DE102005042197A1

DE102005042197A1 - Kolbenpumpe mit verbessertem Kolben

Info

Publication number: DE102005042197A1
Application number: DE102005042197A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Schuller; Marc Zimmermann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-09-06
Filing date: 2005-09-06
Publication date: 2007-03-08
Also published as: US8382459B2; EP1926910A1; US20080226479A1; CN101258325A; CN101258325B; WO2007028728A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe zur Förderung eines Fluids, umfassend einen Zylinder (8), einen im Zylinder (8) bewegbar angeordneten Kolben (2), ein Rückstellelement (14), um den Kolben (2) vorzuspannen, und einen Antrieb, um den Kolben (2) im Zylindedr (8) zu bewegen, wobei der Kolben (2) zweiteilig aus einem ersten Kolbenteil (3) und einem zweiten Kolbenteil (4) gebildet ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe zur Förderung eines Fluids mit einem verbesserten Kolben, welche insbesondere in Bremsanlagen von Fahrzeugen verwendet wird.

Kolbenpumpen sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Bekannte Kolbenpumpen werden beispielsweise in Bremsanlagen von Fahrzeugen verwendet, welche einen aktiven Druckaufbau in Abhängigkeit von vorbestimmten Fahrsituationen ermöglichen. Derartige Bremsanlagen sind beispielsweise ABS-, ESP- oder TCS-Systeme. Ansprechverhalten und Druckaufbau derartiger Kolbenpumpen müssen sehr gut sein, um schnellstmöglich einen Regeleingriff im Bremssystem auszuführen zu können.

Bei den bekannten Kolbenpumpen werden Kolben verwendet, welche eine Zuführung des Fluids durch den Kolben realisieren. Hierbei muss einerseits mindestens eine Querbohrung und eine Längsbohrung in den Kolben eingebracht werden. Weiterhin verwenden die bekannten Kolbenpumpen Stufenkolben, für die ein sehr aufwendiges und teueres Einstechschleifen notwendig ist. Somit sind die bekannten Kolben sehr teuer in ihrer Herstellung und weisen weiterhin einen relativ hohen Strömungswiderstand aufgrund der Umlenkung des Fluids von der Quer- in die Längsbohrung auf.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Kolbenpumpe zur Förderung eines Fluids mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass sie besonders einfach und kostengünstig herstellbar ist. Weiterhin kann aufgrund eines verminderten Strömungswiderstands ein verbessertes Saugverhalten erreicht werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass der Kolben zweiteilig gebildet ist und einen ersten Kolbenteil und einen zweiten Kolbenteil umfasst. Dadurch kann erfindungsgemäß ein Ansaugweg durch den Kolben zwischen dem ersten und zweiten Kolbenteil ausgebildet werden und auf aufwendige Kolbenbohrungen verzichtet werden.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.

Vorzugsweise ist der erste Kolbenteil ein Zylinder. Dadurch kann der erste Kolbenteil besonders einfach und kostengünstig bereitgestellt werden. In den ersten Kolbenteil müssen dabei keine Bohrungen o.Ä. eingebracht werden. Das erste Kolbenteil kann hierbei besonders einfach an seinem Außenumfang bearbeitet werden. Somit kann auf einfache Weise ein Kolben mit einer Kolbenstufe bereitgestellt werden, wenn das zweite Kolbenteil einen anderen, insbesondere größeren, Durchmesser als das zylindrische erste Kolbenteil aufweist.

Weiter bevorzugt ist der zweite Kolbenteil ein Kolbenbodenelement mit wenigstens einer Einlassöffnung und einer Verbindungsöffnung zu einem Druckraum der Kolbenpumpe, in welcher das zu fördernde Fluid angesaugt wird. Die notwendigen Öffnungen sind dabei einfach in die Stirnseiten und Umfangsbereiche des zweiten Kolbenteils einbringbar.

Die Einlassöffnung im zweiten Kolbenteil ist vorzugsweise seitlich angeordnet und die Verbindungsöffnung ist im Boden des Kolbenbodenteils angeordnet. Wenn die Einlassöffnung in Axialrichtung des Kolbens nahe am Boden des zweiten Kolbenteils vorgesehen ist, kann ein extrem kurzer Saugbereich der Kolbenpumpe realisiert werden, so dass ein Strömungswiderstand während der Ansaugphase der Kolbenpumpe signifikant reduziert werden kann. Somit kann erfindungsgemäß ein Wirkungsgrad der Pumpe deutlich erhöht werden.

Um die Teilezahl der Kolbenpumpe weiter zu reduzieren, ist vorzugsweise am Kolbenbodenelement zusätzlich ein Einlassventilsitz gebildet. Der Einlassventilsitz kann beispielsweise mittels Kugelprägen im Montageprozess der Kolbenpumpe hergestellt werden. Dabei prägt eine Kugel eines Einlassventils einen Ventilsitz im zweiten Kolbenteil während des Montagevorgangs.

Weiter bevorzugt ist am Kolbenbodenelement ein Flansch für eine Dichtung integral gebildet. Bevorzugterweise ist am Kolbenbodenelement zusätzlich noch eine Stufe gebildet. Der Flansch für eine Dichtung und die Stufe können dabei in axialer Richtung der Kolbens unmittelbar benachbart zueinander gebildet sein.

Um eine einfache und kostengünstige Verbindung des ersten und zweiten Kolbenteils zu ermöglichen, sind das erste Kolbenteil und das zweite Kolbenteil vorzugsweise mittels einer Presspassung verbunden. Es ist jedoch möglich, auch andere Verbindungstechniken, wie beispielsweise Schweißen, Löten, Kleben oder Verstemmen zu verwenden.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Kolbenbodenelement vier Verbindungsbereiche, zwischen welchen jeweils eine schlitzförmige Einlassöffnung gebildet ist. Die vier Verbindungsbereiche sind symmetrisch um eine Mittelachse des Kolbens angeordnet, so dass ein Einströmen von Fluid von vier unterschiedlichen Richtungen zwischen den einzelnen Verbindungsbereichen möglich ist. Es sei angemerkt, dass auch mehr oder weniger als vier Einlassöffnungen vorgesehen sein können.

Das Kolbenbodenelement ist vorzugsweise als Kaltschlagteil oder als Dreh-Frästeil oder als Gussteil oder als Metallspritzteil oder als Sinterteil oder als Kunststoffspritzteil hergestellt.

Weiter betrifft die vorliegende Erfindung eine Bremsanlage für Fahrzeuge mit einer erfindungsgemäßen Kolbenpumpe. Die Bremsanlage ist vorzugsweise als Bremsanlage mit aktivem Druckaufbau ausgebildet.

Zeichnung
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung ist:
1 eine schematische Schnittansicht einer Kolbenpumpe gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und
2 eine perspektivische Ansicht des in 1 gezeigten Kolbens, wobei die beiden Kolbenteile im nicht montierten Zustand dargestellt sind.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 und 2 eine Kolbenpumpe 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
Wie in 1 gezeigt, umfasst die Kolbenpumpe 2 einen Kolben 2 und einen Zylinder 8. Der Kolben 2 ist in bekannter Weise mittels eines Exzenters antreibbar und saugt Fluid aus Richtung des Pfeils S radial durch einen Filter 9 an. Das Fluid wird dann in Axialrichtung X-X des Kolbens in einen Druckraum 7 zugeführt. Zwischen einem Einlassventil 5 und einem Auslassventil 6 ist der Druckraum 7 im Zylinder 8 angeordnet. Im Druckraum 7 ist ferner eine Rückstellfeder 14 für den Kolben angeordnet.
Das Einlassventil 5 ist als Rückschlagventil ausgebildet und umfasst einen Käfig 15, in welchem eine Feder 16 und eine Kugel 17 angeordnet ist. Das Auslassventil 6 ist ebenfalls als federbelastetes Rückschlagventil ausgebildet und öffnet, sobald ein Druck im Druckraum 7 größer als eine auf die Kugel des Auslassventils 6 wirkende Federkraft ist.
Wie in den 1 und 2 gezeigt, ist der Kolben 2 zweiteilig aus einem ersten Kolbenteil 3 und einem zweiten Kolbenteil 4 gebildet. Das erste Kolbenteil 3 ist ein Zylinderkörper, welcher durch den Exzenterantrieb oder einen anderen Antrieb bewegt werden kann. Das erste Kolbenteil 3 weist dabei keine Bohrung o.Ä. auf. Das zweite Kolbenteil 4 ist ein Kolbenbodenelement, in welchem vier radiale Einlassöffnungen 10 und eine axiale Verbindungsöffnung 11 für eine Verbindung zum Druckraum 7 angeordnet sind. Am äußeren Umfang des Kolbenbodenelements ist ein Flansch 12 zum Anordnen einer Dichtung 19 angeordnet. Der Flansch 12 ist an einer Stufe 13 benachbart zum Boden des zweiten Kolbenteils 4 angeordnet. Weitere Dichtungen 20, 21 sind in bekannter Weise am ersten Kolbenteil 3 angeordnet.
Wie in 2 gezeigt, sind die vier Einlassöffnungen 10 symmetrisch entlang des Umfangs des Kolbenbodenteils angeordnet. Zwischen jeder Einlassöffnung 10 ist jeweils ein Verbindungsbereich 18 angeordnet, über welchen eine Verbindung zwischen dem ersten Kolbenteil 3 und dem zweiten Kolbenteil 4 hergestellt wird. Die Verbindung zwischen beiden Kolbenteilen 3, 4 erfolgt mittels einer Presspassung. Die Umfangslänge einer Einlassöffnung 10 entspricht dabei einer Umfangslänge eines Verbindungsbereichs 18.
Die Funktion der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe 1 ist dabei wie folgt: Während des Saughubes des Kolbens 2 wird Fluid durch das Filter 9 in Richtung des Pfeils S radial durch die Einlassöffnungen 10 und die Verbindungsöffnung 11 in den Druckraum 7 eingeführt. Nach Erreichen des oberen Totpunkts kehrt sich die Bewegungsrichtung des Kolbens 2 um, so dass das Einlassventil 5 die Verbindungsöffnung 11 am zweiten Kolbenteil 4 verschließt. Nun erfolgt ein Druckaufbau im Druckraum 7 so lange, bis der Druck im Druckraum 7 größer als eine Federkraft des Auslassventils 6 ist. Wenn dies der Fall ist, öffnet das Auslassventil 6, so dass das unter Druck stehende Fluid aus dem Druckraum 7 in eine Auslassleitung (nicht dargestellt) zugeführt werden kann. Nach Erreichen des unteren Totpunkts kehrt sich die Bewegungsrichtung des Kolbens 2 wieder um, so dass das Auslassventil 6 wieder schließt und der Ansaughub wieder beginnt. Dabei drückt eine Rückstellkraft der Rückstellfeder 14 gegen den Käfig 15 des Einlassventils 5, welcher sich an der Stufe 13 abstützt, um den Kolben 2 wieder zurückzustellen.
Durch die zweiteilige Ausbildung des Kolbens 2 ist es somit möglich, auf aufwendige Längs- und Querbohrungen im Kolben zu verzichten. Weiterhin ist ein Einlassweg für das Fluid, welcher durch das zweite Kolbenteil 4 führt, sehr kurz und aufgrund der Ausbildung mit vier Einlassöffnungen 10 sehr groß dimensioniert (die Hälfte des Außenumfangs), so dass ein Strömungswiderstand in der Ansaugphase minimiert werden kann. Dadurch kann die erfindungsgemäße Kolbenpumpe 1 schneller zugeführt werden und erreicht eine signifikant verbesserte Druckaufbaudynamik. Der erfindungsgemäße Kolben kann dabei einfach zusammengebaut werden und ebenfalls einfach in der Kolbenpumpe 1 montiert werden. Dabei ist insbesondere das erste Kolbenteil 3 sehr kostengünstig, z.B. durch Abschneiden von einem Stangenmaterial, herstellbar. Wenn weiterhin das zweite Kolbenteil 4 als Kunststoffspritzteil oder als Kaltschlagteil hergestellt wird, kann darüber hinaus eine spanabhebende Bearbeitung völlig entfallen. Die erfindungsgemäße Kolbenpumpe wird besonders bevorzugt in Verbindung mit Bremsanlagen von Fahrzeugen, insbesondere mit aktivem Druckaufbau, wie z.B. ABS-, ESP-, TCS-, und/oder EHB-Systemen verwendet.

Claims

Kolbenpumpe zur Förderung eines Fluids, umfassend einen Zylinder (8), einen im Zylinder (8) bewegbar angeordneten Kolben (2), ein Rückstellelement (14), um den Kolben (2) vorzuspannen und einen Antrieb, um den Kolben (2) im Zylinder (8) zu bewegen, wobei der Kolben (2) zweiteilig aus einem ersten Kolbenteil (3) und einem zweiten Kolbenteil (4) gebildet ist.
Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kolbenteil (3) ein Zylinder ist.
Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kolbenteil (4) ein Kolbenbodenelement ist, welches wenigstens eine Einlassöffnung (10) und eine Verbindungsöffnung (11) zu einem Druckraum (7) der Kolbenpumpe aufweist.
Kolbenpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einlassöffnung (10) seitlich an einem Umfang des zweiten Kolbenteils (4) angeordnet ist und die Verbindungsöffnung (11) im Boden des zweiten Kolbenteils (4) angeordnet ist.
Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am zweiten Kolbenteil (4) ein Einlassventilsitz gebildet ist.
Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am zweiten Kolbenteil (4) ein Flansch (12) für eine Dichtung (19) gebildet ist.
Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am zweiten Kolbenteil (4) eine Stufe (13) gebildet ist.
Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kolbenteil (3) mit dem zweiten Kolbenteil (4) mittels einer Presspassung verbunden ist.
Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Kolbenteil (4) Verbindungsbereiche (18) umfasst, zwischen welchen jeweils eine schlitzförmige Einlassöffnung (10) angeordnet ist.
Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Kolbenteil (4) als Kaltschlagteil oder als Dreh-Pressteil oder als Gussteil oder als Kunststoffspritzteil hergestellt ist.
Bremsanlage, insbesondere für Fahrzeuge, umfassend eine Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche.