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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe zur Förderung
von Hydraulikfluid, welche insbesondere ein Axialrichtung eines
Kolbens einen besonders kompakten Aufbau aufweist.
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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
für elektronische
Stabilitätssysteme
(ESP) oder elektrohydraulische Bremsanlagen (EHB) verwendet. Um
bei den bekannten Pumpen eine Rückstellung
des Kolbens nach einem erfolgten Hub zu gewährleisten, ist es bekannt,
Rückstellfedern
zu verwenden, welche in einem vom Kolben beaufschlagten Druckraum
angeordnet sind. Hierdurch ergibt sich eine relativ lange Baugröße in Axialrichtung
des Kolbens. Weiterhin besteht durch die Anordnung der Rückstellfeder
des Kolbens im Druckraum die Gefahr, dass eventuell im Fluid gelöstes Gas
im Druckraum ausgast und einerseits zu unerwünschten Geräuschen im Betrieb führt und andererseits
zu einem Förderstopp
der Kolbenpumpe führen
kann.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Kolbenpumpe
zur Förderung
von Hydraulikfluid mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist
demgegenüber
den Vorteil auf, dass sie besonders kompakt, insbesondere in Axialrichtung
des Kolbens, ausgebildet ist. Weiterhin ist die Gefahr des Ausgasens
von im Hydraulikfluid gelöstem
Gas deutlich reduziert und die erfindungsgemäße Kolbenpumpe ist im Betrieb
signifikant geräuschärmer. Dies
wird erfindungsgemäß dadurch erreicht,
dass ein Rückstellelement
für einen
Kolben in einem Exzenterraum der Kolbenpumpe angeordnet ist. Somit
wird erreicht, dass im Druckraum der Kolbenpumpe kein Rückstellelement
mehr für
den Kolben vorhanden ist, sondern der Druckraum hinsichtlich seiner
Geometrie auf den zu erzeugenden Druck optimiert werden kann.
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Die
Unteransprüche
zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Um
besonders kostengünstig
herstellbar zu sein, ist das im Exzenterraum angeordnete Federelement
zur Rückstellung
des Kolbens vorzugsweise eine Blattfeder. Die Blattfeder stützt sich
vorzugsweise an einer Wand des Exzenterraumes ab. Die Blattfeder
kann beispielsweise aus einem Federstahl oder einem Kunststoff hergestellt
sein.
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Weiter
bevorzugt weist der exzenterseitige Endbereich des Kolbens eine
Nut auf, in welcher das Federelement befestigt ist. Dadurch kann
eine einfache und sichere Befestigung realisiert werden.
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Vorzugsweise
weist das als Blattfeder ausgebildete Federelement eine mittige Öffnung und
einen Schlitz auf. Dadurch kann insbesondere eine besonders schnelle
und einfache Montage in der im Kolben gebildeten Nut ermöglicht werden.
Weiterhin kann das erfindungsgemäße Federelement
sehr kostengünstig
bereitgestellt werden.
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Um
die Teileanzahl der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe weiter zu reduzieren,
ist vorzugsweise ein Dichtelement vorgesehen, um in einer Druckphase
der Kolbenpumpe einen Druckraum gegenüber einem Niederdruckbereich
abzudichten. In einer Ansaugphase der Kolbenpumpe übernimmt
das Dichtelement weiter die Funktion eines Einlassventils und stellt
eine Verbindung zwischen dem Niederdruckbereich und dem Druckraum
her, um Hydraulikfluid in den Druckraum anzusaugen. Mit anderen
Worten übernimmt
das Dichtelement sowohl eine Abdichtfunktion des Druckraums gegenüber dem
Niederdruckbereich als auch eine Funktion eines Einlassventils zur
Zuführung
von Hydraulikfluid in den Druckraum. Dadurch kann auf das bisher
im Stand der Technik verwendete Einlassventil verzichtet werden.
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Um
einen besonders einfachen Aufbau zu realisieren, weist das Dichtelement
in Axialrichtung des Kolbens vorzugsweise ein vorbestimmtes Axialspiel
auf. Dadurch kann das Dichtelement gegenüber dem Kolben zwei Positionen
einnehmen, wobei in einer ersten Position eine Abdichtung des Druckraums gegenüber dem
Niederdruckbereich erreicht wird und in einer zweiten Position eine
Verbindung zwischen dem Druckraum und dem Niederdruckbereich realisiert
wird.
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Ein
besonders kompakter Aufbau ist weiter dadurch realisierbar, dass
das druckraumseitige Kolbenende vorzugsweise als abgestufter Bereich
ausgebildet ist, wobei das Dichtelement am abgestuften Bereich am
Kolben angeordnet ist.
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Das
Dichtelement weist vorzugsweise an seinem inneren Umfang wenigstens
einen vorstehenden und einen zurückgesetzten
Bereich auf. Dadurch wird ermöglicht,
dass in der Position des Dichtelements, in welcher eine Verbindung
zwischen dem Druckraum und dem Niederdruckbereich hergestellt ist,
das Hydraulikfluid über
das Dichtelement an dessen innerer Umfangsseite über den zurückgesetzten Bereich in den
Druckraum strömen
kann. Es sei angemerkt, dass, wenn das Dichtelement am Kolben angeordnet
ist, es auch möglich
ist, das unmittelbar am Kolben vorstehende und zurückgesetzte
Bereiche ausgebildet sind und eine Überströmung des Dichtelements in der
geöffneten
Position über
die zurückgesetzten
Bereiche im Kolben realisiert ist.
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Um
während
der Druckaufbauphase im Druckraum der Kolbenpumpe eine verbesserte
Dichtigkeit zu erreichen und um höhere Drücke im Druckraum zu erzeugen,
ist vorzugsweise ein Federelement vorgesehen, welches einen Druck
in Axialrichtung auf das Dichtelement ausübt.
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Eine
besonders kostengünstige
Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe
kann verwirklicht werden, wenn der Kolben vorzugsweise wenigstens
einen abgeflachten Bereich am Umfang aufweist, um Hydraulikfluid
zum Dichtelement zuzuführen.
Dies ermöglicht
eine besonders einfache Zuführung
des Hydraulikfluids zum Druckraum.
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Das
Dichtelement wird besonders bevorzugt aus einem Kunststoffmaterial,
wie z.B. PA66 oder PEEK hergestellt.
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Die
erfindungsgemäße Kolbenpumpe
wird vorzugsweise in Bremsanlagen von Fahrzeugen beispielsweise
zur Steuerung und Regelung eines Drucks in einem Radbremszylinder
verwendet. Besonders bevorzugt wird die erfindungsgemäße Kolbenpumpe
dabei in Verbindung mit elektronischen Steuerungs- und Regelungssystemen
der Bremsanlage, wie z.B. ESP, EHB, ASR, usw. verwendet. Da die
erfindungsgemäße Kolbenpumpe
besonders kompakt und kostengünstig
bereitstellbar ist, können die
Kosten für
derartige Bremssysteme deutlich reduziert werden, so dass ein Einsatz
derartiger Bremssysteme auch in kleineren Fahrzeugen rentabel ist.
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Zeichnung
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung
mit der Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
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1 eine
schematische Schnittansicht einer Kolbenpumpe gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, wobei sich die Kolbenpumpe in der Ansaugphase
befindet,
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2 eine
schematische Schnittansicht der in 1 gezeigten
Kolbenpumpe, wobei sich die Kolbenpumpe in der Druckphase befindet,
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3 eine
schematische, perspektivische Ansicht von Einzelteilen der in den 1 und 2 gezeigten
Kolbenpumpe,
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4 eine
vergrößerte Teilquerschnittsansicht
der Kolbenpumpe in der Druckphase kurz vor dem oberen Totpunkt und
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5 eine
schematische Teilquerschnittsansicht der Kolbenpumpe in der Ansaugphase.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 eine
Kolbenpumpe 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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Die
erfindungsgemäße Kolbenpumpe 1 umfasst
einen Kolben 3, welcher in einem Gehäuse 2 angeordnet ist.
Genauer ist der Kolben in einer Stufenbohrung 2a im Gehäuse 2 angeordnet.
Der Kolben 3 wird mittels eines Exzenters 22 in
Axialrichtung X-X bewegt, wobei der Exzenter 22 in einem
Exzenterraum 21 angeordnet ist. In 1 ist ein
Pumpenelement der Kolbenpumpe 1 dargestellt, wobei entlang des
Umfangs des Exzenterraumes 21 noch mehrere, gleich aufgebaute
Kolbenelemente angeordnet sein können.
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Wie
insbesondere aus 3 ersichtlich ist, weist der
Kolben an seinem druckraumseitigen Ende einen abgestuften Bereich 3a auf.
An diesem abgestuften Bereich 3a ist ein ringförmiges Dichtelement 4 und
ein Federelement 7 angeordnet, welche durch ein plattenförmiges Halteelement 8 am
abgestuften Bereich 3a fixiert werden. Das plattenförmige Halteelement 8 ist
mittels einer Presspassung oder mittels Verstemmen in einer Ausnehmung 3c im
Kolben 3 befestigt. Am Kolben 3 sind weiterhin
drei abgeflachte Kolbenbereiche 3b am Umfang ausgebildet,
um eine Verbindung zwischen einem Niederdruckbereich 18 der
Kolbenpumpe und dem Dichtelement 4 bereitzustellen (vgl.
insbesondere 1 und 2).
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Wie
aus 3 ersichtlich ist, umfasst das Federelement 7 einen
im Wesentlichen ringförmigen Basisbereich 7a und
eine Vielzahl von am Basisbereich 7a gebildeten Federzungen 7b.
In diesem Ausführungsbeispiel
sind sechs Federzungen 7b am Basisbereich 7a gebildet.
Die Federzungen 7b stehen in Axialrichtung des Kolbens
gegenüber
dem Basisbereich 7a etwas vor und üben eine Federkraft FF auf das Dichtelement 4 aus. Wie
aus 3 ersichtlich ist, ist das Dichtelement 4 an
seinem inneren Umfang mit mehreren vorstehenden Bereichen 5 und
mehreren zurückgesetzten
Bereichen 6 ausgebildet. Die vorstehenden Bereiche 5 und
die zurückgesetzten
Bereiche 6 sind dabei abwechselnd am inneren Umfang des
Dichtelements 4 angeordnet und weisen eine flächenhafte
Form auf. Die Größe der Flächen der
vorstehenden Bereiche 5 und der zurückgesetzten Bereiche 6 ist
dabei ungefähr
gleich.
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Weiterhin
ist eine Rückstellfeder 16 zur Rückstellung
des Kolbens 3 vorgesehen. Die Rückstellfeder 16 ist
im Exzenterraum 21 der Kolbenpumpe 1 angeordnet.
Wie aus 3 ersichtlich ist, ist die Rückstellfeder
eine Blattfeder, mit einem Basisbereich 16a und zwei seitlich
am Basisbereich 16a gebildeten Abstützbereichen 16b und 16c.
Im Basisbereich 16a ist eine mittige Ausnehmung 16d sowie
ein Schlitzbereich 16e vorgesehen. Wie aus den 1 bis 3 ersichtlich
ist, ist die blattfederartige Rückstellfeder 16 unmittelbar
am Kolben 3 in einer Nut 23 befestigt. Der Durchmesser
der inneren Ausnehmung 16d entspricht dabei dem Durchmesser
der am Kolben 3 gebildeten Nut 23. Durch das Vorsehen
des schlitzförmigen
Bereichs 16e wird dabei eine einfache Montage der Rückstellfeder 16 am
Kolben 3 ermöglicht.
Weiterhin kann durch die Breite des schlitzförmigen Bereichs 16e die
Federkraft der Rückstellfeder 16 gewählt werden.
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Wie
weiter aus den 1 und 2 ersichtlich
ist, weist die Kolbenpumpe 1 ein Auslassventil 11 auf,
welches eine Kugel 12 und eine Rückstellfeder 13 umfasst.
Das Auslassventil 11 ist im Wesentlichen in einer Ausnehmung
in einem Verschlusselement 14 zum Verschließen der
Stufenbohrung 2a angeordnet. Zwischen dem Auslassventil 11 und
dem Kolben 3 ist ein Druckraum 9 angeordnet, in
welchem der gewünschte
Druck durch die Bewegung des Kolbens 3 aufgebaut wird.
Der Druckraum 9 wird gegenüber den Niederdruckbereich 18 mittels
dem Dichtelement 4 abgedichtet, wobei das Dichtelement 4 auch
noch zusätzlich
die Funktion eines Einlassventils übernimmt, was später beschrieben
wird. Hydraulikfluid wird dem Niederdruckbereich 18 über die
beiden Zufuhrleitungen 17 zugeführt und der Niederdruckbereich 18 wird
gegenüber
dem Exzenterraum 21 mittels eines Dichtrings 19 und
eines Führungsrings 20 abgedichtet.
Der Sitz des Auslassventils 11 ist an einer Ventilsitzplatte 10 gebildet,
wobei der Ventilsitz der Platte 10 an einer mittigen Durchgangsöffnung 10a ausgebildet
ist, welche durch das Auslassventil 11 freigegeben bzw.
verschlossen wird. Druckleitungen 15, welche beispielsweise
zu den Radbremszylindern des Fahrzeugs führen, sind dem Auslassventil 11 nachgeordnet.
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Nachfolgend
wird die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe insbesondere
unter Bezugnahme auf die 1, 2, 4 und 5 beschrieben.
Die 1 und 5 zeigen dabei die Ansaugphase
der Kolbenpumpe und die 2 und 4 zeigen
verschiedene Zustände
der Druckphase. Die Ansaugphase der Kolbenpumpe 1 beginnt unmittelbar
nach der Richtungsumkehr nach Erreichen des oberen Totpunktes. Wie
aus den 4 und 5 ersichtlich
ist, ist das Dichtelement 4 derart am Kolben 3,
genauer am abgestuften Bereich 3a, angeordnet, dass es
ein in Axialrichtung X-X vorhandenes Spiel S aufweist. Wie aus 5 ersichtlich
ist, bewegt sich der Kolben 3 in der Ansaugphase in Richtung
des Pfeils A. Dabei ist das Dichtelement 4 vom abgestuften
Bereich 3a entsprechend dem Spiel S beabstandet. Das Federelement 7,
welches zwischen dem Dichtelement 4 und dem Halteelement 8 angeordnet
ist, wird in der Ansaugphase durch die Bewegung des Dichtelements 4 zusammengedrückt, so
dass die Federzungen 7b in Richtung des Halteelements 8 etwas
zusammengedrückt
sind. In dieser Stellung des Dichtelements 4 ist eine Verbindung zwischen
dem Niederdruckbereich 18 der Kolbenpumpe und dem Druckraum 9 über das
Spiel S und die zurückgesetzten
Bereiche 6 des Dichtelements 4 offen, was durch
die Pfeile in 5 angedeutet ist. Somit wird
Hydraulikfluid aus dem Niederdruckbereich 18 in den Druckraum 9 angesaugt.
Die zurückgesetzten
Bereiche 6 des Dichtelements 4 dienen dabei als Überströmbereiche,
um das Dichtelement 4 zu überströmen. Zwar versucht das Federelement 7 das
Dichtelement 4 gegen den abgestuften Bereich 3a zu
drücken,
jedoch ist die in der Ansaugphase entgegen der Federkraft FF wirkende Reibkraft FK zwischen
dem Dichtelement 4 und der Stufenbohrung 2a größer, so
dass die in 5 dargestellte Position des Dichtelements
während
der Ansaugphase relativ zum Kolben 3 beibehalten wird.
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Nach
Erreichen des unteren Totpunktes kehrt sich die Bewegungsrichtung
des Kolbens 3 um und der Kolben bewegt sich in Richtung
des Pfeils B, wie in 2 gezeigt. Aufgrund der Richtungsumkehr ändert sich
die Richtung der Reibkraft FK zwischen dem
Dichtelement 4 und der Stufenbohrung 2a des Gehäuses 2,
so dass sich das Dichtelement 4 an den abgestuften Bereich 3a am
Kolben 3 anlegt, wie in den 2 und 4 gezeigt.
Somit ist das Spiel S nun zwischen dem Dichtelement 4 und
dem Halteelement 8 vorhanden (vgl. 4). Das
Dichtelement 4 wird zusätzlich
noch durch die Federkraft FF des Federelements 7 und
eine Axialkraft FA gegen den abgestuften
Bereich 3a gedrückt.
Die Axialkraft FA resultiert dabei aus dem
im Druckraum 9 unter Druck stehenden Hydraulikfluid. Ferner
liegt das Hydraulikfluid aus dem Druckraum auch an der radialen
Innenseite des Dichtelements 4 an und erzeugt eine Radialkraft
FR. Dadurch wird das Dichtelement 4 zusätzlich noch
gegen die Stufenbohrung 2a gedrückt.
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Während der
Bewegung des Kolbens 3 in Richtung des Pfeils B steigt
der Druck im Druckraum 9 kontinuierlich an, wobei das Auslassventil 11 so lange
geschlossen bleibt, wie der Druck im Druckraum 9 kleiner
als der Druck in der Druckleitung 15 ist. Wenn der Druck
im Druckraum 9 größer als
der Druck in der Druckleitung 15 wird, öffnet das Auslassventil 11,
was in 4 dargestellt ist. Dieser Zustand wird kurz vor
dem oberen Totpunkt des Kolbens erreicht.
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Nach
Erreichen des oberen Totpunkts kehrt sich die Bewegungsrichtung
des Kolbens 3 wieder um und das als Einlassventil ausgebildete
Dichtelement 4 öffnet
wie vorher beschrieben, so dass der Druck im Druckraum 9 absinkt
und das Auslassventil wieder geschlossen wird.
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Somit
kann das Dichtelement 4 relativ zu dem Kolben 3 zwei
Positionen einnehmen, nämlich eine
erste Position in einer Ansaugphase der Kolbenpumpe, in welcher
das Dichtelement 4 vom abgestuften Bereich 3a beabstandet
ist, und eine zweite Position, in welcher das Dichtelement 4 am
abgestuften Bereich 3a anliegt und den Druckraum 9 gegen
den Niederdruckbereich 18 abdichtet.
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Die
Rückstellung
des Kolbens 3 erfolgt dabei mittels der Rückstellfeder 16,
welche im Exzenterraum 21 angeordnet ist. Da die Rückstellfeder 16 im Exzenterraum 21 angeordnet
ist, kann die Kolbenpumpe 1 einen in Axialrichtung X-X
des Kolbens besonders kompakten Aufbau aufweisen. Durch die Ausbildung
des Dichtelements 4 mit der Doppelfunktion des Abdichtens
des Druckraums 9 während
der Druckphase der Kolbenpumpe und der Einlassventilfunktion während der
Ansaugphase der Kolbenpumpe, kann weiterhin die Bauteilezahl der
Kolbenpumpe reduziert werden, so dass die erfindungsgemäße Kolbenpumpe
besonders kostengünstig
herstellbar ist. Weiterhin sind keine komplizierten Bauteilgeometrien
notwendig, so dass die Gesamtkosten für die Kolbenpumpe signifikant
reduziert werden können.