DE19527402A1

DE19527402A1 - Pumpe

Info

Publication number: DE19527402A1
Application number: DE1995127402
Authority: DE
Inventors: Hans-Joerg Feigel; Lothar Schiel; Ulrich Neumann
Original assignee: ITT Automotive Europe GmbH; Alfred Teves GmbH
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 1995-07-27
Filing date: 1995-07-27
Publication date: 1997-01-30
Also published as: JPH11509905A; EP0840851A1; WO1997005381A1

Description

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einer Pumpe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Eine derartige Pumpe ist beispielweise aus der DE 35 10 633 A1 bekannt. Aus dieser Schrift ist eine Kolbenpumpe bekannt, die mit mehreren Zylinder-Kolben-Einheiten versehen ist, von denen eine dazu bestimmt ist, die Saugleitungen der anderen Zylinder-Kolben-Einheiten mit unter Druck stehendem Druck mittel zu versorgen. Die Saugventileinrichtungen der einzel nen Zylinder-Kolben-Einheiten weisen unter Vorspannung ste hende Rückschlagventile auf, die erst ab einem Mindestdruck in der Saugleitung öffnen. Liegt dieser Mindestdruck nicht an, so kann der Kolben kein Druckmittel ansaugen und ver bleibt in seiner Ruhestellung, d. h., er liegt nicht an dem ihn antreibenden Exzenter an.

Als nachteilig an dieser bekannten Kolbenpumpe ist anzusehen, daß ein Vordruck auf der Saugseite erforderlich ist, wofür mindestens eine weitere Zylinder-Kolben-Einheit benötigt wird. Der maximale Volumenstrom der Pumpe wird durch die För derleistung dieser Zylinder-Kolben-Einheit begrenzt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Pumpe vor zuschlagen, die sowohl in der Lage ist einen hohen Volumen strom zu liefern als auch bedarfsabhängig eine oder mehrere ihrer Zylinder-Kolben-Einheiten vorübergehend außer Betrieb zu setzen.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 sowie die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß zumindest eine der Saug ventileinrichtungen in Abhängigkeit vom Druck in der Druck leitung öffnet. Es ist daher kein Vordruck auf der Sauglei tung erforderlich, d. h. keiner der Kolben muß als Vorpumpe eingesetzt werden, der Volumenstrom ist nicht durch die För derleistung einer derartigen Vorpumpe begrenzt. Das Öffnen der Saugventileinrichtung entspricht einem Leerlauf des zu geordneten Kolbens, d. h. einem geringeren Volumenstrom und einer geringeren Leistungsaufnahme der Pumpe. Solange ein hoher Volumenbedarf beim Verbraucher besteht, ist der Druck in der Druckleitung niedrig, die Saugventileinrichtung bleibt während des Druckhubs geschlossen. Übersteigt der Druck in der Druckleitung einen bestimmten Schaltdruck, so öffnet die Saugventileinrichtung auch während des Druckhubs, das Druck mittel kann aus dem Arbeitsraum nahezu drucklos in die Saug leitung zurückgefördert werden. Dabei treten lediglich Rei bungsverluste auf, die Leistungsaufnahme der Pumpe ist ge ring. Die erfindungsgemäße Maßnahme ist besonders vorteilhaft bei Radialkolbenpumpen einsetzbar, deren Kolben an den Exzen ter gekoppelt sind und daher nicht unbeweglich in einer Ruhe stellung verharren können, wie das bei der aus dem Stand der Technik bekannten Pumpe der möglich ist.

Vorteilhafterweise erfolgt das öffnen der Saugventileinrich tung zwangsgesteuert. Dies kann beispielsweise über ein elek tromagnetisch betätigbares Ventil erfolgen, welches über ge eignete Druckerfassungs- und Steuerungseinrichtungen ange steuert wird. Es ist ebenfalls vorteilhaft möglich, die ge nannte Zwangssteuerung hydraulisch auszuführen. Dazu kann beispielsweise ein Betätigungsglied vorgesehen sein, welches einerseits von dem Druck in der Druckleitung beaufschlagbar ist und andererseits auf ein Schließglied der Saugventilein richtung in Öffnungsrichtung einwirken kann.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, ein derartiges Schließglied mit einem Steuerkolben zu verbinden, der einerseits mit der Druckleitung und andererseits mit der Saugleitung verbunden ist. Die Saugleitung wirkt in diesem Fall als Dämpfungskammer zum Glätten von in der Druckleitung auftretenden Druckpulsa tionen.

Werden mehrere Saugventileinrichtungen in Abhängigkeit vom Druck in der Druckleitung geöffnet, wobei die Schaltdruck werte unterschiedlich groß sind, so können die zugeordneten Pumpenkolben nacheinander abgeschaltet werden. Die Schalt drücke sind dazu gestaffelt, z. B. äquidistant oder in einer anderen, auf den Volumenstrombedarf bzw. den Druckbedarf des Verbrauchers abgestimmten Staffelung. Dies ermöglicht eine Reduzierung der Leistungsaufnahme der Pumpe bei gleichzeiti ger Optimierung an den Bedarf des angeschlossenen Verbrau chers, da jeweils nur die erforderliche Anzahl Pumpenkolben in Betrieb ist, die erforderlich ist, um den erforderlichen Volumenstrom bzw. den erforderlichen Druck aufrechtzuerhal ten.

Eine einfache Möglichkeit die verschiedenen Schaltdrücke ein zustellen, besteht darin, daß die Federelemente der Saugven tileinrichtungen unterschiedliche Federraten aufweisen bzw. verschieden stark vorgespannt sind.

Die erfindungsgemäße Pumpe wird vorteilhafterweise als Druck mittelquelle in Kraftfahrzeughilfsdruckanlagen eingesetzt, insbesondere für hydraulische Lenkkraftverstärker, Brems kraftverstärker oder elektronisch angesteuerte Fremdkraft bremsanlagen, wie Antiblockiersystem, Antriebsschlupfrege lung, Fahrstabilitätsregelung oder Anlage zum fahrerunabhän gigen Betätigen der Bremsanlage. Bei derartigen Anlagen ist oftmals eine Volumenstrom-Druck-Kennlinie erwünscht, die sich mit der erfindungsgemäßen Pumpe einstellen läßt. Dies schließt natürlich nicht aus, daß entsprechende Pumpen auch für andere Anwendungsfälle geeignet sind.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfol genden Beschreibung anhand von Abbildungen.

Dabei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemä ßen Pumpe mit vier Pumpenkolben und

Fig. 2 eine Pumpencharakteristik einer erfindungsgemäßen Pumpe.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Schnitt durch das Gehäuse 1 einer erfindungsgemäßen Pumpe. Im Gehäuse 1 ist ein Sauganschluß 2 und ein Druckanschluß 3 angeordnet. Saug leitungen 4 führen über Vorkammern 6 zu Saugventileinrichtun gen 8 der Pumpenkolben 10. Die Pumpenkolben 10 sind in Boh rungen 11 geführt und von einem Exzenter angetrieben. Das dem Exzenter 12 abgewandte Ende der Pumpenkolben 10 begrenzt eine Arbeitskammer 13, die über die Saugventileinrichtung 8, be stehend aus Feder 14, Schließglied 15 und Ventilsitz 16 mit der Vorkammer 6 verbunden ist. Die Arbeitskammer 13 ist über eine Druckventileinrichtung 9 mit der Druckleitung 5 verbun den.

Die Pumpenkolben 10 sind durch Dichtelemente 17 gegenüber der Bohrung 11 abgedichtet. In der Druckleitung 5 sind in der Nähe der Druckventileinrichtungen 9 Dämpfungskammern 7 an geordnet. Die Dämpfungskammern 7 werden von einem beweglichen Steuerkolben 18 begrenzt, der in der Vorkammer 6 verschiebbar und mittels eines Dichtelements 19 abgedichtet angeordnet ist. In der Vorkammer 6 ist weiterhin ein Federelement 20 angeordnet, welches den Steuerkolben 18 in seine dämpfungs kammernahe Ruhestellung vorspannt. Ein Anschlag 21 begrenzt den möglichen Hubweg des Steuerkolbens 18, in der seiner Ru hestellung abgewandten Position. Weiterhin der ist der Steu erkolben 18 mit einem Betätigungsglied 22 versehen, welches in der betätigten Stellung des Steuerkolbens 18, siehe Seite A der Fig. 1, das Schließglied 15 der Saugventileinrichtung 8 von seinem Ventilsitz 16 entfernt und somit die Arbeitskammer 13 mit der Saugleitung 4 verbindet. Dieses zwangsweise öffnen der Saugventileinrichtung 8 erfolgt, nachdem der Steuerkolben 18 einen Leerweg a zurückgelegt hat.

Funktionsweise der Pumpe

Der Exzenter 12 führt eine exzentrische Bewegung aus, und verschiebt dabei die Pumpenkolben 10 in bezüglich des Exzen ters 12 radialer Richtung. Solange sich der Pumpenkolben 10 radial nach innen bewegt, vergrößert sich das Volumen der Arbeitskammer 13, die Saugventileinrichtung 8 ist geöffnet und Druckmittel gelangt aus der Saugleitung 4 in die Arbeits kammer 13 (s. beispielsweise Seite D der Fig. 1). Ist der Pumpenkolben 10 am unteren Totpunkt angelangt (s. Seite C der Fig. 1), so hat die Arbeitskammer 13 ihr größtes Volumen er reicht. Nun beginnt der Druckhub, zu dessen Beginn die Saug ventileinrichtung 8 schließt und die Druckventileinrichtung 9 öffnet (s. Seite B der Fig. 1). Das Druckmittel wird nun un ter Druck aus der Arbeitskammer 13 in die Druckleitung 5 ge preßt. Damit steigt auch der Druck in der Dämpfungskammer 7 an, wodurch der Steuerkolben 18 aus seiner Ruhestellung ver schoben wird, sobald die auf ihn dämpfungskammerseitig ausge übte Kraft die Rückstellkraft des Federelements 20 über schreitet. Der Steuerkolben 18 gibt nach, wodurch Druckpulsa tionen in der Druckleitung 5 geglättet werden.

Ist der Druck in der Druckleitung 5 so hoch, daß der Steuer kolben 18 bis an seinen der Dämpfungskammer 7 abgewandten Endanschlag gelangt, so öffnet das Betätigungsglied 22 die zugeordnet Saugventileinrichtung 8, wodurch der entsprechende Kolben in jeder seiner Arbeitsstellungen, d. h. auch während des Druckhubs mit der Saugleitung 4 verbunden, d. h. kurzge schlossen ist. Das heißt, er läuft somit im Leerlauf (Seite A der Fig. 1). Dieser Kolben trägt nun weder zur Erhöhung des Volumenstroms noch zur Leistungsaufnahme der Pumpe bei.

Die Federraten der Federelemente 20 sind unterschiedlich groß ausgelegt, so daß die zur zwangsweisen Öffnung der entspre chenden Saugventileinrichtungen 8 erforderlichen Schaltdrücke unterschiedlich groß sind. Beispielsweise erreicht der Steu erkolben 18 auf Seite A der Fig. 1 seine Endstellung bereits bei einem Druck p₁ der niedriger ist als der Druck p₂, bei dem der Steuerkolben 18 auf Seite C der Fig, 1 seine Endstel lung erreicht. Der Steuerdruck p₂ ist wiederum niedriger als der Steuerdruck p₃, bei dem die Steuerventileinheit 8 auf der Seite B der Fig. 1 geöffnet wird. Zumindest einer der Pumpen kolben 10, in Fig. 1 auf Seite D, weist kein Betätigungsglied 22 auf, und trägt somit jederzeit zum Volumenstrom und zum Druckaufbau in der Druckleitung 5 bei.

Der Leerweg a der Steuerkolben 18 ist so bemessen, daß ein Druckpulsationsausgleich möglich ist, ohne eine gleichzeitige zwangsweise Öffnung der Steuerventileinheit 8.

Fig. 2 zeigt eine Pumpencharakteristik einer erfindungsgemä ßen Pumpe. Dabei ist der Volumenstrom Q über den hydrauli schen Druck p aufgetragen. Die obere Linie b zeigt die Cha rakteristik einer herkömmlichen Pumpe, die sowohl einen maxi malen Volumenstrom Q_max als auch einen maximalen Druck p_max er zeugen können soll. Die Linie c zeigt die Charakteristik der erfindungsgemäßen Pumpe, wenn alle vier Kolben in Betrieb sind. Bei einem Schaltdruck p₁ wird ein Pumpenkolben 10 (auf Seite A in Fig. 1) ausgeschaltet, was der Pumpencharakteri stik d in Fig. 2 entspricht. In diesem Fall liegt der maximal mögliche Volumenstrom Q₁ wesentlich niedriger als Q_max, der maximal mögliche Druck p liegt unterhalb des erforderlichen Maximaldrucks p_max. Hier wird bei Erreichen des Schaltdrucks p₂ eine weiterer Pumpenkolben 10 auf Leerlauf geschaltet (Seite C der Fig. 1), wodurch die Pumpencharakteristik e erreicht wird. Übersteigt der Druck p in der Druckleitung 5 den Schaltdruck p₃, so wird auch der dritte Pumpenkolben 10 (Seite B der Fig. 1) auf Leerlauf geschaltet, wodurch die Pumpen charakteristik f in Fig. 2 eingenommen wird. Da hier nur noch ein Pumpenkolben 10 fördert, liegt der theoretische Volumen strom Q₃ sehr viel niedriger als Q_max der maximal erreichbare hydraulische Druck p_max entspricht dem Geforderten. Durch die einzelnen Schaltvorgänge ergibt sich für die erfindungsgemäße Pumpe die fett eingezeichnete Pumpencharakteristik g.

Die erfindungsgemäße Pumpe ist vorzugsweise elektrisch an getrieben und kann ohne einen Druckspeicher beispielsweise für einen Bremskraft- oder einen Lenkkraftverstärker einge setzt werden. Bedingt durch die besondere Ausbildung einer typischen Druck-Volumen-Kennlinie g, insbesondere bei einer Kraftfahrzeug-Bremsanlage, und das Betätigungsvermögen des Fahrers eines Kraftfahrzeugs wird von dem Hilfsdruckerzeuger in einer ersten Phase der Bremsung ein sehr hoher Volumen strom bei geringem Lastdruck (Pumpencharakteristik c) und in einer zweiten Phase ein hoher Pumpendruck bei geringem Volu menstrom (Pumpencharakteristik g) verlangt. Diese extremen Anforderungen führen dazu, daß der die Pumpe antreibende Elektromotor mit hohen Eckleistungen und zugleich hohen Mas senträgheitsmomenten ausgelegt werden muß. Dieses Problem kann dadurch gelöst werden, daß das Fördervolumen Q druck abhängig verändert wird. Im Gegensatz zu üblichen Verstell pumpen, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, bie tet die erfindungsgemäße Pumpe eine für die Anwendung im Kraftfahrzeug wesentlich kostengünstiger zu realisierende Lösungsmöglichkeit. In Fig. 1 ist gezeigt, daß die drucksei tige Dämpfungskammer 7 den als Dämpfungskolben ausgebildeten Steuerkolben 18 aufnimmt, welcher seinerseits mit einem Fe derelement 20 zusammenwirkt, welches die Dämpfung von Druck spitzen einerseits und nach Erreichen eines konstruktiv fest gelegten Druckniveaus das Offenhalten der Saugventileinrich tung 8 andererseits ermöglicht.

Claims

1. Pumpe, insbesondere Radialkolbenpumpe, mit mindestens zwei Pumpenkolben (10), mit jeweils zugeordneter Ar beitskammer (13), wobei die Arbeitskammern (13) über Saugventileinrichtungen (8) an Saugleitungen (4) und über Druckventileinrichtungen (9) an eine gemeinsame Druckleitung (5) angeschlossen sind, wobei zumindest eine der Saugventileinrichtungen (8) während des Druck hubs in Abhängigkeit vom Druck in einer der zugeordneten Leitungen (4, 5) öffnet, dadurch gekennzeichnet, daß zu mindest eine der Saugventileinrichtungen (8) während des Druckhubs in Abhängigkeit vom Druck in der Druckleitung (5) öffnet.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine Saugventileinrichtung (8) zwangsgesteuert öffnet.

3. Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugventileinrichtung (8) ein Schließglied (15) auf weist, welches gegen einen Ventilsitz (16) vorgespannt ist, und daß dem Schließglied (15) ein Betätigungsglied (22) zugeordnet ist, welches einerseits auf das Schließ glied (15) einwirken kann und andererseits vom Druck in der Druckleitung (5) beaufschlagbar ist.

4. Pumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsglied (22) mit einem Steuerkolben (18) ver bunden ist, der einerseits vom Druck in der Druckleitung (5) beaufschlagbar ist und andererseits vom Druck in der Saugleitung (4) beaufschlagbar ist sowie mittels eines Federelements (20) vorgespannt ist.

5. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Saugventileinrichtungen (8) in Abhängigkeit vom Druck in der Druckleitung (5) öffnen, wobei die den einzelnen Saugventileinrichtungen (8) zu geordneten Schaltdruckwerte unterschiedlich groß sind.

6. Pumpe nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente (20) unterschiedliche Federraten auf weisen, bzw. verschieden stark vorgespannt sind.

7. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe Teil einer Kraftfahrzeug hilfsdruckanlage ist.