DE102004022111A1

DE102004022111A1 - Kolbenpumpe mit aktiv betätigbarem Verschlusselement

Info

Publication number: DE102004022111A1
Application number: DE200410022111
Authority: DE
Inventors: Norbert Alaze
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-05-05
Filing date: 2004-05-05
Publication date: 2005-11-24
Also published as: FR2869957A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe zur Förderung von Hydraulikfluid, umfassend einen hin- und herbewegbaren Kolben (4), welcher mittels eines Federelements (7) in seine Ausgangslage zurückstellbar ist, ein Auslassventil mit einem Verschlusselement (12), welches einen Durchlass (11) zwischen einem Kolbenraum (8) und einem Druckbereich (9) nach dem Durchlass freigibt und verschließt und ein aktives Betätigungselement (15), um das Verschlusselement (12) aktiv zu betätigen, um den Durchlaß (11) freizugeben und/oder zu verschließen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe zur Förderung von Hydraulikfluid mit einem aktiv betätigbaren Verschlusselement, welche insbesondere in einer Bremsanlage für ein Fahrzeug verwendet wird.

Kolbenpumpen sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Als Kolbenpumpen für Fahrzeugbremsanlagen werden häufig Radialkolbenpumpen verwendet, bei denen wenigstens ein Kolben mittels eines Exzenters hin- und herbewegbar ist. Derartige Kolbenpumpen werden häufig auch für elektronische Stabilitätssysteme (ESP) oder elektrohydraulische Bremsanlagen (EHB) verwendet. Hierbei weisen die bekannten Kolbenpumpen ein Auslassventil auf, welches eine federbelastete Kugel als Verschlusselement umfasst. Die Kugel wird durch die Feder in den Dichtsitz gedrückt. Wenn eine Druckdifferenz zwischen einem Kolbenraum und dem Druck nach dem Auslassventil groß genug ist, wird die Kugel vom Ventilsitz gegen die Federkraft abgehoben, sodass eine Verbindung zwischen dem Kolbenraum und dem Bereich nach dem Auslassventil geöffnet ist. Wenn bei diesem Vorgang der sogenannte Öffnungsdruck erreicht wird, öffnet das Auslassventil schlagartig. Dadurch entstehen Druckspitzen, welche sich durch unerwünschte Geräusche im Betrieb bemerkbar machen. Um diese Druckspitzen abzudämpfen, wurde schon vorgeschlagen, zusätzliche Dämpferkammern im Bereich nach dem Auslassventil vorzusehen. Eine andere Möglichkeit zur Abdämpfung der Druckspitzen ist das Vorsehen von federbelasteten Membranen mit anschließender Drossel. Diese bekannten Maßnahmen zur Dämpfung von Druckspitzen benötigen jedoch zusätzliche Teile oder im Falle der Dämpferkammern einen zusätzlichen Bauraum. Bei Verwendung der Drossel ergeben sich zusätzlich noch unerwünschte Druckverluste.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Kolbenpumpe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass sie die geräuschrelevanten Druckspitzen vermeiden kann. Dabei ist die erfindungsgemäße Kolbenpumpe einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar. Weiterhin wird kein bzw. nur ein minimaler zusätzlicher Bauraum benötigt. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass das Verschlusselement mittels eines separaten aktiven Betätigungselements aktiv betätigt wird, um einen Durchlaß zwischen einem Kolbenraum und einem Druckbereich nach dem Durchlaß freizugeben bzw. zu verschließen. Erfindungsgemäß wird hierbei unter aktiv eine definierte, angesteuerte Betätigung des Verschlusselements verstanden, im Gegensatz zu einer passiven Betätigung mittels einer Feder, wie im Stand der Technik. Mit anderen Worten kann die vorliegende Erfindung durch aktives Ansteuern des Verschlusselements das Auftreten von Druckspitzen im Betrieb verhindern. Ein weiterer Vorteil der aktiven Ansteuerung des Verschlusselements des Auslassventils der Kolbenpumpe liegt darin, dass eine genaue Förderleistungssteuerung der Pumpe durch die gezielte Ansteuerung erreicht werden kann.

Die Unteransprüche haben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung zum Gegenstand.

Um besonders kostengünstig herstellbar zu sein, ist das aktive Betätigungselement vorzugsweise ein Magnetventil. Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann das aktive Betätigungselement auch ein Piezostellelement sein.

Besonders bevorzugt wird das Betätigungselement in Abhängigkeit vom Druck im Kolbenraum aktiv angesteuert. Hierbei wird der Druck im Kolbenraum vorzugsweise mittels eines Drucksensors bestimmt, welcher im Kolbenraum angeordnet ist. Bei Erreichen eines vorbestimmten Drucks kann beispielsweise eine leichte, d.h. nicht vollständige, Öffnung des Verschlusselements erfolgen und bei Erreichen eines zweiten vorbestimmten Drucks kann das Verschlusselement vollständig öffnen. Dadurch wird ein schlagartiges Öffnen des Verschlusselements und somit die Erzeugung von ungewollten Druckspitzen verhindert.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das Betätigungselement in Abhängigkeit von einer Position des Kolbens im Zylinder aktiv ansteuerbar. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird vorzugsweise ein Sensor zur Bestimmung der Position des Kolbens im Zylinder, z.B. ein optischer Sensor, verwendet.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der Kolben der Kolbenpumpe mittels eines Exzenters betätigbar und das Betätigungselement in Abhängigkeit von einer Position des Exzenters aktiv ansteuerbar. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Position des Exzenters vorzugsweise mittels eines Drehwinkelsensors oder eines optischen Sensors bestimmt.

Das Verschlußelement ist vorzugsweise eine Kugel.

Weiter bevorzugt ist in einem Anker des Magnetventils eine Ausnehmung gebildet, welche das Verschlusselement zumindest teilweise aufnimmt. Wenn das Verschlußelement eine Kugel ist, ist die Ausnehmung dabei halbkugelförmig bzw. teilkugelförmig entsprechend dem Kugeldurchmesser gebildet.

Die erfindungsgemäße Kolbenpumpe wird besonders bevorzugt in Bremsanlagen von Fahrzeugen, beispielsweise zur Steuerung des Drucks in Radbremszylindern verwendet. Besonders bevorzugt wird die erfindungsgemäße Kolbenpumpe dabei in Verbindung mit elektronischen Steuer- und Regelsystemen der Bremsanlage, wie z.B. ESP, EHB, ASR usw., verwendet.

Zeichnung
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
1 eine schematische Schnittansicht einer Kolbenpumpe gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 eine Kolbenpumpe 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
Wie in 1 gezeigt, umfasst die Kolbenpumpe 1 ein Gehäuse 2, in welchem ein Kolben 4 hin- und herbewegbar angeordnet ist. Der Kolben 4 wird mittels eines Exzenters 3 in bekannter Weise betätigt. Der Kolben 4 umfasst ferner ein Zwischenelement 5 und eine Ventilplatte 6, welche in einem Ventilkäfig 20 angeordnet ist und mittels eines Federelements 21 federbelastet ist. Der Kolben, genauer das Zwischenelement 5, wird mittels einer Rückstellfeder 7 ebenfalls federbelastet. Die Rückstellfeder 7 stützt sich dabei an einem im Wesentlichen topfförmigen Gehäusebauteil 10 des Auslassventils ab (vgl. 1).
Das Auslassventil umfasst neben dem Gehäusebauteil 10 einen darin gebildeten mittigen Durchlaß 11 und eine Kugel 12, welche den Durchlaß 11 verschließt.
Wie aus 1 ersichtlich ist, trennt das Auslassventil, genauer die Kugel 12 des Auslassventils, einen Kolbenraum 8 von einem Druckraum 9 nach dem Auslassventil. Der Druckraum 9 ist über Verbindungsleitungen mit einer Druckleitung 14 verbunden, welche unter Druck stehendes Hydraulikfluid zu den Radbremszylindern führt. Im Kolbenraum 8 ist ein Drucksensor 24 angeordnet, um den Druck im Kolbenraum zu bestimmen. Mit dem Bezugszeichen 13 ist eine Ansaugleitung bezeichnet. Das Hydraulikfluid wird somit über die Leitung 13 und nur angedeutete Quer- und Sacklochbohrungen im Kolben 4 über die abgehobene Ventilplatte 6 zum Kolbenraum 8 geführt.
Ferner umfasst die erfindungsgemäße Kolbenpumpe 1 ein Magnetventil 15 als aktives Betätigungselement, um die Kugel 12 des Auslassventils aktiv zu betätigen. Das Magnetventil 15 umfasst einen Anker 16, eine Spule 17 und eine nicht magnetische Hülse 18, welche in einem Gehäuse 19 angeordnet sind. Im Anker 16 ist ferner eine teilkugelförmige Ausnehmung 22 gebildet, um die Kugel 12 des Auslassventils aufzunehmen. Weiterhin umfasst das Magnetventil eine Rückstellfeder 23, um nach einer Betätigung den Anker 16 wieder in seine Ausgangsstellung zurückzustellen. Der Spalt S am Anker 16 bezeichnet dabei den Bewegungsweg des Ankers.
Nachfolgend wird die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe 1 beschrieben. Durch die Drehung des Exzenters 3 wird der Kolben 4 in Richtung einer Längsachse X-X des Kolbenelements hin- und herbewegt. Dabei wird Hydraulikfluid aus einer Ansaugleitung 13 über einen Filter und eine Querbohrung in eine Sacklochbohrung des Kolbens 4 angesaugt und weiter bei abgehobener Ventilplatte 6 in den Kolbenraum 8 gefördert. Beim Druckhub des Kolbens 4 wird das Hydraulikfluid im Kolbenraum 8 unter Druck gesetzt. Der Druck im Kolbenraum 8 wird mittels des Drucksensors 24 bestimmt und an eine nicht gezeigte Steuereinrichtung weitergegeben. Wenn ein vorbestimmter Druck im Kolbenraum 8 erreicht ist, weist die Steuereinrichtung das Magnetventil 15 an, das Auslassventil aktiv zu öffnen. Beim Öffnungsvorgang wird der Anker 16 in bekannter Weise gegen die Federkraft der Feder 23 zurückgezogen, wodurch die Kugel 12 nicht mehr gegen den Dichtsitz am Gehäuse 10 des Auslassventils anliegt. Somit wird eine Verbindung zwischen dem Kolbenraum 8 und dem Druckraum 9 nach dem Auslassventil hergestellt, sodass das unter Druck stehende Hydraulikfluid aus dem Kolbenraum 8 in den Druckraum 9 strömen kann. Weiter kann auch eine mehrstufige Öffnung mit mehreren Stufen bis zu einer vollständigen Öffnung oder ein kurzzeitiges Öffnen und anschließendes Wiederverschließen vor einer vollständigen Öffnung realisiert werden.
Um das Auslassventil wieder zu schließen, wird die Bestromung des Magnetventils 15 wieder aufgehoben, sodass der Anker 16 durch die Rückstellkraft der Rückstellfeder 23 wieder in seine Ausgangslage zurückgestellt wird. Hierbei wirkt auch der Druckunterschied zwischen den Räumen 8 und 9 unterstützend. Durch die Ausnehmung 22 im Anker 16 erfolgt eine Zentrierung der Kugel 12, sodass diese wieder mittig gegen den Dichtsitz am Auslassventil gedrückt wird.
Somit kann erfindungsgemäß das Auftreten von Druckspitzen infolge der schlagartigen Öffnungsvorgänge am Auslassventil vermieden werden. Das Magnetventil 15 wird dabei aktiv abhängig vom vorhandenen Druck im Kolbenraum 8 betätigt.
Es sei angemerkt, dass die Ansteuerung des Magnetventils 15 beispielsweise auch in Abhängigkeit von der Stellung des Exzenters 3 durchgeführt werden kann. Hierbei erfolgt beispielsweise eine Öffnung des Magnetventils 15 am unteren Totpunkt der Kolbenstellung oder kurz nach dem unteren Totpunkt des Kolbens. Es sei ferner angemerkt, dass aufgrund einer Sicherheit gegen einen Sensorausfall sowohl ein Drucksensor als auch ein Drehwinkelsensor zur Bestimmung der Position des Exzenters vorgesehen sein kann. Die Funktion der Pumpe ist überdies auch gewährleistet, wenn der Sensor bzw. das Magnetventil nicht funktioniert. Ein Öffnen bzw. Schließen des Auslassventils erfolgt dann mittels der Federkraft der Feder 23. Weiterhin kann erfindungsgemäß eine genaue Förderleistungssteuerung der Kolbenpumpe durch das aktive Öffnen und Schließen des Auslassventils erzielt werden, welche insbesondere als Zusatzfunktion für ein elektronisches Stabilitätsprogramm sinnvoll ist.

Claims

Kolbenpumpe zur Förderung von Hydraulikfluid, umfassend einen hin- und herbewegbaren Kolben (4), welcher mittels eines Federelements (7) in seine Ausgangslage zurückstellbar ist, ein Auslassventil mit einem Verschlusselement (12), welches einen Durchlaß (11) zwischen einem Kolbenraum (8) und einem Druckbereich (9) nach dem Durchlaß freigibt und verschließt und ein aktives Betätigungselement (15), um das Verschlusselement (12) aktiv zu betätigen, um den Durchlaß (11) freizugeben und/oder zu verschließen.
Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (15) ein Magnetventil ist.
Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (15) in Abhängigkeit vom Druck im Kolbenraum (8) aktiv ansteuerbar ist.
Kolbenpumpe nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Drucksensor (24), welcher im Kolbenraum (8) angeordnet ist.
Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (15) in Abhängigkeit von einer Position des Kolbens (4) im Zylinder ansteuerbar ist.
Kolbenpumpe nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen Sensor zur Bestimmung der Position des Kolbens im Zylinder.
Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (4) mittels eines Exzenters (3) betätigbar ist und das Betätigungselement (15) in Abhängigkeit von einer Position des Exzenters (3) akiv ansteuerbar ist.
Kolbenpumpe nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen Drehwinkelsensor oder einen optischen Sensor zur Bestimmung der Position des Exzenters (3).
Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement eine Kugel ist.
Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Anker (16) des Magnetventils eine Ausnehmung (22) ausgebildet ist, um das Verschlusselement (12) zumindest teilweise aufzunehmen.
Bremsanlage oder Stabilitätssystem für ein Fahrzeug, umfassend eine Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche.