-
Stand der Technik
-
Die
Erfindung betrifft eine Mehrkolbenpumpe mit den Merkmalen des Oberbegriffs
des Anspruchs 1. Sie ist als sog. Rückförderpumpe
in blockierschutz-, antriebschlupf- und/oder fahrdynamikgeregelten,
hydraulischen Fahrzeugbremsanlagen oder zum (Betriebs-)Bremsdruckaufbau
in elektrohydraulischen Fahrzeugbremsanlagen vorgesehen.
-
Kolbenpumpen
für hydraulische Fahrzeugbremsanlagen sind bekannt. Sie
weisen konstruktiv bedingt einen pulsierenden Förderstrom
auf, der aufgrund seiner Rückwirkung auf ein Fußbremspedal (oder
einen Handbremshebel einer Betriebshandbremse beispielsweise eines
Motorrads) unerwünscht ist.
-
Zur
Verringerung der Pulsation des Förderstroms auf einer Saugseite
sind Stufenkolbenpumpen bekannt. Eine Durchmesserstufung eines Stufenkolbens
einer Stufenkolbenpumpe verringert eine angesaugte Fluidmenge während
eines Rückhubs im Vergleich mit einem stufenlosen Pumpenkolben
und bewirkt ein Ansaugen von Fluid während eines Arbeitshubs.
Beim Arbeitshub verdrängt der Pumpenkolben Fluid aus einem
Pumpenzylinder oder einer Pumpenbohrung. Im Vergleich mit einem
ungestuften Pumpenkolben, der nur während des Rückhubs
Fluid ansaugt, verteilt ein Stufenkolben den angesaugten Förderstrom
auf den Arbeits- und den Rückhub, so dass der angesaugte
Förderstrom weniger stark pulsiert.
-
Eine
andere Möglichkeit zur Verringerung von Pulsationen sind
Mehrkolbenpumpen, deren Pumpenkolben phasenverschoben angetrieben
werden. Solche Mehrkolbenpumpen für hydraulische, schlupfgeregelte
Fahrzeugbremsanlagen offenbart die Offenlegungsschrift
DE 198 25 114 A1 . Dort
sind beispielsweise zwei Pumpenkolben in einer V-Anordnung um 90
Grad oder drei Pumpenkolben in einer Sternanordnung um jeweils 120
Grad versetzt zueinander um einen gemeinsamen Exzenter angeordnet, der
die Pumpenkolben zu einer Hubbewegung antreibt. Die winkelversetzte
Anordnung der Pumpenkolben bewirkt einen phasenverschobenen Antrieb der
Pumpenkolben, der wiederum eine Phasenverschiebung der Förderströme
der Pumpenkolben bewirkt. Die Förderströme der
Pumpenkolben addieren sich, die Druckpulsation verringert sich und
zwar sowohl auf der Druck- als auch auf der Saugseite der Mehrkolbenpumpe.
Die V- oder Sternanordnung der Pumpenkolben um einen gemeinsamen
Exzenter ist nicht zwingend, wesentlich ist der phasenverschobene
Antrieb, der beispielsweise auch bei einer Reihenanordnung der Pumpenkolben
möglich ist. Die Pumpenkolben der bekannten Mehrkolbenpumpe
sind Stufenkolben. Es ist für bzw. in jedem Bremskreis eine
Mehrkolbenpumpe vorgesehen, die einen gemeinsamen Antrieb mit einem
Elektromotor aufweisen.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die
erfindungsgemäße Mehrkolbenpumpe mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 weist zwei Pumpenkolben auf, die mit einer Phasenverschiebung,
jedoch nicht gegenphasig angetrieben werden. Einlässe der
beiden Pumpenkolben sind miteinander verbunden, ihr gemeinsamer
Teil bildet einen Einlass der Mehrkolbenpumpe, der beispielsweise über
ein Ansaugventil an einen Hauptbremszylinder einer hydraulischen
Fahrzeugbremsanlage angeschlossen ist. Die beiden Pumpenkolben weisen
eine Fluidsteuerung auf, beispielsweise in bekannter Weise mit Ventilen
(Ein- und Auslassventile), insbesondere Rückschlagventilen.
Außer den Pumpenkolben weist die erfindungsgemäße
Mehrkolbenpumpe einen Ausgleichskolben ohne Fluidsteuerung, also
ohne Ein- oder Auslassventil, auf. Der Ausgleichskolben kommuniziert
mit den verbundenen Einlässen der Pumpenkolben, er wird
in etwa gegenphasig zu einer mittleren Phasenverschiebung der beiden
Pumpenkolben angetrieben. Damit ist gemeint, dass der Ausgleichskolben
in etwa gegenphasig zu einer Überlagerung der Hübe
der beiden Pumpenkolben angetrieben wird.
-
Durch
den gegenphasigen Antrieb verdrängt der Ausgleichskolben
Fluid zu den verbundenen Einlässen der Pumpenkolben, wenn
die Pumpenkolben Fluid an saugen. Umgekehrt saugt der Ausgleichskolben
Fluid aus den Einlässen der Pumpenkolben an, wenn diese
kein Fluid ansaugen. Vorzugsweise hat der vom Ausgleichskolben verdrängte
Fluidstrom dann sein Maximum, wenn die Summe der von den Pumpenkolben
angesaugten Fluidströme ein Minimum hat und umgekehrt.
Eine Pulsation des von der erfindungsgemäßen Mehrkolbenpumpe
angesaugten Fluidstroms entspricht in etwa der Pulsation einer Mehrkolbenpumpe
mit einer gleichen Kolbenzahl, d. h. einer Mehrkolbenpumpe mit so
vielen Pumpenkolben wie die erfindungsgemäße Mehrkolbenpumpe Pumpen-
und Ausgleichskolben hat. Der Vorteil der erfindungsgemäßen
Mehrkolbenpumpe ist, dass ihr Ausgleichskolben keine Fluidsteuerung
aufweist und ihr Bauaufwand deswegen geringer ist. Da Ventile stets
einen Strömungswiderstand darstellen, ist ein ventilfreier
Ausgleichskolben ohne Fluidsteuerung von Vorteil. Speziell bei niedriger
Temperatur und infolge dessen zählflüssiger Bremsflüssigkeit
kann die Förderleistung der erfindungsgemäßen
Mehrkolbenpumpe und ihre Druckaufbaudynamik verbessert sein. Das
ist als weiterer Vorteil der Erfindung anzusehen.
-
Die
Unteransprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen
der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung zum Gegenstand.
-
Eine
bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung gemäß Anspruch
2 sieht einen Stufenkolben als Ausgleichskolben vor. Ein Stufenkolben
ermöglicht die Verbindung sowohl der Einlässe
als auch die Auslässe der Pumpenkolben mit dem Stufenkolben
(Anspruch 3), wobei die Einlässe und die Auslässe
hydraulisch voneinander getrennt bleiben, es kommunizieren entweder
die Einlässe der Pumpenkolben mit der Stufenfläche
und die Auslässe der Pumpenkolben mit vorzugsweise der
kleineren Kolbenfläche des Ausgleichskolbens oder umgekehrt.
Dadurch wird die Druckpulsation am Ein- und am Auslass der Mehrkolbenpumpe
verringert. Verglichen mit einem Pumpenkolben einer herkömmlichen
Rückförderpumpe, die als Stufenkolbenpumpe ausgebildet
ist, ist der Ausgleichskolben der erfindungsgemäßen Mehrkolbenpumpe
vorzugsweise umgekehrt angeordnet, nämlich mit seiner durchmessergrößeren Seite
dem ihn antreibenden Exzenter zugewandt.
-
Anspruch
5 sieht stufenlose Pumpenkolben vor, der Ausgleichskolben ist wie
gesagt vorzugsweise als Stufenkolben ausgebildet. Durch das erfindungsgemäße Mehrkolbenprinzip
bringen Stufenkolben als Pumpenkolben keinen Vorteil im Vergleich mit
stufenlosen Pumpenkolben, jedenfalls verringern Stufenkolben als
Pumpenkolben nicht eine Druckpulsation des angesaugten Fluidstroms
der erfindungsgemäßen Mehrkolbenpumpe. Vorteil
stufenloser Pumpenkolben ist ein geringerer Bauaufwand.
-
Als
ideal ist eine Phasenverschiebung der beiden Pumpenkolben von etwa
90 Grad zueinander und des Ausgleichskolbens von etwa 135 Grad zu beiden
Pumpenkolben anzusehen (Anspruch 6). Dadurch wird eine größtmögliche
Kompensation der Pulsationen der Förderströme
der Pumpen und des Ausgleichskolbens am Ein- und Auslass und damit eine
niedrige Pulsation erreicht.
-
Hinsichtlich
der Kompensation der Druckpulsationen der Pumpen- und des Ausgleichskolbens und
für eine geringe Druckpulsation insgesamt ist ein Flächenverhältnis
des Ausgleichskolbens zu einem Pumpenkolben von etwa 1:√2
ideal anzusehen (Anspruch 7). Die durchmessergrößere
Seite des Ausgleichskolbens kann dieselbe Kolbenfläche
wie ein Pumpenkolben aufweisen.
-
Anspruch
8 sieht eine sternförmige Anordnung der Pumpenkolben und
des Ausgleichskolbens vor. Die Pumpen- und der Ausgleichskolben
lassen sich in einer Radialebene zu einem Exzenter, um den herum
sie angeordnet sind und der sie phasenverschoben antreibt, anordnen.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnung
-
Die
Erfindung wird nachfolgend anhand einer in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsform näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine
Schemadarstellung einer erfindungsgemäßen Mehrkolbenpumpe;
-
2 ein
Förderstromdiagramm auf einer Druckseite der Mehrkolbenpumpe
aus 1; und
-
3 ein
Förderstromdiagramm auf einer Saugseite der Mehrkolbenpumpe
aus 1.
-
1 zeigt
in schematisierter Form eine erfindungsgemäße
Mehrkolbenpumpe 1, die für hydraulische Fahrzeugbremsanlagen
vorgesehen ist, beispielsweise als Rückförderpumpe
einer blockierschutz-, antriebsschlupf- und/oder fahrdynamikgeregelten
Fahrzeugbremsanlage. Übliche Abkürzungen solcher
Regelungen sind ABS, ASR, FDS und/oder ESP. Eine weitere Einsatzmöglichkeit
der Mehrkolbenpumpe 1 sind elektrohydraulische Fahrzeugbremsanlagen
(Abkürzung: EHB). Bei letzteren handelt es sich um Fremdkraft-Bremsanlagen,
bei denen der zum Bremsen erforderliche Betriebsbremsdruck mit einer
Hydropumpe, beispielsweise der Mehrkolbenpumpe 1, erzeugt
wird, die Teil einer Fremdenergieversorgungseinrichtung der elektrohydraulischen Fahrzeugbremsanlage
ist.
-
Die
Mehrkolbenpumpe 1 weist zwei stufenlose Pumpenkolben 2 auf,
die um 90 Grad winkelversetzt radial zu einem Exzenter 3 angeordnet
sind. Der Exzenter 3 ist mit einem nicht dargestellten
Elektromotor um seine Drehachse 4 drehend antreibbar. Kolbenfedern 5 halten
Stirnflächen der Pumpenkolben 2 in Anlage an einen
Umfang des Exzenters 3, so dass durch drehenden Antrieb
des Exzenters 3 die Pumpenkolben 2 zu hin- und
hergehenden Hubbewegungen angetrieben werden. Im gezeichneten und beschriebenen
Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Kolbenfedern 5 Schraubendruckfedern,
die an dem Exzenter 3 abgewandten Stirnseiten der Pumpenkolben 2 angeordnet
sind.
-
Die
Pumpenkolben 2 sind in Zylindern 6 axialverschieblich
aufgenommen, die Verschieberichtung ist radial zur Drehachse 4 des
Exzenters 3. In der praktischen Ausführung ist
vorgesehen, die Pumpenkolben 2 in Pumpenbohrungen in einem
nicht dargestellten, sog. Hydraulikblock axialverschieblich aufzunehmen,
der an die Stelle der gezeichneten Zylinder 6 tritt.
-
Die
Pumpenkolben 2 weisen integrierte Einlassventile 7 auf,
die als Rückschlagventile ausgebildet sind. Über
Bohrungen 8 im Pumpenkolben 2 kommunizieren die
Einlassventile 7 mit Einlässen 9, wobei
die Einlässe 9 der Pumpenkolben 2 verbunden sind
zu einem Einlass 10 der Mehrkolbenpumpe 1.
-
Ein
Auslass aus den Zylindern 6 erfolgt durch Auslassventile 11,
die ebenfalls als Rückschlagventile ausgebildet sind. Die
Auslässe 12 der Pumpenkolben 2 sind zu
einem Auslass 13 der Mehrkolbenpumpe 1 verbunden.
-
Durch
den Hubantrieb der Pumpenkolben 2 mit dem drehenden Exzenter 3 saugen
die Pumpenkolben 2 in an sich bekannter Weise während
eines Rückhubs Fluid, hier Bremsflüssigkeit, durch
den Einlass 9, 10 an und verdrängen die
Bremsflüssigkeit während eines Arbeitshubs zum
Auslass 12, 13. Dies ist von Kolbenpumpen an sich
bekannt und soll hier nicht näher erläutert werden.
Der Winkelversatz der beiden Pumpenkolben 2 von 90 Grad
bewirkt einen Phasenversatz ihres Antriebs von ebenfalls 90 Grad.
-
Den
beiden stufenlosen Pumpenkolben 2 gegenüber, d.
h. zu beiden Pumpenkolben 2 um je 135 Grad winkelversetzt,
ist ein gestufter Ausgleichskolben 14 angeordnet, der ebenfalls
von einer Kolbenfeder 5 gegen den Umfang des Exzenters 3 gedrückt
wird. Ein Hubantrieb des Ausgleichskolbens 14 erfolgt wie
der Hubantrieb der Pumpenkolben 2 durch drehenden Antrieb
des Exzenters 3. Aufgrund des Winkelversatz von 135 Grad
zu den Pumpenkolben 2 wird der Ausgleichskolben 14 mit
einem Phasenversatz von 135 Grad zu den beiden Pumpenkolben 2 angetrieben.
Anders ausgedrückt wird der Ausgleichskolben 14 gegenphasig
zu einer mittleren Phasenverschiebung der Pumpenkolben 2 bzw.
zu einer Überlagerung ihrer beiden Hubbewegungen angetrieben.
Ein durchmessergrößeres Ende des Ausgleichskolbens 14 ist
dem Exzenter 3 zugewandt, eine Stufenfläche 15 ist
dem Exzenter 3 abgewandt. Der Ausgleichskolben 14 ist
in einem gestuften Zylinder 16 bzw. einer gestuften Pumpenbohrung 17 des hier
nicht dargestellten Hydraulikblocks, der an die Stelle des Zylinders 16 tritt,
axial verschieblich geführt. Die Verschieberichtung des
Ausgleichskolbens 14 ist radial zur Drehachse 4 des
Exzenters 3. Die insgesamt drei Kolben 2, 14 der
Mehrkolbenpumpe 1, nämlich die beiden Pumpenkolben 2 und
der Ausgleichskolben 14, sind sternförmig um den
Exzenter 3 angeordnet, wobei wie gesagt der Winkelversatz zwischen
den beiden Pumpenkolben 2 90 Grad und von beiden Pumpenkolben 2 zum
Ausgleichskolben 14 je 135 Grad beträgt.
-
Der
Ausgleichskolben 14 weist keine Ventile oder sonstige Fluidsteuerung
auf. Ein durchmessergrößerer Teil der gestuften
Pumpenbohrung 17 ist durch den Ausgleichskolben 14 hydraulisch
vom durchmesserkleineren Teil der Pumpenbohrung 17 getrennt.
Die Stufenfläche 15 des Ausgleichskolbens 14 kommuniziert
mit den Einlässen 9 der Pumpenkolben 2 und
damit mit dem Einlass 10 der Mehrkolbenpumpe 1.
Die durchmesserkleinere Kolbenfläche 18 des Ausgleichskolbens 14 kommuniziert
mit den Auslässen 12 der Pumpenkolben 2 und
damit mit dem Auslass 13 der Mehrkolbenpumpe 1.
Die Stufenfläche 15 des Ausgleichskolbens 14 ist
um den Faktor √2 kleiner als eine Kolbenfläche
der Pumpenkolben 2. Der durchmessergrößere
Teil des Ausgleichskolbens 14 weist den gleichen Durchmesser wie
die Pumpenkolben 2 auf.
-
Verdrängen
die beiden Pumpenkolben 2 während ihrer Arbeitshübe
Bremsflüssigkeit durch ihre Auslässe 12 in
den Auslass 13 der Mehrkolbenpumpe 1, vollführt
der Ausgleichskolben 14 wegen seines gegenphasigen Antriebs
einen Rückhub, er saugt mit seiner Kolbenfläche 18 auf
der durchmesserkleineren Seite Bremsflüssigkeit aus dem
Auslass 13 der Mehrkolbenpumpe 1 an. Dadurch verringert sich
der durch den Auslass 13 austretende Förderstrom
der Mehrkolbenpumpe 1. Im umgekehrten Fall, während
der Rückhübe der Pumpenkolben 2 verdrängen
die Pumpenkolben 2 keine Bremsflüssigkeit. Der
Ausgleichskolben 14 vollführt einen Arbeitshub und
verdrängt die während des vorangegangenen Rückhubs
aus dem Auslass 13 angesaugte Bremseflüssigkeit
wieder in den Auslass 13, so dass auch während
der Rückhübe der Pumpenkolben 2, während
deren die Pumpenkolben 2 keine Bremsflüssigkeit
verdrängen, die Mehrkolbenpumpe 1 einen Förderstrom
aus ihrem Auslass 13 aufweist.
-
Der
Förderstrom aus dem Auslass 13 der Mehrkolbenpumpe 1 ist
geglättet, eine Druckpulsation verringert. Die Strömungsverhältnisse
sind in dem Diagramm der 2 veranschaulicht, das auf einen maximalen
Förderstrom eines Pumpenkolbens 2 normiert ist.
Zu sehen sind die beiden sinusförmigen und um 90 Grad phasenversetzte
Förderströme VI, VII der beiden Pumpenkolben 2. Die
Förderströme VI, VII der Pumpenkolben 2 erstrecken
sich nur über die positiven Sinus-Halbwellen, weil die
Pumpenkolben 2 beim Rückhub keine Bremsflüssigkeit
verdrängen. Der Volumenstrom des VA des
Ausgleichskolbens 14 ist ebenfalls sinusförmig
und um 135 Grad phasenversetzt zu den Förderströmen
VI, VII beider Pumpenkolben 2,
d. h. der Volumenstrom VA des Ausgleichskolbens 14 ist
gegenphasig zur Summe der Förderströme VI, VII, der beiden
Pumpenkolben 2. Im Unterschied zu den Förderströmen
VI, VII der beiden
Pumpenkolben 2 erstreckt sich der Volumenstrom VA des Ausgleichskolbens 14 über
die gesamte Sinuswelle, also auch über die negative Halbwelle,
weil der Ausgleichskolben 14 während einer halben
Drehung des Exzenters 3 Bremsflüssigkeit aus dem
Auslass 13 ansaugt und während der anderen halben
Drehung des Exzenters 3 die zuvor angesaugte Bremsflüssigkeitsmenge
wieder in den Auslass 13 verdrängt. Insgesamt
ergibt sich der geglättete Förderstrom V im Auslass 13 der
Mehrkolbenpumpe 1, der eine geringe Welligkeit und eine
niedrige Druckpulsation aufweist.
-
Auch
im Einlass 10 der Mehrkolbenpumpe 1 bewirkt der
Ausgleichskolben 14 eine Glättung des hier als
Saugstrom bezeichneten Förder- oder Volumenstroms: Wenn
die beiden Pumpenkolben 2 während ihrer Rückhübe
Bremsflüssigkeit aus dem Einlass 10 ansaugen,
vollführt der Ausgleichskolben 14 seinen Arbeitshub,
so dass er mit seiner Stufenfläche 15 Bremsflüssigkeit
in den Einlass 10 verdrängt und den Saugstrom
dadurch verringert. Wenn die beiden Pumpenkolben 2 während
ihrer Arbeitshübe keine Bremsflüssigkeit ansaugen,
vollführt der Ausgleichskolben 14 seinen Rückhub
und saugt mit seiner Stufenfläche 15 Bremsflüssigkeit
aus dem Einlass 10 der Mehrkolbenpumpe 1 an, so
dass die Mehrkolbenpumpe 1 auch während der Arbeitshübe
der Pumpenkolben 2 Bremsflüssigkeit ansaugt. Der
Ausgleichskolben 14 bewirkt auf diese Weise auch eine Glättung
des Saugstroms in den Einlass 10 der Mehrkolbenpumpe 1.
Die Volumenströme im Einlass 10 der Mehrkolbenpumpe 1 zeigt
das Diagramm in 3, das auf den maximalen Saugstrom
eines Pumpenkolbens 2 normiert ist. Die Saugströme
SI, SII der Pumpenkolben 2 sind
negativ dargestellt, weil sie in die Mehrkolbenpumpe 1 fließen.
Auf der Saugseite der Mehrkolbenpumpe 1, also im Einlass 10,
ergeben sich an sich dieselben Verhältnisse wie auf der Druckseite,
d. h. im Auslass 13: Die Saugströme SI, SII der Pumpenkolben 2 erstrecken
sich jeweils über die negative Sinushalbwelle und sind
um 90 Grad zueinander phasenversetzt. Der Volumenstrom SA der Stufenfläche 15 des
Ausgleichskolbens 14 erstreckt sich über die ganze
Sinuswelle und gleicht die Saugströme SI
, SII der Pumpenkolben 2 aus,
so dass sich im Einlass 10 der Mehrkolbenpumpe 1 der
Saugstrom S mit geringer Welligkeit ergibt.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-