Kolbenraum ist dem Druckraum gegenüberliegend in dem Umschaltventil vorgesehen. Dieser Kolbenraum ist über den Eingang mit hydraulischem Druckmittel befüllt. Dieses Druckmittel kann über den ersten Ausgang zu den Einlassventilen der Druckmodulationseinrichtung oder über den zweiten Ausgang in die Simulationseinrichtung strömen. Zudem ist vorzugweise der Kolbenraum fluidtechnisch von dem Druckraum getrennt ausgeführt. Das heißt zwischen den beiden Räumen kann kein Austausch des hydraulischen Druckmittels erfolgen.
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Für die Verbindung von dem Eingang mit einem der beiden Ausgänge ist bevorzugt in dem Umschaltventil ein Ventilkolben mit einem Verbindungskanal vorgesehen, über welchen der Eingang entweder mit dem ersten Ausgang oder mit dem zweiten Ausgang verbunden ist. Der Ventilkolben ist in dem Umschaltventil beweglich angeordnet. Dadurch kann er in einer ersten Schaltstellung (Ausgangsstellung) den Eingang über den Verbindungskanal mit dem ersten Ausgang verbinden. In einer zweiten Schaltstellung (Betriebsstellung) kann der Ventilkolben den Eingang mit dem zweiten Ausgang verbinden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform befindet sich bei geschlossenem Simulatorfreigabeventil das Umschaltventil in einer ersten Schaltstellung, welche den Hauptbremszylinder mit den Einlassventilen der Druckmodulationseinrichtung hydraulisch verbindet. Wenn das Simulatorfreigabeventil geschlossen ist, herrscht aufgrund des inkompressiblen Druckmittels in dem Druckraum von Umschaltventil ein Hydraulikdruck, welcher ein Verschieben des Ventilkolbens unterbindet. Dadurch verbleibt der Ventilkolben in seiner ersten Schaltstellung. Bei dieser Schaltstellung ist dann der Hauptbremszylinder mit den Einlassventilen der Druckmodulationseinrichtung hydraulisch verbunden. Hierfür muss das Trennventil geöffnet sein. Dadurch kann ein Bremsdruck aktiv durch den Fahrzeugbediener an den Radbremsen aufgebaut werden.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform befindet sich bei geöffnetem Simulatorfreigabeventil das Umschaltventil in einer zweiten Schaltstellung, welche den Hauptbremszylinder mit der Simulationseinrichtung hydraulisch verbindet. Wenn das Simulatorfreigabeventil geöffnet ist, dann herrscht aufgrund der Verbindung zu dem Druckmittelvorratsbehälter der Atmosphärendruck in dem Druckraum von dem Umschaltventil. Dadurch kann der Ventilkolben in seine zweite Schaltstellung übergehen, sobald er mit einem Hydraulikdruck beaufschlagt wird. Bei dieser Schaltstellung ist dann der Hauptbremszylinder mit der Simulationseinrichtung hydraulisch verbunden. Zusätzlich ist das Trennventil geschlossen.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass in dem Druckraum eine Ventilkolbenrückstellfeder angeordnet ist, welche ein Bremsgefühl an dem Bremspedal simuliert. Die in dem Druckraum angeordnete Ventilkolbenrückstellfeder hat zunächst einmal die Funktion den Ventilkolben in seine erste Schaltstellung (Ausgangstellung) zu überführen. Während aber der Ventilkolben von der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung übergeht, bewirkt die Ventilkolbenrückstellfeder auch eine Bremskraftsimulierung. Weil der Eingang von dem Umschaltventil mit dem Hauptbremszylinder verbunden ist, wird hydraulisches Druckmittel aus dem Hauptbremszylinder in den Kolbenraum geschoben. Dieses Druckmittel wirkt wiederum auf den Ventilkolben ein und verschiebt diesen in seine zweite Schaltstellung (Betriebsstellung). Während diesem Verschiebevorgang bewirkt die Ventilkolbenrückstellfeder eine Gegenkraft auf den Ventilkolben, welche der Fahrzeugbediener als eine Bremskraftsimulierung an dem Bremspedal zu spüren bekommt. Vorzugsweise ist die Ventilkolbenrückstellfeder gemäß einer proportionalen Kraft-Weg-Kennlinie eingestellt. Das heißt die Ventilkolbenrückstellfeder ist weich eingestellt.
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Zudem sieht eine weitere bevorzugte Ausführungsform vor, dass die Simulationseinrichtung nur eine Simulatorfeder umfasst, welche ein weiteres Bremsgefühl mit einer härteren Charakteristik an dem Bremspedal simuliert. Sobald sich der Ventilkolben in seiner zweiten Schaltstellung befindet, ist der Hauptbremszylinder mit der Simulationseinrichtung hydraulischen verbunden. Ab jetzt bewirkt die Simulationseinrichtung mit ihrer einzigen Simulatorfeder eine Gegenkraft auf den Hauptbremszylinder, welche der Fahrzeugbediener als eine weitere Bremskraftsimulierung an dem Bremspedal zu spüren bekommt. Vorzugsweise ist die einzige Simulatorfeder gemäß einer progressiven Kraft-Weg-Kennlinie eingestellt. Das heißt die Simulatorfeder ist hart eingestellt.
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Vorzugsweise bilden die Ventilkolbenrückstellfeder und die Simulatorfeder eine funktionelle Simulatorfedereinheit. Auch wenn die Ventilkolbenrückstellfeder und die Simulatorfeder konstruktiv voneinander örtlich getrennt vorgesehen sind und auch keine direkte Wirkverbindung zueinander haben, wirken sie dennoch funktionell zusammen und simulieren nacheinander ein Bremsgefühl an dem Bremspedal.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben einer Bremsanlage für ein Kraftfahrzeug, wobei die Bremsanlage folgendes umfasst:
- - eine Vielzahl an Radbremsen, an welchen radindividuelle Bremsdrücke einstellbar sind,
- - eine elektrisch steuerbare Druckmodulationseinrichtung zum Einstellen der radinvididuellen Bremsdrücke mit jeweils einem elektrisch betätigbaren Einlassventil und jeweils einem elektrisch betätigbaren Auslassventil für jede der Radbremsen,
- - einen Hauptbremszylinder, welcher durch ein Bremspedal betätigbar ist und über ein Trennventil mit den Einlassventilen der Druckmodulationseinrichtung hydraulisch verbindbar ist,
- - eine Simulationseinrichtung, welche hydraulisch mit dem Hauptbremszylinder verbindbar ist,
- - einen unter Atmosphärendruck stehenden Druckmittelvorratsbehälter, welcher mit dem Hauptbremszylinder und den Auslassventilen der Druckmodulationseinrichtung hydraulisch verbindbar ist,
wobei ein druckbetätigtes Umschaltventil und ein Simulatorfreigabeventil vorgesehen sind, wobei ein Druckraum von dem Umschaltventil durch eine Betätigung von dem Simulatorfreigabeventil dem Druckmittelvorratsbehälter hydraulisch zugeschaltet oder von diesem hydraulisch abgesperrt wird.
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Das Betreiben der Bremsanlage mit dem druckbetätigten Umschaltventil und dem Simulatorfreigabeventil hat den Vorteil, dass ein Zuschalten der Simulationseinrichtung zu dem Hauptbremszylinder durch das nicht magnetisch betätigte Umschaltventil erfolgt, wodurch die Fahrerbremswunscherfassung nicht durch etwaige Störeinflüsse verfälscht wird. Das druckbetätige Umschaltventil wirkt sich bei einer Betätigung des Bremspedals nicht negativ auf eine Wegerfassungseinrichtung von dem Hauptbremszylinder aus. Das Simulatorfreigabeventil hat durch die Zu- oder Abschaltung von dem Druckmittelvorratsbehälter zu dem Druckraum des Umschaltventils die Funktion das Umschaltventil an sich schaltbar zu machen. Es kann daher örtlich entfernt von der Wegerfassungseinrichtung vorgesehen werden. Im Fall einer Bremsbetätigung und gleichzeitiger Betätigung des Simulatorfreigabeventils, wirkt dieses nicht mehr störend auf die Wegerfassungseinrichtung des Hauptbremszylinders ein.
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Wenn sich die Bremsanlage in einer Rückfallbetriebsart befindet, dann ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform das Trennventil stromlos geöffnet und das Simulatorfreigabeventil stromlos geschlossen, wodurch das Umschaltventil in eine erste Schaltstellung übergeht, sodass der Hauptbremszylinder mit den Einlassventilen der Druckmodulationseinrichtung hydraulisch verbunden wird. Sollte aufgrund eines Störfalls die Elektronik ausfallen, dann verbleibt das Simulatorfreigabeventil geschlossen. Das Umschaltventil ist demnach nicht schaltbar. Das Umschaltventil verbleibt somit in seiner ersten Schaltstellung (Ausgangsstellung). Infolgedessen ist der Hauptbremszylinder mit den Einlassventilen der Druckmodulationseinrichtung hydraulisch durchverbunden. Demzufolge kann bei einer Betätigung des Bremspedals durch den Fahrzeugbediener aktiv ein Bremsdruck an den Radbremsen aufgebaut werden.
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Wenn sich hingegen die Bremsanlage in einer Normalbetriebsart befindet und dann das Bremspedal betätigt wird, dann wird bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform das Trennventil bestromt geschlossen und das Simulatorfreigabeventil bestromt geöffnet, wodurch das Umschaltventil in eine zweite Schaltstellung übergeht, sodass der Hauptbremszylinder mit der Simulationseinrichtung hydraulisch verbunden wird. In dem regulären Betrieb der Bremsanlage wird die Betätigung des Bremspedals durch die Wegerfassungseinrichtung an dem Hauptbremszylinder erfasst. Infolgedessen wird das Simulatorfreigabeventil bestromt und somit geöffnet. Hierdurch ist das Umschaltventil schaltbar. Es kann bei einer Beaufschlagung seines Ventilkolbens mit einem Hydraulikdruck aus dem Hauptbremszylinder in seine zweite Schaltstellung übergehen. Weil auch das Trennventil durch Bestromung geschlossen wird, kann bei einer Erstbetätigung des Hauptbremszylinders kein Druckmittel über den ersten Ausgang von dem Umschaltventil entweichen. Wenn dann der Eingang mit dem zweiten Ausgang verbunden ist, ist der Hauptbremszylinder mit der Simulationseinrichtung hydraulisch durchverbunden. Hierbei wird dem Fahrzeugbediener ein Bremsgefühl vermittelt, wobei der tatsächliche Bremsdruck durch eine Druckbereitstellungeinrichtung an den Radbremsen erzeugt wird.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Umschaltventil eine Ventilkolbenrückstellfeder, welche gemäß einer proportionalen Kraft-Weg-Kennlinie ein Bremsgefühl an dem Bremspedal simuliert und die Simulationseinrichtung umfasst nur eine Simulatorfeder, welche gemäß einer progressiven Kraft-Weg-Kennlinie ein anderes Bremsgefühl an dem Bremspedal simuliert. Funktionell wirken die Ventilkolbenrückstellfeder und die Simulatorfeder als eine Simulatorfedereinheit zusammen. Zunächst simuliert bei einer Betätigung des Bremspedals die Ventilkolbenrückstellfeder ein erstes Bremsgefühl und dann simuliert die Simulatorfeder ein weiteres Bremsgefühl. Die Ventilkolbenrückstellfeder und die Simulatorfeder bilden nacheinander eine Kraft-Weg-Kennlinie ab, welche zunächst proportional und dann progressiv ansteigt. So wird dem Fahrzeugbediener zunächst durch die Ventilkolbenrückstellfeder in dem Umschaltventil ein weiches Bremsgefühl vermittelt, wobei anschließend durch die einzige Simulatorfeder dem Fahrzeugbediener ein hartes Bremsgefühl vermittelt wird.
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Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Figuren.
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Es zeigen:
- 1 eine beispielsgemäße Bremsanlage mit einem druckbetätigten Umschaltventil,
- 2a das druckbetätigte Umschaltventil in einer ersten Schaltstellung,
- 2b das druckbetätigte Umschaltventil in einer zweiten Schaltstellung, und
- 3 eine vereinfachte Simulationseinrichtung.
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In der 1 ist der Schaltplan einer beispielsgemäßen Bremsanlage 1 für ein Kraftfahrzeug gezeigt, welche mit einem hydraulischen Druckmittel betrieben wird. Bremsanlage 1 umfasst einen Hauptbremszylinder 3, welcher mittels einem Bremspedal 2 betätigbar ist, eine mit Hauptbremszylinder 3 hydraulisch verbundene und zusammenwirkende Simulationseinrichtung 4, eine elektrisch steuerbare Druckbereitstellungseinrichtung 6 zur Erzeugung von Hydraulikdruck und eine Druckmodulationseinrichtung 7 zum Einstellen radindividueller Bremsdrücke an vier Radbremsen 8a-8d, und einen Druckmittelvorratsbehälter 9.
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Vorliegend ist Radbremse 8a dem linken Vorderrad VL, Radbremse 8b dem rechten Vorderrad VR, Radbremse 8c dem linken Hinterrad HL und Radbremse 8d dem rechten Hinterrad HR zugeordnet, wobei linkes und rechtes Vorderrad VL und VR der Vorderachse VA und linkes und rechtes Hinterrad HL und HR der Hinterachse HA zugeordnet sind.
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Druckbereitstellungseinrichtung 6 und Druckmodulationseinrichtung 7 sind zu einer ersten elektrohydraulischen Steuer- und Regeleinheit 10 zusammengefasst. Hauptbremszylinder 3 und Simulationseinrichtung 4 sind zu einer zweiten elektrohydraulischen Steuer- und Regeleinheit 11 zusammengefasst. Erste und zweite elektrohydraulische Steuer- und Regeleinheiten 10 und 11 sind einzelne bauliche Einheiten und können separat voneinander in dem Kraftfahrzeug angeordnet werden.
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Hauptbremszylinder 3 umfasst einen Hauptbremszylinderkolben 32, welcher über eine Kolbenstange 31 mit Bremspedal 2 gekoppelt ist. Bei einer Betätigung von Bremspedal 2 durch den Fahrzeugbediener wird Hauptbremszylinderkolben 32 in einem Gehäuse 35 axial verschoben. Gehäuse 35 begrenzt mit Hauptbremszylinderkolben 32 eine Druckkammer 34, in welcher sich hydraulisches Druckmittel befindet, wodurch ein einkreisiger Hauptbremszylinder 3 dargestellt ist. Zudem ist in Gehäuse 35 eine Rückstellfeder 33 aufgenommen, welche den unbetätigten Hauptbremszylinderkolben 32 in seine Ausgangslage verschiebt. Gehäuse 35 wird durch die bauliche Einheit von zweiter elektrohydraulischer Steuer- und Regeleinheit 11 dargestellt.
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An Hauptbremszylinder 3 ist ein Wegsensor 75 vorgesehen, welcher den Betätigungsweg von Hauptbremszylinderkolben 32 erfasst. Wegsensor 75 ist in zweiter elektrohydraulischer Steuer- und Regeleinheit 11 angeordnet. Wegsensor 75 ist vorzugsweise ein Magnetfeldsensor und erfasst eine von Hauptbremszylinderkolben 32 ausgehende Magnetfeldveränderung zur Wegbestimmung. Der gemessene Weg repräsentiert den Fahrerbremswunsch. Zusätzlich ist ein erster Drucksensor 77 vorgesehen, welcher den in Druckkammer 34 von Hauptbremszylinder 3 durch eine Verschiebung von Hauptbremszylinderkolben 32 aufgebauten Druck erfasst. Erster Drucksensor 77 ist in erster elektrohydraulischer Steuer- und Regeleinheit 10 angeordnet.
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Simulationseinrichtung 4 umfasst einen in einem Simulatorgehäuse befindlichen Simulatorkolben, welcher eine Simulatorkammer und eine Simulatorrückkammer voneinander trennt. Simulatorkammer ist zur Aufnahme von hydraulischem Druckmittel eingerichtet und Simulatorrückkammer ist trocken ausgeführt. Die Simulatorkammer ist Hauptbremszylinder 3 hydraulisch zuschaltbar. Das hydraulische Druckmittel drückt auf Simulatorkolben, welcher sich an einer in der Simulatorrückkammer angeordneten Simulatorfeder abstützt. Auf Simulationseinrichtung 4 wird noch in der nachfolgenden Beschreibung zur 3 näher eingegangen.
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Die in erster elektrohydraulischen Steuer- und Regeleinheit 10 angeordnete Druckmodulationseinrichtung 7 umfasst je hydraulisch betätigbarer Radbremse 8a-8d ein Einlassventil 18a-18d und ein Auslassventil 19a-19d, welche paarweise über Mittenanschlüsse hydraulisch zusammengeschaltet und an Radbremsen 8a-8d angeschlossen sind. Den Einlassventilen 18a-18d ist jeweils ein zur Bremsversorgungsleitung hin öffnendes Rückschlagventil parallelgeschaltet. Einlassventile 18a-18d von Druckmodulationseinrichtung 7 sind durch ein Trennventil 14 dem Hauptbremszylinder 3 zu- oder abschaltbar. Des Weiteren ist ein Kreistrennventil 16 vorgesehen, welches die Einlassventile 18c und 18d der Hinterachse HA von den Einlassventilen 18a und 18b der Vorderachse VA trennen kann. So ist bei geschlossenem Kreistrennventil 16 keine hydraulische Verbindung von Hauptbremszylinder 3 zu Radbremsen 8c und 8d der Hinterachse HA möglich. Ist hingegen Kreistrennventil 16 geöffnet, so werden auch diese Radbremsen mit Hydraulikdruck von Hauptbremszylinder 3 beaufschlagt.
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Elektrisch steuerbare Druckbereitstellungseinrichtung 6 ist als ein Linearaktuator ausgebildet. Ein Elektromotor 61 treibt unter Zwischenschaltung eines Rotations-Translationsgetriebes 62 einen Kolben 63 an, welcher in einem Druckraum 64 das hydraulische Druckmittel unter Druck setzt. Druckbereitstellungseinrichtung 6 ist über eine hydraulische Verbindung den Einlassventilen 18a-d von Druckmodulationseinrichtung 7 zuschaltbar, um an Radbremsen 8a-8d einen Bremsdruck aufzubauen. Zur präzisen Regelung von Kolben 63 wird mit einem Rotorlagensensor 76 die Rotorlage von Elektromotor 61 erfasst. Der Druckbereitstellungseinrichtung 6 nachgeschaltet ist ein Zuschaltventil 17 vorgesehen. Bei geöffnetem Zuschaltventil 17 werden Radbremsen 8a-8d über Druckmodulationseinrichtung 7 mit hydraulischem Druckmittel aus Druckbereitstellungseinrichtung 6 versorgt. Zur Messung des von Druckbereitstellungseinrichtung 6 bereitgestellten Drucks ist ein zweiter Drucksensor 78 hinter Zuschaltventil 17 und vor Druckmodulationseinrichtung 7 angeordnet. Zweiter Drucksensor 78 ist in erster elektrohydraulischer Steuer- und Regeleinheit 10 angeordnet.
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Druckmittelvorratsbehälter 9 ist der ersten elektrohydraulischen Steuer- und Regeleinheit 10 zugeordnet. Druckmittelvorratsbehälter 9 steht unter Atmosphärendruck und dient als ein Speicher sowie als ein Ausgleichsbehälter für das hydraulische Druckmittel. Druckmittelvorratsbehälter 9 umfasst einen Füllstandsensor 79. Füllstandsensor 79 dient der Füllstanderfassung bzw. funktioniert auch als eine Füllstandwarneinrichtung. Dieser Sensor kann also bei Bedarf auch mit ein, zwei oder mehreren Schaltzuständen ausgestattet sein. Druckmittelvorratsbehälter 9 umfasst einen ersten und einen zweiten Anschluss, an welche jeweils eine Rückführleitung angeschlossen ist, um die Komponenten von Bremsanlage 1 mit dem Druckmittel zu versorgen bzw. damit auch Druckmittel aus den Komponenten in Druckmittelvorratsbehälter 9 zurückströmen kann. Hierfür ist Druckmittelvorratsbehälter 9 auf erster elektrohydraulischen Steuer- und Regeleinheit 10 platziert, damit das hydraulische Druckmittel nach unten abfließen kann.
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Der ersten elektrohydraulischen Steuer- und Regeleinheit 10 sind zudem eine erste elektronische Steuer- und Regeleinheit 12 und eine zweite elektronische Steuer- und Regeleinheit 13 zugeordnet. Erste elektronische Steuer- und Regeleinheit 12 dient der Ansteuerung von Druckmodulationseinrichtung 7, d.h. den elektrisch betätigbaren Einlassventilen 18a-18b und den elektrisch betätigbaren Auslassventilen 19a-19d. Die Messsignale von erstem Drucksensor 77 und von zweitem Drucksensor 78, sowie von Füllstandsensor 79 werden bevorzugt in erster elektronischer Steuer- und Regeleinheit 12 verbarbeitet. Zweite elektronische Steuer- und Regeleinheit 13 dient der Ansteuerung von Druckbereitstellungseinrichtung 6 und der Schaltventile 14, 15, 16 und 17. Die Messsignale vom Wegsensor 75 und Rotationslagesensor 76 werden bevorzugt in zweiter elektronischer Steuer- und Regeleinheit 13 verarbeitet.
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Beispielsgemäß ist ein druckbetätigtes Umschaltventil 5 vorgesehen, welches Hauptbremszylinder 3 nachgeschaltet ist. Umschaltventil 5 umfasst einen Ventilkolben, welcher in einem Ventilgehäuse beweglich aufgenommen ist und sich an einer Ventilkolbenrückstellfeder abstützt. Der Ventilkolben unterteilt einen Kolbenraum und einen Druckraum. Beide Räume sind mit hydraulischem Druckmittel gefüllt, aber fluidtechnisch voneinander getrennt. Der Kolbenraum verfügt über einen Eingang 53, einen ersten Ausgang 51 und einen zweiten Ausgang 52. Der Ventilkolben verfügt über einen Verbindungskanal. In seiner Ausgangsstellung verbindet der Ventilkolben ersten Eingang 53 mit erstem Ausgang 51. In einer Betätigungsstellung verbindet der Ventilkolben ersten Eingang 53 mit zweitem Ausgang 52. Der Druckraum hingegen verfügt über einen Anschluss 54, welcher separat von dem Kolbenraum mit einem Hydraulikdruck beaufschlagbar ist. Vorzugsweise ist druckbetätigtes Umschaltventil 5 in zweiter elektrohydraulischer Steuer- und Regeleinheit 11 angeordnet. Auf weitere Details von Umschaltventil 5 wird noch in der Beschreibung zu den 2a und 2b eingegangen.
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Von Hauptbremszylinder 3 führt zunächst eine erste Druckmittelleitung 21 zu druckbetätigtem Umschaltventil 5. Im Detail ist erste Druckmittelleitung 21 an einen Ausgang von Druckkammer 34 des Hauptbremszylinders 3 und an Eingang 53 von druckbetätigtem Umschaltventil 5 angeschlossen. Von druckbetätigtem Umschaltventil 5 führt eine zweite Druckmittelleitung 22 zu Trennventil 14. Im Detail ist zweite Druckmittelleitung 22 an ersten Ausgang 51 von druckbetätigtem Umschaltventil 5 hydraulisch angeschlossen und mit Trennventil 14 verbunden. Mittels Umschaltventil 5 und Trennventil 14 sind Einlassventile 18a-d von Druckmodulationseinrichtung 7 dem Hauptbremszylinder 3 zu- oder abschaltbar.
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Weiterhin führt von druckbetätigtem Umschaltventil 5 eine dritte Druckmittelleitung 23 zur Simulationseinrichtung 4. Im Detail ist dritte Druckmittelleitung 23 an zweiten Ausgang 52 von druckbetätigtem Umschaltventil 5 und an die Simulatorkammer von Simulationseinrichtung 4 hydraulisch angeschlossen.
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Des Weiteren führt von druckbetätigtem Umschaltventil 5 eine vierte Druckmittelleitung 24 zu einem Simulatorfreigabeventil 15. Im Detail ist vierte Druckmittelleitung 24 an Anschluss 54 von Umschaltventil 5 angeschlossen. Vierte Druckmittelleitung 24 kann einen kleinen Querschnitt und eine hohe Steifigkeit haben, weil die fluidtechnischen Anforderungen an diese Druckmittelleitung geringer sind als an die anderen Druckmittelleitungen. Mittels Umschaltventil 5 und Simulatorfreigabeventil 15 ist eine Wirkung von Simulationseinrichtung 4 zuschaltbar. Vorzugsweise ist Simulatorfreigabeventil 15 in erster elektrohydraulischer Steuer- und Regeleinheit 10 angeordnet.
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Weiterhin führt von dem ersten Anschluss des Druckmittelvorratsbehälters 9 eine fünfte Druckmittelleitung 25 zu einem Rückführanschluss von Hauptbremszylinder 3. Hierüber wird Druckkammer 34 von Hauptbremszylinder 3 mit hydraulischem Druckmittel nachgefüllt. Zudem ist in fünfter Druckmittelleitung 25 eine Drossel-Rückschlagventileinrichtung 74 vorgesehen, wobei deren Rückschlagventil in Fließrichtung von Druckmittelvorratsbehälter 9 zu Hauptbremszylinder 3 öffnet. Des Weiteren sind an fünfte Druckmittelleitung 25 auch Auslassventile 19a und 19b angeschlossen, um Druckmittel von Radbremsen 8a und 8b zurück in Druckmittelvorratsbehälter 9 zu führen. Im Detail ist fünfte Druckmittelleitung 25 mit einem ersten Leitungsabschnitt 25a an Hauptbremszylinder 3 angeschlossen, mit einem zweiten Leitungsabschnitt 25b an Druckmittelvorratsbehälter 9 angeschlossen und mit einem dritten Leitungsabschnitt 25c an Auslassventile 19a und 19b angeschlossen, wobei die drei Leitungsabschnitte 25a, 25b und 25c an einer Stelle gekoppelt sind.
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Druckmodulationseinrichtung 7 ist über eine sechste Druckmittelleitung 26 (Bremsversorgungsleitung) an Trennventil 14 angeschlossen. Sechste Druckmittelleitung 26 ist durch Kreisventil 16 in einen ersten Leitungsabschnitt 26a und einen zweiten Leitungsabschnitt 26b unterteilt. An ersten Leitungsabschnitt 26a sind Einlassventile 18a und 18b angeschlossen. An zweiten Leitungsabschnitt 26b sind Einlassventile 18c und 18d angeschlossen. Zudem ist sechste Druckmittelleitung 26 über zweiten Leitungsabschnitt 26b mit Zuschaltventil 17 verbunden. An zweitem Leitungsabschnitt 26b befindet sich zweiter Drucksensor 78.
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Druckbereitstellungseinrichtung 6 ist über eine siebte Druckmittelleitung 27 mit Zuschaltventil 16 verbunden. Im Detail ist siebte Druckmittelleitung 27 mit einem Ausgang von Druckraum 64 der Druckbereitstellungseinrichtung 6 verbunden. Einlassventile 18a-d von Druckmodulationseinrichtung 7 sind durch geöffnetes Zuschaltventil 17 der Druckbereitstellungseinrichtung 6 zuschaltbar, sodass durch eine Betätigung von Kolben 64 hydraulisches Druckmittel in die Radbremsen 8a-8d zum Bremsdruckaufbau verschoben werden kann. Bei geöffnetem Kreistrennventil 16 sind alle vier Einlassventile 18a-18d von Radbremsen 8a-8d hydraulisch mit Druckbereitstellungseinrichtung 6 verbunden, wodurch mittels Druckbereitstellungseinrichtung 6 ein Bremsdruck an Radbremsen 8a-8d aufgebaut wird. Bei geschlossenem Kreistrennventil 16 sind lediglich Radbremsen 8c und 8d der Hinterachse HA zum Bremsdruckaufbau mit Druckbereitstellungseinrichtung 6 hydraulisch verbunden.
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Zum Nachfüllen von Druckraum 64 der Druckbereitstellungseinrichtung 6 ist eine achte Druckmittelleitung 28 (Nachsaugleitung) vorgesehen, welche von einem anderen Anschluss des Druckmittelvorratsbehälters 9 zur Druckbereitstellungseinrichtung 6 führt. Diese Leitung ist an einen Rückführanschluss von Druckraum 64 der Druckbereitstellungseinrichtung 6 angeschlossen. An dieser Stelle sitzt auch ein federbelastetes Rückschlagventil 80, welches in Richtung zur Druckbereitstellungseinrichtung 6 hin öffnet. Ein Nachsaugen von hydraulischem Druckmittel ist durch ein Zurückfahren von Kolben 63 bei geschlossenem Zuschaltventil 17 möglich. Dadurch kann das Druckmittel von Druckmittelvorratsbehälter 9 in Druckraum 64 fließen.
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An achte Druckmittelleitung 28 ist Simulatorfreigabeventil 15 über eine neunte Druckmittelleitung 29 angeschlossen. Achte Druckmittelleitung 28 und neunte Druckmittelleitung 29 sind an einer Koppelstelle 20 miteinander gekoppelt. Auf diese Weise wird eine hydraulische Verbindung von druckbetätigtem Umschaltventil 5 zu unter Atmosphärendruck stehendem Druckmittelvorratsbehälter 9 geschaffen. Von Koppelstelle 20 führt ein erster Leitungsabschnitt 28a zu Druckmittelvorratsbehälter 9. Von Koppelstelle 20 führt ein zweiter Leitungsabschnitt 28b zu Druckbereitstellungseinrichtung 6. Zudem führt ein dritter Leitungsabschnitt 28c von Auslassventilen 19c und 19d zu Koppelstelle 20. Dadurch sind die hinteren Radbremsen 8c und 8d mit Druckmittelvorratsbehälter 9 hydraulisch verbunden, sodass hydraulisches Druckmittel aus diesen zum Ausgleich in Druckmittelvorratsbehälter 9 fließen kann.
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Im Allgemeinen führt von Ausgang des Hauptbremszylinders 3 ein Hauptdruckmittelpfad entweder zur Simulationseinrichtung 4 oder zur Druckmodulationseinrichtung 7. Für den Normalbetrieb von Bremsanlage 1 wird ein erster Hauptdruckmittelpfad gebildet, welcher von Hauptbremszylinder 3 über erste Druckmittelleitung 21, Umschaltventil 5 und dritte Druckmitteleitung 23 zu Simulationseinrichtung 4 führt. Dieser Hauptdruckmittelpfad ist für die Normalbetriebsart bzw. „Brake-by-Wire“ Betriebsart gedacht. Hierbei wird der Fahrerbremswunsch über Wegsensor 75 erfasst und am Bremspedal 2 wird ein Bremsgefühl durch Simulationseinrichtung 4 simuliert. Die tatsächliche Bremsung erfolgt dann mit Druckmittel aus Druckbereitstellungseinrichtung 6, welches über siebte Druckmittelleitung 27 mit geöffnetem Zuschaltventil 17 und sechste Druckmittelleitung 26 über Einlassventile 18a-d in Radbremsen 8a-8d verschoben wird, um dort Bremsdruck aufzubauen.
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Damit Hauptbremszylinder 3 über Umschaltventil 5 mit Simulationseinrichtung 4 verbunden wird, ist ein Druckmittelpfad vorgesehen, welcher von dem Druckraum des Umschaltventils 5 über vierte Druckmittelleitung 24 mit geöffnetem Simulatorfreigabeventil 15, sowie neunte und achte Druckmittelleitungen 29 und 28 zu Druckmittelvorratsbehälter 9 führt. Weil Druckmittelvorratsbehälter 9 unter Atmosphärendruck steht, liegt dieser Druck bei geöffnetem Simulatorfreigabeventil 15 auch in dem Druckraum von Umschaltventil 5 vor. Dadurch lässt sich der Ventilkolben von Umschaltventil 5 aus seiner Ausgangsstellung in die Betriebsstellung verschieben. Ist hingegen Simulatorfreigabeventil 15 geschlossen und somit der Druckmittelpfad zu Druckmittelvorratsbehälter 9 unterbunden, wird der Ventilkolben durch die Ventilkolbenrückstellfeder in seine Ausgangsposition geschoben. Aufgrund des inkompressiblen Druckmittels in dem Druckraum von Umschaltventil 5 kann der Ventilkolben nicht mehr in die Betriebsstellung verschoben werden, sodass dieser in der Ausgangsstellung verharrt. Auf diese Weise wird ein zweiter Hauptdruckmittelpfad bereitgestellt, welcher von Hauptbremszylinder 3 über erste Druckmittelleitung 21, Umschaltventil 5, zweite Druckmittelleitung 22, geöffnetes Trennventil 14 und sechster Druckmittelleitung 26 zu Einlassventilen 18a-d von Druckmodulationseinrichtung 7 führt. Über diesen zweiten Hauptdruckmittelpfad wird dann durch den Fahrzeugbediener hydraulisches Druckmittel von Hauptbremszylinder 3 in Radbremsen 8a-8d zum Bremsdruckaufbau verschoben.
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Elektrohydraulisch betriebene Bremsanlage 1 arbeitet in der Regel in einer Normalbetriebsart bzw. der „Brake-by-Wire“ Betriebsart. Sollte aufgrund einer Störung die Elektronik ausfallen, bleibt Bremsanlage 1 im Rahmen einer Rückfallbetriebsart hydraulisch betätigbar. Die in 1 gezeigten Schaltventile 14, 15, 16, 17, 18a-d und 19a-d befinden sich im stromlosen Zustand, welcher für diese Betriebsart wichtig ist.
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Zunächst wird nochmals näher auf die Normalbetriebsart eingegangen. Beispielsgemäß wird in dieser Betriebsart Simulatorfreigabeventil 15 bestromt geöffnet, sobald Bremspedal 2 betätigt wird. Dadurch ist der Druckraum von Umschaltventil 5 über vierte, neunte und achte Druckmittelleitungen 24, 29 und 28 mit Druckmittelvorratsbehälter 9 hydraulisch verbunden. Weil Druckmittelvorratsbehälter 9 unter Atmosphärendruck steht, liegt dieser Druck auch in dem Druckraum von Umschaltventil 5 vor. Bei einer Betätigung von Hauptbremszylinder 3 kann damit das druckbetätigte Umschaltventil 5 in seine Betriebsstellung überführt werden. Der Hydraulikdruck von Hauptbremszylinder 3 verschiebt den Ventilkolben von Umschaltventil 5 gegen die Ventilkolbenrückstellfeder, welche in dem Druckraum angeordnet ist. Dies ist möglich, weil in dem Druckraum der Atmosphärendruck herrscht. Auf diese Weise wird Eingang 53 mit zweitem Ausgang 52 verbunden. Dadurch wird eine hydraulische Verbindung von Hauptbremszylinder 3 zu Simulationseinrichtung 4 geschaffen. D.h. eine Wirkung von Simulationseinrichtung 4 wird dem Hauptbremszylinder 3 durch ein Öffnen von Simulatorfreigabeventil 15 zugeschaltet. Das Öffnen von Simulatorfreigabeventil 15 bedingt, dass der hydraulische Druck in dem Federdruckraum auf Atmosphärendruck abfällt, sodass der Ventilkolben durch den Hydraulikdruck in dem Ventildruckraum in die zweite Schaltstellung übergehen kann.
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Für den Normalbetriebsmodus hat dies den Vorteil, dass nun bei einer Betätigung von Hauptbremszylinder 3 der Fahrerbremswunsch durch einen vorzugsweisen Magnetfeldsensor störungsfrei erfasst werden kann. Die Messung durch den Magnetfeldsensor wird nicht durch eine Bestromung von Simulatorfreigabeventil 15 beeinträchtigt. Zugleich ermöglicht druckbetätigtes Umschaltventil 5 eine Zuschaltung von Simulationseinrichtung 4. Denn vorzugsweise befindet sich Umschaltventil 5 örtlich nah an dem Magnetfeldsensor, während Simulatorfreigabeventil 15 örtlich fern von dem Magnetfeldsensor angeordnet ist.
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Zugleich wird bei der Normalbetriebsart Trennventil 14 bestromt geschlossen, sodass kein Druckmittel aus Hauptbremszylinder 3 zu Einlassventilen 18a-d strömt. Denn bei Erfassung eines Bremswunsches wird Druckbereitstellungseinrichtung 6 betätigt und Zuschaltventil 17 geöffnet (bestromt), wodurch Druckmittel zu Einlassventilen 18a-d verschoben wird, um einen Bremsdruck an Radbremsen 8a-8d aufzubauen.
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Für die Rückfallbetriebsart ist hingegen vorgesehen, dass Simulatorfreigabeventil 15 stromlos geschlossen ist. Dadurch ist keine hydraulische Verbindung von dem Druckraum des Umschaltventils 5 zu Druckmittelvorausbehälter 9 möglich. Dies führt dazu, dass sich bei einer Betätigung von Ventilkolben des Umschaltventils 5 ein Hydraulikdruck in dem Druckraum aufbaut, welcher ein Verschieben von dem Ventilkolben unterbindet. Die Ventilkolbenrückstellfeder in dem Druckraum hat zudem dafür gesorgt, dass der Ventilkolben in seine Ausgangstellung zurückgegangen ist. Erfolgt nun bspw. während der Rückfallbetriebsart eine Betätigung von Bremspedal 2, wird Druckmittel von Hauptbremszylinder 3 über Umschaltventileinrichtung 5 zu Einlassventilen 18a-d verschoben. Hierfür ist Trennventil 14 stromlos geöffnet ausgeführt, sodass eine hydraulische Verbindung ermöglicht wird. Auch Einlassventile 18a-18d von Druckmodulationseinrichtung 7 sind stromlos geöffnet ausgeführt, sodass bei der Betätigung von Bremspedal 2 in der Rückfallbetriebsart ein Bremsdruck durch den Fahrzeugbediener an Radbremsen 8a-8d aufgebaut wird.
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Praktischerweise ist zweite elektrohydraulische Steuer- und Regeleinheit 11 an einer Spritzwand des Kraftfahrzeugs angeordnet. Erste elektrohydraulische Steuer- und Regeleinheit 10 ist nicht an der Spritzwand, sondern an einer anderen Stelle in dem Motorraum von dem Kraftfahrzeug angeordnet. Erste und zweite elektrohydraulische Steuer- und Regeleinheiten 10 und 11 sind sodann über eine erste, zweite und dritte Verbindungsleitung 71, 72 und 73 miteinander verbunden. Hierfür verknüpft erste Verbindungsleitung 71 einen ersten Leitungsabschnitt 22a mit einem zweiten Leitungsabschnitt 22b der zweiten Druckmittelleitung 22. Hierbei befindet sich erster Leitungsabschnitt 22a in zweiter elektrohydraulischer Steuer- und Regeleinheit 11 und zweiter Leitungsabschnitt 22b befindet sich in erster elektrohydraulischer Steuer- und Regeleinheit 10. Zudem verknüpft zweite Verbindungsleitung 72 einen ersten Leitungsabschnitt 24a mit einem zweiten Leitungsabschnitt 24b der vierten Druckmittelleitung 24. Hierbei befindet sich erster Leitungsabschnitt 22a in zweiter elektrohydraulischer Steuer- und Regeleinheit 11 und zweiter Leitungsabschnitt 24b befindet sich in erster elektrohydraulischer Steuer- und Regeleinheit 10. Weiterhin verknüpft dritte Verbindungsleitung 73 den ersten Leitungsabschnitt 25a mit dem zweiten Leitungsabschnitt 25b der fünften Druckmittelleitung 25. Hierbei befindet sich erster Leitungsabschnitt 25a in zweiter elektrohydraulischer Steuer- und Regeleinheit 11 und zweiter Leitungsabschnitt 25b befindet sich in erster elektrohydraulischer Steuer- und Regeleinheit 10.
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Die 2a und 2b zeigen Umschaltventil 5 im Detail, wobei 2a die Ausgangsstellung (erste Schaltstellung) und 2b die Betriebsstellung (zweite Schaltstellung) zeigt. Die nachfolgende konstruktive Beschreibung von Umschaltventil 5 gilt für beide 2a und 2b.
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Druckbetätigtes Umschaltventil 5 umfasst ein Ventilgehäuse 55 innerhalb welchem ein Ventilkolben 56 axial verschieblich aufgenommen ist. Ventilgehäuse 55 wird durch die bauliche Einheit von zweiter elektrohydraulischer Steuer- und Regeleinheit dargestellt. Ventilkolben 56 unterteilt einen Kolbenraum 50 und einen Druckraum 59. Kolbenraum 50 und Druckraum 59 sind mit hydraulischem Druckmittel beaufschlagbar, aber fluidtechnisch voneinander getrennt. In Druckraum 59 ist eine Ventilkolbenrückstellfeder 58 angeordnet, welche auf Ventilkolben 56 wirkt. Ventilkolbenrückstellfeder 58 stützt sich einerseits in einer Ausnehmung von Ventilkolben 56 und andererseits an einem Boden von Ventilgehäuse 55 ab. Vorzugsweise ist Ventilkolbenrückstellfeder 58 als eine metallische Schraubenfeder ausgeführt. Zudem ist an Ventilkolben 56 ein Anschlagpuffer 49 vorgesehen, welcher einen Anschlag von Ventilkolben 56 gegen Ventilgehäuse 55 abdämpfen soll. Anschlagpuffer 49 ist an der Seite von Ventilkolben 56 angeordnet, welche sich in Kolbenraum 50 befindet.
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An Ventilgehäuse 55 ist ein Eingang 53 hin zu Kolbenraum 50 vorgesehen. Des Weiteren sind ein erster Ausgang 51 und ein zweiter Ausgang 52 an Ventilgehäuse 55 vorgesehen, welche aus Kolbenraum 50 herausführen. Eingang 53 und beide Ausgänge 51 und 52 können als Bohrungen in Ventilgehäuse 55 eingebracht sein. Zudem ist ein Anschluss 54 an Ventilgehäuse 55 vorgesehen, welcher zu Druckraum 59 führt. Auch Anschluss 54 kann als eine Bohrung in Ventilgehäuse 55 eingebracht sein. Eingang 53 und Anschluss 54 sind vorzugsweise an zwei sich gegenüberliegenden Seiten von Ventilgehäuse 55 angeordnet.
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In Ventilkolben 56 ist ein Verbindungskanal 57 vorgesehen. Durch Verbindungskanal 57 wird eine hydraulische Verbindung von Eingang 53 über Kolbenraum 50 mit erstem Ausgang 51 oder mit zweitem Ausgang 52 hergestellt. Hierfür ist Ventilkolben 56 gegenüber Ventilgehäuse 55 mit einem ersten Dichtmittel 47 und einem zweiten Dichtmittel 48 abgedichtet. Erstes Dichtmittel 47 ist zwischen erstem Ausgang 51 und zweitem Ausgang 52 angeordnet. Dadurch liegt eine hydraulische Trennung zu zweitem Ausgang 52 vor, wenn sich Umschaltventil 5 in der Ausgangsstellung befindet. Zweites Dichtmittel 48 ist hinter zweitem Ausgang 52 hin zum Anschluss 54 angeordnet. Dadurch wird Druckraum 54 von Kolbenraum 50 hydraulisch getrennt.
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In der 2a ist als erste Schaltstellung die Ausgangsstellung von Ventilkolben 56 gezeigt. Wie bereits beschrieben befindet sich in Druckraum 59 ein hydraulisches Druckmittel, welches nicht verschoben werden kann, wenn das Simulatorfreigabeventil geschlossen. Wenn aufgrund einer Betätigung von dem Hauptbremszylinder das Druckmittel zu Eingang 53 verschoben wird, dann wird diese Menge an Druckmittel über Verbindungskanal 57 zum ersten Ausgang 51 geleitet. Von hier strömt das Druckmittel über das geöffnete Trennventil zu den Einlassventilen von der Druckmodulationseinrichtung. Diese erste Schaltstellung wird dadurch erreicht, dass das Simulatorfreigabeventil stromlos geschlossen bleibt. Das inkompressible Druckmittel in dem Druckmittelpfad von Druckraum 59 zu dem geschlossenen Simulatorfreigabeventil unterbindet ein Verschieben des Ventilkolbens 56.
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Die 2b zeigt hingegen als zweite Schaltstellung die Betriebsstellung von Umschaltventil 5. Wie bereits beschrieben wird in der Normalbetriebsart bei einer Betätigung des Bremspedals das Simulatorfreigabeventil geöffnet (bestromt). Dadurch wird ein Druckmittelpfad für das hydraulische Druckmittel in Druckraum 59 zu dem Druckmittelvorratsbehälter geöffnet. Weil dieser als Ausgleichsbehälter funktioniert, kann Druckmittel bei einer Beaufschlagung von Ventilkolben 56 durch ein anderes Druckmittel in Kolbenraum 50 aus Druckraum 59 über Anschluss 54 in den Druckmittelvorratsbehälter überströmen. Dadurch wird druckbetätigtes Umschaltventil 5 in seine zweite Schaltstellung überführt, wodurch Eingang 53 über Verbindungskanal 57 mit zweitem Ausgang 52 durchverbunden wird. Auf diese Weise wird eine hydraulische Verbindung von dem Hauptbremszylinder zu der Simulationseinrichtung geschaffen.
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Während Ventilkolben 56 aus seiner Ausgangsstellung in die Betriebsstellung übergeht, bewirkt Ventilkolbenrückstellfeder 58 zugleich eine Simulationsfunktion, welche normalerweise von einer Feder in der Simulationseinrichtung bewirkt wird. Ventilkolbenrückstellfeder 58 bewirkt nämlich eine Gegenkraft, wenn Ventilkolben 56 durch ein Druckmittel in Kolbenraum 50 mit einem Hydraulikdruck beaufschlagt wird. Während der Beaufschlagung des Ventilkolbens 56, also während dem Übergang von der Ausgangsstellung in die Betriebsstellung, wirkt die Gegenkraft zugleich auf den Hauptbremszylinder und ist an dem Bremspedal spürbar. Dadurch wird dem Fahrzeugbediener bei einer Betätigung des Bremspedals ein Bremsdruckaufbau vermittelt. Diese Besonderheit hat zur Folge, dass auf eine Feder in der Simulationseinrichtung verzichtet werden kann. Ventilkolbenrückstellfeder 58 übernimmt somit zwei Funktionen in Umschaltventil 5.
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Zum einen dient sie als Rückstellfeder um Ventilkolben 56 in seine Ausgangsstellung zu überführen, damit ein druckbetätigtes Umschalten ermöglich ist. Zum anderen dient sie der Simulierung eines Bremsgefühls an dem Bremspedal. Vorzugsweise folgt dafür Ventilkolbenrückstellfeder 58 einer proportionalen Kraft-Weg-Kennlinie.
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Die Bereitstellung einer Feder im Umschaltventil, welche ein Bremsgefühl simuliert, führt zu einer vereinfacht aufgebauten Simulationseinrichtung 4, welche in der 3 im Detail gezeigt ist.
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Pedalsimulatoren wie Simulationseinrichtung 4 werden eingesetzt, wenn der Bremsdruck nicht von dem Fahrzeugbediener, sondern durch eine andere Energiequelle, wie bspw. die Druckbereitstellungeinrichtung, erzeugt wird. Über Simulationseinrichtung 4 wird dann dem Fahrzeugbediener bei einer Betätigung des Bremspedals eine haptische Rückmeldung durch ein vorgegebenes Kraft-Weg-Verhalten vermittelt, welches mit dem tatsächlichen Bremsverhalten der Bremsanlage korrespondiert. Es wird also ein Bremsgefühl simuliert, welches in der Regel durch ein Federpaket in dem Pedalsimulator erzeugt wird. Das Federpaket wird je nach Kundenwunsch auf eine vorgegebene Kraft-Weg-Kennlinie eingestellt.
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Die Kraft-Weg-Kennlinie unterteilt sich in der Regel in zwei Abschnitte. In einem ersten Abschnitt verläuft die Kraft-Weg-Kennlinie proportional und steigt dann in einem zweiten Abschnitt progressiv an. Der proportionale Abschnitt wird durch eine weiche Feder und der progressive Abschnitt durch eine harte Feder erzeugt.
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Beispielsgemäß umfasst vorliegende Simulationseinrichtung 4 nur eine Feder. So umfasst Simulationseinrichtung 4 zunächst ein Simulatorgehäuse 41, in welchem ein Simulatorkolben 42 axial beweglich aufgenommen ist. Simulatorgehäuse 41 wird durch die bauliche Einheit von zweiter elektrohydraulischer Steuer- und Regeleinheit dargestellt. Simulatorkolben 42 ist mittels einem Kolbendichtmittel 45 gegenüber Simulatorgehäuse 41 abgedichtet. Dadurch trennt Simulatorkolben 42 in Simulatorgehäuse 41 eine Simulatordruckkammer 40 von einer Simulatorrückkammer 44 ab. Simulatordruckkammer 40 ist zur Aufnahme von hydraulischem Druckmittel eingerichtet, wobei Simulatorrückkammer 44 trocken ausgeführt ist. Simulatorrückkammer 44 wird von einem Simulatordeckel 46 verschlossen, welcher in Simulatorgehäuse 41 eingepresst ist.
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Beispielsgemäß umfasst Simulationseinrichtung 4 nur eine Simulatorfeder 43, welche in Simulatorrückkammer 44 angeordnet ist. Simulatorfeder 43 wirkt auf eine Stirnseite von Simulatorkolben 42 und liegt wiederum am Simulatordeckel 46 an. Simulatorfeder 43 ist vorzugsweise aus einem elastomeren Material gefertigt und hat eine Kugel- oder Zylinderform.
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Simulatordruckkammer 40 ist mit dem zweiten Ausgang von dem druckbetätigten Umschaltventil verbunden. Befindet sich das Umschaltventil in seiner Betriebsstellung liegt eine hydraulische Verbindung von dem Hauptbremszylinder über das Umschaltventil mit Simulatordruckkammer 40 vor. Eine Betätigung von dem Bremspedal führt sodann zu einer Verschiebung von Simulatorkolben 42 innerhalb von Simulatorgehäuse 41 gegen Simulatorfeder 43. Simulatorfeder 43 bewirkt sodann die Simulation einer Bremskraft auf das Bremspedal. Dabei folgt Simulatorfeder 43 einer progressiven Kraft-Weg-Kennlinie und vermittelt dem Fahrzeugbediener ein starkes Bremsgefühl.
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Üblicherweise befindet sich eine weitere Feder in Simulatordruckkammer 40, welche dem Fahrzeugbediener gemäß einer proportionalen Kraft-Weg-Kennlinie ein weiches Bremsgefühl vermitteln soll. Beispielsgemäß wurde diese Feder aber in das druckbetätigte Umschaltventil verlagert. Durch diese Verlagerung kann Simulationseinrichtung 4 vereinfacht und kostengünstiger ausgeführt werden.
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Die Ventilkolbenrückstellfeder von dem Umschaltventil stellt also bei einem Übergang von dem Ventilkolben aus seiner Ausgangsstellung in die Betriebsstellung den ersten Abschnitt der Kraft-Weg-Kennlinie dar, während Simulatorfeder 43 nachdem sich der Ventilkolben in seiner Betriebsstellung befindet den zweiten Abschnitt der Kraft-Weg-Kennlinie darstellt. Auch wenn Ventilkolbenrückstellfeder und Simulatorfeder 43 konstruktiv voneinander getrennt ausgeführt sind, wirken sie dennoch als ein gemeinsames Simulatorfederpaket funktionell zusammen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bremsanlage
- 2
- Bremspedal
- 3
- Hauptbremszylinder
- 4
- Simulationseinrichtung
- 5
- Umschaltventil
- 6
- Druckbereitstellungseinrichtung
- 7
- Druckmodulationseinrichtung
- 8a-d
- Radbremsen
- 9
- Druckmittelvorratsbehälter
- 10
- erste elektrohydraulische Steuer- und Regeleinheit
- 11
- zweite elektrohydraulische Steuer- und Regeleinheit
- 12
- erste elektronische Steuer- und Regeleinheit
- 13
- zweite elektronische Steuer- und Regeleinheit
- 14
- Trennventil
- 15
- Simulatorfreigabeventil
- 16
- Kreistrennventil
- 17
- Zuschaltventil
- 18a-d
- Einlassventile
- 19a-d
- Auslassventile
- 20
- Koppelstelle
- 21
- erste Druckmittelleitung
- 22
- zweite Druckmittelleitung
- 22a
- erster Leitungsabschnitt
- 22b
- zweiter Leitungsabschnitt
- 23
- dritte Druckmittelleitung
- 24
- vierte Druckmittelleitung
- 24a
- erster Leitungsabschnitt
- 24b
- zweiter Leitungsabschnitt
- 25
- fünfte Druckmittelleitung
- 25a
- erster Leitungsabschnitt
- 25b
- zweiter Leitungsabschnitt
- 25c
- dritter Leitungsabschnitt
- 26
- sechste Druckmittelleitung
- 26a
- erster Leitungsabschnitt
- 26b
- zweiter Leitungsabschnitt
- 27
- siebte Druckmittelleitung
- 28
- achte Druckmittelleitung
- 28a
- erster Leitungsabschnitt
- 28b
- zweiter Leitungsabschnitt
- 28c
- dritter Leitungsabschnitt
- 29
- neunte Druckmittelleitung
- 31
- Kolbenstange
- 32
- Hauptbremszylinderkolben
- 33
- Rückstellfeder
- 34
- Druckkammer
- 35
- Gehäuse
- 40
- Simulatordruckkammer
- 41
- Simulatorgehäuse
- 42
- Simulatorkolben
- 43
- Simulatorfeder
- 44
- Simulatorrückkammer
- 45
- Simulatorkolbendichtmittel
- 46
- Simulatordeckel
- 47
- erstes Dichtmittel
- 48
- zweites Dichtmittel
- 49
- Anschlagpuffer
- 50
- Kolbenraum
- 51
- erster Ausgang
- 52
- zweiter Ausgang
- 53
- Eingang
- 54
- Anschluss
- 55
- Ventilgehäuse
- 56
- Ventilkolben
- 57
- Verbindungskanal
- 58
- Ventilkolbenrückstellfeder
- 59
- Druckraum
- 61
- Elektromotor
- 62
- Rotations-Translationsgetriebe
- 63
- Kolben
- 64
- Druckraum
- 70
- Rückschlagventil
- 71
- erste Verbindungsleitung
- 72
- zweite Verbindungsleitung
- 73
- dritte Verbindungsleitung
- 74
- Drossel-Rückschlagventileinrichtung
- 75
- Wegsensor
- 76
- Rotorlagensensor
- 77
- erster Drucksensor
- 78
- zweiter Drucksensor
- 79
- Füllstandsensor
- HA
- Hinterachse
- HL
- hinten links
- HR
- hinten rechts
- VA
- Vorderachse
- VL
- vorne links
- VR
- vorne rechts
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2011/029812 A1 [0002]
- DE 102018211088 A1 [0003]
