DE102006027555A1

DE102006027555A1 - Kolbenpumpe mit reduziertem Geräusch

Info

Publication number: DE102006027555A1
Application number: DE200610027555
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Schuller; Beate Schuhmann; Horst Beling; Marc Zimmermann; Michael Schuessler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-06-14
Filing date: 2006-06-14
Publication date: 2007-12-20

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe zur Förderung von Fluiden, umfassend einen Kolben (2), ein Zylinderelement (3), und einen zwischen einem Einlassventil (4) und einem Auslassventil (6) angeordneten Druckraum (5), wobei das Auslassventil (6) einen Schließkörper (8), eine Vorspanneinrichtung (9), ein Basiselement (10) zum Abstützen der Vorspanneinrichtung (9) und ein Scheibenelement (7) umfasst und wobei ein Dichtsitz (7b) des Auslassventils (6) am Scheibenelement (7) angeordnet ist.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe zur Förderung von Fluiden und insbesondere eine Kolbenpumpe zur Förderung von Bremsflüssigkeit in Fahrzeugen oder zur Förderung von Kraftstoff in Fahrzeugen.
Kolbenpumpen sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Beispielsweise werden in Fahrzeugbremsanlagen häufig Radialkolbenpumpen mit mehreren Pumpelementen verwendet, bei denen wenigstens ein Kolben mittels eines Exzenters hin- und herbewegbar ist. Die bekannten Kolbenpumpen umfassen dabei ein Einlassventil, ein Auslassventil sowie einen Arbeits- bzw. Druckraum, welcher zwischen dem Einlassventil und dem Auslassventil angeordnet ist. Der Druckraum der Kolbenpumpe ist dabei in einem Pumpenzylinder angeordnet, welcher eine im Wesentlichen topfförmige Gestalt aufweist. Im Boden des Pumpenzylinders ist eine Durchlassöffnung gebildet, welche vom Auslassventil geöffnet bzw. verschlossen wird. Das Auslassventil ist dabei in einem Deckel angeordnet und eine Abströmung in eine Druckleitung des unter Druck stehenden Fluids erfolgt über diesen Deckel. Es wurde nun festgestellt, dass insbesondere aufgrund von Additionen von Toleranzen der einzelnen Bauteile beim Öffnen des Auslassventils unerwünschte Geräusche auftreten können. Diese Geräusche resultieren insbesondere durch ein Spiel des Schließelements des Auslassventils.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Kolbenpumpe mit dem Merkmalen des Patentanspruches 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass eine Geräuschentwicklung signifikant reduziert ist. Ferner ist die erfindungsgemäße Kolbenpumpe einfach aufgebaut und kann kostengünstig montiert und hergestellt werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Kolbenpumpe einen Kolben, ein Zylinderelement und einen zwischen einem Einlassventil und einem Auslassventil angeordneten Druckraum aufweist. Das Auslassventil umfasst dabei einen Schließkörper, eine Vorspanneinrichtung zum Vorspannen des Schließkörpers, ein Basiselement zur Abstützung der Vorspanneinrichtung und ein separates Scheibenelement. Ein Dichtsitz des Auslassventils ist am Scheibenelement angeordnet. Durch die Verwendung des Scheibenelements wird sichergestellt, dass Bauteiltoleranzen verschiedener Bauteile der Kolbenpumpe sich nicht negativ auf das Auslassventil auswirken können. Das Auslassventil kann dabei derart bereitgestellt werden, dass es spielfrei ist. Dadurch wird eine Geräuschentwicklung beim Öffnen bzw. Schließen verhindert.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Um eine möglichst geringe Teileanzahl aufzuweisen, ist das Scheibenelement vorzugsweise als eine Begrenzung des Druckraums ausgebildet. Mit anderen Worten bildet eine Seite des Scheibenelements eine Druckraumwandung.
Weiter bevorzugt umfasst das Scheibenelement des Auslassventils eine Führungseinrichtung zur Führung des Schließkörpers. Die Führungseinrichtung ist dabei besonders bevorzugt ein zylindrischer Bereich, in welchem der Schließkörper geführt ist. Durch diese Führung des Schließkörpers können insbesondere die im Stand der Technik auftretenden Schwingungen des Schließkörpers beim Öffnen bzw. Schließen des Auslassventils verhindert werden. Ferner kann die Führung dabei derart gewählt werden, dass die Führung besonders eng ist, so dass in Radialrichtung des zylindrischen Führungsbereichs kein Spiel vorhanden ist. Die Führungseinrichtung ist vorzugsweise einstückig mit dem Scheibenelement gebildet.
Um einen noch kompakteren Aufbau und eine Reduzierung der Teilezahl bereitzustellen, ist vorzugsweise an der vom Druckraum abgewandten Seite des Scheibenelements des Auslassventils eine Ausnehmung zur Abströmung von Fluid bei geöffnetem Auslassventil angeordnet. Somit ist im Scheibenelement des Auslassventils eine Abströmausnehmung vorgesehen, welche das unter Druck stehende Fluid bei geöffnetem Auslassventil abführt. Die Ausströmeinrichtung ist vorzugsweise eine Nut.
Besonders bevorzugt ist der Schließkörper eine Kugel. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass zum Öffnen des Auslassventils nur ein sehr geringer Hub notwendig ist, so dass kurze Reaktionszeiten der Kolbenpumpe erhalten werden. Alternativ kann der Schließkörper beispielsweise auch als Platte ausgebildet sein.
Weiter bevorzugt ist das Zylinderelement der Kolbenpumpe eine Laufbuchse, welche in einem Pumpengehäuse angeordnet ist. Die Laufbuchse kann einfach beispielsweise als Rohrstück ausgebildet sein, an dessen auslassventilseitigem Ende das Scheibenelement des Auslassventils angeordnet ist. Eine Verbindung zwischen dem Scheibenelement und der Laufbuchse kann beispielsweise mittels einer Presspassung durchgeführt werden.
Das Scheibenelement ist besonders bevorzugt aus einem Kunststoff hergestellt. Dabei kann das Scheibenelement beispielsweise sehr kostengünstig mittels Spritzgießen hergestellt werden. Alternativ ist das Scheibenelement ein Kaltschlagteil aus einem metallischen Material oder ein spanend bearbeitetes Teil.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe liegt darin, dass das Auslassventil als vormontierte Baugruppe bereitgestellt werden kann. Hierbei können das Basiselement, das Schließelement, die Vorspanneinrichtung und das Scheibenelement des Auslassventils vormontiert werden und anschließend als Baugruppe in die Kolbenpumpe eingebaut werden.
Die erfindungsgemäße Kolbenpumpe kann bei allen Arten von Kolbenpumpen, insbesondere bei Saugpumpen oder Druckpumpen, verwendet werden. Besonders bevorzugt wird die erfindungsgemäße Kolbenpumpe in Fahrzeugen, beispielsweise in Bremssystemen oder zur Förderung von Kraftstoff verwendet.
Zeichnung
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
1 eine schematische Schnittansicht einer Kolbenpumpe gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 eine deckelseitige perspektivische Ansicht eines Scheibenelements des in 1 gezeigten Auslassventils, und
3 eine druckraumseitige, perspektivische Ansicht des Scheibenelements des Auslassventils.
Ausführungsformen der Erfindung
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 eine Kolbenpumpe 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst die Kolbenpumpe 1 einen Kolben 2, welcher, wie durch den Doppelpfeil C angedeutet, in Axialrichtung hin- und herbewegbar ist. Dies kann beispielsweise mittels eines Ekcenterantriebs erfolgen. Der Kolben 2 weist eine Axialbohrung 2a und mehrere Radialbohrungen 2b auf. Am Kolben 2 ist ein Führungselement 16 mit einer Durchgangsbohrung 16a angeordnet, welches den Kolben 2 in einem Zylinderelement 3 führt. Das Zylinderelement 3 ist im Wesentlichen rohrförmig ausgebildet. Am Ende des Führungselements 16 ist ein Einlassventil 4 angeordnet. Das Einlassventil 4 umfasst einen Käfig 4a, eine Rückstellfeder 4b und eine Platte 4c als Schließkörper. Der Käfig 4a ist am Führungselement 16 fixiert. Die Platte 4c verschließt und gibt die Bohrung 16a im Führungselement 16 frei. Das Einlassventil 4 ist vorstehend in einem Druckraum 5 angeordnet, in welchem weiterhin auch eine Kolbenrückstellfeder 15 angeordnet ist.
Die Kolbenpumpe 1 umfasst ferner ein Auslassventil 6, welches ein Scheibenelement 7, einen Schließkörper 8 in Form einer Kugel, eine Rückstellfeder 9 und ein als Deckel ausgebildetes Basiselement 10 umfasst. Das Scheibenelement 7 ist am Ende des rohrförmigen Zylinderelements 3 angeordnet und begrenzt einen zwischen dem Einlassventil 4 und dem Auslassventil 6 liegenden Druckraum 5.
Das Basiselement 10 weist eine im Wesentlichen zylindrische Ausnehmung 10a auf, in welcher die Rückstellfeder 9 angeordnet ist. Die Rückstellfeder 9 übt eine Rückstellkraft auf den Schließkörper 8 aus, so dass dieser auf einen Dichtsitz 7b, welcher am Scheibenelement 7 gebildet ist, gedrückt wird.
Das Scheibenelement 7 ist im Detail in den 2 und 3 gezeigt. Das Scheibenelement 7 umfasst eine Durchgangsöffnung 7a, welche durch den Schließkörper 8 freigegeben bzw. verschlossen wird. Am Ende der Durchgangsöffnung 7a ist der Dichtsitz 7b angeordnet, welcher im Wesentlichen konisch ausgebildet ist. Wie insbesondere in 2 dargestellt, ist im Scheibenelement 7 ferner eine Abströmausnehmung 7c gebildet. Die Abströmausnehmung 7c ist radial vorgesehen und dient für das Abströmen des unter Druck stehenden Fluids in eine Druckleitung 14 (vgl. 1). Ferner ist am Scheibenelement 7 eine zylindrische Führung 7d für den Schließkörper 8 gebildet. Das Bezugszeichen 7e bezeichnet einen Presssitz am Scheibenelement 7, mit welchem das Scheibenelement 7 fest mit dem Zylinderelement 3 verbunden ist. Es sei angemerkt, dass das Scheibenelement 7 im Basiselement 10 ebenfalls mittels einer Presspassung fixiert ist. Wie aus 1 ersichtlich ist, dient die zum Druckraum 5 gerichtete Seite des Scheibenelements 7 ferner als Abstützeinrichtung für die Kolbenrückstellfeder 15.
Wie insbesondere in 2 dargestellt, weist die Abströmausnehmung 7c eine Länge derart auf, dass sie aus den vom äußeren Umfang des Scheibenelements 7 bis radial innerhalb der zylindrischen Führung 7d reicht. Dadurch kann sichergestellt werden, dass sich der Schließkörper 8 nur um einen kleinen Betrag in Axialrichtung vom Dichtsitz 7b abheben muss, um eine Öffnung des Auslassventils 6 zu ermöglichen. Dieser sehr kleine Hub des Schließkörpers 8 beeinflusst das Geräuschverhalten des Auslassventils 6 positiv. Ferner kann durch die enge Führung des Schließkörpers 8 in der zylindrischen Führung 7d ebenfalls eine Geräuschverbesserung erreicht werden.
Die Abströmausnehmung 7c ist somit eine radiale, lineare Nut, um ein radiales Abströmen des unter Druck stehenden Fluids zu ermöglichen. Es sei angemerkt, dass es auch denkbar ist, dass eine zweite Abströmausnehmung oder eine dritte Abströmausnehmung vorgesehen ist. Wenn mehrere Abströmausnehmungen vorgesehen sind, ist ein Ringkanal am äußeren Umfang des Scheibenelements 7 vorzusehen, über welchen dann das unter Druck stehende Fluid über alle Abströmausnehmungen in die Druckleitung 14 strömen kann.
Durch die erfindungsgemäße Zwischenschaltung des Scheibenelements 7 zwischen das Basiselement 10 und das Zylinderelement 3 kann eine Ausnutzung der Bauteiltoleranzen der benachbarten Bauteile des Scheibenelements 7 ermöglicht werden. Ferner kann durch die minimale Öffnung des Auslassventils 6 erreicht werden, dass eine Abströmung des unter Druck stehenden Fluids über die Abströmausnehmung 7c deutlich vor einen Äquatorbereich des kugelförmigen Schließkörpers 8 möglich ist. Als Äquatorbereich wird hierbei der Bereich des maximalen Durchmessers des kugelförmigen Schließkörpers 8 verstanden, wenn Fluid aus dem Druckraum 5 durch die Durchgangsöffnung 7a auf den Schließkörper 8 zuströmt. Eine durch den Äquatorbereich gedachte Ebene ist somit senkrecht zu einer Längsachse X-X der Kolbenpumpe 1 durch den breitesten Bereich des Schließkörpers 8.
Die Funktion der erfindungsgemäße Kolbenpumpe 1 ist dabei wie folgt. In einer Ansaugphase der Kolbenpumpe ist das Auslassventil 6 geschlossen und das Einlassventil 4 geöffnet. Dadurch wird Fluid durch die Fluidzuleitung 13 in Richtung des Pfeils A durch ein Filterelement 12, die Radialbohrungen 2b, die Axialbohrung 2a und die Längsbohrung 16a des Führungselements 16 zum Einlassventil 4 geführt. Durch das geöffnete Einlassventil 4 wird das Fluid in den Druckraum 5 angesaugt. Im unteren Totpunkt des Kolbens 2 ändert sich die Bewegungsrichtung des Kolbens, wodurch sich das Einlassventil 4 schließt. Der Kolben bewegt sich somit nun in Richtung des Auslassventils 6. Dabei erfolgt ein Druckaufbau im Druckraum 5. Der Druckaufbau im Druckraum 5 erfolgt dabei solange, bis der Druck darin größer als eine Rückstellkraft der Feder 9 des Auslassventils 6 ist. Wenn dies der Fall ist, öffnet das Auslassventil 6, so dass das unter Druck stehende Fluid durch die Durchgangsöffnung 7a und die Abströmausnehmung 7c in die Druckleitung 14 und von dort zu einem Verbraucher strömen kann. Dies ist in 1 durch den Pfeil B gekennzeichnet.
Wenn Fluid aus dem Druckraum 5 durch das geöffnete Auslassventil 6 abströmt, wird der Schließkörper 8 durch die zylindrische Führung 7d geführt. Somit kann sich der Schließkörper 8 nur in Axialrichtung X-X bewegen. Da sich hinter dem Schließkörper 8 beim Öffnen ein Staudruck ausbildet, öffnet der Schließkörper 8 nur minimal. Zusätzlich wird der Schließkörper 8 durch das abströmende Fluid an die Abströmausnehmung 7c gezogen, so dass sich bei geöffnetem Auslassventil ein Gleichgewicht derart einstellt, dass nur eine minimale Öffnung des Auslassventils vorhanden ist. Dies beeinflusst das Geräuschverhalten positiv, so dass die bisher im Stand der Technik vorhandenen Geräusche beim Öffnen und Schließen des Auslassventils minimiert werden können. Weiter ist es durch den erfindungsgemäßen Aufbau möglich, dass aufgrund der Abströmung des Fluids deutlich vor einem Äquator eines kugelförmigen Schließkörpers 8 auch kleinere Schließkörper verwendet werden können. Hierdurch ergibt sich eine weitere Reduzierung der Geräusche. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe liegt darin, dass das Zylinderelement 3 einfach als Rohr ausgebildet sein kann. Das Schließelement 7 übernimmt dabei eine Bodenfunktion und auch die Abstützfunktion für die Kolbenrückstellfeder 15. Es sei ferner angemerkt, dass alternativ auch vollständig auf das Zylinderelement 3 verzichtet werden kann und das Schließelement 7 im Pumpengehäuse 11 fixiert werden kann. Der Druckraum 5 wird bei dieser Alternative dann durch das Pumpengehäuse 11 und die zum Kolben gerichtete Seite des Scheibenelements 7 gebildet. Ferner können mittels der vorliegenden Erfindung verschiedene Arten von Zylinderelementen 3 verwendet werden, wie beispielsweise Zylinderelemente aus Kunststoff oder Stahl oder auch Aluminium.
Die enge Führung des Schließkörpers 8 in der zylindrischen Führung 7d verhindert insbesondere auch ein Schwingen des Schließkörpers 8 während des Öffnungs- bzw. Schließvorgangs.

Claims

Kolbenpumpe zur Förderung von Fluiden, umfassend einen Kolben (2), ein Zylinderelement (3), und einen zwischen einem Einlassventil (4) und einem Auslassventil (6) angeordneten Druckraum (5), wobei das Auslassventil (6) einen Schließkörper (8), eine Vorspanneinrichtung (9), ein Basiselement (10) zum Abstützen der Vorspanneinrichtung (9) und ein Scheibenelement (7) umfasst und wobei ein Dichtsitz (7b) des Auslassventils (6) am Scheibenelement (7) angeordnet ist.
Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Scheibenelement (7) einen Wandbereich des Druckraums (5) bildet.
Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Scheibenelement (7) eine Führungseinrichtung (7d) umfasst, um den Schließkörper (8) zu führen.
Kolbenpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungseinrichtung (7d) ein zylindrischer Bereich ist, welcher einstückig am Scheibenelement (7) gebildet ist.
Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Scheibenelement (7) an der vom Druckraum (5) abgewandten Seite eine Ausnehmung (7c) zur Abströmung von Fluid bei geöffnetem Auslassventil (6) umfasst.
Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließkörper (8) eine Kugel ist.
Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zylinderelement (3) eine rohrförmige Laufbuchse ist, welche in einem Pumpengehäuse (11) angeordnet ist.
Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Scheibenelement (7) aus Kunststoff, insbesondere als Spritzgussteil, oder als Kaltschlagteil oder als spanend bearbeitetes Teil hergestellt ist.
Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Scheibenelement (7) einen Presssitz (7e) zur Verbindung mit dem Zylinderelement (3) aufweist.
Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Scheibenelement (7) mit dem Basiselement (10), dem Schließelement (8) und der Vorspanneinrichtung (9) eine vormontierbare Baugruppe bildet.