DE2914815A1

DE2914815A1 - Kolbenpumpe fuer eine hydraulische bremsanlage

Info

Publication number: DE2914815A1
Application number: DE19792914815
Authority: DE
Inventors: Glynn Phillip Reginald Farr
Original assignee: Girling Ltd
Current assignee: Girling Ltd
Priority date: 1978-04-11
Filing date: 1979-04-11
Publication date: 1979-10-18
Also published as: US4273516A; JPS54137103A; FR2422836A1

Description

PATENTANWÄLVE

WUESTHOFF - ν. PECHMANN - BEHRENS - GOETZ

professional representatives bepore the european patent oppice agrees pres i/office europeen des brevets

DR.-ING. FRANZ WUESTHOFF DR. PHIL. FREDA TiPUESTHOEF (1927-I956) DIPL.-ING. GERHARD PULS (1952-1971) DIPL.-CHEM. D?.. E. FREIHERR VON PECHMANN DR.-ING. DIETER BEHRENS DIPt.-ING.; DIPL.-VIRTSCH.-ING. RUPERT GOETZ

D-8000 MÜNCHEN SCHWEIGERSTRASSE

telefon: (089) 6620 51 telegramm: protectpatent telek: 524070

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11„ April 1979

Anmelder:

Girling Limited
Kings Road, Tyseley,
Birmingnam 11, West Midlands, Großbritannien

Titel t Kolbenpxunpe für eine hydraiaische Bremsanlage

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PATENTANWÄLTE

WUESTHOFF - ν. PECHMANN - BEHRENS - GOET2

PROFESSIONAL REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE MANDATAiRES agrees pres l'office europeen des brevets

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DR.-ING. FRANZ TUESTHOFF

iJR. PHIL. FREDA TPUESTHOFF (1927-I9J6)

DIPL₁-INCGERHARd puls (19J2-1971) DIPL.-CHEM. DR. E. FREIHERR VON PECHMANN DR.-ING. DIETER BEHRENS DIPL.-ING.; DIPL.-WIRTSCH.-ING. RUPERT GOETZ

D-.8000 MÜNCHEN 90 SCHWEIGERSTRASSE 2 telefon: (089) 66 20 ji telegramm: protectpatent telex: j24070

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Beschreibung

KoXbenumpe für eine hydraulische Bremsanlage

In hydraulischen Anlagen, bei denen eine Pumpe benutzt wird, um zum Füllen eines Speichers Fluid aus einem Behälter anzusaugen, ist normalerweise ein Druckregler erforderlich, um den Förderstrom aus der Pumpe zum Behälter zurückzuleiten, sobald der Speicher gefüllt ist. Da das Fluid kontinuierlich umgewälzt wird, wird an ihm ein unnötiger Arbeitsbetrag vernichtet. Es wäre daher ideal, wenn, nachdem der Speicher gefüllt worden ist, die Fluidumwälzung bei außer Betrieb gesetzter Pumpe stoppen würde.

Es ist bekannt, daß bei herkömmlichen selbstabschaltenden Benzin- oder Vakuumpumpen eine Feder benutzt wird, um einen Pumphub zu erzeugen, der gegen einen Exzenternocken—Trieb wirkt. Wenn ein gewünschter Druck erreicht ist, ist die Feder nicht in der Lage, den Ausgangsdruck zu überwinden, und folglich schaltet die Pumpe ab. Aufgrund praktischer Überlegungen ist eine solche Anordnung nicht auf eine hydraulische Pumpe anwendbar, welche hohe Drücke von etwa 13» 8 MN/m zu erzeugen

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vermag, die für mit hydraulischer Kraft betätigte Fahrzeug-Bremsanlagen benötigt werden. Der Grund hierfür liegt darin, daß die notwendige Federvorlast übermäßig groß sein müßte. Beispielsweise wäre bei einem Ausgangskolben von 9»5 mm Durchmesser eine Vorlast von 1000 N erforderlich.

Erfindungsgemäß hat eine Pumpe für eine hydraulische Bremsanlage ein Gehäuse, bei dem ein Einlaß an einen Behälter für Flüssigkeit anschließbar ist, ein Auslaß mit einem hydraulischen Speicher verbindbar ist, ein Pumpkolben in einer Bohrung im Gehäuse hin— und herbewegbar ist, um während eines Ansaughubes, der durch Bewegung des Pumpkolbens in einer ersten Sichtung gebildet wird, Flüssigkeit aus dem Einlaß und in eine Arbeitskammer anzusaugen, und während eines Druckhubes, der durch Bewegung des Pumpkolbens in der zweiten, entgegengesetzten Richtung gebildet wird, Flüssigkeit aus der Arbeitskammer zum Auslaß zu drücken, eine Antriebsvorrichtung, die den Pumpkolben in die erste Richtung zu drängen vermag, und Vorrichtungen, mit denen sich der Pumpkolben dem Druck am Auslaß aussetzen läßt, um ihn in die zweite Richtung zu bewegen.

Der Pumpkolben ist durch eine relativ weiche Feder in die zweite Richtung auch vorgespannt. Die Feder bewegt den Pumpkolben in die zweite Richtung nur dann, wenn am Auslaß kein oder ein sehr niedriger Druck herrscht, und die Wirkung der Feder beim Vorspannen des Pumpkolbens in die zweite Richtung nimmt mit ansteigendem Druck am Auslaß allmählich ab. Der Pumpkolben ist keiner anderen Federbelastung ausgesetzt.

Dadurch,daß der am Auslaß herrschende Druck, nämlich der Speicherdruck, benutzt wird, um zum Erzeugen des Druckhubes den Pumpkolben in die zweite Richtung zu drängen, ist es möglich, mit der Pumpe hohe Drücke zu erzeugen.

Zweckmäßigerweise ist der Pumpkolben außen gestuft, wobei der am Auslaß herrschende Druck auf eine Fläche wirkt, die größer

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ist als eine Fläche, die während der Ansaug- und Druckhübe auf die Arbeitsflüssigkeit wirkt, und die Antriebsvorrichtung weist einen Exzentertrieb auf, der auf das Ende des Pumpkolbens von kleinerer Fläche wirkt. Somit erzeugt die kleinere Fläche des Pumpkolbens in der Arbeitskammer einen Druck, der höher ist als der zu diesem Zeitpunkt im Speicher herrschende und auf die größere Fläche wirkende Druck.

Vorzugsweise ist zwischen der Arbeitskammer und dem Auslaß ein Druckbegrenzungsventil angeordnet, das Überlastung zu verhindern und den dem Auslaß zuführbaren Druck zu begrenzen vermag. Nachdem sich das Druckbegrenzungsventil bei einem als Abschaltdruck bekannten Druck geschlossen hat, um die Arbeitekammer vom Auslaß zu trennen, ist der Pumpkolben einem Druckgleichgewicht ausgesetzt, das ihn in der der größten Länge seines Ansaughubes entsprechenden Stellung stillhält, in welcher er sich bei unwirksam gemachter Antriebsvorrichtung selbsttätig abgeschaltet hat.

Das Druckbegrenzungsventil ist vorzugsweise so ausgelegt und angeordnet, daß es sich nur dann öffnet, wenn der Druck am Auslaß auf einen im voraus festgelegten, als Einschaltdruck bekannten Druck abgesunken ist. Dies gibt dem Speicher einen im voraus festgelegten Arbeitsbereich, in dem die Pumpe nicht arbeitet. Wenn das Druckbegrenzungsventil ein Ventilverschlußglied aufweist, das von einem Sitz durch die Last in einer Feder weggedrängt ist, die auf das Ventilverschlußglied über einen Begrenzungskolben wirkt, der auf Druck am Auslaß anspricht, ist der Abschaltdruck bestimmt durch die Kraft der Feder dividiert durch die Fläche des Begrenzungskolbens, und der Einsehaltdruck ergibt sich aus denselben Parametern, jedoch unter Berücksichtigung der jeweiligen Flächen des Differentialkolbens und der Fläche des Sitzes.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

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Pig. 1 einen Längsschnitt durch eine hydraulische Pumpe,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Achse des Pumpkolbens gemäß Fig. 1 und

Fig. 3 eine Endansicht der Pumpe.

Die dargestellte Pumpe hat ein Gehäuse 1 mit zwei längsgerichteten parallelen Bohrungen 2 und 3» die durch einen Querkanal 4 miteinander verbunden sind. Von der Bohrung 2 führt ein Auslaßkanal 4' in einen hydraulischen Speicher 5, der in Fig. 3 mit strichpunktierten Linien gezeichnet ist, während die Bohrung 3 über einen Auslaßkanal 6 mit nicht gezeichneten Fahrzeugbremsbetätigungsvorrichtungen verbindbar ist.

Beide Bohrungen 2 und 3 sind gestuft und weisen je vier Bohrungsäbschnitte mit stufenweise vergrößertem Durchmesser auf.

In den beiden Bohrungsabschnitten von größtem Durchmesser der Bohrung 3 ist eine außen becherförmige Hülse 9 angeordnet, die eine Blindbohrung 8 hat und deren geschlossenes Ende als Verschluß für das zugehörige Ende der Bohrung 3 wirkt. In der Blindbohrung 8 arbeitet ein Pumpkolben 7» der von einer mit ihm einstückigen Stange 10 getragen ist, die in einem Dichtglied 11 verschieblieh ist, welches in dem Bohrungsabschnitt der Bohrung 3 angeordnet ist, der dem Bohrungsabschnitt von kleinstem Durchmesser benachbart ist. Die Stange 10 greift an ihrem freien Ende an einem Bewegungsabnahmeoder Hubglied 12 an. Das Hubglied 12 ist seinerseits in dem Bohrungsabschnitt von kleinstem Durchmesser verschieblioh geführt und durch einen Exzentertrieb hin- und herbewegbar. Der Exzentertrieb ist als Nocken 13 ausgebildet, der mit einer Welle 14 fest bzw. einstückig verbunden ist. Die Welle 14 ist um eine zur Achse der Bohrung 3 rechtwinklige Achse drehbar.

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In der Bohrung 3 ist eine Arbeitskammer 15 zwischen dem Dichtglied 11 und einer kreisringförmigen Schulter 16 am Durchmesserübergang zwischen dem Pumpkolben 7 und der Stange 10 ausgebildet.

In der Bohrung 2 sind zwei normalerweise geschlossene, durch Federkraft vorgespannte Einwegventile 17 und 18 hintereinander angeordnet, welche die über die Arbeitskammer 15 bestehende Verbindung zwischen einem Einlaß 19, der an einen Behälter für unter atmosphärischem Druck stehendes hydraulisches Fluid anschließbar ist, und dem Speicher 5 zu steuern vermögen. Während eines Ansaughubes, bei dem der Pumpkolben 7 durch den treibendai Nocken 13 zum geschlossenen Ende der Hülse 9 hin bewegt wird, wird bei geschlossenem Einwegventil 18 Fluid am Einwegventil 17 vorbei und durch einen schräg verlaufenden Kanal 20 hindurch in die Arbeitskammer 15 angesaugt. Während eines Druckhubes, bei dem sich der Pumpkolben 7 in der entgegengesetzten Richtung bewegt, ist das Einwegventil 17 geschlossen und das Fluid in der Arbeitskammer 15 wird am Einwegventil 18 vorbei, das sich öffnet, in den Speicher 5 gedrückt.

Zwischen dem Einwegventil 18 und dem Speicher 5 ist ein Druckbegrenzungsventil 21 angeordnet. Beim gezeigten Beispiel hat das Druckbegrenzungsventil 21 ein Ventilverschlußglied 22 in Gestalt einer Kugel, das von einem Sitz 23 in einem Sitzträger 24 durch einen Abschnitt 25 von verkleinertem Durchmesser am freien inneren Ende eines Begrenzungskolbens 26 normalerweise weg gedrängt ist. Der Sitzträger 24 ist in den Bohrungsabschnitten von größtem Durchmesser der Bohrung 2 angeordnet. Der Begrenzungskolben 26 gleitet in einem Dichtglied 27 am inneren Ende eines Stopfens 28 für das offene äußere Ende des Sitzträgers 24 und ist von einer gefesselten Feder 29 nach innen vorgespannt, um das Ventilverschlußglied 22 gegen die Kraft in einer weichen Druckfeder 30 im Abstand vom Sitz 23 zu halten.

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Das Druckbegrenzungsventil 21 ist normalerweise geöffnet, so daß die Hin- und Herbewegung des Pumpkolbens 7 Fluid in der weiter oben beschriebenen Weise in den Speicher 5 pumpt. Wegen des Querkanals 4 wirkt der Druck im Speicher 5 auf die der Stange 10 abgewandte Fläche des Pumpkolbens 7 und drängt ihn in Richtung des Nockens 13» Da dieser Druck auf eine Fläche A^ wirkt, die größer ist als die Fläche A, der Schulter 16, übt er somit auf den Pumpkolben 7 eine Überschußkraft aus, die den Pumpkolben 7 um einen Betrag in die genannte Richtung drängt, der von der Kurvenfläche des Nockens 13 abhängig ist und den Druckhub bildet. Aufgrund des Unterschiedes zwischen den Flächen k-, und A. erzeugt somit ein auf die Fläche A-, wirkender niedrigerer Druck im Speicher 5 durch den Effekt der kleineren Fläche einen höheren Druck in der Arbeitskammer 15, der seinerseits dem Speicher 5 zugeführt wird.

Der Druck im Speicher 5 steigt weiter an, bis der auf die Fläche A₁ des Begrenzungskolbens 26 wirkende Druck bei einem Abschaltpunkt einen vorbestimmten Wert erreicht, der ausreicht, um die Last S in der Feder 29 zu überwinden, woraufhin sich das Druckbegrenzungsventil 21 schließt. Dies bedeutet, daß der Pumpkolben 7, nachdem er bei der nächsten Umdrehung des Nockens 13 den oberen Totpunkt erreicht hat, im wesentlichen in dieser Stellung bleibt und dadurch zuläßt, daß sich der Nocken 13 und die Welle 14 frei drehen, ohne daß irgendwelches Fluid umgewälzt wird. Sobald sich das Druckbegrenzungsventil 21 schließt, steigt ferner der Druck an der dem Begrenzungskolben 26 abgewandten Seite des Ventilverschlußgliedes 22 auf einen Wert an, der durch den Unterschied zwischen den Flächen A-, und A. bestimmt ist. Dieser Druck wirkt auf die Fläche A₂ des Ventilsitzes 23 und verstärkt die &r Last in der Feder 29 entgegenwirkende Kraft. Dies hat zur Wirkung, daß das Druckbegrenzungsventil 21 daran gehindert wird, sich bei Absinken des Druckes im Speicher 5 zu öffnen, wenigstens bis zum Erreichen eines Einschaltpunktes bei einem Druck, der niedriger ist als der Druck, bei dem sich das Druckbegrenzungsventil 21 geschlossen hat.

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Der Druck PO im Abschaltpunkt ist bestimmt durch die Gleichung

der Druck PI im Einschaltpunkt durch die Gleichung

P₁ S

A₁ + (-T^ 1 ) A₉

I A₄ <L

worin Ap die Fläche des Ventilsitzes 23 für das Ventilverschlußglied 22 bedeutet.

Ausgehend von S = 180 N; A₁ = 20 . 10~⁶ m²; A₉ = 13 . 10~⁶ m²;

/T₉ f, O

A, = 80 . 10" m und A. = 50 . 10" m ergibt sich dann für

PO = —I⁸-⁰.—- = 9 MN/m² a 90 bar, und für 20 . 10~^b

180

20 . 10~⁶ + ( - 1) 13 . ΙΟ"⁶ 50 . 10~^ö

¹⁸⁰ = 6,47 MN/m²ot 65 bar.

20 . 10~⁶ + 7,8 . 10~⁶

Dies ergibt für den Speicher 5 einen vernünftigen Arbeitsbereich.

Der Pumpkolben 7 ist zum Nocken 13 hin durch eine Feder vorgespannt, die dazu dient, den Druckhub zu erzeugen, wenn der Speicher 5 völlig geleert ist. Ihre Wirkung nimmt mit ansteigendem Speicherdruck ab. Da die Fläche A-, größer ist als die Fläche A^,, wird weniger Fluid in den Speicher 5 gedrückt, als entnommen wird. Jedoch wird beim nächsten Ansaughub etwas Fluid in die Arbeitskammer 15 angesaugt und beim folgenden Druckhub zum Speicher 5 gefördert. Deshalb bewegt sich der Pumpkolben 7 beim folgenden Ansaughub gegen

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den Druck im Speicher 5» so daß durch diesen Druck wenigstens ein Teil des Druckhubes unterstützt wird.

Die beschriebene Pumpe ist mit herkömmlicher Bremsflüssigkeit oder mit dem üblicheren mineralischen Fluid betreibbar. Sie
liefert im Leerlauf ein Minimum an Antriebsdrehmoment, da
der Pumpkolben 7 im oberen Totpunkt abgeschaltet ist.

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Claims

dr.-ing. franz wuesthoff PATENTAIsTK ALTj _dr_ _{phil- preda} -wuesthoff (1927-1956)

WUESTHOFF - v. PECHMANN - BEHRENS - GOETZ dipl.-_INg. gekhard puls d_9S 2-1971)

DIPl.-CHEM. DR. E. FREIHERR VON PECHMANN PROFESSIONAL REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE DR.-ING. DIETER BEHRENS

MANDATAIRES AGREES PRES l'oFFICE EUROPEEN DES BREVETS DIPt₁-ING.; DIPL.-WIRTSCH.-ING. RUPERT GOETZ

D-8000 MÜNCHEN 90 2914815 SCHWEIGERSTRASSE 2

telefon: (089) 66 20 51 telegramm: protectpatent telex: j24070

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Patentansprüche

Kolbenpumpe für eine hydraulische Bremsanlage mit einem hydraulischen Speicher, in dessen Gehäuse ein in einer Bohrung hin- und herbewegbarer Pumpenkolben der von einer Antriebsrichtung in Richtung des Saughubes antreibbar ist, während des Ansaughubes Flüssigkeit aus einem angeschlossenen Vorratsbehälter in die Arbeitskammer der Pumpe über ein vorgespanntes Einlaßventil ansaugt und während des Druckhubs die Flüssigkeit über ein vorgespanntes Auslaßventil zu einem Auslaß hin abgibt, an den der hydraulische Speicher angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet , daß der Pumpkolben (7) auf der der Arbeitskammer (15) abgewandten Kolbenfläche (A.,) , die größer als dessen Arbeitsfläche in der Arbeitskammer ausgebildet ist, dem Druck im Auslaß (4') ausgesetzt ist.
2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpkolben (7) durch eine relativ weiche Feder (31) zusätzlich in Richtung des Druckhubes vorgespannt ist.
3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung einen Exzentertrieb (Nocken 13) aufweist, der auf der Seite der Arbeitskammer auf den Pumpkolben (7) wirkt.

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4. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e kennzeich net, daß zwischen dem Auslaß (4¹) und dem Auslaßventil (18) ein Druckbegrenzungsventil (21) zur Verhinderung einer Überlastung und zur Begrenzung des dem Auslaß (4") zuführbaren Drucks vorgesehen ist.
5. Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Druckbegrenzungsventil (21) erst wieder öffnet, wenn der Druck am Auslaß (4¹) auf einen bestimmten niedrigeren Einschaltdruck (PI) abgesunken ist.
6. Pumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilverschlußglied (22) des Druckbegrenzungsventils (21) ein von seinem Sitz (23) durch die Kraft einer Feder (29) weggedrängt ist, die auf das Ventilverschlußglied (22) über einen Begrenzungskolben (2 6) wirkt, auf den in entgegengesetzter Richtung der Druck im Auslaß (4¹) wirkt.

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