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Stand der
Technik
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Die
Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe mit den Merkmalen des Oberbegriffs
des Anspruchs 1, die insbesondere zur Verwendung in einer schlupfgeregelten,
hydraulischen Fahrzeugbremsanlage vorgesehen ist.
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Eine
derartige Kolbenpumpe ist bekannt aus der
US 5,125,808 A . Die bekannte
Kolbenpumpe weist ein Pumpengehäuse
auf, in das eine Laufbuchse eingesetzt ist. In der Laufbuchse ist
ein Kolben axial verschieblich aufgenommen, der mittels eines elektromotorisch
rotierend antreibbaren Exzenters zu einer in axialer Richtung hin-
und hergehenden Hubbewegung antreibbar ist. Die bekannte Kolbenpumpe weist
ein Ein- und ein Auslassventil als eine Durchströmrichtung von mit der Kolbenpumpe
gefördertem Fluid
steuernde Ventile auf, die bei der bekannten Kolbenpumpe als federbelastete
Rückschlagventile ausgebildet
sind. Das Einlassventil ist auf einer Innenseite eines mit der Laufbuchse
einstückigen
Laufbuchsenbodens angeordnet, das Auslassventil befindet sich am
Umfang der Laufbuchse.
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Aus
der
DE 41 07 979 A1 ist
darüber
hinaus eine Kolbenpumpe bekannt, bei der das Auslassventil auf einer
Außenseite
eines mit der Laufbuchse einstückigen
Laufbuchsenbodens angeordnet ist. Das Einlassventil ist an einem
dem Laufbuchsenboden zugewandten, in der Laufbuchse befindlichen
Stirnende des Kolbens angeordnet. Der Fluideinlaß erfolgt durch den Kolben,
der zu diesem Zweck mit einander kreuzenden Querbohrungen und von
diesen ausgehend mit einem axialen Sackloch versehen ist, das zu
einem Ventilsitz des Einlaßventils
führt.
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Vorteile der
Erfindung
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Bei
der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe mit
den Merkmalen des Anspruchs 1 sind beide die Durchströmrichtung
steuernden Ventile an bzw. in der Laufbuchse angeordnet. Dies hat
den Vorteil, daß der
Kolben geometrisch die Form eines Zylinders haben kann und ohne
jegliche Bohrung, Hinterschneidung oder dgl. und damit kostengünstig herstellbar ist.
Es ist beispielsweise eine Rolle oder Nadel eines Rollen- oder Nadellagers
als Kolben verwendbar, die als Massenteile preisgünstig erhältlich sind.
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Weiterer
Vorteil ist, daß kein
Ventil am Kolben angeordnet ist, was die beim Betrieb der Kolbenpumpe
zu bewegende Masse verringert. Auch das Öffnungs- und Schließverhalten des erfindungsgemäß ruhend
in der Laufbuchse angeordneten Ventils ist günstiger als bei einem am Kolben
angebrachten Ventil, das die hin- und hergehendende Kolbenbewegung
mitmacht, wodurch ein Ventilschließkörper erheblichen Beschleunigungen
ausgesetzt ist.
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Die
Unteransprüche
haben vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der im Anspruch
1 angegebenen Erfindung zum Gegenstand.
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Die
erfindungsgemäße Kolbenpumpe
ist insbesondere als Pumpe in einer Bremsanlage eines Fahrzeugs
vorgesehen und wird beim Steuern des Drucks in Radbremszylindern
verwendet. Je nach Art der Bremsanlage werden für derartige Bremsanlagen die
Kurzbezeichnungen ABS bzw. ASR bzw. FDR bzw. EHB verwendet. In der
Bremsanlage dient die Pumpe beispielsweise zum Rückfördern von Bremsflüssigkeit
aus einem Radbremszylinder oder aus mehreren Radbremszylindern in
einen Hauptbremszylinder (ABS) und/oder zum Fördern von Bremsflüssigkeit
aus einem Vorratsbehälter
in einen Radbremszylinder oder in mehrere Radbremszylinder (ASR
bzw. FDR bzw. EHB). Die Pumpe wird beispielsweise bei einer Bremsanlage
mit einer Radschlupfregelung (ABS bzw. ASR) und/oder bei einer als
Lenkhilfe dienenden Bremsanlage (FDR) und/oder bei einer elektrohydraulischen
Bremsanlage (EHB) benötigt.
Mit der Radschlupfregelung (ABS bzw. ASR) kann beispielsweise ein
Blockieren der Räder
des Fahrzeugs während
eines Bremsvorgangs bei starkem Druck auf das Bremspedal (ABS) und/oder
ein Durchdrehen der angetriebenen Räder des Fahrzeugs bei starkem
Druck auf das Gaspedal (ASR) verhindert werden. Bei einer als Lenkhilfe (FDR)
dienenden Bremsanlage wird unabhängig
von einer Betätigung
des Bremspedals bzw. Gaspedals ein Bremsdruck in einem oder in mehreren
Radbremszylindern aufgebaut, um beispielsweise ein Ausbrechen des
Fahrzeugs aus der vom Fahrer gewünschten
Spur zu verhindern. Die Pumpe kann auch bei einer elektrohydraulischen
Bremsanlage (EHB) verwendet werden, bei der die Pumpe die Bremsflüssigkeit
in den Radbremszylinder bzw. in die Radbremszylinder fördert, wenn
ein elektrischer Bremspedalsensor eine Betätigung des Bremspedals erfaßt oder
bei der die Pumpe zum Füllen
eines Speichers der Bremsanlage dient.
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Zeichnung
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand in der Zeichnung dargestellter,
bevorzugt ausgewählter Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 einen
Achsschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels
der Erfindung;
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2 einen
Achsschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels
der Erfindung; und
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3 eine
Vierkolbenpumpe gemäß der Erfindung.
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Beschreibung
des ersten Ausführungsbeispiels
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Die
in 1 dargestellte, insgesamt mit 10 bezeichnete,
erfindungsgemäße Kolbenpumpe
weist ein Pumpengehäuse 12 mit
einer durchgehenden, gestuften Pumpenbohrung 14 auf. Das
Pumpengehäuse 12 besteht
aus Metall, insbesondere aus Aluminium-Druckguß. Das Pumpengehäuse 12 ist
Teil eines im übrigen
nicht dargestellten Hydraulikblocks einer schlupfgeregelten Fahrzeugbremsanlage.
Außer
der Kolbenpumpe 10 sind weitere hydraulische Bauelemente
wie Magnetventile, Dämpferkammern und
Hydrospeicher in den Hydraulikblock eingesetzt und hydraulisch miteinander
und mit der Kolbenpumpe 10 verschaltet. Der klaren Darstellung
wegen ist in 1 lediglich ein die Kolbenpumpe 10 umgebendes Bruchstück des Hydraulikblocks
gezeichnet.
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In
die Pumpenbohrung 14 ist eine als Spritzgießteil aus
Kunststoff hergestellte, hohlzylindrische Laufbuchse 16 eingesetzt,
die einen mit ihr einstückigen
Laufbuchsenboden 18 an ihrem einen stirnseitigen Ende aufweist.
Die Laufbuchse 16 aus Kunststoff hat den Vorteil, daß sie eine
reibungsarme Führung für einen
in sie eingesetzten Kolben 20 bildet, wobei eine Nachbehandlung
der den Kolben 20 führenden Innenumfangsfläche der
Laufbuchse 16 durch Schleifen, Polieren und dgl. entfällt. Ein
Führungsring zur
Führung
des Kolbens 20 in der Laufbuchse 16 ist nicht
notwendig und nicht vorgesehen. Durch den Zusatz von Teflon sind
die Gleiteigenschaften der Laufbuchse 16 verbessert. Außer Teflon
sind dem die Laufbuchse 16 bildenden Kunststoff Kohlefasern
zugesetzt, die die Festigkeit der Laufbuchse 16 vergrößern und
ihr Verschleißverhalten
verbessern.
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Der
in der Laufbuchse 16 aufgenommene und axial verschieblich
in der Laufbuchse 16 geführte Kolben 20 ist
ebenfalls als Spritzgießteil
aus kohlefaserverstärktem
Kunststoff hergestellt. Der Kolben 20 ist mit einem Dichtring 22,
der in eine Kolbennut 24 eingelegt ist, in der Laufbuchse 16 abgedichtet.
An einem aus der Laufbuchse 16 vorstehenden Ende ist der
Kolben 20 mit einem Führungsring 26 aus
Kunststoff im Pumpengehäuse 12 geführt und
mit einem Dichtring 28 aus Gummi abgedichtet. Der Führungsring 26 und
der Dichtring 28 sind aneinanderliegend in eine Stufe 30 der
Pumpenbohrung 14 eingelegt und werden von einem ihnen zugewandten
Stirnrand 32 am offenen Ende der Laufbuchse 16 in
der Stufe 30 der Pumpenbohrung 14 gehalten.
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Zum
Antrieb des Kolbens 20 zu einer in axialer Richtung in
der Pumpenbohrung 14 und der Laufbuchse 16 hin-
und hergehenden Hubbewegung weist die Kolbenpumpe 10 einen
elektromotorisch rotierend antreibbaren Exzenter 34 auf
der aus der Laufbuchse 16 vorstehenden Seite des Kolbens 20 auf,
gegen dessen Umfang der Kolben 20 von einer als Schraubendruckfeder
ausgebildeten Kolbenrückstellfeder 36 gedrückt wird,
die zwischen dem Laufbuchsenboden 18 und dem Kolben 20 in
die Laufbuchse 16 eingesetzt ist.
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Als
Einlaßventil 38 weist
die erfindungsgemäße Kolbenpumpe 10 ein
federbelastetes Rückschlagventil
auf. Das Einlaßventil 38 ist
zwischen dem Kolben 20 und dem Laufbuchsenboden 18 in der
Laufbuchse 16, also in einem Verdrängungs- oder Arbeitsraum 40 der
Kolbenpumpe 10 untergebracht. Ein konisch ausgebildeter
Ventilsitz 42 des Einlaßventils 38 ist auf
einer dem Kolben 20 zugewandten Seite koaxial am Laufbuchsenboden 18 ausgebildet.
Als Ventilschließkörper weist
die erfindungsgemäße Kolbenpumpe 10 eine
Ventilkugel 44 auf, die von einer als Schraubendruckfeder
ausgebildeten Ventilschließfeder 46 gegen
den Ventilsitz 42 gedrückt
wird. Die Ventilschließfeder 46 stützt sich
an einem topfförmigen
Ventilkäfig 48 ab,
der als Stanz- und Tiefziehteil aus Blech hergestellt ist und mit Durchströmöffnungen 50 für mit der
Kolbenpumpe 10 zu fördernde
Bremsflüssigkeit
versehen ist. Der Ventilkäfig 48 weist
einen durch das Tiefziehen einstückig
angeformten, radial nach außen
abstehenden, ringscheibenförmigen
Federteller 52 auf, auf dem die Kolbenrückstellfeder 36 aufsitzt
und am dem die Kolbenrückstellfeder 36 den
Ventilkäfig 48 gegen
den Laufbuchsenboden 18 drückt. Die Kolbenrückstellfeder 36 ist
erheblich stärker
ausgebildet als die Ventilschließfeder 46 des Einlaßventils 38,
so daß sie
den Ventilkäfig 48 bei
allen beim Betrieb der Kolbenpumpe 10 auftretenden Belastungen
zuverlässig
gegen die Kraft der Ventilschließfeder 46 in Anlage
am Laufbuchsenboden 18 hält.
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Für den Einlaß von zu
fördernder
Bremsflüssigkeit
ist quer durch den Laufbuchsenboden 18 durchgehend ein
Einlaßkanal 54 vorgesehen,
von dem ein kurzes Axialloch 56 zum Ventilsitz 42 führt. Der
Einlaßkanal 54 kommuniziert
an seinen beiden Enden mit der die Laufbuchse 16 umgebenden
Pumpenbohrung 14, in die eine radial zur Pumpenbohrung 14 im
Pumpengehäuse 12 angebrachte
Einlaßbohrung 58 mündet.
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Zum
Auslaß von
Bremsflüssigkeit
aus dem Verdrängungsraum 40 weist
die Kolbenpumpe 10 ein Auslaßloch 60 auf, das
seitlich neben dem Einlaßventil 38,
dem Axialloch 56 und dem quer durch den Laufbuchsenboden 18 durchgehenden
Einlaßkanal 54 achsparallel
zur Laufbuchse 16 durch den Laufbuchsenboden 18 hindurchgeht.
Das Auslaßloch 60 mündet mit
einem konischen Ventilsitz 62 eines Auslaßventils 64,
das an einer stirnseitigen Außenseite des
Laufbuchsenbodens 18 angebracht ist. Das Auslaßventil 64 ist
als federbelastendes Rückschlagventil
ausgebildet, es weist eine Ventilkugel 66 als Ventilschließkörper auf,
der von einer Schraubendruckfeder als Ventilschließfeder 68 gegen
den Ventilsitz 62 gedrückt
wird.
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Die
Ventilschließfeder 68 des
Auslaßventils 64 stützt sich
gegen eine Verschlußkappe 70 ab,
die die Pumpenbohrung 14 auf einer dem Exzenter 34 abgewandten
Seite verschließt.
Die Verschlußkappe 70 ist
durch eine umlaufende Verstemmung 72 des Pumpengehäuses 12 gehalten
und druckfest abgedichtet.
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Aufgrund
der höheren
Elastizität
von Kunststoff im Vergleich mit Metall sind die Kunststoff-Ventilsitze 42, 62 bei
geringer Druckdifferenz zwischen Ab- und Zuströmseite des jeweiligen Ventils 38, 64 dichter
als Ventilsitze aus Metall, was einen höheren Wirkungsgrad der Kolbenpumpe 10 bewirkt.
Weiterer Vorteil ist die einfache Herstellung der Ventilsitze 42, 62 beim
Spritzgießen
der Laufbuchse 16 ohne zusätzlichen Arbeitsschritt, eine
Nachbearbeitung der Ventilsitze 42, 62 ist nicht
erforderlich. Des weiteren ergibt sich eine geringere Teilezahl
durch die Ausbildung der beiden Ventilsitze 42, 62 einstückig am Laufbuchsenboden 16.
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Durch
einen Radialkanal 74 zwischen dem Laufbuchsenboden 18 und
der Verschlußkappe 70 gelangt
durch das Auslaßventil 64 aus
der Kolbenpumpe 10 ausströmende Bremsflüssigkeit
in einen den Laufbuchsenboden 18 umgebenden, vom Laufbuchsenboden 18,
dem Pumpengehäuse 12 und
der Verschlußkappe 70 umschlossenen
Ringkanal 76, aus dem die Bremsflüssigkeit durch eine Auslaßbohrung 78,
die radial im Pumpengehäuse 12 angebracht
ist, aus der Kolbenpumpe 10 ausströmt.
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Beschreibung
des zweiten Ausführungsbeispiels
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Zur
Beschreibung der in 2 und 3 dargestellten
Kolbenpumpen werden für
gleiche Bauteile dieselben Bezugszahlen wie in 1 verwendet.
Die in 2 dargestellte Kolbenpumpe 10 weist eine
Laufbuchse 16 mit einstückigem
Laufbuchsenboden 18 auf, die in eine Pumpenbohrung 14 in
einem Pumpengehäuse 12 eingesetzt
ist. Die Laufbuchse 16 ist durch Spritzgießen aus
einem Kunststoff hergestellt, dem zur Erhöhung der Festigkeit Kohlefasern
und zur Verbesserung der Gleiteigenschaften des Kolbens 20 Teflonanteile
beigemengt sind.
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Die
Kolbenpumpe 10 ist in einem Arm eines kreuzförmigen Pumpengehäuses 80 eingesetzt (3).
In jeden der vier Arme des kreuzförmigen Pumpengehäuses 80 ist
eine Kolbenpumpe 10 (Pumpenelement) eingesetzt, so daß die insgesamt vier
Kolbenpumpen 10 ein Pumpenaggregat 82 mit sternförmig angeordneten
Kolbenpumpen 10 bilden. Im Zentrum weist das sternförmige Pumpengehäuse 80 einen
zylindrischen Exzenterraum 84 auf, in dem der Exzenter 34 untergebracht
ist. Der Exzenter 34 ist eine Kreisscheibe mit einer exzentrisch
angebrachten Bohrung, mit der der Exzenter 34 auf eine Motorwelle 86 eines
Elektro-Pumpenmotors aufgepreßt
ist. Vom Pumpenmotor ist in 2 und 3 lediglich
eine Stirnwand 88 sowie ein Polrohr 90, die beide
Teil eines Motorgehäuses
sind, sichtbar. Das kreuzförmige
Pumpengehäuse 80 ist
auf die Stirnwand 88 des Pumpenmotors aufgesetzt.
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Der
Kolben 20 der in 2 dargestellten
Kolbenpumpe 10 ist ein Vollzylinder beispielsweise aus Metall
(Stahl) ohne jegliche Hinterschneidung, Bohrung oder dgl. Der Kolben 20 ist
dadurch preisgünstig herstellbar.
Insbesondere läßt sich
eine Nadel oder eine Rolle eines Nadel- oder eines Rollenlagers
als Kolben 20 verwenden. Derartige Nadeln oder Rollen sind
als Massenteile kostengünstig
erhältlich.
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Der
Kolben 20 ist mit einem Führungsring 26 im Pumpengehäuse 12 geführt und
mit einem Dichtring 28 im Pumpengehäuse 12 abgedichtet.
An ihrer offenen Stirnseite weist die Laufbuchse 16 eine
konische Dichtfläche 92 auf,
mit der sie abdichtend an einem komplementären Dichtsitz 94 der
Pumpenbohrung 14 des Pumpengehäuses 12 anliegt. Auf
diese Weise ist die Laufbuchse 16 an ihrem exzenterseitigen,
offenen Stirnende im Pumpengehäuse 80 abgedichtet.
Eine Abdichtung des Kolbens 20 in der Laufbuchse 16 ist
dadurch entbehrlich.
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Eine
in die Laufbuchse 16 eingesetzte Kolbenrückstellfeder 36 drückt den
Kolben 20 in Anlage an den Umfang des Exzenters 34.
Die Kolbenrückstellfeder 36 stützt sich
mittelbar über
ein Ventilsitzteil 96 gegen den Laufbuchsenboden 18 ab.
Das Ventilsitzteil 96 ist ein Spritzgießteil aus Kunststoff. In einem
dem Laufbuchsenboden 18 zugewandten Bereich weist das Ventilsitzteil 96 ein
Querloch 98 auf, von dem aus ein axiales Sackloch 100 in
Richtung des Kolbens 20 führt, das in einen konischen
Ventilsitz 102 mündet.
Eine Ventilkugel 104 als Ventilschließkörper wird von einer Ventilschließfeder 106 gegen
den Ventilsitz 102 gedrückt.
Die Ventilkugel 104 und die Ventilschließfeder 106 sind
in einem hohlzylindrischen Kragen 108 aufgenommen, der den
Ventilsitz 102 umgibt und sich in Richtung des Kolbens 20 erstreckt.
Der Kragen 108 ist mit einem Verschlußclips 110 verschlossen,
an dem sich die Ventilschließfeder 106 abstützt. In
seiner Mitte weist der Verschlußclips 110 einen
Ventilhubbegrenzerzapfen 112 auf, der einen Ventilhub des
Einlaßventils 38,
also den Weg, um den die Ventilkugel 104 maximal vom Ventilsitz 102 abheben
kann, begrenzt. Der Ventilhubbegrenzer 112 verkürzt die
Ventilschließzeit
nach hohem Durchsatz und verringert einen Aufprall der Ventilkugel 104 beim
Schließen
des Einlaßventils 38 auf
den Ventilsitz 102, was den Verschleiß des Ventilsitzes 102 verringert
und ein Rückprallen
der Ventilkugel 104 vom Ventilsitz 102 vermeidet.
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Zum
Auslaß ist
der Kragen 108 mit einem Längsschlitz 114 versehen,
von dessen Grund ein seitlich des Sacklochs 100 angeordnetes
Auslaßloch 60 zu
einer auf dem Laufbuchsenboden 18 aufsitzenden Stirnseite
des Ventilsitzteils 96 führt. In der auf dem Laufbuchsenboden 18 aufsitzenden
Seite des Ventilsitzteils 96 ist eine zylindrische Ansenkung 116 vorgesehen,
in die das Auslaßloch 60 mündet.
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Von
der Ansenkung 116 führt
ein Mittelloch 118 durch den Laufbuchsenboden 18 zu
einem koaxial angeordneten Ventilsitz 120 eines Auslaßventils 64 der
Kolbenpumpe 10. Das Auslaßventil 64 weist eine
Ventilkugel 66 als Ventilschließkörper auf, die von einer als
Schraubendruckfeder ausgebildeten Ventilschließfeder 68 gegen den
Ventilsitz 120 gedrückt
wird. Die Ventilschließfeder 68 stützt sich
an einer Verschlußkappe 70 ab,
die abdichtend in die Pumpenbohrung 14 eingesetzt ist.
Die Verschlußkappe 70 weist
einen mit ihr einstückigen
Ventilhubbegrenzerzapfen 122 in der Mitte der Ventilschließfeder 68 auf.
Durch das Auslaßventil 64 aus
der Kolbenpumpe 10 ausströmende Bremsflüssigkeit
gelangt durch einen Radialkanal 74 in einen den Laufbuchsenboden 18 umgebenden
Ringkanal 76. Von dort gelangt die Bremsflüssigkeit
durch eine radial im Pumpengehäuse 80 angebrachte
Auslaßbohrung, die
sich außerhalb
der Schnittebene befindet und die infolge dessen nicht sichtbar
ist, aus der Kolbenpumpe 10. Ebenso befindet sich eine
Einlaßbohrung,
die das Pumpengehäuse 80 und
die Laufbuchse 16 radial durchsetzt und in einen das Ventilsitzteil 96 umgebenden
Ringkanal 124 mündet,
außerhalb
der Schnittebene und ist infolge dessen nicht sichtbar.
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Bei
der in 2 dargestellten Kolbenpumpe 10 sind sowohl
das Ein- als auch das Auslaßventil 38, 64 koaxial
an der Laufbuchse 16 angeordnet. Dies hat den Vorteil,
daß die
Ventilsitze 114, 120 präziser herstellbar sind als
exzentrisch angeordnete Ventilsitze.
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Das
Polrohr 90 des Pumpenmotors ist über das Pumpengehäuse 80 hinweg
vorgezogen und auf einer dem Pumpenmotor abgewandten Seite des Pumpengehäuses 80 zu
einem radial nach Innen stehenden Flansch 126 umgeformt.
Das die vier Kolbenpumpen 10 des Pumpenaggregats 82 auf
der Seite der Verschlußkappen 70 übergreifende
Polrohr 90 des Pumpenmotors fixiert die Kolbenpumpen 10 im Pumpengehäuse 80,
so daß eine
Verstemmung 72, wie in Figur oder dgl. entfallen kann.
Es ergibt sich ein kompaktes Pumpenaggregat 82 mit vier
Kolbenpumpen 10, wobei auch mehr als die dargestellten vier
Kolbenpumpen 10 in sternförmiger Anordnung möglich sind.
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Die
Verwendung des in die Laufbuchse 16 eingesetzten Ventilsitzteils 96 hat
den Vorteil, daß die Kolbenrückstellfeder 36 nicht
dazu dient, das Einlaßventil 38 zu
halten, die Kolbenrückstellfeder 36 der
in 2 dargestellten Kolbenpumpe dient ausschließlich der
Rückstellung
des Kolbens 20, also dazu, den Kolben 20 in Anlage
am Umfang des Exzenters 34 zu halten.