DE19856917A1 - Pumpenaggregat - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Pumpenaggregat zur Förderung von Bremsflüssigkeit in einer hydraulischen, insbesondere schlupfgeregelten Fahrzeugbremsanlage. Um einen einfachen und kompakten Aufbau des Pumpenaggregats zu erreichen, schlägt die Erfindung vor, das Pumpenaggregat mit einem einen Permanentmagneten (26) aufweisenden Elektromagneten (12, 26) auszubilden, der durch Bestromung mit einer Wechselspannung zu einer oszillierenden Bewegung angetrieben wird, wobei ein bewegliches Teil (12) des Elektromagneten (12, 26) fest mit einem Stößel (20) verbunden ist, dessen beide Enden Kolben (32) zweier Kolbenpumpen (34) bilden.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Pumpenaggregat nach der Gattung des Hauptanspruchs. Das Pumpenaggregat ist insbesondere zur Verwendung in einer hydraulischen Fahrzeugbremsanlage vorgesehen und dient dort zur Bremsdruckmodulation in Radbremszylindern während einer Schlupfregelung oder zum Bremsdruckaufbau bei einer elektrohydraulischen Fremdkraftbremsanlage.

Derartige Pumpenaggregate weisen heutzutage üblicherweise zwei Kolbenpumpen mit je einem Kolben auf, der axial verschieblich in einem Zylinder aufgenommen ist. Die beiden Kolbenpumpen sind gleichachsig angeordnet (Boxeranordnung), wobei die Kolben einander zugewandt sind. Zwischen den Kolben befindet sich ein Exzenter, der drehfest auf einer Welle eines Elektromotors angebracht ist, der rechtwinklig zu den Kolbenpumpen angeordnet ist. Bei eingeschaltetem Elektromotor treibt der Exzenter die beiden Kolben zu einer hin- und hergehenden Hubbewegung in den Zylindern an, die die Förderung von Bremsflüssigkeit in an sich bekannter Weise bewirkt.

Die bekannten Pumpenaggregate haben den Nachteil, daß sie aufwendig im Aufbau und in der Montage, und daß sie teuer sind. Aufgrund des Elektromotors sind die bekannten Pumpenaggregate groß. Der Elektromotor ist die dominierende Baugröße bekannter hydraulischer, in einem Hydraulikblock untergebrachter Steuerschaltungen von Blockierschutzsystemen. Hinzu kommt, daß die Rotationsbewegung des Elektromotors in eine lineare Hubbewegung der Kolben der Kolbenpumpen umgesetzt werden muß, wobei große Querkräfte und Reibungsverluste auftreten, die einen Wirkungsgrad verschlechtern und einen Verschleiß bewirken. Hinzu kommt ein hoher Anlaufstrom des Elektromotors und eine erst mit ansteigender Motordrehzahl zunehmende Förderleistung der Kolbenpumpen. Ein weiterer Nachteil der bekannten Pumpenaggregate ist deren Geräuschbildung, und daß eine Druckbegrenzung mit dem Elektromotor nicht möglich ist, so daß im Fehlerfall sehr hohe Drücke in den Kolbenpumpen auftreten können, die eine Berstgefahr des Pumpenaggregats bewirken.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Pumpenaggregat mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist keinen herkömmlichen Elektromotor, sondern einen Elektromagneten mit einem Permanentmagneten und einer Spule auf. Dabei ist entweder der Permanentmagnet oder die Spule feststehend und das jeweils andere Teil beweglich. Durch Bestromen der Spule wird das bewegliche Teil des Elektromagneten in einer Richtung und durch Bestromen mit umgekehrter Polung in entgegengesetzter Richtung in Bezug zum feststehenden Teil bewegt. Durch Anlegen einer Wechselspannung an die Spule wird das bewegliche Teil des Elektromagneten zu einer hin- und hergehenden Hubbewegung angetrieben. Ein Spannungsverlauf des Stroms zur Bestromung der Spule kann beispielsweise sinus- oder rechteckförmig sein.

Der Kolben der Kolbenpumpe des erfindungsgemäßen Pumpenaggregats ist mit dem beweglichen Teil des Elektromagneten verbunden, er macht also die Hubbewegung des beweglichen Teils des Elektromagneten mit, wodurch die Kolbenpumpe in an sich bekannter Weise Bremsflüssigkeit oder auch ein anderes, zu förderndes Medium fördert. Der Elektromagnet des erfindungsgemäßen Pumpenaggregats bildet also einen Linearmotor mit einem Permanentmagneten, dessen bewegliches Teil durch Bestromung der Spule mit Wechselstrom zu einer hin- und hergehenden Hubbewegung angetrieben wird, die unmittelbar und ohne eine weitere Umsetzung oder Umlenkung zum Antrieb des Kolbens verwendet wird. Anstelle des Kolbens kann auch der Zylinder der Kolbenpumpe beweglich und der Kolben feststehend ausgebildet sein. In diesem Fall ist der Zylinder der Kolbenpumpe mit dem beweglichen Teil des Elektromagneten verbunden und führt die hin- und hergehende Hubbewegung aus.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß das Pumpenaggregat einen einfachen Aufbau hat, nur wenige Teile aufweist und mit geringem Aufwand zusammenbaubar ist. Das Pumpenaggregat weist an sich nur ein bewegliches Teil, nämlich das bewegliche Teil des Elektromagneten und den sich mit diesem Teil mitbewegenden Kolben auf, wobei der Kolben und das bewegliche Teil des Elektromagneten vorzugsweise fest miteinander verbunden sind. Der Kolben kann einstückig beispielsweise als vom beweglichen Teil des Elektromagneten abstehender Zapfen ausgebildet sein. Aufgrund der unmittelbaren Ausnutzung der Hubbewegung des Elektromagneten zum Antrieb der Kolbenpumpe ohne Umsetzung oder Umlenkung hat das erfindungsgemäße Pumpenaggregat einen guten Wirkungsgrad. Weitere Vorteile sind geringe Reibung, geringer Verschleiß und geringes Geräusch. Das erfindungsgemäße Pumpenaggregat hat eine geringe Stromaufnahme von etwa einem Viertel der Nennstromaufnahme eines herkömmlichen, von einem Elektromotor angetriebenen Pumpenaggregats mit gleicher Förderleistung. Des weiteren hat das erfindungsgemäße Pumpenaggregat keinen erhöhten Anlaufstrom und unmittelbar nach dem Einschalten die volle Förderleistung.

Der Permanentmagnet des Elektromagneten ermöglicht einen Antrieb des beweglichen Teils des Elektromagneten durch Umkehr der Polung der Bestromung der Spule in beiden Richtungen, wodurch sich eine Rückstellung des beweglichen Teils des Elektromagneten beispielsweise mittels einer Rückstellfeder erübrigt. Dadurch wird nicht nur die Rückstellfeder eingespart, sondern es wird auch vermieden, daß der Elektromagnet gegen die Kraft einer solchen Rückstellfeder arbeiten muß, wodurch sich die Baugröße des Elektromagneten verkleinert und seine Stromaufnahme verringert.

Die Unteransprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen Erfindung zum Gegenstand.

Das erfindungsgemäße Pumpenaggregat kann nur eine Kolbenpumpe aufweisen. Vorzugsweise weist es gemäß Anspruch 2 zwei Kolbenpumpen auf, die gegenläufig angetrieben werden, d. h. es führt die eine Kolbenpumpe einen Saughub aus während die andere Kolbenpumpe einen Förderhub ausführt. Die gegenläufige Anordnung der beiden Kolbenpumpen führt zu einer gleichmäßigen Kraftausnutzung des Elektromagneten in beiden Richtungen. Die Verwendung von zwei Kolbenpumpen hat den Vorteil, daß das erfindungsgemäße Pumpenaggregat besonders gut für eine Zweikreis-Bremsanlage mit zwei von einander unabhängigen Bremskreisen verwendbar ist.

Bei einer Ausgestaltung der Erfindung gemäß Anspruch 4 ist die Spule als Tauchspule ausgebildet. Dies bedeutet, daß die Spule über einen Teil ihrer Länge in ein komplementäre Ausnehmung des Permanentmagneten oder auch eines vom Permanentmagneten magnetisierten Polstücks hineinragt ("eintaucht"). Eine Eintauchtiefe, also die Länge um die die Spule in den Permanentmagneten hineinragt, ändert sich mit der Hubbewegung der Spule bzw. des Permanentmagneten, sie kann in einer Endstellung der Spule bzw. des Permanentmagneten null sein oder die Spule kann auch ganz aus dem Permanentmagneten herausgelangen. Die Ausbildung der Spule als Tauchspule hat den Vorteil, daß eine auf das bewegliche Teil des Elektromagneten ausgeübte Magnetkraft bei einer bestimmten Stromaufnahme der Spule vergrößert ist. Des weiteren ist die auf das bewegliche Teil des Elektromagneten ausgeübte Magnetkraft über den gesamten Hubweg einigermaßen konstant, solange die Spule nicht vollständig aus dem Permanentmagneten bzw. dem vom Permanentmagneten magnetisierten Polstück herausbewegt ist, wogegen die Magnetkraft bei herkömmlicher Ausbildung der Spule mit dem Abstand vom Permanentmagneten stark abfällt. Unter dem Begriff Tauchspule im Sinne der Erfindung soll aus Gründen der einheitlichen Terminologie auch eine feststehende Spule verstanden werden, die in einen beweglichen Permanentmagneten oder in ein bewegliches Polstück hineinragt, auch wenn in diesem Fall die Bezeichnung Tauchanker treffender wäre.

Das erfindungsgemäße Pumpenaggregat ist insbesondere als Pumpe in einer Bremsanlage eines Fahrzeugs vorgesehen und wird beim Steuern des Drucks in Radbremszylindern verwendet. Je nach Art der Bremsanlage werden für derartige Bremsanlagen die Kurzbezeichnungen ABS bzw. ASR bzw. FDR bzw. EHB ver­ wendet. In der Bremsanlage dient die Pumpe beispielsweise zum Rückfördern von Bremsflüssigkeit aus einem Radbremszylinder oder aus mehreren Radbremszylindern in einen Hauptbremszylinder (ABS) und/oder zum Fördern von Bremsflüssigkeit aus einem Vorratsbehälter in einen Radbremszylinder oder in mehrere Radbremszylinder (ASR bzw. FDR bzw. EHB). Die Pumpe wird beispielsweise bei einer Bremsanlage mit einer Radschlupfregelung (ABS bzw. ASR) und/oder bei einer als Lenkhilfe dienenden Bremsanlage (FDR) und/oder bei einer elektrohydraulischen Bremsanlage (EHB) benötigt. Mit der Radschlupfregelung (ABS bzw. ASR) kann beispielsweise ein Blockieren der Räder des Fahrzeugs während eines Bremsvorgangs bei starkem Druck auf das Bremspedal (ABS) und/oder ein Durchdrehen der angetriebenen Räder des Fahrzeugs bei starkem Druck auf das Gaspedal (ASR) verhindert werden. Bei einer als Lenkhilfe (FDR) dienenden Bremsanlage wird unabhängig von einer Betätigung des Bremspedals bzw. Gaspedals ein Bremsdruck in einem oder in mehreren Radbremszylindern aufgebaut, um beispielsweise ein Ausbrechen des Fahrzeugs aus der vom Fahrer gewünschten Spur zu verhindern. Die Pumpe kann auch bei einer elektrohydraulischen Bremsanlage (EHB) verwendet werden, bei der die Pumpe die Bremsflüssigkeit in den Radbremszylinder bzw. in die Radbremszylinder fördert, wenn ein elektrischer Bremspedalsensor eine Betätigung des Bremspedals erfaßt oder bei der die Pumpe zum Füllen eines Speichers der Bremsanlage dient.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten, bevorzugt ausgewählten Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Die einzige Figur zeigt ein erfindungsgemäßes Pumpenaggregat im Achsschnitt.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Das erfindungsgemäße Pumpenaggregat ist in ein Pumpengehäuse 10 eingesetzt, das mit einem Gehäusedeckel 11 verschlossen ist, der durch Verstemmen gehalten ist. Das Pumpengehäuse 10 ist Bestandteil eines Hydraulikblocks, von dem der klaren Darstellung wegen in der Zeichnung nur ein das Pumpenaggregat umgebendes Bruchstück dargestellt ist. Der Hydraulikblock ist Bestandteil einer im übrigen nicht dargestellten Schlupfregeleinrichtung einer hydraulischen Fahrzeugbremsanlage. Außer dem Pumpenaggregat sind weitere nicht dargestellte, hydraulische Bauelemente wie Magnetventile, Hydrospeicher und Dämpferkammern in den Hydraulikblock eingesetzt und hydraulisch miteinander verschaltet. Der Hydraulikblock ist an einen nicht dargestellten, mittels eines Fußbremspedals betätigbaren Hauptbremszylinder angeschlossen, an den Hydraulikblock sind ebenfalls nicht dargestellte Radbremszylinder angeschlossen. Der Hydraulikblock mit den in ihn eingesetzten hydraulischen Bauelementen bildet den hydraulischen Teil der Schlupfregeleinrichtung der hydraulischen Fahrzeugbremsanlage.

Das Pumpenaggregat weist eine Spule 12 auf, die auf einen hohlzylindrischen Spulenträger 14 aufgewickelt ist. Die Spule 12 wird nachfolgend als Tauchspule bezeichnet. Der Spulenträger 14 weist an einem Stirnende einen in einer Radialebene angeordneten, scheibenförmigen Tragflansch 16 auf, der den Spulenträger 14 mit einer Nabe 18 verbindet. Der Spulenträger 14 ist einstückig mit dem Tragflansch 16 und der Nabe 18, der Spulenträger 14, der Tragflansch 16 und die Nabe 18 sind einstückig miteinander als Kunststoffteil 14, 16, 18 hergestellt. Mit der Nabe 18 ist der Spulenträger 14 auf einen Stößel 20 aufgepreßt, dessen beide Enden aus dem Spulenträger 14 vorstehen und in eine das Pumpengehäuse 10 und den Gehäusedeckel 11 durchsetzende Bohrung 22 ragen, so daß der Stößel 20 und zusammen mit ihm die Tauchspule 12 axial verschieblich im Pumpengehäuse 10 geführt sind.

Die Tauchspule 12 ragt über ca. 2/3 ihrer Länge in eine komplementäre Ausnehmung 24 in einem zylindrischen Permanentmagneten 26, der feststehend im Pumpengehäuse 10 angebracht ist. Die Tauchspule 12 und der Permanentmagnet 26 bilden einen Elektromagneten 12, 26.

Die Bohrung 22, in der der Stößel 20 axial verschieblich geführt aufgenommen ist, ist an ihren beiden Enden mit Abstand von Stirnenden des Stößels 20 mit je einer in die Bohrung 22 eingepreßten Kugel 28 verschlossen, die durch je eine Verstemmung 30 in der Bohrung 22 gesichert ist. Die beiden in der Bohrung 22 axial verschieblich aufgenommenen Enden des Stößels 20 bilden jeweils einen Kolben 32 zweier Kolbenpumpen 34, wobei Zylinder der Kolbenpumpen 34 von dem mit der Bohrung 22 versehenem Pumpengehäuse 10 und dem Gehäusedeckel 11 gebildet werden. Der Stößel 20 bildet also zugleich die Kolben 32 der Kolbenpumpen 34, die Kolben 32 sind einstückig mit dem Stößel 20.

Die Bohrung 22 wird zwischen den die Kolben 32 bildenden Enden des Stößels 20 und den die Bohrung 22 verschließenden Kugeln 28 von einer Querbohrung 36, 38 durchsetzt, die eine Einlaßbohrung 36 und eine Auslaßbohrung 38 der Kolbenpumpe 34 bilden. In jede Einlaßbohrung 36 ist ein Einlaßventil 40 und in jede Auslaßbohrung 38 ein Auslaßventil 42 eingesetzt. Die Einlaßventile 40 und die Auslaßventile 42 sind als federbelastete Rückschlagventile ausgebildet, die in je einem zylindrischen Ventilgehäuse 44 untergebracht sind, welches in die Einlaßbohrung 36 bzw. Auslaßbohrung 38 eingepreßt ist. Die als Rückschlagventile ausgebildeten Einlaßventile 40 sind in Richtung der Bohrung 22 und die ebenfalls als Rückschlagventile ausgebildeten Auslaßventile 42 aus der Bohrung 22 heraus durchströmbar.

Die Funktion des erfindungsgemäßen, in der Zeichnung dargestellten Pumpenaggregats ist folgende: Zum Betrieb wird die Tauchspule 12 mit einer Wechselspannung bestromt. Sie wird dadurch abwechselnd mit der Frequenz der Wechselspannung tiefer in die Ausnehmung 24 des Permanentmagneten 26 hinein und wieder ein Stück weit heraus bewegt, d. h. die Tauchspule 12 vollführt durch Anlegen der Wechselspannung eine oszillierende, hin- und hergehende Bewegung. Der fest mit dem Spulenträger 14 verbundene Stößel 20 macht die oszillierende, hin- und hergehende Bewegung der Tauchspule 12 mit. Diese oszillierende, hin- und hergehende Bewegung des Stößels 20 stellt eine Hubbewegung der Kolben 32 dar, die von den Enden des Stößels 20 gebildet sind. Die hin- und hergehende Hubbewegung der Kolben 32 führt abwechselnd zu einer Vergrößerung und Verkleinerung des Volumens der Bohrung 22 zwischen den Kolben 32 und der die Bohrung 22 verschließenden Kugeln 28, wobei während der Vergrößerung dieses Volumens Bremsflüssigkeit durch die Einlaßventile 40 in die Bohrung 22 angesaugt und während der Verkleinerung dieses Volumens die angesaugte Bremsflüssigkeit durch die Auslaßventile 42 aus der Bohrung 22 verdrängt wird. Dabei arbeiten die beiden Kolbenpumpen 34 gegenläufig, d. h. während die eine Kolbenpumpe 34 Bremsflüssigkeit ansaugt, stößt die andere Kolbenpumpe 34 Bremsflüssigkeit aus.

In Abwandlung zum dargestellten Ausführungsbeispiel kann an Stelle der Tauchspule 12 der Permanentmagnet 26 fest mit dem Stößel 20 verbunden und die Tauchspule 12 feststehend im Pumpengehäuse 10 angebracht sein (nicht dargestellt). Die Funktion des Pumpenaggregats ändert sich dadurch nicht. Der Durchmesser der Bohrung 22 des in der Zeichnung dargestellten Pumpenaggregats liegt im Millimeterbereich, er beträgt im dargestellten Ausführungsbeispiel 4 mm. Frequenz und Amplitude der an die Tauchspule 12 angelegten Wechselspannung werden vorzugsweise so gewählt, daß der Spulenträger 14 nicht am Pumpengehäuse 10 anstößt, wodurch eine unnötige Geräuschbildung vermieden wird.

Claims (6)

1. Pumpenaggregat für eine Fahrzeugbremsanlage, mit einer Kolbenpumpe, die einen Kolben und einen Zylinder aufweist, die axial verschieblich zueinander sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpenaggregat einen Elektromagneten (12, 26) mit einem Permanentmagneten (26) und einer Spule (12) aufweist, die relativ zueinander beweglich sind, und daß die Kolbenpumpe (34) mit dem Elektromagneten (12, 26) verbunden ist und mit dem Elektromagneten (12, 26) angetrieben wird.

2. Pumpenaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpenaggregat zwei Kolbenpumpen (34) aufweist, die gegenläufig zueinander mit dem Elektromagneten (12, 26) angetrieben werden.

3. Pumpenaggregat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kolbenpumpen (34) beiderseits des Elektromagneten (12, 26) angeordnet sind.

4. Pumpenaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (12) als Tauchspule ausgebildet ist.

5. Pumpenaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein bewegliches Teil (12) des Elektromagneten (12, 26) fest mit einem beweglichen Teil (32) der Kolbenpumpe (34) verbunden ist.

6. Pumpenaggregat nach Ansprüch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Teil (12) des Elektromagneten (12, 26) auf einen Stößel (20) aufgesetzt ist, der den mindestens einen Kolben (32) der mindestens einen Kolbenpumpe (34) bildet.