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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe zur Förderung
von Hydraulikfluid, welche im Betrieb praktisch leckagefrei ist.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Bremsanlage mit
einer derartigen Kolbenpumpe.
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Kolbenpumpen
sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen
bekannt. Als Kolbenpumpen für
Fahrzeugbremsanlagen werden häufig
Radialkolbenpumpen verwendet, bei denen wenigstens ein Kolben mittels
eines Exzenters hin- und herbewegbar ist. Derartige Kolbenpumpen
werden häufig
auch für
elektronische Stabilitätssysteme
(ESP) oder elektrohydraulische Bremsanlagen (EHB) verwendet. Bei
derartigen Kolbenpumpen wird eine hochdruckseitige Abdichtung durch
eine Kunststoffdichtlippe erreicht. Niederdruckseitig wird der Kolben
mittels einer Niederdruckdichtung, welche benachbart zu einem Führungsring
angeordnet ist, abgedichtet. Aufgrund der Hubbewegung des Kolbens
gleitet der Kolben dabei über
die Niederdruckdichtung. Dabei kommt es über die Betriebsdauer der Kolbenpumpe
zu einem Verschleiß des
Dichtungs- und des Führungsrings,
so dass eine hohe Leckage in einem Exzenterraum entsteht. Diese
Leckage kann zu einem Ausfall des Exzenters bzw. des den Exzenter
antreibenden Motors führen.
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Vorteile der
Erfndung
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Die
erfindungsgemäße Kolbenpumpe
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den
Vorteil auf dass eine Leckage im Betrieb über die gesamte Lebensdauer
der Kolbenpumpe praktisch verhinderbar ist. Weiterhin ist die erfindungsgemäße Kolbenpumpe
durch eine geringere Anzahl von Einzelbauteilen gekennzeichnet,
wobei sich insbesondere die Herstellungskosten reduzieren. Dies
wird erfindungsgemäß dadurch
erreicht, dass anstelle einer Hochdruckdichtung und einer Niederdruckdichtung
ein im Wesentlichen imkompressibles elastische Element mit einem
Dichtbereich und einem Verformungsbereich verwendet wird. Das elastische
Element stellt eine Abdichtung zwischen dem Kolben und einem Kolbenraum
bereit, wobei der Kolben den Verformungsbereich des elastischen
Elements betätigt,
um den notwendigen Druck im Kolbenraum aufzubauen. Das elastische Element übernimmt
somit einerseits die Funktion einer Abdichtung und andererseits
die Funktion eines Druckaufbaus, um Hydraulikfluid im Kolbenraum
mittels Verformung des elastischen Elements unter Druck zu setzen.
Nach einem Druckabbau im Kolbenraum kann sich das elastische Element
aufgrund seiner Eigenelastizität
selbsttätig
wieder in seine Ausgangsposition zurückstellen.
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Die
Unteransprüche
zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Vorzugsweise
ist das elastische Element im Wesentlichen hutförmig ausgebildet. Das heißt, der Verformungsbereich
des elastischen Elements ist als einseitig geschlossener Hohlzylinder
ausgebildet und der Dichtbereich des elastischen Elements ist als
von dem Hohlzylinder vorstehender, umlaufender Rand ausgebildet.
Dadurch kann einerseits eine sichere Dichtfunktion durch den vorstehenden,
umlaufenden Rand sichergestellt werden und andererseits durch den
Hohlzylinder ein ausreichender Verformungsbereich sichergestellt
werden, um das im Kolbenraum befindliche Hydraulikfluid unter Druck
zu setzen.
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Um
eine einfache und sichere Rückstellung des
verformten Verformungsbereichs des elastischen Elements nach einem
Kolbenhub sicherzustellen, ist vorzugsweise ein Federelement vorgesehen. Besonders
bevorzugt ist dieses Federelement in dem Hohlzylinder angeordnet
und übt
eine Kraft auf den Bodenbereich des Hohlzylinders aus.
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Um
besonders kostengünstig
herstellbar zu sein, ist das elastische Element vorzugsweise aus
einem Gummimaterial bzw. einem Kautschukmaterial oder einem elastischen
Kunststoff hergestellt. Weiter bevorzugt ist das elastische Element
am Kolben, insbesondere mittels Kleben, befestigt. Dadurch kann ein
sicherer Betrieb gewährleistet
werden.
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Um
eine verbesserte Gleitbewegung des Verformungsbereichs des elastischen
Elements an einem Zylinder der Kolbenpumpe zu erhalten, ist am Außenumfang
des Verformungsbereichs vorzugsweise ein Schmiermittel angeordnet.
Das Schmiermittel kann beispielsweise ein ölbasiertes Schmiermittel sein
oder ein Feststoffschmiermittel.
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Um
eine besonders sichere Abdichtung bereitzustellen, ist vorzugsweise
zwischen dem Dichtbereich des elastischen Elements und einem Zylinderbereich
der Kolbenpumpe eine Presspassung ausgebildet. Da der Dichtbereich
des elastischen Elements während
des Kolbenhubes ortsfest verbleibt, kann mittels der Presspassung
eine weiter verbesserte Dichtheit erreicht werden.
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Um
einen Verschleiß des
Kolbens bzw. des Verformungsbereichs des elastischen Elements weiter
zu verringern, ist vorzugsweise eine Hülse in den Zylinderbereich
der Kolbenpumpe eingebracht. Somit gleitet der Kolben bzw. Verformungsbereich
an der Hülse,
wodurch ein verbesserter Verschleißschutz erreichbar ist.
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Vorzugsweise
umfasst die erfindungsgemäße Kolbenpumpe
ein flüssiges
Schmiermittel, welches in einem Schmiermittelraum am elastischen Element
angeordnet ist, um eine Schmierung des Verformungsbereichs des elastischen
Elements sicherzustellen. Mit anderen Worten ist ein flüssiges Schmiermittel
in einem separaten Raum am elastischen Element vorgesehen. Der separate
Raum ist vorzugsweise ein Zwischenraum zwischen dem elastischen
Element und dem Zylinderbereich bzw. einer im Zylinder angeordneten
Hülse.
Weiter ist dabei am Kolben noch ein zusätzlicher Dichtring angeordnet, um
zu verhindern, dass das flüssige
Schmiermittel in den Exzenterraum gelangt. Vorzugsweise wird als Schmiermittel
ein Silikonöl
verwendet. Silikonöl
hat eine sehr gute Schmierwirkung und besitzt weiter die Eigenschaft,
dass sich seine Viskosität über die
Betriebstemperatur wenig ändert,
so dass in allen Betriebssituationen der Kolbenpumpe eine ausreichende
Schmierung sichergestellt ist. Durch die Verwendung des flüssigen Schmiermittels
in dem separaten Schmiermittelraum kann die Lebensdauer des erfindungsgemäßen elastischen
Elements weiter verbessert werden.
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Die
erfindungsgemäße Kolbenpumpe
wird besonders bevorzugt in Bremsanlagen von Fahrzeugen, beispielsweise
zur Steuerung des Drucks in Radbremszylindern, verwendet. Besonders
bevorzugt wird die erfindungsgemäße Kolbenpumpe
dabei in Verbindung mit elektronischen Steuer- und Regelsystemen
der Bremsanlage, wie z.B. ESP, EHB, ASR usw., verwendet.
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Zeichnung
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen
im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
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1 eine
schematische Schnittansicht einer Kolbenpumpe gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
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2 eine
schematische Schnittansicht einer Kolbenpumpe gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
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3 eine
schematische Schnittansicht einer Kolbenpumpe gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
der Erfindung, und
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4 eine
schematische Schnittansicht einer Kolbenpumpe gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf 1 eine Kolbenpumpe 1 gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung beschrieben. Wie in 1 gezeigt,
umfasst die Kolbenpumpe 1 ein Gehäuse 2 mit einer Zylinderbohrung 2a,
in welcher ein Kolben 4 hin- und herbewegbar angeordnet ist. Der
Kolben 4 wird mittels eines Exzenters 3 bewegt,
der in bekannter Weise mittels eines nicht dargestellten Motors
angetrieben wird. In 1 ist dabei ein Pumpenelement
der Kolbenpumpe 1 gezeigt, andere Pumpenelemente sind entlang
des Umfangs des Exzenters jeweils gleich voneinander beabstandet
angeordnet.
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Wie
weiter in 1 gezeigt, umfasst die Kolbenpumpe 4 ein
Einlassventil 6 und ein Auslassventil 7. Die beiden
Ventile 6 und 7 sind in einem Zwischenbauteil 8 angeordnet,
an welchem jeweils die Dichtsitze des Einlassventils 6 und
des Auslassventils 7 angeordnet sind. Das Zwischenbauteil 8 hat
die Funktion eines Ventilkäfigs
und ist mittels einer Verschlusskugel 10 fluiddicht verschlossen.
Im Bereich zwischen dem Einlassventil 6 und dem Auslassventil 7 ist
ein Kolbenraum 9 angeordnet. Ferner ist eine Rückstellfeder 12 vorgesehen,
um das Einlassventil 6 zu schließen und eine Rückstellfeder 13 vorgesehen,
um das Auslassventil 7 zu schließen. Mit dem Bezugszeichen 14 ist
in 1 eine Ansaugleitung bezeichnet und das Bezugszeichen 15 kennzeichnet eine
Druckleitung nach dem Auslassventil. Wie weiter aus 1 ersichtlich
ist, ist die Zylinderbohrung 2a mehrstufig ausgebildet
und mittels eines Verschlusselements 16 fluiddicht verschlossen.
Dabei ist die Rückstellfeder 13 in
einer Bohrung im Verschlusselement 16 angeordnet.
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Wie
weiter aus 1 ersichtlich, ist das Einlassventil 6 in
einem Winkel von 90° zur
Abströmrichtung
am Auslassventil 7 angeordnet. Dadurch kann ein besonders
kompakter Aufbau in Axialrichtung des Pumpenelements erreicht werden.
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Weiter
umfasst die erfindungsgemäße Kolbenpumpe
ein elastisches Element 5, welches am Kolben 4 befestigt
ist oder aufliegt. In diesem Ausführungsbeispiel ist das elastische
Element 5 an eine Stirnfläche des Kolbens 4 geklebt.
Das elastische Element 5 weist im Wesentlichen eine Hutform
mit einem Dichtbereich 5a und einem Verformungsbereich 5b auf.
In der dem Kolben 4 entgegengesetzten Seite des elastischen
Elements ist eine zylinderförmige Öffnung 5c eingebracht,
so dass der Verformungsbereich 5b als einseitig geschlossener
Hohlzylinder ausgebildet ist. In der zylinderförmige Öffnung 5c ist eine
Rückstellfeder
und eine Versteifungsplatte angeordnet. Die Versteifungsplatte 17 liegt
dabei am unteren Boden der zylinderförmige Öffnung 5c.
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Wie
weiter aus 1 ersichtlich ist, ist der Dichtbereich 5a des
elastischen Elements an einer Stufe 2b der Zylinderbohrung 2a mittels
einer Presspassung angeordnet. Dadurch wird eine hohe Dichtigkeit
erreicht. Alternativ kann eine axiale Dichtung wie bei Flanschabdichtungen
verwendet werden. Durch die Verpressung des Dichtbereichs 5b an
der Stufe 2b des Gehäuses
wird somit eine statische Dichtung zwischen dem Kolbenraum 9 und
dem Exzenterraum erreicht, welche eine besonders hohe Dichtheit
aufweist. Das elastische Element 5 ist aus einem Gummimaterial
hergestellt und als Kolben 4 kann eine handelsübliche Nadelrolle
verwendet werden.
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Nachfolgend
wird die Funktion der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe 1 beschrieben.
Wenn sich der Exzenter von seinem unteren zu seinem oberen Totpunkt
bewegt, wird der Kolben 4 in Richtung des Verschlusselements 16 in
der Zylinderbohrung 2a bewegt. Bei dieser Bewegung des
Kolbens 4 tritt eine Verformung am Verformungsbereich 5b des elastischen
Elements 5 auf, da der Verformungsbereich 56 in
Axialrichtung zusammengedrückt
wird. Da das elastische Element 5 aus einem imkompressiblen
Material hergestellt ist, bleibt das Vo1umen des elas tischen Elements 5 im
wesentlichen konstant. Da der Dichtungsbereich 5a fest
mit der Zylinderbohrung 2a verbunden ist, wird der Verformungsbereich 5b nach
innen in die zylinderförmige Öffnung 5c gedrückt, wodurch
die zylinderförmige Öffnung zum
Teil ausgefüllt
wird. Die Rückstellfeder 11 wird
dabei ebenfalls verformt. Während
dieses Vorgangs steigt der Druck im Kolbenraum 9 an, bis
das Auslassventil gegen die Federkraft der Rückstellfeder 13 öffnet. Unter
Druck stehendes Hydraulikfluid wird dann aus dem Druckraum 9 in
die Druckleitung 15 gefördert.
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Nachdem
der Exzenter 3 den oberen Totpunkt überschritten hat, wird der
Kolben aufgrund der Rückstellkraft
der Rückstellfeder 11 wieder
in seine Ausgangsstellung bewegt und der verformte Verformungsbereich 5b des
elastischen Elements 5 kehrt wieder in seine Ausgangslage
zurück.
Da während des
gesamten Hubes dieses Kolbens 4 der Dichtbereich 5a des
elastischen Elements 5 nicht bewegt wurde und sicher gegen
die Zylinderbohrung abdichtet, ergibt sich keine Leckage über das
elastische Element 4. Dadurch kann eine praktisch leckagefreie Kolbenpumpe
erhalten werden, da keine Verbindung zum Exzenterraum, in welchem
der Exzenter 3 angeordnet ist, besteht. Um einen Reibwiderstand
zwischen dem elastischen Element, genauer dem Verformungsbereich 5b und
der Zylinderbohrung 2a zu verringern, ist ein Schmiermittel
am Außenumfang des
Verformungsbereichs 5b vorgesehen, um eine Gleitbewegung
des Verformungsbereichs 5b an der Zylinderbohrung 2a möglichst
reibfrei zu gestalten. Die Schmierung kann dabei als Lebensdauerschmierung
ausgeführt
sein, da kein Hydraulikfluid die Schmierung im Außenbereich
des Verformungsbereichs 5b auswäscht.
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Das
Ansaugen von Hydraulikfluid aus der Ansaugleitung 14 erfolgt
während
der Rückstellung des
elastischen Elements in seine in 1 Ausgangslage,
indem die Kugel des Einlassventils 6 gegen die Federkraft
der Rückstellfeder 12 in
Richtung der Verschlusskugel 10 durch den im Kolbenraum 9 herrschenden
Unterdruck bewegt wird und Hydraulikfluid aus der Ansaugleitung 14 in
den Kolbenraum 9 strömen
kann. Wenn sich das elastische Element 5 in seiner Ausgangsposition
befindet und ein Druckgleichgewicht zwischen dem Kolbenraum 9 und
dem Druck in der Ansaugleitung 14 vorhanden ist, wird das
Einlassventil 6 mittels der Stellfeder 12 wieder verschlossen.
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf 2 eine Kolbenpumpe 1 gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung beschrieben. Gleiche bzw. funktional
gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten
Ausführungsbeispiel
bezeichnet.
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Im
Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel
ist beim zweiten Ausführungsbeispiel
noch zusätzlich
eine Verschleißschutzhülse 18 in
der Zylinderbohrung 2a vorgesehen. Die Hülse 18 ist
dabei in die Zylinderbohrung 2a sowie auch die Stufe 2b eingepresst.
In die Hülse 18 ist
dann wie im ersten Ausführungsbeispiel
das elastische Element 5 am Dichtbereich 5a eingepresst,
so dass eine statische Dichtung zwischen dem elastischen Element
und der Hülse 18 vorhanden
ist. Wie im ersten Ausführungsbeispiel
ist am Außenumfang
des elastischen Elements 5 ein Schmiermittel vorgesehen,
um eine Reibung zwischen dem elastischen Element 5 und
dem Innenumfang der Hülse 18 zu
reduzieren. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem ersten Ausführungsbeispiel,
so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
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3 zeigt
eine Kolbenpumpe 1 gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile
sind wieder mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel
bezeichnet.
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Im
Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen weist das
dritte Ausführungsbeispiel
zusätzlich
einen Schmiermittelraum 19 auf, in welchem ein flüssiges Schmiermittel
wie z.B. Silikonöl,
angeordnet ist. Wie aus 3 ersichtlich ist, ist der Schmiermittelraum 19 ein
zylinderringförmiger Raum,
welcher zwischen der Zylinderbohrung 2a des Gehäuses 2 und
dem Außenumfang
des Verformungsbereichs 5b des elastischen Elements 5 angeordnet
ist. Das hochviskose Silikonöl
weist dabei eine sehr gute Schmierwirkung auf und besitzt weiterhin die
Eigenschaft, dass sich seine Viskosität über die Betriebstemperatur
nur wenig ändert.
Dadurch ist Silikonöl
eine besonders geeignete Flüssigkeit
für den Schmiermittelraum 19.
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Da
zwischen dem Schmiermittelraum 19 und dem Exzenterraum
praktisch kein Druckgefälle
besteht, ist die Gefahr einer Leckage vom Schmiermittelraum 19 zum
Exzenterraum gering. Um dennoch eine Leckage vollständig auszuschließen, ist
im Kolben 4 zusätzlich
ein Dichtring 20 vorgesehen, welcher auch mit dem Schmiermittel
aus dem Schmiermittelraum 19 geschmiert werden kann. Somit
ist bei diesem Ausführungsbeispiel
zwischen dem elastischen Element 5 und dem Gehäuse 2 keine
Festkörperreibung,
sondern lediglich eine Flüssigkeitsreibung
vorhanden, so dass die Reibungsverluste minimiert werden können und
die Lebensdauer des elastischen Elements weiter verbessert werden
kann. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel den vorhergehenden
Ausführungsbeispielen,
so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf 4 eine Kolbenpumpe 1 gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung beschrieben. Gleiche bzw. funktional
gleiche Teile sind wieder mit den gleichen Bezugszeichen wie in
den vorhergehenden Ausführungsbeispielen
bezeichnet.
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Das
vierte Ausführungsbeispiel
entspricht dabei im Wesentlichen dem dritten Ausführungsbeispiel
und weist ebenfalls einen Schmiermittelraum 19 sowie einen
zusätzlichen
Dichtring 20 am Kolben 4 auf. Im Unterschied zum
dritten Ausführungsbeispiel ist
beim vierten Ausführungsbeispieljedoch
noch zusätzlich
eine Hülse 18 vorgesehen,
um eine Reibung zwischen dem Kolben 4 und dem Zylinder
weiter zu reduzieren.