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Die Erfindung betrifft eine Betätigungseinrichtung, insbesondere für eine Fahrzeugbremse, wobei aus einer Kolben-Zylinder-Einheit über eine erste hydraulische Verbindung und ein Magnetventil Hydraulikflüssigkeit einem Aktuator, insbesondere einer Radbremse, zugeführt wird.

15 Stand der Technik

An neue Generationen von Bremssystemen werden folgende

Anforderungen gestellt:

(a) Verwendung eines Pedalwegsimulators, mit dessen Hilfe bei intakter

Bremseinrichtung der Bremswunsch des Fahrers erfasst und einem

20 elektronischen Steuergerät zur weiteren Verarbeitung zugeführt

wird.

(b) Eine sehr gute Rückfallebene für den Fall des Ausfalls des

Bremskraftverstärkers (BKV). Dies setzt kleine HZ-Zylinder- Durchmesser voraus. Dies bedingt aber große Hübe und lange

25 Bauweise. Um das zu vermeiden, sind Nachfördereinrichtungen mit

BESTÄTIGUNGSKOPIE Überdruck und Speichern aus der DE 10 2007 062839 bekannt. Ferner wurde zu diesem Zweck bereits vorgeschlagen, die

Druckeinspeisung durch Zusatzkolben vorzunehmen, die vom

Hauptzylinder (HZ)-Kolbenantrieb betätigt werden bzw. eine

Vorpumpe, die nach Bedarf Volumen in die Bremskreise einspeist

(DE 10 2010 055044). Alle Lösungen mit Überdruck haben den Vorteil, dass die Nachförderung schnell erfolgt.

(c) Hohe Fehlersicherheit. Hierzu sind viele Fälle denkbar. Unter

anderem ist es denkbar dass ein elektromotorischer Antrieb des HZ- Kolbens über ein Getriebe bei einer starken Bremsung klemmt und anschließend keine Druckreduzierung möglich ist. Hierzu wird in der DE 10 2010050508 und DE 10 2010 045617 ein Ventil

vorgeschlagen, welches dann das Druckmittel in den Vorratsbehälter ablässt. (d) Keine oder geringe Pedalrückwirkung bei ABS und Rekuperation.

Hierzu wurde vorgeschlagen, Druckmittel aus mindestens einem Bremskreis über ein Schaltventil in den Vorratsbehälter abzulassen. Damit kann z. B. eine Kolbenstellung, die sich bei kleinem

Druckniveau nahezu in der Ausgangsstellung befindet, nicht mit dem Pedalstößel kollidieren, sondern durch das aus dem Hauptzylinder (HZ) entnommene Volumen in eine höhere Hubstellung gelangen. Man spricht hier von Leerwegfreischaltung Vorteilhaft für diese Merkmale ist eine koaxiale Anordnung, bei der der

Tandemhauptzylinder (THZ) eine Doppelaufgabe erfüllt:

Druckerzeugung und schnelle Nachförderung von Volumen mit entsprechenden Schalteinrichtungen.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Betätigungseinrichtung der eingangs genannten Art, insbesondere für Fahrzeugbremsen, zu schaffen, die Vorteile der vorstehend zum Stand der Technik

beschriebenen Lösungen mit möglichst geringem Aufwand verbindet.

Lösung der Aufgabe Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, dass dass eine weitere hydraulische Verbindung die Kolben-Zylinder-Einheit mit einem Hydraulikflüssigkeitsbehälter verbindet und dass in dieser

Verbindung eine Magnetventileinrichtung angeordnet ist, die zumindest zwei Ventile aufweist, die in unterschiedlichen Strömungsrichtungen wirksam sind.

Mit anderen Worten ist erfindungsgemäß eine bidirektionale

Ventileinrichtung vorgesehen, mit deren Hilfe bei einer Fahrzeugbremse aus dem Bremskreis Druckmittel, insbesondere bei hohem Druckniveau, in den Vorratsbehälter abgelassen werden kann und in der zweiten Richtung Volumen bei schnellem Ansaugen vom Vorratsbehälter einen Arbeitsraum der Kolben-Zylinder-Einheit gelangt.

Vorteilhafte Ausführungen bzw. Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Ventile weisen zweckmäßig, insbesondere stark (größer Faktor 5) unterschiedliche Ventilöffungsquerschnitte auf.

Beide Strömungswege sind elektrisch schaltbar. Dies kann mit einem Schaltventil mit kleinem Öffnungsquerschnitt für hohes Druckniveau z. B. 150 bar und einem Schaltventil mit großem Querschnitt für

Unterdruckniveau erreicht werden. Vorzugsweise werden beide

Ventilfunktionen mit einem bidirektionalen 2-Stufen-Ventil realisiert mit zusätzlichem Ventilkörper und nur einem Betätigungsmagnet. Nach dem Stand der Technik sind solche Ventile mit zusätzlichem Ventilkörper als 2- Stufen-Ventile bekannt, z. B. aus US 2914086, EP 0783422, DE

19855667. Diese Ventile wirken nur in eine Richtung, bei der aus dem HZ Volumen von der Rückförderpumpe angesaugt wird. Dies dient zur Drucksteigerung in den Bremskreisen für ESP und

Bremsassistenzfunktionen. Bei der vorliegenden Erfindung ist die

Ventilanordnung bidirektional in zwei Richtungen.

In der ersten Funktion und Richtung wird zum Druckabbau vom

Bremskreis in den Vorratsbehälter ein erstes Ventil (Ventilstufe) geschaltet und in der zweiten Funktion in Gegenrichtung vom

Vorratsbehälter zum ansaugenden HZ das zweite Ventil (Ventilstufe). Der ansaugende HZ ist notwendig zur kleineren Dimensionierung für die beschriebene Rückfallebene zur Nachförderung von Volumen in den Bremskreis z. B. bei Fading. Die Funktion der Nachförderung ist auch notwendig, wenn der HZ den Volumenverbrauch bei ABS z. B. durch Druckabbau in den Vorratsbehälter ausgleichen muss, wie dies im Detail in den Anmeldungen DE 10 2010 050508 und DE 10 2010 055044 der Anmelderin beschrieben wird, auf die hier Bezuggenommen wird. In beiden Fällen soll die Nachförderzeit klein sein, damit ggf. die

Unterbrechung des Druckaufbaus nur kurz ist. Dazu ist entweder ein Überdruck oder ein Ventil mit großem Querschnitt notwendig > 10 mm ² . In zweckmäßiger Weise können daher bei Ausgestaltungen der

erfindungs- gemäßen Ventileinrichtung folgende Maßnahmen einzeln oder in Kombination vorgesehen sein :

Filter am Ein- und Ausgang für den bidirektionalen Betrieb der Ventilfunktion ohne Schmutzpartikel

Gestaltung des ringförmigen Ventilsitzes, vorzugsweise mit

Elastomer-Dichtkörper im Ventilkörper mit Begrenzung der

Verformung durch einen Anschlag und ausreichende Dichtkraft durch eine Feder

Lagerung des Dichtkörpers am Ventilsitz mit guter Zentrierung

Entsprechender Hub des Magnetankers und Gestaltung des

Ankerpols, um die Erregung des Magnetkreises (Stromstärke und Windungszahl) gering zu halten Mit der erfindungsgemäßen Lösung und ihren Ausgestaltungen lassen sich die wesentlichen Vorteile der bekannten Lösungen beibehalten und auf überraschend einfache und effektive Weise eine sichere und

kostengünstige Funktion sicherstellen. Ausführungsbeispiele der Erfindung und ihrer Ausgestaltungen sind in der Zeichnung dargestellt und im Folgenden näher beschrieben.

Es zeigen :

Fig. 1 eine Betätigungseinrichtung für ein Bremssystem mit der

Ventilfunktion; Fig. 2 eine Betätigungseinrichtung für ein Bremssystem mit einem 2- Stufen-Ventil; und

Fig. 3 die konstruktive Ausgestaltung des 2-Stufen-Ventils.

Das in Figur 1 dargestellte Bremssystem weist ein Bremspedal 1, einen Wegsimulator 2, einen , insbesondere elektromotorisch angetriebenen, Bremskraftverstärker (BKV) 3, Kolben (DK) 4 und Speicherkammer- Kolben 5 im Tandemhauptzylinder (THZ)-Gehäuse 6 mit Kolbenrückstellfedern 7 und somit den typischen Aufbau, wie der in der DE 10 2010 045617 der Anmelderin auf die hier vollinhaltlich Bezug genommen wird, im Detail beschrieben ist. Bei diesem Bremssystem ist ein

elektromotorisch angetriebener Bremskraftverstärker und ein Getriebe vorgesehen, das mit dem Hauptzylinderkolben (DK) insbesondere über eine Dauermagnetkupplung gekoppelt ist, so dass dieser bzw. die

Radbremsen im Multipiexverfahren (MUX)betrieben werden kann, bei der mittels eines Ventils pro Radbremse gleichzeitig oder nacheinander die Einstellung des Druckes in den einzelnen Radbremsen erfolgt. Dem

Verstärker ist koaxial ein Hilfszylinder mit Hilfskolben und Rückstellfeder vorgeschaltet, wobei der Hilfszylinder über eine Drossel-Rückschlagventileinrichtung mit einem hydraulischen Wegsimulator und über ein

Magnetventil mit dem Vorratsbehälter des Bremssystems verbunden ist. Mit dem Hilfskolben sind redundante pedalwegsensoren gekoppelt, die den Motor des BKV ansteuern und das Magnetventil betätigen. Die gewünschte Rückwirkung auf die Pedalkraft erzeugt der Wegsimulator. Bei einer Störung des Wegsimulators, z.B. Klemmen, kann über das Magnetventil Druckmittel zum Vorratsbehälter strömen. Ferner kann bei dem System gem. DE 10 2010 045617 eine Leitung vom Hilfszylinder zum Hauptzylinder vorgesehen sein, in den ein Magnetventil geschaltet ist, so dass im unteren Druckbereich vom Hilfskolben über dieses

Magnetventil Druckmittel in den entsprechenden Bremskreis und ggf. wieder zurück gefördert werden kann.

Bei der in Figur 1 dargestellten Ausführung des Bremssystems sind in den Bremskreisen bzw. den zu den einzelnen Radbremsen führenden Leitungen jeweils zwei Regelventile für ABS 14, 14a, 15, 15a vorgesehen. Mit anderen Worten kann die Erfindung sowohl bei solchen Systemen, wie auch bei dem oben im Zusammenhang mit der DE 10 2010 045617 beschriebenen System (MUX) eingesetzt werden.

Eine erste Leitung 10 verbindet den Ventileinlaß des Ventils 12 mit dem Hauptzylinder bzw. dem dem Schwimmkolben (SK) zugeordneten

Bremskreis. Der Ventilausgang ist mit einer zweiten Leitung 11 verbunden, die zum Vorratsbehälter 8 und zum Eingang des Ventils 13 führt. Der Ausgang des Ventils 13 ist mit dem Einlass des Ventils 12 verbunden. Die Leitung 11 steht mit den Auslassventilen 14, 14a in Verbindung, über die dem Bremsflüssigkeit zum Vorratsbehälter geführt werden kann. Die Ventilanordnung besteht aus einem Ventil 12 mit kleinem und Ventil 13 mit großem Querschnitt. Das Ventil 12 wird eingesetzt für den

Druckabbau in den Vorratsbehälter (8) für die Funktionen hydraulische Leerwegfreischaltung und klemmenden Antrieb. Die

Leerwegfreischaltungdient dazu, dass insbesondere bei kleinen

Reibwerten bei der Druckmodulation für ABS der Pedalstößel auf den Hauptzylinderkolben (DK) treffen kann und sich dadurch unerwünschte Rückwirkungen ergeben können. Um das ganz oder teilweise zu

vermeiden wird aus dem Bremskreis bzw. den Bremskreisen Druckmittel in einen Speicher bzw. Behälter überführt, so dass sich der Kolbenweg entsprechend verlängert. Wenn der Abstand von Kolbenstößel zu

Pedalstößel zu groß wird, kann umgekehrt Bremsflüssigkeit vom Speicher bzw. Behälter in den Bremskreis zurückgeführt werden, wie dies in der DE 10 2009 055721 der Anmelderin, auf die hier Bezug genommen wird, im Detail beschrieben ist. Das stromlos geschlossene Ventil 12 wird über die Ventilschließfeder 12b geschlossen und den Magnetanker bei

Bestromung geöffnet. Bei geöffnetem Ventil 12 kann Druckmittel vom Hauptzylinder über die Leitung 10, das Ventil 12 und die Leitung 11 zum Vorratsbehälter strömen.

Das Ventil 13 ist im Aufbau gleich mit Ventilschließfeder 13b und

Magnetanker 13a mit dem Unterschied eines erheblich größeren

Querschnitts zum schnellen Ansaugen bei bestromtem Anker 13a. Hierbei wird Druckmittel über die Leitung 11 aus dem Vorratsbehälter (8) durch entsprechende Kolbensteuerung des DK- und Schwimmkreis (SK)Kolbens angesaugt. Nach Abschluss des Ansaugens wird das Ventil 13 wieder abgeschaltet und der Kolben zur weiteren Druckerhöhung wieder auf größeren Hub bewegt. Für diesen Vorgang müssen die EV-Ventile 14 und 14a ohne die üblichen Rückschlagventile 16 ausgelegt werden, da mit Rückschlagventil bei dem Saugvorgang Druckmittel aus den Radkreisen in den HZ strömt. Die Auslegung der EV-Ventile erfolgt über verstärkten Magnetkreis und Ventilfeder. Fig. 2 beinhaltet dieselben Funktionen durch Vereinfachung der Ventile zu einem 2-Stufen-Ventil. Das Ventil ist mit dem Bremskreis 10 mit HZ und mit dem Vorratsbehälter 8 über die Leitung 11 verbunden.

Ähnlich Fig. 1 wird zum Druckabbau in die eine Richtung das kleine Ventil 18 über Bestromung von Magnetanker 28 geöffnet. Hierbei ist die

Strömungskraft bei größeren Drucken so groß, dass das zweite Ventil geschlossen bleibt. Zum Ansaugen in der anderen Strömungsrichtung wird ebenfalls Ventil 18 geöffnet. Hierbei wirkt die Rückstellfeder mit der Druckkomponente zur Öffnung des Ventilsitzes auf den Ventilkörper 17. Im Gegensatz zum Ansaugen über Rückschlagventile mit

entsprechendem Druckverlust ist dieser bei der Ventilanordnung nicht gegeben. Zur Druckmodulation ABS sind bei diesem Ausführungsbeispiei nur ein Schaltventil 23, 23a pro Radkreis notwendig. Dies entspricht dem weiter oben bereits angesprochenen MUX-Verfahren, wie es auch in der DE 10 2005 055751 der Anmelderin auf die hier entsprechend Bezug

genommen wird, im Detail beschrieben ist. Fig. 3 zeigt den konstruktiven Aufbau eines erfindungsgemäßen

Magnetventils mit einem Magnetkreis aus Magnetmantel 31, Spule 32, Polstück 34 und einem nicht magnetisch eingeschweißtes Rohrstück 36.

Für die Ventilfunktion ist ein dichtes Schließen erforderlich, dazu dient primär ein Filter in beiden Richtungen. Beim großen Ventilsitz wird vorzugsweise eine Elasomer-Dichtung 27 im Ventilkörper 17 eingesetzt, der auf einem ringförmigen Dichtsitz 26 aufliegt.

Damit wird die Verformung begrenzt durch einen Anschlag 28. Hier liegt der Ventilkörper an und durch entsprechende Dimensionierung der Abstandsmaße von Ventilgehäuse 24 mit Dichtsitz 26 und Ventilkörper 17 mit Dichtung 27. Die Anpresskraft ohne Druck erfolgt durch

Ventilschließfeder 21, deren Schließkraft unter Druck verstärkt wird. Alternativ zur Flachdichtung kann auch ein Ventilkörper mit Kugel eingesetzt werden, der schmutzempfindlicher ist, aber keinen Anschlag erfordert. Der Dichtkörper hat eine Öffnungsfeder, welche der

Ventilschließfeder entgegen wirkt. Die resultierende Kraft muss so groß bemessen werden, dass beide Ventilsitze auch bei niedrigem Druck dicht sind. Auf der gegenüber liegenden Seite ist der kleine Ventilsitz 18 vorzugsweise als Kugelsitz ausgebildet. Die Kugel ist fest mit dem Anker 22 verbunden. Für die Ventilfunktion ist es wichtig, dass der Ventilkörper jeweils am Ventilsitz zentriert und gelagert ist. Auf der Seite mit großem Ventilsitz ist der Ventilkörper bei der Flachdichtung an einem Zapfen 29 des

Ventilgehäuses 24 gelagert oder bei Kugelsitz über einen am Umfang unterbrochenen Steg 37 ebenfalls im Ventilgehäuse 24.

Beim kleinen Ventilsitz ist der Ventilkörper über eine Lagerbuchse 29a auf dem Anker gelagert. Bei den großen Durchflussmengen muss ein entsprechender Radringspalt zwischen Ventilkörper 27 und Ventilgehäuse 24 vorgesehen werden. Der axiale Ringspalt wird durch den Ankerhub bestimmt. Entsprechend dem großen Ventilquerschnitt ist dieser erheblich größer als bei einem normalen Magnetventil. Um trotzdem die Erregung (Stromstärke mal Windungszahl) klein zu halten, ist der

Ankerpol kegelförmig 33 oder mit bekannter Polformung 33a (siehe untere Hälfte) gestaltet. Der Magnetanker und der Magnetpol sind durch entsprechende Gestaltung für einen größeren Hub ausgelegt als er bei normalen Magnetventilen für die ESP-Funktion (ca. 0,25-0,35 mm)zur Anwendung kommt. Insbesondere ist bei der Erfindung dafür ein Bereich ab ca. 0,5 oder ca. Faktor 2 der durchschnittlichen Werte für ESP vorzusehen. Mit der erfindungsgemäßen Lösung kann die Funktion eines

bidirektionalen Ventils mit stark unterschiedlichen Querschnitten und Drücken klein, sicher und kostengünstig gestaltet werden.

Bezu szeichenliste

1 Bremspedal

2 Wegsimulator

3 BKV

4 DK-Kolben

5 Speicherkammerkolben

6 THZ-Gehäuse

7 Kolbenrückstellfeder

8 Vorratsbehälter

9 DK-Bremskreis

10 Speicherkammer-Bremskreis

11 Leitung zum Vorratsbehälter

12 Ventil 1

12a Magnetanker 1

12b Ventilschließfeder 1

13 Ventil 2

13a Magnetanker 2

13b Ventilschließfeder 2

14 EVI

14a AVI

15 EV 2

15a AV2

16 Rückschlagventil

17 Ventilkörper

18 Ventilsitz klein

19 Ventilsitz groß

20 Öffnungsfeder Ventilkörper

21 Ventilschließfeder

22 Magnetanker

23 Schaltventil 1

23a Schaltventil 2

24 Ventilgehäuse

25 Filter

26 Ventilsitz groß

27 Dichtkörper Elastomer

27a Dichtkörper Kugel

28 Anschlag

29 Lagerung 1

29a Lagerbuchse 2

30 Durchgang

31 Magnetmantel

32 Spule

33 Kegelanker

34 Polstück

35 Polformung

36 Rohrstück

37 Führungssteg