Beschreibung

Titel

HYDRAULIKSYSTEM MIT REVERSIBLER ZAHNRADPUMPE

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einem Hydrauliksystem mit einer Zahnradpumpe nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs 1 aus.

Ein herkömmliches Hydrauliksystem mit Zahnradpumpe für eine Fahrzeugbremsanlage mit zwei Bremskreisen ist z. B. in der DE 100 65 234 Al beschrieben. Bei diesem Hydrauliksystem ist eine elektronische Steuereinheit zum Ansteuern einer Druckquelle vorhanden, wobei über den Druck der Druckquelle zugeordnete Radbremszylinder zu beaufschlagen sind. Die Druckquelle umfasst neben der hydraulischen Zahnradpumpe für je- den Bremskreis noch eine Trennkolbeneinheit, durch welche die Bremskreise fluidisch voneinander zu trennen sind. Durch Verwendung der Trennkolbeneinheit können mit einer einzigen Zahnradpumpe zwei Bremskreise druckbeaufschlagt bzw. versorgt werden.

Da die Zahnradpumpe reversibel angetrieben ist, kann sie sowohl zum Bremsdruckaufbau als auch zum Bremsdruckabbau eingesetzt werden. Beim Bremsdruckaufbau fordert die

Pumpe somit aus dem Vorratsbehälter Bremsflüssigkeit in Richtung der Trennkolbeneinheit zur Beschickung der Radbremszylinder und fordert die Bremsflüssigkeit nach Drehrichtungsumkehr der Zahnradpumpe auch umgekehrt aus Richtung der Trennkolbeneinheit in den Vorratsbehälter zurück. Durch die Drehrichtungsumkehr der Pumpe kann so- mit ein zur Zahnradpumpe parallelgeschaltetes Druckabbauventil eingespart werden.

Wegen ihres geräuscharmen Laufs wird zudem eine Innenzahnradpumpe als Druckquelle für die Anwendung im Bremssystem vorgeschlagen.

Offenbarung der Erfindung

Das erfindungsgemäße Hydrauliksystem mit Zahnradpumpe nach den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass die Drehrichtungsumkehr der Zahnradpumpe genutzt wird, um die Lebensdauer der Zahnradpumpe deutlich zu verlängern, wobei die Betriebsdauer der Zahnradpumpe im Idealfall in beiden Drehrichtungen gleich lang ist. Da der Verschleiß der Zahnflanken bei den ineinander kämmenden Zahnrädern insbesondere von mit hohem Druckniveau arbeitenden Pumpen beträchtlich sein kann und der Druckabfall bei abgenutzten Zahnflanken zur Funktionsun- tüchtigkeit der Pumpe führt, muss zur Einhaltung der Lebensdauer zwangsläufig bei nur in einer Drehrichtung angetriebenen Zahnradpumpen konstruktiv eine entsprechende ü- berdimensionierung der Zahnradpumpe vorgenommen werden, die aufgrund der Erfindung entfallen kann. Somit lässt sich die Zahnradpumpe günstiger auslegen, folglich deutlich kompakter gestalten und letztlich auch kostengünstiger herstellen.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen des im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebenen

Hydrauliksystems mit Zahnradpumpe gegeben.

Bei elektromotorisch angetriebenen Zahnradpumpen kann die Drehrichtungsumkehr der Zahnradpumpe auf einfache Weise durch Umschalten der Drehrichtung des Antriebsmo- tors erreicht werden. Die Umschaltung der Drehrichtung eines Elektromotors lässt sich dabei bequem, im einfachsten Fall durch einen manuell zu betätigenden Schalter vornehmen.

Ein insgesamt geringer Umschaltaufwand ergibt sich, wenn mit Erreichen der Ver- schleißgrenze der überwiegend beanspruchten Zahnradflanken einmalig z. B. durch Um- klemmen oder Umschalten des Elektromotors eine Drehrichtungsumkehr durchgeführt wird. Dies könnte z. B. bei Kraftfahrzeugbremsanlagen im Zuge eines ohnehin notwendigen Wartungsdienstes durchgeführt werden. Es ist jedoch zu erwarten, dass die Pumpleistung der Zahnradpumpe mit zunehmendem Verschleiß nachlässt bzw. das angestrebte Druckniveau nicht mehr unter allen Betriebsbedingungen erreicht werden kann.

Um eine Vergleichmäßigung des Zahnflankenverschleißes auf Vorder- und Rückseite der Zähne zu erreichen, kann es daher vorteilhafter sein, einen zyklischen Wechsel der Pumprichtung vorzusehen. So könnte die Pumprichtung der Zahnradpumpe z. B. bei jedem Wartungsdienst umgestellt werden.

Eine häufige Drehrichtungsumkehr der Zahnradpumpe, die eine besonders gleichmäßige Abnutzung der Zähne erwarten lässt, ist problemlos mit einer automatischen Drehrichtungsumkehr durch eine z. B. zeitabhängige Beschaltung zu realisieren, die z. B. mittels eines elektronischen Steuergerätes initialisiert werden kann. Stattdessen wäre es jedoch auch denkbar, z. B. bei jedem Neustart des Kraftfahrzeugs eine automatische Umschal- tung der Pumpendrehrichtung vorzusehen.

In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems kann ein Fluidsteu- erkreis vorgesehen werden, der trotz Wechsels der Pumpendrehrichtung sicherstellt, dass die Hydraulikflüssigkeit stets in einer Richtung von einer Zuströmleitung zu einer Abströmleitung des Systems gefördert wird. Eine einfache Bauweise für den quasi mit Gleichrichterpfaden versehenen Steuerkreis ergibt sich durch Kombination einer Ringleitung mit einer Verbindungsleitung zwischen zwei Strängen der Ringleitung sowie einer Ventilanordnung.

Als besonders betriebssicher und kostengünstig kann dabei eine Ventilanordnung eingesetzt werden, die lediglich vier Rückschlagventile umfasst.

Damit die Förderleistung bei Betrieb eine geräuscharm laufenden Innenzahnradpumpe mit Füllstück in beiden Pumpdrehrichtungen gleich ist, kann das Füllstück vorteilhaft bezogen auf seine Mittelquerachse spiegelsymmetrisch gestaltet sein.

Vorteilhafte, nachfolgend beschriebene Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 a zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Außenzahnrad- pumpe in einem zugeordneten Leitungsnetz bei einer Drehrichtung der Zahnräder.

Fig. Ib zeigt die Darstellung gemäß Fig. Ia bei umgekehrter Drehrichtung der Zahnräder.

Fig. 2a zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Innenzahnradpum- pe in einem zugeordneten Leitungsnetz bei einer Drehrichtung der Zahnräder.

- A -

Fig. 2b zeigt die Darstellung gemäß Fig. 2b bei umgekehrter Drehrichtung der Zahnräder.

Ausführungsformen der Erfindung

In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen Elemente bzw. Komponenten, welche gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen.

Wie aus Fig. 1 a ersichtlich ist, umfasst ein nicht in der Gesamtheit dargestelltes Hydrau- liksystem, das hier ein an sich bekanntes Hydrauliksystem einer radschlupfgeregelten

Fahrzeugbremse ist, einen zum Leitungsnetz gehörenden Fluidsteuerkreis 10, in den eine Außenzahnradpumpe 11 integriert ist. Dabei ist die Zahnradpumpe 11 zwischen eine sich verzweigende Ringleitung 12 des Fluidsteuerkreises 10 geschaltet, die ihrerseits eine einzige Zuströmleitung 13 mit einer einzigen Abströmleitung 14 verbindet. Zur fluidischen Verschärfung mit der Zahnradpumpe 11 umfasst der Fluidsteuerkreis 10 eine Verbin- dungsleitung 15 zwischen den beiden Leitungssträngen bzw. Leitungszweigen der Ringleitung 12. Vor und hinter der Einmündung der Verbindungsleitung 15 in die Stränge der Ringleitung 12 ist in der Ringleitung 12 jeweils ein Rückschlagventil 16 angeordnet, so dass sich im Fluidsteuerkreis 10 insgesamt vier Rückschlagventile 16 befinden. Die Rückschlagventile 16 in der Ringleitung 12 sind dabei alle so angeordnet, dass sie den zugeordneten Strang in Richtung Zuströmleitung 13 sperren und in entgegengesetzter Richtung nach überwindung der das Ventil zuhaltenden Federkraft durchlässig sind. Welchen Weg das Fluid im Fluidsteuerkreis 10 nimmt, hängt nunmehr aufgrund der Ventilanordnung ausschließlich davon ab, in welcher Drehrichtung die Zahnradpumpe 11 an- getrieben wird.

In Fig. 1 a ist durch Pfeile veranschaulicht, welchen Weg das Strömungsmedium nimmt, wenn im unteren Strang der Ringleitung 12 die Saugseite und im oberen Strang der Ringleitung 12 die Druckseite der Außenzahnradpumpe 11 wirksam ist. Diese Pumprichtung entsteht, weil das rechte mit A markierte Zahnrad 17 über einen nicht gezeigten Elektromotor im Uhrzeigergegensinn drehangetrieben wird, während das in der Verzahnung kämmende linke Zahnrad 17 über den Verzahnungseingriff im Uhrzeigersinn mitangetrieben wird. Die helleren Pfeile markieren dabei den Strömungspfad auf der Saugseite zur Pumpe 11 hin und die dunklen Pfeile den Strömungspfad des Fluids von der Druck- seite der Pumpe 11 weg zur Abströmleitung 14. Durch den Sog der Pumpe 11 wird das

linke Rückschlagventil 16 im unteren Strang des Fluidsteuerkreises 10 gegen die Federbelastung geöffnet, wodurch das Fluid von der Zuströmleitung 13 zur Saugseite der Pumpe 11 strömen kann. Das Dichtelement des jenseits der Verbindungsleitung 15 daneben angeordneten Rückschlagventils 16 wird vom Sog der Pumpe 11 lediglich fester auf sei- nen Dichtsitz gedrückt. Somit kann das Fluid nur zur Saugseite der Zahnradpumpe 11 fließen. Auf der Druckseite der Pumpe 11 wird ein Zurückströmen des Fluids durch das zwischen der Zuströmleitung 13 und der Verbindungsleitung 15 in Sperrstellung angeordnete Rückschlagventil 16 verhindert. Das auf der Druckseite zwischen der Verbin- dungsleitung 15 und der Abströmleitung 14 angeordnete Rückschlagventil 16 wird hin- gegen problemlos aufgestoßen, wonach das Fluid nur noch in Richtung der Abströmleitung 14 gefördert werden kann. Bei dieser Drehrichtung verschleißen wegen der aus technischen Gründen erforderlichen Spielbehaftung des Verzahnungseingriffs ganz ü- berwiegend die drehkraftübertragenden Zahnflanken der Zahnräder 17, also nur eine Zahnflanke jedes Zahns.

Um die Lebensdauer der Außenzahnradpumpe 11 deutlich zu erhöhen, ist ein Wechsel der Pumprichtung vorgesehen, durch den nunmehr die anderen Zahnflanken der ineinander kämmenden Zahnräder 17 zur Drehkraftübertragung genutzt werden. Wie in Fig. Ib veranschaulicht ist, wird das rechte, angetriebene Zahnrad 17 nunmehr nach Umschalten der Drehrichtung des elektrischen Antriebsmotors im Uhrzeigersinn angetrieben, wodurch das linke Zahnrad 17 im Uhrzeigergegensinn mitgedreht wird. Die Saugseite der Zahnradpumpe 11 liegt somit nun oben und die Druckseite unten im gezeichneten FIu- idsteuerkreis 10. Dadurch entsteht im oberen Strang zwischen Verbindungsleitung 15 und Zuströmöffnung 13 ein Sog, der das hier angeordnete Rückschlagventil 16 öffnet und den Zufluss von der Zuströmleitung 13 zur Verbindungsleitung 15 freigibt. Auf der unten liegenden Druckseite der Zahnradpumpe 11 verbleibt nunmehr das Rückschlagventil 16 zwischen Zuströmleitung 13 und dem unteren Bereich der Verbindungsleitung 15 in Sperrstellung, da die Ventilkugel vom Pumpendruck auf ihren Sitz gedrückt wird. Jedoch wird nunmehr das rechte Rückschlagventil 16 im unteren Strang des Fluidsteuerkreises 10 problemlos aufgestoßen, wodurch das Fluid nur in Richtung der Abströmleitung 14 gefördert werden kann.

Aufgrund des Fluidsteuerkreises 10 wird das Fluid des Hydrauliksystems somit also unabhängig von der Förderrichtung der Zahnradpumpe 11 stets von der Zuströmleitung 13 zur Abströmleitung 14 gefördert bzw. in dieser Richtung druckbeaufschlagt. Das hat den

Vorteil, dass es ohne konstruktive änderungen im Hydrauliksystem selbst möglich wird, die Zahnradpumpe 11 wechselweise in beiden Drehrichtungen anzutreiben und so auf eine Vergleichmäßigung des Zahnflankenverschleißes hinzuwirken. Gerade bei Zahnradpumpen von Fahrzeugbremssystemen ist dies sehr wertvoll, weil diese sehr hohen Ver- Schleißbeanspruchungen ausgesetzt sind. Gegenüber stationären Systemen muss z. B. eine ABS-Zahnradpumpe eines Fahrzeugbremssystems bei großen Temperaturunterschieden, stark variierenden Gegendrücken, Vordruck, Drehzahlen, Viskositäten und Teilvakuum arbeiten.

Die Erfindung lässt sich nicht nur bei Außenzahnradpumpen 11 sondern bei allen Zahnradpumpen nutzen, bei denen ein Zahnrad der Pumpe über den Verzahnungseingriff von einem zweiten Zahnrad angetrieben wird. In den Fig. 2a und Fig. 2b ist der bereits beschriebene Fluidsteuerkreis 10 mit einer bei ABS-Zahnradpumpen üblichen Innenzahn- radpumpe 21 gezeigt. Hinsichtlich der Funktion des Steuerkreises 10 mit den Rück- schlagventilen 16 ergeben sich hierbei keine nennenswerten Unterschiede, da sich lediglich die technischen Daten der Pumpe ändern. Die Innenzahnradpumpe 21 umfasst in üblicher Weise ein Hohlrad 22 mit Innenverzahnung, in dem ein Ritzel 23 mit Außenverzahnung kämmt, wobei das Ritzel 23 vom Antriebsmotor gedreht wird. In Fig. 2a befindet sich die Saugseite der Innenzahnradpumpe 21 im unteren Strang des Steuerkreises 10 und die Druckseite im oberen Strang, so dass die Steuerung des Fluids im Steuerkreis 10 der von Fig. 1 a entspricht. Nach Umkehrung der Drehrichtung des angetriebenen Ritzels 23 befindet sich die Saugseite der Innenzahnradpumpe 21 nunmehr im oberen Strang des Steuerkreises 10 und die Druckseite im unteren Strang des Steuerkreises 10, so dass die Steuerung des Fluids der von Fig. Ib entspricht.

Eine Besonderheit der Innenzahnradpumpe 21 ist noch darin zu sehen, dass diese im Zwischenraum der Verzahnungen ein Füllstück 24 aufweist, das die Form einer an beiden Enden abgeschnittenen Sichel aufweist, wobei die endseitigen Schnittflächen radial zum Ritzel 23 verlaufen. Da das Füllstück 24 bezogen auf seine Mittelquerachse spiegelsym- metrisch gestaltet ist, ergibt sich somit in vorteilhafter Weise keine änderung der Pumpencharakteristik, wenn die Förderrichtung der Innenzahnradpumpe 21 gewechselt wird.

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