DE19930608B4

DE19930608B4 - Hydraulische Kolbenpumpe für ein Fahrzeugbremssystem

Info

Publication number: DE19930608B4
Application number: DE19930608A
Authority: DE
Inventors: Blaise J. Ann Arbor Ganzel; David M. Ann Arbor Dokas
Original assignee: Kelsey Hayes Co
Current assignee: Kelsey Hayes Co
Priority date: 1998-07-02
Filing date: 1999-07-02
Publication date: 2010-11-18
Anticipated expiration: 2019-07-03
Also published as: US6199962B1; DE19930608A1

Abstract

Hydraulische Kolbenpumpe (116) zur Verwendung in einem Fahrzeugbremssystem (10), mit:
– einem Gehäuse (122) mit einem Hohlraum (124
– einer Antriebseinrichtung (126), die in dem Hohlraum (124) des Gehäuses (122) aufgenommen ist,
– einer Fluidquelle in Fluidverbindung mit dem Gehäuse (122),
– einem Kolben (130), der verschiebbar in dem Gehäuse (122) angeordnet ist, wobei der Kolben (130) ein erstes Ende (132) und ein zweites Ende (134) aufweist, das mit der Antriebseinrichtung (126) in Kontakt steht, so dass sich der Kolben (130) von einem unteren Totpunkt zu einem oberen Totpunkt zu bewegen vermag,
– einer Vorspanneinrichtung (136), die in Kontakt mit dem ersten Ende (132) des Kolbens (130) steht, so dass sich der Kolben (130) von dem oberen Totpunkt zu dem unteren Totpunkt bewegt,
– einer volumenvariablen Kammer (140), die von dem Kolben (130) und dem Gehäuse (122) festgelegt ist, wobei Fluid von der volumenvariablen Kammer...

Description

Die Erfindung betrifft allgemein Fahrzeugbremssysteme. Insbesondere betrifft diese Erfindung eine hydraulische Kolbenpumpe zur Verwendung in einem Fahrzeugbremssystem.
Herkömmliche Fahrzeugbremssysteme mit Antiblockier-, Traktionskontroll- und/oder Fahrzeugstabilitätskontrollfunktionen verwenden eine hydraulische Steuereinheit. Eine typische, bei diesen Bremssystemtypen verwendete hydraulische Steuereinheit hat ein Gehäuse mit mehreren Fluidsteuerventilen oder Absperrventilen (Isolierventilen), um den Fluss eines Fluid zu einer Vielzahl von Radbremsen während bestimmter Bremsvorgänge zu modulieren. Des weiteren enthält das Gehäuse mehrere Fluidsteuerventile oder Ablassventile, um den hydraulischen Fluss von den Radbremsen während bestimmter Bremsvorgänge zu modulieren. Im Verlauf dieser bestimmten Bremsvorgänge befördert eine in dem Gehäuse angeordnete Pumpe Fluid von einem Hauptzylinder zu den Radbremsen und umgekehrt. Die Pumpe enthält ein Paar einander gegenüberliegender Kolben und Hülsen. Jedes Paar Kolben und Hülsen definiert eine einzelne volumenvariable Kammer. Jede volumenvariable Kammer hat einen Einlass, der in Fluidverbindung mit dem Hauptzylinder und zumindest einem der Ablassventile steht. Des weiteren hat jede volumenvariable Kammer einen Auslass, der in Fluidverbindung mit dem Hauptzylinder und zumindest einem der Absperrventile steht.
Aus dem gattungsbildenden Stand der Technik gemäß der DE 43 16 986 A1 ist eine Kolbenpumpe bekannt, die eine koaxiale Hintereinanderschaltung eines Saugventils und eines Druckventils innerhalb eines abgestuften Pumpenzylinders und somit innerhalb eines Pumpengehäuses aufweist. Das Saugventil ist durch die Wirkung einer Druckfeder in Richtung auf den am gestuften Pumpenkolben angeordneten Ventilsitz gedrückt. Ein volumenvariabler Kompressionsraum ist zwischen dem Pumpenkolben und einem Ventilsitzkörper gebildet. Eine weitere Feder, die parallel zur ersten Druckfeder angeordnet ist, kontaktiert zur Kolbenrückstellung die Stirnfläche des Pumpenkolbens. Beide Federn stützen sich mit ihren entgegengesetzten Wirkenden an dem Ventilsitzkörper ab, der eine Dichtkante aufweist. Ein in den Pumpenzylinder einmündender Druckmittelkanal verbindet die Druckmittelquelle mit einem volumenvariablen Nachlaufraum, der zwischen einer Bohrungsstufe und einer Kolbenstufe des Pumpenkolbens gebildet ist.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 41 02 364 A1 beschreibt eine Radialkolbenpumpe mit zwei Pumpenkreisen, wobei ein Pumpengehäuse mit einer Exzenterkammer versehen ist, die eine zwischen den Pumpenkreisen angeordnete Exzenterwelle aufnimmt. Das Pumpengehäuse weist eine gestufte Bohrung auf, die zur Aufnahme zweier Stufenkolben ausgebildet ist. Die von der Exzenterwelle abgewandte Seite des Stufenkolbens begrenzt zusammen mit dem Pumpengehäuse eine erste Arbeitskammer. Die der Exzenterwelle zugewandte Seite des Stufenkolbens begrenzt zusammen mit einer Bohrungsstufe eine ringfömige zweite Arbeitskammer. Beide Arbeitskammern sind volumenvariable Kammern. Die erste Arbeitskammer ist über ein Saugventil mit einem Sauganschluss und über ein Druckventil mit einem Druckanschluss verbunden, wohingegen die zweite Arbeitskammer nur über das Druckventil mit dem Druckanschluss verbunden ist. Der Stufenkolben kann durch eine Drehung der Exzenterwelle radial nach außen und innen verschoben werden.
Der Pumpwirkungsgrad ist durch die Flussrate des von den volumenvariablen Kammern übertragenen Fluids dividiert durch die Flussratenkapazität der Pumpe definiert. Die Flussratenkapazität der Pumpe ist durch die Pumpenzyklusrate multipliziert mit dem zusammengefassten Volumen der volumenvariablen Kammern definiert.
Es ist ein bekanntes Problem, dass der Pumpwirkungsgrad reduziert wird, wenn die Temperatur des Fluids sinkt und/oder die Pumpenzyklusrate ansteigt. Die Reduktion des Pumpwirkungsgrads hängt wesentlich von dem Strömungswiderstand ab, der auf das den volumenvariablen Kammern zugeführte Fluid wirkt, wodurch wiederum die Flussrate des Fluids begrenzt wird, das den volumenvariablen Kammern zugeführt wird. Der Strömungswiderstand, der auf das der Pumpe zugeführte Fluid wirkt, verstärkt sich, wenn zusätzliche Komponenten in den Fluidflussweg einer gegebenen volumenvariablen Kammer vor dem Einlass derselben angeordnet werden.
Es ist auch bekannt, dass im Verlauf von Bremsvorgängen, bei denen die Pumpe Fluid von dem Hauptzylinder abzieht, während ein Bediener eine Kraft auf das Bremspedal ausübt, das Bremspedal ”pulsieren” oder eine stufenweise Auslenkung haben kann. Die stufenweise Auslenkung des Bremspedals ergibt sich daraus, dass die Pumpe Fluid aus dem Hauptzylinder in intermittierender Weise verdrängt. Anders gesagt, zieht die Pumpe Fluid von dem Hauptzylinder nicht in einer kontinuierlichen Weise ab, vielmehr zieht die Pumpe nur bei einer Bewegung von einem oberen Totpunkt zu einem unteren Totpunkt Fluid von dem Hauptzylinder ab. Folglich verursacht die Pumpe, dass das Bremspedal pulsiert, wenn die Pumpe Fluid von dem Hauptzylinder abzieht und der Bediener eine Kraft auf das Bremspedal ausübt.
Es ist Aufgabe der Erfindung, die aufgezeigten Nachteile zu vermeiden und eine Pumpe anzugeben, die auch bei niedrigen Umgebungstemperaturen und/oder bei einer erhöhten Pumprate effizient arbeitet sowie das Pulsieren des Bremspedals bei einer fahrerbetätigten Betätigung des Bremspedals reduziert.
Diese Aufgabe wird von einer hydraulischen Kolbenpumpe gelöst, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
Insbesondere zieht die erfindungsgemäße Pumpe sowohl bei einer Bewegung vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt als auch umgekehrt Fluid aus der Fluidversorgung ab. Daraus ergibt sich, dass Fluid aus der Fluidquelle statt in intermittierender Weise in nahezu kontinuierlicher Weise verdrängt wird. Als Folge davon ist die Auslenkung des Bremspedals, die von dieser Fluid von einem Hauptzylinder abziehenden Pumpe verursacht wird, in höherem Maße graduell oder weniger abrupt, als die Bremspedalauslenkung bekannter Vorrichtungen während vergleichbarer Bremsvorgänge.
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, wobei auf die beigefügten Figuren Bezug genommen wird. Es zeigt:
1 ein schematisches Schaltkreisdiagramm eines Fahrzeugbremssystems mit einer erfindungsgemäßen hydraulischen Kolbenpumpe,
2 eine Schnittansicht eines Teil einer ersten Ausführungsform der hydraulischen Kolbenpumpe, die in 1 schematisch dargestellt ist,
3 eine Schnittansicht eines Teils einer zweiten Ausführungsform der hydraulischen Kolbenpumpe, die in 1 schematisch dargestellt ist,
4 eine Schnittansicht eines Teils einer dritten Ausführungsform der hydraulischen Kolbenpumpe, die in 1 schematisch dargestellt ist,
5 eine Schnittansicht eines Teils einer vierten Ausführungsform der hydraulischen Kolbenpumpe, die in 1 schematisch dargestellt ist.
Ein Fahrzeugbremssystem ist in 1 allgemein mit 10 bezeichnet. Das Fahrzeugbremssystem 10 enthält ein Bremspedal 12, das mit einem Hauptzylinder 14 verbunden ist. Eine hydraulische Steuereinheit (HCU = hydraulic control unit), allgemein mit 16 bezeichnet, ist in Fluidverbindung mit dem Hauptzylinder 12 und einer Vielzahl von Radbremsen 18 verbunden. Die Radbremsen 18 sind als Scheibenbremsen dargestellt, können aber von jedem beliebigen bekannten Typ sein.
Die HCU 16 enthält eine Doppelkolbenhubpumpe 20, die in einem Gehäuse 22 angeordnet ist, um Fluid von dem Hauptzylinder 12 zu den Radbremsen 18 und in umgekehrter Richtung zu übertragen. Ferner enthält die HCU 16 verschiedene Ventile und andere Komponenten, die in dem Gehäuse 22 angeordnet sind und in Fluidverbindung mit der Pumpe 20 stehen, um Antiblockier-, Traktionskontroll- und Fahrzeugstabilitätskontrollfunktionen sowie Funktionen zum dynamischen Dosieren der rückwärtigen Bremsen (dynamische Bremskraftverteilung) bereitzustellen.
Es versteht sich, daß bei anderen Fahrzeugbremssystemen die HCU 16 zusätzliche, weniger oder andere Komponenten enthalten kann. In Abhängigkeit von spezifizierten Leistungsanforderungen und/oder von dem bestimmten Fahrzeugbremssystem bereitgestellten Funktionen können derartige Komponenten in unterschiedlichen Fluidverbindungsanordnungen angeordnet werden.
Eine Schnittansicht eines Teils einer ersten Ausführungsform einer HCU ist in 2 allgemein mit 116 bezeichnet. Die HCU 116 kann die in 1 schematisch dargestellte HCU 16 ersetzen. Die HCU 116 enthält ein Gehäuse 122 mit einem Hohlraum 124. Eine exzentrische Antriebseinrichtung 126, die eine Antriebsachse A aufweist, ist in dem Hohlraum 124 drehbar angeordnet. Ein Motor (nicht gezeigt) treibt die exzentrische Antriebseinrichtung 126 an. Eine Steuerung (nicht gezeigt) betätigt den Motor während bestimmter Bremsvorgänge. Die exzentrische Antriebseinrichtung 126, der Motor und die Steuerung sind bekannte Vorrichtungen.
Zwei Hülsen 128 erstrecken sich jeweils von dem der anderen Hülse 128 gegenüberliegenden Hohlraum 124 und im wesentlichen senkrecht zu der Antriebsachse A. Ein Kolben 130 mit einem ersten Ende 132 und einem zweiten Ende 134 ist zur Bewegung zwischen einem unteren Totpunkt und einem oberen Totpunkt in jeder Hülse 128 verschiebbar angeordnet. 2 zeigt den Kolben 130, der auf der rechten Seite des Hohlraums 124 positioniert ist, im unteren Totpunkt und den anderen Kolben 130 im oberen Totpunkt. Die zweiten Enden 34 erstrecken sich von den Hülsen 128 und stehen mit der exzentrischen Antriebseinrichtung 126 in Eingriff. Die exzentrische Antriebseinrichtung 126 bewegt die Kolben 130 abwechselnd von dem unteren Totpunkt zu dem oberen Totpunkt. Die Hülsen 128 führen die Hin- und Herbewegung der Kolben 130. Bei anderen Ausführungsformen kann eine Bohrung in dem Gehäuse 122 die Kolben 130 führen, wobei die Hülsen 128 nicht benötigt werden.
Eine Vorspanneinrichtung bewegt die Kolben 130 von dem oberen Totpunkt zu dem unteren Totpunkt. Vorzugsweise umfaßt die Vorspanneinrichtung eine Feder 136, die in jeder Hülse 128 zwischen einem umschlossenen Ende 138 der entsprechenden Hülse 128 und dem ersten Ende 132 des entsprechenden Kolbens 130 angeordnet ist. Die Federn 136 sorgen dafür, daß der Eingriff der Kolben 130 mit der exzentrischen Antriebseinrichtung 126 aufrechterhalten wird.
Jeder Kolben 130 und jede entsprechende Hülse 128 definieren eine erste volumenvariable Kammer 140, eine volumenkonstante Kammer 142 und eine zweite volumenvariable Kammer 144. Jede erste volumenvariable Kammer 140 wird von dem entsprechenden ersten Ende 132, dem entsprechenden umschlossenen Ende 138 und der diametralen Innenfläche der entsprechenden Hülse 128 zwischen dem entsprechenden ersten Ende 132 und dem entsprechenden umschlossenen Ende 138 begrenzt. Jede volumenkonstante Kammer 142 wird von der diametralen Innenfläche der entsprechenden Hülse 128 und einer ringförmigen Ausnehmung 146 begrenzt, die in dem entsprechenden Kolben 130 ausgebildet ist. Jede zweite volumenvariable Kammer 144 wird von der diametralen Innenfläche der entsprechenden Hülse 28, der diametralen Außenfläche des entsprechenden Kolbens 130, einem abgestuften, der Ausnehmung 146 benachbarten Abschnitt 148 des entsprechenden Kolbens 130 und einem abgestuften, dem entsprechenden zweiten Ende 134 benachbarten Abschnitt 150 der entsprechenden Hülse 128 begrenzt.
Jeder Kolben 130 enthält eine axiale Fluidpassage 152, die in Fluidverbindung stehend mit der entsprechenden ersten volumenvariablen Kammer 140, der entsprechenden volumenkonstanten Kammer 142 und der entsprechenden zweiten volumenvariablen Kammer 144 verbunden ist.
Jede Hülse 128 enthält ein Paar Einlaßkanäle 154, die sich von der entsprechenden volumenkonstanten Kammer 142 erstrecken. Die Einlaßkanäle 154 können eine Fluidverbindung mit einer Fluidquelle (nicht gezeigt) herstellen. Die Fluidquelle kann beliebig ausgeführt sein, beispielsweise als der in 1 dargestellte Hauptzylinder 14. Die Anordnung und Größe der Einlaßkanäle 154 ist so gewählt, daß die Fluidverbindung zwischen den Einlaßkanälen 154 und den entsprechenden volumenkonstanten Kammern 142 aufrechterhalten wird, wenn sich die Kolben 130 zwischen den unteren Totpunkten und den oberen Totpunkten bewegen. Es ist auch möglich, einen einzelnen Einlaßkanal (nicht gezeigt) anstelle des Paares Einlaßkanäle 154 zu verwenden. Zusätzlich können verschiedene Komponenten in Fluidverbindung stehend mit den Einlaßkanälen 154 und der Fluidquelle angeordnet werden.
Ferner enthält jede Hülse 128 ein Paar von Auslaßkanälen 156, die sich jeweils von der entsprechenden ersten volumenvariablen Kammer 140 erstrecken. Die Auslaßkanäle 156 können eine Fluidverbindung mit wenigstens einer entsprechenden Radbremse (nicht gezeigt), beispielsweise der in 1 gezeigten Radbremse 18, herstellen.
Ein erstes Rückschlagventil 158 ist in Fluidverbindung stehend mit jedem Paar Auslaßkanäle 156 und den entsprechenden Radbremsen verbunden. Die ersten Rückschlagventile 158 verhindern, daß Fluid von den Radbremsen zu den ersten volumenvariablen Kammern 140 strömt, und ermöglichen, daß Fluid von den ersten volumenvariablen Kammern 140 zu den Radbremsen strömt. Die ersten Rückschlagventile 158 sind in dem Gehäuse 122 angeordnet dargestellt. Alternativ kann ein erstes Rückschlagventil (nicht gezeigt) in jedem der Auslaßkanäle 156 angeordnet sein. Ferner ist selbstverständlich, daß verschiedene Komponenten in Fluidverbindung stehend zwischen den ersten Rückschlagventilen 158 und den Radbremsen angeordnet werden können.
Ein zweites Rückschlagventil 160 steht in Fluidverbindung mit jeder Fluidpassage 152 und der entsprechenden ersten volumenvariablen Kammer 140. Die zweiten Rückschlagventile 160 verhindern, daß Fluid von den ersten volumenvariablen Kammern 140 zu den Fluidpassagen 152 strömt und ermöglichen, daß Fluid von den Fluidpassagen 152 zu den ersten volumenvariablen Kammern 140 strömt.
Des weiteren enthält jeder Kolben 130 erste, zweite und dritte ringförmige Nuten 162, 164 bzw. 166. Jede erste Nut 162 ist benachbart zu dem entsprechenden zweiten Ende 134 angeordnet. Jede zweite Nut 164 liegt zwischen der entsprechenden zweiten volumenvariablen Kammer 144 und der entsprechenden volumenkonstanten Kammer 142. Jede dritte Nut 166 ist benachbart zu dem entsprechenden ersten Ende 132 angeordnet. Ein erstes Dichtelement 168 ist in der ersten Nut 162 angeordnet, um zu verhindern, daß Fluid von der zweiten volumenvariablen Kammer 144 zu dem Hohlraum 124 strömt. Ein zweites Dichtelement 170 ist in der zweiten Nut 164 angeordnet, um zu verhindern, daß Fluid zwischen der zweiten volumenvariablen Kammer 144 und der volumenkonstanten Kammer 142 strömt. Ein drittes Dichtelement 172 ist in der dritten Nut 164 angeordnet, um zu verhindern, daß Fluid zwischen der volumenkonstanten Kammer 142 und der ersten volumenvariablen Kammer 140 strömt. Die Dichtelemente 168, 170, 172 sind als O-Ringe dargestellt, können aber von jedem geeigneten Typ sein.
Im Betriebszustand betätigt die Steuerung den Motor während bestimmter Bremsvorgänge. Darauf dreht der Motor die exzentrische Antriebseinrichtung 126. Die exzentrische Antriebseinrichtung 126 bewegt dann die Kolben 130 abwechselnd von den unteren Totpunkten zu den oberen Totpunkten. Gleichzeitig bewegt die Feder 136 die Kolben 130 abwechselnd von den oberen Totpunkten zu den unteren Totpunkten.
Wenn sich die Kolben 130 von den unteren Totpunkten zu den oberen Totpunkten bewegen, werden die Volumina der ersten volumenvariablen Kammer 140 und der zweiten volumenvariablen Kammer 144 verkleinert bzw. vergrößert, wodurch sich die Fluiddrücke in den ersten volumenvariablen Kammern 140 und den zweiten volumenvariablen Kammern 144 vergrößern bzw. verkleinern. Sobald die Kolben 130 beginnen sich in Richtung der oberen Totpunkte zu bewegen, schließen die zweiten Rückschlag ventile 160, wodurch verhindert wird, daß Fluid von den ersten volumenvariablen Kammer 140 zu den Fluidpassagen 152 strömt. Wenn der Fluiddruck in den ersten volumenvariablen Kammern 140 den vorbestimmten Arbeitsdruck der ersten Rückschlagventile 158 erreicht, öffnen sich die ersten Rückschlagventile 158, wodurch es ermöglicht wird, daß Fluid von den ersten volumenvariablen Kammern 140 zu den Radbremsen strömt. Der Fluidstrom von den ersten Volumenvariablen Kammern 140 zu den Radbremsen hört ungefähr dann auf, wenn die Kolben 130 die oberen Totpunkte erreichen.
Wenn sich die Volumina der zweiten volumenvariablen Kammern 144 vergrößern, wird eine positive Druckdifferenz zwischen dem Fluiddruck in der Fluidquelle und den Fluiddrücken in den zweiten volumenvariablen Kammern 144 erzeugt. Folglich wird Fluid von der Fluidquelle durch die Einlaßkanäle 154, die volumenkonstanten Kammern 142 und die Flüssigkeitspassagen 152 zu den zweiten volumenvariablen Kammern 144 übertragen. Der Fluidstrom von der Fluidquelle zu den zweiten volumenvariablen Kammern 144 hört ungefähr dann auf, wenn die Kolben 130 die oberen Totpunkte erreichen. Sobald die Kolben 130 beginnen sich von den oberen Totpunkten wegzubewegen, schließen sich die ersten Rückschlagventile 158, wodurch verhindert wird, daß Fluid von den Radbremsen zu den ersten volumenvariablen Kammern 140 strömt.
Wenn sich die Kolben 130 von den oberen Totpunkten zu den unteren Totpunkten bewegen, vergrößern bzw. verkleinern sich die Volumina der ersten volumenvariablen Kammern 140 und der zweiten volumenvariablen Kammern 144, wodurch sich die Fluiddrücke in den ersten volumenvariablen Kammern 140 und den zweiten volumenvariablen Kammern 144 verkleinern bzw. vergrößern. Folglich wird eine positive Druckdifferenz zwischen dem Fluid in den zweiten volumenvariablen Kammern 144 und dem Fluid in den ersten volumenvariablen Kammern 140 sowie zwischen dem Fluid in der Fluidquelle und dem Fluid in den ersten volumenvariablen Kammern 140 aufgebaut, wodurch der Fluidstrom von den zweiten volumenvariablen Kammern 144 und der Fluidquelle zu den ersten volumenvariablen Kammern 140 unterstützt wird. Wenn sich die Kolben 130 weiter in Richtung der unteren Totpunkte bewegen, werden die zweiten Rückschlagventile 160 aufdrückt, wenn das unter Druck stehende, auf die zweiten Rückschlagventile 160 wirkende Fluid den vorbestimmten Arbeitsdruck der zweiten Rückschlagventile 160 überschreitet. Danach wird Fluid von der Fluidquelle und den zweiten volumenvariablen Kammern 144 zu den ersten volumenvariablen Kammern 140 übertragen, bis die Kolben 130 die unteren Totpunkte erreichen. Vorzugsweise ist das verdrängbare Volumen der zweiten volumenvariablen Kammer 144 ungefähr halb so groß wie das verdrängbare Volumen der ersten volumenvariablen Kammer 140.
Beim Bewegen der Kolben 130 zu den unteren Totpunkten sind die Fluiddrücke der zweiten volumenvariablen Kammern 144 größer als der Fluiddruck der Fluidquelle. Jedenfalls ist der Fluidstrom von den zweiten volumenvariablen Kammern 144 zu der Fluidquelle unbedeutend, sofern überhaupt vorhanden. Diese Annahme wird von der Tatsache gestützt, daß Fluid tendiert, auf dem Weg des geringsten Widerstands zu strömen. Insbesondere müßte das Fluid von den zweiten volumenvariablen Kammern 144 in den Fluidpassagen 152 ”abbiegen”, um in die entsprechenden volumenkonstanten Kammern 142 zu fließen anstatt geradeaus durch die Fluidpassagen 152 zu den ersten volumenvariablen Kammern 140 zu strömen.
Ferner weisen Testdaten daraufhin, daß der Fluidstrom von den zweiten volumenvariablen Kammern 144 an den volumenkonstanten Kammern 142 vorbei bewirkt, daß Fluid von den volumenkonstanten Kammern 142 dynamisch abgezogen wird, wodurch der Fluidstrom von der Fluidquelle zu den ersten volumenvariablen Kammern 140 unterstützt wird.
Außerdem kann die Verwendung der volumenkonstanten Kammern 142 die Fluiddruckabfälle erheblich verringern, die auf das in die Fluidpassagen 152 eintretende Fluid zurückzuführen sind, wenn Fluid zu den ersten volumenvariablen Kammern 140 übertragen wird. Genauer gesagt, müßte die maximale Flußrate des Fluids, die über die zweiten volumenvariablen Kammern 144 in die Fluidpassagen 152 eintritt, um mehr als den Faktor 2 ansteigen, um Strömungsergebnisse vergleichbar mit der Ausführungsform gemäß 2 zu erreichen, wenn die volumenkonstanten Kammern 142 entfernt und die Einlaßkanäle 154 in unmittelbarer Fluidverbindung mit den zweiten volumenvariablen Kammern 144 verbunden wären. Andererseits wären die Druckabfälle des Fluids, das von den zweiten volumenvariablen Kammern 144 in die Fluidpassagen 152 eintritt, mehr als viermal so groß, wenn die volumenkonstanten Kammern 142 nicht verwendet werden, verglichen mit dem Fall, wenn die volumenkonstanten Kammern 142 enthalten sind. Diese Aussage basiert auf der Fluideigenschaft, wonach die Fluidrate durch eine gegebene Öffnung als proportional gleich zur der Fläche der gegebene Öffnung multipliziert mit der Quadratwurzel des Druckabfalls über der gegebenen Öffnung definiert wird. Wenn bei der Ausführungsform aus 2 der Druckabfall, der dem Fluid zugeordnet ist, das in die Fluidpassagen 152 von der entsprechenden volumenkonstanten Kammer 142 eintritt, nicht größer als der Druckabfall ist, der dem Fluid zugeordnet ist, das in die Fluidpassagen 152 von der entsprechenden zweiten volumenvariablen Kammer 144 eintritt, kann der gesamte Druckabfall durch eine vorgegebene Fluidpassage 152 um mehr als den Faktor 2 reduziert werden, wenn die Einlaßkanäle 154 mit den volumenkonstanten Kammern 142 in direkter Fluidverbindung stehen statt mit den zweiten volumenvariablen Kammern 144.
Eine Schnittansicht eines Teils einer zweiten Ausführungsform einer HCU ist in 3 allgemein mit 216 bezeichnet. Die HCU 216 ist mit der HCU 116 von 2 vergleichbar und Bezugszeichen in der 200-Serie werden verwendet, um ähnliche Merkmale der 100-Serie anzugeben. Die wesentlichen Unterschiede zwischen der HCU 216 und der HCU 116 bestehen darin, daß die zweiten und dritten Nuten 164, 166 der HCU 116 und deren entsprechende Dichtelemente 170, 172 bei der HCU 216 weggelassen wurden.
Die HCU 216 enthält ein Paar gegenüberliegender Hülsen 228 (nur eine ist gezeigt), die in einem Gehäuse 222 angeordnet sind. Ein Kolben 230 mit einem ersten Ende 232 und einen zweiten Ende 234 ist für eine Bewegung zwischen einem unteren Totpunkt und einem oberen Totpunkt in jeder Hülse 228 verschiebbar angeordnet. 3 zeigt den Kolben 230 in dem unteren Totpunkt.
Jeder Kolben 230 und jede entsprechende Hülse 228 definieren eine erste volumenvariable Kammer 240, eine volumenkonstante Kammer 242 und eine zweite volumenvariable Kammer 244. Jede erste volumenvariable Kammer 240 wird von dem entsprechenden ersten Ende 232, einem umschlossenen Ende 238 der entsprechenden Hülse 228 und der diametralen Innenfläche der entsprechenden Hülse 228 zwischen dem entsprechenden ersten Ende 232 und dem entsprechenden umschlossenen Ende 238 begrenzt. Jede volumenkonstante Kammer 242 wird von der diametralen Innenfläche der entsprechenden Hülse 228 und einer ringförmigen Ausnehmung 246 begrenzt, der in dem entsprechenden Kolben 230 ausgebildet ist. Jede zweite volumenvariable Kammer 244 wird von der diametralen Innenfläche der entsprechenden Hülse 228, der diametralen Außenfläche des entsprechenden Kolbens 234, einem abgestuften, der Ausnehmung 246 benachbarten Abschnitt 248 des entsprechenden Kolben 230 und einem abgestuften, dem entsprechenden zweiten Ende 234 benachbarten Abschnitt 250 der entsprechenden Hülse 228 begrenzt.
Ein Paar von Einlaßkanälen 254 ist in Fluidverbindung mit der Ausnehmung 246 angeordnet. Die Einlaßkanäle 254 können somit eine Fluidverbindung mit einer Fluidquelle (nicht gezeigt) herstellen.
Jeder Kolben 230 enthält eine axiale Fluidpassage 252, die in Fluidverbindung mit der entsprechenden ersten volumenvariablen Kammer 240, der entsprechenden volumenkonstanten Kammer 242 und der entsprechenden zweiten volumenvariablen Kammer 244 verbunden ist.
Die Fluidpassagen 252 und die jeder Seite der Ausnehmungen 246 benachbarten Freiräume zwischen den Kolben 230 und den Hülsen 228 sind so bemessen, daß die Strömungswiderstände, die dem Fluidstrom zwischen den Kammern 240, 242, 244 über die diame trale Außenfläche der Kolben 230 zugeordnet sind, wesentlich größer sind, als die Strömungswiderstände, die dem Fluidstrom zwischen den Kammern 240, 242, 244 durch die Fluidpassagen 252 zugeordnet sind.
Die HCU 216 arbeitet in ähnlicher Weise, wie die beschriebene HCU 116, aber mit dem Vorteil, daß aufgrund einer Reduktion der Reibung zwischen den Kolben 230 und den Hülsen 228, die aus dem Weglassen der zweiten und dritten Dichtelemente 170, 172 der HCU 116 resultiert, weniger Kraft erforderlich ist, um die Bewegung der Kolben 230 zu erzeugen.
Obwohl den Kolben 230 Dichtelemente zwischen den volumenkonstanten Kammern 242 und den ersten und zweiten volumenvariablen Kammern 240, 244 fehlen, sollte es klar sein, daß die Fluidströmung zwischen den Kammern 240, 242, 244 im wesentlichen durch die Fluidpassagen 252 und nicht über die diametralen Außenflächen der Kolben 230 stattfindet. Dieses Strömungsverhalten ist auf die den Fluidpassagen 252 zugeordneten Fluidströmungswege zurückzuführen, die einen deutlich geringeren Strömungswiderstand haben, als die Fluidströmungswege, die den zu den Ausnehmungen 246 benachbarten Freiräumen zwischen den Kolben 230 und Hülsen 228 zugeordnet sind.
Eine Schnittansicht eines Teils einer dritten Ausführungsform einer HCU ist in 4 allgemein mit 316 bezeichnet. Die HCU 316 ist der HCU 116 aus 2 ähnlich und Bezugszeichen in der 300-Serie werden verwendet, um ähnliche Merkmale in der 100-Serie anzugeben. Der wesentliche Unterschied zwischen der HCU 316 und der HCU 116 besteht darin, daß die Positionen der volumenkonstanten Kammer 342 und der zweiten volumenvariablen Kammer 344 im Vergleich mit der Position der volumenkonstanten Kammer 142 und der zweiten volumenvariablen Kammer 144 gewechselt wurden.
Die HCU 316 enthält ein Paar gegenüberliegende Hülsen 328 (nur eine ist gezeigt), die in einem Gehäuse 322 angeordnet sind. Jede Hülse 328 hat ein umschlossenes Ende 338. Ein Kolben 330 mit einem ersten Ende 332 und einem zweiten Ende 334 ist zur Bewegung zwischen einem unteren Totpunkt und einem oberen Totpunkt in jeder Hülse 328 verschiebbar angeordnet, wobei das erste Ende 332 dem umschlossenen Ende 338 benachbart ist. 4 zeigt den Kolben 330 in dem unteren Totpunkt.
Jeder Kolben 330 und jede entsprechende Hülse 328 definieren eine erste volumenvariable Kammer 340, eine volumenkonstante Kammer 342 und eine zweite volumenvariable Kammer 344. Jede erste volumenvariable Kammer 340 wird von dem entsprechenden ersten Ende 332, dem entsprechenden umschlossenen Ende 338 und der diametralen Innenfläche der entsprechenden Hülse 328 zwischen dem entsprechenden ersten Ende 332 und dem entsprechenden umschlossenen Ende 338 begrenzt. Jede volumenkonstante Kammer 342 wird von der diametralen Innenfläche der entsprechenden Hülse 328 und einer ringförmigen Ausnehmung 346 begrenzt, die in dem entsprechenden Kolben 330 benachbart zu dem entsprechenden zweiten Ende 334 ausgebildet ist. Jede zweite volumenvariable Kammer 344 wird von der diametralen Innenfläche der entsprechenden Hülse 328, der diametralen Außenfläche des entsprechenden Kolbens 334, einem abgestuften, der entsprechenden ersten volumenvariablen Kammer 140 benachbarten Abschnitt 348 des entsprechenden Kolbens 330 und einem abgestuften, der entsprechenden volumenkonstanten Kammer 342 benachbarten Abschnitt 350 der entsprechenden Hülse 328 begrenzt.
Jeder Kolben 330 enthält eine axiale Fluidpassage 352, die in Fluidverbindung mit der entsprechenden ersten volumenvariablen Kammer 340, der entsprechenden volumenkonstanten Kammer 342 und der entsprechenden zweiten volumenvariablen Kammer 344 steht.
Jede Hülse 328 enthält ein Paar von Einlaßkanälen 354, die sich von der entsprechenden volumenkonstanten Kammer 342 erstrecken und eine Fluidverbindung mit einer Fluidquelle (nicht gezeigt) herstellen können. Die Anordnung der Einlaßkanäle 354 ist so, daß eine Fluidverbindung zwischen den Einlaßkanälen 354 und der entsprechenden volumenkonstanten Kammer 342 aufrechterhalten wird, wenn sich die Kolben zwischen den unteren Totpunkten und den oberen Totpunkten bewegen.
Die HCU 316 arbeitet ähnlich wie die HCU 116, abgesehen davon, daß der fluiddynamische Effekt nicht auftritt, bei dem Fluid von der Fluidquelle zu den ersten volumenvariablen Kammern 140 abgezogen wird, indem Druckfluid von den zweiten volumenvariablen Kammern 144 an den volumenkonstanten Kammern 142 vorbei geführt wird.
Eine Schnittansicht eines Teils einer vierten Ausführungsform einer HCU ist in 5 allgemein mit 416 bezeichnet. Die HCU 416 ist in ihrem Aufbau und in ihrem Betrieb der HCU 116 von 2 ähnlich und gleiche Bezugszeichen werden in der 400-Serie verwendet, um vergleichbare Merkmale anzugeben. Der wesentliche Unterschied zwischen der HCU 416 und der HCU 116 besteht darin, daß die Ausnehmungen 146, die in den Kolben 130 ausgebildet sind, von einer Ausnehmung 446 ersetzt worden sind, die in jedem Paar einander gegenüberliegender Hülsen 428 ausgebildet ist.
Die Erfindung wurde in einer Weise beschrieben, wonach sie eine Pumpe enthält, die zwei komplementäre Kolben 130, 230, 330, 430 und Hülsen 128, 228, 328, 428 hat. Vorzugsweise haben die einander gegenüberliegenden Kolben 130, 230, 330, 430 und Hülsen 128, 228, 328, 428 einen identischen Aufbau. Alternativ können einander gegenüberliegende Kolben und Hülsen verwendet werden, die keinen identischen Aufbau haben. Ferner ist die Erfindung nicht auf Doppelkolbenpumpkonfigurationen begrenzt, sondern umfaßt Pumpentypen mit einer beliebigen Anzahl von Kolben. Bei weiteren anderen Ausführungsformen sind Bohrungen in dem Gehäuse 122, 222, 322, 422 ausgebildet, die anstelle der Begrenzungen, die von den Hülsen 128, 228, 328, 428 bereitgestellt werden, die Begrenzungen für die Kammern bereitstellen.

Claims

Hydraulische Kolbenpumpe (116) zur Verwendung in einem Fahrzeugbremssystem (10), mit: – einem Gehäuse (122) mit einem Hohlraum (124 – einer Antriebseinrichtung (126), die in dem Hohlraum (124) des Gehäuses (122) aufgenommen ist, – einer Fluidquelle in Fluidverbindung mit dem Gehäuse (122), – einem Kolben (130), der verschiebbar in dem Gehäuse (122) angeordnet ist, wobei der Kolben (130) ein erstes Ende (132) und ein zweites Ende (134) aufweist, das mit der Antriebseinrichtung (126) in Kontakt steht, so dass sich der Kolben (130) von einem unteren Totpunkt zu einem oberen Totpunkt zu bewegen vermag, – einer Vorspanneinrichtung (136), die in Kontakt mit dem ersten Ende (132) des Kolbens (130) steht, so dass sich der Kolben (130) von dem oberen Totpunkt zu dem unteren Totpunkt bewegt, – einer volumenvariablen Kammer (140), die von dem Kolben (130) und dem Gehäuse (122) festgelegt ist, wobei Fluid von der volumenvariablen Kammer (140) übertragen wird, wenn sich der Kolben (130) aus dem unteren Totpunkt bewegt, – einem volumenvariablen Ringraum (144), der von dem Kolben (130) und dem Gehäuse (122) begrenzt ist, wobei Fluid von der Fluidquelle zu dem volumenvariablen Ringraum (144) übertragen wird, wenn sich der Kolben (130) von dem unteren Totpunkt zu dem oberen Totpunkt bewegt, und wobei Fluid aus dem volumenvariablen Ringraum (144) in die volumenvariable Kammer (140) übertragen wird, wenn sich der Kolben (130) von dem oberen Totpunkt zu dem unteren Totpunkt bewegt, gekennzeichnet durch – einen mit der Fluidquelle verbundenen volumenkonstanten Ringraum (142), der von dem Kolben (130) und dem Gehäuse (122) begrenzt ist, wobei Fluid von der Fluidquelle zu der volumenvariablen Kammer (140) übertragen wird, wenn sich der Kolben (130) von dem oberen Totpunkt zu dem unteren Totpunkt bewegt.
Hydraulische Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (130) verschiebbar in einer Hülse (128) aufgenommen ist, die in dem Gehäuse (122) angeordnet ist.
Hydraulische Kolbenpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der volumenkonstante Ringraum (142) eine ringförmige Ausnehmung (146) aufweist, die in der Hülse (128) und/oder dem Kolben (130) ausgebildet ist.
Hydraulische Kolbenpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (146) in der Hülse (128) ausgebildet ist.
Hydraulische Kolbenpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (146) in dem Kolben (130) ausgebildet ist.
Hydraulische Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der volumenvariable Ringraum (144) dem zweiten Ende (134) des Kolben (130) benachbart ist und die Ausnehmung (146) zwischen der volumenvariablen Kammer (140) und dem volumenvariablen Ringraum (144) angeordnet ist.
Hydraulische Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (146) dem zweiten Ende (134) des Kolben (130) benachbart ist und der volumenvariable Ringraum (144) zwischen der Ausnehmung (146) und der volumenvariablen Kammer (140) angeordnet ist.
Hydraulische Kolbenpumpe (116) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass – eine exzentrisch antreibende Antriebseinrichtung mit einer Antriebsachse (A) in dem Hohlraum (124) drehbar angeordnet ist, – die Hülse (128) sich aus dem Hohlraum (124) und im wesentlichen senkrecht zu der Antriebsachse (A) erstreckt, wobei die Hülse (128) einen abgestuften, auf ihr ausgebildeten Abschnitt (150) und wenigstens einen, in ihr ausgebildeten Einlasskanal (154) aufweist und eine Fluidverbindung mit einer Fluidquelle herzustellen vermag, wobei der Kolben (130), eine axiale, sich von dem zweiten Ende erstreckende Fluidpassage (152) und einen abgestuften, dem abgestuften Abschnitt (150) der Hülse (128) benachbarten Abschnitt (148) aufweist, wobei das erste Ende (132) verschiebbar in der Hülse (128) angeordnet ist, das zweite Ende (134) sich aus der Hülse (128) erstreckt und mit der Antriebseinrichtung (126) in Eingriff steht, wodurch die Antriebseinrichtung (126) den Kolben (130) von einem unteren Totpunkt zu einem oberen Totpunkt bewegt, – die volumenvariable Kammer (140) von dem Kolben (130) und der Hülse (128) benachbart zu dem ersten Ende begrenzt ist, wobei Fluid von der volumenvariablen Kammer (140) übertragen wird, wenn sich der Kolben (130) von dem unteren Totpunkt zu dem oberen Totpunkt bewegt, – ein erstes Rückschlagventil (158) in Fluidverbindung mit der ersten volumenvariablen Kammer (140) steht und eine Fluidverbindung mit wenigstens einer Radbremse (18) herstellen kann, um zu verhindern, dass Fluid durch das zumindest eine erste Rückschlagventil (158) in die volumenvariable Kammer (140) fließt, und um es zu ermöglichen, dass Fluid aus der volumenvariablen Kammer (140) durch das zumindest eine Rückschlagventil (158) fließt, – ein zweites Rückschlagventil (160) in Fluidverbindung mit der Fluidpassage (152) und der volumenvariablen Kammer (140) steht, um zu verhindern, dass Fluid aus der volumenvariablen Kammer (140) zu der Fluidpassage (152) strömt, und um es zu ermöglichen, dass Fluid aus der Fluidpassage (152) zu der ersten volumenvariablen Kammer (140) strömt, – der volumenkonstante Ringraum (142), der von der Hülse (128) und dem Kolben (130) begrenzt ist, in Fluidverbindung mit wenigstens einem der Einlasskanäle (154) und der Fluidpassage (152) steht, und – der volumenvariable Ringraum (144), der von dem Kolben (130) und der Hülse (128) zwischen dem abgestuften Abschnitt (150) der Hülse (128) und dem abgestuften Abschnitt (148) des Kolbens (130) definiert ist, in Fluidverbindung mit der Fluidpassage (152) steht, wodurch Fluid von der Fluidquelle zu dem zweiten volumenvariablen Ringraum (144) übertragen wird, wenn sich der Kolben (130) von dem unteren Totpunkt zu dem oberen Totpunkt bewegt, und Fluid aus dem volumenvariablen Ringraum (144) zu der volumenvariablen Kammer (140) übertragen wird, wenn sich der Kolben (130) von dem oberen Totpunkt zu dem unteren Totpunkt bewegt.