Rückblick / Historie

Die Entwicklung des Doppelhubkolben-Konzepts für die Fahrzeugbremse begann 2014 als Teil der Entwicklung der 2. Generation von integrierten Bremssystemen (IBS 2) von IPGATE. Die treibende Frage war, wie ausreichend Druckmittelvolumen für moderne Bremssysteme bereitgestellt werden kann, insbesondere bei reibungsarmen Bremsen, SUVs/Transportern mit hohem Volumenbedarf und Fading-Situationen ohne die Fehlersicherheit und Rückfallebenenfunktion zu beeinträchtigen.

Den früheren Lösungen (z.B. Speicherkammer-Konzepte aus DE 10 2011 009059, DE 10 2011 111368) war gemeinsam, dass sie entweder hohe Anforderungen an die Ventildichtheit stellten, den Druckaufbau bei langen Bremsvorgängen unterbrachen oder Spindel und Kugelgewindegetriebe durch zusätzliche Axialkräfte belasteten. Der Grundgedanke der Erfindung E136, der Einsatz eines Doppelt-wirkenden Kolbens (DHK), der sowohl im Vorhub als auch im Rückhub kontrolliert Druckmittel in die Bremskreise fördert, löst das Problem der Druckunterbrechung grundlegend: Da beide Kolbenhübe zur Druckversorgung genutzt werden, ist theoretisch unbegrenzte Volumenförderung mit hoher Dynamik (Umschaltzeit <10 ms) ohne Unterbrechung des Druckaufbaus möglich.

Durch die adaptive ventilgesteuerte Kopplung der beiden Druckkammern über Magnetventile lässt sich das Funktionsprinzip eines zweistufigen hydraulischen Getriebes realisieren: Im Niedrigdruckbereich wird mit großer wirksamer Kolbenfläche hohes Volumen bereitgestellt, im Hochdruckbereich wird durch Kammerverbindung auf eine kleinere Wirkfläche umgeschaltet, was das erforderliche Motormoment erheblich reduziert und den Einsatz eines kompakten Elektromotors erlaubt. Dies führt zu einer Baulängenverkürzung von ca. 48 mm und einer Hauptzylinderhub-Reduktion von bis zu 50 %.

Überblick Kerninnovationen

Die Patentfamilie E136 umfasst insgesamt 11 eigenständige Erfindungskonzepte: 6 Konzepte aus den Teilanmeldungen (E136WOUSTA, E136WOCNTA, E136WODE) sowie 5 weitere Konzepte aus den Stammanmeldungen (E136WOUS, E136WOCN). Die Teilanmeldungen decken das Kernkonzept der adaptiven ventilgesteuerten Flächenanpassung ab; die Stammanmeldungen ergänzen weitere konstruktive und verfahrenstechnische Ausführungsformen des Doppelhubkolbenprinzips:

1. DHK mit ventilgesteuerter Kammerkopplung zur Flächenanpassung (US A1 / DE A1): Betätigungsvorrichtung mit Doppelhubkolben, bei der die unterschiedlich großen wirksamen Flächen im Vor- und Rückhub durch Magnetventilschaltung verbunden werden können, um im Hochdruckbereich das Motormoment zu reduzieren. Funktionsprinzip eines zweistufigen hydraulischen Getriebes.

2. Bidirektionale Druckförderung mit adaptiver Kammerschaltung (US A30 / DE A11): Verfahren zum Betrieb einer Bremsvorrichtung mit kontinuierlicher bidirektionaler Druckförderung durch den DHK. Adaptive ECU-gesteuerte Kammerschaltung ermöglicht unterbrechungsfreien Druckaufbau und Motormoment-Reduktion im Hochdruckbereich.

3. 3/2-Wege-Ventil-Bremsvorrichtung mit Rückschlagventil (US A38): Konkrete Vorrichtungsimplementierung des DHK-Verfahrens mittels eines 3/2-Wege-Magnetventils mit nachgeschaltetem Rückschlagventil in der Hydraulikleitung. Ersetzt zwei separate Ventile, sichert Druckrichtung und verhindert leckagebedingte Bremskreisausfälle. Baulängenverkürzung ~48 mm.

4. Bidirektionale Förderung mit temporärer Kammerverbindung (US A50): Verfahren zur Betätigung der Fahrzeugbremse auf Aktuatorebene: DHK fördert alternierend aus beiden Druckkammern; mindestens ein Ventil verbindet die Kammern temporär zur Reduzierung von Kolbenkraft und Motormoment. Erlaubt situative Anpassung der wirksamen Kolbenfläche.

5. Breites DHK-Vorrichtungskonzept mit adaptiven Betriebsmodi (CN A1): Breiter Vorrichtungsanspruch: Steuervorrichtung mit elektrisch angetriebenem DHK, der in beiden Kolbenbewegungsrichtungen Druckmedium zu mindestens einem Bremskreis befördert; Kammern über mindestens ein Ventil verbindbar. Deckt 4 Anwendungsfälle ab: Motormoment-Reduktion, Kreistrennung für Fail-Operational, kontrollierter Druckabbau, adaptive Flächenumschaltung.

6. ECU-gesteuertes Verfahren mit adaptiver Kammerschaltung (CN A12): Verfahren mit ECU-gesteuertem DHK für bidirektionale Druckförderung mit 4 Betriebsmodi: Motormoment-Reduktion, Kreistrennung (fail-operational für Level 4/5), kontrollierter Druckabbau (ABS, hydraulische Leerwegfreischaltung), adaptive Flächenumschaltung. Ermöglicht unterbrechungsfreien Druckaufbau mit Umschaltzeit <10 ms.

7. DHK mit hydraulisch angetriebenem Sekundärkolben (US-Stamm A1 / A14): Betätigungsvorrichtung mit DHK, bei dem ein hydraulisch angetriebener Sekundärkolben den Druck auf eine zweite Druckkammer und einen zweiten Bremskreis überträgt (A1: Vorrichtung; A14: korrespondierendes Verfahren). Ermöglicht die Versorgung von zwei Bremskreisen aus einer Kolben-Zylinder-Einheit ohne mechanische Kopplung.

8. DHK mit mechanischer Fallback-Kupplung (US-Stamm A8): Betätigungsvorrichtung mit DHK und mechanischer Kupplung in der Rückfallebene, die Antrieb und Kolben bei elektrischem Ausfall trennt. Sichert die Fahrerbremsbarkeit im Fehlerfall (F-BbW-Eigenschaft).

9. DHK mit Freigang zwischen Pedal und Spindel (US-Stamm A13 / A17): Zwei verwandte Ausführungsformen der mechanischen Pedalentkopplung: A13 realisiert den Freigang über eine Biegestange oder Kupplung zwischen Pedal-Plunger und Spindel; A17 sieht eine zweite Kolben-Zylinder-Einheit mit Freihub zur Betätigungsvorrichtung vor. Beide adressieren die Entkopplung von Pedalgefühl und Aktuatorbewegung.

10. Doppeltwirkender Kolben als eigenständiger Schutzgegenstand (CN-Stamm A41): Der doppeltwirkende Kolben selbst wird als eigenständiges Schutzobjekt für hydraulische Aktuatoren beansprucht – unabhängig vom Gesamtsystem. Einzigartige CN-spezifische Schutzrichtung ohne direktes Pendant in anderen Jurisdiktionen;

11. DHK-Betriebsverfahren mit korrespondierender Bremsvorrichtung (CN-Stamm A43 / A60): Verfahren zum Betrieb der Bremsvorrichtung mit ECU-gesteuertem DHK und adaptiver Kammerschaltung (A43) sowie die zugehörige Bremsvorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens (A60). Eigenständige CN-spezifische Vorrichtungs-Verfahrens-Paarung, ergänzend zu den Teilanmeldungskonzepten.