DE4431130A1 - Kolben für eine Kolbenpumpe - Google Patents

Kolben für eine Kolbenpumpe

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Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen fluiddurchströmbaren Kolben für eine Kolbenpumpe mit einem in ihm angeordneten Einlaßventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.
In der deutschen Patentanmeldung P 43 20 902.5 ist eine Kolbenpumpe mit einem derartigen Kolben, welcher eine fluiddurchströmbare Längsbohrung aufweist, in die ein Einlaßventilkörper eingesetzt ist, beschrieben. Ein Einlaßventilteller wird von einer Einlaßventilfeder, die an einem mit dem Einlaßventilteller einstückigen Einlaßventilschaft angreift und sich gegen eine Ringschulter in der Längsbohrung des Kolbens abstützt, dichtend gegen einen Einlaßventilsitz gedrückt wird, der sich an einer vorderen Kolbenstirnseite befindet und in den die Längsbohrung des Kolbens mündet. Die Einlaßventilfeder ist eine konisch gewickelte Schraubendruckfeder, sie ist drehfest mit dem Einlaßventilschaft verbunden. Die Ringschulter, an der sich die Einlaßventilfeder abstützt, weist eine radial nach innen stehende Nase oder eine wendelnutförmige Durchbrechung zur Montage der Einlaßventilfeder auf: Der aus Einlaßventilschaft und Einlaßventilteller einstückig bestehende Einlaßventilkörper wird mit dem Einlaßventilschaft voran in die Längsbohrung des Kolbens eingeführt, während er zugleich gedreht wird. Bei dieser Bewegung greift die Einlaßventilfeder an der Nase oder in der wendelnutförmigen Durchbrechung der Ringschulter an und wird durch die Drehbewegung "eingeschraubt", bis sie mit ihrem erweiterten Ende an einer dem Einlaßventilsitz abgewandten Seite der Ringschulter anliegt.
Diese Konstruktion und Montage des Einlaßventils hat den Nachteil, daß die Einlaßventilfeder bei der Montage vom Einlaßventilteller verdeckt und daher nicht sichtbar ist. Ihr Sitz an der Ringschulter läßt sich nach der Montage des Einlaßventils im Kolben nicht kontrollieren. Es handelt sich um eine sog. Blindmontage. Diese Art der Montage hat eine relativ hohe Fehler- und Ausfallrate zur Folge.
Vorteile der Erfindung
Demgegenüber hat der erfindungsgemäße Kolben mit einem zweiteiligen, aus Einlaßventilschaft und Einlaßventilteller bestehenden Einlaßventilkörper den Vorteil, daß zunächst der Einlaßventilschaft mit der Einlaßventilfeder in die Längsbohrung des Kolbens eingesetzt werden kann, bevor der Einlaßventilteller mit dem Einlaßventilschaft verbunden wird. Die Einlaßventilfeder wird beim Einsetzen in den Kolben nicht vom Einlaßventilteller verdeckt, sie ist sichtbar und ihr Sitz an der Ringschulter in der Längsbohrung des Kolbens läßt sich nach der Montage kontrollieren. Auch ist die Einlaßventilfeder von der vorderen Stirnseite des Kolbens her zugänglich, solange der Einlaßventilteller noch nicht auf den Einlaßventilschaft aufgesteckt ist. Ein ordnungsgemäßer Sitz der Einlaßventilfeder läßt sich herbeiführen, bevor der Einlaßventilteller auf den Einlaßventilschaft aufgesetzt wird. Ein schlechter Sitz der Einlaßventilfeder durch Falschmontage läßt sich weitestgehend ausschließen, wodurch Ausfälle des erfindungsgemäßen Kolbens vermieden werden.
Die Unteransprüche beziehen sich auf vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Kolbens.
Durch Verschweißen oder Vernieten des Einlaßventiltellers mit dem Einlaßventilschaft gemäß Anspruch 7 erhält man eine unlösbare Verbindung, die sich auch im Dauerbetrieb bei Vibrations- und Stoßbeanspruchung nicht löst.
Durch thermoplastische Vernietung oder Ultraschallverschweißung des Einlaßventiltellers mit dem Einlaßventilkörper gemäß den Ansprüchen 8 und 9 läßt sich eine solche dauerhafte Verbindung einfach und preisgünstig herstellen. Der Einlaßventilschaft und/oder der Einlaßventilteller bestehen in diesem Fall gemäß Anspruch 6 aus einem thermoplastischem Kunststoff. Man erhält einen leichten Einlaßventilkörper.
Zeichnung
Die Zeichnung zeigt Ausführungsbeispiele der Erfindung, anhand derer die Erfindung in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert wird. Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Kolbenpumpe mit einem erfindungsgemäßen Kolben;
Fig. 2 eine Ultraschallschweißung eines Einlaßven­ tiltellers mit einem Einlaßventilschaft des Kolbens aus Fig. 1 vor (Fig. 2a) und während (Fig. 2b) des Verbindens;
Fig. 3 eine thermoplastische Vernietung eines Einlaßven­ tiltellers mit einem Einlaßventilschaft des Kolbens aus Fig. 1; und
Fig. 4 eine Verschraubung eines Einlaßventiltellers mit einem Einlaßventilschaft des Kolbens aus Fig. 1.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die in Fig. 1 dargestellte Kolbenpumpe 10 ist für eine schlupfgeregelte (ABS) Bremsanlage für Kraftfahrzeuge vorgesehen. Sie weist einen Kolben 12 auf, der in einem Zylinder 14 längsgeführt ist. Zum Antrieb des Kolbens 12 ist ein nicht dargestellter, rotierend antreibbarer Exzenter vorgesehen, der mit einer Umfangsfläche gegen einen äußere oder hintere Stirnendfläche 16 des Kolbens 12 drückt und diesen zu einem Arbeitshub in den Zylinder 14 hineindrückt. Eine umlaufende Nut 18 an einem rückwärtigen, aus dem Zylinder 14 hervorstehenden Ende des Kolbens 12 ist zum Eingriff eines ebenfalls nicht dargestellten Federelements vorgesehen, das den Kolben 12 zu einem Ansaughub aus dem Zylinder 14 heraus zieht und den Kolben 12 in Anlage an dem Exzenter hält.
Der Zylinder 14 ist in ein Gehäuse 20 eines Hydraulikaggregats einer Schlupfregelungsanlage eingesetzt. Er ist an seinem vorderen, dem Kolbenantrieb abgewandten Ende mit einer Verschlußkappe 22 verschlossen. Mittels eines Einschraubstopfens 24 ist der Zylinder 14 im Gehäuse 20 gehalten.
In einem Pumpenauslaß 25 ist ein Rückschlagventil 26 angeordnet, das eine Ventilkugel 28 aufweist, welche von einer Schraubenfeder 30, die sich gegen die Verschlußkappe 22 abstützt, dichtend gegen einen Ventilsitz 32 gedrückt wird, der einer Pumpenkammer 34 abgewandt ist.
Der Kolben 12 weist ein Einlaßventil 36 auf, das ebenfalls als Rückschlagventil ausgebildet ist: Er ist dazu mit einer abgestuften Längsbohrung 38 versehen, die von seiner vorderen, im Zylinder 14 befindlichen Stirnseite ausgeht und etwa in der Kolbenmitte endet. Durch eine Querbohrung 40 am kolbeninneren Ende der Längsbohrung 38 kommuniziert die Längsbohrung 38 mit einem Pumpeneinlaß 42. An der vorderen Stirnseite des Kolbens 14 mündet die Längsbohrung 38 mit einem konischen Ventilsitz 44 in die Pumpenkammer 34.
In der Längsbohrung 38 des Kolbens 12 ist ein, aus einem Einlaßventilteller 46 und einem Einlaßventilschaft 48 bestehender, Einlaßventilkörper 50 aufgenommen. Der Einlaßventilteller 46 weist eine kugelzonenförmige Dichtfläche 52 sowie vier sternförmig angeordnete Führungsnasen 54 auf, die sich vor dem vorderen Stirnende des Kolbens 12 befinden und über die der Einlaßventilkörper 50 zentriert im Zylinder 14 geführt ist.
Der Einlaßventilschaft 48 ragt in die Längsbohrung 38 des Kolbens 12 hinein, ohne den Kolben 12 zu berühren. Er weist eine Einschnürung 56 auf, an der eine in etwa konisch gewickelte Schraubendruckfeder 58 mit ihrem durchmesser­ kleineren Ende angreift. Mit ihrem durchmessergrößeren Ende stützt sich die Schraubendruckfeder 58 gegen eine Ringschulter 59 ab, die von einer dem Ventilsitz 44 abgewandten Seite eines nach innen stehenden Flansches 60 in der Längsbohrung 38 des Kolbens 12 gebildet ist. Der Flansch 60 befindet sich näher am vorderen Ende des Kolbens 12 als die Einschnürung 56, so daß die Dichtfläche 52 des Einlaßventiltellers 46 von der Schraubendruckfeder 58 in dichtender Anlage am Ventilsitz 44 des Kolbens 12 gehalten wird. Die Ringschulter 59 kann auch auf andere Weise, beispielsweise mittels eines Sprengrings, gebildet sein, der in eine in die Längsbohrung 38 eingestochene Nut eingesetzt ist (nicht dargestellt).
Ein in Längsrichtung umgebogener Endabschnitt 62 am durchmesserkleineren Ende der Schraubendruckfeder 58 greift in eine Längsnut 64 des Einlaßventilschafts 48 ein, das durchmesserkleinere Ende der Schraubendruckfeder 58 ist dadurch drehfest am Einlaßventilschaft 48 gehalten.
Der Einlaßventilschaft 48 setzt sich an seiner kolbeninneren Seite mit einem Zapfen 66 bis zur Querbohrung 40 des Kolbens 12 fort.
Zu Montagezwecken ist der Einlaßventilkörper 50 zweiteilig aus dem Einlaßventilschaft 48 und dem Einlaßventilkörper 46 zusammengesetzt. Verschiedene Verbindungsmöglichkeiten des Einlaßventiltellers 46 mit dem Einlaßventilschaft 48 sind beispielhaft in den Fig. 2a, 2b, 3 und 4 dargestellt und werden nachfolgend erläutert. Für gleiche Teile werden mit Fig. 1 übereinstimmende Bezugszeichen verwendet.
Fig. 2a und b zeigen eine Ultraschallschweißverbindung vor (Fig. 2a) und während (Fig. 2b) der Verschweißung. Sowohl der Einlaßventilteller 46 als auch der Einlaßventilschaft 48 bestehen bei dieser Ausführungsform der Erfindung aus einem Thermoplast. Der Einlaßventilteller 46 weist eine axiale Bohrung 68 auf, die über einen kurzen Abschnitt zylindrisch ist und sich im Anschluß daran in Richtung einer dem Kolben 12 abgewandten Seite konisch erweitert. Der Einlaßventilteller 46 ist auf den Einlaßventilschaft 48 aufgeschoben. Der Einlaßventilschaft 48 ist in dem Bereich, auf den der Einlaßventilteller 46 aufgeschoben wird, im wesentlichen zylindrisch ausgebildet. Er weist im Einsteckbereich umlaufende Wülste 70 als Schweißnasen auf.
Von seinem ventiltellerseitigen Ende her ist der Einlaßventilschaft 48 mit einem axialen Sackloch 72 versehen, dessen Grund gerundet ist.
Die Ultraschallverschweißung des Einlaßventiltellers 46 mit dem Einlaßventilschaft 48 ist in Fig. 2b dargestellt: Die kegelförmige Spitze 74 einer sog. Sonotrode, also einem Werkzeug zur Ultraschallverschweißung, wird in die Sackloch 72 des Einlaßventilschafts 48 eingeführt und zu Schwingungen im Ultraschallfrequenzbereich angeregt. Die Schwingung kann eine Drehschwingung sein. Dadurch wird das im Einlaßventilteller 46 steckende Ende des Einlaßventil­ schafts 48 konisch aufgeweitet und kommt zur Anlage an dem sich konisch erweiternden Teil der Bohrung 68 im Einlaßventilteller 46. Die Schwingungsanregung mit Ultraschallfrequenz führt zu einer Relativbewegung zwischen Einlaßventilschaft 48 und Einlaßventilteller 46, die das Verschweißen der beiden Teile 46, 48 miteinander bewirkt. Während des Schweißens stützt sich der Einlaßventilschaft 48 über seinen Zapfen 66 gegen einen nicht dargestellten Dorn ab, der zu diesem Zweck in die Querbohrung 40 des Kolbens 12 gesteckt wird (Fig. 1, der Kolben befindet sich beim Schweißen außerhalb des Zylinders 14!).
Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform ist der Einlaßventilteller 46 thermoplastisch mit dem Einlaßventil­ schaft 48 vernietet. Der Einlaßventilschaft 48 besteht wiederum aus einem Thermoplast, der Einlaßventilteller 46 kann ebenfalls aus einem Thermoplast bestehen, im ausgeführten Beispiel ist er aus Metall (Stahl) gefertigt. Eine axiale Bohrung 74 im Einlaßventilteller 46 verjüngt sich von der Schaftseite her stufenförmig und bildet dadurch eine ringförmige Anlagefläche 76 für den Einlaßventilschaft 48. Im Anschluß daran erweitert sich die Bohrung 74 konisch zur Aufnahme eines Nietkopfes.
Der Einlaßventilschaft 48 geht an seinem ventilteller­ seitigen Ende einstückig in einen Zapfen 78 über, der bei auf den Einlaßventilschaft 48 aufgestecktem Einlaßventil­ teller 46 aus letzterem an der Schaftabgewandten Seite hervorsteht (Strichlinien in Fig. 3). Dieser Zapfen wird mittels eines nicht dargestellten, beheizten Kopfmachers zum Nietkopf umgeformt, wodurch der Einlaßventilteller 46 mit dem Einlaßventil 48 zum Einlaßventilkörper 50 verbunden sind. Auch bei der thermoplastischen Vernietung stützt sich der Einlaßventilschaft 48 über seinen Zapfen 66 gegen den nicht dargestellten Dorn ab, der in die Querbohrung 40 des Kolbens 12 gesteckt wird.
Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Einlaßventilteller 46 mit dem Einlaßventilschaft 48 verschraubt: Der Einlaßventilschaft 48 weist eine stirnseitige Gewinde-Sackbohrung 80 auf, in die eine den Ventilteller 46 haltende Senkschraube 82 eingeschraubt ist. Der Einlaßventilteller 46 ist, wie im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3, mit einer gestuften, axialen Bohrung 84 versehen, die eine ringförmige Anlagefläche 86 für den Einlaßventilschaft 48 sowie eine konische Ansenkung 88 an der dem Ventilschaft abgewandten Seite zur Aufnahme eines Schraubenkopfes 90 aufweist. Die Materialpaarung von Einlaßventilteller 46 und Einlaßventilschaft 48 kann bei der verschraubten Ausführung aus einer Vielzahl von Werkstoffen ausgewählt werden.
Die einteilige Ausgestaltung des Kolbens 12 macht es erforderlich, den Einlaßventilkörper 50 mit der Schraubendruckfeder 58 von der vorderen Stirnseite her in die Längsbohrung 38 des Kolbens 12 einzubringen. Dies geschieht auf folgende Weise:
Zunächst wird die Schraubendruckfeder 58 auf dem noch nicht mit dem Einlaßventilteller 46 verbundenen Einlaßventil­ schafts 48 angebracht, indem ihr durchmesserkleineres Ende in die Einschnürung 56 des Einlaßventilschafts 48 eingesetzt wird. Eine Verdrehsicherung zwischen Einlaßventilschaft 48 und der Schraubendruckfeder 58 ist nicht notwendig, da die Schraubendruckfeder bei der Montage im Kolben 12 von der vorderen Kolbenstirnseite her zugänglich ist und daher in Anlage an der Ringschulter 59 des Kolbens 12 gebracht werden kann. In den ausgeführten Beispielen ist trotzdem eine Verdrehsicherung dadurch bewirkt, daß der Endabschnitt 62 am durchmesserkleineren Ende der Schraubendruckfeder 58 achsparallel umgebogen und in die Längsnut 64 des Einlaßventilschafts 48 eingelegt ist.
Zur Montage des Einlaßventils wird ein nicht dargestellter Dorn durch die Querbohrung 40 des noch nicht in den Zylinder 14 eingeführten Kolbens 12 gesteckt und anschließend der Einlaßventilschaft 48 zusammen mit der Schraubendruckfeder 58 von der vorderen Kolbenstirnseite her in die Längsbohrung 38 des Kolbens 12 eingeführt. Da sich der Einlaßventilteller 46 noch nicht auf dem Einlaßventilschaft 48 befindet, ist die Schraubendruckfeder 58 von der vorderen Kolbenstirnseite her frei zugänglich und kann in Anlage an der Ringschulter 59 gebracht werden, gegen die sie sich abstützt. Die Schraubendruckfeder 58 drückt den Einlaßventilschaft 48 ins Kolbeninnere und mit seinem Zapfen 66 gegen den nicht dargestellten, in die Querbohrung 40 des Kolbens 12 gesteckten Dorn.
Zur einfacheren Montierbarkeit ist der nach innen stehende Flansch 60 in den Ausführungsbeispielen mit einer radial nach innen stehenden Nase 92 (Fig. 2 und 3) oder mit einer wendelnutförmigen Durchbrechung 94 (Fig. 4) versehen. Durch Drehung des Einlaßventilschafts 48 beim Einführen in die Längsbohrung 38, mit dem die Schraubendruckfeder 58 drehfest verbunden ist, gelangt die Schraubendruckfeder 58 in Anlage an die Nase 92 bzw. in die Durchbrechung 94 und wird dabei in die Längsbohrung 38 "eingeschraubt", bis sie den Flansch 60 vollständig überwunden hat und an dessen Ringschulter 59 anliegt. Die Anlage der Schraubendruckfeder 58 am Flansch 60 läßt sich kontrollieren und erforderlichenfalls nachbessern, solange der Einlaßventilteller 46 noch nicht angebracht ist.
Sobald die Schraubendruckfeder 58 wie vorgesehen in die Längsbohrung 38 eingesetzt ist, kann der Einlaßventilteller 46, wie zu Fig. 2 bis 4 beschrieben, mit dem Einlaßventilschaft 48 verbunden werden. Dabei stützt sich der Einlaßventilschaft 48 über seinen Zapfen 66 an dem nicht dargestellten, in die Querbohrung 40 des Kolbens 12 gesteckten Dorn ab.
Nach der Verbindung des Einlaßventiltellers 46 mit dem Einlaßventilschaft 48 wird der nicht dargestellte Dorn aus der Querbohrung 40 des Kolben 12 herausgezogen und der Kolben 12 kann in den Zylinder 14 eingeführt werden.

Claims (11)

1. Fluiddurchströmbarer Kolben (12) für eine Kolbenpumpe (10) mit einem Einlaßventil im Kolben (12), wobei der Kolben (12) eine mit einem Fluideinlaß (42) kommunizierende Längsbohrung (38) aufweist, die an einer vorderen Kolbenstirnseite mit einem Einlaßventilsitz (44) mündet, und wobei ein Einlaßventilkörper (50) einen Einlaßventilschaft (48) in der Längsbohrung (38) des Kolbens (12) und einen Einlaßventilteller (46) aufweist, der von einer vorgespannten Einlaßventilfeder (58) dichtend gegen den Einlaßventilsitz (44) gedrückt wird, die an dem Einlaßventilschaft (48) angreift und sich an einer Ringschulter (59) in der Längsbohrung (38) des Kolbens (12) abstützt, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaßventilschaft (48) und der Einlaßventilteller (46) zwei miteinander verbundene Teile sein.
2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßventilfeder (58) eine konisch gewickelte Schraubendruckfeder ist.
3. Kolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßventilfeder (58) drehfest am Einlaßventilschaft (48) angebracht ist.
4. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringschulter (59) in der Längsbohrung (38) des Kolbens (12) mindestens eine Durchbrechung (94) aufweist.
5. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringschulter (59) in der Längsbohrung (38) des Kolbens (12) mindestens einen radial nach innen stehenden Vorsprung (92) aufweist.
6. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaßventilschaft (48) und/oder der Einlaßventilteller (46) aus einem thermoplastischen Kunststoff bestehen.
7. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaßventilteller (46) mit dem Einlaßventilschaft (48) verschweißt oder vernietet ist.
8. Kolben nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung des Einlaßventiltellers (46) mit dem Einlaßventilschaft (48) eine thermoplastische Vernietung ist.
9. Kolben nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung des Einlaßventiltellers (46) mit dem Einlaßventilschaft (48) eine Ultraschallverschweißung ist.
10. Verfahren zum Fertigen eines Kolbens (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaßventilschaft (48) mit der Einlaßventilfeder (58) in die Längsbohrung (38) des Kolbens (12) eingesetzt wird, und daß anschließend der Einlaßventilteller (46) von der Ventilsitzseite her auf den Einlaßventilschaft (48) aufgesteckt und mit diesem verbunden wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßventilfeder (58) drehfest mit dem Einlaßventilschaft (48) verbunden wird, und daß die Einlaßventilfeder (58) durch Drehen des Einlaßventilschafts (48) um seine Längsachse während des Einsetzens in die Längsbohrung (38) des Kolbens (12) in ihre sich an der Ringschulter (59) in der Längsbohrung (38) des Kolbens (12) abstützende Stellung gebracht wird, bevor der Einlaßventilteller (46) auf den Einlaßventilschaft (48) aufgesteckt und mit diesem verbunden wird.
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