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Die Erfindung geht aus von einem Pumpenaggregat für ein Fahrzeug nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs 1.
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Bei ESP-Systemen (ESP: Elektronisches Stabilitätsprogramm) werden Elektromotoren in einem Pumpenaggregat für ein Fahrzeug verwendet, um über einen Exzenterantrieb Kolbenpumpen anzutreiben. Diese Pumpenaggregate werden in Fahrzeugen verwendet, um je nach Fahrsituation in einem hydraulischen Bremssystem einen Druck aktiv aufzubauen oder einen Druck aus der Speicherkammer abzubauen. Je nach Ausführung des hydraulischen Bremssystems werden zwei oder sechs Kolbenpumpen in einem solchen Pumpenaggregat verwendet. Bei bekannten Ausführungsformen der Anmelderin wird eine Antriebswelle des Pumpenaggregats mit drei Lagern abgestützt und von einem Elektromotor angetrieben. Der als Elektromotor ausgeführte Antrieb treibt über eine rotierende an beiden Enden gelagerte Antriebswelle mit einem Exzenter mindestens eine Pumpe an. Hierbei verläuft ein Pumpenkolben der mindestens einen Pumpe radial zum Exzenter und stützt sich mit seiner Stirnfläche am Exzenter ab, welcher drehfest mit der Antriebswelle verbunden ist und bei einer Umdrehung der Antriebswelle über den Pumpenkolben einen Pumpenhub in der Pumpe erzeugt. Bei laufendem Elektromotor werden Geräusche erzeugt, die als Fahrer eines Fahrzeugs als unangenehm empfunden werden können. Prinzipbedingt haben Lagerungen Spiele, was dazu führen kann, dass sich die Antriebswelle je nach Fertigungsstreuung in die eine oder andere Richtung ausrichtet. Bei Pumpenaggregaten mit zwei Kolbenpumpen sind diese entlang des Umfangs des Exzenters an einander gegenüberliegenden Positionen montiert. Im Betrieb entstehen an den beiden Pumpen meist unterschiedlich starke Geräusche. Je nach Ausrichtung der Antriebswelle kann bei der einen Pumpe ein lauteres und bei der anderen Pumpe ein leiseres Geräusch entstehen. Die Vermutung liegt nahe, dass bei einem Kraftwechsel über eine Umdrehung die fertigungsbedingte Vorzugsrichtung der Antriebswelle überwunden wird und die Antriebswelle in eine andere Lage gezwungen wird. Dadurch entsteht ein Kraftstoß, der bei der Pumpe mit dem größeren Lagerspiel zu einem lauteren Geräusch führt. Bei der anderen Pumpe mit dem geringen Spiel entsteht ein leiseres Geräusch.
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In der
DE 198 50 920 B4 wird eine Radialkolbenpumpe für ein Fahrzeug offenbart, welche eine rotierende Pumpenwelle, deren Endabschnitt drehfest mit einem Exzenterring verbunden ist, und ein auf der Mantelfläche des Exzenterrings angeordnetes Exzenterlager umfasst, welches aus einer Nadelhülse mit radial nach innen gerichteten Borden besteht, zwischen denen Lagernadeln abrollen. An der Nadelhülse stützt sich wenigstens ein in einem Pumpengehäuse angeordneter, radial zur Pumpenwelle verlaufender Pumpenkolben mit seiner Stirnfläche ab. Der Endabschnitt der Pumpenwelle ist über ein benachbartes zweites Stützlager in einem Gehäuse abgestützt. Der Exzenterring und ein Innenring des Stützlagers sind als eine einstückige spanlos geformte Hülse ausgebildet, welche mit einem zentrischen Bereich auf der Pumpenwelle kraftschlüssig fixiert ist. Sowohl der zentrische als auch ein exzentrischer Bereich der Hülse sind an ihren äußeren Enden mit einem radial nach außen gerichteten Bord versehen, so dass eine aus Exzenterlager und Stützlager bestehende unverlierbare Baueinheit gebildet ist. Zum Ausgleich der durch die Exzentrizität bedingten Unwucht, weist der nach außen gerichtete Bord des exzentrischen Bereichs der Hülse radial eine unterschiedliche Ausdehnung auf. So ist die radiale Ausdehnung des nach außen gerichteten Bords im exzentrischen Bereich größer als in dem Bereich der Hülse, welcher dem exzentrischen Bereich der Hülse gegenüberliegt.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Pumpenaggregat für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass bei so genannten Komfortbremsfunktionen keine störenden Geräusche erzeugt werden bzw. die Entstehung von störenden Geräuschen deutlich reduziert wird.
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Ausführungsformen der Erfindung stellen eine konstruktive Änderung dar, welche dazu führt, dass keine durch einen Kraftstoß erzeugten Geräuschimpulse durch Spielüberwindung entstehen, so dass das Geräuschverhalten von ESP-Systemen verbessert werden können. Um das Geräusch bei einem Kraftstoß zu verringern, sollte sich die Antriebswelle im oberen Totpunkt des Pumpenhubs der mindestens einen Pumpe immer in Richtung des Kraftstoßes am jeweiligen Innenring der endseitigen Lager abstützen, so dass die Antriebswelle vor dem Abstützen kein Lagerspiel überwinden muss. Dadurch kann das Entstehen eines korrespondierenden durch die Spielüberwindung verursachtes „Klackgeräusches“ verhindert werden. Durch das Anbringen einer gezielten Unwucht am Rotor bzw. Anker des Elektromotors, wird die Antriebswelle bei Rotation dazu gezwungen, sich immer in der gegenüberliegenden Position der Krafteinwirkung zu befinden. Alternativ wäre auch eine elektromagnetische Unwucht durch Anpassung der Ankerwicklung denkbar. Diese konstruktive Maßnahme würde den Kraftstoß reduzieren. Eine auf Funktionsmuster basierende Untersuchung am Prüfstand zeigt, dass die Reduzierung des Kraftstoßes bei gleichzeitiger Erhöhung der mechanischen Unwucht zu einer deutlichen Geräuschverbesserung führt. Die genaue Masse und Position der Unwucht können in Abhängigkeit des Motortyps (Geometrie/Masse) und des Arbeitsbereichs (Drehzahl) durch Berechnung und/oder über eine Simulation ermittelt werden.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen ein Pumpenaggregat für ein Fahrzeug mit einem Antrieb zur Verfügung, welcher über eine rotierende an beiden Enden gelagerte Antriebswelle mit einem Exzenter mindestens eine Pumpe antreibt, wobei ein Pumpenkolben der mindestens einen Pumpe radial zum Exzenter verläuft und sich mit seiner Stirnfläche am Exzenter abstützt, welcher drehfest mit der Antriebswelle verbunden ist und bei einer Umdrehung der Antriebswelle über den Pumpenkolben einen Pumpenhub in der Pumpe erzeugt. Erfindungsgemäß ist die Antriebswelle mit einer Unwucht gekoppelt, welche ein umlaufendes Anliegen der Antriebswelle an den endseitigen Lagern bewirkt, wobei die Unwucht so positioniert ist, dass sich die Antriebswelle in Richtung eines von der Kolbenpumpe im oberen Totpunkt bewirkten Kraftstoßes am Innenring der jeweiligen endseitigen Lager abstützt.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen des im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebenen Pumpenaggregats für ein Fahrzeug möglich.
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Besonders vorteilhaft ist, dass zwei Pumpen jeweils über einen Pumpenkolben mit dem Exzenter gekoppelt werden können, wobei die Pumpenkolben einander gegenüberliegend am Umfang des Exzenters angeordnet werden und einen Abstand von etwa 180° zueinander aufweisen können.
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In vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Pumpenaggregats kann der Exzenter einen auf der Antriebswelle drehfest angeordneten Exzenterring und ein auf der Mantelfläche des Exzenterrings angeordnetes Exzenterlager aufweisen.
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Vorzugsweise kann der Antrieb als Elektromotor ausgeführt werden, welcher einen drehfest mit der Antriebswelle verbundenen Rotor mit einem Kommutator und einem Anker und einen Stator aufweisen kann.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Pumpenaggregats kann die Unwucht als elektromagnetische Unwucht und/oder mechanische Unwucht ausgeführt werden. So kann eine auf den Anker aufgebrachte Spulenwicklung die elektromagnetische Unwucht erzeugen. Die elektromagnetische Unwucht kann beispielsweise über eine Erhöhung oder Verringerung der Windungsanzahl auf den Zähnen des Ankers erzielt werden. Die mechanische Unwucht kann beispielsweise durch ein am Umfang des Ankers angeordnetes Gewicht erzeugt werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Pumpenaggregats kann ein erstes Lager der Antriebswelle, welches zwischen dem Exzenter und einem ersten Ende der Antriebswelle angeordnet ist, als Nadellager ausgeführt werden. Ein zweites Lager, welches an einem Gehäuse angeordnet ist, kann als Festkugellager ausgeführt werden. Ein drittes Lager, welches zwischen dem Antrieb und einem zweiten Ende der Antriebswelle angeordnet ist, kann als Kugellager mit einem Loslagersitz zwischen einem Innenring und der Antriebswelle ausgeführt werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt ein schematisches Blockdiagram eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Pumpenaggregats für ein Fahrzeug.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Antriebs für das erfindungsgemäße Pumpenaggregat für ein Fahrzeug aus 1 in einer ersten Stellung.
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3 zeigt eine Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie III-III in 2.
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4 zeigt eine Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie IV-IV in 2.
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5 zeigt eine schematische Darstellung des Ausführungsbeispiels eines Antriebs für das erfindungsgemäße Pumpenaggregat für ein Fahrzeug aus 1 in einer zweiten Stellung.
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6 zeigt eine Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie VI-VI in 5.
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7 zeigt eine Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie VII-VII in 5.
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8 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Rotor für ein Ausführungsbeispiel eines Antriebs für das erfindungsgemäße Pumpenaggregat für ein Fahrzeug aus 1.
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9 bis 11 zeigen jeweils eine schematische Schnittdarstellung eines Lagers für den Antrieb eines Pumpenaggregats für ein Fahrzeug, welche zur Erläuterung der Geräuschentstehung verwendet werden.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Wie aus 1 bis 11 ersichtlich ist, umfasst das dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Pumpenaggregats 1 für ein Fahrzeug einen Antrieb 2, welcher über eine rotierende an beiden Enden gelagerte Antriebswelle 3 mit einem Exzenter 4 mindestens eine Pumpe 10, 12 antreibt, wobei ein Pumpenkolben 11, 13 der mindestens einen Pumpe 10, 12 radial zum Exzenter 4 verläuft und sich mit seiner Stirnfläche am Exzenter 4 abstützt, welcher drehfest mit der Antriebswelle 3 verbunden ist und bei einer Umdrehung der Antriebswelle 3 über den Pumpenkolben 11, 13 einen Pumpenhub in der Pumpe 10, 12 erzeugt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst das Pumpenaggregat 1 zwei Pumpen 10, 12, welche jeweils über einen Pumpenkolben 11, 13 mit dem Exzenter 4 gekoppelt sind. Wie aus 1 weiter ersichtlich ist, sind die Pumpenkolben 11, 13 einander gegenüberliegend am Umfang des Exzenters 4 angeordnet und weisen einen Abstand von etwa 180° zueinander auf. Das bedeutet, dass eine erste Pumpe 10 in der Darstellung links des Antriebs 2 angeordnet ist, und dass eine zweite Pumpe 12 in der Darstellung rechts des Antriebs 2 angeordnet ist. Vorzugsweise weist der Exzenter 4 einen auf der Antriebswelle 3 drehfest angeordneten Exzenterring und ein auf der Mantelfläche des Exzenterrings angeordnetes Exzenterlager auf, an dessen Außenring sich die Pumpenkolben 11, 13 abstützen. Das Exzenterlager kann beispielsweise als Nadellager ausgeführt werden.
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Wie aus 2 bis 7 weiter ersichtlich ist, ist die Antriebswelle 3 des erfindungsgemäßen Pumpenaggregats 1 mit drei Lagern 5, 6, 7 abgestützt und von einem Elektromotor 20 angetrieben, welcher einen drehfest mit der Antriebswelle 3 verbundenen Rotor 23 mit einem Kommutator 22 und einem Anker 24, 24A, 24B und einen Stator 26 aufweist. Hierbei ist ein erstes Lager 5 der Antriebswelle 3, welches zwischen dem Exzenter 4 und einem ersten Ende der Antriebswelle 3 angeordnet ist, als Nadellager ausgeführt. Ein zweites Lager 7, welches an einem Gehäuse 22 des Elektromotors 20 angeordnet und in diesem fixiert ist, ist als Festkugellager ausgeführt. Ein drittes Lager 7, welches zwischen dem Antrieb 2 und einem zweiten Ende der Antriebswelle 3 angeordnet ist, ist als Kugellager mit einem Loslagersitz zwischen einem Innenring 7.1 und der Antriebswelle 3 ausgeführt.
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Wie aus 2, 5 und 8 weiter ersichtlich ist, ist die Antriebswelle 3 erfindungsgemäß mit einer Unwucht 28, 28A, 28B gekoppelt, welche ein umlaufendes Anliegen der Antriebswelle 3 an den endseitigen Lagern 5, 7 bewirkt. Hierbei ist die Unwucht 28, 28A, 28B so positioniert, dass sich die Antriebswelle 3 in Richtung eines von der Kolbenpumpe 10, 12 im oberen Totpunkt bewirkten Kraftstoßes F1, F2 am Innenring 5.1, 7.1 der jeweiligen endseitigen Lager 5, 7 abstützt.
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9 bis 11 zeigen beispielhaft unterschiedliche Stellungen eines Lagers, hier des als Kugellager mit einem Loslagersitz ausgeführten dritten Lagers 7, welches einen Innenring 7.1 und mehrere Kugeln 7.2 umfasst. Hierbei zeigen 9 und 10 zwei mögliche Stellungen der Antriebswelle 3 bei Auftreten eines Kraftstoßes F bei einem herkömmlichen Pumpenaggregat und 11 zeigt die Stellung der Antriebswelle 3 nach dem Auftreten des Kraftstoßes F. Bei laufendem Elektromotor 20 werden Geräusche erzeugt, die vom Fahrer eines Fahrzeugs als unangenehm empfunden werden können. Prinzipbedingt haben Lagerungen aufgrund ihrer Fertigung und Lebensdauer Spiele. Das führt dazu, dass sich die Antriebswelle 3 je nach Fertigungsstreuung in die eine Vorzugsrichtung ausrichtet. Je nach Ausrichtung der Antriebswelle 4 können an den beiden Pumpen 10, 12 unterschiedlich laute Geräusche entstehen. Die Vermutung liegt nahe, dass bei dem Kraftwechsel innerhalb einer Umdrehung die Vorzugsrichtung der Antriebswelle 3 überwunden wird und die Antriebswelle 3 in eine andere Lage gezwungen wird. Dadurch entsteht ein Kraftstoß der zu einem lauteren Geräusch bei der Pumpe mit dem größeren Lagerspiel führt. Bei der Pumpe mit dem geringeren Lagerspiel entsteht ein leiseres Geräusch. Befindet sich die Antriebswelle 3 bei Auftreten des Kraftstoßes F beispielsweise in der in 9 gezeigten Position, dann bewegt sich die Antriebswelle 3 in die in 11 dargestellte Position, in welcher die Antriebswelle 3 am Innenring 7.1 des Lagers 7 anliegt. Befindet sich die Antriebswelle 3 bei Auftreten des Kraftstoßes F beispielsweise in der in 10 gezeigten Position, dann bewegt sich die Antriebswelle 3 ebenfalls in die in 11 dargestellte Position, wobei die Antriebswelle 3 einen größeren Spalt überbrücken muss, so dass ein lauteres Geräusch beim Auftreffen der Antriebswelle 3 am Innenring 7.1 des Lagers 7 auftritt als bei der in 9 dargestellten Ausgangsposition. Würde sich die Antriebswelle 3 bei Auftreten des Kraftstoßes F bereits in der in 11 gezeigten Position befinden, dann würde die Antriebswelle 3 bereits am Innenring 7.1 des Lagers 7 anliegen und es würde kein durch den Kraftstoß F bewirktes Geräusch entstehen.
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Um den stärkeren Kraftstoß zu verringern, bewirken Ausführungsformen der Erfindung durch die gezielte Unwucht 28, 28A, 28B, dass die Antriebswelle 3 bei beiden Pumpen 10, 12 mit Erreichen des oberen Totpunktes in der gegenüberliegenden Position, d.h. in Richtung des Kraftstoßes F1, F2 am Innenring 5.1, 7.1 des jeweiligen Endlagers 5, 7 anliegt. Durch das Anbringen der Unwucht 28, 28A, 28B am Anker 24 des Rotors 23 des Elektromotors 20 wird die Antriebswelle 3 bei Rotation dazu gezwungen sich bei Auftreten der Krafteinwirkung F1, F2 immer in der gegenüberliegenden Position zu befinden.
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Wie aus 2 bis 4 weiter ersichtlich ist, bewirkt die Unwucht 28, 28A dass die Antriebswelle 3 bei einem von der linken Pumpe 10 erzeugten ersten Kraftstoß F1 im ersten Lager 5 rechts am Innenring 5.1 anliegt, wie in 3 dargestellt ist, und im zweiten Lager 7 aufgrund der Hebelwirkung links am Innenring 7.1 anliegt, wie in 4 dargestellt ist.
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Wie aus 5 bis 7 weiter ersichtlich ist, bewirkt die Unwucht 28, 28A dass die Antriebswelle 3 bei einem von der rechten Pumpe 12 erzeugten zweiten Kraftstoß F2 im ersten Lager 5 links am Innenring 5.1 anliegt, wie in 6 dargestellt ist, und im zweiten Lager 7 aufgrund der Hebelwirkung rechts am Innenring 7.1 anliegt, wie in 7 dargestellt ist.
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Wie aus 2, 5 und 8 ersichtlich ist, kann die Unwucht 28 als elektromagnetische Unwucht 28A und/oder mechanische Unwucht 28B ausgeführt werden. Wie aus 2 und 5 weiter ersichtlich ist, erzeugt eine auf den Anker 24A aufgebrachte Spulenwicklung 25 die elektromagnetische Unwucht 28A bei einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Wie aus 8 weiter ersichtlich ist, erzeugt ein am Umfang des Ankers 24B angeordnetes Gewicht die mechanische Unwucht 28B bei einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei einem alternativen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird sowohl eine elektromagnetische Unwucht 28A als auch eine mechanische Unwucht 28B eingesetzt, um eine Geräuschverbesserung zu erzielen.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen ein Pumpenaggregat für ein Fahrzeug zur Verfügung, welches bei allen Systemen eingesetzt werden kann, in welchen über einen Exzenterantrieb Kolbenpumpen angetrieben werden. Durch die gezielte Unwucht ermöglichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise eine minimierte Geräuschentstehung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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