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Die Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe, insbesondere für eine hydraulische Fahrzeugbremsanlage mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Stand der Technik
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Kolbenpumpen finden als Hydropumpen in hydraulischen, schlupfgeregelten- und/oder Fremdkraft-Fahrzeugbremsanlagen Verwendung. Sie dienen zum Aufbau eines Bremsdrucks und zur (Rück-)Förderung von Bremsflüssigkeit aus Radbremszylindern in Richtung eines Hauptbremszylinders zum Absenken eines Radbremsdrucks während einer Schlupfregelung, weswegen solche Kolbenpumpen in hydraulischen, schlupfgeregelten Fahrzeugbremsanlagen auch als Rückförderpumpen bezeichnet werden. Ein Pumpenkolben der Kolbenpumpe ist in einer Pumpenbohrung zu einer hin- und hergehenden Hubbewegung antreibbar und saugt während eines Saughubs Bremsflüssigkeit oder allgemein ein Fluid an, welches er bei einem Förderhub wieder verdrängt.
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Nachteilig ist der Bauart bedingte pulsierende Volumenstrom, der normalerweise sinusförmig ist und nur eine Halbwelle während eines Hubs aufweist und während des umgekehrten Hubs Null ist.
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Um den Volumenstrom auf einer Saugseite einer solchen Kolbenpumpe für eine hydraulische Fahrzeugbremsanlage zu vergleichmäßigen sind doppelt wirkende Stufenkolben bekannt, die auf einer Druckseite eine Vollfläche als Kolbenfläche und auf einer Saugseite eine kleinere Ringfläche als wirksame Kolbenfläche aufweisen. Während eines Förderhubs verdrängt der Stufenkolben auf der Druckseite Bremsflüssigkeit oder allgemein ein Fluid mit seiner Vollfläche. Zugleich saugt er mit der kleineren Ringfläche auf der Saugseite Bremsflüssigkeit an. Während eines entgegengesetzten Rückhubs verkleinert sich zwar das Volumen auf der Saugseite des Stufenkolbens, es vergrößert sich jedoch zugleich das Volumen auf der Druckseite des Stufenkolbens, wobei die Volumenvergrößerung während des Rückhubs auf der Druckseite wegen der größeren Vollfläche als wirksamer Kolbenfläche größer ist als die Verkleinerung des Volumens auf der Saugseite, weil dort die Ringfläche als wirksame Kolbenfläche kleiner ist. Während des Rückhubs strömt Bremsflüssigkeit durch ein Steuerventil der Kolbenpumpe von der Saugseite zur Druckseite, so dass eine Kolbenpumpe mit einem solchen Stufenkolben sowohl während des Förderhubs als auch während des Rückhubs Bremsflüssigkeit ansaugt. Auf der Saugseite weist eine solche Kolbenpumpe einen zwar immer noch pulsierenden, üblicherweise sinusförmigen Volumenstrom auf, allerdings mit einer Halbwelle während jedes Hubs und mit verkleinerter Amplitude. Beispiele solcher Kolbenpumpen als Hydropumpen für hydraulische Fahrzeugbremsanlagen offenbaren die Offenlegungsschrift
DE 10 2005 037 537 A1 , die Offenlegungsschrift
DE 198 25 114 A1 , die Offenlegungsschrift
DE 10 2004 061 813 A1 und die Offenlegungsschrift
DE 10 2005 055 057 A1 . Auf der Druckseite ist die Pulsation des Volumenstroms bei solchen Stufenkolbenpumpen unverändert. Das oben genannte Steuerventil ist üblicherweise ein Rückschlagventil, durch das die Saugseite mit der Druckseite kommuniziert und das von der Saugseite zur Druckseite durchströmbar ist.
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Um den Volumenstrom auf der Druckseite einer Kolbenpumpe in einer hydraulischen Fahrzeugbremsanlage zu vergleichmäßigen sind Ausgleichskolben bekannt, die mit einem Phasenversatz von 180° zum Pumpenkolben angetrieben werden, die stets mit der Druckseite der Kolbenpumpe kommunizieren und die eine kleinere Kolbenfläche aufweisen als der Pumpenkolben. Während eines Förderhubs des Pumpenkolbens nimmt der Ausgleichskolben einen Teil des vom Pumpenkolben verdrängten Volumens auf, verkleinert also den Förderstrom und damit die Amplitude der Pulsation, und verdrängt das während des Förderhubs des Pumpenkolbens aufgenommene Volumen während des Rückhubs des Pumpenkolbens wieder, so dass auch während des Rückhubs des Pumpenkolbens Bremsflüssigkeit oder allgemein ein Fluid verdrängt wird. Wie durch einen Stufenkolben auf der Saugseite wird durch einen solchen Ausgleichskolben die Druckpulsation auf der Druckseite der Kolbenpumpe verkleinert. Durch den Ausgleichskolben weist die Kolbenpumpe während beider Hübe auf der Druckseite einen normalerweise sinusförmigen Volumenstrom mit verkleinerter Amplitude auf. Beispiele solcher Kolbenpumpen offenbaren die bereits genannten Offenlegungsschriften
DE 10 2004 061 813 A1 und
DE 10 2005 037 537 A1 .
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Kolbenpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist einen doppelt wirkenden Stufenkolben auf, der zu einer in einer Pumpenbohrung hin- und hergehenden Hubbewegung antreibbar ist. Der Stufenkolben weist zwei verschieden große wirksame Kolbenfläche, nämlich eine Vollfläche und eine Ringfläche auf. Durch ein Steuerventil, insbesondere ein Rückschlagventil, kommunizieren die Saugseite und die Druckseite der Kolbenpumpen miteinander. Erfindungsgemäß ist die größere wirksame Kolbenfläche, also die Vollfläche, der Saugseite und die kleinere Ringfläche der Druckseite zugeordnet. Während eines Hubs verdrängt der Stufenkolben mit seiner kleineren Ringfläche auf der Druckseite Bremsflüssigkeit oder allgemein Fluid, während eines entgegengesetzten Hubs verdrängt der Stufenkolben mit seiner größeren Vollfläche Bremsflüssigkeit oder allgemein Fluid auf der Saugseite durch das Steuerventil zur Druckseite, also zur Ringfläche. Das auf der Saugseite mit der Vollfläche des Stufenkolbens verdrängte Volumen ist größer als eine Volumenvergrößerung auf der Druckseite des Stufenkolbens mit der kleineren Ringfläche, so dass auch während dieses Hubs Bremsflüssigkeit oder allgemein ein Fluid verdrängt wird. Dadurch weist die erfindungsgemäße Kolbenpumpe während beider Hübe einen Volumenstrom auf ihrer Druckseite auf.
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Die Unteransprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung zum Gegenstand.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Kolbenpumpe gemäß der Erfindung in schematisierter und vereinfachter Darstellung; und
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2 einen Auslassvolumenstrom der Kolbenpumpe aus 1.
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Ausführungsform der Erfindung
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Die in 1 dargestellte, erfindungsgemäße Kolbenpumpe 1 ist eine Hydropumpe einer im Übrigen nicht dargestellten hydraulischen, schlupfgeregelten- und/oder Fremdkraft-Fahrzeugbremsanlage. Sie weist einen Stufenkolben 2 als Pumpenkolben auf, der mittels eines drehend antreibbaren Exzenters 3 zu einer in einer Pumpenbohrung hin- und hergehenden Hubbewegung antreibbar ist. Die Pumpenbohrung ist als Zylinder 4 gezeichnet. Eine Kolbenfeder 5 hält den Stufenkolben 2 in Anlage an einen Umfang des Exzenters 3.
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Der Stufenkolben 2 weist eine kreisförmige Vollfläche 6 auf einer Seite auf, die eine wirksame Kolbenfläche bildet, und eine Kreisringfläche 7 auf der anderen Seite, die ebenfalls eine wirksame Kolbenfläche bildet, auf, wobei die Kreisringfläche 7 kleiner als die Vollfläche 6 ist. Das Flächenverhältnis der beiden Kolbenflächen 6, 7 ist im Ausführungsbeispiel 2:1. Auf der Seite der Vollfläche 6 weist die Pumpenbohrung 4 ein Einlassventil 8 auf, welches als Rückschlagventil ausgebildet ist. Die der Vollfläche 6 des Stufenkolbens 2 zugeordnete Seite des Zylinders 4 bildet eine Einlass- bzw. Saugseite 9 der Kolbenpumpe 1. In den Stufenkolben 2 ist ein weiteres Rückschlagventil 10 integriert, das die Saugseite 9 mit einer Druckseite 11 verbindet und das von der Saugseite 9 zur Druckseite 11 durchströmbar ist. Das in den Stufenkolben 2 integrierte Rückschlagventil 10 bildet ein Auslassventil der Kolbenpumpe 1. Beide Ventile 8, 10 können auch als Steuerventile der Kolbenpumpe 1 aufgefasst werden, die eine Durchströmungsrichtung der Bremsflüssigkeit durch die Kolbenpumpe 1 steuern. Es sind auch andere als Rückschlagventile, beispielsweise mechanisch betätigte Ventile oder elektronisch gesteuerte Magnetventile möglich (nicht dargestellt). Auch ist es nicht zwingend für die Erfindung, dass ein Ventil, im Ausführungsbeispiel das Auslassventil, in den Stufenkolben 2 integriert ist, es könnte beispielsweise auch außerhalb des Zylinders 4 angeordnet sein (nicht dargestellt).
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Bei einem Kolbenhub in 1 nach links verdrängt die Kreisringfläche 7, die eine Kolbenfläche bildet, Bremsflüssigkeit aus der Druckseite 11 in einen Auslaß 12 der Kolbenpumpe 1. Zugleich saugt die Kolbenpumpe 1 auf der Saugseite 9 Bremsflüssigkeit durch das Einlassventil 8 an. Bei einem umgekehrten Hub, also in 1 nach rechts, vergrößert sich das Volumen im Zylinder 4 auf der Druckseite 11, also auf der Seite der Kreisringfläche 7 des Stufenkolbens 2. Zugleich verkleinert sich das Volumen im Zylinder 4 auf der Saugseite 9. Weil die wirksame Kolbenfläche der Vollfläche 6 doppelt so groß wie die wirksame Kolbenfläche der Kreisringfläche 7 ist, ist die Volumenverkleinerung auf der Saugseite 9 doppelt so groß wie die Volumenzunahme auf der Druckseite 11. Das hat zur Folge, dass Bremsflüssigkeit von der Saugseite 9 durch das Auslassventil 10 zur Druckseite 11 verdrängt wird. Wegen der im Verhältnis zur Kreisringfläche 7 doppelt so großen Kreisfläche 6 ist das von der Saugseite 9 verdrängte Bremsflüssigkeitsvolumen während dieses Kolbenhubs doppelt so groß wie die Volumenvergrößerung auf der Druckseite 11, so dass die Hälfte des aus der Saugseite 9 verdrängten Bremsflüssigkeitsvolumens durch den Auslass 12 der Kolbenpumpe 1 ausströmt. Somit ergibt sich der in 2 dargestellte Volumenstrom Q im Auslass 12 der Kolbenpumpe 1. Der Volumenstrom Q im Auslass 12 ist über den Drehwinkel φ des Exzenters 3 dargestellt. Während beider Hübe des Stufenkolbens 2 strömt Bremsflüssigkeit durch den Auslass 12, der Volumenstrom Q ist sinusförmig und wegen des Flächenverhältnis von 2:1 zwischen der Vollfläche 6 und der Kreisringfläche 7 des Stufenskolbens 2 ist der Volumenstrom während beider Kolbenhübe gleich groß. Zum Vergleich ist mit einer Punktlinie der Volumenstrom angegeben, der sich bei einem stufenlosen Einfachkolben mit gleichem Durchmesser wie der Vollfläche 6 ergeben würde. Im Auslass hätte eine solche Kolbenpumpe während eines Saughubs keinen Förderstrom, während eines Förderhubs dagegen einen ebenfalls sinusförmigen und doppelt so großen Volumenstrom. Der Saughub ist in 2 von φ = 0 – π und der Druckhub von φ = π – 2π gezeichnet. Wie zu sehen ist durch den Stufenkolben 2 und die Zuordnung seiner Kreisringfläche 7 zur Druckseite 11 der Bremsflüssigkeits-Volumenstrom Q im Auslass 12 gleichmäßiger über beide Kolbenhübe verteilt und weist eine kleinere Amplitude auf. Mit anderen Worten: Der Volumenstrom Q im Auslass 12 der Kolbenpumpe 1 ist gleichmäßiger und seine Pulsation verringert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005037537 A1 [0004, 0005]
- DE 19825114 A1 [0004]
- DE 102004061813 A1 [0004, 0005]
- DE 102005055057 A1 [0004]
