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Die Erfindung betrifft einen Kolben einer Kolbenpumpe für eine Fahrzeugbremsanlage, an dem ein Einlassventil mit einem zugehörigen Ventilsitz ausgebildet ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Kolbenpumpe mit einem solchen Kolben sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Kolbens einer Kolbenpumpe für eine Fahrzeugbremsanlage.
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Stand der Technik
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Ein Bestandteil von modernen Fahrzeugbremsanlagen ist ein Hydroaggregat, welches bei Kraftfahrzeugen, wie beispielsweise Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen verwendet wird, um an deren Bremssystem geregelte Bremsdrücke bereitzustellen. Am Bremssystem wird an einem Hauptzylinder, insbesondere von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs, über ein Bremspedal Bremsdruck erzeugt. Zum Dosieren dieses Bremsdrucks weist das Hydroaggregat eine Pumpe mit mehreren Pumpenelementen, mit einem Motor sowie mit einer Vielzahl Ventile auf. Die Ventile sind in der Regel elektromagnetisch gesteuert, so dass an einzelnen Bremsen oder Bremskreisen unterschiedliche Bremsdrücke bereitgestellt werden können. Die Pumpe ist in der Regel eine Kolbenpumpe, bei der ein Kolben in einem Zylinder verschiebbar ist. Das Verschieben des Kolbens erfolgt in einem Zwei-Takt. Dabei wird in einem ersten Takt ein zu förderndes Fluid, beispielsweise Bremsflüssigkeit, durch ein Einlassventil angesaugt. In einem zweiten Takt wird das Fluid durch ein Auslassventil ausgestoßen. Die Kolben solcher Pumpen werden in der Regel aus einem Metall-Werkstoff hergestellt, um dem hohen hydraulischen Druck innerhalb der Pumpe Stand zu halten. Zur Herstellung eines solchen Kolbens sind mehrere Fertigungsschritte notwendig. Beispielsweise wird ein Metallblech tiefgezogen und notwendige Öffnungen werden anschließend mittels Zerspanen eingefügt. Häufig wird der Kolben beschichtet, beispielsweise mit Kohlenstoff, um eine reibungs- und verschleißarme Bewegung in dem Zylinder zu ermöglichen. Diese zusätzlichen, aufwendigen Verfahren verlängern den Herstellungsprozess und treiben die Fertigungskosten in die Höhe.
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Aus
DE 100 22 811 A1 ist ein Kolben einer Kolbenpumpe bekannt, der zweiteilig aus einem Außenteil und einem eingesetzten Innenteil zusammengesetzt ist. Das Außenteil und das Innenteil sind als hülsenförmige Umformteile durch Tiefziehen aus Blech hergestellt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kolben einer Kolbenpumpe für eine Fahrzeugbremsanlage zu schaffen, welcher im Vergleich zu bekannten Pumpenkolben eine höhere Qualität aufweist und möglichst auch eine Kostensenkung durch vereinfachte Fertigungsprozesse ermöglicht.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Aufgabe ist mit einem Kolben einer Kolbenpumpe gemäß Anspruch 1 und einer Kolbenpumpe gemäß Anspruch 6 gelöst. Ferner ist die Aufgabe mit einem Verfahren zum Herstellen eines Kolbens gemäß Anspruch 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Erfindungsgemäß ist ein Kolben einer Kolbenpumpe für eine Fahrzeugbremsanlage geschaffen, an dem ein Einlassventil mit einem zugehörigen Ventilsitz ausgebildet ist und bei dem der Kolben als Spritzgussteil oder als Umformteil mit einer daran bzw. darin angeordneten Metallhülse ausgebildet ist, mit der der Ventilsitz des Einlassventils gebildet ist.
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Der Kolben wird gemäß der Erfindung als Spritzgussteil oder als Umformteil gefertigt.
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Durch das Spritzgießen kann der Kolben mit einer sehr glatten Oberfläche ausgebildet werden. Hierzu kann eine besonders glatte Gussform verwendet werden. Die glatte Oberfläche des Kolbens verhindert im Betrieb der Kolbenpumpe einen erhöhten Abrieb am Kolben selbst und/oder an angrenzenden Pumpenelementen. Darüber hinaus kann. die Gussform vorteilhaft so geformt sein, dass gezielt ein Oberflächenprofil für den fertig gegossenen Kolben, beispielsweise mit Öffnungen oder Aussparungen, bereits beim Spritzgießen hergestellt werden kann. Durch Spritzgießen kann der Kolben kostengünstig, fertig verwendbar und in großen Stückzahlen hergestellt werden.
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Beim Umformen kann ein Vormaterial gezielt in die zu erzielende Form des Kolbens transformiert werden. Dabei kann das Vormaterial bereits mit dem Oberflächenprofil des späteren Kolbens vorbereitet worden sein. So können beispielsweise Öffnungen in das Vormaterial eingearbeitet worden sein. Dies erspart einen sonst erforderlichen Bearbeitungsschritt am fertigen Kolben.
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An dem erfindungsgemäßen Kolben ist ein Einlassventil ausgebildet, welches eine Metallhülse umfasst. Diese Metallhülse ist an dem spritzgegossenen bzw. umgeformten Grundelement des Kolbens angebracht. Das Grundelement des Kolbens ist dabei vorteilhaft aus einem anderen Werkstoff gefertigt als die Metallhülse. Durch einen Einsatz zweier verschiedener Werkstoffe, beispielsweise das Metall der Hülse mit einem Grundelement aus Kunststoff, können unterschiedliche Materialeigenschaften miteinander kombiniert werden, um bestimmte Aufgabenstellungen zu lösen. So können mit der Metallausführung des Ventilsitzes längere Laufzeiten realisiert werden, als mit einem Kunststoff-Dichtsitz. Zugleich ergibt sich eine bessere Gewichtsverteilung des Kolbens während dessen Kolbenbewegung. Der Kolben taumelt nicht.
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Ferner dient die Metallhülse als Ventilsitz des Einlassventils. Durch die Metallausführung können höhere Drücke realisiert werden. Das Einlassventil wird auch insgesamt unempfindlicher gegen Abnutzung und Verformung.
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Gemäß einer ersten vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kolbens einer Kolbenpumpe ist die Metallhülse in den als Spritzgussteil oder Umformteil ausgebildeten Kolben eingepresst.
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Beim Einpressen der Metallhülse in den Kolben wird in der Regel eine kraftschlüssige Verbindung geschaffen. Durch diese Art der Verbindung kann der erfindungsgemäß bevorzugt aus zwei unterschiedlichen Werkstoffen hergestellte Kolben sehr kostengünstig produziert werden. Die Metallhülse kann sowohl nach dem Spritzgießen als auch nach dem Umformen in den Kolben eingepresst werden.
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Gemäß einer zweiten vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kolbens einer Kolbenpumpe ist die Metallhülse in den als Spritzgussteil ausgebildeten Kolben eingespritzt.
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Beim Spritzgiessen des Kolbens kann die Metallhülse, bereits während des Herstellprozesses, in den Kolben eingespritzt werden. Dazu wird die Metallhülse in die Spritzgussform eingesetzt und durch das spritzgegossene Material kraftschlüssig und/oder formschlüssig mit dem Grundelement des Kolbens verbunden. Es entsteht so in einem Fertigungsschritt der fertige Kolben.
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Gemäß einer dritten vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kolbens einer Kolbenpumpe ist in dem als Spritzgussteil oder Umformteil ausgebildeten Kolben mindestens eine Radialöffnung in Form einer Nut ausgebildet.
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Der Kolben der Kolbenpumpe weist gemäß der Weiterbildung mindestens eine radiale Öffnung auf. Die Öffnung bzw. die Öffnungen sind dafür gedacht, dass sie von Fluid durchströmt werden können. Durch die Ausbildung der Öffnung als Nut, entfallen bisher aufwendig hergestellte Querbohrungen, zum Schaffen kreisrunder Öffnungen. Ferner lassen sich in Kombination mit den erfindungsgemäß gewählten Fertigungsverfahren radiale Öffnungen als Nut besonders kostengünstig herstellen. So kann die Nut beispielsweise bereits in der Spritzgussform als Profil ausgebildet worden sein. Alternativ kann beim Umformen die Nut mit einer Stoßmaschine in den Werkstoff gestoßen oder während des Umformens, beispielsweise mit einer Walzenpresse, eingepresst werden.
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Gemäß einer vierten vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kolbens einer Kolbenpumpe sind am Kolben ein Hochdruckdichtring und/oder ein Ventilkäfig vorgesehen, der oder die als Spritzgussteil ausgebildet sind.
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Der Hochdruckdichtring und/oder der Ventilkäfig werden dabei in einem Fertigungsschritt direkt beim Spritzgiessen des Kolbens mit gespritzt. So entsteht in einem Fertigungsschritt ein fertiger Pumpenkolben. Weitere zeitaufwendige und Kosten verursachende Fertigungsschritte entfallen.
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Die erfindungsgemäße Kolbenpumpe ist zur Lösung der oben genannten Aufgabe in vorteilhafter Weise mit einem derartigen erfindungsgemäßen Kolben ausgestattet.
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Die Aufgabe ist ferner erfindungsgemäß mit einem Verfahren zum Herstellen eines Kolbens einer Kolbenpumpe für eine Fahrzeugbremsanlage, mit folgenden Schritten gelöst: Ausbilden eines Einlassventils mit einem zugehörigen Ventilsitz an dem Kolben und Ausbilden des Kolbens als Spritzgussteil oder als Umformteil. mit einer darin angeordneten Metallhülse, mit der der Ventilsitz des Einlassventils gebildet wird.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind entsprechend auf ein Herstellen eines oben genannten Kolbens gerichtet.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
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1 eine perspektivische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Kolbens,
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2 einen perspektivischen Längsschnitt durch den Kolben gemäß 1 und
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3 einen Längsschnitt durch den Kolben gemäß 1, wie er in einem Pumpengehäuse einer zugehörigen Pumpe angeordnet ist.
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In den 1 und 2 ist ein im Wesentlichen als Kreiszylinder ausgebildeter Kolben 10 zu sehen. Der Kolben 10 weist eine radial verlaufende Ringnut 12 auf. Die Ringnut 12 teilt den Kolben 10 in zwei Bereiche. In einem sich bezogen auf 1 links befindenden Vollkörperbereich ist der Kolben 10 als massiver Körper ausgebildet. In einem sich bezogen auf 1 rechts davon befindenden Hohlkörperbereich ist der Kolben 10 als ein hohlzylindrischer Körper mit einer im Querschnitt kreisrunden Wandung 14 ausgebildet. An der äußeren Stirnseite des Hohlkörperbereichs ist ein Hochdruckdichtring 16 und an dem Hochdruckdichtring 16 ein Käfig 18 ausgebildet. Der Kolben 10 ist aus Kunststoff spritzgegossen worden. Dabei sind bevorzugt der Hochdruckdichtring 16 und auch der Käfig 18 in einem Fertigungsvorgang zusammen mit dem Grundelement des Kolbens 10 hergestellt worden.
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Ferner wurde während des Spritzgießens eine in die zugehörige (nicht dargestellte) Gussform eingesetzte Metallhülse 20 an den Kolben 10 angespritzt. Die Metallhülse 20 und der Kolben 10 sind auf diese Weise kraftschlüssig verbunden. worden. Die Metallhülse 20 ist insbesondere in den Hohlkörperbereich des Kolbens 10 eingespritzt worden und ebenfalls als kreiszylindrischer Hohlkörper gestaltet. Dabei weisen der Kolben 10 und die. Metallhülse 20 die gleichen Innendurchmesser auf. Die Metallhülse 20 ragt aus dem Kolben 10, durch den Hochdruckdichtring 16, in einen Innenraum des Käfig 18 hinein. Hier bildet die Metallhülse 20 an einer Stirnseite einen Ventilsitz 22.
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Im Innenraum des Käfigs 18 stützt sich eine, sich in Richtung einer Längsachse 24 erstreckende Schraubenfeder 26 ab (siehe 3, in 1 und 2 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt). Die Schraubenfeder 26 ist vorgespannt und presst mit Federkraft einen kugelförmigen Schließkörper 28 (siehe 2 und 3, in 1 nicht dargestellt) auf den Ventilsitz 22. Der Schließkörper 28 verschließt dadurch einen Durchlass 30.
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In der Wandung 14 des Kolbens 10 befinden sich mehrere Öffnungen 32. Jede der Öffnungen 32 ist als Nut ausgebildet. Diese Öffnungen 32 weisen als Abmessungen je eine Länge, eine Breite und eine Tiefe auf. Dabei beträgt die Länge etwa das Dreifache der Breite und die Tiefe entspricht der Wandstärke der Wandung 14 des Kolbens 10. Die Öffnungen 32 können entsprechend von einem Fluid, vorliegend Bremsflüssigkeit, durchströmt werden. Die Längsseiten der Öffnungen 32 sind parallel zur Längsachse 24 des Kolbens 10 ausgerichtet.
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3 zeigt den Kolben 10 in einem zugehörigen Pumpengehäuse 34 einer erfindungsgemäßen (im Übrigen nicht dargestellten) Kolbenpumpe. Die Stirnseite des Hohlkörperbereichs des Kolbens 10 ist einem von Fluid gefüllten Raum 36 zugewandt. Der Raum 36 ist im Übrigen von dem Pumpengehäuse 34 begrenzt und weist an der dem Kolben 10 gegenüber liegenden Stirnseite eine Öffnung 38 auf. An dieser Öffnung 38 ist ein Rückschlagventil 40 ausgebildet. Das Rückschlagventil 40 gibt die Öffnung 38, je nach einem im Raum 36 wirkenden Druck, frei oder verschließt diese.
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Zwischen Pumpengehäuse 34 und Kolben 10 ist eine Rückstellfeder 42 angeordnet. Die Rückstellfeder 42 ist vorgespannt und stützt sich mit einem ihrer Enden am Pumpengehäuse 34 ab. Mit ihrem anderen Ende drückt die Rückstellfeder 42 auf den Hochdruckdichtring 16.
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An der bezogen auf 3 linken Stirnseite des Vollkörperbereichs des Kolbens 10 wird dieser durch einen (nicht dargestellten) Exzenter angetrieben. Durch diesen Antrieb verschiebt sich der Kolben 10 innerhalb des Pumpengehäuses 34 hin- oder her und übt entsprechend einen ersten oder einen zweiten Hub aus. Beim ersten Hub wird der Kolben 10 gegen die Federkraft der Rückstellfeder 42 in Richtung eines Pfeiles 44 verschoben. Dabei wird durch den Hub Bremsflüssigkeit aus dem Raum 36 durch das Rückschlagventil 40 gepresst. Auf den Schließkörper 28 wirkt dabei ein hydraulischer Druck welcher eine Kraft in Richtung eines Pfeiles 46 bewirkt. Diese Kraft unterstützt die von der Schraubenfeder 26 ausgeübte Federkraft auf den Schließkörper 28. Der Durchlass 30 ist dadurch dicht verschlossen.
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Für den zweiten Hub bewegt sich der Kolben 10, angetrieben von der Federkraft der Rückstellfeder 42, in Richtung eines Pfeiles 46. Durch diese Bewegung entsteht in dem Raum 36 ein Sog bzw. Unterdruck. Durch diesen Sog entsteht an dem Schließkörper 28 eine Kraft, die in Richtung des Pfeiles 44 wirkt. Dadurch wird der Schließkörper 28 von dem Ventilsitz 22 abgehoben und Fluid strömt durch den Durchlass 30 und durch den Käfig 18 in den Raum 36. Zugleich strömt durch die Öffnungen 32 Fluid in das Innere des Kolbens 10. Das durch den zweiten Hub entstehende Druckgefälle zwischen dem Raum 36 und dem Kolbeninneren, wird also durch das in den Raum 36 strömende Fluid wieder ausgeglichen. Der Raum 36 ist zu Beginn des folgenden Hubs entsprechend wieder mit Fluid gefüllt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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