CN1993550A - 具有改善的效率的活塞泵 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于输送液压流体的活塞泵，包括一个可来回运动的活塞(3)，用于在压力室(9)中形成压力，其中在活塞(3)上设置了一个密封元件(4)，其在压力阶段将压力室(9)相对于活塞泵的低压区(18)进行密封，并且该密封件在吸入阶段释放压力室(9)和低压区(18)之间的连接，用于将液压流体吸入压力室(9)。

Description

具有改善的效率的活塞泵
技术领域
本发明涉及一种用于输送液压流体的具有改善的效率的活塞泵，其中该活塞泵可以特别成本低廉地进行制造。
背景技术
在现有技术中公开了活塞泵的不同设计方案。作为用于汽车制动设备的活塞泵通常使用径向活塞泵，其中至少一个活塞可以借助于一个偏心轮进行来回运动。这种类型的活塞泵通常用于电子稳定系统(ESP)或者电液制动设备(EHB)。因为这种系统越来越多地在较小的汽车中使用，所以其活塞泵应该可以成本非常低廉地进行制造。对于这种活塞泵的另一个要求是，将其构造得尽可能小，并且具有尽可能小的重量。因为将来的制动系统以越来越高的压力工作，所以这种活塞泵另外还必须能够提供这种所期望的压力水平。
这种已知的活塞泵通常在输入阀和输出阀之间具有一个压力室，在该压力室中通过活塞的运动形成一个工作压力。该压力室必须在其活塞侧端部相对于活塞泵的低压区进行密封。这一点通常借助于活塞环或者布置在液压缸中的密封元件实现。在此将入口阀布置在压力室中，并且液压流体的输入管道可以通过集成在活塞中的管道实现。另外在压力室中布置了一个用于活塞复位的弹簧，这会导致压力室中不利的流动特性，并且尤其会导致由化合在液压流体中的气体析出引起的问题以及噪声问题。
发明内容
与此相反，按本发明具有权利要求1所述特征的用于输送液压流体的活塞泵的优点是，其构造得特别紧凑，并且需要的零件数量减少了。由此根据本发明的活塞泵可以成本特别低廉地进行制造。这一点根据本发明由此实现，布置在活塞中的密封元件同时承担入口阀的功能。由此可以降低构件数量，并且实现活塞泵特别紧凑的结构。在此设计该密封元件，其在压力阶段将压力室相对于活塞泵的低压区进行密封，并在吸入阶段提供与低压区的连接，以将液压流体吸入压力室。
从属权利要求展示了本发明优选的改进方案。
优选将密封元件这样布置在活塞上，使其具有一个轴向间隙。换句话说，密封元件相对于活塞的位置在活塞的轴向上可以改变该轴向间隙的量。由此可以实现组合的入口阀-密封元件的一种特别简单的结构。由此密封元件相对于活塞可以占据两个位置，也就是一个用于吸入阶段的第一位置和一个用于压力阶段的第二位置。
特别优选将该密封元件在活塞上布置在一个在活塞压力室侧端部区域上构成的阶梯形区域上。
根据本发明一种优选的设计方案，构造该密封元件，使得该密封元件在其内圆周上具有至少一个突出的和一个缩进的区域。由此密封元件在吸入阶段的溢流在密封元件和活塞之间的缩进区域上进行。特别优选在密封元件的内圆周上设置多个表面状突出的区域和多个布置在这些突出的区域之间的表面状缩进的区域。突出或者缩进的区域的布置在此尤其优选是对称的。由此可以在密封元件上保证对称的压力情况。缩进的区域的尺寸和深度在此一方面取决于密封元件的内径，并且另一方面也取决于所希望的吸入容积或者说活塞的冲程长度。
为了尽可能快地在活塞到达上死点并换向之后进行活塞泵的吸入，该密封元件在内圆周上在指向活塞泵的低压区的边缘上具有一个倒角。该倒角使得密封元件为吸入阶段的打开变得容易，从而实现了密封元件入口功能的非常短暂的响应时间。需要注意的是，也可以在密封元件的内圆周上在指向压力室的边缘上设置一个倒角。由此可以改善密封元件在活塞上的导向。
此外优选设置一个弹簧元件，以便沿轴向向密封元件施加一个弹簧力。由此尤其可以实现，在活塞泵的压力阶段通过该密封元件实现更好的密封作用。弹簧元件优选是板簧，其具有一个或者多个突出的弹簧舌。在此当弹簧元件优选固定在活塞上时，实现了一种特别紧凑的结构。将弹簧元件固定在活塞上可以优选借助于一个板状保持元件实现，其中该保持元件固定在活塞的压力室侧端部上，并且伸出超过活塞的阶梯形区域，以便支撑弹簧元件。
活塞优选在圆周上具有至少一个削平的区域，用于将液压流体从低压区输向密封元件。尤其优选在活塞上设置三个削平区域，这些削平区域以与相邻的削平区域相同的间距沿着活塞的圆周布置。
为了获得进一步改善的效率，优选在压力室外面布置一个复位弹簧用于活塞的复位。因为承担入口阀的功能的密封元件同样没有布置在压力室中，由此可以获得有害空间得到优化的压力室。由此可以将压力室简单地为所期望的压力情况进行设计，并且具有一种简单的几何形状。为此根据本发明优选设置一个圆筒元件，密封元件在该圆筒元件的内侧导引，并且用于活塞的复位弹簧在该圆筒元件的外侧导引。在此复位弹簧可以在活塞上支撑在另一个阶梯形的区域或者突出的凸肩上。根据本发明另一种优选的设计方案，复位弹簧是逐渐变细的、尤其是锥形的螺旋弹簧，其支撑在一个在活塞上构成的环绕的槽上。
根据本发明另一种优选的设计方案，用于活塞的复位弹簧布置在活塞泵的偏心轮室中。由此也可以将复位弹簧布置在活塞泵的压力室外部。偏心轮室中的复位弹簧在此优选固定在活塞上，并且尤其优选是板簧，其支撑在偏心轮室的壁体上。
按本发明的活塞泵尤其优选用于汽车制动设备中，例如用于控制和调节车轮制动缸中的压力。在此尤其优选按本发明的活塞泵结合制动设备的电子控制和调节系统、例如ESB、EHB、ASR等使用。因为按本发明的活塞泵可以成本特别低廉地进行制造，较小的汽车配备这种制动设备的成本也可以明显降低。
附图说明
下面参考附图来描述本发明优选的实施例。附图示出：
图1是根据本发明的一种第一实施例的活塞泵的示意剖面图；
图2是在图1中所示的活塞泵的多个零件的透视图；
图3a到3c是根据本发明的第一实施例的密封环的不同视图；
图4a和4b示出了用于向密封元件施加弹簧力的弹簧元件的示意图；
图5是第一实施例的活塞泵在吸入阶段期间的放大的局部横截面图；
图6是第一实施例的活塞泵在压力阶段期间的放大的局部横截面图；
图7是根据本发明的一种第二实施例的活塞泵的示意剖面图；
图8是根据本发明的一种第三实施例的活塞泵的示意剖面图。
具体实施方式
下面参考图1到6来说明按本发明的一种第一实施例的活塞泵1。
如在图1中所示，该活塞泵1包括一个布置在一个壳体2中的活塞3。该壳体2具有一个阶梯孔2a用于容纳该活塞3。该活塞3借助于一个布置在偏心轮室21中的偏心轮22进行驱动，该偏心轮的旋转方向通过箭头D表示。
由图2的透视图详细地示出了活塞3。从图2可以看出，活塞3在其压力室侧的端部上具有一个阶梯形的区域3a以及三个沿着活塞的圆周布置的削平的区域3b。特别可以从图1、5和6中看出，在阶梯形的区域3a上布置了一个密封元件4。该密封元件4借助于一个弹簧元件7和一个板状保持元件8固定在活塞3的阶梯形区域3a上。板状保持元件8借助于一个环形固定区域以压配合固定在活塞的凹座3d中。
活塞泵1还包括一个压力室9，该压力室布置在密封元件4和出口阀11之间。根据本发明设置密封元件4作为用于输入液压流体的入口阀门机件，对该密封元件4后面还会进行描述。出口阀11包括一个球体12和一个复位弹簧13。该复位弹簧13支撑在一个闭锁元件14中，其中该闭锁元件1 4流动密封地封闭壳体2的阶梯孔2a。在出口阀11的后面设置了两个压力管道15，处于压力下的流体从压力室9输入这些压力管道中。
尤其可以从图1中看到，在出口阀11和压力室9之间设置了一个圆筒元件10。该圆筒元件10包括一个板状基区10a，该基区具有一个一体地在其上构成的法兰状圆筒环10b。该圆筒环10b具有一个内部的圆周表面10c和一个外部的圆周表面10d。另外在该圆筒元件10中还设置了一个中间的通孔10e，该通孔借助于出口阀11封闭或者释放。
设置了一个复位弹簧16用于活塞3的复位，该复位弹簧一侧支撑在圆筒元件10上，并且另一侧支撑在活塞3上突起的区域3c上(参见图1)。
在壳体2中还构造了输入管道17，这些输入管道将液压流体输送到低压区18。如从图1可以看到，用于活塞3的复位弹簧16同样布置在活塞泵的低压区18。为了获得相对于偏心轮室21的密封，在活塞3上还在活塞中的槽形凹处中设置了一个密封环19和一个导向环20。
下面参考图3a、3b和3c来描述按本发明的密封环。图3a示出了密封环4的俯视图。如在图3a中所示，密封环4是封闭的环，并且在其内圆周4上具有突出的区域5和四个缩进的区域6。这些突出的区域5和缩进的区域6在此分别是表面状的。图3b示出了密封元件4沿着线IV-IV的剖面图。如从图3b可以看出，在突出的区域5上，在密封元件4的低压侧区域上构成了较宽的倒角5a，并且在密封元件4的压力室侧的区域上构成了较宽的倒角5b。当密封元件4要承担入口阀的功能时，尤其是低压侧的倒角5a实现了密封元件4的快速响应。
如从图5和6中可以看到，密封元件4设置在活塞3的阶梯形区域3a上，使得其可以沿着活塞的轴向X-X以一个预定的间隙S进行移动。密封元件4的移动在此一方面通过阶梯形的区域3a限制，并且另一方面通过固定在活塞3上的保持元件8限制，该保持元件的直径大于活塞3的阶梯形的压力室侧端部的直径。如从图5和6看出，在此在保持元件8和密封元件4之间还设置了弹簧元件7。该弹簧元件7在图4a和4b中详细示出，并且是一种板簧形式的弹簧元件，其具有一个环形的基区7a和多个弹簧舌7b。在本实施例中，存在六个弹簧舌7b。弹簧元件7在此沿着轴向X-X将一个弹簧力施加在弹簧元件4上。
密封元件4优选由塑料材料制成，尤其由PA66或者由PEEk或者由陶瓷材料制成。
下面对按本发明的第一实施例的活塞泵1的功能原理进行描述。在此尤其参考图5和6对活塞泵1的功能原理进行描述。图5示出了活塞泵吸入阶段的开始，在该阶段中活塞3沿着箭头A的方向移动。在吸入阶段期间，密封元件4处于在图5中示出的第一位置，从而处于低压区18中的液压流体可以流过密封元件4。这在图5中通过箭头表示。出口阀11处于关闭位置。来自低压区18的液压流体在此在密封元件4的内圆周上在缩进的区域6处流过密封元件4，并且通过弹簧元件7的弹簧舌7b之间的空间流入压力室9。由此弹簧舌7b用作密封元件4的止挡，从而在板状保持元件8和密封元件4之间留出一个空间，液压流体通过该空间可以流入压力室9。弹簧元件7虽然沿着活塞的运动方向A将一个弹簧力FF施加在密封元件上，但是该弹簧力小于在密封元件4和圆筒元件10的内圆周10c之间存在的摩擦力FK，该摩擦力与弹簧力反向作用。由此密封元件4在活塞泵的吸入阶段处于图5中所示的位置中以吸入液压流体。
在到达下死点之后，活塞3的运动方向进行换向，并且活塞沿着箭头B的方向(参见图1和图6)进行运动。通过活塞沿着箭头B的方向进行反向运动，密封元件4和圆筒元件4的内圆周10c之间的摩擦力FK的方向也改变了，从而密封元件4顶靠在活塞的阶梯形区域3a上。这种状态在图6中示出。由此按本发明的密封元件4使得在活塞3到达下死点并进行换向之后，压力室9和低压区18之间的连接关闭，因为密封元件4不仅在圆筒元件10的内圆周10c上、而且在活塞3的阶梯形区域3a上都进行了密封。如果活塞3继续沿着箭头B的方向运动，由此在压力室9中形成持续增加的压力。因此出口阀11一直保持关闭，直到压力室9中的压力大于压力管道15中的压力。一旦压力室9中的压力超过压力管道15中的压力，出口阀11就打开，从而压力室9和压力管道15之间的连接就通过通孔10e释放。这种打开的状态在图6中示出。由此在活塞泵的压力阶段，弹簧元件7的弹簧力FF沿着活塞3的轴向X-X作用在密封元件4上，并且轴向力FA通过在压力室9中处于压力下的液压流体也作用在密封元件4上。另外处于压力室9中的液压流体也在密封元件4的内圆周上作用于缩进的区域6上，从而在压力阶段还额外地有一个径向力FR作用在密封元件4上。由此可以通过充分利用处于压力室9中的液压流体的压力来实现更好的密封。
由此通过设置密封元件4相对于活塞3的轴向间隙S，密封元件4不仅可以在压力阶段满足活塞泵的压力室9和低压区18之间的密封功能，而且还在活塞泵的吸入阶段满足入口阀功能。由此不再需要设置一个单独的入口阀用于压力室9，而是一个唯一的构件承担了两种功能。在吸入阶段密封元件4的溢流在此在内圆周上进行。需要注意的是，为了在密封元件4上实现均匀的压力分布，突起的区域5和缩进的区域6优选关于密封元件的中轴线对称布置。
通过在突起的区域5的低压侧边缘上设置较宽的倒角5a并且在突起的区域5的压力侧边缘上设置倒角5b，改善了密封元件4在从吸入阶段到压力阶段或者从压力阶段到吸入阶段的过渡过程中的响应特性。由此可以减小活塞泵1的损失，并且获得改善的效率。另外按本发明在压力室9外布置用于活塞3的复位弹簧16使得压力室9的几何形状可以进行最优化，因为不必在压力室中设置任何用于活塞的复位元件。尤其由此可以实现压力室9中流动情况的改善。
因为用于活塞3的复位弹簧16布置在压力室9之外，另外还可以降低噪声，因为降低了在压力室9的区域中包含在液压流体中的气体析出的危险。由此也降低了泵由于压力室9中较大量气体引起的输送堵塞的危险。
另外需要注意的是，按本发明的活塞泵非常容易安装，因为一方面降低了构件的数量，并且另一方面例如密封元件4与弹簧元件7以及保持元件8可以预安装在活塞3上。在此保持元件8可以借助于压配合或者借助于塞入活塞3的凹座3d中进行固定。
下面参考图7来描述根据本发明的一种第二实施例的活塞泵1。相同的或者说功能相同的部件用与第一实施例相同的附图标记表示。
第二实施例的活塞泵1基本上相应于第一实施例的活塞泵，其中代替圆柱形的复位弹簧16在第二实施例中使用一种逐渐变细的复位弹簧16。该逐渐变细的复位弹簧16的压力室侧的端部也支撑在圆筒元件10上，并且该逐渐变细的复位弹簧16的偏心轮侧的端部支撑在环绕的槽23上，该槽在活塞3上构成。由此简化了活塞3的制造，因为不必如在第一实施例中那样设置三个突起的区域3c来支撑该圆柱形的复位弹簧。所述第二实施例的逐渐变细的复位弹簧16尤其优选直接卷绕在活塞3上，从而复位弹簧16在活塞3上的安装可以自动进行。图7的活塞泵1示出了其处于压力阶段，其中出口阀11还关闭着，并且压力室9中的压力随着活塞3朝其上死点方向的运动持续增加。
在卷绕好复位弹簧16之后，将密封元件4连同弹簧元件7通过固定保持元件8固定在活塞3上，并且接着将该组件连同圆筒元件10装入壳体2。在其它方面，该实施例相应于第一实施例，因此可以参见在那里所作的说明。
图8示出了根据本发明第三实施例的活塞泵1。相同的或者说功能相同的部件也用与第一实施例相同的附图标记表示。
如同前面所述的实施例，在第三实施例中，密封元件4同样是入口阀。活塞泵1在图8中示出了其处于吸入阶段。但是在第三实施例中用于活塞3的复位弹簧是板簧24，其设置在活塞泵1的偏心轮室21中。板簧24在活塞3的偏心轮侧端部上固定在活塞3的槽26中，并且支撑在偏心轮室21的壁体上。
通过将复位元件布置在偏心轮室21中，还可以省去前面所述实施例的圆筒元件10。如从图8可以看到，密封元件4直接相对于壳体2中阶梯孔2a的一部分密封。由此代替前述实施例中的圆筒元件10，仅仅还要设置一块板25来限界压力室9，该板具有一个中间的通孔25a，该通孔通过出口阀11封闭或者释放。由此可以进一步减少按第三实施例的活塞泵1的构件数量，从而尤其可以进一步降低制造和装配成本。在其它方面，第三实施例与前述实施例相应，因此可以参考在那里所作的说明。

Claims (18)

1.用于输送液压流体的活塞泵，包括一个可来回运动的活塞(3)，用于在压力室(9)中形成压力，其中在活塞(3)上设置了一个密封元件(4)，其在压力阶段将压力室(9)相对于活塞泵的低压区(18)进行密封，并且该密封件在吸入阶段释放压力室(9)和低压区(18)之间的连接，用于将液压流体吸入压力室(9)。
2.按权利要求1所述的活塞泵，其特征在于：所述密封元件(4)在活塞(3)上具有一个轴向间隙(S)。
3.按前述权利要求中任一项所述的活塞泵，其特征在于：所述密封元件(4)在活塞(9)上设置在活塞(3)的阶梯形区域(3a)处。
4.按前述权利要求中任一项所述的活塞泵，其特征在于：所述密封元件(4)在内圆周上具有至少一个突起的区域(5)和一个缩进的区域(6)，用于在活塞泵的吸入阶段在缩进区域(6)上流过密封元件(4)。
5.按权利要求4所述的活塞泵，其特征在于多个表面状突起的区域(5)，这些区域彼此通过设置在其之间的表面状缩进的区域(6)隔开。
6.按前述权利要求中任一项所述的密封元件，其特征在于：在所述密封元件(4)的内圆周上在指向低压区(18)的边缘上构造一个倒角(5a)。
7.按前述权利要求4到6中任一项所述的活塞泵，其特征在于：在所述密封元件(4)的内圆周上在指向压力室(9)的边缘上构造一个倒角(5b)。
8.按前述权利要求中任一项所述的活塞泵，其特征在于一个弹簧元件(7)，用于沿着轴向(X-X)向密封元件(4)施加一个弹簧力(FF)。
9.按权利要求8所述的活塞泵，其特征在于：所述弹簧元件(7)是具有多个突起的弹簧舌(7b)的板簧。
10.按权利要求8或者9所述的活塞泵，其特征在于：所述弹簧元件(7)固定在活塞(3)上。
11.按前述权利要求8到10中任一项所述的活塞泵，其特征在于一个板状的保持元件(8)，其固定在活塞(3)上，用于支撑所述弹簧元件(7)。
12.按前述权利要求中任一项所述的活塞泵，其特征在于：所述活塞(3)在圆周上具有至少一个削平的区域(3b)，用于将液压流体从低压区(18)输送到密封元件(4)。
13.按前述权利要求中任一项所述的活塞泵，其特征在于一个圆筒元件(10)，其具有一个圆筒环形的区域(10b)，在其内侧(10c)设置了所述密封元件(4)。
14.按前述权利要求中任一项所述的活塞泵，其特征在于：所述活塞(3)具有整体构造的区域(3c、23)，用于支撑用于活塞(3)的复位弹簧(16)。
15.按权利要求14所述的活塞泵，其特征在于：所述整体构成的用于支撑活塞(3)的复位弹簧的区域是一个环绕的槽(23)，并且所述复位弹簧是逐渐变细的螺旋弹簧。
16.按权利要求1到12中任一项所述的活塞泵，其特征在于：在一个偏心轮室(21)中设置一个用于活塞(3)复位的复位弹簧(24)。
17.按权利要求16所述的活塞泵，其特征在于：所述复位弹簧(24)是一种板簧，其固定在一个在活塞中构成的槽(26)中。
18.用于汽车的制动设备或者稳定系统，包括一个根据前述权利要求中任一项所述的活塞泵(1)。
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