DE19708887A1 - Hydraulische Pumpe mit Niederdruckspeicher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Pumpe, insbesondere für eine hydraulische Bremsanlage, mit einem Kolben, der einen Pumpenraum begrenzt, sowie mit einem Saugventil und einem dem Saugventil zugeordneten Druckspeicher, der zur Aufnahme von nicht-angesaugtem Druckmittel vorgesehen ist.

Eine derartige Pumpe ist beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 42 01 826 A1 bekannt.

Fig. 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Bremsanlage für ein Kraftfahrzeug nach dem Stand der Technik.

Bei der Bremsanlage der Fig. 1 ist ein Hauptzylinder 1 vorgesehen, der über eine Bremsleitung 2 mit einer Bremse 3 eines Rades des Kraftfahrzeugs gekoppelt ist. Zwischen dem Hauptzylinder 1 und der Radbremse 3 ist ein Einlaßventil 4 vorgesehen, das in seiner Grundstellung die Bremsleitung 3 offen hält. Parallel zum Einlaßventil 4 ist ein Rückschlagventil 5 vorgesehen, das zum Hauptzylinder 1 hin öffnet.

Die Radbremse 3 ist über eine Rücklaufleitung 6 mit einer ventilgesteuerten Pumpe 7 gekoppelt. In die Rücklaufleitung 6 ist ein Auslaßventil 8 eingefügt, das in seiner Grundstellung die Rücklaufleitung 6 sperrt. Der Pumpe 7 ist ein Saugventil 9 vorgeschaltet, sowie ein Druckventil 10 nachgeschaltet. Zwischen dem Auslaßventil 8 und dem Saugventil 9 ist ein Niederdruckspeicher 11 an die Rücklaufleitung 6 angeschlossen.

Die Pumpe 7 ist über eine Leitung 12 mit dem Hauptzylinder 1 verbunden. In die Leitung 12 ist eine Blende 13 und ein Rückschlagventil 14 eingefügt. Des weiteren ist an die Leitung 12 ein weiterer Druckspeicher 15 angeschlossen. Bei der Blende 13, dem Rückschlagventil 14 und dem Druckspeicher 15 handelt es sich um Bauteile, die für die Bremsfunktion nicht unbedingt erforderlich sind.

Wird der Hauptzylinder 1 der in der Fig. 1 dargestellten Bremsanlage mit Hilfe des Bremspedals betätigt, so hat dies zur Folge, daß in der Radbremse 3 ein Druck aufgebaut und damit eine Verzögerung des Kraftfahrzeugs erreicht wird. Den Rädern zugeordnete Sensoren überwachen dabei, ob die Gefahr eines Blockierens der Räder besteht. Ist dies der Fall, so steuert bzw. regelt ein Antiblockiersystem das Einlaßventil 4 und/oder das Auslaßventil 8 derart, daß ein Blockieren der Räder verhindert wird.

Mit dem Einsetzen der Steuerung bzw. Regelung durch das Antiblockiersystem wird die Pumpe 7 eingeschaltet. Zusammen mit dem Druckspeicher 15 wird dadurch der Bremsanlage Druckmittel für die Steuerung bzw. Regelung durch das Antiblockiersystem zur Verfügung gestellt.

Während der Steuerung bzw. Regelung durch das Antiblockiersystem ist es möglich, daß die Pumpe 7 nicht soviel Druckmittel ansaugen kann, wie an die Radbremse 3 abgegeben wird. Der Kolben des Hauptzylinders 1 kann dann mit hoher Geschwindigkeit auf eine geringe Druckmittelmenge im Hauptzylinder 1 aufschlagen.

Es hat sich herausgestellt, daß die in der Fig. 1 dargestellte Bremsanlage eine hohe Geräuschabstrahlung aufweist. Aus diesem Grund sind bei der beschriebenen Bremsanlage nach dem Stand der Technik die Blende 13, das Rückschlagventil 14 und der Druckspeicher 15 zur Geräuschminderung und Dämpfung des Hauptzylinders 1 vorgesehen.

Trotz dieser Maßnahmen ist die Geräuschabstrahlung der Bremsanlage nach Fig. 1, bzw. ganz allgemein von ventilgesteuerten Pumpen nach dem Stand der Technik, immer noch sehr hoch. Ein Grund hierfür besteht darin, daß der von dem Kolben der Pumpe begrenzte Pumpenraum häufig nicht vollständig mit Druckmittel gefüllt ist. Dies hat zur Folge, daß der Kolben der Pumpe mit gegebenenfalls sehr hoher Geschwindigkeit auf das nur wenig vorhandene Druckmittel aufschlägt.

Desweiteren ist es bei bekannten Bremsanlagen schwierig, diese und insbesondere den Kolbenraum der Pumpe zur Befüllung, beispielsweise mit Bremsflüssigkeit, vollständig zu entlüften, weil dieser bei einer Vakuumentlüftung nicht zugänglich ist.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Pumpe zu schaffen, die eine geringe Geräuschabstrahlung und eine gute Befüllbarkeit aufweist.

Diese Aufgabe wird bei einer Pumpe der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Saugventil in Abhängigkeit von der Druckmittelmenge in dem Druckspeicher steuerbar ist.

Auf diese Weise kann erreicht werden, daß die Pumpe nur dann fördert, wenn gewährleistet ist, daß der Pumpenraum mit Druckmittel vollständig gefüllt ist. Ist hingegen der Pumpenraum nicht vollständig mit Druckmittel gefüllt, so wird das Saugventil derart gesteuert, daß zuerst der Druckspeicher weiter mit Druckmittel gefüllt wird. Ist dann der Druckspeicher vollständig mit Druckmittel gefüllt, so wird das Saugventil derart umgesteuert, daß nunmehr die Pumpe Druckmittel ansaugen und über ein Druckventil wieder abgeben kann.

Die Pumpe kann also nur dann auf ihre übliche Art und Weise Druckmittel über das Saugventil ansaugen und über das Druckventil abgeben, wenn der Pumpenraum vollständig mit Druckmittel gefüllt ist. Dies wird dadurch erreicht, daß bei nicht gefülltem Pumpenraum das Saugventil derart gesteuert wird, daß zuerst der Druckspeicher und dadurch letztendlich auch der Pumpenraum mit Druckmittel gefüllt wird.

Da somit nur dann Druckmittel von der Pumpe gefördert wird, wenn der Pumpenraum gefüllt ist, ist es nicht mehr möglich, daß die Pumpe auf das Druckmittel im Pumpenraum aufschlägt.

Eine Teilfüllung im Pumpenraum ist nicht mehr möglich. Damit sind auch die mit einem derartigen Aufschlagen verbundenen Geräuschentwicklungen bei der erfindungsgemäßen Pumpe nicht mehr vorhanden. Die Geräuschabstrahlung der erfindungsgemäßen Pumpe ist somit wesentlich geringer als bei bekannten Pumpen.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Saugventil geöffnet, wenn die Druckmittelmenge in dem Druckspeicher gering ist. Ein geringer Füllstand im Druckspeicher bedeutet, daß der Pumpenraum der Pumpe nicht vollständig mit Druckmittel gefüllt ist. In diesem Zustand wird das Saugventil geöffnet gehalten, so daß die Pumpe das Druckmittel nicht über das Druckventil weiterfördert, sondern statt dessen weiteres Druckmittel in den Druckspeicher und damit in den Pumpenraum ansaugt. Der Pumpenraum wird dadurch gefüllt.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Saugventil geöffnet, wenn die Druckmittelmenge in dem Druckspeicher kleiner ist als Druckmittelmenge in dem Pumpenraum. Das Saugventil bleibt also solange geöffnet, bis die Druckmittelmenge in dem Druckspeicher der Druckmittelmenge des Pumpenraums entspricht. Erst wenn also so viel Druckmittel in dem Druckspeicher enthalten ist, daß der Pumpenraum vollständig mit Druckmittel gefüllt wird, erst dann wird das Saugventil geschlossen, und erst dann geht damit die Pumpe dazu über, Druckmittel über das Druckventil weiterzufördern.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Druckspeicher eine in Abhängigkeit der Druckmittelmenge bewegliche Einrichtung auf, insbesondere eine Membran, die auf das Saugventil einwirkt. Erfindungsgemäß ist also eine Steuerung des Saugventils durch die bewegliche Einrichtung vorgesehen. Dies stellt eine mechanische Kopplung des Saugventils und des Druckspeichers dar. Weist die bewegliche Einrichtung einen Zustand auf, der einem Füllstand entspricht, der größer ist als die Druckmittelmenge des Pumpenraums, so hat dies zur Folge, daß die bewegliche Einrichtung nicht mehr auf das Saugventil einwirkt. Weist hingegen die bewegliche Einrichtung einen Zustand auf, der einem Füllstand entspricht, der kleiner ist als die Druckmittelmenge des Pumpenraums, so wirkt die bewegliche Einrichtung derart auf das Saugventil ein, daß das Saugventil geöffnet ist. Die beschriebene mechanische Kopplung des Saugventils und des Druckspeichers mit Hilfe der beweglichen Einrichtung stellt eine besonders einfache, verschleißarme und ebenfalls äußerst kostengünstige Möglichkeit dar, das Saugventil in Abhängigkeit von dem Füllstand in dem Druckspeicher zu steuern.

Besonders zweckmäßig ist es dabei, wenn das Saugventil von der beweglichen Einrichtung, insbesondere von der Membran, betätigbar ist. Ist das Saugventil beispielsweise mit Hilfe eines federbelasteten Stößels oder dergleichen ausgestaltet, so ist es möglich, daß die Membran unmittelbar auf den Stößel einwirkt. Bei einem geringen Füllstand in dem Druckspeicher betätigt die Membran den Stößel und öffnet dadurch das Saugventil. Steigt der Füllstand in dem Druckspeicher an, so bewegt sich die Membran und der Stößel führt eine Schließbewegung durch. Ab einem bestimmten Füllstand, der der Druckmittelmenge des Pumpenraums entspricht, hebt die Membran von dem Stößel ab und der Stößel ist dadurch vollständig geschlossen. Nunmehr kann das Saugventil in seine übliche Funktionsweise übergehen.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Druckspeicher eine innere Reibung auf. Auf diese Weise wird eine Hysterese im Hinblick auf die Steuerung des Saugventils in Abhängigkeit von dem Füllstand im Druckspeicher erzeugt. Dadurch wird vermieden, daß das Saugventil mehrmals schnell hintereinander geöffnet und wieder geschlossen wird. Statt dessen wird durch die innere Reibung des Druckspeichers erreicht, daß das Saugventil beispielsweise öffnet, um dann erst nach einer gewissen Zeit durch ein Absenken des Füllstands im Druckspeicher wieder geschlossen zu werden.

Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung.

Fig. 2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Pumpe, wie sie in der Bremsanlage der Fig. 1 verwendet werden kann.

Bei der in der Fig. 2 dargestellten Pumpe 7 handelt es sich um eine ventilgesteuerte Kolbenpumpe, bei der zwei Kolben 16 von einem Exzenter 17 in Richtung einer Achse 18 in eine Hin- und Herbewegung versetzt werden können. Die Kolben 16 sind in entsprechenden Bohrungen des Pumpengehäuses der Pumpe 7 untergebracht, so daß durch jeden der beiden Kolben 16 ein Pumpenraum 19 begrenzt wird.

Bei einer Drehbewegung einer mit dem Exzenter 17 verbundenen Achse der Pumpe 7 werden die Kolben 16 in den beiden Pumpenräumen 19 hin- und herbewegt. Dies hat zur Folge, daß Druckmittel in einer Ansaugphase über das Saugventil 9 in den Pumpenraum 19 angesaugt wird, während das Druckmittel in einer Pumpphase aus dem Kolbenraum 19 über das Druckventil 10 weitergefördert wird.

Jedem der beiden in der Fig. 2 gezeigten Saugventile 9 ist ein Niederdruckspeicher 11 zugeordnet. Dieser weist im Wesentlichen ein topfförmiges Gehäuse 20 auf, das am Gehäuse der Pumpe 7 gehalten ist. Die Öffnung des topfförmigen Gehäuses 20 ist dabei über das zugeordnete Saugventil 9 gestülpt. Im Innern des Gehäuses 20 ist eine verschiebbare Einrichtung 21 enthalten, die eine Membran 22 aufweist. Die Einrichtung 21 und damit die Membran 22 ist mit Hilfe einer Ringdichtung 23 gegenüber dem Gehäuse 20 des Niederdruckspeichers 11 abgedichtet. Des weiteren ist die Einrichtung 21 durch eine Feder 24 belastet, von der die Membran 22 in Richtung des Saugventils 9 gedrückt wird.

Jedes der beiden Saugventile 9 weist auf der dem Niederdruckspeicher 11 abgewandten Seite eine Dichtscheibe 25 auf, von der ein Stößel 26 durch eine Öffnung 27 in dem Gehäuse der Pumpe 7 absteht. Der Stößel 26 ragt in einen Speicherraum 28 hinein, der zwischen dem Gehäuse der Pumpe 7 und der Membran 22 des Niederdruckspeichers 11 vorhanden ist. Von einer Feder 29 wird der Stößel 26 in eine geschlossene Stellung gedrückt, in der die Dichtscheibe 25 am Gehäuse der Pumpe 7 oder einem daran befindlichen Sitz anliegt und das Saugventil 9 damit geschlossen ist.

Ist der Niederdruckspeicher 11 mit viel Druckmittel gefüllt, so ist die Membran 22 so weit in der Fig. 2 nach rechts gegen die Kraft der Feder 24 verschoben, daß die Membran 22 nicht mehr mit dem Stößel 26 des Saugventils 9 in Verbindung ist. In diesem Zustand besteht kein Einfluß der Membran 22 und damit des Niederdruckspeichers 11 auf den Stößel 26 und damit auf das Saugventil 9. Dies ist bei dem oberen Niederdruckspeicher 11 der Fig. 2 der Fall.

Befindet sich hingegen in dem Speicherraum 28 des Niederdruckspeichers 11 kein bzw. nahezu kein Druckmittel, und liegt die Membran 22 damit ganz bzw. nahezu ganz am Gehäuse der Pumpe 7 an, so besteht ein Kontakt zwischen der Membran 22 und dem Stößel 26 des Saugventils 9. Dies ist im Zusammenhang mit dem unteren Niederdruckspeicher 11 in der Fig. 2 dargestellt.

Die Membran 22 drückt den Stößel 26 gegen die Kraft der Feder 29 in einen geöffneten Zustand, so daß das Saugventil 9 geöffnet ist. Dies hat zur Folge, daß im eingeschalteten Zustand der Pumpe 7 aufgrund des fortwährend geöffneten Saugventils 9 zunächst kein Druckmittel über das Druckventil 10 weitergefördert werden kann.

Entsprechend der Fig. 1 wird somit in diesem Zustand aufgrund des geöffneten Saugventils 9 kein Druckmittel zu der Leitung 12 gepumpt. Statt dessen wird das über das Saugventil 9 und die mit dem Speicherraum 28 verbundene Rückführleitung 6 der Fig. 1 angesaugte Druckmittel während der Pumpphase des Kolbens 16 in den Speicherraum 28 des Niederdruckspeichers 11 gepumpt.

Der Speicherraum 28 des Niederdruckspeichers 11 füllt sich somit langsam mit Druckmittel, so daß die Membran 22 gegen die Kraft der Feder 24 in der Fig. 2 nach rechts verschoben wird. Dies bedeutet gleichzeitig, daß der Stößel 26 des zugehörigen Saugventils 9 eine Schließbewegung durchführt.

Der Stößel 26 des Saugventils 9 und die Membran 22 des Niederdruckspeichers 11 sind derart aufeinander abgestimmt, daß die Dichtscheibe 25 des Saugventils 9 genau dann schließt, wenn die Druckmittelmenge in dem Speicherraum 28 des Niederdruckspeichers 11 etwa der Druckmittelmenge des Pumpenraums 19 der Pumpe 7 entspricht.

Wird die in der Fig. 2 dargestellte Pumpe 7 in der Bremsanlage der Fig. 1 verwendet, so hat dies die folgenden Änderungen hinsichtlich der eingangs beschriebenen Funktionsweise der Bremsanlage zufolge.

Ist der Pumpenraum 19 der Pumpe 7 nicht vollständig mit Druckmittel gefüllt, so bedeutet dies gleichzeitig, daß in dem Speicherraum 28 des Niederdruckspeichers 11 kein Druckmittel vorhanden ist. Wäre in dem Speicherraum 28 noch Druckmittel vorhanden, so würde dieses Druckmittel mit Hilfe der Feder 24 in den Kolbenraum 19 gedrückt werden. Die Membran 22 des Niederdruckspeichers 11 liegt damit, wie in der Fig. 2 im Zusammenhang mit dem unteren Niederdruck­ speicher 11 dargestellt, am Gehäuse der Pumpe 7 an. Der Stößel 26 ist daher durch die Membran 22 betätigt und befindet sich in seinem geöffneten Zustand. Das Saugventil 9 ist damit geöffnet und es besteht eine Verbindung von dem Pumpenraum 19 zu dem Speicherraum 28.

Bewegt sich nunmehr der Kolben 16 in Richtung seiner Ansaug­ phase, so wird weiteres Druckmittel über das geöffnete Auslaßventil 8 in den Pumpenraum 19 angesaugt. Dieses ange­ saugte Druckmittel wird nunmehr in der darauffolgenden Pumpphase aus dem Pumpenraum 19 über das geöffnete Saug­ ventil 9 in den Speicherraum 28 gepumpt. Dieser Vorgang wiederholt sich so lange, bis sich so viel Druckmittel in dem Speicherraum 28 des Niederdruckspeichers 11 befindet, daß die Membran 22 von dem Stößel 26 abhebt und damit das Saugventil 9 geschlossen ist. Während dieser Zeit kann aufgrund des geöffneten Saugventils 9 kein Druckmittel über das Druckventil 10 in Richtung zu der Leitung 12 gepumpt werden.

Ist nunmehr die Membran 22 von dem Stößel 26 abgehoben, so wird, wie üblich, während der Saugphase des Kolbens 16 Druckmittel über das geöffnete Auslaßventil 8 angesaugt und danach bei geschlossenem Saugventil 9 über das Druckventil 10 in Richtung zu der Leitung 12 gepumpt. Dies stellt die normale Funktionsweise der Pumpe 7 im Rahmen der Bremsanlage der Fig. 1 dar. Diese normale Funktionsweise setzt somit erst ein, wenn in dem Niederdruckspeicher 11 mindestens diejenige Druckmittelmenge enthalten ist, die dem Pumpenraum 19 der Pumpe 7 entspricht.

Wird danach die Pumpe 7 aus- und wieder eingeschaltet, so ist es möglich, daß in dem Speicherraum 28 eine große Druckmittelmenge enthalten ist. In diesem Fall ist die Membran 22 von dem Stößel 26 abgehoben. Durch die Feder 24 wird dann Druckmittel durch das Saugventil 9 in den Pumpenraum 19 gedrückt. Damit ist der Pumpenraum vollständig mit Druckmittel gefüllt. Der Kolben 16 kann damit beim Anlaufen der Pumpe 7 nicht auf das Druckmittel aufschlagen.

Ist hingegen der Speicherraum 28 nur gering oder gar nicht mit Druckmittel gefüllt, so ist der Stößel 26 durch die Membran 22 in den geöffneten Zustand gesteuert. Das Saugventil ist damit geöffnet. Dies hat, wie erläutert, zur Folge, daß kein Pumpvorgang zum Druckventil 10 hin erfolgen kann, sondern daß statt dessen zuerst Druckmittel in den Speicherraum 28 gepumpt wird.

Befindet sich die Membran 22 in einer Stellung, die etwa gerade dem Schließbereich des Stößels 26 entspricht, so wird, nachdem das Saugventil 9 in seinen geschlossenen Zustand übergegangen ist, aufgrund der Reibung der Membran 22 bzw. der Ringdichtung 23 an dem Gehäuse 20 des Nieder­ druckspeichers 11 erreicht, daß das Saugventil 9 nicht sofort wieder von der Membran 9 geöffnet geöffnet werden kann. Durch die innere Reibung des Druckspeichers 11, insbesondere durch die Reibung der Ringdichtung 23 an dem Gehäuse 20 des Druckspeichers 11 wird somit eine Hysterese für das Öffnen und Schließen des Saugventils 9 erreicht.

Claims (8)

1. Pumpe (7), insbesondere für eine hydraulische Bremsanlage, mit einem Kolben (16), der einen Pumpenraum (19) begrenzt, sowie mit einem Saugventil (9) und einem dem Saugventil (9) zugeordneten Druckspeicher (11), der zur Aufnahme von nicht­ angesaugtem Druckmittel vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Saugventil (9) in Abhängigkeit von der Druckmittelmenge in dem Druckspeicher (11) steuerbar ist.

2. Pumpe (7) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Saugventil (9) geöffnet ist, wenn die Druckmittelmenge in dem Druckspeicher (11) gering ist.

3. Pumpe (7) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Saugventil (9) geöffnet ist, wenn die Druckmittelmenge in dem Druckspeicher (11) kleiner als die Druckmittelmenge in dem Pumpenraum (19) ist.

4. Pumpe (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckspeicher (11) eine in Abhängigkeit von der Druckmittelmenge bewegliche Einrichtung (21) aufweist, die auf das Saugventil (9) einwirkt.

5. Pumpe (7) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Saugventil (9) von der beweglichen Einrichtung (21) betätigbar ist.

6. Pumpe (7) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Einrichtung eine Membran (22) ist.

7. Pumpe (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckspeicher (11) eine innere Reibung aufweist.

8. Pumpe (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckspeicher ein Niederdruckspeicher (11) ist.