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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Sie ist insbesondere als sog. Rückförderpumpe in blockierschutz-, antriebsschlupf- und/oder fahrdynamikgeregelten, hydraulischen Fahrzeugbremsanlagen und auch zum Bremsdruckaufbau in elektrohydraulischen Fahrzeugbremsanlagen vorgesehen.
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Derartige Kolbenpumpen sind an sich bekannt und oftmals in einen Hydraulikblock integriert, der ein Pumpengehäuse der Kolbenpumpe bildet und in den weitere Bauelemente wie Magnetventile, Hydrospeicher, Rückschlagventile eingebaut und hydraulisch miteinander verschaltet sind. Eine, meist gestufte, Bohrung bildet eine Pumpenbohrung der Kolbenpumpe, in der ein Pumpenkolben axial verschieblich einliegt. Der Pumpenkolben ist, meist mittels eines an seinem einen Ende angeordneten Exzenters, zu einer axial hin- und hergehenden Hubbewegung antreibbar, durch die Bremsflüssigkeit gefördert wird. Eine Ein- und Auslasssteuerung erfolgt üblicherweise durch Rückschlagventile. Zur axialen Führung des Pumpenkolbens in der Pumpenbohrung weisen bekannte Kolbenpumpen reibungs- und verschleißmindernde Führungsringe mit quadratischem oder rechteckigem Ringquerschnitt auf.
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Eine derartige Kolbenpumpe offenbart die Offenlegungsschrift
DE 10 2004 061 814 A1 , deren Pumpenkolben mit einem Führungsring axial verschieblich in einem Pumpengehäuse geführt ist. Der Führungsring weist einen hülsenförmigen Stützring aus einem gehärteten Federblech auf, der mit Polyamid umspritzt ist. Durch die Umspritzung mit dem Polyamid ist ein ringförmiges Dichtelement mit U-förmigem Ringquerschnitt gebildet.
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Die nachveröffentliche Offenlegungsschrift
DE 10 2007 052 664 A1 offenbart einen hülsenförmigen Führungsring für einen Pumpenkolben einer Kolbenpumpe mit einem radialflanschförmigen Fuß an einem und einer konisch nach innen stehenden, umlaufenden Dichtlippe an einem anderen Ende.
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Die Offenlegungsschrift
DE 197 42 611 A1 offenbart eine Kolbenpumpe mit einem Pumpenkolben, der von einem rohrförmigen Filter umschlossen ist. Das Filter weist ein Filtergerüst zum Halten eines Filtergewebes mit zwei Filterringen auf, die mit achsparallelen Filterstegen verbunden sind. Die beiden Filterringe führen den Pumpenkolben axial. Zusätzlich ist ein Führungsring mit rechteckigem Ringquerschnitt vorhanden.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Führungsring der erfindungsgemäßen Kolbenpumpen weist Segmente auf, die in radialer Richtung federnd am Pumpenkolben anliegen. Die Segmente sind einstückig mit dem Führungsring, so dass kein zusätzlicher Montageaufwand entsteht. Die Segmente liegen in kongruenten Aussparungen des Führungsrings ein. Die Segmente sind dadurch platzsparend in den Aussparungen untergebracht und Abschnitte des Führungsrings zwischen den Segmenten können den Kolben zusätzlich radial abstützen, falls die Federkraft der Segmente nicht ausreicht.
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Die Segmente können Radialbewegungen des Kolbens besser ausgleichen als dies bei einem in Umfangsrichtung nicht unterbrochenen Führungsring der Fall ist. Der radiale Federweg des Führungsrings ist durch die Segmente vergrößert, Feder- und Dämpfungseigenschaften des Führungsrings lassen sich außer durch die Werkstoffwahl durch die Formgebung und Ausrichtung der Segmente beeinflussen. Auf diese Weise lassen sich die Feder- und Dämpfungseigenschaften des erfindungsgemäßen Führungsrings verbessern. Durch die Segmente weist der Führungsring eine verbesserte Dämpfung in radialer Richtung auf. Durch die verbesserte Dämpfung ist ein dem Führungsring benachbarter Dichtring besser in der Lage, radialen Bewegungen des Kolbens zu folgen, wodurch die Abdichtung des Kolbens verbessert ist. Leckage und Ansaugen von Luft werden vermieden. Durch die Ausbildung von Segmenten sind die Federeigenschaften des Führungsrings verbessert, wodurch eine Vorspannung, mit der die Segmente am Kolben anliegen, länger bestehen bleibt, die Standzeit des erfindungsgemäßen Führungsrings ist erhöht.
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Die Unteransprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung zum Gegenstand.
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Durch Vorsehen von mindestens drei Segmenten gemäß Anspruch 2 wird eine gute Axialführung des Pumpenkolbens mit Abstützung in allen radialen Richtungen erzielt.
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Gemäß Anspruch 3 sind die Segmente des Führungsrings als Blattfedern ausgebildet, die an einem Fuß einstückig mit dem Führungsring sind und schräg nach innen stehen. Insbesondere sind die Segmente zylinderschalenförmig. Das Merkmal „Blattfedern” bezieht sich auf die Form, die Segmente müssen nicht aus Metall bestehen, sondern vorzugsweise besteht der Führungsring einschließlich seiner Segmente aus einem Kunststoff. Die Ausbildung der Segmente als insbesondere zylinderschalenförmige Blattfedern ist der Form des Pumpenkolbens und der Anordnung in einem Spalt zwischen dem Pumpenkolben und der Pumpenbohrung angepasst; die Segmente lassen sich ohne Änderungen und ohne weitere konstruktive Maßnahmen in der Pumpenbohrung der Kolbenpumpe unterbringen.
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Gemäß Anspruch 5 sind die Segmente an einer Innenseite des Führungsrings angeordnet. Der Führungsring umschließt die Segmente und ist insbesondere in Umfangsrichtung geschlossen ausgeführt. Falls die Federkraft der Segmente in radialer Richtung nicht ausreicht, um den Pumpenkolben abzustützen, erfolgt bei dieser Ausgestaltung der Erfindung eine radiale Abstützung des Pumpenkolbens am Führungsring. Ein Kontakt des Kolbens mit der Pumpenbohrung wird vermieden.
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Anspruch 8 sieht einen Exzenter zum Antrieb des Pumpenkolbens vor, der um eine exzentrische Drehachse rotierend antreibbar ist. Die Drehachse kann eine Achse der Pumpenbohrung radial schneiden. Bei drehendem Antrieb bewegt sich der Exzenter auf einer Kreisbahn. Der Pumpenkolben liegt mit einer Stirnfläche am Umfang des Exzenters an, wobei zur Reibungsminderung üblicherweise ein Wälzlager auf dem Exzenter vorgesehen ist, an dessen Außenring der Pumpenkolben mit seiner Stirnfläche anliegt. Die Bewegung des Exzenters auf einer Kreisbahn bedeutet eine bezüglich der Pumpenbohrung seitlich hin- und hergehende Bewegung, die den Pumpenkolben an seiner anliegenden Stirnfläche radial zur Pumpenbohrung beaufschlagt. Hier dämpft und verringert der erfindungsgemäße Führungsring mit seinen Segmenten die Radialbewegungen des Pumpenkolbens. Die Axialführung des Pumpenkolbens ist verbessert und ein ring wird vermieden.
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Abheben des Pumpenkolbens von einem dem Führungsring benachbarten Dichtring wird vermieden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen vereinfachten und teilweise schematisierten Achsschnitt einer erfindungsgemäßen Kolbenpumpe; und
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2 einen Umfangsabschnitt eines Führungsrings der Kolbenpumpe aus 1 gemäß der Erfindung in perspektivischer und größerer Darstellung.
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Ausführungsform der Erfindung
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1 zeigt einen Ausbruch einer erfindungsgemäßen Kolbenpumpe 1 im Bereich eines antriebsseitigen Endes eines Pumpenkolbens 2. Die Kolbenpumpe 1 ist für hydraulische Fahrzeugbremsanlagen vorgesehen, beispielsweise als Rückförderpumpe einer blockierschutz-, antriebsschlupf- und/oder fahrdynamikgeregelten Fahrzeugbremsanlage. Übliche Abkürzungen solcher Regelungen sind ABS, ASR, FDR und/oder ESP. Eine weitere Einsatzmöglichkeit der Kolbenpumpe 1 sind elektrohydraulische Fahrzeugbremsanlagen (Abkürzung: EHB). Bei letzteren handelt es sich um Fremdkraft-Bremsanlagen, bei denen der zum Bremsen erforderliche Bremsdruck mit einer Kolbenpumpe erzeugt wird, die Teil einer Fremdenergieversorgungseinrichtung ist.
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Die Kolbenpumpe 1 weist den Pumpenkolben 2 auf, der in einer Pumpenbohrung 3 in einem Pumpengehäuse 4 axial verschieblich einliegt. Das Pumpengehäuse 4 wird im Ausführungsbeispiel von einem Hydraulikblock gebildet, der außer der Kolbenpumpe 1 eine weitere, baugleiche Kolbenpumpe für einen zweiten Bremskreis sowie weitere hydraulische Bauelemente wie Magnetventile, Hydrospeicher und Druckschwingungsdämpfer aufnimmt und hydraulisch miteinander verschaltet (nicht dargestellt). Selbstverständlich ist es auch möglich, die Kolbenpumpe 1 unabhängig von einem solchen Hydraulikblock mit einem eigenen Pumpengehäuse als eigenständiges Aggregat auszuführen.
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Der Antrieb des Pumpenkolbens 2 erfolgt mittels eines drehend antreibbaren Exzenters 5, der exzentrisch zu einer nicht dargestellten Drehachse angeordnet ist. Die Drehachse des Exzenters 5 schneidet eine Achse der Pumpenbohrung 3 radial. Der Exzenter 5 bewegt sich auf einer Kreisbahn um die Drehachse, wobei ein Radius der Kreisbahn mit der Exzentrizität des Exzenters 5 übereinstimmt. Zur Reibungsminderung weist der Exzenter 5 ein Kugellager 6 mit einem Außenring 7 auf, wobei in einem Zwischenraum zwischen dem Außenring 7 und dem Exzenter 5 Kugeln 8 wälzen. Der Pumpenkolben 2 liegt mit einer Stirnfläche 9 am Umfang des Lagerrings 7 an. Eine Kolbenrückstellfeder, die auf einer dem Exzenter 5 abgewandten Stirnseite des Pumpenkolbens 2 angeordnet und deswegen in der Zeichnung nicht sichtbar ist, beaufschlagt den Kolben 2 in Anlage am Lagerring 7 des Exzenters 5. Durch das Kugellager 6 ist der Pumpenkolben 2 zwar von der Drehung des Exzenters 5 entkoppelt, trotzdem wird der Pumpenkolben 2 in seitlicher Richtung, also zur radial zur Pumpenbohrung 3, beaufschlagt als Folge der Bewegung des Exzenters 5 auf einer Kreisbahn um seine Drehachse, die außer einer axialen auch eine seitlich, d. h. radial zur Pumpenbohrung 3 hin- und hergehende Bewegung beinhaltet.
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Der Pumpenkolben 2 ist in der Pumpenbohrung 3 abgedichtet und axial verschieblich geführt. In der Zeichnung dargestellt ist nur die Abdichtung und Führung am antriebsseitigen, d. h. dem Exzenter 5 nahen Ende des Pumpenkolbens 2. Eine dem Exzenter 5 ferne Abdichtung und Führung des Pumpenkolbens 2 kann grundsätzlich in gleicher Weise wie am antriebsseitigen Ende erfolgen, also erfindungsgemäß; allerdings ist die dem Exzenter 5 ferne Abdichtung und Führung des Pumpenkolbens 2 in bei derartigen Kolbenpumpen üblicher und bekannter Weise vorgesehen, also nicht erfindungsgemäß.
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Am antriebsseitigen, d. h. dem Exzenter 5 nahen Ende ist ein erfindungsgemäßer Führungsring 10, ein Stützring 11 und ein Dichtring 12 in eine Nut 18 oder Ringstufe der Pumpenbohrung 3 im Pumpengehäuse 4 angeordnet. Der Stützring 11 befindet sich auf der exzenterabgewandten Seite des Führungsrings 10, der Dichtungsring 12 auf der dem Exzenter 5 abgewandten Seite des Stützrings 11. Im Ausführungsbeispiel ist der Dichtring 12 ein Quadring; auch andere Dichtringe, beispielsweise ein O-Ring, ein Vierkantring oder ein Radialwellendichtring mit Gummilippe sind verwendbar (nicht dargestellt).
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Der Stützring 11 vermeidet eine Spaltextrusion des Dichtrings 12. Spaltextrusion ist eine plastische Verformung, sozusagen ein „Fliesen”, des Dichtrings 12 bei (hydraulischer) Druckbeanspruchung.
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Der Führungsring 10, der in 2 vergrößert gezeichnet ist, weist einen L-förmigen Ringquerschnitt auf, wodurch ein Fußflansch 13 zur axialen Festlegung des Führungsrings 10 gebildet ist. Der andere „Schenkel” des „L” bildet eine Manschette 14, die den Pumpenkolben 2 umschließt. Die Manschette 14 kann als schlauch- oder rohrförmig bezeichnet werden, sie ist in Umfangsrichtung geschlossen. An ihrer Innenseite weist die Manschette 14 Segmente 15 auf, die in kongruenten Aussparungen 16 der Manschette 14 einliegen. Die Segmente 16 können als Blattfedern bezeichnet werden, sie sind zylinderschalenförmig und gehen an einem Fuß 17 einstückig in den Führungsring 10 über. Der Fuß 17 befindet sich auf der Seite des Fußflanschs 13 des Führungsrings 10. Die als Blattfedern ausgebildeten Segmente 15 erstrecken sich also in Längsrichtung mit einer Neigung schräg nach innen. Das bedeutet, dem Fuß 17 ferne freie Enden der Segmente 15 stehen nach innen über eine Innenumfangsfläche des Führungsrings 10 vor. Die Segmente 15 federn in radialer Richtung.
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Im Ausführungsbeispiel sind drei über den Umfang verteilt angeordnete Segmente 15 vorgesehen, die den Pumpenkolben 2 radial in allen Richtungen abstützen, d. h. axial führen. Der Führungsring 10 kann auch mehr als drei Segmente 15 aufweisen (nicht dargestellt), weniger als drei Segmente dürften die Führungs- und Dämpfungseigenschaften verschlechtern und erscheinen als weniger geeignet; trotzdem wird ein Führungsring 10 mit weniger als drei Segmenten 15 nicht von der Erfindung ausgeschlossen.
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Die Segmente 15 stützen den Pumpenkolben 2 federnd in radialer Richtung und dämpfen Radialbewegungen des Pumpenkolbens 2. Aufgrund der Segmente 15 weist der Führungsring 10 bessere Stütz-, Feder- und Dämpfungseigenschaften des Pumpenkolbens 2 in radialer Richtung auf als sie ein massiver Führungsring ohne Segmente hätte. Außer durch die Materialwahl lassen sich die Feder- und Dämpfungseigenschaften durch Anordnung und Geometrie der Segmente 15 beeinflussen und dadurch die Führungseigenschaften des Führungsrings 10 verbessern. Da der Führungsring 10 aufgrund der Segmente 15 einen vergrößerten Radialfederweg aufweist, ist seine Lebensdauer verlängert beispielsweise bei Verringerung der Elastizität seines Werkstoffs und bei Verschleiß. Reicht der Federweg der Segmente 15 nicht aus, wird der Pumpenkolben 2 von der Manschette 14 des Führungsrings 10 radial abgestützt, so dass eine unmittelbare Berührung des Pumpenkolbens 2 mit der Pumpenbohrung 3 verhindert wird.
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Die verbesserte Dämpfung der Radialbewegungen des Pumpenkolbens 2 verkleinert die Radialbewegungen des Pumpenkolbens 2. Dadurch wird ein Abheben des Pumpenkolbens 2 vom Dichtring 12 an einer Umfangsstelle und damit Leckage oder Eintritt von Luft vermieden.
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Der Führungsring 10 einschließlich seiner Segmente 15 besteht aus einem Kunststoff, ihre Feder- und Dämpfungseigenschaften haben die Segmente 15 aufgrund der Elastizität des verwendeten Kunststoffs und aufgrund ihrer geometrischen Form, u. a. ihrer zylinderschalenförmigen Wölbung.
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Typische Bohrungsdurchmesser derartiger Kolbenpumpen 1 liegen bei 5 bis 6 mm.
