DE102004027506B4

DE102004027506B4 - Kolbenpumpe mit kugelförmigem Kolben

Info

Publication number: DE102004027506B4
Application number: DE200410027506
Authority: DE
Inventors: Norbert Alaze
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-06-04
Filing date: 2004-06-04
Publication date: 2012-03-01
Anticipated expiration: 2024-06-05
Also published as: JP2005344725A; FR2871199A1; DE102004027506A1; FR2871199B1

Abstract

Kolbenpumpe zur Förderung von Hydraulikfluid umfassend ein Zylinderelement (2a), ein im Zylinderelement hin- und herbewegbares Kolbenelement (4), ein Rückstellelement (8), um das Kolbenelement (4) in seine Ausgangsposition zurückzustellen, ein Einlassventil (10) und ein Auslassventil (11), wobei zwischen dem Einlassventil (10) und dem Auslassventil (11) ein Kolbenraum (12) angeordnet ist, wobei das Kolbenelement (4) eine Kugel (5) umfasst und wobei zwischen dem Rückstellelement und der Kugel (5) ein Dichtelement (6) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Rückstellelement (8) und dem Dichtelement (6) ein Aufnahmebauteil (7) für das Rückstellelement (8) angeordnet ist, dass das Aufnahmebauteil (7) eine Ausnehmung mit zur Axialrichtung (X-X) der Kolbenpumpe geneigten Wänden aufweist und dass das Rückstellelement (8) eine Kraft in Axialrichtung (X-X) zur Rückstellung des Kolbenelements (4) und eine radiale Kraft auf das Dichtelement (6) ausübt.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe zur Förderung von Hydraulikfluid gemäß den gattungsbildenden Merkmalen des Anspruchs 1, welche insbesondere in Bremsanlagen für Fahrzeuge verwendet wird.
Eine derartige Kolbenpumpe ist beispielsweise bekannt aus der DE 32 32 083 A1 . Das Kolbenelement dieser Kolbenpumpe umfasst eine Kugel und ein Dichtelement. Unmittelbar an diesem Dichtelement stützt sich ein Rückstellelement ab, welches das Kolbenelement in seine Ausgangsposition zurückstellt.
Kolbenpumpen zur Förderung von Hydraulikfluid sind aus dem Stand der Technik in weiteren unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Diese Kolbenpumpen weisen dabei üblicherweise einen zylindrischen Kolben mit einem am Kolben oder am Zylinder angeordneten Dichtelement auf. In Bremsanlagen für Fahrzeuge werden häufig Radialkolbenpumpen verwendet, bei denen zwei Pumpenelemente eingebaut sind, die einander um 180° gegenüberliegend angeordnet sind. Wenn sich hierbei der Kolben des ersten Pumpenelements in der Druckphase befindet, wird der Kolben des zweiten Pumpenelements Hydraulikfluid ansaugen. Während des Betriebes ergibt sich dabei zwischen dem Exzenter und der den Exzenter berührenden Kolbenseite ein Reibungsverschleiß. Weiterhin ergibt sich im Betrieb auch ein Verschleiß zwischen dem zylinderförmigen Kolben und einer Zylinderbohrung bzw. eines in der Zylinderbohrung angeordneten Führungsringes. Somit weisen die bekannten Kolbenpumpen, insbesondere am Kolben, einen unerwünschten Verschleiß auf, welcher die Lebensdauer der Pumpen reduziert.
Vorteile der Erfindung
Eine erfindungsgemäße Kolbenpumpe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass das Dichtelement eine besonders gute Abdichtung zwischen dem Kolbenraum und dem Exzenterraum bereitstellen kann. Dazu übt das Rückstellelement für das Kolbenelement neben einer axialen Kraft auf dieses Kolbenelement eine radiale Kraft auf das Dichtelement aus. Eine besonders einfache Ausgestaltung der Ausübung einer radialen Kraft wird dadurch erreicht, dass zwischen dem Rückstellelement und dem Dichtelement vorzugsweise ein Aufnahmebauteil für das Rückstellelement angeordnet ist, wobei das Aufnahmebauteil eine Vertiefung mit zur Zylinderbohrung geneigten Wänden aufweist. Dabei ist ein Ende des Rückstellelements zumindest teilweise in dem Aufnahmebauteil aufgenommen und die durch das Rückstellelement ausgeübte Rückstellkraft übt über die geneigten Wände eine Radialkraft auf das Dichtelement aus. Besonders bevorzugt ist das Aufnahmebauteil im Wesentlichen topfförmig mit einer sich verjüngenden, insbesondere konischen, Wandfläche und einem umlaufenden Rand gebildet. Das Aufnahmebauteil kann beispielsweise als Tiefziehbauteil hergestellt werden.
Die Unteransprüche haben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung zum Gegenstand.
Um ein Ansaugen von Luft aus dem Exzenterraum zu verhindern, ist am Dichtelement vorzugsweise ein Abstreifring angeordnet. Der Abstreifring ist besonders bevorzugt an dem der Kugel zugewandten Ende des Dichtelements angeordnet.
Weiter bevorzugt ist ein Reibwert zwischen dem Dichtelement und der Kugel kleiner als ein Reibwert zwischen der Kugel und einem antreibenden Bauteil, z. B. einem Exzenter. Dadurch wird sichergestellt, dass der durch das angetriebene Bauteil bewegte, kugelförmige Kolben während des Bewegungsvorgangs über das Dichtelement abrollt, so dass zwischen dem Dichtelement und der Kugel eine Rollreibung vorhanden ist. Das antreibende Bauteil ist vorzugsweise ein Exzenter oder ein Exzenterlagerring mit einem Außenring, welcher auf Wälzkörpern gelagert ist. Dadurch kann bei Verwendung eines Exzenterlagerrings auch zwischen dem kugelförmigen Kolben und dem Außenring der Exzenterlagerrings eine Rollreibung realisiert werden.
Um besonders kostengünstig herstellbar zu sein, ist das Dichtelement vorzugsweise aus einem Kunststoff, insbesondere aus PTFE, hergestellt.
Weiter bevorzugt ist eine Einströmrichtung des Hydraulikfluids am Einlassventil nicht parallel zu einer Ausströmrichtung am Auslassventil. Mit anderen Worten liegt eine Öffnung am Einlassventil nicht parallel zu einer Öffnung am Auslassventil. Diese Ausgestaltung ermöglicht dabei einen besonderes kompakten Aufbau der Kolbenpumpe, da eine verkürzte axiale Bauweise erreicht werden kann. Besonders bevorzugt ist dabei die Einströmrichtung am Einlassventil in einem Winkel von ca. 90° zur Ausströmrichtung am Auslassventil angeordnet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist in der Zylinderbohrung der Kolbenpumpe vorzugsweise eine Hülse angeordnet. Dadurch kann ein Reibwiderstand zwischen dem Kugelkolben und der Hülse weiter reduziert werden.
Die erfindungsgemäße Kolbenpumpe wird besonders bevorzugt in Bremsanlagen für Fahrzeuge eingesetzt. Besonders bevorzugt sind die Bremsanlagen dabei auch mit elektronischen Steuer- und Regeleinrichtungen, wie z. B. ESB, ASR, EHB usw., ausgestattet.
Zeichnung
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. In der Zeichnung ist:
1 eine schematische Schnittansicht einer Kolbenpumpe gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 1 eine Kolbenpumpe 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Wir in 1 gezeigt, umfasst die Kolbenpumpe 1 ein Gehäuse 2, in welchem eine Zylinderbohrung 2a zur Aufnahme eines Kolbenelements 4 angeordnet ist. Das Kolbenelement 4 umfasst eine Kugel 5, ein Dichtelement 6 und ein Aufnahmebauteil 7. Das Aufnahmebauteil 7 nimmt eine Rückstellfeder 8 des Kolbenelements auf (vgl. 1). Das Kolbenelement 4 wird mittels eines Exzenters 3 angetrieben. Der Exzenter 3 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Exzenterlager mit einem Außenring 3a, Wälzkörpern 3b und einem Innenring 3c ausgebildet. Dadurch ist zwischen der Kugel 5 und dem Exzenter 3 eine Rollreibung realisiert.
Wie weiter aus 1 ersichtlich ist, weist das Dichtelement 6 eine teilkugelförmige Ausnehmung 6a auf, welche einen Teil der Kugel 5 aufnimmt. Weiter umfasst das Dichtelement 6 an seinem Außenumfang eine konkave umlaufende Ausnehmung 6b und an dem der Kugel 5 entgegengesetzten Ende eine topfförmige Ausnehmung 6c. Das Dichtelement 6 ist dabei aus einem Kunststoff, insbesondere PTFE, hergestellt. Um ein Ansaugen von Luft aus dem Exzenterraum zu vermeiden, ist weiter ein Abstreifring 9 am Dichtelement 6 befestigt.
Die Kugel 5 des Kolbenelements 4 kann beispielsweise eine einfache Stahlkugel sein.
Das Aufnahmebauteil 7 ist wie in 1 gezeigt, in der Ausnehmung 6c des Dichtelements 6 angeordnet. Das Aufnahmebauteil 7 weist einen Rand 7a, einen sich verjüngenden Bereich 7b und einen Bodenbereich 7c auf. Das Rückstellelement 8 stützt sich dabei am Bodenbereich 7c des Aufnahmebauteils 7 ab. Über den sich verjüngenden Bereich 7b, welcher an den sich verjüngenden Wänden der Ausnehmung 6c anliegt, kann somit eine radiale Kraft auf das Dichtelement 6 ausgeübt werden, so dass das Dichtelement 6 eine verbesserte Abdichtung gegenüber der Zylinderbohrung 2a aufweisen kann.
Wie weiter aus 1 ersichtlich ist, stützt sich das Rückstellelement 8 mit seinem dem Kolbenelement 4 entgegengesetzten Ende an einem Ventilkäfig 16 ab. Der Ventilkäfig 16 weist zwei Ventilsitze auf, nämlich einen ersten Ventilsitz 10a für ein Einlassventil 10 und einen zweiten Ventilsitz 11a für ein Auslassventil 11. Zwischen dem Einlassventil 10 und dem Auslassventil 11 ist ein Kolbenraum 12 gebildet, welcher über eine Bohrung 17 mit dem Kolbenelement 4, genauer dem Aufnahmebauteil 7 des Kolbenelements in Verbindung steht. Das Einlassventil 10 wird mittels einer Rückstellfeder 14 in seine geschlossene Position zurückgestellt und das Auslassventil 11 wird mittels einer Rückstellfeder 15 federvorbelastet.
Wie in 1 dargestellt, weist die Zylinderbohrung 2a eine Stufe 2b auf, an welcher der Ventilkäfig 16 angeordnet ist. Das nach außen gerichtete Ende der Zylinderbohrung 2a wird mittels eines Verschlusselements 18, an welchem sich die Rückstellfeder 15 des Auslassventils 11 abstützt, verschlossen. Über einen zwischen dem Verschlusselement 18 und dem Ventilkäfig 16 gebildeten Kanal 21 wird dann das unter Druck stehende Fluid einer Druckleitung 20 zugeführt. In 1 ist eine Zuführbohrung für das Hydraulikfluid mit dem Bezugszeichen 19 bezeichnet.
Wie weiter aus 1 ersichtlich ist, ist eine Einströmrichtung E des Hydraulikfluids am Einlassventil 10 nicht parallel zu einer Ausströmrichtung A am Auslassventil 11. Genauer ist die Ausströmrichtung A parallel zu einer Axialachse X-X des dargestellten Pumpenelements und die Einströmrichtung E ist senkrecht zur Axialachse X-X. Durch diese Maßnahme kann ein besonders kompakter Aufbau der Kolbenpumpe erreicht werden, da insbesondere die Länge in Richtung der Axialachse X-X signifikant reduziert werden kann. Hierbei sei angemerkt, dass die in 1 gezeigte Anordnung nicht nur auf die in 1 gezeigte Kolbenpumpe mit kugelförmigen Kolben anwendbar ist. Die nicht parallele Anordnung von Einlass- und Auslassventil kann auch bei anderen Kolbenpumpen, z. B. einer Kolbenpumpe mit einem zylinderförmigen Kolben, verwendet werden.
Nachfolgend wird die Funktion der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe 1 beschrieben. 1 zeigt die Stellung des Exzenters 3 kurz nach seinem oberen Totpunkt. Wenn sich der Exzenter 3 um seine Drehachse M in Richtung des Pfeils R weiterdreht, beginnt der Ansaughub der Kolbenpumpe 1. Dabei wird im Kolbenraum 12 ein Unterdruck erzeugt, so dass sich die Kugel des Einlassventils 10 gegen die Federkraft der Rückstellfeder 14 in Richtung der Einströmrichtung E vom Ventilsitz 10a fortbewegt. Dadurch kann Hydraulikfluid aus der Zufuhrleitung 19 angesaugt werden.
Nachdem der Exzenter 3 seinen unteren Totpunkt überschritten hat, beginnt die Druckaufbauphase. Dabei wird Druck im Kolbenraum 12 aufgebaut, da sich das Kolbenelement 4 in 1 nach links bewegt. Dadurch wird das Einlassventil 10 geschlossen und Druck wird im Druckraum 12a so lange aufgebaut, bis der auf das Auslassventil 11 wirkende Druck aus dem Kolbenraum 12 größer als die Federkraft der Rückstellfeder 15 wird. Wenn der Druck im Druckraum 12 größer als die Rückstellkraft der Rückstellfeder 15 ist, öffnet das Auslassventil 11, so dass das unter Druck stehende Hydraulikfluid über den Kanal 21 in die Druckleitung 20 abgegeben werden kann. Wenn der Exzenter 3 wieder den oberen Totpunkt überschreitet, beginnt wieder der Ansaughub von Neuem und das Auslassventil wird geschlossen und das Einlassventil 10 geöffnet.
Da das Kolbenelement 4 die Kugel 5 umfasst, tritt während des Betriebes zwischen dem Exzenter 3 und der Kugel 5 sowie der Kugel 5 und dem Dichtelement 6 jeweils nur eine geringe Reibung auf. Genauer tritt zwischen dem Dichtelement 6 und der Kugel 5 Gleitreibung auf, da der Reibwert zwischen dem Außenring 3a des Exzenters und der Kugel größer ist, als zwischen der Kugel und dem Dichtelement 6. Daher dreht sich die Kugel im Betrieb, wenn das Pumpenelement Druck aufbaut, und auch in der Saugphase des Pumenelements. Auch zwischen der Kugel 5 und der Zylinderbohrung 2a tritt im Betrieb nur eine geringe Reibung auf. Von daher ist ein Reibwiderstand der Kolbenpumpe 1 am Kolbenelement 4 minimiert, da insbesondere zwischen der Kugel 5 und dem Exzenter 3 die Rollreibung vorhanden ist. Dadurch kann der Verschleiß während des Betriebes im Vergleich mit den herkömmlichen, zylinderförmigen Kolben am Kolben bzw. am Exzenter deutlich reduziert werden. Da im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Außenring 3a des Exzenters 3 sich ebenfalls an den Wälzkörpern 3b abwälzt, wird bei der in 1 gezeigten Kolbenpumpe ein besonders kleiner Reibwiderstand erhalten.
Erfindungsgemäß kann somit einerseits ein Verschleiß am Kolbenelement 4 signifikant reduziert werden und weiterhin kann durch die Ausübung einer radialen Kraft auf das Dichtelement 6 mittels des Rückstellelements 8 eine Reduzierung der Leckage im Betrieb erhalten werden. Somit wird erfindungsgemäß die axiale Kraft des Rückstellelements 8 einerseits zur Rückstellung des Kolbenelements 4 verwendet und andererseits zur Bereitstellung einer radialen Kraft auf das Dichtelement 6 verwendet. Die radiale Kraft kann dabei durch die Wahl der Neigung des sich verjüngenden Bereichs 7b bzw. der Ausnehmung 6c in gewissem Umfang eingestellt werden.

Claims

Kolbenpumpe zur Förderung von Hydraulikfluid umfassend ein Zylinderelement (2a), ein im Zylinderelement hin- und herbewegbares Kolbenelement (4), ein Rückstellelement (8), um das Kolbenelement (4) in seine Ausgangsposition zurückzustellen, ein Einlassventil (10) und ein Auslassventil (11), wobei zwischen dem Einlassventil (10) und dem Auslassventil (11) ein Kolbenraum (12) angeordnet ist, wobei das Kolbenelement (4) eine Kugel (5) umfasst und wobei zwischen dem Rückstellelement und der Kugel (5) ein Dichtelement (6) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Rückstellelement (8) und dem Dichtelement (6) ein Aufnahmebauteil (7) für das Rückstellelement (8) angeordnet ist, dass das Aufnahmebauteil (7) eine Ausnehmung mit zur Axialrichtung (X-X) der Kolbenpumpe geneigten Wänden aufweist und dass das Rückstellelement (8) eine Kraft in Axialrichtung (X-X) zur Rückstellung des Kolbenelements (4) und eine radiale Kraft auf das Dichtelement (6) ausübt.
Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (6) eine teilkugelförmige Ausnehmung (6a) aufweist, um die Kugel (5) zumindest teilweise aufzunehmen.
Kolbenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Dichtelement (6) ein Abstreifring (9) angeordnet ist.
Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Reibwert zwischen dem Dichtelement (6) und der Kugel (5) kleiner ist als ein Reibwert zwischen der Kugel (5) und einem antreibenden Bauteil (3).
Kolbenpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das antreibende Bauteil (3) ein Exzenter oder ein Exzenterlagerring mit einem auf Wälzkörpern (3b) gelagerten Außenring (3a) ist.
Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (6) aus einem Kunststoff, insbesondere aus PTFE, hergestellt ist.
Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahmebauteil (7) im Wesentlichen topfförmig mit einer sich verjüngenden Wandfläche (7b) und einem umlaufenden Rand (7a) gebildet ist.
Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einströmrichtung (E) des Hydraulikfluids am Einlassventil (10) nicht parallel zu einer Ausströmrichtung (A) am Auslassventil (11) ist.
Kolbenpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einströmrichtung (E) am Einlassventil (10) in einem Winkel von ungefähr 90° zur Ausströmrichtung (A) am Auslassventil (11) angeordnet ist.
Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Zylinderelement (2a) eine Hülse angeordnet ist.
Bremsanlage für ein Fahrzeug umfassend eine Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche.