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IPGATE AG · IP-Portfolio B1 · IBS Gen2 – Teil 1
Integrierte Bremssysteme der 2. Generation (IBS2 – Teil 1)
Übersicht
Zwischen 2012 und Ende 2015 entwickelte IPGATE in knapp vier Jahren 35 eigenständige Erfindungen in sechs Patentfamilien (E135, E136, E138, E138c, E139, E140).
Im Mittelpunkt stand eine besonders kompakte Druckversorgungseinheit (PSU) auf Basis eines doppeltwirkenden Kolbens (DAP) mit einer robusten, kompakten Lageranordnung. Im Vergleich zu herkömmlichen Kolbenlösungen ermöglichte diese Architektur eine deutliche Reduzierung der Baulänge bei gleichzeitiger Bereitstellung einer kontinuierlichen, hochpräzisen und dynamisch regelbaren Druckversorgung. Eine zentrale Innovation war die Anpassung der Kolbendruckregelung (PPC) für den bidirektionalen DAP-Betrieb: Die bidirektionale Regelung des Volumenstroms über die Einlassventile ermöglichte es dem DAP, den Hydraulikdruck nahtlos mit der Bremsabsicht des Fahrers zu kombinieren (regeneratives Bremsen).
Aufbau
Das Portfolio basiert auf drei miteinander verzahnten technologischen Säulen und bildet eine geschlossene Innovationskette, die von einzelnen Lagerkomponenten über die Druckversorgungseinheit bis hin zum vollständig integrierten, serienreifen System reicht.
Mit E135 (3 Erfindungen, Priorität April 2012) schuf IPGATE die mechanische Grundlage für die zweite Generation von IBS. Die Erfindung betrifft die Lageranordnung in einem Axialantrieb und löst das Problem der beidseitigen Lagerung, das bei klassischen Konstruktionen zu erhöhtem Platzbedarf und höheren Montagekosten führte. Der Stand der Technik (DE 10 2005 040 389, DE 10 2008 059 862) sah eine beidseitige Lagerung des Antriebselements vor.
E135 ersetzt dies durch eine einseitige Lageranordnung am radialen Gehäuseteil (Anspruch A1), ergänzt durch die konstruktive Integration der Spindelmutter in den Rotor des Antriebs (A2) und die Zentrierung des Rotors über das Lager am Gehäuse (A15). Diese Kombination ermöglichte eine deutlich kompaktere Bauweise der PSU und bildet die konstruktive Grundlage für alle nachfolgenden DAP-Systemkonzepte im B1-Portfolio. Die Patentfamilie umfasst Schutzrechte in EP, DE, US, CN und KR.
E139 (3 Erfindungen, Priorität September 2013) und E136 (11 Erfindungen, gleicher Prioritätszeitraum, beide PCT September 2014) bilden den Kern der adaptiven Druckversorgung. E139 begründet die universelle Architektur der doppeltwirkenden Kolbenpumpe: Ein doppeltwirkender Kolben mit mindestens zwei unterschiedlich großen Wirkflächen, der über eine kurze Verbindungsleitung mit einem oder mehreren parallel geschalteten Hochdurchfluss-Umschaltventilen (AV) verbunden ist, ermöglicht eine adaptive Förderleistung durch Flächenumschaltung – große Fläche für schnelles Vorfüllen bei niedrigen Drücken, kleine Fläche für hochpräzise Druckdosierung bei hohen Drücken. Das technisch optimierte Flächenverhältnis von 1,5:1 bis 2,5:1 (typischerweise 2:1) verdoppelt die Förderleistung bei gleichzeitiger Halbierung des Motordrehmoments. Die E139-Patentfamilie schützt diese universelle Pumpe ohne Beschränkung auf Bremssysteme in EP, US, CN, KR, JP, IN, GB und FR.
E136 überträgt das DAP-Prinzip auf eine anwendungsorientierte Druckversorgungseinheit für Fahrzeugsysteme mit variabler Förderleistung und Flächenumschaltung. Die elf Kerninnovationen umfassen sowohl geräte- als auch prozessbezogene Aspekte: das Basissystem mit einer 3/2-Wege-Ventilanordnung für den bidirektionalen Betrieb, ein Betriebsverfahren zur dynamischen Druckmodulation sowie spezifische Ventilanordnungen zur Steuerung der Flächenumschaltung. Die Schutzrechte in DE, US und CN gewährleisten eine solide geografische Abdeckung der Kernmärkte der Automobilindustrie.
E138 (8 Erfindungen, Priorität Mai 2014), E138c (3 Erfindungen, Priorität August 2014) und E140 (7 Erfindungen, Priorität Dezember 2014) übertragen die DAP-Druckversorgung auf komplette Fahrzeugbremssysteme (Brake-by-Wire). E138 beschreibt ein Betätigungssystem, bei dem ein DAP als einzige aktive Druckquelle beide Bremskreise gleichzeitig im Vor- und Rückhub versorgt. Die Kernarchitektur verzichtet auf herkömmliche Absperr- und Einlassventile: Anspruch A1 (EP) schützt das Grundprinzip der kontinuierlichen bidirektionalen DAP-Versorgung, A12 schützt das zugehörige Verfahren ohne Absperrventile und A13 schützt die Kombination mit einem einzigen Hauptbremszylinder. Fünf weitere Innovationen in der Teilanmeldung (E138WO-TA1) ergänzen den Schutz durch Druckentlastungsmechanismen über ein Zentralventil und den DAP-Rückhub sowie durch flächenschaltbare Druckentlastungskonzepte (CN1 A18, A19). Die Schutzrechte erstrecken sich auf EP, DE, FR, US, KR, CN sowie Teilanmeldungen in den USA und China.
E138c (Patentfamilie E138WO-TA1, 3 Erfindungen) erweitert den Schutz auf die flächenumschaltbare DAP-Technologie mit aktiver Druckreduzierung. Das wesentliche Merkmal ist die strikte Zweikreis-Zuordnung der DAP-Arbeitskammern: Vor- und Rückhub (Arbeitskammern 10a/10b) sind jeweils einem Bremskreis zugeordnet und versorgen diesen direkt – ohne Zufuhr- oder Absperrventile. Der Schwimmkolben (SK) der ersten Kolben-Zylinder-Einheit (Hauptzylinder) trennt die Bremskreise passiv und hydraulisch. DE A1 schützt zusätzlich die aktive Druckreduzierung über das DAP – entweder nur im Vorlaufhub oder in beiden Hüben –, wodurch klassische Auslassventile entfallen und ein Multiplexbetrieb (MUX) sowie eine hochdynamische ABS-Steuerung ermöglicht werden. Schutzrechte bestehen in WO, US (10,759,404), DE (112015003240B4) und CN (107107890B).
E140 erweitert das Bremsbetätigungssystem um das Prinzip der bidirektionalen Bremskreisversorgung mit definierter Rückschlagventil-Topologie. Das Basissystem (US A1) kombiniert einen pedalbetätigten Hauptbremszylinder mit einem elektromechanisch angetriebenen doppeltwirkenden Hydraulikzylinder (DAP); beide Arbeitskammern versorgen die beiden Bremskreise über je eine Hydraulikleitung, die durch eine vierte Hydraulikleitung mit einem Umschaltventil verbunden sind. Rückschlagventile definieren die Strömungswege und gewährleisten ein ausfallsicheres Verhalten: Fällt ein Bremskreis aus, versorgt das offene VF-Ventil den intakten Kreis in beiden Fahrtrichtungen. Drei deutsche Teilanmeldungen (E140WODE1/2/3) erweitern den Schutzumfang: WODE1 und WODE2 schützen Ausführungsformen mit einem AV2-Druckbegrenzungsventil, während WODE3 mit einem weit gefassten Anspruch auch Konfigurationen ohne Betätigungsvorrichtung abdeckt. Schutzrechte bestehen in WO, US (Hauptanmeldung + Fortsetzungsanmeldung), CN und KR.
Patentfamilien
Jede Patentfamilie zielt auf eine bestimmte technische Ebene des IBS2-Systems ab und bietet einen umfassenden, mehrschichtigen Schutz auf mechanischer, hydraulischer, elektronischer und systemischer Ebene.
Säule 1 · StellantriebeEinseitige Lageranordnung am radialen Gehäuseteil des DAP-Stellglieds. Bildet die konstruktive Grundlage für alle nachfolgenden DAP-Systemkonzepte im B1-Portfolio.
Säule 2 · DruckversorgungAnwendungsorientierte DAP-Druckversorgungseinheit für Fahrzeugsysteme mit variabler Förderleistung und Flächenumschaltung, die sowohl geräte- als auch prozesstechnische Aspekte abdeckt.
Säule 3 · AntriebssystemDAP als einzige aktive Druckquelle, die beide Bremskreise gleichzeitig im Vor- und Rücklauf versorgt, ohne herkömmliche Absperr- oder Einlassventile.
Säule 3 · AntriebssystemStrikte Zweikreis-Zuordnung der DAP-Arbeitskammern mit aktiver Druckreduzierung, wodurch ein MUX-Betrieb und eine hochdynamische ABS-Steuerung ohne klassische Auslassventile ermöglicht werden.
Säule 2 · DruckversorgungUniverselle DAP-Pumpenarchitektur mit optimiertem Flächenverhältnis (typischerweise 2:1), wodurch die Förderleistung verdoppelt und das Motordrehmoment halbiert wird. In acht Rechtsordnungen uneingeschränkt für Bremssysteme zugelassen.
Säule 3 · AntriebssystemBidirektionale Bremskreisversorgung mit definierter Rückschlagventil-Topologie. Drei deutsche Teilanmeldungen erweitern den Anwendungsbereich auf Druckentlastungs- und antriebslose Konfigurationen.
Auf einen Blick
| Familie | Priorität | Innovationen | Kumulativ | Säule | Gerichtsbarkeiten |
|---|---|---|---|---|---|
| E135 | 04 / 2012 | 3 | 3 | 1 · Stellantriebe | EP · DE · US · CN · KR |
| E136 | 09 / 2013 | 11 | 14 | 2 · Druckversorgung | PCT · DE · US · CN |
| E138 | Mai 2014 | 8 | 22 | 3 · Betätigungssystem | EP · DE · FR · US · KR · CN |
| E138c | 08 / 2014 | 3 | 25 | 3 · Betätigungssystem | WO · US · DE · CN |
| E139 | 09 / 2013 | 3 | 28 | 2 · Druckversorgung | EP · US · CN · KR · JP · IN · GB · FR |
| E140 | Dezember 2014 | 7 | 35 | 3 · Betätigungssystem | WO · US · CN · KR |
Strategische Bedeutung
Mit 35 Erfindungen in sechs Familien bildet das Portfolio B1 die gesamte technologische Grundlage für die zweite Generation der integrierten Bremssysteme (IBS2) von IPGATE. Die drei Säulen – kompakte Aktuatoren (E135), adaptive Druckversorgung (E136, E139) und vollintegriertes Bremsbetätigungssystem (E138, E138c, E140) – bilden eine geschlossene Innovationskette: von der mechanischen Komponente über die Druckversorgungseinheit bis hin zum serienreifen Gesamtsystem. E138 und E138c ergänzen sich systematisch: E138 schützt das Grundprinzip der kontinuierlichen bidirektionalen DAP-Versorgung ohne Absperrventile, während E138c (E138WO-TA1) die flächenschaltbare Variante mit streng getrennter Bremskreiszuweisung und aktiver DAP-Druckreduzierung als eigenständige Familie von Schutzrechten sichert. Die universelle Auslegung der Pumpenarchitektur in E139, ohne Beschränkung auf Bremssysteme, ermöglicht einen Schutz über die Fahrzeugbremse hinaus in elektrohydraulischen Kupplungen, Lenksystemen und industriellen Aktuatoren. E138, E138c und E140 nehmen die Kernanforderungen moderner Brake-by-Wire-Systeme vorweg – Ausfallsicherheit, präzise Druckmodulation, Luftspaltkompensation und ABS/ESP-Steuerung ohne Pumpe. Beide Portfolios B2 und B3 basieren systematisch auf den Grundlagen des Portfolios B1.
