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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Druckregelvorrichtung für
Hydraulikkreise.
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Sie eignet sich insbesondere für Bremskreise von Kraftfahrzeugen, die mit
einem Radantiblockiersystem ausgestattet sind. Bekannte Antiblockiersysteme
verwenden zwischen einer Druckfluidquelle, wie einer Elektropumpe oder einem
"full-power" genannten Hauptzylinder, und einem Druckempfänger, wie einer
Bremsbetätigungsvorrichtung, ein Elektroventil, das von einem Rechner in
Abhängigkeit von verschiedenen Signalen gesteuert wird, die insbesondere die
Drehgeschwindigkeit der Fahrzeugräder darstellen, um den Fluiddruck in der
Bremsbetätigungsvorrichtung zu vermindern, wenn der Rechner das bevorstehende
Blockieren eines Rades entdeckt, und um diesen Druck bei einer Erfassung einer
zu hohen Drehgeschwindigkeit des Rades durch den Rechner wieder bis zu dem
Augenblick ansteigen zu lassen, in dem das Rad wieder eine Neigung zum
Blockieren zeigt, wodurch der Zyklus von Druckerhöhung/Druckverminderung
erneut beginnt.
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Man versucht gegenwärtig, von der Radantiblockiereinrichtung zu profitieren,
um auch ein Antischlupfsystem für die angetriebenen Fahrzeugräder zu
betreiben. Der Rechner steuert dann eine Druckerhöhung in einer
Bremsbetätigungsvorrichtung eines angetriebenen Rades, wenn er eine zu hohe Drehgeschwindigkeit
dieses Rades bezüglich der eines nichtangetriebenen Rades erfaßt, und eine
Druckverminderung in dieser Bremsbetätigungsvorrichtung, wenn die
Geschwindigkeit des angetriebenen Rades in der Nähe der eines nichtangetriebenen Rades
liegt.
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Solche Systeme verwenden Elektroventile mit zwei Positionen, also mit einer
geöffneten und einer geschlossenen Stellung, die zahlreiche Nachteile für das
Antiblockier- und Antischlupfsystem erzeugen. Während der
Druckerhöhungs-/Druckverminderungs-Zyklen wird das Elektroventil nämlich oft von einer dieser
Positionen in die andere verstellt, wodurch die beweglichen Bauteile des
Elektroventils ein starkes Geräusch verursachen. Außerdem treten in den
Bremsbetätigungsvorrichtungen Druckspitzen auf, die für den Rechner unkontrollierbare
Übergangsgebiete erzeugen. Außerdem sind diese Systeme im allgemeinen sehr
komplex, und sie brauchen zahlreiche Elektroventile, was die obigen Nachteile
noch multipliziert.
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Die vorliegende Erfindung hat daher die Überwindung dieser Nachteile durch
Schaffung einer Druckregelvorrichtung für Hydraulikkreise zur Aufgabe, z.B.
für Bremskreise von Kraftfahrzeugen, die einen Antiblockier- und einen
Antischlupfbetrieb für die Räder erlaubt, die einfach und zuverlässig ist und bei
der die Anzahl der Elektroventile auf ein Minimum reduziert ist, wodurch unter
anderem die Kosten solcher Systeme vermindert werden.
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Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung die Verwendung eines
sogenannten Proportional-Elektroventils vor, das im Verbraucherkreis einen
Hydraulikdruck gewährleistet, der in einem bestimmten Bereich der Verschiebung des
Kerns des Elektroventils von dem durch die Spule des Elektroventils fließenden
Strom abhängt.
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Ein solches Elektroventil besitzt den Vorteil, daß es einfach durch
Veränderung des durch die Spule fließenden elektrischen Stroms gesteuert werden kann,
ohne daß eine Hin- und Her-Bewegung des beweglichen Teils nötig wäre; daraus
resultiert eine starke Verminderung der Druckspitzen in den
Bremsbetätigungsvorrichtungen. Ferner kann ein solches Elektroventil leicht von einem Rechner
gesteuert werden, der einen Gleichstrom, wie man ihn an Bord eines
Kraftfahrzeugs findet, in einen Wechselstrom mit variabler Frequenz zerhackt oder der
ihn in einen Wechselstrom mit fester Frequenz in einem variablen
Zyklusverhältnis zerhackt, wobei die Intensität des durch die Spule integrierten
Stromes vom Zyklusverhältnis abhängt.
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Ein solches Elektroventil ist z.B. in der US-A-4,744,389 beschrieben. Das in
diesem Dokument beschriebene Elektroventil kann jedoch aufgrund der
verwendeten Drücke, insbesondere bei der Erregung des Elektroventils, nicht in einem
Hydraulikbremskreis mit Radantiblockiersystem verwendet werden. Das
Elektroventil dieses Dokuments ist nämlich dazu vorgesehen, dauerhaft in einem
Regelsystem mit einem relativ geringen Druck zu arbeiten. Diese physische
Beschränkung untersagt daher die Verwendung eines solchen Elektroventils bei den hohen
Drücken im Hydraulikmotor. Außerdem erlaubt dieses Elektroventil nicht, den
Druck bei einer linearen Verminderung des Stromes durch die Spule linear zu
erhöhen, und umgekehrt.
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Bekannte Antischlupfsysteme, wie das der GB-A-2 119 883, die zahlreiche
Bauteile des Antiblockiersystems verwenden, z.B. die Geschwindigkeitsgeber der
Räder, den Rechner, die Druckfluidquelle etc., benötigen dennoch zusätzliche
Bauteile, wie weitere Elektroventile, eine spezifische Druckfluidquelle etc.
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Die vorliegende Erfindung schlägt deshalb vor, dank eines
Überdruck-Unterdruck-Differentialventils zum Betrieb des Antischlupfsystems die Proportional-
Elektroventile zu verwenden, die beim Betrieb des Antiblockiersystems
verwendet werden.
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Auf diese Weise reduziert man die Anzahl der Elektroventile auf ein Minimum,
nämlich auf eines pro Rad bei einem kombinierten Antiblockier- und
Antischlupfsystem.
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Die vorliegende Erfindung schlägt daher eine Druckregelvorrichtung für einen
hydraulischen Bremskreis eines Kraftfahrzeugs vor, das mit einem Antiblockier-
und einem Antischlupfsystem für die Räder ausgestattet ist, mit wenigstens
einer ersten Druckfluidquelle, die mit einem Niederdruckfluidvorratsbehälter
verbunden ist, und mit einer zweiten Druckfluidquelle und zwei Druckempfängern
in wenigstens einem Kreis der ersten Druckfluidquelle, dadurch gekennzeichnet,
daß einer der Druckempfängereinem angetriebenen Fahrzeugrad zugeordnet ist und
daß der andere Druckempfänger einem nicht angetriebenen Fahrzeugrad zugeordnet
ist, wobei jedem Druckempfänger ein Proportional-Elektroventil zugeordnet und
mit der ersten Druckfluidquelle bzw. der zweiten Druckfluidquelle verbunden
ist, und daß ein Überdruck-Unterdruck-Differentialventil, das eine Kammer
enthält, die dem Druck ausgesetzt ist, der in dem dem nicht angetriebenen Rad
zugeordneten Druckempfänger herrscht, wobei diese Kammer zur Umschaltung des
Ventils dient, in der Ruhestellung und in einer Antiblockierbetriebsphase eine
Verbindung zwischen der ersten Druckfluidquelle und der Versorgung der zweiten
Druckfluidquelle schließt, wobei diese Verbindung geöffnet ist, wenn die
zweite Druckfluidquelle für eine Antischlupfbetriebsphase in Betrieb gesetzt
wird.
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Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich
aus der folgenden Beschreibung einer Ausführungsform, die sich auf die
beigefügten Zeichnungen bezieht. Darin zeigt:
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- die einzige Figur schematisch einen gemäß der Erfindung ausgeführten
Bremskreis.
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In der Figur ist ein Bremskreis dargestellt, der in herkömmlicher Weise einen
Hauptzylinder 10 enthält, der über z.B. einen Unterdruck-Bremskraftverstärker
14 durch ein Bremspedal 12 betätigt wird. Der Hauptzylinder 10 wird von einem
Fluidvorratsbehälter 16 versorgt, und er ist ein Tandemhauptzylinder, d.h.,
daß er bei seiner Betätigung in der Lage ist, in einem Kreis, der Primärkreis
I genannt wird, und in einem Kreis, der Sekundärkreis II genannt wird und der
identisch zum ersten ist, eine Fluiddruckerhöhung zu erzeugen; die für die
Bauteile jedes Kreises verwendeten Bezugszeichen sind in der folgenden
Beschreibung identisch, und der Primärkreis I stellt den Antiblockierbetrieb und
der Sekundärkreis II den Antischlupfbetrteb dar.
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Jeder Kreis ist in der Ruhestellung über Proportional-Elektroventile 24, 26
mit einer Bremsbetätigungsvorrichtung 20, z.B. für ein angetriebenes Rad, und
einer Bremsbetätigungsvorrichtung 22 für ein nichtangetriebenes Rad verbunden,
das im folgenden freies Rad genannt wird.
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Es ist bekannt, daß die Spule von Proportional-Elektroventilen das wesentliche
Merkmal besitzt, wonach sie in der Lage ist, bei einem bestimmten Strom eine
im wesentlichen konstante Kraft in einem nicht vernachlässigbaren
Verschiebungsbereich des Magnetkerns in der Größenordnung von 2 bis 3 mm
bereitzustellen. Diese Eigenschaft wird im allgemeinen aufgrund einer speziellen
Geometrie der Polteile erhalten. Diese Eigenschaft wird in der vorliegenden
Erfindung dazu verwendet, die gewünschte Funktion durch Modulation des durch die
Spule fließenden Stromes zu erhalten, um einen Betrieb mit einem sich sehr
schnell hin- und herverstellenden Teil zu vermeiden.
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In der Figur erkennt man solche Elektroventile 24 und 26, die jeweils eine
Erregerspule 28, 30 und einen verschiebbaren Magnetkern enthalten, der jeweils
mit einem Stößel 32, 34 versehen ist, der sich an einem in einer Bohrung 40,
42 gleitenden Schieber 36, 38 in Anlage befindet.
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Eine Unterstützungsfederfeder 44, 46 beaufschlagt den Schieber 36, 38 in
Richtung des Stößels 32, 34 jedes Elektroventils 24, 26. Der Schieber 36, 38 ist
so hergestellt, daß er die Bremsbetätigungsvorrichtung 20, 22 wahlweise über
eine Leitung 48 mit dem Hauptzylindern 10, über eine Leitung 52 mit einer
hydrodynamischen Druckfluidquelle, wie einer Elektropumpe 50, der eventuell ein
(nicht dargestellter) Druckspeicher zugeordnet ist, oder über eine Leitung 54,
56 mit einem Niederdruckvolumen 96 verbinden kann.
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Zu diesem Zweck ist der Schieber 36, 38 mit zwei ringförmigen Umfangsnuten 58,
60; 62, 64 und mit einer zentralen Blindbohrung ausgeführt, die eine
Reaktionskammer 66, 68 bildet, die über radiale Bohrungen 70, 72; 74, 76 mit den
ringförmigen Nuten in Verbindung steht, wobei die Bohrung 72, 76 als
Drosselstelle dient. Die auf der einen und auf der anderen Seite des Schiebers 36, 38
in der Bohrung 40, 42 angeordneten Kammern 78, 80; 82, 84 befinden sich auf
dem gleichen Druck, und sie stehen untereinander über die Leitungen 54, 56 und
mit der Ansaugseite der Elektropumpe 50 über eine Leitung 55 in Verbindung.
Die zentrale Bohrung 66, 68 ist quasi dicht durch eine Reaktionsnadel 86, 88
verschlossen, die sich über einen Anschlag 90, 92 am Körper, in dem die
Bohrung 40, 42 ausgeführt ist, in Anlage befindet und die eine Reaktionskammer
bildet, die eine Reaktionskraft bestimmt, die sich zu der von der Spule 28, 30
erzeugten Kraft hinzuaddiert.
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In der Ruhestellung, in der das Elektroventil 26 dargestellt ist, steht die
Druckfluidquelle 10 mit der Reaktionskammer 68 sowie über die ringförmige Nut
64 und die Leitung 48 mit der Bremsbetätigungsvorrichtung 22 in Verbindung.
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Wenn der Rechner das bevorstehende Blockieren eines Rades erfaßt, z.B. das des
der Bremsbetätigungsvorrichtung 20 zugeordneten Rades, steuert er die Erregung
des diesem Rad zugeordneten Elektroventils und gleichzeitig das
Inbetriebsetzen der Elektropumpe 50. Zuerst erzeugt der durch die Spule fließende Strom
eine Kraft, die unabhängig von dem im Hydraulikkreis herrschenden Druck
ausschließlich der Kraft der Feder 44 entgegenwirkt, da die Kammern 78, 80
miteinander in Verbindung stehen. Der in der Reaktionskammer 68 herrschende Druck
unterstützt das Elektroventil. Dies bewirkt vorteilhafterweise einen nicht
allzu hohen Stromverbrauch des Elektroventils. Die Verstellung des Schiebers
36 entgegen der Unterstützungsfeder 44 unterbricht durch das Verschließen der
Leitung 48 die Versorgung der Bremsbetätigungsvorrichtung 20 mit Druckfluid
von der Quelle 20, bevor der Strom durch die Spule 28 seine Nennstärke
erreicht. Wenn die Nennstärke erreicht ist, schließt der Schieber 36 bei seiner
Bewegung entgegen der Feder 44 die Leitung 52, wodurch die
Bremsbetätigungsvorrichtung 20 von der durch die Elektropumpe 50 gebildeten
Hochdruckfluidquelle getrennt wird. Der Schieber 36 schließt auch eine Verbindungsleitung 94
mit der Leitung 54, die wie oben dargestellt mit der Ansaugseite der
Elektropumpe 50 und einem Niederdruckvolumen 96 verbunden ist.
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Wenn der Rechner die Erhöhung des Stromes durch die Spule 28 steuert, folgt
daraus eine solche Bewegung des Schiebers 36, daß die Leitung 94 teilweise
geöffnet wird, was bewirkt, daß die Bremsbetätigungsvorrichtung 20 mit der
Leitung 54, dem Volumen 96 und der Ansaugseite der Elektropumpe 50 verbunden wird.
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Daraus ergibt sich eine Fluiddruckverminderung in der
Bremsbetätigungsvorrichtung 20. Man erkennt, daß die Bewegung des Schiebers 36 entgegen der Feder 44
vom Strom durch die Spule 28 hervorgerufen wird und daß sie von der
Hydraulikreaktion im Raum 66 unterstützt wird, die eine Kraft erzeugt, die zu der von
der Spule erzeugten Kraft hinzuaddiert wird und die der von der
Unterstützungsfeder 44 aufgebrachten Kraft entgegengerichtet ist. Wenn der Druck in der
Bremsbetätigungsvorrichtung 20 abgefallen ist, vermindert sich durch eine
Verminderung der Stromstärke in der Spule 28 die hydraulische Reaktionskraft des
Raumes 66, und der Schieber verstellt sich in die andere Richtung, wodurch die
Verbindung zwischen der Bremsbetätigungsvorrichtung 20 und dem Volumen 96
geschlossen wird und wodurch die Verbindung zwischen der Quelle 50 und der
Bremsbetätigungsvorrichtung 20 über die Drosselstelle 72 wiederhergestellt
wird, was einen weniger schnellen Druckanstieg in der
Bremsbetätigungsvorrichtung 20 ermöglicht. Wenn man die Stromstärke in der Spule erhöht, wird der
Druck in der Bremsbetätigungsvorrichtung 20 erneut abfallen, bis die
Verbindung zwischen diesem und der Ansaugseite der Elektropumpe 50 über die Nut 58
wieder geöffnet wird.
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Man stellt somit fest, daß eine Erhöhung des Stromes durch die Spule 28 zu
einer Verminderung des Fluiddrucks in der Bremsbetätigungsvorrichtung 20
führt. Man erkennt nun, daß durch ein Modulieren des durch die Spule 28
fließenden Stromes, z.B. durch Zerhacken, der Schieber 36 eine Position einnehmen
wird, die von dem in der Kammer 66 herrschenden Druck abhängt, und daß man
durch geeignetes Steuern des Stromes den gewünschten Fluiddruck an die
Bremsbetätigungsvorrichtung 20 anlegen kann. Die im Raum 66 erzeugte hydraulische
Reaktion wird nämlich automatisch die Verbindungen zwischen der
Bremsbetätigungsvorrichtung
20 und der Druckfluidquelle 50 sowie zwischen der
Bremsbetätigungsvorrichtung20 und dem Niederdruckvolumen 96 für jeden bestimmten Wert
der in der Spule 28 fließenden Stromstärke öffnen oder schließen.
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Man erhält auf diese Weise eine Druckregelvorrichtung für einen Bremskreis,
die zum Ausführen einer Antiblockierfunktion nur ein einziges Elektroventil
pro Rad benötigt, wobei dieses Elektroventil ein Proportional-Elektroventil
ist, das aufgrund seiner Reaktionskammer nur einen sehr geringen
Energieverbrauch besitzt. Man kann vorteilhafterweise zwischen den Leitungen 52 und 58
ein Rückschlagventil 98 anordnen, das außerhalb der Antiblockierperioden einen
Rücklauf des Hydraulikkreisfluids in Richtung zur Elektropumpe 50 verhindert.
Ein solches Rückschlagventil kann auf einen bestimmen Wert voreingestellt
sein, so daß beim Betrieb der Elektropumpe 50 der von ihr erzeugte Druck auf
einen bestimmten Wert begrenzt ist.
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Die beschriebene Vorrichtung ist auch in der Lage, den Druck in einem
Bremskreis zum Ausführen einer Antischlupffunktion zu regeln. Eine solche
Betriebsart ist in der Figur im Sekundärkreis II dargestellt.
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Man erkennt, daß jeder Kreis ein Überdruck-Unterdruck-Differentialventil 100
enthält. Dieses Ventil enthält in einem Körper 102 eine Öffnung 104, die mit
einer Leitung 48 verbunden ist, die zu einer Arbeitskammer des Hauptzylinders
10 führt. Eine Öffnung 106 ist mit einer Leitung 55 verbunden, die zum
Ansaugeingang der Elektropumpe 50 führt. Ein Ventil, das z.B. durch eine Kugel 108
gebildet ist, die von einer geringfügig vorgespannten Feder beaufschlagt ist,
verhindert in der Ruhestellung jede Verbindung zwischen den beiden Öffnungen
104 und 106. Ein Raum 110 ist von einer nachgiebigen Membran 116 dicht in zwei
Kammern 112, 114 unterteilt. Die Kammer 112 ist mit der Atmosphäre verbunden,
und die Kammer 114 ist über die Öffnung 106 mit der Leitung 55 verbunden, die
zum Ansaugeingang der Elektropumpe 50 führt.
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In einer Bohrung im Körper 102 gleitet dicht ein Kolben 126, der gegen die
Kugel 108 drückt und der in dieser Bohrung eine Kammer 118 abgrenzt, die dem in
der Bremsbetätigungsvorrichtung 22 des nichtangetriebenen Rades herrschenden
Druck ausgesetzt ist, sowie eine Kammer 120, die über die Öffnung 104 mit der
Leitung 48 verbunden ist, die zum Hauptzylinder 10 führt. Im Körper 102
gleitet ein Kolben 122, der an der Membran 116 befestigt ist und der eine Nadel
124 trägt, die der Kugel 108 gegenüberliegt.
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Wenn sich das Differentialventil 100 in der Ruhestellung befindet, wie im
Primärkreis dargestellt, verhindert das Differentialventil und insbesondere die
Kugel 108 die Verbindung zwischen dem Hauptzylinder 10 und der Ansaugseite der
Elektropumpe 50. Auf diese Weise findet eine normale Bremsung statt, wie sie
mit Bezug auf den Primärkreis beschrieben wurde, also wenn sich die
Elektropumpe 50 und die Elektroventile 24, 26 in der Ruhestellung befinden.
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Der Betrieb in einer Antiblockierphase ist der gleiche wie weiter oben
beschrieben, wobei der Druck in der Bremsbetätigungsvorrichtung 22 auch in der
Kammer 118 des Ventils 100 vorliegt, was folglich das Schließen der Verbindung
zwischen den Kammern 114 und 120 des Ventils 100 verstärkt, wobei das
Schließen bereits durch den vom Hauptzylinder 10 stammenden Fluiddruck gewährleistet
ist, der auf die Kugel 108 einwirkt.
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Wenn der Rechner eine Schlupfneigung erfaßt, also eine Drehgeschwindigkeit des
angetriebenen Rades 20 um einen vorbestimmten Wert größer als die
Drehgeschwindigkeit des freien Rades 22 ist, steuert er gleichzeitig das
Inbetriebsetzen der Elektropumpe 50 und die maximale Erregung des der
Bremsbetätigungsvorrichtung 20 des freien Rades zugeordneten Elektroventils 26. Dadurch wird
die Bremsbetätigungsvorrichtung 22 vom Hauptzylinder 10 isoliert, und sie wird
mit dem Niederdruckvolumen 96 verbunden, wobei die Leitung 48 verschlossen
wird. Dan die Elektropumpe 50 arbeitet, befindet sich an ihrer Ansaugseite ein
Unterdruck, und dieser Unterdruck wird über die Leitung 55 zur Öffnung 106 und
zur Kammer 114 des Differentialventils 100 übertragen. Die Nadel 124 des mit
der Membran 116 verbundenen Kolbens 122 drückt daher wiederstandslos gegen die
Kugel 108, wodurch über die Kammer 120 die Ansaugseite der Elektropumpe 50 und
die Leitung 55 mit der Leitung 48, dem Hauptzylinder 10 und dem
Niederdruckvorratsbehälter 16 verbunden werden, was die Versorgung der Elektropumpe 50
durch den Vorratsbehälter 16 gewährleistet.
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Der Rechner hat gleichzeitig auch die Erregung des der
Bremsbetätigungsvorrichtung 20 des angetriebenen Rades zugeordneten Elektroventils 24 gesteuert,
um zu gewährleisten, daß diese in einer Weise unter Druck gesetzt wird, die
der entspricht, die bezüglich der Antiblockierphase beschrieben wurde und die
hier nicht im Detail wiederholt wird. Wenn die Drehgeschwindigkeit des
angetriebenen Rades bezüglich der der freien Räder als übermäßig groß eingeschätzt
wird, vermindert der Rechner den Strom durch die Spule 28. Der Schieber 36
stellt sich zurück, und er erlaubt dadurch die Verbindung der
Bremsbetätigungsvorrichtung 20 mit dem Ausgang der Elektropumpe 50, was eine Bremswirkung
auf das angetriebene Rad erzeugt. Wenn die Drehgeschwindigkeit dieses Rades
gleich der oder geringfügig geringer als die der freien Räder ist, steuert der
Rechner nun eine Erhöhung des Stromes durch die Spule 28, was ein Vorschieben
des Schiebers 36 bewirkt und was die Bremsbetätigungsvorrichtung 20 mit der
Ansaugseite der Elektropumpe 50 und über das Differentialventil 100 mit dem
Vorratsbehälter 16 verbindet. Daher kann der Druck in der
Bremsbetätigungsvorrichtung 20 sehr schnell abfallen, wodurch das der Bremsbetätigungsvorrichtung
20 zugeordnete Rad der Wirkung des durch den Fahrzeugmotor aufgebrachten
Drehmomentes ausgesetzt wird. Diese Druckerhöhungs-/Druckverminderung-Phasen
setzen sich fort, bis die Schlupfneigung des angetriebenen Rades verschwunden
ist.
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Es wurde ein Druckregelsystem beschrieben, das das Ausführen einer
Antiblockier- und einer Antischlupffunktion bei der Verwendung von nur einem
einzigen Elektroventil pro Rad und einem Differentialventil pro
nichtangetriebenem Rad erlaubt. Ein solches System ist daher besonders einfach und folglich
zuverlässig sowie wenig kostspielig.