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Die
Erfindung geht aus von einer Kolbenpumpe entsprechend der Gattung
des Anspruchs 1. Eine derartige Kolb,enpumpe, wie sie beispielsweise aus
der
DE 199 28 913
A1 bereits bekannt ist, wird beispielsweise in einer hydraulischen
Bremsanlage eines Fahrzeugs zur Druckmittelförderung eingesetzt. Oben genannte
Kolbenpumpe weist ein Pumpengehäuse
auf, in dessen Innerem ein Kolben beweglich geführt ist. Der Kolben wird extern
angetrieben von einem Exzenter und führt eine Hin- und Herbewegung
aus. Auf Grund dieser Bewegung verändert sich das Volumen eines
vom Kolben begrenzten Zylinderraums periodisch. Die Kolbenpumpe
hat darüber
hinaus einen Pumpeneinlass, einen Pumpenauslass und unter anderem
ein den Druckmittelabfluss aus dem Zylinderraum steuerndes Auslassventil.
Dieses umfasst einen Ventilsitz und ein damit zusammenwirkendes
Ventilschließglied
in Form einer Kugel. Der Pumpenauslass verläuft im wesentlichen quer zur
Strömungsrichtung
durch den geöffneten Ventilsitz.
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Bei
der Überströmung der
Kugel können
störende
Geräusche
verbunden mit unzulässigem
Ventilverschleiß auftreten.
Durch eine geeignete Strömungsführung mittels
einer rechtwinklig ausgebildeten Abströmung in den Pumpenauslass wird
die Kugel von den sich ergebenden Strömungskräften an der Wand des Pumpengehäuses stabilisiert.
Da sich der Förderstrom
der Pumpe allerdings auf Grund des Antriebsprinzips sinusförmig zwischen
Null und einem Maximalwert ändert,
wird die Kugel des Auslassventils zu Beginn und am Ende einer Druckphase des
Kolbens nicht in eine stabile Seitenlage befördert. Die Kugel kann dadurch
während
dieser Hubphase schwingen, löst
Druckschwingungen aus und verursacht Betriebsgeräusche. Um ausreichend große, stabilisierende
Strömungskräfte aufzubauen, muss
der Strömungsweg
zudem relativ enge Strömungsquerschnitte
aufweisen. In Verbindung mit der zeitweise instabil geführten Kugel
verursacht dies periodische Drucküberhöhungen im System, die insbesondere
bei tiefen Temperaturen auf Grund der höheren Viskosität des Druckmittels,
eine entsprechend höhere
Pumpenantriebsleistung erfordern. Weiterhin ist ein relativ großer Durchmesser
der Kugel/des Schließglieds
zwingend, um die notwendigen Strömungskräfte zu erzeugen.
Das wiederum steht einer gewünschten,
möglichst
geringe Baugröße einer
Kolbenpumpe entgegen.
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Voreile der
Erfindung
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Demgegenüber unterscheidet
sich ein Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch, dass
das Schließglied
des Auslassventils der Kolbenpumpe mit einer mechanischen Kraft
beaufschlagt ist, die wenigstens eine quer zur Strömungsrichtung
durch den geöffneten
Ventilsitz gerichtete Kraftkomponente aufweist. In anderen Worten
werden keine strömungsabhängigen Kräfte benutzt,
um das Schließglied
auszulenken, sondern mechanisch erzeugte Kräfte. Damit ist das Schließglied über die gesamte
Druckphase des Kolbens stabilisierbar, also auch zu Beginn und am
Ende. Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, dass für die Erzeugung
der Querkraft das Maß der
Querschnittsverengungen im Strömungsweg
keine Rolle spielt, was den Einsatz einer einfacheren Pumpe mit
niedrigerer Förderleistung
erlaubt. Weiterhin werden die übrigen
Bauteile der Kolbenpumpe mit keinen zusätzlichen Kräften beaufschlagt, da keine
Drucküberhöhungen stattfinden. Schließlich lassen
sich im Durchmesser kleinere Kugeln als Schließglieder verwenden und damit
die Baugröße der Kolbenpumpe
insgesamt verringern.
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Weitere
Vorteile oder vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den Unteransprüchen
oder der nachfolgenden Beschreibung.
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Besonders
einfach lassen sich gemäß Anspruch
2 mechanische Querkräfte
durch Federelemente erzeugen, die auf das Schließglied einwirken. Die erfindungsgemäße Funktion
ist damit ohne zusätzliche
Bauteile oder ohne Montagemehraufwand erreichbar. Gemäß Anspruch
3 eignen sich hierfür besonders
konventionelle und preisgünstig
am Markt erhältliche
Spiralfedern, deren Federauflage am Pumpengehäuse angeschrägt ist.
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Denkbar
wäre es
jedoch auch alternativ oder zusätzlich
wenigstens eines der beiden Federenden der Spiralfeder anzuschrägen.
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Zeichnung
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert.
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Die
einzige Figur zeigt dazu eine erfindungsgemäße Kolbenpumpe im Längsschnitt.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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Die
in der Figur dargestellte Kolbenpumpe 10 weist ein Pumpengehäuse 12 auf,
das Teil eines sogenannten Hydraulikaggregats einer Fahrzeugbremsanlage
ist. Beim Pumpengehäuse 12 handelt es
sich um einen Metallblock, vorzugsweise aus einer Aluminiumlegierung,
mit diversen Aufnahmen 14 für darin einzusetzende Komponenten,
wie beispielsweise Ventilen, Antriebselementen, Druckmittelspeichern,
Pumpen oder dergleichen. In der Regel werden diese Aufnahmen 14 spanend
in den Metallblock eingebracht. Die Aufnahme 14 der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe 10 wird
gebildet von einer nach außen
offenen Bohrung, die nach innen in ihrem Durchmesser mehrfach abgesetzt
ist und die an ihrem Ende in eine zweite Aufnahme 14' für ein nicht gezeichnetes
Antriebselement einmündet.
Quer zur Längsachse
der Aufnahme 14 verlaufen im Bereich des der zweiten Aufnahme 14' zugewandten
Endes der Kolbenpumpe 10 ein Pumpeneinlass 18 und
ein im Bereich des von der Aufnahme 14' abgewandten Endes der Kolbenpumpe 10 ein
aus der Aufnahme 14 ausmündender Pumpenauslass 20. Über den Pumpeneinlass 18 und
den Pumpenauslass 20 erfolgt die Versorgung der Kolbenpumpe 10 mit
Druckmittel.
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Die
Kolbenpumpe 10 umfasst einen in die Aufnahme 14' für das Antriebselement
abschnittsweise hineinragenden Kolben 22, der mit Hilfe
eines, seinen Außenumfang
umschließenden
und umfangseitig von der Aufnahme 14 aufgenommenen, Führungsrings 24 axial
beweglich in der Aufnahme 14 geführt ist. In Richtung des Inneren
der Aufnahme 14 stützt
sich ein Profildichtring 26 am Führungsring 24 ab.
Dieser dichtet den Druckmittel führenden
Teil der Kolbenpumpe 10 zur Aufnahme 14' für das Antriebselement
hin ab. An das dem Führungsring 24 gegenüberliegende
Ende des Profildichtrings 26 grenzt ein Filterelement 28 an.
Dieses ist aus Kunststoff gefertigt und weist an seinem Umfang mehrere im
Bereich des Pumpeneinlasses 18 angeordnete Zuströmöffnungen 30 auf,
welche von einem Filtergewebe 32 abgedeckt sind. Dieses
Filtergewebe 32 ist entlang seines Umfangs mit dem Material
des Filterelements 28 umspritzt. Das Filterelement 28 ist
hülsenförmig ausgebildet
und ist mit seinem vom Profildichtring 26 abgewandt liegenden
Ende auf eine metallische Laufbuchse 34 aufgesteckt. Dazu
greift ein an der Innenfläche
des Filterelements 28 umlaufender Bund 36 in eine
am Außenumfang
der Laufbuchse 34 vorgesehene Nut ein. Im Inneren der Laufbuchse 34 ist
ein ebenfalls hülsenförmiges Kolbenführungselement 38 angeordnet,
welches mit seinem ersten Ende in eine Sacklochbohrung 40 des
Kolbens 22 hineinragt. Diese Sacklochbohrung 40 erstreckt
sich über
den Bereich des Pumpeneinlasses 18 hinaus. Das Kolbenführungselement 38 stützt sich mit
einer Schulter 42, die sich auf Grund einer Durchmessererweiterung
ergibt, an einem umlaufenden Ringbund 44 am innenliegenden
Kolbenende ab.
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Umfangsseitig
ist das aus Kunststoff hergestellte Kolbenführungselement 38 als
Manschette 46 ausgebildet, welche sowohl die Führung des
Kolbens 22 in der Laufbuchse 34, als auch die
Abdichtung eines vom Kolben 22 begrenzten Zylinderraums 48 besorgt.
Dieser Zylinderraum 48 ist mittels eines Einlassventils 50 gegenüber dem
Pumpeneinlass 18 absperrbar. Hierfür umfasst das Einlassventil 50 einen plattenförmigen Schließkörper 52,
der mit einem Einlassventilsitz 54 zusammenwirkt, wobei
der Einlassventilsitz 54 an dem, dem Kolben 22 gegenüberliegenden
zweiten Ende des Kolbenführungselements 38 vorgesehen
ist. Ferner ist eine, den Schließkörper 52 beaufschlagende
Einlassventilschließfeder 56 und
ein Ventilkäfig 58 vorgesehen,
an dem sich diese Einlassventilschließfeder 56 abstützt. Der
Ventilkäfig 58 ist
mittels einer Rückstellfeder 60 für den Kolben 22 am
Grund der Manschette 46 des Kolbenführungselements 38 abgestützt. Mit
ihrem zweiten Ende liegt die Rückstellfeder 60 an
einem Boden 62 der Laufbuchse 34 an. An diesem
Boden 62 ist zentrisch ein Durchlass 64 vorgesehen,
der an der Stirnseite der Laufbuchse 34 in einem kegelförmigen Auslassventilsitz 66 endet.
Dieser Auslassventilsitz 66 wirkt mit einem Auslassventilschließkörper 68 in Form
einer Kugel zusammen. Dazu wirkt auf die Kugel eine Auslassventilfeder 70 ein,
die auf der vom Auslassventilsitz 66 abgewandten Seite
an der Kugel anliegt. Der Auslassventilsitz 66, die Auslassventilschließkörper 68 und
die Auslassventilfeder 70 bilden zusammen das Auslassventil 71.
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Die
Auslassventilfeder 70 ist beispielhaft als konventionelle
Spiralfeder ausgebildet und stützt
sich an der Grundfläche
eines Federaufnahmeraums 72 ab. Diese Grundfläche wird
im Folgenden als Federauflage 88 bezeichnet. Der Federaufnahmeraum 72 ist
durch eine zentrische Sacklochbohrung an einem Verschlussstopfen 74 gebildet.
Er weist einen kurzen Dorn 76 zur abschnittsweisen Zentrierung
der Auslassventilschließfeder 70 auf.
Der Verschlussstopfen 74 ist am äußeren Ende in die Aufnahme 14 eingepresst
und durch eine Verstemmung 78 des Pumpengehäuses 12 druckdicht
an diesem befestigt.
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Auf
seiner der Laufbuchse 34 zugewandten Innenseite weist der
Verschlussstopfen 74 mehrere strahlenförmig nach außen, d.h.
radial zu einer Strömungsrichtung
S durch das Auslassventil 71 verlaufende Kanäle 80 auf,
die in einen, sich zwischen Laufbuchse 34 und Wandung der
Aufnahme 14 ausgebildeten Ringraum 82 einmünden. Ein
das auslassventilseitige Ende der Laufbuchse 34 abschnittsweise überdeckender
Bund 84 des Verschlussstopfens 74 ist dazu mit
Ausnehmungen 86 versehen, welche die Kanäle 80 an
der Innenseite der Laufbuchse 34 mit dem Ringraum 82 hydraulisch
verbinden.
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Durch
Betätigung
des Kolbens 22 führt
dieser entgegen der Kraft seiner Rückstellfeder 60 eine Hin-
und Herbewegung aus, auf Grund der der Zylinderraum 48 sein
Volumen periodisch verändert.
Bei einer Volumenvergrößerung bildet
sich dadurch im Zylinderraum 48 ein Unterdruck aus, auf
Grund dessen das Auslassventil 71 schließt und das
Einlassventil 50 öffnet,
so dass Druckmittel in den Zylinderraum 48 einströmen kann.
Bei einer Druckphase des Kolbens 22 baut sich demgegenüber ein Überdruck im
Zylinderraum 48 auf, der das Einlassventil 50 verschließt und das
Auslassventil 71 öffnet.
Druckmittel kann nunmehr zum Pumpenauslass 20 hin abströmen.
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Die
Erfindung besteht darin, dass der Ventilschließkörper 68 mit einer
mechanischen Schließkraft
beaufschlagt ist, die eine quer zur Strömungsrichtung S durch das Auslassventil 71 gerichtete Kraftkomponente
aufweist. Die auf den Ventilschließkörper 68 einwirkende
Querkraftkomponente bewirkt, dass der Ventilschließkörper 68 bei
geöffnetem
Ventilsitz 66 einseitig gegen die Wandung des Federaufnahmeraums 72 im
Verschlussstopfen 74 gedrückt und dadurch stabilisiert
wird. Erfindungsgemäß wird die
notwendige mechanische Kraft mittelbar durch die Auslassventilfeder 70 erzeugt.
Diese ist, wie bereits erwähnt,
im Ausführungsbeispiel
exemplarisch als Spiralfeder ausgebildet, selbstverständlich wären aber
andere bekannte Federbauformen ebenso anwendbar. Im beschriebenen
Ausführungsbeispiel
ist hierfür
die Federauflage 88 der Auslassventilfeder 70 am
Verschlussstopfen 74 gegenüber der Vertikalen zur Strömungsrichtung
S durch das Auslassventil 71 geneigt. Mit anderen Worten
ist die Auslassventilschließfeder 70 schräg zur Längsachse
der Kolbenpumpe 10 eingebaut, um oben genannte Querkraft zu
erzeugen. Alternativ dazu wäre
es möglich,
an Stelle der Federauflage 88 eines oder alle beiden Enden
der Ventilschließfeder 70 mit
einer entgegen gerichteten Schräge
zu versehen. Auch angeschrägte Federenden
in Kombination mit einer Schrägstellung der
Federauflage 88 wären
denkbar, bedingten jedoch einen lagegerichteten Einbau der Auslassventilschließfeder 70.
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Die
Höhe der
aufgebrachten Querkraft ist auf diese Weise rein mechanisch bedingt
und lässt
sich anwendungsspezifisch durch Variation der Schrägstellung
der Federauflage 88 und/oder Anpassung des Schrägungswinkels
der Federenden einstellen. Dadurch ist die Querkraft auf das Ventilschließkörper 68 über die
gesamte Druckphase des Kolbens 22 im Wesentlichen konstant.
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Selbstverständlich sind Änderungen
oder Ergänzungen
zum beschriebenen Ausführungsbeispiel möglich, ohne
vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen.