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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Pumpe mit einem Ausströmkanal zum Abführen von Fluid aus der Pumpe, dessen Durchlassfläche von einer Drossel bestimmt ist.
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Bei Pumpen, insbesondere bei Kolbenpumpen mit pulsierender hydraulischer Druckerzeugung und vor allem bei Pumpen zur Verwendung in Kraftfahrzeugbremsanlagen, wird in deren Ausströmkanal bzw. Abströmkanal oftmals eine Drossel angeordnet. Die Drossel soll die Auswirkung von in der Pumpe entstehenden Druckpulsationen auf das nachfolgende hydraulische System vermindern und insbesondere die Geräuschentwicklung der Pumpe reduzieren. Als kostengünstiges Mittel der Geräuschreduzierung sind solche Drosseln mit fester Durchlassfläche bekannt.
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Typische Pumpen für Kraftfahrzeugbremsanlagen umfassen einen Zylinder, in dem ein Kolben verschiebbar gelagert ist. Beim Verschieben fördert der Kolben ein Fluid in Gestalt von Bremsflüssigkeit in den Ausströmkanal der Pumpe.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß ist eine Pumpe mit einem Ausströmkanal zum Abfuhren von Fluid aus der Pumpe geschaffen, dessen Durchlassfläche von einer Drossel bestimmt ist. Die Drossel ist mit einem die Durchlassfläche des Ausströmkanals in ihrer Größe verändernden Federelement gestaltet.
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Erfindungsgemäß ist die Durchlassfläche der Drossel an einem Ausströmkanal einer Pumpe variabel gestaltet. Mit der Variation bzw. Veränderung der Größe der Durchlassfläche kann die Drosselwirkung an die Betriebssituation der Pumpe angepasst werden. Die Variation der Größe der Durchlassfläche wird auf besonders einfache und kostengünstig herstellbare Weise mittels eines auslenkbaren Federelements geschaffen. Das Federelement wird von dem von der Pumpe erzeugten Hydraulikdruck belastet und weicht entsprechend zurück. Mit dem Zurückweichen vergrößert das Federelement zugleich die Durchlassfläche, so dass die Drosselwirkung abnimmt. Damit wird die Drosselwirkung bei hoher Förderleistung der Pumpe reduziert, wohingegen die Drosselwirkung bei geringer Förderleistung stärker ist.
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Bei bekannten fest vorgegebenen Drosselquerschnitten wird hingegen bei hoher Förderleistung der Pumpe zu stark gedrosselt und bei niedriger Förderleistung zu wenig.
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Vorzugsweise ist die Durchlassfläche der Pumpe mit einer von dem Federelement nicht verschließbaren Bypassfläche gestaltet. Die Bypassfläche bildet eine immer durchströmbare Durchlassfläche bzw. Querschnittfläche im Ausströmkanal. Sie stellt dadurch eine Mindestausströmung aus der Pumpe sicher.
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Die Bypassfläche ist bevorzugt neben dem Federelement längs dessen Bewegungsrichtung ausgebildet. Dabei ist die Bypassfläche vorzugsweise als Spalt, Schlitz oder dergleichen neben dem Federelement gestaltet. Dieser Spalt ist nicht verschlossen und kann damit immer frei durchströmt werden. Ferner dient der Spalt als Toleranzausgleich im Hinblick auf die Maßtoleranzen der Breite des Federelements und der Breite des Ausströmkanals. Dadurch wird auch die Montage des Federelements im Ausströmkanal einfacher.
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Bevorzugt ist bei der Pumpe das Federelement mit einer Blattfeder gestaltet. Derart gestaltet lässt sich das Federelement im Ausströmkanal besonders einfach anordnen und ortsfest positionieren. Ferner besteht für die Blattfeder nur ein geringer Bauraumbedarf.
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Alternativ kann eine Tellerfeder als Federelement gewählt werden. Eine Tellerfeder ermöglicht einen großen Variationsbereich hinsichtlich der Größe der Durchlassfläche bei weitgehend geschlossenem und bei weitgehend offenem Durchlass.
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Die Blattfeder ist bevorzugt so ausgestaltet und angeordnet, dass sie bogenförmig in den Ausströmkanal hineinragt. Die Bogenform der Blattfeder kann dann von dem durch den Ausströmkanal strömenden Fluid gezielt angeströmt werden, wodurch ein Bilden von Turbulenzen gering gehalten werden kann. Eine derart angeströmte Blattfeder weicht also aufgrund der Druckkraft der Anströmung definiert zurück. Die Größe der Durchlassfläche und damit der Drosselwirkung wird auf diese Weise präzise verändert. Es kann also eine definierte Strömungssituation am Federelement erzeugt werden, was zu einem entsprechend definierten Drosselverhalten der erfindungsgemäß variablen Drossel führt.
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Die Blattfeder liegt ferner bevorzugt mit mindestens einem Abschnitt an einer Wandung des Ausströmkanals an und ist an diesem Abschnitt gerundet gestaltet. Die derart gestaltete Blattfeder kann durch einfaches Einlegen bzw. Anlegen im Inneren des Ausströmkanals positioniert werden. Der mindestens eine gerundete Abschnitt reduziert die Reibung einer derart an die Wandung des Ausströmkanals angelegten Blattfeder. Folglich wird das Biegeverhaltender Blattfeder verbessert, wenn diese von der Druckkraft des anströmenden Hydraulikfluids zurückgedrängt und dabei verformt wird.
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In dem Ausströmkanal ist vorzugsweise mindestens ein Absatz ausgebildet, mit dem das Federelement in Längsrichtung des Ausströmkanals positioniert ist. Der Absatz verhindert ein Wandern des Federelements entlang des Ausströmkanals. Derart gestattet wird eine einfache und zugleich genaue Positionierung des Federelements im Ausströmkanal ermöglicht.
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Bevorzugt ist an der Pumpe ein Pumpendeckel vorgesehen, der als ein insbesondere scheibenförmiges Deckelelement für den Zylinder der Pumpe wirkt und eine zum Zylinder gewandte Stirnseite aufweist. In dem Pumpendeckel ist der Ausströmkanal mit dem darin angeordneten Federelement stirnseitig ausgebildet ist. Ein derart in einem Deckelelement stirnseitig ausgebildeter Ausströmkanal, und insbesondere auch ein dabei im Ausströmkanal ausgebildeter Absatz für die Positionierung des Federelements, kann besonders einfach und kostengünstig hergestellt werden. In dem stirnseitigen Ausströmkanal ist das Federelement seitlich einfach Einzusetzen bzw. Einzubauen. In Zusammenwirkung mit einem weiteren Bauteil der Pumpe, insbesondere dem Zylinder, kann der derart stirnseitig ausgeformte Ausströmkanal zu einer geschlossenen Kanalform bzw. Rohrform gestaltet werden.
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Vorteilhaft ist die Pumpe längs einer Zylinderachse ausgebildet und der Ausströmkanal mit dem darin angeordneten Federelement radial zur Zylinderachse ausgerichtet. Mit dem derartrigen radialen Strömungsweg aus dem Zentrum der Pumpe heraus, hin zu deren Außenseite ist eine insgesamt sehr platzsparende und damit bauraumoptimierte Lösung gestaltet.
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Vorzugsweise wird die beschriebene Pumpe in einer Kraftfahrzeugbremsanlage verwendet. Die erfindungsgemäß erzielte, variable Drosselwirkung ist insbesondere für den Einsatz bei Kraftfahrzeugbremsanlagen und der dort angestrebten Geräuschreduzierung besonders vorteilhaft.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
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1 einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Pumpe, und
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2 den Schnitt II-II gemäß 1 in vergrößerter Darstellung.
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In den Fig. ist eine Pumpe 10 veranschaulicht, bei der in einem im Wesentlichen blockförmigen Gehäuse 11 ein erstes Kolbenelement 12 und ein zweites Kolbenelement 13 verschiebbar gelagert sind. Die Kolbenelemente 12 und 13 sind miteinander kraftübertragend gekoppelt, insbesondere stirnseitig verbunden und werden mittels eines Antriebs 14 in Gestalt eines Exzenters angetrieben. Das Kolbenelement 13 ist dabei mit einer Feder 16 in Form einer Schraubenfeder gegen den Antrieb 14 vorgespannt. Die Feder 16 ist in einem Förderraum 18 angeordnet, der von einem Zylinder 19 umgeben ist. In dem Zylinder 19 gleitet das Kolbenelement 13 fluiddichtend entlang.
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Ein Einlass 20 ist fluidleitend mit einer Einlassöffnung 28 verbunden, die in Bezug auf die Längsachse der Anordnung mittig in dem Kolbenelement 13 ausgebildet ist. Diese Einlassöffnung 28 ist Teil eines Einlassventils 22 und wirkt als solches mit einem Verschlusskörper 24 zusammen, um wahlweise Bremsfluid in den Förderraum 18 einströmen zu lassen. Das Einlassventil 22 ist als Rückschlagventil gestaltet, wobei der Verschlusskörpers 24 in Form einer Kugel ausgebildet ist, die mittels einer Feder 26 gegen die Einlassöffnung 28 vorgespannt ist.
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Ferner befindet sich an einer von der Einlassöffnung 28 abgewandten Stirnseite des Zylinders 19 mittig eine Auslassöffnung 36. Diese Ausfassöffnung 36 ist Teil eines Auslassventils 30 und wirkt mit einem kugelförmigen Verschlusskörper 32 zusammen. Der Verschlusskörper 32 ist mittels einer Feder 34 gegen die Auslassöffnung 36 vorgespannt. Das Auslassventil 30 ist damit ebenfalls als Rückschlagventil gestaltet.
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In Strömungsrichtung des ausströmenden Bremsfluids ist hinter der Auslassöffnung 28 (und damit außerhalb des Förderraums 18) an der Stirnseite des Zylinders 19 ein Pumpendeckel 37 angeordnet. Der Pumpendeckel 37 ist auf das Stirnende des Zylinders 19 aufgesetzt und stützt die Feder 34 ab. Ferner stellt der Pumpendeckel 37 gegebenenfalls ausreichend Bauraum für einen Speicher oder Dämpfer (nicht dargestellt) zur Verfügung.
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An der zum Zylinder 19 gewandten Stirnseite des Pumpendeckels 37 ist radial aus diesem ein Ausströmkanal 38 ausgeformt, insbesondere ausgefräst, der zu einem Auslass 40 am Gehäuse 11 führt. Im Ausströmkanal 38 ist ein als Drossel wirkendes Federelement 42 in Form einer Blattfeder angeordnet. Die Blattfeder ist derart geformt, dass sie in Ihrer Ruhelage den Ausströmkanal 38 im Wesentlichen verschließt und durch ein Anströmen mit ausströmenden Bremsfluid verformt werden kann, um dann eine im Vergleich zur Ruhelage vergrößerte Durchlassfläche im Ausströmkanal 38 bereitzustellen.
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Die Blattfeder weist eine insgesamt bogenförmige Querschnittsform auf (siehe 1) und ist an ihren Endbereichen mit jeweils einem entgegengesetzt gebogenen bzw. abgerundeten Abschnitt 46 versehen. Die Abschnitte 46 liegen dabei an einer der Wandungen des Ausströmkanals 38, die vom Pumpendeckel 37 gebildet sind, an. Die Blattfeder ist also ähnlich einem griechischen Omega (Ω) gebogen. Die gebogenen Abschnitte 46 verringern die Reibung der Blattfeder an den Auflage- bzw. Anlageflächen im Ausströmkanal 38.
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Die Breite (in Umfangsrichtung des Pumpendeckels 37 gemessen) der Blattfeder ist so an die Breite des Ausströmkanals 38 angepasst, dass an beiden Seiten der Blattfeder ein Spalt 54 verbleibt. Die Spalte 54 erstrecken sich damit längs der Bewegungsrichtung des Federelements 42 und bilden eine Bypassleitung bzw. eine Mindestdurchlassfläche für den Ausströmkanal 38, mit der eine widerstandfreie Mindestausströmung aus der Pumpe 10 gewährleistet ist. Ferner dienen die Spalte 54 als Toleranzausgleich im Hinblick auf die genannten Breitenmaße.
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Ferner ist im Ausströmkanal ein Absatz 44 als eine Art Stufe ausgebildet. An diesem Absatz 44 liegt ein Abschnitt 46 des Federelements 42 an, wodurch verhindert ist, dass das Federelement 42 radial wandern bzw. verrutschen könnte. Insbesondere ist verhindert, dass das Federelement 42 (bedingt durch Druckpulsationen im Ausströmkanal 44) in Richtung des Auslassventils 30 wandern könnte. Der Ausströmkanal 38 ist dabei von innen nach außen in einen ersten, radialen Teilabschnitt 48, einen zweiten, radialen Teilabschnitt 50 und einen dritten, axialen Teilabschnitt 52 aufgeteilt. Der Absatz 44 ist im Teilabschnitt 48 ausgebildet und das Federelement 42 im Teilabschnitt 50. Der Übergang vom Teilabschnitt 50 zum Teilabschnitt 52 ist L-förmig gestaltet, wodurch das Federelement 42 in Richtung zum Auslass 40 rückgehalten ist. Der Teilabschnitt 48 ist geringfügig länger gestaltet, als die Blattfeder, so dass diese ausreichend Raum für ihre Biegebewegung vorfindet.
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Im Folgenden wird die Funktionsweise der mit dem Federelement 42 geschaffenen, variablen Drossel erläutert: Wenn ein Pumpvorgang, ausgelöst durch den Antrieb 14, welcher die gekoppelten Kolbenelemente 12 und 13 in den Förderaum 18 hineindrängt, erfolgt, wird Fluid unter Druck durch das Auslassventil 30 in den Ausströmkanal 38 hineingedrängt.
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Das Fluid kann soweit möglich durch die Spalte 54 durch den Ausströmkanal 38 hindurchströmen. Darüber hinaus baut sich vor dem Federelement 42 ein Staudruck auf, der dazu führt, dass das Federelement 42 aus seiner Ruhelage in eine verformte Stellung bewegt wird. In dieser verformten Stellung, ist das Federelement 42 weniger stark gewölbt geformt, also zurückgebogen. Es versperrt dann nicht mehr weitgehend den Ausströmkanal 38, sondern gibt in diesem eine vergrößerte Durchlassfläche frei, durch die hindurch Fluid zum Auslass 40 gelangen kann.
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Das Federelement 42 wird also verformt, sobald ein größere Menge an Fluid aus dem Teilbereich 48 des Ausströmkanals 38 herangefördert wird. Die Verformung beginnt erst ab einem bestimmten Druckwert bzw. ab einer bestimmten Kraft, die das Fluid auf das Federelement 42 ausübt. Es vergrößert sich der Strömungsquerschnitt durch den Ausströmkanal 38, welcher vorher großteils verschlossen war. Die Drossel regelt damit den Durchfluss des Fluids durch den Ausströmkanal 38 in Abhängigkeit der Fördermenge der Pumpe 10.
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Vorteilhaft an dieser Gestaltung ist, dass das Federelement 42 als einfaches Blechbiegeteil mittels Stanzen kostengünstig hergestellt werden kann. Zudem ist lediglich ein geringer Platzbedarf für das Federelement 42 nötig. Prinzipiell ist nur ein Ausströmkanal 38 mit einer zugehörigen variablen Drossel nötig. Es können aber auch mehrere solcher Ausströmkanäle insbesondere am Umfang des Pumpendeckels 37 verteilt vorgesehen sein.
