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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Pumpe zum Fördern eines Bremsfluids in
einer Bremsanlage, wobei Pumpenelemente der Pumpe in Reihe angeordnet
sind. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Bremsanlage
mit einer dementsprechenden Pumpe.
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Pumpen
zur Förderung
von Bremsfluid für Bremsanlagen
sind aus dem Stand der Technik bekannt. Hierbei wird üblicherweise
abhängig
von der Auslegung der Bremsanlage eine einzelne Pumpe oder mehrere
parallel zueinander geschaltete Pumpen verwendet. Somit saugt jede
Pumpe einzeln selbständig
an und fördert
dann bei jedem Kolbenhub der Pumpe von dem Ausgangsdruck zum Systemdruck
der Bremsanlage. Insbesondere, wenn mehrere Pumpen parallel zueinander
geschaltet sind, ergibt sich im Hydraulikaggregat ein großer Leitungs-
und Bohrungsaufwand. Weiterhin weisen die bekannten Pumpen eine
erhebliche Saugpulsation und Druckpulsation auf, was zu einer hohen
Geräuschbelastung
führt.
Darüber
hinaus wurde festgestellt, dass es zu einem vollständigen Ausfall
des Hydraulikaggregats kommen kann, wenn die Pumpe Luft ansaugt. Sollte
die Pumpe Luft ansaugen bzw. große Luftblasen im Bremsfluid
vorhanden sein, welche angesaugt werden, kann es vorkommen, dass
die Pumpe diese Luft nicht mehr aus dem Hubraum fördern kann.
Dadurch tritt ein Förderstopp
an dieser Pumpe auf. Weiterhin sind die Bauteile der Pumpe aufgrund des
relativ großen
Druckunterschieds von ca. 200 × 105 Pa großen
mechanischen Belastungen ausgesetzt, welche sich nachteilig auf
die Haltbarkeit und die Verschleißsituation der Pumpe auswirken.
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Vorteile der
Erfindung
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Eine
erfindungsgemäße Pumpe
zum Fördern
eines Bremsfluids in einer Bremsanlage gemäß den Merkmalen des Patentanspruches
1 weist demgegenüber
den Vorteil auf, dass eine Geräuschentwicklung
aufgrund einer verringerten Saugpulsation und einer verringerten
Druckpulsation deutlich reduziert ist. Weiterhin weist die erfindungsgemäße Pumpe
den entscheidenden Vorteil auf, dass auch bei einem Ansaugen von
Luft es nicht zu einem Ausfall der Pumpe kommt, was bei der Verwendung
in Bremsanlagen aus Sicherheitsgründen sehr wichtig ist. Darüber hinaus
werden die mechanischen Belastungen für die Pumpe reduziert, so dass
die erfindungsgemäße Pumpe
eine deutlich verlängerte
Lebensdauer und einen geringeren Verschleiß aufweist. Erfindungsgemäß wird dies
dadurch erreicht, dass die Pumpe ein erstes und ein zweites Pumpenelement umfasst,
wobei ein Sauganschluss des zweiten Pumpenelements am Druckanschluss
des ersten Pumpelements angeordnet ist. Mit anderen Worten sind
die beiden Pumpenelemente der Pumpe in Reihe angeordnet, so dass
das erste Pumpenelement nicht direkt in einen Druckspeicher der
Bremsanlage fördert, sondern
zum Sauganschluss des zweiten Pumpenelements. Dadurch wird einerseits
die Förderhöhe der einzelnen
Pumpenelemente reduziert und andererseits führt ein Ansaugen von Luft nicht
sofort zu einem Systemausfall. Dies kann deshalb erreicht werden,
da wenn das erste Pumpenelement Luft angesaugt hat, beim nächsten Pumpenhub
des zweiten Pumpenelements diese Luft durch das zweite Pumpenelement
aus dem Hubraum des ersten Pumpenelements angesaugt wird, so dass
anschließend
wieder Bremsfluid in den Raum des ersten Pumpenelements nachströmen kann.
Falls sich Luft im zweiten Pumpenelement befinden sollte, wird diese
durch nachgefördertes
Bremsfluid vom ersten Pumpenelement aus dem zweiten Pumpenelement
verdrängt, so
dass ein Förderstopp
aufgrund von Luft im Hubraum eines der Pumpenelemente vermieden
werden kann. Somit kann erfindungsgemäß ein Pumpenelement aktiv das
andere Pumpenelement bei einem eventuellen Vorhandensein von Luft
im Hubraum wieder aktivieren.
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Die
Unteransprüche
zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Um
eine besonders kompakte und kostengünstige Pumpe für eine Bremsanlage
bereitzustellen, werden das erste und das zweite Pumpenelement vorzugsweise
von einem gemeinsamen Antrieb angetrieben. Besonders bevorzugt umfasst
der Antrieb dabei einen Exzenter, welcher ein Kolben des ersten
Pumpenelements und einen Kolben des zweiten Pumpenelements antreibt.
Um einen besonders kompakten Aufbau bereitzustellen, ist das erste Pumpenelement
zum zweiten Pumpenelement vorzugsweise in einem Winkel zwischen
80° bis
130° angeordnet.
Besonders bevorzugt sind die beiden Pumpenelemente in einem Winkel
von 90° oder
120° zu einander
angeordnet.
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Weiter
bevorzugt ist zwischen dem ersten und dem zweiten Pumpenelement
ein zusätzliches Dämpfungsvolumen
vorgesehen. D.h. zwischen dem ersten und dem zweiten Pumpenelement
wird neben dem durch das Volumen der Verbindungsleitung zwischen
den beiden Pumpenelementen bereitgestellte Volumen noch ein zusätzliches
Dämpfungsvolumen vorgesehen.
Dies kann beispielsweise durch Verwendung einer Verbindungsleitung
mit einem deutlich vergrößerten Durchmesser
erfolgen oder in der Verbindungsleitung wird ein zusätzlicher
Dämpfungsraum
oder eine Abzweigung zu einem zusätzlichen Dämpfungsraum vorgesehen, um
das Dämpfungsvolumen
bereitzustellen. Dieses zusätzliche
Dämpfungsvolumen
dient insbesondere zur Verringerung der Pulsation während der
Förderung,
so dass eine Geräuschentwicklung
während
des Betriebes signifikant verringert werden kann.
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Vorzugsweise
fördert
das erste Pumpenelement das Bremsfluid von einem Ausgangsdruck auf einen
ersten Druck und das zweite Pumpenelement fördert das Bremsfluid von dem
ersten Druck auf den Systemdruck der Bremsanlage, wobei der erste Druck
ungefähr
halb so groß wie
der Systemdruck ist. Beispielsweise fördert das erste Pumpenelement
das Bremsfluid vom Umgebungsdruck auf ungefähr 100 × 105 Pa
und das zweite Pumpenelement fördert
das Bremsfluid dann auf ca. 200 × 105 Pa,
wobei der Umgebungsdruck ca. 1 × 105 Pa beträgt.
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Eine
besonders kostengünstige
Pumpe kann bereitgestellt werden, wenn eine Zylinderbohrung des
ersten Pumpenelements gleich einer Zylinderbohrung des zweiten Pumpenelements
ist. Dadurch können
eine Vielzahl von gleichen Teilen verwendet werden, so dass sich
die Herstellungskosten deutlich reduzieren. Die gewünschten
Druckhöhen
können dabei
durch unterschiedliche Hubhöhen
angepasst werden.
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Es
sei angemerkt, dass es selbstverständlich auch denkbar ist, an
Stelle von zwei auch mehrere Pumpenelemente vorzusehen, welche in
Reihe geschaltet sind. Durch diese Maßnahme können beispielsweise drei oder
mehr Pumpenelemente in Reihe geschaltet werden, so dass sich die
einzelnen Förderhöhen der
jeweiligen Pumpenelemente entsprechend der Anzahl der verwendeten
Pumpenelemente reduzieren können.
Dadurch kann die Verwendung von weniger druckfesten Materialien
und Bauteilen ermöglicht
werden. Dabei kann zwischen allen Pumpenelementen jeweils ein zusätzliches Dämpfungsvolumen
vorgesehen sein. Die Anzahl der verwendeten Pumpenelemente ist dabei
abhängig
von der gewünschten
Verwendung, insbesondere von dem notwendigen Systemdruck für die Bremsanlage.
Abhängig
vom Systemdruck, der Drehzahl des Antriebs und der verwendeten Anzahl
von Pumpenelementen kann das Dämpfungsvolumen
zwischen den Pumpenelementen bestimmt werden, um eine minimale Geräuschbelastung
zu erhalten.
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Die
erfindungsgemäße Pumpe
wird insbesondere in Bremsanlagen von Fahrzeugen zur Förderung
eines Bremsfluids verwendet. Als Bremsanlagen kommen dabei insbesondere
elektrohydraulische Bremsanlagen oder ABS-Systeme o.Ä. in Frage.
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Zeichnung
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf die einzige Figur eine Pumpe gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung beschrieben. In der Zeichnung ist:
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1 eine
schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Pumpe zum Fördern von
Bremsfluid.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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1 zeigt
eine Pumpe 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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Die
Pumpe 1 umfasst ein erstes Pumpenelement 2 und
ein zweites Pumpenelement 3, welche in Reihe geschaltet
sind. Mit anderen Worten sind die beiden Pumpenelemente hydraulisch
hintereinander angeordnet, so dass ein Druckanschluss 2b des
ersten Pumpenelements mit dem Sauganschluss 3a des zweiten
Pumpenelements 3 verbunden ist. Wie in 1 gezeigt,
saugt das erste Pumpenelement 2 aus einem Saugbehälter 4 über eine
Saugleitung 5 und den Sauganschluss 2a Bremsfluid
an. Das Bremsfluid weist dabei einen Druck P1 auf, welcher ungefähr dem Umgebungsdruck
(1 × 105 Pa) entspricht. Durch das erste Pumpenelement 2 erfolgt eine
Druckerhöhung
vom Ausgangsdruck P1 auf einen Zwischendruck P2, welcher in einer
Verbindungsleitung 6 zwischen dem ersten Pumpenelement 2 und
dem zweiten Pumpenelement 3 herrscht. Der Druck P2 beträgt ungefähr 100 × 105 Pa. Das zweite Pumpenelement 3 saugt
das in der Verbindungsleitung 6 befindliche Bremsfluid über dem Sauganschluss 3a an
und gibt es über
den Druckanschluss 3b in die Druckleitung 7 ab,
welche mit einem Druckspeicher 8 der Bremsanlage verbunden
ist. In der Druckleitung 7 bzw. in dem Druckspeicher 8 herrscht
dabei ein Druck P3, welcher ungefähr 200 × 105 Pa
beträgt.
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Somit
erfolgt erfindungsgemäß eine mehrstufige
Druckerhöhung,
wodurch sowohl die Saugpulsation als auch die Druckpulsationen reduziert werden.
Da das erste Pumpenelement 2 in den Hubraum des zweiten
Pumpenelements 3 fördert
bzw. das zweite Pumpenelement 3 aus dem Hubraum des ersten
Pumpenelements 2 ansaugt, wird selbst bei Vorhandensein
von Luft in einem der beiden Hubräume der Pumpenelemente kein
Ausfall der Pumpe 1 auftreten.
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Wie
weiter aus 1 ersichtlich ist, wird ein Kolben 10 des
ersten Pumpenelements 2 und ein Kolben 11 des
zweiten Pumpenelements 3 mittels eines Exzenters 9 mit
einer Exzenterdrehachse E angetrieben. Dadurch kann ein besonders
kompakter und kostengünstiger
Aufbau erhalten werden. Wie weiterhin aus 1 ersichtlich
ist, wird durch die erfindungsgemäße Reihenschaltung der Pumpenelemente
auch der Aufwand für
Leitungen und Bohrungen im Hydraulikaggregat verringert. In dem
in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt ein Winkel α zwischen
dem ersten Pumpenelement 2 und dem zweiten Pumpenelement 3 genau
90°. Weiterhin
weisen die beiden Pumpenelemente 2, 3 die gleiche
Zylinderbohrung auf, so dass gleiche Bauteile für die Pumpenelemente verwendet
werden können.
Dies ergibt eine weitere Kostenreduktion und macht sich insbesondere
hinsichtlich der Kosten bemerkbar, da es sich bei derartigen Pumpen
für Bremsanlagen
um Massenbauteile handelt, welche in großen Stückzahlen hergestellt werden.
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In
dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel soll ein Durchmesser
der Verbindungsleitung 6 größer sein als ein Durchmesser
der Saugleitung 5 bzw. der Druckleitung 7. Dadurch
wird ein zusätzliches
Dämpfungsvolumen
in der Verbindungsleitung 6 bereitgestellt, wodurch eine
verbesserte Dämpfung der
Pulsationen, insbesondere der Druckpulsation des ersten Pumpenelements 2 und
der Saugpulsation des zweiter Pumpenelements 3 reduziert
wird. Als Alternative zu einer Verbindungsleitung mit größerem Durchmesser
ist in 1 gestrichelt ein zusätzliches Dämpfungsvolumen 12 eingezeichnet,
welches mit der Verbindungsleitung 6 in Verbindung steht.
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Weiterhin
kann durch die Reihenschaltung eine gleichgerichtete Strömungsrichtung
im Fluidpfad erhalten werden, wodurch sich insbesondere im Vergleich
mit dem Stand der Technik auch eine Reduzierung der Saugpulsation
an der Saugleitung 5 ergibt. Durch die Halbierung der Förderhöhe im gezeigten
Ausführungsbeispiel
aufgrund der Reihenschaltung der Pumpenelemente 2, 3 wird
auch ein Anlaufstrom für
einen nicht dargestellten Antrieb der Pumpenelemente reduziert,
was sich positiv auf die Verfügbarkeit
des Bordnetzes des Fahrzeugs auswirkt.
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Es
sei angemerkt, dass 1 nur eine sehr schematische
Darstellung einer erfindungsgemäßen Pumpe
ist, bei welcher insbesondere die Saug- und Druckventile der Pumpenelemente
sowie weitere Einzelheiten der Pumpenelemente nicht dargestellt sind.
Die Pfeile in 1 im Fluidpfad kennzeichnen lediglich
die Strömungsrichtung
des Bremsfluids vom Saugbehälter 4 zum
Druckspeicher 8 durch die Pumpenelemente.
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Es
sei weiterhin angemerkt, dass die Verwendung von genau zwei Pumpenelementen
hinsichtlich des Bauraums und der Herstellungskosten besonders vorteilhaft
ist. Zwar könnten
die Pulsationen bei Verwendung von mehreren Pumpenelementen noch
weiter reduziert werden, jedoch steigen dadurch aufgrund der größeren Anzahl
von Pumpenelementen die Herstellungskosten und der notwendige Bauraum.