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Die Erfindung betrifft eine Drucksteuerventilanordnung zur Steuerung des Fluiddrucks in einer druckmittelbetätigten und schlupfgeregelten Bremsanlage eines Fahrzeugs derart, dass im Rahmen der Bremsschlupfregelung der Bremsdruck in wenigstens einem Bremszylinder gesteigert, gehalten oder gesenkt wird, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, sowie eine bremsschlupfgeregelte und druckmittelbetätigte Bremseinrichtung eines Fahrzeugs.
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Ein schlupfgeregeltes Bremssystem wie ABS (Antiblockiersystem) verhindert ein Blockieren der Räder und tritt in Funktion, wenn zwischen einem Reifen und der Fahrbahn ein größerer Kraftschluss beansprucht wird, als übertragbar ist, d. h. wenn durch den Fahrer überbremst wird. Bei Überbremsung erkennt das zentrale elektronische Steuergerät der ABS-Bremsanlage aus Drehzahlfühlersignalen die Blockierneigung eines oder mehrerer Räder und berechnet daraus die Ansteuerung der auf den zugeordneten Bremszylinder einwirkenden Drucksteuerventilanordnung. Der Bremsdruck wird dann mittels der Drucksteuerventilanordnung durch Drucksenken, Druckhalten oder Drucksteigern nach Maßgabe des Radverhaltens und damit der Reibungsverhältnisse zwischen Reifen und Fahrbahn auf einen optimalen Schlupf eingestellt.
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ABS-Drucksteuerventilanordnungen ohne Relaiswirkung finden bei Fahrzeugen wie beispielsweise Nutzfahrzeugen, Omnibussen, Sattelzugmaschinen wie auch bei Anhängern Verwendung. Drucksteuerventilanordnungen ohne Relaiswirkung verfügen meist über 3/2-Wege-Magnetventile als Vorsteuerventile von Membranventilen, wobei eine elektronische Steuereinrichtung die 3/2-Wege-Magnetventile ansteuert, um die für den ABS-Betrieb notwendigen Funktionen „Druckhalten”, „Drucksenken” und „Drucksteigern” durchführen zu können. Während einer Bremsung ohne Ansprechen des ABS (keine Blockierneigung eines Rades) durchströmt das Druckmittel, meist Luft beim Be- und Entlüften der Bremszylinder die Drucksteuerventilanordnungen ungehindert in beiden Richtungen. Damit ist sichergestellt, dass die Funktion der Betriebsbremsanlage nicht durch die ABS-Drucksteuerventilanordnung beeinflusst wird.
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Drucksteuerventile als 1-Kanal-Drucksteuerventile für Blockierschutzanlagen von Kraftfahrzeugen weisen innerhalb des Gehäuses je ein Membranventil als Halteventil und als Auslassventil auf sowie je ein elektromagnetisches Steuerventil für das Membran-Halteventil und das Membran-Auslassventil auf. Die beiden Membranventile beinhalten jeweils eine mit dem Druck in einem Vorsteuerraum beaufschlagbare Membrane und die elektromagnetischen Steuerventile jeweils einen mittels einer elektrischen Magnetspule betätigbaren Magnetanker, welcher mit jeweils zwei Magnetventilsitzen zusammen wirkt.
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Eine solche Drucksteuerventilanordnung einer ABS-Bremsanlage ist beispielsweise aus der
EP 0 266 555 A1 oder aus der
DE 28 55 876 A1 bekannt. Im Betriebsmodus „Druckhalten”, d. h. wenn der von der Drucksteuerventilanordnung gerade eingestellte Bremsdruck aufrechterhalten werden soll, ist die Magnetspule des dem Membran-Halteventil zugeordneten elektromagnetischen Vorsteuerventils bestromt, wodurch der Magnetanker des Vorsteuerventils gegen die Wirkung von Federmitteln gegen den zugeordneten Magnetventilsitz dichtend gedrängt ist.
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Problematisch ist dabei, dass für ein längeres „Druckhalten” wie es beispielsweise Im Rahmen einer langen Bergabfahrt oder im Rahmen einer ACC (Adaptive Cruise Control) zum Konstanthalten des Abstands zu einem vorausfahrenden und bremsenden Fahrzeug notwendig ist, die Magnetspule des dem Halte-Membranventil zugeordneten Vorsteuerventils ständig bestromt werden muss, was eine gewisse Temperaturbelastung der Magnetspule mit sich bringt. Diese Überhitzung kann zu Schäden der Magnetspule führen, weshalb aus der Praxis das ABS-Steuergerät nur eine gewisse maximale Ansteuer- oder Bestromungszeit der Magnetspule zulässt. Bei einem Überschreiten dieser maximalen Ansteuerzeit wird dann die Bestromung der Magnetspule gestoppt, wodurch der Druckhaltezustand allerdings nicht aufrechterhalten werden kann. Erst wenn die Magnetspule nach einer aus Erfahrung bekannten Zeit wieder abgekühlt ist, wird sie vom ABS-Steuergerät wieder bestromt.
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Eine gattungsgemäße Drucksteuerventilanordnung ist aus der
DE 101 56 773 A1 bekannt. In der
DE 40 20 448 A1 wird ein hydraulischer Bremsdruckgeber mit Elektromagnetventilen beschrieben, die zur Kühlung von Druckmittel umspült sind. Die
US 3 976 335 A zeigt in ihren
7 bis
10 konstruktive Ausführungen von Bypass-Mitteln einer Drucksteuerventilanordnung.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drucksteuerventilanordnung der eingangs erwähnten Art derart weiter zu bilden, dass die Temperaturbelastung der Magnetspule des dem Halte-Membranventil zugeordneten Vorsteuerventils beim Bestromen herabgesetzt wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung löst diese Aufgabe, indem sie einerseits vorschlägt, dass durch bei Bestromung der Magnetspule gegen den Magnetventilsitz gedrängten Magnetanker des dem Halte-Membranventil zugeordneten elektromagnetischen Vorsteuerventils eine Druckmittelströmung von der Kammer entlang zumindest eines Teils der Magnetspule bis zur Drucksenke ermöglichende Bypass-Mittel vorgesehen sind.
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Von den beiden Magnetventilsitzen, mit welchen der Magnetanker des dem Membran-Halteventil zugeordneten Steuerventils zusammen wirkt, ist dabei der Magnetventilsitz betroffen, gegen welchen der Magnetanker durch die bestromte Magnetspule im Zustand „Druckhalten” dichtend gedrängt wird.
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Die im Gehäuse angeordnete Kammer wird im Rahmen der Funktion „Drucksteigern” durch Öffnen des Halte-Membranventils mit dem Druckmittelanschluss verbunden und dadurch druckbeaufschlagt bzw. belüftet, wodurch die Kammer unter einen gegenüber dem Atmosphärendruck höheren Bremsdruck gesetzt wird. Dieser Druck bzw. die diesen Druck erzeugende Luftmenge wird beim Schließen des Membran-Halteventils während des Übergangs vom Zustand „Drucksteigern” auf den Zustand „Druckhalten” dann in der Kammer eingeschlossen und kann über den Bypass-Mittel die die Magnetspule kühlende Druckmittelströmung erzeugen.
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Die Bypass-Mittel überbrücken dann gewissermaßen den durch den am Magnetventilsitz dichtend anliegenden Magnetanker verschlossenen Strömungsquerschnitt und ermöglichen dadurch eine Druckmittelströmung entlang wenigstens eines Teils der Magnetspule. Bedingt durch diese Druckmittelströmung wird diese Magnetspule in dem Zustand „Druckhalten” gekühlt, in welchem der Strömungsquerschnitt durch den Magnetventilsitz eigentlich verschlossen ist. Bedingt durch diese Maßnahme kann einerseits die Zeitdauer der Bestromung der Magnetspule und damit auch die Zeitdauer verlängert werden, mit der die Drucksteuerventilanordnung im Zustand „Druckhalten” betrieben werden kann. Weiterhin erhöht sich auch die Lebensdauer der Magnetspule.
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Andererseits sind die Bypass-Mittel derart ausgeführt, dass der Volumenstrom der Druckmittelströmung kleiner als ein oberer Grenz-Volumenstrom ist, durch welchen das Halte-Membranventil von einer Schließstellung in eine Öffnungsstellung schaltbar ist. Dadurch wird verhindert, dass der Volumenstrom der Bypass-Strömung so groß wird, dass sie Einfluss auf den (Schalt-)Zustand des Membran-Halteventils zu nehmen vermag. Denn der Volumenstrom der durch die Bypass-Mittel strömenden Bypass-Strömung soll ausschließlich der Kühlung der Magnetspule des dem Membran-Halteventil zugeordneten Vorsteuerventils dienen.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in Anspruch 1 angegebenen Erfindung möglich.
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Besonders bevorzugt werden die Bypass-Mittel durch einen am Umfang des Magnetventilsitzes ausgebildeten Bypasskanal derart gebildet, dass bei gegen den Magnetventilsitz dichtendem Magnetanker der Strömungsquerschnitt des Bypasskanals wenigstens teilweise geöffnet bleibt. Ein solcher Bypasskanal am Umfang des Magnetventilsitzes ist auf einfache Weise herstellbar, insbesondere durch eine lokale Ausnehmung am Umfang des Magnetventilsitzes.
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Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung näher dargestellt. In der Zeichnung zeigt
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1 eine Prinzipdarstellung einer ABS-Bremsanlage als allgemeines Schema einer 4S/4K-ABS-Bremsanlage eines Fahrzeugs wie sie aus
DE 101 56 773 A1 bekannt ist,
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2a eine schematische Darstellung einer einen Bremszylinder ansteuernden Drucksteuerventilanordnung im Zustand „Drucksteigern”,
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2b eine schematische Darstellung der Drucksteuerventilanordnung von 2a im Zustand „Drucksenken”,
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2c eine schematische Darstellung der Drucksteuerventilanordnung von 2a im Zustand ”Druckhalten”.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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Gemäß 1 weist ein mit einer ABS-Bremsanlage ausgestattetes Fahrzeug eine Vorderachse 1 sowie eine Hinterachse 2 auf. An der Vorderachse 1 sind Räder 3a und 3b angeordnet; die Hinterachse 2 weist beispielsweise jeweils mit Zwillingsbereifung ausgestattete Räder 4a und 4b auf. Die zur Bremsung dieser Räder 3a, 3b und 4a, 4b dienende ABS-Bremsanlage ist hier nach Art einer 4S/4K-Anlage (vier Sensoren, vier Kanäle) ausgebildet. Dies bedeutet, dass hier insgesamt vier Drehzahlsensoren 5a–5d sowie vier Drucksteuerventilanordnungen 7a–7d zur Verfügung stehen. Die Drucksteuerventilanordnungen 7a–7d dienen der Ansteuerung von jeweils zugeordneten Bremszylindern 6a–6d. Über eine sich verzweigende pneumatische Bremsdruckleitung 8 stehen alle Drucksteuerventilanordnungen 7a–7d mit einem Fußbremsventil 9 in Verbindung.
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Der Fahrer erzeugt bei Betätigung des Fußbremsventils 9 einen Bremsdruck, der über die pneumatische Bremsdruckleitung 8 die Drucksteuerventilanordnungen 7a–7d passierend an die den Rädern 3a, 3b sowie den Rädern 4a, 4b zugeordneten Bremszylindern 6a–6d weitergeleitet wird.
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Die Drucksteuerventilanordnungen 7a–7d sind über integrierte, in 2a, 2b und 2c gezeigte Elektromagnetventile 15a, 15b ansteuerbar und sind zu diesem Zwecke mit einer zentralen elektronischen Steuereinheit, insbesondere einer ABS-Steuereinrichtung 10 elektrisch verbunden.
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Eingangsseitig steht die elektronische Steuereinheit 10 mit den vier die Radgeschwindigkeiten ermittelnden Drehzahlsensoren 5a–5b in Verbindung. Im Falle des Blockierens eines Rades 3a–3d, d. h. bei einem Überschreiten eines optimalen Bremsschlupfes wird entsprechend einer ABS-Regelung nach Maßgabe der elektronischen Steuereinheit 10 der vom Fahrer über das Fußbremsventil 9 eingesteuerte Bremsdruck durch die entsprechende Drucksteuerventilanordnung 7a–7d soweit herabgesetzt, bis das Blockieren beseitigt ist. Die ABS-Bremsanlage des vorliegenden Ausführungsbeispiels umfasst weiterhin eine ASR-Funktion, welche eine ASR-Einheit 11 zum Reduzieren des Motormoments wie ein ASR-Magnetventil 12 und ein Wechselventil 13 umfasst.
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Die gemäß 2a im Rahmen der ABS-Bremsanlage zum Zwecke der ABS-Regelung eingesetzte Drucksteuerventilanordnung 7 ist hier nach Art einer 1-Kanal-Drucksteuerventilanordnung aufgebaut und besteht im Wesentlichen aus zwei integrierten Membranventilen 14a und 14b und zwei diese ansteuernden, durch Federelemente 17a, 17b in der einen von zwei Schließrichtungen vorgespannte Elektromagnetventilen 15a, 15b. Membranen 18a, 18b der Membranventile 14a und 14b sind jeweils durch Federelemente 16a, 16b in die einzige Schließrichtung belastet und werden über die jeweils zugeordneten Elektromagnetventile 15a und 15b vorgesteuert. Von den Membranventilen 14a, 14b ist das eine ein Halte- oder Einlass-Membranventil 14a und das andere ein Auslass-Membranventil 14b.
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Ein Gehäuse 21 der Drucksteuerventilanordnung 7 weist weiterhin einen Druckmittelanschluss 23 zur Druckbeaufschlagung und/oder Druckentlastung der Drucksteuerventilanordnung 7 sowie einen in Arbeitsanschluss 24 zum Anschluss des Bremszylinders 6 auf. Der Druckmittelanschluss 23 ist, wie 2a bis 2c zeigen, über die Bremsdruckleitung 8 mit dem Fuß- oder Betriebsbremsventil 9 der druckmittelbetätigten Bremseinrichtung verbunden und wird entsprechend einer Betätigung des Fußbremsventils 9 be- oder entlüftet.
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Wie am besten im Detail aus 2c hervorgeht, weisen die beiden Elektromagnetventile 15a, 15b jeweils eine Magnetspule 19a, 19b auf, wobei durch Bestromung der Magnetspulen 19a, 19b mit Magnetventilsitzen 20a, 20b bzw. 29a, 29b der Elektromagnetventile 15a, 15b zusammen wirkende Magnetanker 22a, 22b als Ventilschließglieder betätigt werden. Dabei wirken die Magnetanker 22a, 22b je nach Schaltstellung mit jeweils zwei Magnetventilsitzen 20a, 20b bzw. 29a, 29b zusammen.
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Dabei werden die Magnetanker 22a, 22b infolge der Vorspannung durch die Federmittel 17a, 17b im unbestromten Zustand der Magnetspulen 19a, 19b gegen die oberen Magnetventilsitze 29a, 29b gedrückt. Die Federmittel 17a, 17b spannen die Magnetanker 22a dann insbesondere in eine vom unteren Magnetventilsitz 20a abgehobene Lage vor, in welcher ein Strömungsquerschnitt freigegeben wird, der eine im Gehäuse 21 ausgebildete Kammer 26a mit einer Drucksenke 27a in Form eines Entlüftungsanschlusses in Verbindung bringt. Bei Bestromung der Magnetspulen 19a, 19b werden die Magnetanker 22a, 22b gegen die Wirkung der Federmittel 17a, 17b gegen die unteren Magnetventilsitze 20a, 20b gedrängt.
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Die Kammer 26a wird mit dem Druckmittelanschluss 23 und damit mit dem Fußbremsventil 9 verbunden, wenn die Membrane 18a des Halte-Membranventils 14a von seinem zugeordneten Membranventilsitz 28a abhebt. Der Arbeitsanschluss 24 und damit der Bremszylinder 6 gerät mit einer weiteren Drucksenke 30 in Verbindung, wenn die Membrane 18b des Auslass-Membranventils 14b von ihrem zugeordneten Membranventilsitz 28b abhebt.
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Die Drucksteuerventilanordnung 7 ist in 2a in ihrer Offenstellung gezeigt, bei der ein Druckaufbau zum angeschlossenen Bremszylinder 6 erfolgt („Drucksteigern”). Hierbei wird keines der Elektromagnetventile 15a und 15b elektrisch angesteuert. In der gezeigten Stellung drückt die vom Fußbremsventil 9 kommende Druckluft das als Einlass- oder Halteventil ausgebildete Membranventil 14a auf, d. h. aufgrund des an der rechten Wirkfläche der Membrane 18a vom Anschluss 23 her anstehenden Bremsdrucks wird diese vom Membranventilsitz 28a gegen die Wirkung der Federmittel 16a abgehoben. Durch das in seiner federbelasteten Grundstellung gegen den oberen Magnetventilsitz 29a geschlossene Elektromagnetventil 15a wird verhindert, dass das zugeordnete Halte-Membranventil 14a wieder verschlossen wird. Durch das in seiner federbelasteten Grundstellung geöffnete zweite Elektromagnetventil 15b steht der vom Fußbremsventil 9 kommende Bremsdruck an der Membrane 18b des Auslass-Membranventils 14b von rechts her an und drängt diese gegen ihren Membranventilsitz 28b, wodurch das das Auslass-Membranventil 14b verschlossen bleibt. Somit durchläuft die unter Bremsdruck stehende Druckluft ungehindert die Drucksteuerventilanordnung 7. In diesem die Druckluft durchleitenden Zustand befindet sich die Drucksteuerventilanordnung 7 auch dann, wenn keine ABS-Regelung erfolgt.
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Ausgehend von dem in 2a gezeigten Zustand „Drucksteigern” ist zum Konstanthalten des Bremsdrucks in einem Bremszylinder 6a bis 6d („Druckhalten”) gemäß 2c lediglich die Magnetspule 19a des Elektromagnetventils 15a zu bestromen. Das Elektromagnetventil 15b bleibt hingegen unbestromt, wodurch das auslassseitige Membranventil 14b weiterhin geschlossen bleibt. Durch Bestromen der Magnetspule 19a des Elektromagnetventils 15a hebt dessen Magnetanker 22a vom oberen Magnetventilsitz 29a gegen die Wirkung der Federmittel 17a ab und drängt gegen den unteren Magnetventilsitz 20a. Dann steht der vom Fußbremsventil 9 über das zunächst noch offene Halte-Membranventil 14a herangeführte Bremsdruck in einer im Gehäuse 21 ausgebildeten Kammer 26a an und kann auf die Membrane 18a auch von der linken Seite her wirken. Nun ist der Druck auf der rechten und linken Seite der Membrane 18a des Membranventils 14a gleich groß. Da aber die Wirkfläche auf der linken Seite der Membrane 18a größer ist, wird das Halte-Membranventil 14a geschlossen, d. h. die Membrane 18a wird gegen den Membranventilsitz 28a gedrängt. Die Drucksteuerventilanordnung 7 verschließt zum Konstanthalten des Drucks also die vom Fußbremsventil 9 zum Bremszylinder 6 verlaufende pneumatische Bremsdruckleitung 8.
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Dabei steht der vom Fußbremsventil 9 herangeführte Bremsdruck aber weiterhin in der nun geschlossenen Kammer 26a an. Im Bereich des unteren Magnetventilsitzes 20a, gegen welchen der Magnetanker 22a des Elektromagnetventils 15a im bestromten Zustand der Magnetspule 22a gedrängt ist, ist ein Bypasskanal 31 ausgebildet, durch welche eine Druckluftströmung von der Kammer 26a entlang zumindest eines Teils der Magnetspule 19a des dem Membran-Halteventil 14a zugeordneten Elektromagnetventils 15a bis zur Drucksenke 27a strömen kann. Diese Druckluftströmung kann dann die unter Bestromung stehende Magnetspule 19a kühlen.
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Der Bypasskanal 31 überbrückt den durch den am Magnetventilsitz 20a dichtend anliegenden Magnetanker 22a verschlossenen Strömungsquerschnitt und ermöglicht eine Druckluftströmung entlang wenigstens eines Teils der Magnetspule 19a, bevorzugt entlang deren gesamter Längserstreckung und parallel zu ihr, wie durch den Pfeil 32 in 2c angedeutet ist.
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Andererseits ist der Bypasskanal 31 insbesondere hinsichtlich seines Querschnitts derart ausgeführt, dass der Volumenstrom der Druckluftströmung durch den Bypasskanal 31 kleiner als ein oberer Grenz-Volumenstrom ist, durch welchen das Halte-Membranventil 14a von seiner Schließstellung wieder in seine Öffnungsstellung geschaltet werden könnte. Denn bedingt durch die den Bypasskanal 31 durch- und zur Drucksenke 27a strömende Druckluft sinkt der Druck in der Kammer 26a und damit auch der Druck auf die linke Wirkfläche der Membrane 18a des Halte-Membranventils 14a. Dadurch wird verhindert, dass der Volumenstrom der Bypass-Strömung so groß wird, dass sie Einfluss auf den (Schalt-)Zustand des Membran-Halteventils 14a zu nehmen vermag. Denn der Volumenstrom der durch den Bypasskanal 31 strömenden Bypass-Strömung soll ausschließlich der Kühlung der Magnetspule 19a dienen. Der Bypasskanal 31 ist bevorzugt am Umfang des Magnetventilsitzes 20a ausgebildet und parallel zur Mittelachse des Magnetankers 22a bzw. zur Spule 19a, und lässt trotz gegen den Magnetventilsitz 20a dichtenden Magnetanker 36a einen gewissen Strömungsquerschnitt offen.
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Gemäß 2b wird ein Druckabbau („Drucksenken”) im Bremszylinder 6 dadurch erzielt, dass beide Elektromagnetventile 15a und 15b bestromt werden. Für das Elektromagnetventil 15a und das zugeordnete Halte-Membranventil 15a gilt das vorstehend zum Druckhalten Beschriebene. Hingegen wird der Magnetanker 22b des anderen Elektromagnetventils 15b wegen der Bestromung seiner Magnetspule 19b gegen die Wirkung der Federmittel 17b vom unteren Magnetventilsitz 20b abgehoben und gegen den oberen Magnetventilsitz 29b gedrängt. Deshalb sinkt der Druck in der Kammer 26b, so dass der vom Bremszylinder 6 kommende Druck die Membrane 18b des Auslass-Membranventils 14b vom Membranventilsitz 28b abheben kann, so dass der Arbeitsanschluss 24 und damit der Bremszylinder 6 zum Entlüften mit der Drucksenke 30 verbunden wird.
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Die vorstehend beschriebenen Funktionen der Drucksteuerventilanordnung 7 werden nach Maßgabe der elektronischen Steuereinheit 10 im Rahmen einer ABS/ASR-Regelung im eingangs beschriebenen Sinne durchgeführt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorderachse
- 2
- Hinterachse
- 3
- Rad
- 4
- Rad
- 5
- Drehzahlsensor
- 6
- Bremszylinder
- 7
- Drucksteuerventilanordnung
- 8
- Bremsdruckleitung
- 9
- Fußbremsventil
- 10
- Steuereinheit
- 11
- ASR-Einheit
- 12
- ASR-Magnetventil
- 13
- Wechselventil
- 14a/b
- Membranventil
- 15a/b
- Elektromagnetventil
- 16a/b
- Federelement
- 17a/b
- Federelement
- 18a/b
- Membrane
- 19a/b
- Magnetspulen
- 20a/b
- Magnetventilsitze
- 21
- Gehäuse
- 22a/b
- Magnetanker
- 23
- Druckmittelanschluss
- 24
- Arbeitsanschluss
- 26a/b
- Kammer
- 27a/b
- Drucksenke
- 28a/b
- Membranventilsitz
- 29a/b
- Magnetventilsitz
- 30
- Drucksenke
- 31
- Bypasskanal
- 32
- Pfeil