DE102011002982B4

DE102011002982B4 - Federelement und korrespondierende Kolbenpumpe zur Förderung von Fluiden

Info

Publication number: DE102011002982B4
Application number: DE102011002982.6A
Authority: DE
Inventors: Reiner Fellmeth; Juergen Haecker; Oliver Gaertner; Heiko Jahn; Marc Zimmermann; Harald Hermann; Rolf Stotz; Daniel Gosse
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-01-21
Filing date: 2011-01-21
Publication date: 2022-05-25
Anticipated expiration: 2031-01-22
Also published as: US9394898B2; US20140030125A1; EP2665932A1; JP2014509373A; DE102011002982A1; CN103314213A; WO2012097901A1; JP5681816B2; KR20130141650A; CN103314213B

Abstract

Federelement (10, 10') für eine Kolbenpumpe (1), mit einem scheibenförmigen Grundkörper (11, 11'), in welchem mindestens ein Federsteg (16) eingebracht ist, wobei der Grundkörper (11, 11') zur Drosselung einer Fluidströmung (8) mindestens eine dynamische Drosselstelle (14) umfasst, wobei der Grundkörper (11, 11') im Bereich der mindestens einen Drosselstelle (14) federnd ausgebildet ist, so dass der Öffnungsquerschnitt der mindestens einen Drosselstelle (14) in Abhängigkeit von einer Druckdifferenz variabel einstellbar ist, wobei der Grundkörper (11, 11') im Bereich der mindestens eine Drosselstelle (14) mindestens einen den Öffnungsquerschnitt bestimmenden Federschenkel (12.1 ,12.2) aufweist, welcher den Öffnungsquerschnitt der mindestens einen Drosselstelle (14) in Abhängigkeit von der Druckdifferenz einstellt, wobei der mindestens eine Federsteg (16) kreisbogenförmig und/oder spiralförmig ausgeführt ist, wobei im Umfangsbereich des scheibenförmigen Grundkörpers (11, 11') zwei symmetrische Federschenkel (12.1 ,12.2,) ausgeführt sind, deren Enden die Form der Drosselstelle (14) bestimmen, und wobei der mindestens eine Federsteg (16) im zentralen Bereich des scheibenförmigen Grundkörpers (11, 11') ausgebildet ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Federelement. Zudem betrifft die vorliegende Erfindung eine Kolbenpumpe zur Förderung von Fluiden mit einem solchen Federelement.
Kolbenpumpen sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt. Beispielsweise werden in Fahrzeugbremsanlagen häufig Radialkolbenpumpen mit mehreren Pumpelementen zur Förderung von Druckmitteln verwendet, bei welchen wenigstens ein Kolben mittels eines Exzenters hin und her bewegt werden kann. Typischerweise bestehen diese sogenannten Pumpenelemente aus einem Kolben, einer häufig als Zylinder ausgebildeten Kolbenlauffläche, Einlass- und Auslassventilen sowie Dichtelementen. Die Ventile dienen der Fluidsteuerung bei der Pumpbewegung des Kolbens. Hierbei dient das Einlassventil dazu, das Fluid während der Verdichtungsphase nicht in den Ansaugraum zurückströmen zu lassen, das Auslassventil verhindert die Rückströmung des Fluids von der Druckseite in den Pumpeninnenraum. Typischerweise sind diese Ventile als federbelastete Kugelventile ausgebildet, wobei der Abströmkanal für das Auslassventil durch einen so genannten Auslassventildeckel und den Pumpenzylinder gebildet wird und das Auslassventil im Auslassventildeckel untergebracht ist. Optional ist eine konstante Drosselvorrichtung in den Abströmkanal integriert.
In der Offenlegungsschrift DE 102 29 201 A1 wird beispielsweise eine Kolbenpumpe zur Bremsdruckregelung in einer hydraulischen Fahrzeugbremsanlage beschrieben. Die beschriebene Kolbenpumpe umfasst ein Pumpengehäuse, ein im Pumpengehäuse verschiebbar gelagerten Pumpenkolben, ein Einlassventil, ein Auslassventil und einem zwischen dem Einlassventil und dem Auslassventil angeordneten Kompressionsraum, welcher sich bei einem Saughub des Pumpenkolbens vergrößert und bei einem Druckhub des Pumpenkolbens verkleinert. Hinter dem Auslassventil ist stromabwärts eine Druckkammer und eine die Druckkammer gegen einen Gegenraum begrenzende nachgiebige Wand vorgesehen, wobei ein Druck in der Druckkammer die nachgiebige Wand beaufschlagt und die elastische Wand eine in einem elastisch nachgiebigen Körper gelagerte elastisch federnde Membrane aufweist. Das Auslassventil weist einen Ventilsitz, einen Schließkörper und eine Schließfeder auf, welche den Schließkörper gegen den gehäusefesten vorgesehenen Ventilsitz beaufschlagt. Die Schließfeder ist in Form einer Blattfeder realisiert und stützt sich an einem Ende am Schließkörper und an einem anderen Ende an einem gehäusefesten Körper ab. In der Schließfeder ist mindestens ein Durchlass vorgesehen, der vorzugsweise so groß dimensioniert ist, dass der Durchlass praktisch keine Drosselung für das Druckmedium bedeutet, oder aber so klein dimensioniert ist, dass der Durchlass für das hindurch strömende Medium eine konstante Drosselung bedeutet.
Aus der DE 692 18 462 T2 ist eine Mischventilvorrichtung mit einem Hebel für Flüssigkeiten bekannt, welche ein Ventilgehäuse mit jeweils einem Einlass und einem gemeinsamen Auslass für die Flüssigkeiten und ein Betätigungsglied zur Regulierung der Menge und der Temperatur der durch den Auslass ausströmenden Flüssigkeit aufweist. Zudem umfasst die Mischventilvorrichtung ein Drosselglied, welches aus einer Scheibe besteht, die auf ihrer einer Verschlussfläche zugewandten Seite mit ringförmigen Flanschen oder ähnlichen Teilen von unterschiedlicher Höhe versehen ist, die zusammen mit der Verschlussfläche zwei Räume bilden, die über mindestens eine variable Öffnung miteinander zusammenwirken.
Aus der DE 10 2005 054 304 A1 sind ein Durchflussdruckregler und ein Verfahren zum Lenken eines Kraftstoffflusses und zum Reduzieren der Geräuscherzeugung in einem Kraftstoffsystem bekannt. Der Durchflussdruckregler umfasst ein unteres Gehäuse mit einem Kraftstoffeinlass, wobei der Kraftstoff durch den Kraftstoffeinlass fließt und mit einem Ventilvorspannungselement durch eine Kraftstoffkammer kommuniziert. Das Ventilvorspannungselement ermöglicht oder verhindert einen Kraftstofffluss durch die Kraftstoffkammer, indem ein Ventilelement geöffnet oder geschlossen wird. Das Ventilvorspannungselement weist eine flache Scheibe mit wenigstens zwei retikulären konzentrischen Ringen auf, die über wenigstens eine Brücke miteinander verbunden sind. Wenn der Kraftstoff an dem geöffneten Ventilelement vorbeiströmt, verteilt das Ventilvorspannungselement den Kraftstofffluss. Eine Kraftstoffabdeckung lenkt den Kraftstofffluss vom Ventilvorspannungselement zum Kraftstoffauslass.
Aus der DE 10 2004 012 281 A1 ist ein Kraftstoffdruckregler zur Verwendung bei einer Brennkraftmaschine bekannt. Der Kraftstoffdruckregler hat einen Ventilsitz und einen Ventilkörper, der stromabwärts von dem Ventilsitz angeordnet ist, und ist ausgelegt, um den Ventilkörper von dem Ventilsitz durch den Druck des Kraftstoffs, der direkt auf den Ventilkörper aufgebracht wird, weg zu bewegen. Das beseitigt den Bedarf nach einer Membran und hat einen vereinfachten Aufbau des Kraftstoffdruckreglers zur Folge.
Aus der nachveröffentlichten DE 10 2010 040 169 A1 sind eine Vorrichtung zur Drosselung einer Fluidströmung mit einem Grundkörper, welcher mindestens eine Drosselstelle mit einem vorgebbaren Öffnungsquerschnitt umfasst, sowie eine Kolbenpumpe zur Förderung von Fluiden mit einer solchen Drosselvorrichtung bekannt. Hierbei ist der Grundkörper zumindest im Bereich der mindestens einen Drosselstelle federnd ausgebildet, so dass der Öffnungsquerschnitt der mindestens einen Drosselstelle in Abhängigkeit von einer Druckdifferenz variabel einstellbar ist.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Federelement mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 und eine zugehörige Kolbenpumpe mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 5 mit einem solchen Federelement haben demgegenüber den Vorteil, dass sich ein Grundkörper des Federelements bei ansteigender Druckdifferenz dynamisch verhält. Das bedeutet, dass ein Öffnungsquerschnitt von mindestens einer Drosselstelle in Abhängigkeit von der Druckdifferenz variabel eingestellt wird.
Der Kern der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass das erfindungsgemäße Federelement die Funktion einer Schließfeder für ein Schließelement eines Ventils und die Funktion einer Drosselvorrichtung zur dynamischen Drosselung eines Fluidstroms kombiniert. Hierbei regelt die Schließfederfunktion in Verbindung mit einem Schließkörper, welcher beispielsweise als Kugel, Kalotte oder in einer anderen Form ausgeführt sein kann, den Öffnungsdruck eines Ventils, beispielsweise eines Auslassventils, welches einen Kompressionsraum einer Kolbenpumpe von der Hochdruckseite des zugehörigen Systems trennt. Zur Umsetzung der Drosselfunktion ist der Grundkörper im Bereich der Drosselstelle federnd ausgebildet, so dass sich die Drosselvorrichtung bei ansteigender Druckdifferenz dynamisch verhält. Die Kombination der beiden Funktionen wird im erfindungsgemäßen Federelement vorzugweise dadurch umgesetzt, dass eine erste Federwirkung des Federelements für die Schließfederfunktion im Wesentlichen senkrecht zu einer zweiten Federwirkung des Federelements für die Drosselfunktion wirkt. Vorzugsweise erfolgt die erste Federwirkung des Federelements axial und die zweite Federwirkung des Federelements erfolgt radial.
Das erfindungsgemäße Federelement ist so konzipiert, dass es bei Abweichungen wie Drucküberhöhungen bei Tieftemperaturen oder einem höheren Volumenstrom die mindestens eine Drosselstelle in vorteilhafter Weise federnd nachstellen bzw. öffnen kann. Die dynamische Drosselfunktion des Federelements bildet eine Drosselwirkung ab, die je nach Druck unterschiedlich ist. Bei höheren Drücken biegen sich beispielsweise Federschenkel der Drosselvorrichtung auf und die Drosselstelle wird größer. Durch diese Vergrößerung der Drosselstelle wird die Drosselwirkung minimiert. D.h. bei kleinen Drücken liegt eine hohe Drosselwirkung vor und bei höheren Drücken wird die Drosselwirkung reduziert. Durch die hohe Drosselwirkung bei niedrigen Drücken kann der Druck in vorteilhafter Weise möglichst lange im Auslassventildeckel gehalten werden. So kann eine drosselnde Wirkung durch einen Volumentopf und/oder einen Speicher erfolgen und die Pumpenfunktion weiter verbessert werden. So kann beispielsweise ein erhöhter Innendruck in einer Kolbenpumpe vermieden werden und damit eine Beschädigung von Bauteilen. Damit kann eine kostenoptimierte Auslegung der Bauteile auf gleichem Druckniveau erfolgen. Im „Normalbetrieb“ innerhalb des linearen Verhaltens des Fluids wird die Drosselstelle durchströmt. Wächst aufgrund der Temperaturänderung die Viskosität und somit der Strömungswiderstand an, wird der Querschnitt der Drosselstelle leicht federnd vergrößert. Durch eine definierte, einseitige Abströmrichtung der Drosselvorrichtung kann der Schließkörper des Auslassventils der Kolbenpumpe in eine Vorzugslage indiziert werden, welche sich positiv auf das Geräuschverhalten der Kolbenpumpe auswirkt.
Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Federelements für eine Kolbenpumpe, umfassen einen scheibenförmigen Grundkörper, in welchem mindestens ein Federsteg eingebracht ist. Hierbei umfasst der Grundkörper zur Drosselung einer Fluidströmung mindestens eine dynamische Drosselstelle, wobei der Grundkörper im Bereich der mindestens einen Drosselstelle federnd ausgebildet ist, so dass der Öffnungsquerschnitt der mindestens einen Drosselstelle in Abhängigkeit von einer Druckdifferenz variabel einstellbar ist. Zudem weist der Grundkörper im Bereich der mindestens einen Drosselstelle mindestens einen den Öffnungsquerschnitt bestimmenden Federschenkel auf, welcher den Öffnungsquerschnitt der mindestens einen Drosselstelle in Abhängigkeit von der Druckdifferenz einstellt. Des Weiteren ist der mindestens eine Federsteg kreisbogenförmig und/oder spiralförmig ausgeführt. Dies ermöglicht eine einfache und schnelle Herstellung des Federstegs durch einen Stanzvorgang. Der Grundkörper umfasst im Umfangsbereich mehrere symmetrische Federschenkel, deren Enden die Form und Abmessungen der mindestens einen Drosselstelle bestimmen. Die Drosselstelle kann so gestaltet sein, dass eine erste Öffnung mit einem bevorzugten Abströmkanal durch zwei Federschenkel vorgegeben wird, und eine in Fluidströmungsrichtung nach der ersten Öffnung angeordnete zweite Öffnung mit einem weiteren Abströmkanal durch zwei Umfangsschenkel vorgegeben wird. Hierbei ist der mindestens eine Federsteg im zentralen Bereich des scheibenförmigen Grundkörpers ausgebildet. Dies ermöglicht eine unabhängige Ausführung der im erfindungsgemäßen Federelement kombinierten Funktionen.
Die erfindungsgemäße Kolbenpumpe zur Förderung von Fluiden umfasst einen Kolben, ein Zylinderelement und einen zwischen einem Einlassventil und einem Auslassventil angeordneten Druckraum, welcher von einem Deckel abgeschlossen ist, wobei das Auslassventil ein Schließelement umfasst, welches gegen die Kraft eines erfindungsgemäßen Federelements bewegbar ist, und wobei nach dem Auslassventil in der Fluidströmung Mittel zum Drosseln der Fluidströmung vorgesehen sind, welche in das Federelement integriert sind. Die erfindungsgemäße Kolbenpumpe kann beispielsweise in einer Fahrzeugbremsanlage zur Förderung von Druckmitteln verwendet werden.
Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Federelements ermöglichen durch den federnden Grundkörper, welcher an der Drosselstelle einen Abströmkanal aufweist, dass sich der Abströmkanal bei einem hochviskosem Zustand des Fluids weitet, so dass sich an der Drosselvorrichtung eine nahezu konstante Druckdifferenz einstellt. Durch die erfindungsgemäße dynamische Drosselfunktion reduzieren sich Antriebsleistung, sowie die Belastung der kraftübertragenden Einzelteile wie Lager, Kolben, Hochdruckdichtringe usw. Durch die Formgebung des Grundkörpers sowie der Drosselstelle und des Federstegs können das Drossel- und/oder Schließverhalten auf die Pumpenfunktion abgestimmt werden. Somit ermöglichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine Qualitätsverbesserung des Fluidsystems in welchem sie eingesetzt werden. Als weiterer Vorteil kann durch das dynamische Verhalten der Drosselfunktion ein Zusetzen der Drosselstelle in vorteilhafter Weise verhindert werden. Dies kann bei zukünftigen Konstruktionen bei geeignetem Design zur Kostenersparnis ausgenutzt werden. Das erfindungsgemäße Federelement kann nicht nur in Verbindung mit einer Kolbenpumpe sondern auch für andere Baugruppen des Fluidsystems verwendet werden.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen des im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebenen Federelements und der im unabhängigen Patentanspruch 5 angegebenen Kolbenpumpe zur Förderung von Fluiden möglich.
Die mindestens eine Drosselstelle weist beispielsweise einen von der Druckdifferenz unabhängigen minimalen Öffnungsquerschnitt und/oder maximalen Öffnungsquerschnitt auf. Das bedeutet, dass die Drosselstelle im unbelasteten Zustand einen Abströmkanal mit einem vorgegebenen minimalen Öffnungsquerschnitt aufweist. Zusätzlich oder alternativ, kann der maximale Querschnitt des Abströmkanals der Drosselstelle im belasteten Zustand beispielsweise durch einen Anschlag begrenzt werden. Der minimale Öffnungsquerschnitt der mindestens einen Drosselstelle kann in vorteilhafter Weise auf einen Volumenstrom in einem vorgegebenen Temperaturbereich optimiert werden. Auf Grund von Temperaturänderung ändert sich auch die Viskosität des Fluids und somit der Strömungswiderstand an der Drosselstelle. Dadurch wird die Drosselstelle nun zusätzlich aufgeweitet, so dass sich durch das federnde Verhalten der freie Querschnitt der Drosselstelle vergrößert bzw. ein neuer freier Querschnitt einstellt. Dadurch steigt die Druckdifferenz an der Drosselstelle in vorteilhafter Weise, insbesondere bei niedrigen Temperaturen nicht an und andere Bauteile des Fluidsystems werden nicht beschädigt.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Federelements bestimmen gewählte Federeigenschaften und/oder eine gewählte Bauform des Grundkörpers und/oder eine gewählte Bauform der mindestens einen Drosselstelle das dynamische Verhalten des Öffnungsquerschnitts der mindestens einen Drosselstelle und/oder eine aktuell wirksame Federkraft des mindestens einen Federstegs bei Druckdifferenzänderungen.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Federelements ist am Umfang des Grundkörpers mindestens eine Zentriernase für einen lagerichtigen Einbau des Federelements angeordnet.
In vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe ist das Federelement zwischen zwei planen Flächen des Zylinderelements und des Deckels eingelegt, wodurch eine einfache Montage des Federelements ermöglicht wird. Hierbei ist der Grundkörper des Federelements im Wesentlichen mit seinen Umfangsschenkeln zwischen dem Zylinderelement und dem Deckel der Kolbenpumpe 1 angeordnet.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen.
Figurenliste

1 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kolbenpumpe zur Förderung von Fluiden.
2 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Federelements für die in 1 dargestellte Kolbenpumpe.
3 zeigt eine perspektivische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Federelements für die in 1 dargestellte Kolbenpumpe.

Ausführungsformen der Erfindung
Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst eine erfindungsgemäße Kolbenpumpe 1 zur Förderung von Fluiden einen Kolben 3, ein Zylinderelement 5, ein Dichtelement 7 und einen Fluidfilter 9, welcher vor einer nicht sichtbaren Einlassöffnung angeordnet ist, hinter der ein nicht sichtbares Einlassventil angeordnet ist. Zwischen dem nicht dargestellten Einlassventil und einem Auslassventil 20 ist im Inneren des Zylinderelements 5 ein nicht sichtbarer Druckraum angeordnet, welcher von einem Deckel 6 abgeschlossen ist, in welchem das Auslassventil 20 angeordnet ist. Der Deckel 6 ist durchsichtig dargestellt und wird auf ein hinteres als Absatz 5.1 ausgeführtes Teil des Zylinderelements 5 aufgepresst, so dass zwischen dem Deckel 6 und dem Absatz 5.1 mindestens ein Fluidkanal und mindestens eine Abströmöffnung ausgebildet sind. Die dargestellte erfindungsgemäße Kolbenpumpe 1 kann beispielsweise in einer nicht dargestellten Aufnahmebohrung eines Pumpengehäuses bzw. eines Fluidblocks angeordnet werden. In die Aufnahmebohrung können quer verlaufende Druckmittelkanäle münden, durch welche Fluid über den Fluidfilter 9 zur Einlassöffnung der Kolbenpumpe 1 hin geführt wird bzw. von der mindestens einen Abströmöffnung der Kolbenpumpe 1 weggeführt wird.
Wie aus 1 weiter ersichtlich ist, umfasst das Auslassventil 20 einen an einer Auslassöffnung des Druckraums angeordneten nicht sichtbaren Dichtsitz, einen Schließkörper 24, welcher beispielsweise als Kugel, Kalotte oder in einer anderen Form ausgeführt sein kann, und einen auf den Schließkörper 24 wirkender Federsteg 16. Im Fluidstrom ist nach dem Auslassventil 20 eine Vorrichtung 12 zum Drosseln des Fluidstroms mit einem Grundkörper 11, 11' und einer Drosselstelle 14 vorgesehen, um die Geräuschbildung zu reduzieren. Zu diesem Zweck ist zwischen dem Zylinderelement 5 und dem Deckel 6 ein Einbauraum für ein Federelement 10, 10' vorgesehen, welcher von einer planen Fläche an der Stirnseite des Zylinderelements 5 und von einer planen nach innen abgestuften Fläche des Deckels 6 begrenzt ist. Das Federelement 10, 10' wird beispielsweise vor dem Aufpressen des Deckels 6 auf den Absatz 5.1 des Zylinderelements 5 in den Deckel 6 eingelegt.
Hierbei kombiniert das Federelement 10, 10' eine Schließfederfunktion, im dargestellten Ausführungsbeispiel für das Auslassventil 20, mit einer dynamischen Drosselfunktion an der Drosselstelle 14. Wie aus 1 bis 3 ersichtlich ist, weist das Federelement 10, 10' einen scheibenförmigen Grundkörper 11, 11' auf, in welchem mindestens ein Federsteg 16 eingebracht ist. Des Weiteren umfasst der Grundkörper 11, 11' zur Drosselung der Fluidströmung 8 mindestens eine dynamische Drosselstelle 14, in deren Bereich der Grundkörper 11, 11' federnd ausgebildet ist, so dass der Öffnungsquerschnitt der mindestens einen Drosselstelle 14 in Abhängigkeit von einer Druckdifferenz variabel einstellbar ist. Somit regelt das erfindungsgemäße Federelement 10, 10' über die Schließfederfunktion in Verbindung mit dem Schließkörper 24 den Öffnungsdruck des Auslassventils 20, welches einen Kompressionsraum der Kolbenpumpe 1 von der Hochdruckseite des zugehörigen Systems trennt, und über die dynamische Drosselfunktion den wirksamen Querschnitt der Drosselstelle 14. Die Kombination der beiden Funktionen werden im erfindungsgemäßen Federelement 10, 10' vorzugweise dadurch umgesetzt, dass eine erste Federwirkung des Federelements 10, 10' für die Schließfederfunktion im Wesentlichen senkrecht zu einer zweiten Federwirkung des Federelements 10, 10' für die Drosselfunktion wirkt. Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen erfolgt die erste Federwirkung des Federelements 10, 10' axial und die zweite Federwirkung des Federelements 10, 10' erfolgt radial.
Durch die federnde Ausbildung des Grundkörpers 11, 11' im Bereich der mindestens einen Drosselstelle 14, sind Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise in der Lage, ihr Drosselverhalten bzw. ihren Öffnungsquerschnitt dynamisch an die herrschende Druckdifferenz anzupassen. Zu diesem Zweck weist der Grundkörper 11, 11' im Bereich der mindestens einen Drosselstelle 14 mindestens einen den Öffnungsquerschnitt bestimmenden Federschenkel 12.1, 12.2 auf, welcher den Öffnungsquerschnitt der mindestens einen Drosselstelle 14 in Abhängigkeit von der Druckdifferenz einstellt.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist die mindestens eine Drosselstelle 14 einen von der Druckdifferenz unabhängigen minimalen Öffnungsquerschnitt auf, der in Abhängigkeit vom gewünschten Drosselverhalten auf einen Volumenstrom in einem vorgegebenen Temperaturbereich optimiert sein kann. Auf Grund von Temperaturänderung ändert sich auch die Viskosität des Fluids und somit der Strömungswiderstand am vorgegebenen minimalen Drosselquerschnitt der Drosselstelle 14. Durch die federnde Ausführung des Grundkörpers 11, 11' im Bereich der Drosselstelle 14 wird die Drosselstelle 14 aufgeweitet, so dass sich der freie Querschnitt vergrößert bzw. ein neuer freier Querschnitt einstellt. Dadurch steigt der Innendruck der Kolbenpumpe 1 in vorteilhafter Weise, insbesondere bei niedrigen Temperaturen nicht an, so dass andere Bauteile der Kolbenpumpe 1 nicht beschädigt werden. Ein von der Druckdifferenz unabhängiger maximaler Öffnungsquerschnitt der Drosselstelle 14 kann beispielsweise vom vorhandenen Einbauraum oder von einem Anschlag vorgegeben werden. Das dynamische Verhalten des Öffnungsquerschnitts der mindestens einen Drosselstelle 14 bei Druckdifferenzänderungen kann in vorteilhafter Weise durch Auswahl bzw. Vorgabe der Federeigenschaften und/oder der Bauform des Grundkörpers 11, 11' und/oder der Bauform der mindestens einen Drosselstelle 14 bestimmt werden. Gleiches gilt für die Federwirkung des mindestens einen Federstegs 16 zur Umsetzung der Schließfederfunktion.
Wie aus 1 bis 3 weiter ersichtlich ist, ist der mindestens eine Federsteg 16 im zentralen Bereich des scheibenförmigen Grundkörpers 11, 11' ausgebildet. In den dargestellten Ausführungsbeispielen ist der Federsteg 16 spiralförmig mit einem zugehörigen Durchbruch ausgebildet. Alternativ sind kreisbogenförmige oder andere dem Fachmann als geeignet erscheinende Formen für die Ausführung des mindestens einen Federstegs 16 vorstellbar.
Wie aus 1 bis 3 weiter ersichtlich ist, weist der Grundkörper 11, 11' der Federelemente 10, 10' bei den dargestellten Ausführungsformen im Umfangsbereich jeweils zwei Federschenkel 12.1 ,12.2 auf, deren Enden die Form der jeweiligen Drosselstelle 14 bestimmen. Der Grundkörper 11, 11' des Federelements 10, 10' kann beispielsweise als Stanzteil hergestellt werden.
Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Grundkörper 11 des Federelements 10 als Stanzteil mit einer Drosselstelle 14 und mehreren Zentriernasen 18 ausgeführt, welche am Grundkörper 11 angeordnet sind, um das Einlegen des Federelements 10 zu erleichtern. Die Zentriernasen 18 ermöglichen in vorteilhafter Weise einen lagerichtigen Einbau des Grundkörpers 11. Wie aus 2 weiter ersichtlich ist, ermöglicht der vorgegebene minimale Öffnungsquerschnitt der Drosselstelle 14, dessen Form von zwei Federschenkeln 12.1, 12.2 bestimmt wird, bis zu einem durch das Federverhalten bestimmten Grenzdruckdifferenzwert eine zunehmende Fluidströmung 8 durch den Abströmkanal 15 der Drosselstelle 14. Steigt die Druckdifferenz über den Grenzdruckdifferenzwert an, dann werden die beiden Federschenkel 12.1, 12.2 in die durch Pfeile 8.1, 8.2 angezeigte Richtungen gespreizt, so dass sich der Öffnungsquerschnitt der Drosselstelle 14 und eine Strömungsmenge Q des Fluids vergrößert und die wirksame Druckdifferenz reduziert werden.
Wie aus 2 weiter ersichtlich ist, ermöglicht die zwischen zwei Umfangschenkeln 12.3, 12.4 des Grundkörpers 11 ausgebildete Abströmöffnung 15 die Vorgabe eines maximalen Öffnungsquerschnitts der Drosselstelle 14, wobei die Form der Abströmöffnung 15 von den Enden der Umfangsschenkel 12.3, 12.4 bestimmt wird. Des Weiteren ist der Grundkörper 11 im Wesentlichen mit seinen Umfangsschenkeln 12.3, 12.4 zwischen dem Zylinderelement 5 und dem Deckel 6 der Kolbenpumpe 1 angeordnet.
Im Unterschied zu dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel weist das in 3 dargestellte Ausführungsbeispiel des Federelements 10' einen als Stanzteil ausgeführten Grundkörper 11' auf, an welchem keine Zentriernasen angeordnet sind. Wie aus 3 weiter ersichtlich ist, ermöglicht der vorgegebene minimale Öffnungsquerschnitt der Drosselstelle 14, dessen Form von zwei Federschenkeln 12.1, 12.2 bestimmt wird, bis zu einem durch das Federverhalten bestimmten Grenzdruckdifferenzwert auch bei dieser Ausführungsform eine zunehmende Fluidströmung 8 durch den Abströmkanal 15 der Drosselstelle 14. Steigt die Druckdifferenz über den Grenzdruckdifferenzwert an, dann werden die beiden Federschenkel 12.1, 12.2 in die durch Pfeile 8.1, 8.2 angezeigte Richtungen gespreizt, so dass sich der Öffnungsquerschnitt der Drosselstelle 14 und eine Strömungsmenge Q des Fluids vergrößert und die wirksame Druckdifferenz reduziert werden. Auch bei dieser Ausführungsform ermöglicht die zwischen zwei Umfangschenkeln 12.3, 12.4 des Grundkörpers 11 ausgebildete Abströmöffnung 15 die Vorgabe eines maximalen Öffnungsquerschnitts der Drosselstelle 14, wobei die Form der Abströmöffnung 15 von den Enden der Umfangsschenkel 12.3, 12.4 bestimmt wird. Des Weiteren ist der Grundkörper 11' im Wesentlichen mit seinen Umfangsschenkeln 12.3, 12.4 zwischen dem Zylinderelement 5 und dem Deckel 6 der Kolbenpumpe 1 angeordnet.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ermöglichen in vorteilhafter Weise ein sehr gutes NVH-Verhalten (NVH: Noise, Vibration, Harshness). Mittels der federnden Drosselvorrichtung kann bei hochviskosem Zustand des Fluids die Druckdifferenz vor und nach der Drosseleinrichtung in vorteilhafter Weise konstant gehalten werden. Dadurch reduzieren sich die Antriebsleistung, sowie die Belastung der kraftübertragenden Einzelteile wie Lager, Kolben, Hochdruckdichtringe usw. Dies kann bei zukünftigen Konstruktionen bei geeignetem Design zur Kostenersparnis ausgenutzt werden. Des Weiteren kann durch die Formgebung der Drosselstelle das Drosselverhalten in vorteilhafter Weise auf die Funktion abgestimmt werden.

Claims

Federelement (10, 10') für eine Kolbenpumpe (1), mit einem scheibenförmigen Grundkörper (11, 11'), in welchem mindestens ein Federsteg (16) eingebracht ist, wobei der Grundkörper (11, 11') zur Drosselung einer Fluidströmung (8) mindestens eine dynamische Drosselstelle (14) umfasst, wobei der Grundkörper (11, 11') im Bereich der mindestens einen Drosselstelle (14) federnd ausgebildet ist, so dass der Öffnungsquerschnitt der mindestens einen Drosselstelle (14) in Abhängigkeit von einer Druckdifferenz variabel einstellbar ist, wobei der Grundkörper (11, 11') im Bereich der mindestens eine Drosselstelle (14) mindestens einen den Öffnungsquerschnitt bestimmenden Federschenkel (12.1 ,12.2) aufweist, welcher den Öffnungsquerschnitt der mindestens einen Drosselstelle (14) in Abhängigkeit von der Druckdifferenz einstellt, wobei der mindestens eine Federsteg (16) kreisbogenförmig und/oder spiralförmig ausgeführt ist, wobei im Umfangsbereich des scheibenförmigen Grundkörpers (11, 11') zwei symmetrische Federschenkel (12.1 ,12.2,) ausgeführt sind, deren Enden die Form der Drosselstelle (14) bestimmen, und wobei der mindestens eine Federsteg (16) im zentralen Bereich des scheibenförmigen Grundkörpers (11, 11') ausgebildet ist.
Federelement (10, 10') nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Drosselstelle (14) einen von der Druckdifferenz unabhängigen minimalen Öffnungsquerschnitt und/oder maximalen Öffnungsquerschnitt aufweist.
Federelement (10, 10') nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass gewählte Federeigenschaften und/oder eine gewählte Bauform des Grundkörpers (11, 11') und/oder eine gewählte Bauform der mindestens einen Drosselstelle (14) das dynamische Verhalten des Öffnungsquerschnitts der mindestens einen Drosselstelle (14) und/oder eine aktuell wirksame Federkraft des mindestens einen Federstegs (16) bei Druckdifferenzänderungen bestimmen.
Federelement (10, 10') nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass am Umfang des Grundkörpers (11) mindestens eine Zentriernase (18) für einen lagerichtigen Einbau angeordnet ist.
Kolbenpumpe (1) zur Förderung von Fluiden, welche einen Kolben (3), ein Zylinderelement (5) und einen zwischen einem Einlassventil und einem Auslassventil (20) angeordneten Druckraum umfasst, welcher von einem Deckel (6) abgeschlossen ist, wobei das Auslassventil (20) ein Schließelement (24) umfasst, welches gegen die Kraft eines Federelements (10, 10') bewegbar ist, und wobei nach dem Auslassventil (20) in der Fluidströmung (8) Mittel (12) zum Drosseln der Fluidströmung (8) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (10, 10') des Auslassventils (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 ausgeführt ist.
Kolbenpumpe (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (10, 10') zwischen zwei planen Flächen des Zylinderelements (5) und des Deckels (6) eingelegt ist.