DE10049909A1 - Kolbenpumpe - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe (10) für eine schlupfgeregelte, hydraulische Fahrzeugbremsanlage. Um ein Ansaugverhalten der Kolbenpumpe (10) insbesondere bei kalter, zähflüssiger Bremsflüssigkeit zu verbessern, schlägt die Erfindung vor, die Kolbenpumpe (10) mit zwei oder mehr Einlassventilen (28, 30) auszubilden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, die insbesondere zur Verwendung in einer hydraulischen, eine Schlupfregeleinrichtung aufweisenden Fahrzeugbremsanlage vorgesehen ist.

Eine Kolbenpumpe für eine hydraulische Fahrzeugbremsanlage ist bekannt aus der DE 197 32 792 A1. Die bekannte Kolbenpumpe weist einen Pumpenkolben auf, der axial verschieblich in einer Pumpenbohrung aufgenommen ist. Mittels eines rotierend antreibbaren Exzenters ist der Pumpenkolben zu einer in der Pumpenbohrung axial hin- und hergehenden Hubbewegung antreibbar, die in von Kolbenpumpen her an sich bekannter Weise eine Förderung von Fluid bewirkt. Zur Steuerung einer Richtung eines Fluiddurchflusses durch die Kolbenpumpe weist die Kolbenpumpe ein Einlassventil und ein Auslassventil auf. Das Einlassventil der bekannten Kolbenpumpe ist an deren Pumpenkolben angebracht; eine Zuströmung erfolgt durch ein Axialloch und durch einander und das Axialloch kreuzende Querbohrungen im Kolben.

Ein Wirkungsgrad der Kolbenpumpe ist insbesondere durch eine Füllung eines Pumpenraums der Kolbenpumpe mit zu förderndem Fluid während eines Saug- oder Rückhubs des Pumpenkolbens begrenzt. Der Pumpenraum ist ein Axialabschnitt der Pumpenbohrung an einem Stirnende des Pumpenkolbens. Ein Volumen des Pumpenraums wird während der hin- und hergehenden Hubbewegung des Pumpenkolbens vom Pumpenkolben abwechselnd vergrößert (Saug- oder Rückhub) und verkleinert (Förderhub). Die Füllung des Pumpenraums während des Saug- oder Rückhubs wird begrenzt durch Strömungsquerschnitte im Einlassbereich der Kolbenpumpe, also insbesondere durch Querschnitte von Einlassbohrungen und Einlasskanälen sowie einem Durchtrittsquerschnitt des während des Saughubs offenen Einlassventils. Bei einem zähflüssigen, zu fördernden Fluid verschlechtert sich der Wirkungsgrad der Kolbenpumpe. So sinkt beispielsweise der Wirkungsgrad einer Kolbenpumpe bei der Förderung von Bremsflüssigkeit mit einer Temperatur von minus 25°C und weniger auf unter 30%. Der niedrige Wirkungsgrad ist auf eine unzureichende Füllung des Pumpenraums während des Saughubs zurückzuführen.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Kolbenpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist zwei oder mehr Einlassventile auf, die hydraulisch parallel geschaltet sind. Auf diese Weise sind die Strömungsquerschnitte im Einlassbereich der Kolbenpumpe vergrößert, und der Strömungswiderstand ist verringert. Eine Füllung des Pumpenraums während des Saug- oder Rückhubs ist deutlich verbessert und der Wirkungsgrad der Kolbenpumpe erhöht. Insbesondere bei der Förderung von kalter Bremsflüssigkeit mit einer Temperatur von beispielsweise minus 25°C und weniger oder einem sonstigen, zähflüssigen Fluid ist eine Förderleistung der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe wesentlich verbessert.

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

Durch die Ausbildung der Ein- und/oder Auslassventile als Rückschlagventile gemäß Anspruch 5 entfällt eine Ventilsteuerung. Des weiteren ist die Anordenbarkeit der Ventile beispielsweise im Pumpengehäuse oder am Pumpenkolben freier, da sie nicht durch eine Ventilsteuerung beeinflusst wird.

Die erfindungsgemäße Kolbenpumpe ist insbesondere als Pumpe in einer Brems­ anlage eines Fahrzeugs vorgesehen und wird beim Steuern des Drucks in Rad­ bremszylindern 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 Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt einen Achsschnitt einer erfindungsgemäßen Kolbenpumpe. Die Zeichnung ist als vereinfachte Schemadarstellung zu verstehen.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die in der Zeichnung dargestellte, erfindungsgemäße Kolbenpumpe 10 ist zur Verwendung in einer im Übrigen nicht dargestellten, hydraulischen Fahrzeugbremsanlage vorgesehen. Die Kolbenpumpe 10 ist in einem Hydraulikblock der Fahrzeugbremsanlage untergebracht, der ein Pumpgehäuse 12 bildet und nachfolgend als solches bezeichnet wird. Im Hydraulikblock sind außer der Kolbenpumpe 10 weitere, hydraulische Bauelemente, wie Magnetventile, Hydrospeicher und Dämpferkammern, untergebracht und hydraulisch miteinander verschaltet. Von dem das Pumpengehäuse 12 bildenden Hydraulikblock ist in der Zeichnung lediglich ein die Kolbenpumpe 10 umgebendes Bruchstück dargestellt.

Im Pumpengehäuse 12 ist eine gestufte Pumpenbohrung 14 angebracht, in der ein Pumpenkolben 16 axial verschieblich aufgenommen ist. Zum Antrieb des Pumpenkolbens 16 weist die Kolbenpumpe 10 einen elektromotorisch rotierend antreibbaren Exzenter 18 auf, der an einem Stirnende des Kolbens 16 im Pumpengehäuse 12 in einem Exzenterraum 20 im Pumpengehäuse 12 angeordnet ist. Eine an einem gegenüberliegenden Stirnende des Pumpenkolbens 16 angeordnete Kolbenrückstellfeder 22, die als Schraubendruckfeder ausgebildet ist, drückt den Pumpenkolben 16 gegen einen Umfang des Exzenters 18 und hält den Pumpenkolben 16 in Anlage am Umfang des Exzenters 18. Bei rotierendem Antrieb des Exzenters 18 mit einem nicht dargestellten Elektromotor treibt der Exzenter 18 den Pumpenkolben 16 zu einer in der Pumpenbohrung 14 axial hin- und hergehenden Hubbewegung an, die in an sich bekannter Weise eine Förderung von Fluid (Bremsflüssigkeit) bewirkt.

Die Kolbenrückstellfeder 22 ist in einem Pumpenraum 24 angeordnet, der ein Axialabschnitt der Pumpenbohrung 14 an einem dem Exzenter 18 abgewandten Stirnende des Pumpenkolbens 16 ist. In axialer Richtung wird der Pumpenraum 24 auf einer Seite vom Pumpenkolben 16 und auf der anderen Seite von einem zylinderscheibenförmigen Ventilsitzteil 26 begrenzt, das in eine Stufe der Pumpenbohrung 14 eingesetzt ist. Bei seiner in der Pumpenbohrung 14 hin- und hergehenden Hubbewegung vergrößert und verkleinert der Pumpenkolben 16 abwechselnd ein Volumen des Pumpenraums 24. Bei der Vergrößerung des Volumens des Pumpenraums 24 (Rückhub) strömt Bremsflüssigkeit in den Pumpenraum 24 ein, die während der anschließenden Verkleinerung des Volumens des Pumpenraums 24 (Förderhub) vom Pumpenkolben 16 aus dem Pumpenraum 24 verdrängt wird. Die Kolbenrückstellfeder 22 stützt sich am Ventilsitzteil 26 ab und drückt gegen das dem Pumpenraum 24 zugewandte Stirnende des Pumpenkolbens 16.

Zur Steuerung der Richtung der Fluidströmung durch die Kolbenpumpe 10 weist die erfindungsgemäße Kolbenpumpe 10 zwei Einlassventile 28, 30 und ein Auslassventil 32 auf. Im dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung sind alle drei Ventile 28, 30, 32 als federbeaufschlagte Rückschlagventile ausgebildet. Das eine Einlassventil 28 ist an dem dem Pumpenraum 24 zugewandten Stirnende des Pumpenkolbens 16 angebracht. Dieses Einlassventil 28 weist eine Kugel als Ventilschließkörper 34 auf, der von einer als Schraubendruckfeder ausgebildeten Ventilschließfeder 36 gegen einen konischen Ventilsitz 38 gedrückt wird. Der Ventilsitz 38 ist an einer dem Pumpenraum 24 zugewandten Mündung einer koaxial im Pumpenkolben 16 angebrachten Sackbohrung ausgebildet, die bis in einen Mittelbereich des Pumpenkolbens 16 reicht und dort von Querbohrungen 42 gekreuzt wird. Die Ventilschließfeder 36 des am Pumpenkolben 16 angebrachten Einlassventils 28 stützt sich am Boden eines napfförmigen Ventilkäfigs 44 ab, in dem die Ventilschließfeder 36 und der Ventilschließkörper 34 aufgenommen sind. Der Ventilkäfig 44 ist mit seiner offenen Seite an einer Ringstufe 46 des Pumpenkolbens 16 angesetzt, die an dem dem Pumpenraum 24 zugewandten Stirnende des Pumpenkolbens 16 ausgebildet ist. Zur Befestigung am Pumpenkolben 16 ist ein Rand an der offenen Seite des Ventilkäfigs 44 zu einem radial nach außen stehenden Flansch 48 geformt, gegen den die Kolbenrückstellfeder 22 drückt und auf diese Weise den Ventilkäfig 44 an dem dem Pumpenraum 24 zugewandten Stirnende des Pumpenkolbens 16 hält. Die Kolbenrückstellfeder 22 ist so kräftig ausgebildet, dass sie den Ventilkäfig 44 bei allen beim Betrieb der Kolbenpumpe 10 auftretenden Beanspruchungen gegen die Kraft der Ventilschließfeder 36 am Pumpenkolben 16 hält. Der Ventilkäfig 44 ist mit Löchern 50 zum Durchlass von durch das Einlassventil 28 in den Pumpenraum 24 einströmender Bremsflüssigkeit versehen.

Zum Einlass von Bremsflüssigkeit durch das am Pumpenkolben 16 angebrachte Einlassventil 28 weist die Kolbenpumpe 10 eine Einlassbohrung 52 auf, die radial in Höhe der Querbohrungen 42 des Pumpenkolbens 16 in die Pumpenbohrung 14 mündend im Pumpengehäuse 12 angebracht ist. Durch die Einlassbohrung 52 und die Pumpenbohrung 14 strömt Bremsflüssigkeit in die Querbohrungen 42 und aus diesen in die Axialbohrung 40 im Pumpenkolben 16 zum Einlassventil 28. Weiter strömt die Bremsflüssigkeit durch das während des Rückhubs des Pumpenkolbens 16 geöffnete Einlassventil 28 in den Pumpenraum 24.

Das andere Einlassventil 30 ist einer gestuften Einlass- oder Ventilbohrung 54 angeordnet, die radial in den Pumpenraum 24 mündend im Pumpengehäuse 12 angebracht ist. Das Einlassventil 30 weist ein rohrförmiges Ventilgehäuse 56 auf, das in eine Stufe der Ventilbohrung 54 eingesetzt und durch eine Verstemmung 58 gehalten ist. Ein Innendurchmesser des Ventilgehäuses 56 erweitert sich mit einem konischen Ventilsitz 60 in Richtung des Pumpenraums 24. Das Einlassventil 30 weist eine Kugel als Ventilschließkörper 62 auf, die von einer als Schraubendruckfeder ausgebildeten Ventilschließfeder 64 gegen den Ventilsitz 60 gedrückt wird. Die Ventilschließfeder 64 ist ebenso wie der Ventilschließkörper 62 im Ventilgehäuse 56 aufgenommen; die Ventilschließfeder 60 stützt sich an einer Ringstufe der Ventilbohrung 54 ab.

Durch die Vergrößerung des Volumens des Pumpenraums 24 beim Rückhub des Pumpenkolbens 16 entsteht ein Unterdruck im Pumpenraum 24, der das in der Ventilbohrung 54 im Pumpengehäuse 12 angeordnete Einlassventil 30 öffnet, so dass Bremsflüssigkeit durch die Ventilbohrung 54 und das Einlassventil 30 in den Pumpenraum 24 strömt.

Die beiden Einlassventile 28, 30 sind einander hydraulisch parallel geschaltet; sie sind durch die Einlassbohrung 52 bzw. die Ventilbohrung 54 an einen gemeinsamen Bremsflüssigkeitsvorrat, beispielsweise einen nicht dargestellten Hauptbremszylinder oder einen nicht dargestellten Bremsflüssigkeitsvorrats­ behälter angeschlossen.

Das Ventilsitzteil 26 des Auslassventils 32 der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe 10 weist ein durchgehendes Mitteloch 66 auf, dessen dem Pumpenraum 24 abgewandte Mündung mit einem konischen Ventilsitz 68 ausgebildet ist. Eine Ventilschließfeder 70 in Form einer Schraubendruckfeder drückt eine Kugel, die einen Ventilschließkörper 72 bildet, gegen den Ventilsitz 68. Der Ventilschließkörper 72 und die Ventilschließfeder 70 des Auslassventils 32 sind in einem Sackloch 74 aufgenommen, das in einem Verschlussdeckel 76 angebracht ist. Der Verschlussdeckel 76 ist in die Pumpenbohrung 14 eingesetzt und durch eine umlaufende Verstemmung 78 des Pumpengehäuses 12 sowohl mechanisch gehalten als auch druckfest abgedichtet. Der Verschlussdeckel 76 hält das Ventilsitzteil 26 in der Stufe der Pumpenbohrung 14.

Während des Förderhubs des Pumpenkolbens 16 aus dem Pumpenraum 24 verdrängte Bremsflüssigkeit strömt durch das Mitteloch 66 und das Auslassventil 32 aus. Vom Auslassventil 32 strömt die Bremsflüssigkeit durch eine im Verschlussdeckel 76 angebrachte Radialnut, die einen Auslasskanal 80 bildet, in einen den Verschlussdeckel 76 umschließenden Ringkanal 82 und weiter in eine radiale Auslassbohrung 84.

Die erfindungsgemäße Kolbenpumpe 10 ist als Stufenkolbenpumpe mit einem Stufenkolben als Pumpenkolben 16 ausgebildet. Durch die Ausbildung des Pumpenkolbens 16 als Stufenkolben weist die Kolbenpumpe 10 einen den Pumpenkolben 16 im Bereich der Einlassbohrung 52 und der Querbohrungen 42 umschließenden Ringraum 86 auf, der Teil der Pumpenbohrung 14 ist. Ein Volumen des Ringraums 86 verändert sich während der Hubbewegung des Pumpenkolbens 16. Und zwar vergrößert sich das Volumen des Ringraums 86 während des Förderhubs und verkleinert sich das Volumen des Ringraums 86 während des Rückhubs des Pumpenkolbens 16.

Die Vergrößerung des Volumens des Ringraums 86 während des Förderhubs des Pumpenkolbens 16 bewirkt ein Ansaugen von Bremsflüssigkeit durch die Einlassbohrung 52 in den Ringraum 86 während des Förderhubs des Pumpenkolbens 16. Während des Rückhubs des Pumpenkolbens 16 verkleinert sich zwar das Volumen des Ringraums 86; zugleich vergrößert sich allerdings das Volumen des Pumpenraums 24, wobei die Volumenvergrößerung des Pumpenraums 24 aufgrund seiner größeren Querschnittsfläche größer als die Verkleinerung des Volumens des Ringraums 86 ist. Da während des Rückhubs des Pumpenkolbens 16 das am Pumpenkolben 16 angebrachte Einlassventil 28 geöffnet ist und der Ringraum 86 durch die Querbohrungen 42 und die Axialbohrung 40 im Pumpenkolben 16 mit dem Pumpenraum 24 kommuniziert, ergibt sich insgesamt eine Volumenvergrößerung der Volumina des Pumpenraums 24 und des Ringraums 86. Dadurch wird auch während des Rückhubs des Pumpenkolbens 16 Bremsflüssigkeit durch die Einlassbohrung 52 angesaugt. Durch die Ausbildung als Stufenkolbenpumpe saugt die erfindungsgemäße Kolbenpumpe 10 sowohl während des Förderhubs als auch während des Rückhubs des Pumpenkolbens Bremsflüssigkeit an.

Durch die Ausbildung der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe 10 mit zwei Einlassventilen 28, 30 sind Strömungsquerschnitte im Pumpeneinlass insgesamt vergrößert. Dadurch ist eine Füllung des Pumpenraums 24 mit Bremsflüssigkeit während des Rückhubs des Pumpenkolbens 16 verbessert. Die verbesserte Füllung des Pumpenraums 24 wirkt sich insbesondere bei zähflüssiger, kalter Bremsflüssigkeit aus, bei der eine Förderleistung und ein Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe 10 wesentlich erhöht sind. Um die Strömungsquerschnitte im Einlass der Kolbenpumpe 10 weiter zu vergrößern können zusätzlich Einlassventile wie das radial zur Pumpenbohrung 14 im Pumpengehäuse 12 angeordnete Einlassventil 30 vorgesehen werden (nicht dargestellt). Solche Einlassventile können dem dargestellten Einlassventil 30 gegenüberliegend und/oder zusätzlich sternförmig um den Pumpenraum 24 herum angeordnet werden. Sie brauchen nicht radial zur Pumpenbohrung 14 angeordnet sein, sondern können auch schräg oder in Sekantenrichtung in den Pumpenraum 24 münden.

Claims (5)

1. Kolbenpumpe mit einem Pumpenkolben, der axial verschieblich in einer Pumpenbohrung aufgenommen und der zu einer in der Pumpenbohrung axial hin- und hergehenden Hubbewegung antreibbar ist, und mit einem Einlassventil und einem Auslassventil zur Steuerung einer Richtung einer Fluidströmung durch die Kolbenpumpe, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenpumpe (10) mindestens zwei Einlassventile (28, 30) aufweist, die einander hydraulisch parallel geschaltet sind.

2. Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einlassventil (28) am Pumpenkolben (16) angebracht ist.

3. Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einlassventil (30) in einem Pumpengehäuse (12) angeordnet ist.

4. Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenpumpe (10) als Stufenkolbenpumpe (10) ausgebildet ist.

5. Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Ventile (28, 30, 32) als Rückschlagventile ausgebildet sind.