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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Kolbenanordnung einer Kolbenpumpe mit einem in einem Zylinder verschiebbar gelagerten Kolben, einem am Kolben beweglich angeordneten Ventilkörper und einer den Ventilkörper federnd vorspannenden Ventilfeder. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung einer solchen Kolbenanordnung bei einer Kolbenpumpe einer Fahrzeugbremsanlage.
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Ein Bestandteil von modernen Fahrzeugbremsanlagen ist ein Hydraulikaggregat, welches bei Kraftfahrzeugen, wie beispielsweise Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen verwendet wird, um an deren Bremssystem geregelte Bremsdrücke bereitzustellen. Zum Dosieren dieses Bremsdrucks weist das Hydraulikaggregat in der Regel eine Kolbenpumpe mit einer Kolbenanordnung auf, bei der in einem Zylinder ein Kolben verschiebbar gelagert ist. Das Verschieben des Kolbens erfolgt in einem Zwei-Takt. Dabei wird in einem ersten Takt ein zu förderndes Fluid, insbesondere Bremsflüssigkeit, durch ein Einlassventil angesaugt. In dem zweiten Takt wird das Fluid durch ein Auslassventil ausgestoßen. Der Kolben ist gegen die innere Mantelfläche des Zylinders mittels eines Dichtelements abgedichtet und dabei von diesem Dichtelement auch in dem Zylinder während seiner Hubbewegung geführt. Das Einlassventil ist am Kolben selbst angeordnet, bewegt sich mit diesem mit und weist dabei einen Ventilkörper auf, der mittels einer Ventilfeder federnd vorgespannt gegen einen Ventilsitz gehalten ist. Eine derartige Kolbenpumpe ist beispielsweise aus
DE 10 2005 017 131 A1 bekannt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kolbenpumpe mit einer Kolbenanordnung zu schaffen, die im Bereich des Einlassventils kleiner und damit bauraumsparender aufgebaut ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß ist eine Kolbenanordnung einer Kolbenpumpe mit einem in einem Zylinder verschiebbar gelagerten Kolben, einem am Kolben beweglich angeordneten Ventilkörper und einer den Ventilkörper federnd vorspannenden Ventilfeder geschaffen, bei der die Ventilfeder als eine auf Zug belastete Feder gestaltet ist. Mit anderen Worten ist die Ventilfeder nicht wie bisher üblich als eine Druckfeder gestaltet, welche an dem Ventilkörper an der vom Ventilsitz abgewandten Seite angeordnet ist und von dort aus den Ventilkörper gegen den Ventilsitz drängt. Stattdessen ist die Ventilfeder als eine Zugfeder gestaltet, welche insbesondere in dem axialen Abschnitt zwischen dem Ventilsitz und dem Ventilkörper angeordnet ist. Die Zugfeder zieht dabei den Ventilkörper gegen den Ventilsitz. Dieses Ziehen erfolgt also insbesondere in Axialrichtung des Kolbens. Dazu kann die Ventilfeder selbst aus derart elastischem Material gestaltet sein, dass sie beim Abheben des Ventilkörpers vom Ventilsitz hinsichtlich ihrer axialen Längserstreckung gelängt wird. Beim Zurückbewegen des Ventilkörpers gegen den Ventilsitz wird die Zugfeder dann wieder hinsichtlich ihrer axialen Länge verkürzt. Diese Bewegung steht also genau im Gegensatz zu einer Druckfeder. Die erfindungsgemäße Ventilfeder ist vorteilhaft als eine Schraubenfeder gestaltet, deren Wendelgänge beim axialen Ausfedern geweitet bzw. verkürzt werden.
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Mit der derartigen erfindungsgemäßen Ventilfeder kann im Bereich des Einlassventils der Einbauraum erheblich verkleinert werden, weil insbesondere die ansonsten für eine Druckfeder erforderliche axiale Länge eingespart werden kann. Die Ventilfeder kann vorteilhaft um den Ventilkörper herum ausgebildet sein, so dass sie zwar ebenfalls eine axiale Längserstreckung aufweist, dafür aber im Einbauraum keine axiale Länge reserviert sein muss.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kolbenanordnung ist die Ventilfeder mit einem Federdraht gestaltet. Mit dem Federdraht kann ein dauerhaft elastisches Element zur Verfügung gestellt werden, welches vergleichsweise hohe Federkräfte bietet und zugleich besonders klein ist. Gerade auch in radialer Richtung steht mit einem solchen Federdraht ein sehr kompaktes Federelement zur Verfügung. Mit dem Federdraht kann ferner auch der Ventilkörper vorteilhaft gehalten und innerhalb der Ventilfeder positioniert werden.
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Ferner ist die Ventilfeder vorzugsweise kegelförmig gestaltet. Mit der Kegelform kann der Ventilkörper derart umfasst werden, dass er in dem sich kegelförmig verjüngenden Abschnitt der Ventilfeder zum Anliegen und Abstützen kommt. An dem sich aufweitenden Abschnitt kann die Ventilfeder dann im Bereich des Ventilsitzes gehalten werden.
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Wie eingangs erläutert ist bei erfindungsgemäßen Kolbenanordnungen vorzugsweise ein am Kolben angeordnetes, den Kolben radial gegen den Zylinder abdichtendes Dichtelement vorgesehen. Dabei ist bevorzugt die Ventilfeder von dem Dichtelement am Kolben gehalten. Auf diese Weise ist eine gesonderte Befestigung der Ventilfeder im Bereich des Ventilsitzes nicht mehr erforderlich. Die Ventilfeder kann durch ein einfaches Anordnen des Dichtelements am Kolben mitbefestigt werden. Dazu wird das Dichtelement besonders bevorzugt an dem Kolben aufgepresst.
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Besonders bevorzugt ist die Ventilfeder zwischen dem Kolben und dem Dichtelement geklemmt. Die Klemmung kann durch das genannte Aufpressen des Dichtelements am Endbereich des Kolbens kostenneutral hergestellt werden. Dazu ist am Endbereich vorzugsweise ein Absatz bzw. eine Stufe vorgesehen, an der das Dichtelement auch in axialer Richtung eindeutig positioniert werden kann.
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Zwischen dem Kolben und dem Dichtelement ist vorzugsweise ein Ringspalt ausgebildet, in dem ein Abschnitt der Ventilfeder positioniert ist. Der Ringspalt stellt einen räumlich klar begrenzten Bereich für die Anordnung der Ventilfeder und damit insbesondere auch für die Positionierung des darin gehaltenen Ventilkörpers am Ventilsitz zur Verfügung. Damit die Breite des Ringspalts gerade in axialer Richtung genau vordefiniert ist, ist vorzugsweise am Dichtelement und/oder am Kolben eine entsprechende Stufung ausgebildet, deren Höhe die gewünschte Breite ergibt.
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Die Ventilfeder ist vorzugsweise mit einem ersten Ringabschnitt gestaltet, mit dem sie am Kolben gehaltert ist, und der insbesondere zwischen dem Kolben und dem Dichtelement geklemmt ist. Ein solcher Ringabschnitt erlaubt es, die Ventilfeder ohne Positionierung hinsichtlich ihrer Drehlage sehr einfach zu montieren. Ferner schafft der Ringabschnitt eine über den gesamten Umfang der Ventilfeder hinweg gleichmäßige Ankopplung an den Kolben und indirekt zum dortigen Ventilsitz. Der derart mit der Ventilfeder gehaltene Ventilkörper ist besonders präzise am Ventilsitz vorpositioniert.
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Die Ventilfeder ist ferner vorteilhaft mit einem zweiten Ringabschnitt gestaltet, mit dem sie gegen den Ventilkörper anliegt. Auf diese Weise ist auch der Ventilkörper selbst sehr präzise an der Ventilfeder positioniert.
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Schließlich sind bei der erfindungsgemäßen Kolbenanordnung vorzugsweise der Ventilkörper und das Federelement einteilig gestaltet. Eine solche Gestaltung senkt die Anzahl an Bauteilen an der Kolbenanordnung und reduziert damit insbesondere den Montageaufwand.
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Darüber hinaus ist die Erfindung insbesondere auf eine Verwendung einer derartigen erfindungsgemäßen Kolbenanordnung speziell bei einer Kolbenpumpe einer Fahrzeugbremsanlage gerichtet. Bei einer solchen Kolbenpumpe ist es besonders wichtig, dass sie sehr klein und leicht gebaut ist und es über ihre lange Lebensdauer hinweg zu keinerlei Störungen kommt. All diese Anforderungen können mit der erfindungsgemäßen Lösung in sehr vorteilhafte Weise erfüllt werden.
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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 einen Längsschnitt einer Kolbenpumpe mit einer Kolbenanordnung gemäß dem Stand der Technik und
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2 einen Längsschnitt einer Kolbenpumpe mit einer erfindungsgemäßen Kolbenanordnung.
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In 1 ist eine Kolbenpumpe 10 gemäß dem Stand der Technik veranschaulicht, die unter anderem eine Kolbenanordnung 12 umfasst, welche aus einem Zylinder 14 und einem darin verschiebbar gelagerten Kolben 16 gebildet ist. Die Kolbenanordnung 12 umfasst ferner ein Einlassventil 18 und ein Auslassventil 20. Diese Ventile 18 und 20 sind dafür vorgesehen, dass der Kolben 16 bei seiner Hubbewegung im Zylinder 14 ein Fluid durch einen Einlass 22 in einen Hochdruckraum bzw. Hochdruckbereich 24 im Inneren des Zylinders 14 einsaugen und dieses Fluid durch einen Auslass 26 unter Druck wieder aus dem Hochdruckbereich 24 herausfördern kann. Das Fluid ist vorliegend eine Bremsflüssigkeit.
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Der Kolben 16 ist dabei in Axialrichtung mittels einer sich im Hockdruckbereich 24 befindenden Rückstellfeder 28 federnd vorgespannt. Die Rückstellfeder 28 ist bezogen auf 1 an ihrem linken Ende an der Stirnfläche des Zylinders 14 abgestützt und drängt an ihrem rechten Ende gegen ein Dichtelement 30. Mit dem Dichtelement 30 ist der Hochdruckbereich 24 im Zylinder 14 abgedichtet. Das Dichtelement 30 ist ringförmig gestaltet und umschließt den Kolben 16 an dessen Endbereich an einer Stufe 32. An dieser Stufe 32 ist das Dichtelement 30 aufgepresst. Das derart am Kolben 16 gehalterte Dichtelement 30 legt sich radial innen gegen die innere Mantelfläche 34 des Zylinders 14 mit einer Dichtlippe 36 an, um dort entlang zu gleiten und dabei abzudichten.
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Mit dem derart am Kolben 16 gehaltenen Dichtelement 30 ist ein becherförmiger Ventilkäfig bzw. ein Ventilgehäuse 38 einstückig ausgebildet, das zu dem Einlassventil 18 gehört. Im Inneren des Ventilgehäuses 38 ist eine Ventilfeder 40 abgestützt, die kreiszylindrisch und dabei mit einem schraubenförmigen Federdraht als eine Druckfeder gestaltet ist. Die Ventilfeder 40 drängt auf diese Weise einen Ventilkörper 42 gegen einen am Kolben 16 ausgebildeten Ventilsitz 44. Die Ventilfeder 40 drängt dabei an einem ihrer Endbereiche mit einem ersten, die Ventilfeder 40 haltenden Ringabschnitt 46 innen gegen das Ventilgehäuse 38. An dem gegenüberliegenden Endbereich drängt die Ventilfeder 40 mit einem zweiten Ringabschnitt 48 gegen die vom Ventilsitz 44 abgewandte Seite des dabei als Kugel gestalteten Ventilkörpers 42.
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Der Ventilkörper 42 liegt dadurch (im in 1 dargestellten Betriebszustand) an dem Ventilsitz 44 an, der an der Stirnseite des Kolbens 16 ausgebildet ist. Der Ventilkörper 42 wird von dem Ventilsitz 44 gegen die Kraft der Ventilfeder 40 abgehoben, wenn der Kolben 16 bezogen auf 1 nach rechts aus dem Zylinder 14 herausgezogen wird. Bei dieser Bewegung wird also das Einlassventil 18 geöffnet und Fluid wird in den Hochdruckbereich 24 eingesaugt.
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Die 2 zeigt eine erfindungsgemäße Kolbenpumpe 10. Diese weist ebenfalls eine Kolbenanordnung 12 mit einem Zylinder 14 und einem darin verschiebbaren Kolben 16 auf. Ferner sind ebenfalls ein Einlassventil 18 und ein Auslassventil 20 vorgesehen. Der Kolben 16 ist mit einer sich in einem Hockdruckbereich 24 befindenden Rückstellfeder 28 federnd vorgespannt. Ferner befindet sich zwischen dem Kolben 16 und dem Zylinder 14 ein Dichtelement 30, welches an dem Kolben 16 ortsfest gehaltert ist und an der inneren Mantelfläche 34 des Zylinders 14 entlang gleiten kann.
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Dieses Dichtelement 30 ist jedoch ohne ein zugehöriges Ventilgehäuse gestaltet. Stattdessen ist eine zum Einlassventil 18 gehörende Ventilfeder 40 als Zugfeder gestaltet, die einen Ventilkörper 42 gegen einen Ventilsitz 44 zieht. Dabei ist die Ventilfeder 40 gemäß 2 mit einem kegelförmig gewickelten Federdraht gestaltet, der an seinen beiden axialen Enden jeweils einen ersten, die Ventilfeder 40 haltenden Ringabschnitt 46 und einen zweiten, gegen den Ventilkörper 42 drängenden Ringabschnitt 48 aufweist. Der ebenfalls kugelförmige Ventilkörper 42 ist im Inneren dieser Kegelform derart aufgenommen, dass die Ventilfeder 40 den Ventilkörper 42 umgreift und dabei der zweite Ringabschnitt 48 an der vom Ventilsitz 44 abgewandten Seite des Ventilkörpers 42 anliegt.
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Der erste, die Ventilfeder 40 haltende Ringabschnitt 46 ist zum Kolben 16 gewandt und dabei in einem Ringspalt 50 aufgenommen, der mittels einer Stufe am Dichtelement 30 zwischen dem Dichtelement 30 und dem Stirnende des Kolbens 16 ausgebildet ist.
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Bei einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel eines derartigen Einlassventils 18 ist die Ventilfeder 40 einstückig mit dem Ventilkörper 42 ausgeformt. Dabei sind insbesondere diese beiden Teile aus einem Blech gemeinsam ausgestanzt und nachfolgend in axialer Richtung zu einer schraubenförmigen, auf Zug belasteten Ventilfeder und einem hutförmigen Ventilkörper tiefgezogen worden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005017131 A1 [0002]
