WO1999019193A1 - Vorrichtung zur speicherung und förderung von druckmitteln - Google Patents

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WO1999019193A1
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Robert Mutschler
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Continental Teves Ag & Co. Ohg
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Definitions

  • the invention relates to a device for storing and delivering pressure medium in hydraulic systems according to the preamble of patent claim 1.
  • Patent DE 36 27 264 C2 discloses an assembly in which a hydraulic accumulator for energy storage of pressurized brake fluid is screwed into a housing of a pump assembly.
  • the functional assemblies pump unit and storage unit are usually arranged as individual and separate assemblies in or on a hydraulic block of a brake system.
  • the separate training of these modules requires a considerable amount of space and leads to a high weight.
  • light and space-saving hydraulic units would be desirable due to the installation space which is very small in the engine compartment of a motor vehicle and the constant demand from the automotive industry for a low weight.
  • the pump unit is arranged within the storage unit in a generic device for storing and delivering pressure medium.
  • the invention thus provides a light and small-sized device for storing and delivering pressure medium in hydraulic systems. This is achieved in particular through the high level of integration of the pump and storage function modules. Individual components can perform dual functions.
  • the pump unit is preferably arranged in a cover element of a housing of the storage unit.
  • the storage unit is divided into an inner and an outer chamber by a bellows. If the bellows is designed as a metal bellows, it is necessary for the device according to the invention to have a stop in the inner chamber so that the metal bellows cannot be compressed completely, which could damage it and result in leaks.
  • the pump unit can then be integrated with particular advantage in this stop.
  • the inner chamber of the storage unit is filled with gas. This creates a preload in the storage space.
  • the storage unit in particular when used in hydraulic brake systems, does not serve as a reservoir for hydraulic liquid in the sense of a tank, but in particular also as an energy store, with the help of which the brake fluid is constantly under pressure and a braking operation can be carried out immediately without pressure having to be built up beforehand.
  • the abovementioned stop merely has the character of an emergency brake and should not be touched by the bellows when the storage unit is in operation.
  • the stop is in particular of large volume in order to reduce or optimize the volume of the inner chamber of the storage unit. This results from the requirements of the best possible pressure-volume characteristic, by means of which the damping properties of the storage unit are determined. It is desirable that an optimal change in the volume of the inner chamber of the storage unit takes place by a movement of the bellows.
  • the pump unit can therefore be integrated particularly easily in the already relatively large installation space of the stop.
  • a further positive effect of the assembly integration according to the invention can be seen in the acoustics of the device.
  • the compact design of the device which concentrates the masses of the individual components to a small volume, and the favorable ratio between moving and stationary masses, the moving masses being considerably lighter than the stationary masses, result in a significant damping of the vibrations caused.
  • the flow of brake or hydraulic fluid through the storage unit causes a reduction in pulsation when the pressure medium is conveyed, since the volume of the storage unit, as a hydraulic capacity, dampens the pulsation.
  • the two measures described significantly reduce noise generation.
  • a motor unit driving the pump unit can be designed as a linear motor with a rotor and a stator.
  • the housing of the storage unit is then preferably designed at the same time as a stand of the linear motor, which leads to further weight and volume optimization of the hydraulic unit.
  • the integration of the three assemblies motor unit, pump unit and storage unit into one unit also saves the time-consuming connection and connection technology that would be necessary with a resolved arrangement.
  • the use of the linear motor concept eliminates a component such as an eccentric or swash plate, which transforms the rotation of the motor shaft of an electric motor into a linear movement for the movement of the pistons of the pump unit.
  • the rotor of the linear motor is preferably provided with a driver bracket at one end, the piston or pistons of the pump unit being movable by means of the driver bracket.
  • the linear motor preferably has permanent magnets which are arranged on the outer contour of the housing of the storage unit.
  • the rotor of the linear motor can in particular also be guided axially on the circumference of the housing of the storage unit by means of bearing elements.
  • An additional advantageous effect of the present invention is the cooling of the stator and the rotor winding of the linear motor. Due to the flow around the inner wall of the housing of the storage unit, which also functions as a linear motor stand, that between the magnet coils of the rotor and the heat generated by the permanent magnet of the stator is dissipated by means of the brake or hydraulic fluid.
  • the figure shows in longitudinal section and partially schematically a device 1 according to the invention for storing and delivering pressure medium in hydraulic systems.
  • the device 1 combines at least the functional modules storage unit 2 and pump unit 3 according to the invention.
  • a motor unit 4 in particular a linear motor, can also be integrated in the device 1.
  • the individual assemblies are preferably put together in such a way that components of one assembly simultaneously assume functions of the other assemblies.
  • the device 1 according to the invention can be used with particular advantage in hydraulic brake systems for motor vehicles, since it is particularly light and small.
  • Permanent magnets 2e are arranged on the outer circumference of the preferably rotationally symmetrical housing 2a of the storage unit 2 in such a way that they generate the stator magnetic field of the linear motor 4 and thus the storage unit 2 functions as a stand 4b of the linear motor 4.
  • the rotor 4a of the linear motor 4 comprises magnetic coils 4e, which are also preferably arranged rotationally symmetrically, and a driver bracket 4d, which spans the inner space of the rotor of the linear motor 4 as a bridge.
  • the rotor 4a is arranged in such a way that it surrounds the stand 4b and is mounted on the circumference of the stand 4a by means of bearing elements 4c, that he performs a linear movement in the direction of the stator axis.
  • the driver bracket 4d is in particular designed in such a way that it transmits the movements of the rotor 4a of the linear motor 4 on the pump piston 3c of the pump unit 3, which is preferably designed as an axial piston pump, via a point support.
  • the piston stroke of the pump unit 3 generated by this movement is reset by means of a return spring 3h, as a result of which an oscillating, pumping movement of the pump piston 3c is produced.
  • the pump piston 3c is guided in the pump cylinder 3b, which is arranged in the housing 3a of the pump 3.
  • a suction channel 3d for the inlet of the pressure medium from a hydraulic system (not shown) and a pressure channel 3f are additionally arranged.
  • the pressure channel 3f connects the pressure side of the pump cylinder 3b to the outer chamber 3d of the housing 2a of the storage unit 2. This leads to the pressure medium being sucked out of the hydraulic system, conveyed by the pump unit 3 into the storage unit 2 and stored there or back again gets into the hydraulic system.
  • the housing 3a of the pump unit 3 acts through its arrangement in the inner chamber of the housing 2a as a supporting body of a bellows 2b, which separates the housing 2a into an inner chamber 2c and an outer chamber 2d.
  • the bellows 2b is designed in particular as a metal bellows.
  • the housing or pump housing 3a of the pump unit 3 forms a closure cover or a cover element 2f, with which the housing 2a of the storage unit 2 is closed.
  • the bellows 2b can be attached in a gas-tight manner to the environment in the gap between the cover element 2f and the housing 2a.
  • valve element 2g On the side of the housing 2a opposite the cover element 2f there is preferably a valve element 2g, which is designed in particular as a seat valve and is connected to the bellows 2b.
  • the valve element 2 g is opened or closed by means of the pressure difference that exists between the inner chamber 2c and the outer chamber 2d in the housing 2a, and thus with the movement of the bellows 2b.
  • An additional advantageous effect of the present invention results from the pressure medium flowing through the storage unit 2.
  • the pressure medium or the brake fluid flows along the walls of the housing 2a of the storage unit 2 and is thereby able to cool the stator 4b and the magnetic coils 4f of the rotor 3a during operation.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Speicherung und Förderung von Druckmitteln in Hydrauliksystemen mit einer Motoreinheit (4), einer Pumpeneinheit (3) und einer Speichereinheit (2). Um eine möglichst kleinbauende und gewichtsoptimierte Einheit zu schaffen, ist die Pumpeneinheit (3) erfindungsgemäß innerhalb der Speichereinheit (2) angeordnet. Mit Vorteil kann die Pumpeneinheit (3) dabei in einem Deckelelement (2f) des Gehäuses (2a) der Speichereinheit (2) vorgesehen sein.

Description

Vorrichtung zur Speicherung und Förderung von Druc.kmitte.ln
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Speicherung und Förderung von Druckmitteln in Hydrauliksystemen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Anordnungen zur Speicherung und Förderung von Druckmitteln in Hydrauliksystemen sind insbesondere bei elektronisch geregelten Bremssystemen mit Anti-Blockier-System, Antriebsschlupfregelung oder elektronischem Stabilitätsprogramm hinreichend bekannt. In der Patentschrift DE 36 27 264 C2 ist beispielsweise ein Aggregat offenbart, bei der ein Hydraulikspeicher zur Energiespeicherung von unter Druck stehender Bremsflüssigkeit in ein Gehäuse eines Pumpenaggregats eingeschraubt ist.
Üblicherweise sind die Funktionsbaugruppen Pumpeneinheit und Speichereinheit als einzelne und separate Baugruppen in bzw. an einem Hydraulikblock eines Bremssystems angeordnet. Die getrennte Ausbildung dieser Baugruppen erfordert einen erheblichen Bauraum und führt zu einem hohen Gewicht. Insbesondere bei hydraulischen Bremsanlagen wären jedoch aufgrund des im Motorraum eines Kraftfahrzeuges nur sehr gering vorhandenen Einbauraumes sowie der ständigen Forderung der Automobilindustrie nach einem niedriges Gewicht leichte und platzsparende Hydraulikaggregate wünschenswert.
ßESTÄTIGUWGSKOP/I Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Speicherung und Förderung von Druckmitteln zu schaffen, die einfach aufgebaut ist und gleichzeitig ein platz- und gewichtssparendes Aggregat darstellt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung zur Speicherung und Förderung von Druckmitteln die Pumpeneinheit innerhalb der Speichereinheit angeordnet ist. Die Erfindung stellt somit eine leichte und in ihrer Baugröße kleine Vorrichtung zum Speichern und Fördern von Druckmitteln in Hydrauliksystemen bereit. Dies gelingt insbesondere durch die hohe Integration der Funktionsbaugruppen Pumpe und Speicher. Einzelne Bauteile können dabei Doppelfunktionen erfüllen. Vorzugsweise ist beispielsweise die Pumpeneinheit in einem Deckelelement eines Gehäuses der Speichereinheit angeordnet.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Speichereinheit durch einen Faltenbalg in eine innere und eine äußere Kammer geteilt. Wenn der Faltenbalg als Metallfaltenbalg ausgebildet ist, ist es erforderlich, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung in der inneren Kammer einen Anschlag aufweist, damit der Metallfaltenbalg nicht vollständig zusammengedrückt werden kann, was zu seiner Beschädigung und daraus resultierend zu Undichtigkeiten führen könnte. In diesem Anschlag kann dann mit besonderem Vorteil die Pumpeneinheit integriert sein.
In einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist die innere Kammer der Speichereinheit mit Gas gefüllt. Dadurch wird eine Vorspannung im Speicherraum erzeugt. Die Speichereinheit dient nämlich insbesondere beim Einsatz in hydraulischen Bremsanlagen nicht zur als Reservoir für Hydraulik- flüssigkeit im Sinne eines Tanks, sondern insbesondere auch als Energiespeicher, mit dessen Hilfe die Bremsflüssigkeit ständig unter Druck steht und ein Bremsvorgang sofort ausgeführt werden kann, ohne daß vorher Druck aufgebaut werden muß .
Der oben genannte Anschlag besitzt als Sicherheitsreserve lediglich den Charakter einer Notbremse und sollte im Betrieb der Speichereinheit vom Faltenbalg nicht berührt werden. Der Anschlag ist insbesondere großvolumig ausgeführt, um das Volumen der inneren Kammer der Speichereinheit zu verringern bzw. zu optimieren. Dies resultiert aus den Anfordernissen einer möglichst optimalen Druck-Volumenkennlinie, durch die die Dämpfungseigenschaften der Speichereinheit festgelegt werden. Dabei ist es wünschenswert, daß durch eine Bewegung des Faltenbalges eine optimale Änderung des Volumens der inneren Kammer der Speichereinheit erfolgt. In dem ohnehin vorhandenen relativ großen Bauraum des Anschlages kann die Pumpeneinheit deshalb besonders leicht integriert werden.
Ein weiterer positiver Effekt der erfindungsgemäßen Baugruppenintegration zeigt sich in der Akustik der Vorrichtung. Die kompakte Bauweise der Vorrichtung, die die Massen der einzelnen Bauteile auf ein kleines Volumen konzentriert, und das günstige Verhältnis zwischen bewegten und ruhenden Massen, wobei die bewegten Massen erheblich leichter als die ruhenden sind, bewirken eine maßgebliche Dämpfung der hervorgerufenen Schwingungen. Die Durchströmung der Speichereinheit mit Brems- bzw. Hydraulikflüssigkeit bewirkt eine Pulsationsmin- derung bei der Förderung des Druckmittels, da das Volumen der Speichereinheit als hydraulische Kapazität die Pulsation abdämpft. Durch beide beschriebenen Maßnahmen wird die Geräuschbildung erheblich reduziert. Mit besonderem Vorteil kann in einer Weiterbildung der Erfindung eine die Pumpeneinheit antreibende Motoreinheit als Linerarmotor mit einem Läufer und einem Ständer ausgebildet sein. Vorzugsweise ist dann das Gehäuse der Speichereinheit gleichzeitig als Ständer des Linearmotors ausgeführt, was zu einer weiteren Gewichts- und Volumenoptimierung des Hydraulikaggregates führt. Die Integration der drei Baugruppen Motoreinheit, Pumpeneinheit und Speichereinheit zu einem Aggregat erspart außerdem eine aufwendige Verbindungs- und Anschlußtechnik, wie sie bei einer aufgelösten Anordnung notwendig wäre.
Durch die Anwendung des Linearmotorkonzeptes entfällt erfindungsgemäß ein Bauteil wie Exzenter oder Taumelscheibe, das die Rotation der Motorwelle eines Elektromotors in eine Linearbewegung für die Bewegung der Kolben der Pumpeneinheit transformiert. Vorzugsweise ist nämlich der Läufer des Linearmotors an einem Ende mit einem Mitnehmerbügel versehen, wobei der oder die Kolben der Pumpeneinheit mittels des Mitnehmerbügels bewegbar sind.
Vorzugsweise weist der Linearmotor Permanentmagnete auf, die an der Außenkontur des Gehäuses der Speichereinheit angeordnet sind. Der Läufer des Linearmotors kann insbesondere auch mittels Lagerelementen axial am Umfang des Gehäuses der Speichereinheit geführt sein.
Ein zusätzlicher vorteilhafter Effekt der vorliegenden Erfindung ist die Kühlung des Ständers und der Läuferwicklung des Linearmotors. Durch die Umströmung der Innenwand des Gehäuses der Speichereinheit, welches ebenfalls als Linearmotorständer fungiert, wird die zwischen den Magnetspulen des Läufers und den Permanentmagneten des Ständers entstehende Wärme mittels der Brems- oder Hydraulikflüssigkeit abgeführt.
Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich anhand der Beschreibung der in der einzigen Zeichnung dargestellten Ausführungsform der Erfindung.
Die Figur zeigt im Längsschnitt und teilweise schematisch eine erfindungsgenäße Vorrichtung 1 zur Speicherung und Förderung von Druckmitteln in Hydrauliksystemen. Die Vorrichtung 1 vereinigt erfindungsgemäß zumindest die Funktionsbaugruppen Speichereinheit 2 und Pumpeneinheit 3. In einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung kann auch eine insbesondere als Linearmotor ausgebildete Motoreinheit 4 in die Vorrichtung 1 integriert sein. Die einzelnen Baugruppen sind dabei vorzugsweise so zusammengefügt, daß Bauteile einer Baugruppe gleichzeitig Funktionen der jeweils anderen Baugruppen übernehmen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 kann mit besonderem Vorteil in hydraulischen Bremsanlagen für Kraftfahrzeuge eingesetzt werden, da sie besonders leicht und kleinbauend ist.
Am äußeren Umfang des vorzugsweise rotationssymmetrisch aufgebauten Gehäuses 2a der Speichereinheit 2 sind Permanentmagnete 2e so angeordnet, daß sie das Statormagnetfeld des Linearmotors 4 erzeugen und somit die Speichereinheit 2 als Ständer 4b des Linearmotors 4 fungiert.
Der Läufer 4a des Linearmotors 4 umfaßt Magnetspulen 4e, die ebenfalls vorzugsweise rotationssymmetrisch angeordnet sind, und einen Mitnehmerbügel 4d, der als Brücke den inneren Freiraum des Läufers des Linearmotors 4 überspannt. Der Läufer 4a ist so angeordnet, daß er den Ständer 4b umgreift und mittels Lagerelementen 4c am Umfang des Ständers 4a so gelagert ist, daß er eine Linearbewegung in Richtung der Ständerachse durchführt. Der Mitnehmerbügel 4d ist insbesondere so ausgeformt, daß er über eine Punktauflage die Bewegungen des Läufers 4a des Linearmotors 4 auf dem Pumpenkolben 3c der vorzugsweise als Axialkolbenpumpe ausgeführten Pumpeneinheit 3 überträgt. Der durch diese Bewegung erzeugte Kolbenhub der Pumpeneinheit 3 wird mittels einer Rückstellfeder 3h zurückgestellt, wodurch eine oszillierend pumpende Bewegung des Pumpenkolbens 3c entsteht. Der Pumpenkolben 3c ist im Pumpenzylinder 3b geführt, der im Gehäuse 3a der Pumpe 3 angeordnet ist.
Im Gehäuse 3a der Pumpeneinheit 3 sind zusätzlich ein Saugkanal 3d zum Einlaß des Druckmittels aus einem Hydrauliksystem (nicht dargestellt) und ein Druckkanal 3f angeordnet. Der Druckkanal 3f verbindet die Druckseite des Pumpenzylinders 3b mit der äußeren Kammer 3d des Gehäuses 2a der Speichereinheit 2. Dies führt dazu, daß das Druckmittel aus dem Hydrauliksystem angesaugt, von der Pumpeneinheit 3 in die Speichereinheit 2 gefördert und dort gespeichert wird bzw. wieder zurück ins Hydrauliksystem gelangt.
Das Gehäuse 3a der Pumpeneinheit 3 wirkt durch seine Anordnung in der inneren Kammer des Gehäuses 2a als Stützkörper eines Faltenbalgs 2b, der das Gehäuse 2a in eine innere Kammer 2c und äußere Kammer 2d trennt. Der Faltenbalg 2b ist dabei insbesondere als Metallfaltenbalg ausgebildet. Gleichzeitig bildet das Gehäuse bzw. Pumpengehäuse 3a der Pumpeneinheit 3 einen Verschlußdeckel bzw. ein Deckelelement 2f, mit dem das Gehäuse 2a der Speichereinheit 2 verschlossen ist. Zusätzlich kann im Spalt zwischen Deckelelement 2f und Gehäuse 2a der Faltenbalg 2b gasdicht gegenüber der Umgebung befestigt sein. Auf der dem Deckelelement 2f gegenüberliegenden Seite des Gehäuses 2a befindet sich vorzugsweise ein Ventilelement 2g, welches insbesondere als Sitzventil ausgelegt und mit dem Faltenbalg 2b verbunden ist. Mittels der Druckdifferenz, die zwischen der inneren Kammer 2c und der äußeren Kammer 2d im Gehäuse 2a herrscht, und somit mit der Bewegung des Faltenbalges 2b wird das Ventilelement 2 g geöffnet oder geschlossen.
Ein zusätzlicher vorteilhafter Effekt der vorliegenden Erfindung entsteht durch die Durchströmung der Speichereinheit 2 mit Druckmittel. Das Druckmittel bzw. die Bremsflüssigkeit strömt hierbei an den Wänden des Gehäuses 2a der Speichereinheit 2 entlang und ist dadurch in der Lage, den Ständer 4b und die Magnetspulen 4f des Läufers 3a während des Betriebes zu kühlen.
Bezugszeichenliste
1 Vorrichtung zur Speicherung und Förderung
2 Speichereinheit 2a Gehäuse
2b Faltenbalg
2c Innere Kammer
2d Äußere Kammer
2e Permanentmagnete
2f Deckelelement
2g Ventilelement
3 Pumpeneinheit 3a Pumpengehäuse 3b Pumpenzylinder 3c Kolben
3d Saugkanal
3e Saugventil
3f Druckkanal
3g Druckventil
3h Rückstellfeder
4 Linearmotor 4a Läufer
4b Ständer
4c Lagerelemente
4d Mitnehmerbügel
4f Magnetspulen

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (1) zur Speicherung und Förderung von Druckmitteln in Hydrauliksystemen mit einer Motoreinheit (4), einer Pumpeneinheit (3) und einer Speichereinheit (2) , dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpeneinheit (3) innerhalb der Speichereinheit (2) angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpeneinheit (3) in einem Deckelelement (2f) eines Gehäuses (2a) der Speichereinheit (2) angeordnet ist .
3. Vorrichtung nach aAnspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinheit (2) durch einen Faltenbalg (2b) in eine innere (2c) und eine äußere Kammer (2d) geteilt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Faltenbalg als Metallfaltenbalg (2b) ausgebildet ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Kammer (2c) mit Gas ge¬ füllt ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2a) einen Ausgang aufweist, in dem ein als Sitzventil wirkendes Ventilelement (2g) angeordnet ist, dessen Schließ- bzw. Öffnungsmechanismus mit dem Faltenbalg (2b) verbunden ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Motoreinheit als Linearmotor
(4) ausgeführt ist, der einen Läufer (4a) und einen Ständer (4b) umfaßt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2a) der Speichereinheit (2) als Ständer (4a) des Linearmotors (4) ausgebildet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Linearmotor (4) Permanentmagnete (2e) aufweist, die an der Außenkontur des Gehäuses (2a) angeordnet sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer (4a) des Linearmotors
(4) mittels Lagerelementen (4c) axial am Umfang des Gehäuses (2a) geführt ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer (4a) des Linearmotors
(4) an einem Ende mit einem Mitnehmerbügel (4d) versehen ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kolben (3c) der Pumpeneinheit (3) mittels des Mitnehmerbügels (4d) bewegbar ist.
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