WO2001046590A1 - Pumpe mit geregeltem ventil - Google Patents

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Erhard Beck
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Continental Teves Ag & Co. Ohg
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T8/00—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force
    • B60T8/32—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force responsive to a speed condition, e.g. acceleration or deceleration
    • B60T8/34—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force responsive to a speed condition, e.g. acceleration or deceleration having a fluid pressure regulator responsive to a speed condition
    • B60T8/40—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force responsive to a speed condition, e.g. acceleration or deceleration having a fluid pressure regulator responsive to a speed condition comprising an additional fluid circuit including fluid pressurising means for modifying the pressure of the braking fluid, e.g. including wheel driven pumps for detecting a speed condition, or pumps which are controlled by means independent of the braking system
    • B60T8/4031—Pump units characterised by their construction or mounting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/22—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00 by means of valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B7/00—Piston machines or pumps characterised by having positively-driven valving
    • F04B7/0076—Piston machines or pumps characterised by having positively-driven valving the members being actuated by electro-magnetic means

Definitions

  • the invention relates to a pump for conveying or building up pressure in liquids, in particular hydraulic fluid for controlled brake systems in vehicles.
  • an inlet valve and an outlet valve are provided, which are generally designed as check valves. This means that the valves are opened or closed depending on the pressure conditions applied to the valve body. There is a transition area in which the pressure difference at the valve body is so large that the valve begins to open or the valve body moves in the closing direction. In particular at low temperatures, the necessary pressure differences for the movement of the valve body are considerable, so that the pump must have already applied greater suction or pressure forces before the valve bodies open or close.
  • the piston must have passed the dead center of the piston travel for some time before the pressure conditions in the pump chamber are reversed and a corresponding pressure opening or closing the valve is built up again.
  • the pump may initially be very low at low temperatures Delivery capacity, which hinders a quick control behavior, especially with ASR or ESP, since in these cases the pump must start automatically and the brake actuation is not supported by the driver actuating the brakes via the brake pedal.
  • the object of the invention is therefore to propose a pump which actuates its valves very quickly regardless of the state of the liquid to be pumped or the ambient temperature and thus considerably improves the efficiency of the pump, in particular at low temperatures.
  • the present invention is therefore based on a pump of the type resulting from the preamble of claim 1.
  • the object is achieved by the combination of features listed in the characterizing part of the main claim.
  • the invention therefore consists in not actuating the valves of the pump passively on the basis of the pressure differences occurring on the valve body, but rather actively controlling them with the aid of electrical forces. This means that the actuation of the valves is largely independent of the pressure differences applied to them. Rather, the position of the valves can be set depending on predeterminable parameters.
  • the pressure change per time in the pump cylinder is preferably used as the parameter.
  • other parameters can also be measured inside or outside the pump cylinder and the valve control can be made dependent on the measurement result.
  • the pressure in the pump chamber, the turning point of the pressure change over time, or similar quantities are conceivable.
  • a trigger criterion for opening the intake valve can, for example, also be the pressure collapse within the pump chamber of a radial piston pump.
  • the preceding combinations of characteristics are also particularly suitable, in particular, for pumps with large pressure fluctuations within the pump chamber, such as radial piston pumps.
  • valves for the outlet and in particular the inlet of the pump particularly electromagnetically actuated valves have been retained due to their fast response time in accordance with the combination of features according to claim 2.
  • the control can also be carried out by a suitable other force, for example hydraulically or mechanically.
  • the feature combination according to claim 3 can also be used effectively.
  • a characteristic curve field is anchored within the control device and the corresponding switching time is read from the table or the characteristic curve field on the basis of the values measured by the sensor device. This field of characteristics can determine both the opening time and the closing time of the exhaust valves, in particular also of the intake valves, so that the valves can be optimally controlled to improve the effectiveness of the pump.
  • Valves in accordance with the combination of features according to claim 4 have been retained as valves, in particular of the intake valve. It must be endeavored that the delay times, in particular of the intake valves, be as short as possible.
  • the pump according to the invention can also be used particularly advantageously with regard to the combination of features according to claim 5. Because the opening of the intake and exhaust valves is no longer dependent on the pressure conditions at the valves themselves, but on electrical control signals is dependent, the pump can also be easily vented or emptied by holding one or both valves open at the same time.
  • Fig. 1 in a symbolic representation of the radial piston pump provided with the valve according to the invention.
  • Fig. 2 shows a modified embodiment of the valve in Fig. 1 and
  • FIG. 3 shows further details of the embodiment of the pump according to FIG. 1.
  • a pump piston 2 of a pump according to the invention is symbolically shown, which is moved back and forth within a cylinder space 3 by a crank drive 4.
  • the crank drive can also be replaced by an eccentric, the eccentric shaft or the crank drive rotating at a rotational speed u.
  • the pump piston 2 is provided in the usual way with a piston seal 5 and a support ring 6, which seals the piston surface against the lateral surface 7 of the pump cylinder 3.
  • An inlet valve 8 and an outlet valve 9 are shown symbolically, which are also often referred to below as suction valve 8 and pressure valve 9.
  • the inlet valve is an SG valve in FIG. 1, which is controlled electrically by a control, not shown.
  • the outlet valve is a conventional pressure valve, but can also be controlled electromechanically, as already explained above.
  • the inlet valve can also be designed as an SO valve.
  • a symbolically represented sensor device 10 measures the change in pressure per unit of time, that is, the derivation of the pressure over time, as indicated by an active connection 11.
  • a characteristic field can then be controlled by the sensor device 10, which determines the opening and closing times of the suction valve as a function of the measured value and entered in the field and accordingly controls it electromechanically.
  • the outlet valve 9 which is shown in FIG. 1 as a simple pressure valve.
  • FIG. 3 shows a possible embodiment according to FIG. 1 in more detail.
  • the crank drive 4 (Fig.l) is replaced by a conventional eccentric drive 12, wherein the return of the pump piston 2 is done by means of a return arm 13.
  • the pump housing 14 is provided with a connection piece 15 which has an inlet opening 16 and an outlet opening 30, the outlet opening 17 leading to the pressure valve (FIG. 1) not shown in FIG. 3.
  • FIG. 3 now shows a possible embodiment of the inlet valve which controls the pressure medium flow to the pump chamber 3.
  • the pump chamber 3 is closed off by an annular valve seat 17, against which the valve seal 18 of a valve body 19 can be applied by means of the biasing force of a spring 20.
  • the spring 20 is supported on the valve body 19 via a suitable projection 21, for example a clamping ring on the valve body 19, and thus pulls the valve body 19 with its valve seal 18 against the valve seat 17 in the de-energized state.
  • the inlet opening 16 is thus in the de-energized state relative to the Pump room 3 closed. If the inlet valve is now to be opened, a current or a voltage is thus applied to a solenoid 22 which, via a magnet 23, shifts the valve body 19 to the right in FIG.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Pumpe, insbesondere zur Förderung von Druckmittel in geregelten Bremssystemen von Fahrzeugen. Üblicherweise werden die Einlass- bzw. Auslassventile derartige Pumpen durch den Druckabfall an den entsprechenden Ventilen betätigt. Um die Pumpe zu optimieren und deren Wirksamkeit insbesondere bei hohem Saugdruckbedarf (niedrige Temperaturen) herabzusetzen, wird vorgeschlagen, die Ventile elektromechanisch zu betätigen, wobei insbesondere der Druck oder der Druckabfall pro Zeiteinheit innerhalb des Pumpenraums zur Ansteuerung der elektromechanisch arbeitenden Ventile herangezogen wird.

Description

Pumpe mit geregeltem Ventil
Die Erfindung betrifft eine Pumpe zum Fördern bzw. Druckaufbau von Flüssigkeiten, insbesondere Hydraulikflüssigkeit für geregelte Bremssysteme in Fahrzeugen.
Hierbei ist die zur Verfügung stehende Energie zum Betreiben der Pumpe stark beschränkt. Weiterhin soll die Pumpe möglichst geringe Abmessungen und ein kleines Gewicht haben. Man ist daher bestrebt, die Pumpe derart auszulegen, dass sie unter den üblichen Betriebsbedingungen sehr effektiv arbeitet und dabei möglichst kleine Abmessungen bei geringem Gewicht besitzt. Bei den üblichen Pumpen ist ein Einlassventil und ein Auslassventil vorgesehen, die in der Regel als Rückschlagventile ausgestaltet sind. Das heißt, dass die Ventile in Abhängigkeit von der an dem Ventilkörper anliegenden Druckverhältnisse geöffnet bzw. geschlossen sind. Dabei gibt es einen Übergangsbereich, bei dem der Druckunterschied an dem Ventilkörper so groß ist, dass das Ventil zu öffnen beginnt bzw. der Ventilkörper sich in Schließrichtung bewegt. Insbesondere bei tiefen Temperaturen sind die notwendigen Druckunterschiede zur Bewegung des Ventilkörpers erheblich, so dass die Pumpe schon größere Saug- bzw. Druckkräfte aufgebracht haben muss, bevor die Ventilkörper sich öffnen bzw. schließen. Betrachtet man eine Radialkolbenpumpe mit sich hin- und herbewegendem Kolben, so muss der Kolben schon einige Zeit den Totpunkt des Kolbenweges überfahren haben, bevor die Druckverhältnisse sich in der Pumpenkammer umkehren und ein entsprechender die Ventile öffnender bzw. schließender Druck neu aufgebaut ist. Als Folge daraus resultiert, dass die Pumpe bei tiefen Temperaturen unter Umständen anfangs nur eine sehr geringe Förderleistung hat, die ein schnelles Regelverhalten insbesondere bei ASR oder ESP behindert, da in diesen Fällen die Pumpe selbsttätig anlaufen muss und die Bremsbetätigung nicht durch die Betätigung der Bremsen über das Bremspedal durch den Fahrer unterstützt wird.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Pumpe vorzuschlagen, die unabhängig von dem Zustand der zu fördernden Flüssigkeit bzw. der Umgebungstemperatur sehr schnell ihre Ventile betätigt und damit den Wirkungsgrad der Pumpe, insbesondere bei niedrigen Temperaturen erheblich verbessert.
Die vorliegende Erfindung geht daher aus von einer Pumpe der sich aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ergebenden Gattung. Die Aufgabe wird durch die in dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs aufgeführte Merkmalskombination gelöst. Die Erfindung besteht im Prinzip also darin, die Ventile der Pumpe nicht passiv aufgrund der am Ventilkörper auftretenden Druckunterschiede zu betätigen, sondern aktiv mit Hilfe elektrischer Kräfte anzusteuern. Damit wird die Betätigung der Ventile von den an diesen anliegenden Druk- kunterschieden weitgehend unabhängig. Vielmehr kann die Stellung der Ventile in Abhängigkeit von vorgebbaren Parametern eingestellt werden.
Bei einer derartigen Einstellung bedient man sich in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung der Merkmalskombination nach Anspruch 2. Als Parameter wird dabei bevorzugt die Druckänderung pro Zeit in dem Pumpenzylinder verwendet. Es können aber auch andere Parameter innerhalb oder außerhalb des Pumpenzylinders gemessen und die Ventilansteuerung von dem Messergebnis abhängig gemacht werden. Denkbar ist beispielsweise der Druck in der Pumpenkammer, der Wendepunkt der Druckänderung über die Zeit gesehen oder ähnliche Größen. Ein Auslösekriterium zum Öffnen des Einlassventils kann beispielsweise auch der Druckzusammenbruch innerhalb der Pumpenkammer einer Radialkolbenpumpe sein. Die vorangegangenen Merkmaiskombinationen sind m übrigen auch insbesondere für Pumpen mit großen Druckschwankungen innerhalb der Pumpenkammer wie beispielsweise Radialkolbenpumpen besonders geeignet.
Als Ventile für den Auslass und insbesondere auch den Einlass der Pumpe haben sich besonders elektromagnetisch betätigte Ventile aufgrund ihrer schnellen Reaktionszeit gemäß der Merkmaiskombination nach Anspruch 2 bewahrt. Die Ansteuerung kann aber auch durch eine geeignete andere Kraft, beispielsweise hydraulisch oder mechanisch erfolgen. Mit Hilfe der Erfindung ist auch die Merkmalskombmation nach Anspruch 3 effektiv einsetzbar. Dabei wird innerhalb der Steuereinrichtung ein Kennlinienfeld verankert und es wird aufgrund der durch die Sensoreinrichtung gemessenen Werte der entsprechende SchaltZeitpunkt in der Tabelle bzw. dem Kennlinienfeld abgelesen. Dieses Kennlinienfeld kann sowohl die Öffnungszeit als auch die Schließzeit der Auslassventi- le insbesondere aber auch der Einlassventile festlegen, so dass die Ventile m optimaler Weise zur Verbesserung der Effektivität der Pumpe ansteuerbar sind.
Als Ventile insbesondere des Einlassventils haben sich insbesondere Ventile gemäß der Merkmalskombination nach Anspruch 4 bewahrt. Dabei muss man bestrebt sein, dass die Verzogerungszeiten insbesondere der Einlassventile so kurz wie möglich sind.
Die erfmdungsgemaße Pumpe ist insbesondere auch hinsichtlich der Merkmalskombmation nach Anspruch 5 besonders vorteilhaft einsetzbar. Da die Öffnung der Einlass- bzw. Aus- lassventile nicht mehr von den Druckverhaltnissen an den Ventilen selbst sondern von elektrischen Ansteuersignalen abhängig ist, lässt sich hierdurch die Pumpe auch leicht entlüften oder auch entleeren, indem man ein bzw. beide Ventile gleichzeitig offen hält.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Dabei zeigt
Fig. 1 in symbolischer Darstellung die mit dem erfindungsgemäßen Ventil versehene Radialkolbenpumpe.
Fig. 2 eine veränderte Ausführungsform des Ventils in Fig. 1 und
Fig. 3 weitere Einzelheiten der Ausführungsform der Pumpe nach Fig. 1.
In Fig. 1 ist ein Pumpenkolben 2 einer erfindungsgemäßen Pumpe symbolisch dargestellt, der innerhalb eines Zylinderraums 3 durch einen Kurbelantrieb 4 hin- und herbewegt wird. Der Kurbelantrieb kann auch durch einen Exzenter ersetzt sein, wobei die Exzenterwelle bzw. der Kurbelantrieb mit einer Drehgeschwindigkeit u umlaufen. Der Pumpenkolben 2 ist in üblicher Weise mit einer Kolbendichtung 5 und einem Stützring 6 versehen, die die Kolbenfläche gegenüber der Mantelfläche 7 des Pumpenzylinders 3 abdichtet. Symbolisch sind ein Einlassventil 8 und ein Auslassventil 9 dargestellt, die nachfolgend vielfach auch als Saugventil 8 und Druckventil 9 bezeichnet werden. Das Einlassventil ist in Fig. 1 ein SG-Ventil, welches durch eine nicht dargestellte Steuerung elektrisch angesteuert wird. Das Auslassventil ist ein übliches Druckventil, kann aber ebenfalls wie weiter oben schon erläutert, elektromechanisch angesteuert werden. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, kann das Einlassventil aber auch als SO-Ventil ausgestaltet sein. Eine symbolisch dargestellte Sensoreinrichtung 10 misst die Druckänderung pro Zeiteinheit, also die Ableitung des Drucks nach der Zeit, wie durch eine Wirkverbindung 11 angedeutet ist. Von der Sensoreinrichtung 10 kann dann ein Kennlinienfeld angesteuert werden, welches in Abhängigkeit von dem gemessenen und in das Feld eingegebenen Wert die Öffnungs- bzw. Schließzeiten des Saugventils bestimmt und es dementsprechend elektromechanisch ansteuert. Entsprechendes kann aber auch für das Auslassventil 9 gelten, welches in Fig. 1 als einfaches Druckventil dargestellt ist.
In Fig. 3 ist eine mögliche Ausführungsform nach Fig. 1 mehr ins Einzelne gehend dargestellt. Der Kurbelantrieb 4 (Fig.l) ist durch einen gebräuchlichen Exzenterantrieb 12 ersetzt, wobei das Zurückholen des Pumpenkolbens 2 mittels eines Rückholarms 13 geschieht. Das Pumpengehäuse 14 ist mit einem Anschlussstutzen 15 versehen, der eine Einlassöffnung 16 und eine Auslassöffnung 30 besitzt, wobei die Auslassöffnung 17 zum in Fig. 3 nicht dargestellten Druckventil (Figur 1) führt.
Fig. 3 zeigt nun eine mögliche Ausgestaltung des Einlassventils, welche den Druckmittelzufluss zum Pumpenraum 3 steuert. Der Pumpenraum 3 wird abgeschlossen durch einen ringförmigen Ventilsitz 17, an den die Ventildichtung 18 eines Ventilkörpers 19 mittels der Vorspannkraft einer Feder 20 anlegbar ist. Die Feder 20 stützt sich an dem Ventilkörper 19 über einen geeigneten Vorsprung 21, beispielsweise einen Klemmring am Ventilkörper 19 ab und zieht damit den Ventilkörper 19 mit seiner Ventildichtung 18 im stromlosen Zustand gegen den Ventilsitz 17. Die Einlassöffnung 16 ist somit im stromlosen Zustand gegenüber dem Pumpenraum 3 verschlossen. Soll nun das Einlassventil geöffnet werden, so wird ein Strom bzw. eine Spannung an eine Magnetspule 22 angelegt, die über einen Magneten 23 den Ventilkörper 19 in Fig. 3 nach rechts verschiebt und damit das Einlassventil elektromechanisch öffnet. Damit entsteht im Bereich der Ventildichtung 18 ein Verbindungskanal zwischen der Einlassöffnung 16 und dem Pumpenraum 3, so dass ohne den sonst üblichen Saugdruck dieser Pumpenraum 3 mit dem Einlasskanal weitgehend verlustfrei verbunden ist. Soll die Ventildichtung 18 wieder schließen, so wird die Spannung bzw. der Strom an der Magnetspule beendet, so dass durch die Kraft der Feder 20 das Einlassventil wieder schließt.

Claims

Patentansprüche
1. Mit zumindest einem Ventil, vorzugsweise Einlassventil versehene Pumpe zur Förderung von Flüssigkeit, insbesondere für geregelte Bremsanlagen in Kraftfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil vorzugsweise Einlassventil, (17 bis 20) eine Sensoreinrichtung (10) besitzt, welche zumindest eine von dem Druck in dem Pumpenzylinder (3) abhängige Größe insbesondere die Druckänderung pro Zeiteinheit (dp/dt) bestimmt und in Abhängigkeit von der gemessenen Größe den Schaltzeitpunkt des Ventils insbesondere des Einlass- und/oder Auslassventils (17 bis 20 bzw.9) bestimmt.
2. Pumpe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (17 bis 20, Fig. 3) elektromagnetisch betätigt wird.
3. Pumpe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Sensoreinrichtung
(10) eine oder mehrere Tabellen bzw. Kennlinienfelder hinterlegt sind, deren Ergebniswerte von den eingegebenen im Pumpenraum gemessenen Messwerten abhängen, wobei unter Verwendung der Ergebniswerte die Öffnungsund/oder Schließzeiten des Ein- und/oder Auslassventils bestimmt werden.
4. Pumpe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil oder die Ventile Reaktionszeiten (8, 9) für die Signalerfassung, Auswertung und das Schließen bzw. Öffnen des Ventils besitzen, welche insgesamt kleiner als 2 ms ist. Pumpe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Entlüften der Pumpe und/oder eines an die Pumpe angeschlossenen Hydraulikkreises das Einlass- und ggf. das Auslassventil elektrisch offen gehalten sind.
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WO2003053753A1 (de) Elektromagnetventil

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