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Stand der
Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Kolbenpumpe gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1. Kolbenpumpen sind in unterschiedlichen Ausgestaltungen
bekannt. Sie werden insbesondere zur Erzeugung hoher Drücke in hydraulischen
Systemen, z.B. bei Fahrzeugbremsanlagen oder Einspritzanlagen für Kraftstoff,
verwendet. Häufig
wird hierbei eine von einem Motor angetriebene Antriebswelle im
Pumpengehäuse
gelagert. An der Antriebswelle befindet sich ein exzentrisch zur
Drehachse der Antriebswelle angeordneter Exzenter, welcher in Form
eines zylindrischen Wellenstummels ausgebildet ist. Dabei bildet der
Wellenstummel den Exzenter, so dass der Exzenter an sich als Zylinder
ausgebildet ist. Radial außerhalb
des Exzenters sind ein oder mehrere Pumpenkolben der Kolbenpumpe
angeordnet.
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Um hierbei eine Reibung zwischen
dem Exzenter und den Pumpenkolben möglichst klein zu halten, ist
es bekannt, zwischen dem Exzenter und dem Kolben ein Nadellager
anzuordnen. Eine derartige Pumpenanordnung ist in 2 gezeigt. Aufgrund von fertigungstechnisch
notwendigen Toleranzen ist jedoch immer ein Lagerspiel 4 zwischen
dein sich um den Drehpunkt 5 (Achse der Antriebswelle)
drehenden Exzenter 1 und dem eine Vielzahl von Nadeln 3 umfassenden
Lager 2 vorhanden. Das Lager 2 weist dabei einen
Innendurchmesser D, und einen Außendurchmesser DA auf.
Das Lagerspiel 4 zwischen dein Exzenter 1 und
dem Innendurchmesser DI des Lagers 2 ist
in 2 zur besseren Darstellbarkeit übertrieben
dargestellt. Neben einer überhöhten Geräuschentwicklung
im Getriebe führt
das Lagerspiel 4 weiterhin zu einem Hubverlust der Kolbenpumpe,
so dass keine optimale Förderleistung
erreicht werden kann. Aufgrund der vorhandenen Fertigungstoleranzen
kann das Lager nicht spielfrei hergestellt werden.
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Eine Kolbenpumpe nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1 ist aus der
DE
198 13 302 A1 bekannt. Bei dieser Kolbenpumpe weist der
Exzenter eine runde Form auf und ist versetzt zur Drehachse einer
Antriebswelle auf der Antriebswelle angeordnet.
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Ferner ist eine formveränderliche
Ausgestaltung eines Exzenters an einer Radialkolbenmaschine mittels
einer Elastomer-Schicht zur Verminderung von Geräuschen und Druckpulsationnen
aus der
DE 101 28
066 A1 bekannt
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Vorteile der
Erfindung
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Die erfindungsgemäße Kolbenpumpe mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 umfasst einen Exzenter, welcher eine im Wesentlichen
elliptische Form aufweist. Durch diesen elliptischen Exzenter ist es
möglich,
dass das Lagerspiel im unteren Totpunkt und im oberen Totpunkt des
Pumpenkolbens aufgehoben werden kann. Zwar wird das Lagerspiel an
den beiden Flanken des Exzenters im Vergleich zum Stand der Technik
vergrößert. Dies
ist jedoch hinnehmbar, da durch Aufhebung des Lagerspiels im unteren
bzw. oberen Totpunkt eine verbesserte Förderleistung erhalten werden
kann, da das Lagerspiel keinen Einfluss mehr auf den Gesamthub des
Pumpenkolbens hat. Weiterhin kann durch den erfindungsgemäßen elliptischen
Exzenter auch die Geräuschentwicklung
im Betrieb signifikant verringert werden.
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Die Unteransprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung.
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Um eine maximale Förderleistung
bei minimalen Verlusten zu erreichen, ist die große Achse des
elliptischen Exzenters vorzugsweise deckungsgleich mit einer Linie
durch den Drehpunkt des Exzenters. Somit liegt die größte Exzentrizität des Exzenters
auf einer Linie mit dem Exzenterdrehpunkt. Dadurch wird weiter erreicht,
dass im oberen bzw. unteren Totpunkt des Pumpenkolbens die große Achse
der Ellipse deckungsgleich mit der Kolbenachse ist.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten
Ausgestaltung der Erfindung ist die Länge der großen Achse der Ellipse größer als
ein Innendurchmesser des Wälzlagers.
Dabei muss das Wälzlager
eine gewisse Elastizität
aufweisen, so dass das Wälzlager
ohne Spiel auf die beiden auf der großen Achse liegenden Scheitelpunkte
der Ellipse montiert werden kann. Im montierten Zustand weist das
Wälzlager
dann eine leicht ovale Form auf. Besonders bevorzugt ist die Länge der
großen
Achse dabei gleich der Summe des Innendurchmessers des Wälzlagers
und dem maximalen Toleranzwert für
die Herstellung des Innendurchmessers des Wälzlagers.
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Um eine symmetrische Bewegung zu
ermöglichen,
liegt vorzugsweise der Drehpunkt des elliptischen Exzenters auf
der großen
Achse der Ellipse. Besonders bevorzugt liegt dabei der Drehpunkt
des elliptischen Exzenters auf einem Brennpunkt der Ellipse.
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Vorzugsweise umfasst die Kolbenpumpe zwei
Pumpenkolben, welche einander um 180° entgegengesetzt angeordnet
sind. Somit kann erreicht werden, dass sich ein Kolben der beiden
Kolben in seiner oberen Totpunktstellung befindet und der andere
Kolben in seiner unteren Totpunktstellung befindet.
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Vorzugsweise umfasst das Wälzlager
einen Innenring und einen Außenring,
wobei die Wälzkörper zwischen
den beiden Ringen angeordnet sind. Hinsichtlich des Wälzlagers
sei angemerkt, dass das Wälzlager
sowohl mit einem Innen- und einem Außenring mit dazwischen angeordneten
Wälzkörpern als
auch mit einem Außenring
und daran befestigten Wälzkörpern ausgebildet
sein kann, wobei im letzteren Falle die Wälzkörper den inneren Umfang des Wälzlagers
definieren.
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Besonders bevorzugt ist das Wälzlager
als Nadellager ausgebildet.
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Die erfindungsgemäße Kolbenpumpe wird insbesondere
bei elektrohydraulischen Bremssystemen verwendet.
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Zeichnung
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme
auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung beschrieben. In der Zeichnung ist:
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1 eine
schematische Draufsicht eines elliptischen Exzenters gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung und
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2 eine
schematische Draufsicht eines Exzenters gemäß dem Stand der Technik.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme
auf 1 eine Kolbenpumpe
mit einem Exzenter gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung beschrieben.
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Die Kolbenpumpe umfasst einen von
einer nicht dargestellten Antriebswelle angetriebenen Exzenter 1,
ein Wälzlager 2 sowie
einen Kolben 6, welcher in einem Zylinder bewegbar ist.
Wie in 1 gezeigt, weist
der Exzenter 1 die Form einer Ellipse auf. Zur Herstellung
des elliptischen Exzenters wird dabei die Lauffläche beispielsweise mittels
Schleifen bearbeitet. Ein Drehpunkt 5 des Exzenters 1 liegt
dabei auf der Drehachse der Antriebswelle.
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In 1 ist
ein Betriebszustand des Kolbens 6 dargestellt, welcher
sich am unteren Totpunkt befindet. In dieser Stellung befindet sich
eine große
Achse A-B des elliptischen Exzenters 1 in einer Ebene bzw. Linie
mit einer Mittelachse X-X des Kolbens 6. Der Drehpunkt 5 des
Exzenters 1 liegt dabei ebenfalls auf der Achse X-X. Die
kleine Achse C-D der Ellipse steht dabei senkrecht zur Achse X-X.
Der Lagerring 2 weist einen Innendurchmesser DI und
einen Außendurchmesser
DA auf. Hierbei ist an der kleinen Achse
C-D das größte Lagerspiel 4 zwischen
der Ellipse 1 und dem Wälzlager 2,
genauer dem inneren Durchmesser Dl des Lagerrings 2,
vorhanden.
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Wenn der Innendurchmesser DI des Lagerrings 2 etwas kleiner
ist als die Länge
der großen Achse
A-B der Ellipse 1, kann sichergestellt werden, dass kein
Spiel zwischen den Scheitelpunkten A und B der Ellipse 1 und
dem Lagerring 2 vorhanden ist. Dabei kommt es zu einer
leichten elastischen Verformung des Lagerrings 2, so dass
der Lagerring in montiertem Zustand eine leicht ovale Form aufweist. Somit
kann jedoch sichergestellt werden, dass im oberen Totpunkt und im
unteren Totpunkt das Lagerspiel Null ist, so dass das Lagerspiel
keinerlei Einfluss auf den Gesamthub des Kolbens 6 ausübt. Dadurch
kann die Förderleistung
im Vergleich mit dem Stand der Technik signifikant verbessert werden.
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Weiterhin können Geräusche im Betrieb durch das
fehlende Spiel an den Scheitelpunkten A, B zwischen Ellipse 1 und
Lagerring 2 verringert werden.
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Wie ein Vergleich mit dem Stand der
Technik aus 2 zeigt,
wird zwar an den Flanken der Ellipse 1 das Spiel vergrößert. Dies
hat jedoch keine nachteiligen Auswirkungen auf die Förderleistung
der Pumpe, da die Hubhöhe
des Kolbens 6 nicht durch ein Lagerspiel 4 im
oberen bzw. unteren Totpunkt verringert ist. Es sei angemerkt, dass
das Lagerspiel 4 in 1 zur
verständlicheren
Darstellung ebenfalls etwas übertrieben
eingezeichnet ist.
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Wenn beispielsweise bei einem zylindrischen
Exzenter gemäß dem Stand
der Technik eine Lagerluft zwischen 30 μm und 70 μm liegt, wird nun erfindungsgemäß die große Achse
A-B der Ellipse um 70 μm,
d.h. den maximalen Wert der Lagerluft, größer gemacht als der Standarddurchmesser.
Weiterhin wird die Ellipse 1 derart bearbeitet, dass die kleine
Achse C-D um ca. 70 μm
(den maximalen Wert der Lagerluft) kleiner ist als der zylindrische
Exzenter gemäß dem Stand
der Technik. Somit beträgt
der Unterschied zwischen der großen Achse A-B und der kleinen
Achse C-D der Ellipse 140 μm
(zweimal der maximale Wert der Lagerluft). Wenn nun der Lagerring 2 einen
um 70 μm
zu großen
Innendurchmesser DI aufweist, ergibt sich
ein Spiel von 0 μm
an den beiden Scheitelpunkten A, B der großen Achse und ein Spiel von
70 μm an
den Scheitelpunkten C, D der kleinen Achse der Ellipse. Der Lagerring 2 bleibt
dabei in seiner ursprünglichen
Form.
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Wenn der Innendurchmesser DI des Lagerrings 2 nun ein Spiel
von 30 μm
an einem zylindrischen Exzenter aufweisen würde, hat ein derartiger Lagerring 2 an
der großen
Achse der Ellipse ein Spiel von 0 μm und an der kleinen Achse ein Spiel
von 30 μm.
Dabei wird der Lagerring 2 um 40 μm
elastisch verformt und nimmt eine leicht ovale Gestalt ein, da die
große
Achse A-B der Ellipse 1 um 70 μm
größer ist
als der Durchmesser des zylindrischen Exzenters des Standes der
Technik. Somit erfolgt eine elastische Verformung des Lagerrings 2,
so dass eine Kraft auf den Exzenter 1 nicht zu groß wird und
zu Beschädigungen
führt.
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Als Wälzkörper werden beim Lagerring 2 vorzugsweise
Nadeln 3 verwendet.
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Die vorliegende Erfindung wird insbesondere bei
Kolbenpumpen verwendet, welche zwei um 180° einander gegenüberliegend
angeordnete Kolben 6 aufweisen. Beispielsweise können derartige
Kolbenpumpen bei elektrohydraulischen Bremssystemen oder Antiblockiersystemen
eingesetzt werden.