DE102004061813A1

DE102004061813A1 - Kolbenpumpe mit wenigstens einem Kolbenelement

Info

Publication number: DE102004061813A1
Application number: DE102004061813A
Authority: DE
Inventors: Norbert Alaze
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-12-22
Filing date: 2004-12-22
Publication date: 2006-07-06
Also published as: US20090269230A1; JP2008524512A; CN100529391C; US8118573B2; EP1831548A1; WO2006067076A1; CN101087948A

Abstract

Es wird eine Kolbenpumpe (1A, 1B) mit wenigstens einem über eine Antriebseinrichtung (2) antreibbaren und in einem Gehäuse (3) längsbeweglich angeordneten Kolbenelement (4A, 4B) und mit einem von dem Kolbenelement (4A, 4B) und wenigstens einem gehäusefesten Bauteil (8A, 8B, 9A, 9B) begrenzten ersten Druckraum (10A, 10B) beschrieben. Der erste Druckraum (10A, 10B) ist über eine Einlassventileinrichtung (13A, 13B) mit einem Saugbereich (12A, 12B) verbindbar und über eine Auslassventileinrichtung (11A, 11B) mit einer Förderseite (7A, 7B) in Wirkverbindung bringbar. Des Weiteren ist eine ebenfalls von der Antriebseinrichtung (2) antreibbare Ausgleichskolbeneinheit (6A, 6B) vorgesehen, dessen Arbeitskolbenraum (6A_K, 6B_K) mit der Förderseite (7A, 7B) in Verbindung steht. Ein Hubvolumen des ersten Druckraums (10A, 10B) ist doppelt so groß wie ein Hubvolumen des Arbeitskolbenraums (6A_K, 6B_K). Von dem Kolbenelement (4A, 4B) und wenigstens einem gehäusefesten Bauteil (8A, 8B, 9A, 9B) ist ein zweiter mit dem ersten Druckraum (10A, 10B) während eines Saughubs des Kolbenelements (4A, 4B) in Wirkverbindung stehender und mit dem Saugbereich (12A, 12B) verbundener Druckraum (15A, 15B) begrenzt, dessen Volumen in Abhängigkeit einer Bewegung des Kolbenelements (4A, 4B) jeweils um das halbe Hubvolumen des ersten Druckraums (10A, 10B) variiert, wobei sich das Volumen des zweiten Druckraums (15A, 15B) bei einem das Volumen des ersten Druckraums (10A, 10B) verkleinernden Förderhub des ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe mit wenigstens einem über eine Antriebseinrichtung antreibbaren und in einem Gehäuse längsbeweglich angeordneten Kolbenelement gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.

Aus der WO 01/81761 A1 ist eine Kolbenpumpe mit zwei über eine Antriebseinrichtung antreibbaren und in einem Gehäuse längsbeweglich angeordneten Kolbenelementen bekannt. Die Kolbenelemente begrenzen gemeinsam mit einem Gehäuse jeweils einen Druckraum, dessen Volumen in Abhängigkeit einer Kolbenbewegung variiert. Die Druckräume sind sowohl mit der Saugseite bzw. einem Saugbereich als auch mit der Druckseite bzw. einer Förderseite der Kolbenpumpe verbunden, wobei während eines Saughubs der Kolbenelemente jeweils Hydraulikfluid in den betreffenden und durch eine stetige Volumenzunahme gekennzeichneten Druckraum angesaugt und während eines Förderhubs des Kolbenelements Hydraulikfluid aus dem dann durch eine stetige Volumenabnahme gekennzeichneten Druckraum in Richtung der Förderseite geführt wird. Des Weiteren ist die Förderseite der Kolbenpumpe jeweils mit einem Arbeitskolbenraum einer Ausgleichskolbeneinheit verbunden, deren Ausgleichskolben von der Antriebseinrichtung ebenfalls in Längsrichtung in dem Gehäuse zwischen einem oberen und einem unteren Totpunkt hin und her bewegt wird.

Um eine Druckpulsation auf der Förderseite der Kolbenpumpe zu vergleichmäßigen, werden das Kolbenelement und die damit korrespondierende Ausgleichskolbeneinheit jeweils um 180° phasenversetzt zueinander angesteuert, so dass sich der Ausgleichskolben der Ausgleichskolbeneinheit in seinem unteren Totpunkt befindet, wenn das damit korrespondierende Kolbenelement in seinem oberen Totpunkt angeordnet ist.

Darüber hinaus sind die Ausgleichskolben gestuft ausgeführt, um eine saugseitige Druckpulsation der Zweikolbenpumpe im Vergleich zu herkömmlichen Zweikolbenpumpen ohne Ausgleichskolben zu vergleichmäßigen. Dies beruht auf der Kenntnis, dass die saugseitige Fördercharakteristik einer Kolbenpumpe durch die Verwendung einer so genannten Stufenkolbenpumpe im Wesentlichen in gleichem Umfang vergleichmäßigbar ist, wie die druckseitige Fördercharakteristik durch die Kombination der Pumpenkolbenelemente mit den Ausgleichskolben.

Nachteilig dabei ist jedoch, dass die für die Vergleichmäßigung der saugseitigen Druckpulsation eingesetzten Wirkflächen der gestuften Ausgleichskolben durch die mit einem Exzenter der Antriebseinrichtung zusammenwirkende Kolbenstange derart begrenzt ist, dass eine angestrebte Vergleichmäßigung der saugseitigen Druckpulsation nicht in dem gewünschten Umfang erzielbar ist.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Kolbenpumpe ist mit wenigstens einem über eine Antriebseinrichtung antreibbaren und in einem Gehäuse längsbeweglich angeordneten Kolbenelement und mit einem von dem Kolbenelement und wenigstens einem gehäusefesten Bauteil begrenzten ersten Druckraum, der über eine Einlassventileinrichtung mit einer Saugseite der Kolbenpumpe verbindbar ist und der über eine Auslassventileinrichtung mit einer Förderseite der Kolbenpumpe in Wirkverbindung bringbar ist, ausgeführt. Des Weiteren ist eine ebenfalls von der Antriebseinrichtung antreibbare Ausgleichskolbeneinheit vorgesehen, deren Arbeitskolbenraum mit der Förderseite in Verbindung steht. Ein Hubvolumen des ersten Druckraums ist doppelt so groß wie das Hubvolumen der Ausgleichskolbeneinheit.

Die saugseitige Druckpulsation der Kolbenpumpe nach der Erfindung ist im Vergleich zu einer aus dem Stand der Technik bekannten Einkolbenpumpe verbessert, da ein mit dem Saugbereich der Kolbenpumpe verbundener und mit dem ersten Druckraum während eines Saughubs des Kolbenelements in Wirkverbin dung stehender zweiter Druckraum, der von dem Kolbenelement und wenigstens einem gehäusefesten Bauteil begrenzt ist, vorgesehen ist, dessen Volumen in Abhängigkeit einer Bewegung des Kolbenelements jeweils um das halbe Hubvolumen des ersten Druckraums variiert. Das Volumen des zweiten Druckraums vergrößert sich bei einem das Volumen des ersten Druckraums verkleinernden Förderhub des Kolbenelements und verkleinert sich während eines das Volumen des ersten Druckraums vergrößernden Saughubs des Kolbenelements.

Damit wird das Hubvolumen des ersten Druckraums bei der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe im Gegensatz zu einer herkömmlichen Kolbenpumpe, bei der das Hubvolumen des ersten Druckraums in vollem Umfang während des Saughubs des Kobenelements aus dem Saugbereich angesaugt wird, jeweils zur Hälfte während der Saugphase des ersten Druckraums und während der Förderphase des ersten Druckraums aus dem Saugbereich angesaugt. Das während der Förderphase der Kolbenpumpe nach der Erfindung aus dem Saugbereich angesaugte halbe Hubvolumen wird zunächst in den zweiten Druckraum geführt und während des Saughubs des Kolbenelements, während dem das Volumen des zweiten Druckraums um das halbe Hubvolumen des ersten Druckraums verkleinert wird, in den ersten Druckraum eingeleitet.

Die vorbeschriebene Funktionalität des zweiten Druckraums resultiert aus der Anordnung des zweiten Druckraums zwischen dem Saugbereich der Kolbenpumpe und dem ersten Druckraum und der jeweils gegensätzlichen Volumenänderungen der beiden Druckräume in Abhängigkeit der Bewegung des Kolbenelements.

Der zweite Druckraum stellt somit einen während der Förderphase des ersten Druckraums befüllbaren Zwischenspeicher dar, der während der Saugphase des ersten Druckraums aufgrund seiner Volumenverkleinerung entleert wird und dabei das halbe Hubvolumen des ersten Druckraums an diesen abgibt. Der restliche zur vollständigen Befüllung des ersten Druckraums benötigte Anteil an Hydraulikfluid wird während der Saugphase des ersten Druckraums aus dem Saugbereich der Kolbenpumpe entnommen. Diese Vorgehensweise führt auf einfache Art und Weise zu einer Verminderung der Flüssigkeitsreibung im Saugbereich, wodurch wiederum eine verminderte Geräuschentwicklung im Betrieb einer Kolbenpumpe erreicht wird.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes nach der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.

Zeichnung
In der Zeichnung ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgebildeter Kolbenpumpen schematisch vereinfacht dargestellt, welches in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert wird. Es zeigt:
1 einen schematisierten Längsschnitt erfindungsgemäßer Kolbenpumpen;
2 eine stark schematisierte Teilansicht einer Antriebseinrichtung der Kolbenpumpen gemäß 1; und
3 einen saugseitigen Druckpulsationsverlauf einer der Kolbenpumpen gemäß 1 im Vergleich zu einer lediglich während des Saughubs des Kolbenelements ansaugenden Kolbenpumpe.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
1 zeigt eine Längsschnittansicht durch zwei als Ein-Kolbenpumpen ausgeführte Kolbenpumpen 1A, 1B welche jeweils ein über eine Antriebseinrichtung 2 antreibbares und in einem Gehäuse 3 längsbeweglich angeordnetes Kolbenelement 4A, 4B umfassen. Die Kolbenpumpen 1A, 1B weisen grundsätzlich denselben Aufbau auf, weshalb bei der nachfolgenden Beschreibung der Kolbenpumpen 1A und 1B jeweils lediglich auf eine der Kolbenpumpen 1A oder 1B Bezug genommen wird und in der Zeichnung gleiche Bauteile jeweils mit denselben Bezugszeichen in Kombination mit dem Buchstaben A oder B bezeichnet werden.
Beiden Kolbenpumpen 1A und 1B ist jeweils eine Ausgleichskolbeneinheit 6A, 6B zugeordnet, wobei jeweils ein Arbeitskolbenraum 6A_K bzw. 6B_K der Ausgleichskolbeneinheiten 6A, 6B jeweils mit einer Förderseite 7A, 7B der Kolbenpumpen 1A, 1B verbunden ist.
Das Kolbenelement 4A der Kolbenpumpe 1A begrenzt gemeinsam mit zwei gehäusefesten Einsatzelementen 8A, 9A einen ersten Druckraum 10A, der über eine Auslassventileinrichtung 11A mit der Förderseite 7A der Kolbenpumpe 5A verbindbar ist. Des Weiteren ist der erste Druckraum 10A über eine Einlassventileinrichtung 13A mit einem Saugbereich 12A der Kolbenpumpe 1A verbindbar, wobei der erste Druckraum 10A während eines das Volumen des ersten Druckraums 10A verkleinernden Verdichtungshubs bzw. Förderhubs des Kolbenelements 4A über die Einlassventileinrichtung 13A gegenüber dem Saugbereich 12A getrennt ist.
Die Wirkungsweise der Auslassventileinrichtung 11A, welche vorliegend mit einem in Schließrichtung der Auslassventileinrichtung 11A angefederten kugelförmigen Dichtelement 5A ausgeführt ist, ist derart, dass die Auslassventileinrichtung 11A während eines Förderhubs des Kolbenelements 4A bei Erreichen eines definierten Druckwerts in dem ersten Druckraum 10A von dem Einsatzelement 9A abhebt und in dem ersten Druckraum 10A befindliches Hydraulikfluid in Richtung der Förderseite 7A der Kolbenpumpe 1A geführt wird.
Gleichzeitig ist die mit einem scheibenartig ausgeführten Dichtelement 14A ausgeführte Einlassventileinrichtung 13A geschlossen, so dass während des Förderhubs des Kolbenelements 4A die Verbindung zwischen dem ersten Druckraum 10 und dem Saugbereich 12 unterbrochen ist.
Die Kolbenelemente 4A und 4B der Kolbenpumpen 1A und 1B sowie die jeweils damit korrespondierenden Ausgleichskolbeneinheiten 6A und 6B liegen mit ihren der Antriebseinrichtung 2 zugewandten Stirnseiten jeweils an einem von zwei Exzenterelementen 2A, 2B an, welche drehfest mit einer Antriebswelle 2C der Antriebseinrichtung 2 verbunden sind. Die beiden Exzenterelemente 2A und 2B sind jeweils mit der gleichen Exzentrizität ausgeführt und in der in 2 näher dargestellten Art und Weise versetzt zueinander am Umfang der Antriebswelle 2C positioniert, dass die mit dem Exzenterelement 2B in Wirkverbindung stehenden Ausgleichskolbeneinheiten 6A und 6B jeweils um 180° phasenversetzt zu dem jeweils damit korrespondierenden Kolbenelement 4A bzw. 4B von der Antriebseinrichtung 2 angesteuert werden. Damit werden Ausgleichskolbenelemente 61A bzw. 61B der Ausgleichskolbeneinheiten 6A, 6B jeweils in Richtung ihres unteren Totpunkts bewegt, während das jeweils damit korrespondierende Kolbenelement 4A bzw. 4B in Richtung seines oberen Totpunkts bewegt wird.
Die Wirkflächen der Ausgleichskolbenelemente 61A, 61B und deren Hubwege sind vorliegend derart dimensioniert, dass das Volumen der Förderseite 7A bzw. 7B im Bereich einer Ausgleichskolbeneinheit 6A bzw. 6B jeweils um das halbe Hubvolumen des ersten Druckraums 10A bzw. 10B der Kolbenpumpe 1A bzw. 1B während der Förderphase der Kolbenpumpe 1A bzw. 1B vergrößert wird und während der Saugphase der Kolbenpumpe 1A bzw. 1B um das halbe Hubvolumen des ersten Druckraums 10A bzw. 10B vergrößert wird.
Dadurch wird erreicht, dass sowohl während der Förderphase als auch während der Saugphase einer Kolbenpumpe 1A bzw. 1B die Förderseite 7A bzw. 7B einer Kolbenpumpe 1A bzw. 1B mit dem halben Hubvolumen des ersten Druckraums 10A bzw. 10B der Kolbenpumpe 1A oder 1B beaufschlagt wird, wodurch im Ver gleich zu einer herkömmlichen als Einkolbenpumpe ausgeführten Kolbenpumpe auf der Förderseite 7A bzw. 7B eine wesentlich gleichmäßigere Druckpulsation erreicht wird.
Zusätzlich ist das Kolbenelement 4A in einem dem Saugbereich 12A zugewandten Bereich derart gestuft ausgeführt, dass zwischen dem Kolbenelement 4A und dem Gehäuse 3 ein zweiter mit dem Saugbereich 12A verbundener Druckraum 15A ausgebildet ist, dessen Volumen in Abhängigkeit einer Bewegung des Kolbenelements 4A jeweils um das halbe Hubvolumen des ersten Druckraums 10A variiert. Dabei vergrößert sich das Volumen des zweiten Druckraums 15A während eines das Volumen des ersten Druckraums 10A verkleinernden Förderhubs des Kolbenelements 4A und verkleinert sich während eines das Volumen des ersten Druckraums 10A vergrößernden Saughubs des Kolbenelements 4A.
Der zweite Druckraum 15A ist zwischen einer äußeren Mantelfläche des als hohles Tiefziehteil ausgeführten Kolbenelements 4A und dem Gehäuse 2 angeordnet. Zusätzlich ist der zweite Druckraum 15A über wenigstens eine Bohrung bzw. Aussparung 16A der Mantelfläche des Kolbenelements 4A mit einem Innenraum 17A des Kolbenelements 4A verbunden, so dass der erste Druckraum 10A mit dem zweiten Druckraum 15A bei geöffneter Einlassventileinrichtung 13A fluidisch verbunden ist.
Durch die Dimensionierung und die vorbeschriebene Anordnung des zweiten Druckraums 15A wird erreicht, dass sowohl während eines Verdichtungshubs als auch während eines Saughubs des Kolbenelements 4A das halbe Hubvolumen der Kolbenpumpe 1A bzw. des ersten Druckraums 10A von der Saugseite in Richtung des ersten Druckraums 10A geführt wird. Während des Saughubs des Kolbenelements 4A wird die andere Hälfte des in Richtung des ersten Druckraums 10A zu führenden Hubvolumens aus dem zweiten Druckraum 15A aufgrund dessen Volumenreduktion zur vollständigen Befüllung des ersten Druckraums 15A verwendet. Damit stellt sich auch im Bereich des Saugbereichs 12A eine Druckpulsation ein, welche im Wesentlichen einer Zweikolbenpumpe entspricht.
Das bedeutet, dass sowohl mit den Ausgleichskolbeneinheiten 6A und 6B sowie den zweiten Druckräumen 15A und 15B sowohl saugbereichseitig als auch förderseitig mit einer als Einkolbenpumpe ausgeführten Kolbenpumpe die Druckpulsation einer Zweikolbenpumpe darstellbar ist, ohne das tatsächlich ein zweites Pumpenelement vorhanden ist. Dies führt vorteilhafterweise zu einer Reduzierung der Herstellkosten. Des Weiteren besteht die Möglichkeit an sich bekannte Einkolbenpumpen zu verwenden, welche mit verhältnismäßig geringem Aufwand im saugseitigen Anschlussbereich mit dem zweiten Druckraum ausgestaltet werden.
Zudem wird im Vergleich zu herkömmlichen Zweikolbenpumpen auch eine verbesserte Druckaufbaudynamik erreicht, da Einkolbenpumpen grundsätzlich mit größeren Saugquerschnitten und auch mit größeren Einlassquerschnitten ausgeführt sind.
Zusätzlich ist der Arbeitskolbenraum 6A_K der Ausgleichskolbeneinheit 6A mit einem Hauptbremszylinder 19A eines nicht näher dargestellten Bremssystems eines Fahrzeugs verbunden, um in gewissen Betriebszuständen eines ABS- oder ESP-Systems Hydraulikfluid in Richtung des Hauptbremszylinders 19 des Bremssystems zu fördern.
Zur Verbesserung eines Fahrkomforts ist die Verbindung zwischen dem Arbeitskolbenraum 6A_K der Ausgleichskolbeneinheit 6A und dem Hauptbremszylinder 19 sowie eine Verbindung zwischen dem Arbeitskolbenraum 6B_K der Ausgleichskolbeneinheit 6B und dem Hauptbremszylinder 19 jeweils mit einem Rückschlagventil 20A, 20B ausgeführt, um eine von den Ausgleichskolbeneinheiten 6A und 6B ausgehende Druckpulsation am Hauptbremszylinder 19 zu dämpfen oder im Idealfall vollständig zu eliminieren.
In 3 sind jeweils zwei Verläufe einer Druckpulsation auf der Förderseite 15A bzw. 15B der Kolbenpumpe 1A bzw. 1B dargestellt. Dabei gibt die strichliert ausgeführte Linie P1 den Verlauf der Druckpulsation einer als Einkolbenpumpe ausgeführten Kolbenpumpe wieder, welche ohne eine vorbeschriebene Ausgleichskolbeneinheit 6A bzw. 6B auf der Förderseite betrieben wird. Die durch den Verlauf P2 in 3 grafisch dargestellte Druckpulsation stellt sich auf der Förderseite 7A bzw. 7B der Kolbenpumpe 1A bzw. 1B ein, wenn diese mit einer Ausgleichskolbeneinheit 6A bzw. 6B in der vorbeschriebenen Anordnung betrieben wird.
Die Gegenüberstellung der Verläufe P1 und P2 macht deutlich, dass durch den Einsatz einer erfindungsgemäß ausgeführten Kolbenpumpe 1A bzw. 1B eine flachere und über einen Betriebszyklus der Kolbenpumpe 1A bzw. 1B vergleichmäßigte Druckpulsation erreicht wird, die wesentlich zu einer Reduktion der Betriebsgeräusche aufgrund verringerter Flüssigkeitsreibung führt.

Claims

Kolbenpumpe (1A, 1B) mit wenigstens einem über eine Antriebseinrichtung (2) antreibbaren und in einem Gehäuse (3) längsbeweglich angeordneten Kolbenelement (4A, 4B) und mit einem von dem Kolbenelement (4A, 4B) und wenigstens einem gehäusefesten Bauteil (8A, 8B, 9A, 9B) begrenzten ersten Druckraum (10A, 10B), der über eine Einlassventileinrichtung (13A, 13B) mit einem Saugbereich (12A, 12B) verbindbar ist und über eine Auslassventileinrichtung (11A, 11B) mit einer Förderseite (7A, 7B) in Wirkverbindung bringbar ist, und mit einer ebenfalls von der Antriebseinrichtung (2) antreibbaren Ausgleichskolbeneinheit (6A, 6B), dessen Arbeitskolbenraum (6A_K, 6B_K) mit der Förderseite (7A, 7B) in Verbindung steht, wobei ein Hubvolumen des ersten Druckraums (10A, 10B) doppelt so groß wie ein Hubvolumen des Arbeitskolbenraums (6A_K, 6B_K) ist, dadurch gekennzeichnet, dass das von dem Kolbenelement (4A, 4B) und wenigstens einem gehäuse festen Bauteil (3) ein mit dem Saugbereich (12A, 12B) verbundener und mit dem ersten Druckraum (10A, 10B) während eines Saughubs des Kolbenelements (4A, 4B) in Wirkverbindung stehender zweiter Druckraum (15A, 15B) begrenzt ist, dessen Volumen in Abhängigkeit einer Bewegung des Kolbenelements (4A, 4B) jeweils um das halbe Hubvolumen des ersten Druckraums (10A, 10B) variiert, wobei sich das Volumen des zweiten Druckraums (15A, 15B) bei einem das Volumen des ersten Druckraums (10A, 10B) verkleinernden Förderhub des Kolbenelements (4A, 4B) vergrößert.
Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (2) mit einer Antriebswelle (2C) und wenigstens einem darauf angeordneten Exzenter (2A, 2B) ausgeführt ist.
Kolbenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kolbenelement (4A, 4B) als hohles Tiefziehteil ausgeführt ist, wobei der zweite Druckraum (15A, 15B) zwischen der äußeren Mantelfläche des Kolbenelements (4A, 4B) und dem gehäusefesten Bauteil (3) angeordnet ist und über wenigstens eine Aussparung (16A, 16B) der Mantelfläche mit einem Innenraum (17A, 17B) des Kolbenelements (4A, 4B), welches über die Einlassventileinrichtung (13A, 13B) mit dem ersten Druckraum (10A, 10B) verbindbar ist, in Verbindung steht.
Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitskolbenraum (6A_K, 6B_K) der Ausgleichskolbeneinheit (6A, 6B) mit einem Hauptbremszylinder (19) eines Bremssystems eines Fahrzeugs verbunden ist.
Kolbenpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Arbeitskolbenraum (6A_K, 6B_K) und dem Hauptbremszylinder (19) ein ausgehend vom Hauptbremszylinder (19) in Richtung des Arbeitskolbenraums (6A_K, 6B_K) wirkendes Rückschlagventil (20A, 20B) vorgesehen ist, durch das die Verbindung zwischen dem Hauptbremszylinder (19) und dem Arbeitskolbenraum (6A_K, 6B_K) bei Vorliegen eines positiven Druckgefälles gesperrt ist.