-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe zur Förderung
von Hydraulikfluid mit einer verbesserten Druckaufbaudynamik.
-
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
in Verbindung mit elektronischen Stabilitätssystemen (ESP) oder elektrohydraulischen
Bremsanlagen (EHB) verwendet. Grundsätzlich weisen die bekannten
Kolbenpumpen einen zwischen einem Einlassventil und einem Auslassventil angeordneten
Druckraum auf, in welchem durch die Bewegung des Kolbens ein Druck
aufgebaut wird. Um einen möglichst
kompakten Aufbau zu erreichen, sind Kolbenpumpen bekannt, bei denen
das Hydraulikfluid durch im Kolben vorgesehene Bohrungen zum Druckraum
geführt
wird. Das Eingangsventil ist dabei am druckraumseitigen Ende des
Kolbens im Druckraum angeordnet. Hierbei muss für eine Rückstellfeder des Einlassventils
eine käfigartige
Halterung im Druckraum vorgesehen werden. Weiterhin ist eine Rückstellfeder
für den
Kolben im Druckraum angeordnet. Durch diese Vielzahl von Bauteilen
im Druckraum ist der Schadraum derartiger Kolbenpumpen relativ groß. Weiterhin
weisen derartige Kolbenpumpen dadurch nur eine begrenzte Druckaufbaudynamik
auf. Bei den bekannten Kolbenpumpen werden weiterhin Auslassventile
verwendet, welche einen Dichtsitz, eine Ventilschließkugel,
eine Feder für die
Kugel und ein Halteelement für
die Feder umfassen. Somit weisen die Ventile der bekannten Kolbenpumpen
relativ viele Bauteile auf, wodurch ein gewisser Montageaufwand
entsteht. Weiterhin weisen die bekannten Kolbenpumpen eine gewisse
Länge in Axialrichtung
auf.
-
Vorteile der
Erfindung
-
Die
erfindungsgemäße Kolbenpumpe
zur Förderung
von Hydraulikfluid mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist
demgegenüber
den Vorteil auf, dass sie eine geringe Bauteileanzahl aufweist. Dadurch
können
die Herstell- und Montagekosten deutlich reduziert werden. Weiterhin
weist die erfindungsgemäße Kolbenpumpe
durch die verringerte Bauteileanzahl auch nur eine geringe Größe, insbesondere
in Radialrichtung der Kolbenpumpe, auf. Erfindungsgemäß wird dies
dadurch erreicht, dass ein Federelement eines Ventils der Kolbenpumpe
als Federring ausgebildet ist. Durch die Ausbildung des Federelements
als Federring kann das Federelement neben der Federfunktion derart
an der Kolbenpumpe angeordnet werden, dass keine zusätzlichen
Bauteile zur Fixierung des Federringes notwendig sind, da der Federring
aufgrund seiner Ringform ohne weitere Bauteile an einem vorhandenen
Bauteil der Kolbenpumpe fixierbar ist.
-
Die
Unteransprüche
zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
-
Vorzugsweise
weist der Federring einen Schlitz auf. Hierbei kann durch unterschiedliche
Ausgestaltung des Schlitzes die Federkraft des Federrings eingestellt
werden. Somit kann für
unterschiedliche Anwendungsfälle
ein Federring vorgesehen werden, dessen Federkraft durch verschiedenartige Ausgestaltung
des Schlitzes im Federring variierbar ist. Der Schlitz im Federring
ist dabei besonders bevorzugt Z-förmig ausgebildet.
-
Vorzugsweise
ist der Federring in einer Nut angeordnet, welche in einem Zylinderelement
der Kolbenpumpe ausgebildet ist. Dadurch kann ein besonders kompakter
Aufbau realisiert werden.
-
Um
ein Ventilschließelement
am Federring zu fixieren, weist der Federring vorzugsweise eine Ausnehmung
an seiner Innenseite auf. Die Ausnehmung ist vorzugsweise eine U-förmige Rinne oder eine teilkugelförmige Ausnehmung,
wenn das Ventilschließelement
eine Kugel ist. Dies ermöglicht
eine Selbstzentrierung der Kugel.
-
Besonders
bevorzugt ist das den Federring umfassende Ventil ein Auslassventil
der Kolbenpumpe.
-
Vorzugsweise
ist eine Durchgangsöffnung, welche
durch das Auslassventil freigebbar bzw. verschließbar ist,
derart in einem Zylinderelement der Kolbenpumpe angeordnet, dass
eine Bewegungsrichtung des Kolbens senkrecht zu einer Ausströmrichtung
durch die Durchgangsöffnung
ist.
-
Vorzugsweise
umfasst ein Einlassventil der Kolbenpumpe ein Federdichtelement.
Das Federdichtelement umfasst einen Federbereich und einen Dichtbereich.
Mit anderen Worten wird erfindungsgemäß ein einstückiges Federdichtelement bereitgestellt,
welches sowohl die Funktion eines Ventilschließelements umfasst als auch
die Funktion einer Ventilfeder umfasst. Somit kann die Bauteileanzahl
in einem Druckraum der Kolbenpumpe weiter reduziert werden, so dass
sich eine verbesserte Druckaufbaudynamik der Kolbenpumpe ergibt.
-
Vorzugsweise
ist das Federdichtelement als plattenförmiges Element ausgebildet
und umfasst einen Dichtbereich, einen Federbereich und einen Haltebereich.
Dadurch kann die erfindungsgemäße Kolbenpumpe
besonders kompakt und kleinbauend ausgebildet sein, da für das Einlassventil
nur ein Platzbedarf entsprechend der Dicke des plattenförmigen Elements
benötigt
wird. Weiterhin ist am Federdichtelement integral noch ein Haltebereich
gebildet. Weiter bevorzugt ist der Haltebereich des Federdichtelements
ringförmig
ausgebildet. Dadurch kann einerseits eine schnelle und einfache
Fixierung des Federdichtelements erreicht werden und andererseits
gibt der ringförmige
Haltebereich dem Federdichtelement eine gewisse Stabilität.
-
Durch
seinen integralen Aufbau ermöglicht das
Federdichtelement, dass ein Schadraum der Kolbenpumpe minimal gehalten
werden kann. Weiterhin wird es möglich,
dass eine Einlassbohrung der Kolbenpumpe einen sehr großen Durchmesser
aufweist, so dass ein möglichst
geringer Strömungswiderstand in
der Ansaugphase durch die Einlassbohrung erhalten werden kann. Dadurch
kann der Wirkungsgrad der Pumpe weiter verbessert werden.
-
Das
plattenförmige
Federdichtelement ist somit eine Art Blattfeder, welche über einer
Durchgangsöffnung
des Ventils angeordnet ist, und einen scheibenförmigen Dichtbereich aufweist,
der einen Durchmesser hat, der etwas größer als der Durchmesser der
Durchgangsöffnung
ist. Eine Abdichtung erfolgt somit am Rand des scheibenförmigen Dichtbereichs.
-
Eine
Durchströmungsrichtung
des Einlassventils ist gleich einer Bewegungsrichtung des Kolbens
in der Ansaugphase der Kolbenpumpe. Dadurch wird ein besonders strömungsgünstiger
Verlauf während
der Ansaugphase der Kolbenpumpe erreicht. Dadurch kann die Kolbenpumpe
einen verbesserten Wirkungsgrad aufweisen.
-
Die
erfindungsgemäße Kolbenpumpe
wird besonders bevorzugt in Bremsanlagen von Fahrzeugen, beispielsweise
zur Steuerung und Regelung eines Drucks in einem Radbremszylinder,
verwendet. Vorzugsweise wird die erfindungsgemäße Kolbenpumpe dabei in Verbindung
mit elektronischen Steuerungs- und Regelungssystemen der Bremsanlage, wie
z.B. ESP, EHB, ASR, usw. verwendet. Hierdurch lassen sich einerseits
Kostenvorteile für
derartige Bremsanlagen erreichen, da die erfindungsgemäße Kolbenpumpe
besonders kostengünstig
herstellbar ist, und andererseits kann ein Wirkungsgrad der Kolbenpumpen
und eine verbesserte Druckaufbaudynamik erreicht werden, so dass
die Ansprechzeiten derartiger Bremssysteme reduziert werden können.
-
Zeichnung
-
Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit der Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung
ist:
-
1 eine
schematische Schnittansicht einer Kolbenpumpe gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung,
-
2 eine
schematische, geschnittene perspektivische Ansicht der in 1 gezeigten
Kolbenpumpe,
-
3 eine
perspektivische Explosionsdarstellung von Einzelbauteilen der in
den 1 und 2 gezeigten Kolbenpumpe,
-
4 eine
schematische Draufsicht eines Federdichtelements gemäß dem Ausführungsbeispiel
der Erfindung und
-
5 eine
schematische Draufsicht eines Federrings gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
-
Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 eine
Kolbenpumpe 1 gemäß einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung beschrieben.
-
Wie
aus 1 ersichtlich ist, umfasst die Kolbenpumpe 1 gemäß dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ein Zylinderelement 2 mit einer Zylinderbohrung 2a.
In der Zylinderbohrung 2a ist ein Kolben 3 angeordnet,
welcher im Detail aus 3 ersichtlich ist. Der Kolben 3 umfasst
einen Kolbenzapfen 3a sowie zwei Ringnuten 3b und 3c und wird
mittels eines nicht gezeigten Exzenters bewegt.
-
In
der Zylinderbohrung 2a ist ein Druckraum 7 vorgesehen,
welcher zwischen einem Einlassventil 4 und einem Auslassventil 9 hydraulisch
angeordnet ist. Das Einlassventil 4 umfasst im Wesentlichen
ein Federdichtelement 5, welches im Detail in 4 gezeigt
ist. Das Federdichtelement 5 ist, wie aus 1 ersichtlich
ist, plattenförmig
ausgebildet und umfasst einen scheibenförmigen Dichtbereich 5a,
einen Federbereich 5b und einen Haltebereich 5c.
Der Federbereich 5b ist als eine Federwindung ausgebildet
und verbindet den Dichtbereich 5a mit dem Haltebereich 5c.
Das Federdichtelement 5 ist an einer Ventilplatte 6 angeordnet
und dichtet an einem Dichtsitz 6b der Ventilplatte 6 ab.
Der Dichtsitz 6b ist dabei entlang des Umfangs einer Durchgangsbohrung 6a in
der Ventilplatte 6 angeordnet. Somit dichtet das Federdichtelement 5 mit
einem ringförmigen äußeren Umfangsbereich
des Dichtbereichs 5a am Dichtsitz 6b ab.
-
Hydraulikfluid
strömt
zum Einlassventil 4 über
eine Zufuhrleitung 8 und eine Verbindungsbohrung 17,
welche den gleichen Durchmesser wie die Durchgangsbohrung 6a der
Ventilplatte 6 aufweist (vgl. 1). Die
Ventilplatte 6 ist dabei aus einem Kunststoffmaterial,
insbesondere PEEK, hergestellt.
-
Das
Auslassventil 9 umfasst, wie in 1 gezeigt,
einen Federring 10 und eine Kugel 11. Die Kugel 11 dichtet
an einem Dichtsitz 12 ab, welcher im Zylinderelement 2 gebildet
ist. Das Auslassventil 9 ist an einer Auslassbohrung 18 angeordnet
und dichtet den Druckraum 7 der Kolbenpumpe gegen eine
nicht dargestellte Druckleitung ab. Im Druckraum 7 ist
weiter eine Rückstellfeder 13 angeordnet,
um den Kolben 3 nach Erreichen seines oberen Totpunktes
wieder in seine Ausgangsposition zurückzustellen. Wie in 1 dargestellt,
stützt
sich die Rückstellfeder 13 am
Haltebereich 5c des Federdichtelements 5 ab. Dadurch
wird eine zusätzliche
Fixierung des Federdichtelements 5 in der Zylinderbohrung 2a erhalten. Es
sei angemerkt, dass das Federdichtelement 5 mit einer leichten Überpressung
in die Zylinderbohrung 2a montiert werden kann, so dass
auch die Montage des Federdichtelements 5 sehr einfach
ist.
-
Durch
den Kolbenzapfen 3a des Kolbens 3 wird erreicht,
dass ein Schadraum im Druckraum 7 möglichst gering ist. Weiterhin
dient der Kolbenzapfen 3 zur Führung der Rückstellfeder 13.
-
Am
Kolben 3 sind ferner ein Dichtring 14, ein erster
Führungsring 15 und
ein zweiter Führungsring 16 angeordnet.
Wie aus den 1 und 3 ersichtlich
ist, ist der Dichtring 14 und der erste Führungsring 15 in
der im Kolben 3 gebildeten Nut 3b angeordnet und
der zweite Führungsring 16 ist
in der im Kolben 3 gebildeten Nut 3c angeordnet.
Der Dichtring 14 dichtet dabei den Druckraum 7 der
Kolbenpumpe gegen einen Exzenterraum ab. Durch die Führung des
Kolbens 3 in der Zylinderbohrung 2a mittels des
ersten und zweiten Führungsrings 15 und 16 kann
eine sehr steife Führung
des Kolbens erreicht werden.
-
Die
beiden Führungsringe 15 und 16 weisen einen
relativ großen
Abstand voneinander auf, so dass eine Kippbewegung des Kolbens praktisch
ausgeschlossen werden kann. Die Führung des Kolbens 3 ist
damit sehr unempfindlich, insbesondere gegen Seitenkräfte auf
den Kolben 3, welche von dem Exzenterantrieb auf den Kolben übertragen
werden können.
-
Wie
weiter aus 1 ersichtlich ist, ist am inneren
Umfang des Federrings 10 eine Ausnehmung 10a gebildet,
um die Kugel 11 teilweise aufzunehmen. Die Ausnehmung 10a weist
dabei im Schnitt eine U-förmige
Form auf. Wie weiter aus 1 ersichtlich ist, ist der Federring 10 in
einer Nut 2b angeordnet, welche an einem äußeren Umfang
des Zylinderelements 2 gebildet ist. Der Federring 10 ist
als geschlossener Ring gebildet und weist einen Schlitz 19 auf,
um eine gewisse Elastizität
für den Öffnungsvorgang
des Auslassventils bereitzustellen. Der Schlitz 19 ist
vorzugsweise Z-förmig
ausgeführt
und vorzugsweise am Federring 10 gegenüber der Position der Kugel 11 gebildet
(vgl. 5). Es sei angemerkt, dass die Form des Schlitzes
beliebig wählbar ist
und durch die Form des Schlitzes insbesondere die Öffnungskraft
des Federrings 10 beeinflusst wird. Der Schlitz des Federrings 10 kann
dabei einerseits nur teilweise in den Federring 10 reichen
oder vollständig
den Federring 10 durchteilen, so dass der Federring am
Schlitz aufweitbar ist. Es ist auch möglich, mehrere Schlitze am
Federring vorzusehen, die den Federring 10 nicht vollständig durchteilen.
-
Die
Funktion der erfindungsgemäßen Kobenpumpe 1 ist
dabei wie folgt. In einer Ansaugphase der Kolbenpumpe bewegt sich
der Kolben 3 in 1 nach rechts. Dadurch öffnet das
Federdichtelement 5, indem der Dichtbereich 5a von
seinem Dichtsitz 6b an der Ventilplatte 6 abgehoben
wird. Dadurch strömt Hydraulikfluid
aus der Zufuhrleitung 8 über die Verbindungsbohrung 17 und
die Durchgangsbohrung 6a in den Druckraum 7. In
der Ansaugphase ist das Auslassventil 9 geschlossen, da
ein in einer dem Auslassventil 9 nachgeordneten, nicht
dargestellten Druckleitung, vorhandener Druck gegen den Federring 10 ansteht
und die Kugel 11 somit auf dem Dichtsitz 12 gehalten
wird. Grundsätzlich
ist anzumerken, dass der Auslassventil-Öffnungsdruck
durch die Auslegung des Federringes definiert wird. Nachdem der Kolben 3 seinen
unteren Totpunkt erreicht hat, und sich die Richtung des Kolbens 3 umkehrt,
beginnt die Druckphase der Kolbenpumpe 1. Dieser Zustand
ist in
-
1 dargestellt.
In der Druckphase bewegt sich der Kolben 3 in 1 in
Richtung des Pfeils A, so dass Druck im Druckraum 7 aufgebaut
wird. Dadurch schließt
das Einlassventil 4, da der Druck aus dem Druckraum 7 gegen
den scheibenförmigen Dichtbereich 5a anliegt.
Da der scheibenförmige Dichtbereich 5a eine
relativ große
Fläche
aufweist, wird ein schnelles Schließen des Einlassventils sichergestellt.
Je weiter sich der Kolben 3 in Richtung seines oberen Totpunktes
bewegt, um so größer wird der
Druck im Druckraum 7. Wenn der Druck im Druckraum 7 größer als
in einer dem Auslassventil 9 nachgeschalteten Druckleitung
wird, öffnet
das Auslassventil 9, indem der Federring 10 aufgrund
seiner elastischen Eigenschaften durch die Kugel 11 radial nach
außen
gedrückt
wird, so dass eine Verbindung zwischen dem Druckraum 7 über die
Auslassbohrung 18 und das geöffnete Auslassventil zur Druckleitung
geöffnet
ist. Grundsätzlich
ist anzumerken, dass der Auslassventil-Öffnungsdruck
durch die Auslegung des Federringes definiert wird. Dieser Zustand wird
kurz vor dem Erreichen des oberen Totpunkts des Kolbens erreicht.
Unter Druck stehendes Fluid strömt
somit aus dem Druckraum 7 durch das geöffnete Auslassventil 9 in
die Druckleitung. Nachdem der Kolben 3 den oberen Totpunkt
erreicht hat, kehrt sich seine Bewegungsrichtung wieder um und die Ansaugphase
beginnt von Neuem, wobei das Auslassventil 9 durch die
Federkraft des Federrings 10 und den in der Druckleitung
auf den Federring wirkenden Druck wieder geschlossen wird. Der Kolben 3 wird
mittels der Rückstellfeder 13 wieder
zurückgestellt,
wobei die Ansaugphase wieder beginnt.
-
Wie
aus 1 ersichtlich ist, kann die erfindungsgemäße Kolbenpumpe 1 einen
sehr kompakten Aufbau aufweisen, da das Einlassventil 4 praktisch
nur aus dem einstückigen
Federdichtelement 5 besteht. Dadurch kann in Axialrichtung X-X
des Kolbens 3 ein besonders kompakter Aufbau realisiert werden.
Obwohl das Einlassventil 4 im Druckraum 7 der
Kolbenpumpe 1 angeordnet ist, wird dadurch kein zusätzlicher
Schadraum geschaffen. Weiterhin kann durch die erfindungsgemäße Ausbildung
des Einlassventils 4 eine große Zuströmbohrung (Verbindungsbohrung 17 bzw.
Durchgangsbohrung 6a) erhalten werden, so dass ein sehr
hoher Füllgrad
des Druckraums bei minimiertem Schadraum und damit eine sehr gute
Druckaufbaudynamik erreicht wird. Weiterhin ist eine Einströmrichtung
des Hydraulikfluids durch das Einlassventil 4 gleich wie
eine Bewegungsrichtung des Kolbens 3 in der Ansaugphase. Dadurch
kann eine weitere Reduzierung der Verluste während des Einströmens des
Fluids in den Druckraum 7 erreicht werden.
-
Das
Auslassventil 9 ist ebenfalls mit sehr wenigen, kostengünstigen
Bauteilen aufgebaut und umfasst nur die Kugel 11 sowie
den Federring 10. Der Federring 10 ist vorzugsweise
ebenfalls aus Kunststoff hergestellt und die Montage des Auslassventils 9 ist
sehr einfach und kostengünstig.
Durch die Ausnehmung 10a am inneren Umfang des Federringes wird
auch eine lagerichtige Montage des Federringes vereinfacht.
-
Die
Ausnehmung 10a an der Innenseite des Federrings 10 zur
Aufnahme der Kugel 11 hat weiterhin die Funktion, dass
eine Verdrehung des Federrings 10 gegenüber dem Zylinderelement 2 verhindert
wird. Die Federkraft des Federrings 10 wird neben der Art
des Schlitzes auch durch die Dicke, Breite und Materialzusammensetzung
definiert.
-
Die
erfindungsgemäße Kolbenpumpe
weist somit eine reduzierte Bauteilezahl auf, so dass eine sehr
einfache Montage insbesondere des Einlassventils 4 und
des Auslassventils 9 gegeben ist und die Herstellkosten
sehr gering sind. Durch die Ausbildung des plattenförmigen Federdichtelements 5 für das Einlassventil
und des Federrings 10 für
das Auslassventil kann ein sehr kompakter Aufbau der Kolbenpumpe
erreicht werden.
-
Während der
Druckphase der Kolbenpumpe 1 wird durch den steigenden
Druck im Druckraum 7 auch eine verbesserte Abdichtung am
Einlassventil 4 erreicht, da der Druck unmittelbar am Dichtbereich 5a anliegt
und der Dichtbereich 5a eine relativ große Fläche aufweist.