DE102014220368A1

DE102014220368A1 - Kolbenpumpe für eine hydraulische Fahrzeugbremsanlage

Info

Publication number: DE102014220368A1
Application number: DE102014220368.6A
Authority: DE
Inventors: Jens Norberg; Patrick Schellnegger; Oliver Hennig
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-10-08
Filing date: 2014-10-08
Publication date: 2016-04-14
Also published as: CN105508470A; JP6731226B2; JP2016075274A; US20160102657A1; CN105508470B; US10648466B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe (1) als Hydropumpe einer schlupfgeregelten hydraulischen Fahrzeugbremsanlage. Die Kolbenpumpe (1) weist eine Lochscheibe als Drossel (21) auf, in deren Mittelloch ein Auslassventil (13) angeordnet und deren Innenrand außen an einem Laufbuchsenboden (5) der Kolbenpumpe (1) festgelegt ist und deren Außenrand mit Vorspannung auf einem ringförmigen Auflager (23) aufliegt. Aus der Kolbenpumpe (1) verdrängte Bremsflüssigkeit hebt die lochscheibenförmige Drossel (21) vom Auflager (23) ab, womit eine dynamische Drossel (21) gebildet ist. Ein das Auflager (23) überwindender Drosselkanal (26) in der lochscheibenförmigen Drossel (21) ermöglicht eine Durchströmung auch bei auf dem Auflager (23) aufliegender Drossel (21).

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe für eine hydraulische Fahrzeugbremsanlage mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Derartige Kolbenpumpen werden zum Fördern von Bremsflüssigkeit in schlupfgeregelten hydraulischen Fahrzeugbremsanlagen verwendet, sie werden oft auch als Rückförderpumpen bezeichnet. Sie weisen einen Pumpenkolben auf, der verschieblich in einer Pumpenbohrung angeordnet und von einem Exzenter zu einer hin- und hergehenden Hubbewegung antreibbar ist, um in an sich bekannter Weise Bremsflüssigkeit in der Fahrzeugbremsanlage zu fördern. Der Exzenter ist typischerweise radial zum Pumpenkolben angeordnet und ein exzenterseitiges Stirnende des Pumpenkolbens liegt an einem Umfang des drehend antreibbaren Exzenters an. Es können mehrere Kolbenpumpen von einem Exzenter gemeinsam angetrieben werden. Oft sind zwei Kolbenpumpen – für jeden Bremskreis einer Zweikreis-Fahrzeugbremsanlage eine Kolbenpumpe – einander gegenüber mit dem Exzenter zwischen ihnen angeordnet. Die Kolbenpumpen werden auch als Pumpenelemente einer solchen Mehrkolbenpumpe aufgefasst. Ventile, typischerweise Rückschlagventile, von denen eines ein Einlassventil und ein anderes ein Auslassventil bildet, steuern eine Durchströmungsrichtung einer Pumpenströmung durch die Kolbenpumpe, wobei mit Pumpenströmung eine durch die Hubbewegung des Pumpenkolbens erzeugte Durchströmung der Kolbenpumpe gemeint ist.
Die Offenlegungsschrift DE 10 2011 079 876 A1 offenbart eine derartige Kolbenpumpe für eine hydraulische Fahrzeugbremsanlage, die eine Lochscheibe als dynamische Drossel in einem Pumpenauslass aufweist. Ein Innenrand der Lochscheibe ist festgelegt, ein Außenrand liegt mit einer Vorspannung auf einem ringförmigen Auflager auf. Eine Pumpenströmung erzeugt eine Druckdifferenz an der die Drossel bildenden Lochscheibe, die den Außenrand der Lochscheibe vom Auflager abhebt, so dass die Pumpenströmung den Außenrand der Lochscheibe umströmt. Die Lochscheibe weist zusätzlich ein kleines Drosselloch zwischen dem Innenrand und dem Außenrand auf, das von der Pumpenströmung als statische Drossel durchströmt wird, unabhängig davon, ob der Außenrand der die Drossel bildenden Lochscheibe auf dem Auflager aufliegt oder durch die Pumpenströmung von Auflager abgehoben ist.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Kolbenpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist eine elastische Lochscheibe als dynamische Drossel auf, die an einen Innenrand oder an einem Außenrand festgelegt ist und deren anderer Rand, d. h. der Außenrand oder der Innenrand auf einem ringförmigen Auflager aufliegt. Eine von der Kolbenpumpe erzeugte Pumpenströmung hebt – ausreichender Druck vorausgesetzt – den Außenrand oder Innenrand vom Auflager ab und umströmt oder durchströmt die Lochscheibe, die somit als dynamische Drossel für die Pumpenströmung wirkt. Erfindungsgemäß weist die Lochscheibe und/oder das Auflager einen Drosselkanal auf, der das Auflager überwindet. Der Drosselkanal ist beispielsweise eine Kerbe, Nut oder dgl. in der auf dem Auflager aufliegenden Seite der Lochscheibe und/oder im Auflager, die das Auflager von innen nach außen bzw. umgekehrt überwindet, so dass eine Pumpenströmung auch dann möglich ist, wenn die Lochscheibe auf dem ringförmigen Auflager aufliegt. Der Drosselkanal bildet eine statische Drossel.
Die erfindungsgemäße Drossel ermöglicht eine zumindest näherungsweise lineare Drosselkennlinie, d. h. ein näherungsweise konstantes Verhältnis eines Bremsflüssigkeitsstroms um bzw. durch die Drossel in Abhängigkeit von einem Druck oder einer Druckdifferenz an der Drossel bei Annahme einer statischen, d. h. konstanten Pumpenströmung.
Weitere Vorteile der Erfindung sind die Anwendung in vorhandenen Kolbenpumpen mit geringem Änderungsaufwand und eine preisgünstige Herstellbarkeit der dynamischen Drossel.
Die Unteransprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung zum Gegenstand.
Anspruch 6 sieht vor, dass der Drosselkanal lang im Verhältnis zu seinem hydraulischen Durchmesser ist. Bei einem kreisförmigem Querschnitt ist der hydraulische Durchmesser der Durchmesser. Allgemein ist der hydraulische Durchmesser ein Maß eines Querschnitts, der bei sonst gleichen Strömungsverhältnissen den gleichen Druckverlust aufweist wie ein kreisförmiger Querschnitt. Für rechteckige Querschnitte kann näherungsweise der hydraulische Durchmesser als das Vierfache des Quotienten der Querschnittsfläche und des Umfangs angenommen werden, also das Doppelte des Quotienten aus Produkt und Summe einer Breite und einer Höhe des Drosselkanals. Vorzugsweise ist der Drosselkanal mindestens fünf Mal so lang wie sein hydraulischer Durchmesser (Anspruch 7). Diese Ausgestaltung erzielt eine zumindest näherungsweise lineare Drosselkennlinie, d. h. eine Durchflussmenge durch den Drosselkanal ist proportional zu einer Druckdifferenz.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform näher erläutert. Es zeigen:
1: einen Achsschnitt einer erfindungsgemäßen Kolbenpumpe im Bereich eines Auslassventils; und
2 und 3: zwei Varianten von Lochscheiben als dynamische Drosseln gemäß der Erfindung der Kolbenpumpe aus 1 in perspektivischer Ansicht.
Ausführungsform der Erfindung
1 zeigt ein exzenterfernes Ende einer erfindungsgemäßen Kolbenpumpe 1, die als Hydropumpe für eine schlupfgeregelte, hydraulische Fahrzeugbremsanlage vorgesehen ist. Die Kolbenpumpe 1 weist eine Laufbuchse 2 auf, in der ein Pumpenkolben 3 axial verschieblich aufgenommen ist. Der Pumpenkolben 3 ist mit einem nicht dargestellten Exzenter, der elektromotorisch drehend antreibbar ist, zu einer Hubbewegung in der Laufbuchse 2 antreibbar. Eine Kolbenfeder 4, im Ausführungsbeispiel ist es eine Schraubendruckfeder, die in der Laufbuchse 2 angeordnet ist und sich an einem Laufbuchsenboden 5 abstützt, beaufschlagt ein aus der Laufbuchse 2 vorstehendes Ende des Pumpenkolbens 3 gegen einen Umfang des nicht dargestellten Exzenters, der sich auf einer der Kolbenfeder 4 abgewandten Seite des Pumpenkolbens 3 befindet.
Für einen Pumpeneinlass weist der Pumpenkolben 3 ein axiales Sackloch 6 auf, das an einem in der Laufbuchse 2 befindlichen Ende des Pumpenkolbens 3 mit einem Ventilsitz 7 mündet. An dem in der Laufbuchse 2 befindlichen Ende des Pumpenkolbens 3 ist ein Einlassventil 8 der Kolbenpumpe 1 angeordnet. In der beschriebenen und dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist das Einlassventil 8 ein federbeaufschlagtes Rückschlagventil mit einer Kugel als Absperrkörper 9, die von einer Ventilfeder 10 – in der Ausführungsform ist es eine Schraubendruckfeder – gegen den Ventilsitz 7 an dem in der Laufbuchse 2 befindlichen Ende des Pumpenkolbens 3 beaufschlagt wird.
Der Laufbuchsenboden 5 weist ein Mittelloch 11 auf, dessen Mündung auf einer Außenseite des Laufbuchsenbodens 5 konisch als Ventilsitz 12 ausgeführt ist. An der Außenseite des Laufbuchsenbodens 5 ist ein Auslassventil 13 der Kolbenpumpe 1 angeordnet, das als federbeaufschlagtes Rückschlagventil ausgeführt ist. Rückschlagventile sind nicht zwingend für das Einlassventil 8 und das Auslassventil 13 der Kolbenpumpe 1. Das Auslassventil 13 weist einen bolzenförmigen Absperrkörper 14 mit einem Radialflansch 15 auf, der eine ballige, ringförmig umlaufende Dichtfläche aufweist, die mit dem Ventilsitz 11 zusammenwirkt. Eine Schraubendruckfeder als Ventilfeder 16 beaufschlagt den Absperrkörper 14 des Auslassventils 13 gegen den Ventilsitz 12 an der Außenseite des Laufbuchsenbodens 5. Die Ventilfeder 16 ist in einem napfförmigen Ventilgehäuse 17 angeordnet, in dem sie sich abstützt. Das Ventilgehäuse 17 ist den Absperrkörper 14 umschließend an der Außenseite des Laufbuchsenbodens 5 angeordnet.
Das Ventilgehäuse 17 weist einen Radialflansch 18 auf, der auf einem radialen Innenflansch 19 eines rohrförmigen Ventilhalters 20 aufliegt, der auf die Laufbuchse 2 aufgesetzt ist. Zwischen dem Radialflansch 18 und dem Laufbuchsenboden 5 ist eine elastische Lochscheibe als dynamische Drossel 21 angeordnet. Ein Innenrand der lochscheibenförmigen Drossel 21 ist zwischen dem Radialflansch 18 des Ventilgehäuses 17 und dem Laufbuchsenboden 5 festgelegt. Der Innenrand der lochscheibenförmigen Drossel 21 weist eine Rechteckverzahnung auf, deren Zähne 22 nach innen stehen und etwas umgebogen sind (2, 3), so dass sie in einen balligen Innenrand des Ventilgehäuses 17 greifen, wodurch die Lochscheibe 21 zentriert ist. Das Ventilgehäuse 17, das die Drossel 21 an der Außenseite des Laufbuchsenbodens 5 festlegt, bildet zugleich einen Drosselhalter.
Ein Außenrand, genau genommen ein ringförmiger Bereich am Außenrand der lochscheibenförmigen Drossel 21 liegt mit Vorspannung auf einer dem Laufbuchsenboden 5 zugewandten Ringstufe des Innenflanschs 19 des Ventilhalters 20 auf. Die Ringstufe bildet ein Auflager 23 für den Außenrand bzw. den Außenrandbereich der lochscheibenförmigen Drossel 21. Außerhalb eines Bereichs, in dem der Radialflansch 18 des Ventilgehäuses 17 den Innenrand der Drossel 21 außen am Laufbuchsenboden 5 festlegt, ist die Außenseite des Laufbuchsenbodens 5 etwas konisch, so dass sich die Drossel 21 elastisch verformen und dadurch vom Auflager 23 abheben kann.
Die Drossel 21 verformt sich elastisch wenn der Pumpenkolben 3 Bremsflüssigkeit aus der Laufbuchse 2 durch das Auslassventil 13 verdrängt. Die vom Pumpenkolben 3 verdrängte Bremsflüssigkeit durchströmt den Radialflansch 18 des Ventilgehäuses 17, der zu diesem Zweck mit Durchbrüchen 24 versehen ist, zu einer dem Laufbuchsenboden 5 abgewandten Seite der lochscheibenförmigen Drossel 21 und hebt deren Außenrand vom Auflager 23 ab, wenn der Druck hoch genug ist. Die vom Pumpenkolben 3 verdrängte Bremsflüssigkeit durchströmt einen Spalt zwischen dem Außenrand bzw. Außenrandbereich der Drossel 21 und dem Auflager 23, der sich bildet, wenn die Bremsflüssigkeit den Außenrand der Drossel 21 vom Auflager 23 abhebt, und umströmt die lochscheibenförmige Drossel 21 an ihrem Außenrand. Von dort strömt die Bremsflüssigkeit durch Auslassöffnungen 25 im Ventilhalter 20 aus der Kolbenpumpe 1 aus. Die lochscheibenförmige Drossel 21 bildet eine dynamische Drossel 21, die einen Drosselquerschnitt zwischen dem Auflager 23 und dem Außenrand der Drossel 21 freigibt, wenn ein Bremsflüssigkeitsdruck ausreicht, um den mit Vorspannung auf dem Auflager 23 aufliegenden Außenrand der Drossel 21 vom Auflager 23 abzuheben. Eine Größe des sich öffnenden Drosselquerschnitts zwischen dem Außenrand der Drossel 21 und dem Auflager 23 ist abhängig von Druck und Menge der Bremsflüssigkeit. Die erfindungsgemäße Konstruktion ergibt eine nahezu lineare Drosselkennlinie, d. h. eine nahezu konstante Abhängigkeit zwischen einem Bremsflüssigkeitsvolumenstrom durch bzw. um die Drossel 21 und einem Differenzdruck an der Drossel 21.
In einer dem Auflager 23 zugewandten Seite weist die lochscheibenförmige Drossel 21 eine Kerbe als Drosselkanal 26 auf. Der Drosselkanal 26 kann beispielsweise gebogen, auch mehrfach gebogen verlaufen, wie es in 2 zu sehen ist, oder gerade, wie in 3 zu sehen. Dabei kann der Drosselkanal 26 radial wie in 3 oder auch in einem anderen Winkel verlaufen. In 2 verläuft der Drosselkanal 26 über einen Abschnitt von nahezu einem Viertelkreisbogen innerhalb des Auflagers 23 in Umfangsrichtung, bevor er an einem Ende nach innen und am anderen Ende nach außen abbiegt. In jedem Fall durchsetzt der Drosselkanal 26 das Auflager 23, d. h. der Drosselkanal 26 beginnt innerhalb des Auflagers 23 und mündet am Außenrand der Drossel 21. Durch den Drosselkanal 26 strömt Bremsflüssigkeit auch dann, wenn ihr Außenrand auf dem Auflager 23 aufliegt. Die Drossel 21 bildet dadurch sowohl eine statische – als auch eine dynamische Drossel 21 für vom Pumpenkolben 3 aus der Laufbuchse 2 verdrängte Bremsflüssigkeit, die Drossel 21 drosselt einen Bremsflüssigkeitsstrom in einen Pumpenauslass der Kolbenpumpe 1 und dämpft dadurch Druckänderungen wie Druckschwingungen und Druckstöße im Pumpenauslass. Die Drosselwirkung ist wie erläutert statisch und dynamisch mit nahezu linearer Drosselkennlinie.
Der Drosselkanal 26 ist lang im Verhältnis zu seinem Querschnitt bzw. seiner Breite und Höhe. Bereits eine Länge des radial verlaufenden Drosselkanals 26, wie er in 3 zu sehen ist, beträgt ein Mehrfaches seiner Breite und Höhe. Wird der Drosselkanal 26 stattdessen schräg angeordnet (nicht gezeichnet), verlängert er sich. Noch länger ist der gebogen verlaufende Drosselkanal 26, der in 2 zu sehen ist und der an sich bis zu fast einem vollen Umlauf verlängert werden kann. Ist der Drosselkanal 26 mindestens fünf Mal so lang wie sein hydraulischer Durchmesser, wird eine zumindest näherungsweise lineare Drosselkennlinie, d. h. eine zu einer Druckdifferenz an der Drossel 21 proportionale Durchflussmenge erreicht. Für einen viereckigen Drosselkanal 26 kann der hydraulische Durchmesser näherungsweise als das Vierfache des Produkts seiner Querschnittsfläche und seines Umfangs angenommen werden, also als das Doppelte des Quotienten aus dem Produkt und der Summe von Höhe und Breite des Drosselkanals 26. Der gebogen verlaufende Drosselkanal 26 aus 2 übertrifft das bei weitem.
Auf einer dem Laufbuchsenboden 5 abgewandten Seite des Innenflanschs 19 des Ventilhalters 20 ist ein kappenförmiger Ventildeckel 27 in einem topfförmigen Pumpendeckel 28 angeordnet, der auf den Halter 20 aufgesetzt ist und die Kolbenpumpe 1 in einer zylinderlochförmigen, durchmessergestuften Aufnahme eines nicht dargestellten Hydraulikblocks einer Schlupfregelung einer hydraulischen Fahrzeugbremsanlage hält und druckfest abdichtet.
Der Drosselkanal 26 kann anstatt in der die Drossel 21 bildenden Lochscheibe wie in der Ausführungsform gezeichnet im Auflager 23 vorgesehen sein. Es ist auch möglich einen Drosselkanal 26 sowohl in der lochscheibenförmigen Drossel 21 als auch im Auflager 23 vorzusehen (nicht dargestellt).
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011079876 A1 [0003]

Claims

Kolbenpumpe für eine hydraulische Fahrzeugbremsanlage, wobei die Kolbenpumpe (1) eine elastische Lochscheibe als dynamische Drossel (21) aufweist, die an einem Innenrand oder an einem Außenrand festgelegt ist und deren Außenrand oder Innenrand auf einem ringförmigen Auflager (23) aufliegt, von dem ihn eine Pumpenströmung abhebt, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel (21) und/oder das Auflager (23) einen Drosselkanal (26) aufweist, der das Auflager (23) überwindet.
Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenpumpe (1) eine Laufbuchse (2) mit einem lochscheibenförmigen Laufbuchsenboden (5) aufweist, dessen Loch (11) ein Loch der die Drossel (21) bildenden Lochscheibe überdeckt und von der Pumpenströmung durchströmt wird, an dessen Außenseite ein ringförmiger Drosselhalter (17, 18), der den Innenrand oder den Außenrand der die Drossel (21) bildenden Lochscheibe an dem Laufbuchsenboden (5) der Laufbuchse (2) festlegt und das Auflager (23) angeordnet sind.
Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die Drossel (21) bildende Lochscheibe mit einer Vorspannung auf dem Auflager (23) aufliegt.
Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drosselkanal (26) gerade verläuft.
Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drosselkanal (26) abschnittsweise in einer Umfangsrichtung des Auflagers (23) verläuft.
Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drosselkanal (26) lang im Verhältnis zu einem zu einem hydraulischen Durchmesser des Drosselkanals (26) ist.
Kolbenpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Drosselkanal (26) mindestens fünf Mal so lang wie der hydraulische Durchmesser des Drosselkanals (26) ist.
Kolbenpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Loch (11) im Laufbuchsenboden (5) einen Ventilsitz (12) eines Pumpenventils (13) aufweist, das an dem Loch (11) im Laufbuchsenboden (5) angeordnet ist.