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Stand der
Technik
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe zur Förderung
von Hydraulikfluid, welche insbesondere in Bremsanlagen von Fahrzeugen
verwendet wird.
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Kolbenpumpen
zur Förderung
von Hydraulikfluid sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen
Ausgestaltungen bekannt. In Bremsanlagen für Fahrzeuge werden dabei häufig Radialkolbenpumpen
verwendet, welche mehrere Pumpenelemente aufweisen, die mittels
eines Exzenterelements angetrieben werden. Die bekannten Pumpenelemente
weisen dabei ein Einlassventil und ein Auslassventil auf. Das Einlassventil
umfasst eine federbelastete Kugel, die gegen einen Ventilsitz gedrückt wird.
Aufgrund der Federbelastung bleibt das Einlassventil während der
druckerzeugenden Pumpbewegung des Kolbens geschlossen. Das Auslassventil
umfasst ebenfalls eine federbelastete Kugel, welche von ihrem Ventilsitz
abgehoben wird, sobald der Druck in einem Kolbenraum größer als
die Kraft der Feder des Auslassventils wird. Während der Saugphase entsteht
hingegen im Kolbenraum ein Unterdruck, so dass das Auslassventil
mittels der Federkraft geschlossen wird und das Einlassventil von
seinem Ventilsitz abgehoben wird und Hydraulikfluid aus einer Ansaugleitung
in den Kolbenraum angesaugt wird. Sobald der Kolben wieder den unteren
Totpunkt erreicht hat, beginnt wieder die Druckphase, in welcher
das Einlassventil geschlossen wird und Druck im Kolbenraum aufgebaut
wird. Aufgrund dieser Steuerung über
die federbelasteten Ventile resultieren Ungenauigkeiten, insbesondere
in der Ansaugphase, welche sich negativ auf den Wirkungsgrad auswirken.
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Bei
den bekannten Kolbenpumpen führt
dabei weiter ein Ansaugpfad durch den Kolben. D.h., im Kolben sind
eine Längsbohrung
und eine Querbohrung vorgesehen, über welche das Hydraulikfluid
angesaugt wird. Das Einlassventil ist dabei an einer Stirnseite
des Kolbens in einem Ventilkäfig
angeordnet. Von daher sind die Kolbenpumpen im Stand der Technik
relativ aufwendig und kostenintensiv in ihrer Herstellung, insbesondere
der Kolbenbohrung und der Montage.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Kolbenpumpe
zur Förderung
von Hydraulikfluid mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist
demgegenüber
den Vorteil auf, dass sie aufgrund einer exakteren Öffnung und Schließung des
Einlassventils einen höheren
Wirkungsgrad aufweist. Weiterhin weist die erfindungsgemäße Kolbenpumpe
eine vereinfachte Herstellung auf, so dass sich die Kosten der Kolbenpumpe
deutlich reduzieren können.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch
erreicht, dass die Kolbenpumpe ein schlitzgesteuertes Einlassventil
aufweist. Durch die Ausbildung als schlitzgesteuertes Einlassventil
kann weiter auf die aufwendige Bohrung von Bohrungen im Kolben verzichtet
werden. Dadurch können
einerseits die Herstellungskosten reduziert werden, andererseits
werden ungünstige
Strömungsverhältnisse
bei einem Durchführen
des Hydraulikfluids durch den Kolben vermieden. Weiterhin weist
das schlitzgesteuerte Einlassventil ein verbessertes Geräuschverhalten
auf.
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Die
Unteransprüche
zeigen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Vorzugsweise
ist ein Schlitz des schlitzgesteuerten Einlassventils am Innenumfang
des Zylinderelements und/oder am Außenumfang des Kolbens gebildet.
Besonders bevorzugt wird der Schlitz jedoch am Innenumfang des Zylinderelements
gebildet, da dieser sehr einfach und kostengünstig, z.B. mittels Räumen, herstellbar
ist.
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Weiter
bevorzugt umfasst das schlitzgesteuerte Einlassventil eine Vielzahl
von Schlitzen, welche identisch zueinander ausgebildet sind. Derartige Schlitze
können
besonders einfach hergestellt werden.
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Gemäß einem
anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist die Vielzahl von Schlitzen des Einlassventils
unterschiedlich zueinander ausgebildet. Hierbei können die
Schlitze beispielsweise unterschiedliche Längen zueinander in Bewegungsrichtung
des Kolbens aufweisen oder die Schlitze weisen unterschiedliche
Querschnitte zueinander auf.
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Eine
andere Möglichkeit
der Ausbildung unterschiedlicher Schlitze kann durch eine verschiedene
Ausbildung des Endes der Schlitze in Strömungsrichtung ermöglicht werden.
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Um
besonders strömungsgünstige Verhältnisse
zu schaffen, sind die Schlitze an ihrem zum Kolbenrahmen gerichteten
Ende vorzugsweise mit einer abgerundeten, d.h. strömungsgünstigen
Steuerkante versehen.
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Weiter
bevorzugt sind die Schlitze insbesondere in Richtung des Kolbenraumes
sich verjüngend, insbesondere
konisch, ausgebildet. Hierbei ist es auch möglich, unterschiedliche Steigungen
für die sich
verjüngenden
Schlitze zu verwenden. Weiter bevorzugt kann dabei auch ein zum
Kolbenraum gerichteter Endbereich der Schlitze sich verjüngend ausgebildet
sein, so dass die Schlitze einen großen Bereich mit einem konstanten
Querschnitt aufweisen und nur der Endbereich sich verjüngend ausgebildet
ist.
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Um
weiter verbesserte Strömungseigenschaften
am schlitzgesteuerten Einlassventil zu verwirklichen, sind die Schlitze
vorzugsweise symmetrisch zu einer Ebene durch eine Mittelachse des
Kolbens angeordnet.
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Weiter
bevorzugt sind die Schlitze mit einem bogenförmigen Querschnitt ausgebildet.
Dies ist besonders strömungsgünstig.
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Um
einen Verschleiß an
der Steuerkante der Schlitze zu minimieren, ist vorzugsweise an
der Stirnseite des Kolbens, welche zum Kolbenraum gerichtet ist,
ein Dichtring angeordnet. Besonders bevorzugt weist dieser Dichtring
eine ebenfalls strömungsgünstig abgerundete
Steuerkante auf. Dadurch wird ein Abrieb der zylinderseitigen Steuerkante
durch den Kolben vermieden.
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Weiterhin
kann diese Steuerkante auch durch die Kolbenoberkante oder durch
ein geeignetes Element aus Kunststoff dargestellt werden.
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Weiter
bevorzugt umfasst die Kolbenpumpe ein Rückstellelement für den Kolben,
welches eine Rückstellkraft
auf den Kolben über
den Dichtring ausübt.
Dadurch kann im Betrieb während
der Druckphase der Kolbenpumpe aufgrund der Elastizität des Dichtrings
zusätzlich
noch eine radial wirkende Kraft und somit eine verbesserte Abdichtung
erreicht werden.
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Das
erfindungsgemäße Zylinderelement
mit integrierten Schlitzen wird besonders bevorzugt als Fließpressteil
hergestellt, wodurch die Herstellungskosten sehr gering gehalten
werden können.
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Die
erfindungsgemäße Kolbenpumpe
wird besonders bevorzugt in Bremsanlagen von Fahrzeugen verwendet.
Ferner bevorzugt sind die Bremsanlagen dabei auch mit elektronischen
Steuer- und Regeleinrichtungen, wie z.B. ABS, ESP, ASR, EHB usw.,
ausgestattet.
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Zeichnung
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Nachfolgend
werden unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung mehrere Ausführungsbeispiele
der Erfindung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
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1 eine
schematische Schnittansicht einer Kolbenpumpe gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung,
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2 eine
schematische Querschnittsansicht der in 1 gezeigten
Kolbenpumpe,
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3 eine
schematische Schnittansicht eines am Kolben angeordneten Dichtrings
des ersten Ausführungsbeispiels,
und
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4 eine
schematische Schnittansicht einer Kolbenpumpe gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 eine
Kolbenpumpe 1 gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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Wie
in 1 gezeigt, umfasst die Kolbenpumpe 1 des
ersten Ausführungsbeispiels
einen im Wesentlichen zylinderförmigen
Kolben 2, welcher in einem Zylinderelement 3 in
Axialrichtung X-X des Kolbens hin und her bewegbar ist. In diesem
Ausführungsbeispiel
ist das Zylinder element zweiteilig aus einem Teil 3a und
einem Teil 3b hergestellt. Ferner ist ein Führungsring 4 zur
Führung
des Kolbens 2 eingezeichnet. Am unteren Bereich wird der
Kolben 2 von einem nicht dargestellten Gehäuse geführt und
der Kolben wird mittels eines ebenfalls nicht gezeigten Exzenters
in Axialrichtung X-X bewegt.
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Das
Kolbenelement 1 umfasst ferner ein Einlassventil 10 und
ein Auslassventil 14. Ein Kolbenraum 5 liegt zwischen
dem Einlassventil 10 und dem Auslassventil 14.
Weiter ist im Kolbenraum 5 eine Rückstellfeder 11 zur
Rückstellung
des Kolbens angeordnet. An dem zum Kolbenraum 5 gerichteten Ende
des Kolbens 2 ist ein stufenförmiger Absatz 2a gebildet,
an welchem ein Dichtelement 12 in Form eines Dichtrings
angeordnet ist. Der Dichtring ist mittels einer Presspassung an
dem stufenförmigen
Absatz 2a des Kolbens 2 befestigt. Die Rückstellfeder 11 stützt sich
dabei mit einem Ende an einem Bodenbereich des Zylinderelements 3a ab
und mit dem anderen Ende an der zum Kolbenraum gerichteten Seite
des Dichtrings (vgl. 1). Ferner ist im Bodenbereich
des Zylinderelements 3a eine Durchgangsöffnung 15 gebildet,
welche mittels des Auslassventils 14 freigegeben bzw. verschlossen
wird. Ein Rückstellelement 16 stützt sich
an einem Verschlusselement 17 des Zylinders ab und übt eine
Rückstellkraft
auf das Auslassventil 14 aus. Ferner ist dem Auslassventil 14 hydraulisch
ein Durchgangskanal 18 nachgeordnet, welcher zu einer Druckleitung
führt.
Von dieser Druckleitung wird das unter Druck stehende Hydraulikfluid
den jeweiligen Radzylindern zugeführt.
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Die
Zuführung
des Hydraulikfluids erfolgt über
eine Zuleitung aus einem Tank o.ä.,
wobei die Zuleitung in einen Ringkanal 14 mündet. Die
Zuleitung ist in 1 nicht dargestellt. Zwischen
der Ringleitung 19 und dem Kolbenraum 5 ist nun
das schlitzgesteuerte Einlassventil angeordnet. Von der Ringleitung 19 gehen
mehrere Schlitze 6, 7, 8, 9 in
Axialrichtung X-X ab. Die Schlitze 6, 7, 8, 9 sind
in 2 genauer dargestellt. Wie aus 2 ersichtlich
ist, sind vier identische Schlitze entlang des Innenumfangs des
Zylinderelements 3 gebildet. Die Schlitze 6, 7, 8, 9 weisen
einen bogenförmigen
Querschnitt auf und sind entlang des Innenumfangs des Zylinderelements 3 gleich
voneinander beabstandet. Wie in 1 gezeigt,
weisen die Schlitze jeweils eine Länge L in Axialrichtung auf.
Das Zylinderelement 3 ist als Kaltschlagteil hergestellt,
wodurch die Schlitze schnell und kostengünstig eingebracht werden können. Dies
ist besonders einfach möglich,
da das Zylinderelement 3 zweiteilig ausgebildet ist. Eine
Steuerkante S an den Schlitzen ist jeweils strömungsgünstig abgerundet.
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Wie
in 3 gezeigt, ist das Dichtelement 12 ebenfalls
mit einer strömungsgünstig abgerundeten Steuerkante 13 versehen.
Dadurch kann sichergestellt werden, dass während des Betriebes aufgrund der
zwischen den Kolben 2 und dem Zylinderelement 3 vorhandenen
geringen Toleranzen ein Schlag auf die Steuerkanten erfolgen kann.
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Die
Funktionsweise der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe 1 ist
dabei wie folgt. In der in 1 gezeigten
Stellung, in welcher sich die Kolbenpumpe in der Druckphase befindet,
wird der Kolben 2 weiter in Richtung des Pfeils A entgegen
der Federkraft der Rückstellfeder 11 bewegt.
Wenn sich der Kolben 2 so lange in Richtung des Pfeils
A bewegt hat, bis die Steuerkante 13 des Dichtelements 12 die
Steuerkanten S an den Schlitzen 6, 7, 8, 9 erreicht
ist, ist das schlitzgesteuerte Einlassventil 10 geschlossen
und die eigentliche Druckphase beginnt. Durch den Exzenterantrieb
wird der Kolben 2 weiter in Richtung des Pfeils A bewegt,
so dass der Druck innerhalb des Kolbenraums 5 ansteigt.
Wenn der Druck im Kolbenraum 5 größer ist als eine Kraft, welche
von der Rückstellfeder 16 auf
die Kugel des Auslassventils 14 ausgeübt wird, öffnet das Auslassventil und
das unter Druck stehende Hydraulikfluid wird aus dem Kolbenraum 5 über den
Kanal 18 in die nicht dargestellte Druckleitung abgeführt. Wenn
der Kolben 2 seinen oberen Totpunkt erreicht hat, kehrt
sich die Bewegungsrichtung des Kolbens um. Sobald die Steuerkante 13 des
Dichtelements 12 auf Höhe
der Steuerkante S der Schlitze 6, 7, 8, 9 liegt,
beginnt die Ansaugphase der Kolbenpumpe. Hydraulikfluid kann dabei
von der nicht dargestellten Ansaugleitung über den Ringkanal 19 und
die Schlitze 6, 7, 8 und 9 in
den Kolbenraum 5 strömen.
Wenn der Kolben 2 seinen unteren Totpunkt erreicht hat,
kehrt sich die Bewegungsrichtung des Kolbens um und der Kolben wird in
Richtung des Pfeils A zurückbewegt.
Da zwischen dem Kolbenraum 5 und dem Ringkanal 19 bzw.
der Zuleitung des Hydraulikfluids noch eine Verbindung über die
Schlitze besteht, wird noch kein Druck im Kolbenraum 5 durch
den Kolben 2 aufgebaut. Der Druck wird erst dann im Kolbenraum 5 aufgebaut, wenn
die Steuerkante 13 des Dichtrings 12 die Steuerkanten
S der Schlitze 6, 7, 8, 9 erreicht.
Sobald die Steuerkante 13 die Steuerkanten S in Axialrichtung X-X überfahren
hat, beginnt der Druckaufbau im Kolbenraum 5.
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Da
erfindungsgemäß die Überströmkanäle in Form
von Schlitzen im Zylinderelement 3 mit einer hohen Genauigkeit
bei geringen Herstellkosten hergestellt werden können, können die Schlitze 6, 7, 8, 9 ab
einem exakt definierten Punkt verschlossen bzw. geöffnet werden.
Hierdurch kann ein verbesserter Wirkungsgrad der Kolbenpumpe erreicht
werden. Weiterhin kann durch den Entfall von Bohrungen im Kolben
die gesamte Kolbenpumpe deutlich kostengünstiger als im Stand der Technik
hergestellt werden. Es sei weiter angemerkt, dass das Zylinderelement 3 auch
beispielsweise mittels Spritzguss oder als Fließpressteil hergestellt werden
kann.
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf 4 eine Kolbenpumpe 1 gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung beschrieben. Gleiche bzw. funktional
gleiche Teile werden mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel
bezeichnet.
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Wie
in 4 gezeigt, weist das zweite Ausführungsbeispiel
im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel
unterschiedlich gestaltete Schlitze 6, 7 auf.
Genauer weisen die Schlitze 6, 7 unterschiedliche
Längen
in Axialrichtung X-X auf. Wie in 4 gezeigt,
weist der Schlitz 6 eine axiale Länge L2 auf und der Schlitz 7 weist
eine axiale Länge
L1 auf. Dabei ist die Länge
L2 größer als
die Länge
L1. Weiter weisen die Schlitze jeweils einen Endbereich 6a bzw. 7a auf, welcher
sich verjüngend
gebildet ist. Durch diesen sich verjüngenden Endbereich 6a, 7a der
Schlitze wird ein strömungsgünstigeres
Einströmen
des Hydraulikfluids in den Kolbenraum 5 ermöglicht.
Die Steuerkanten S der Schlitze sind wieder strömungsgünstig abgerundet ausgebildet.
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Diese
Ausgestaltung der Schlitze gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
hat insbesondere den Vorteil, dass das Geräuschverhalten der Kolbenpumpe
während
des Betriebs positiv beeinflusst werden kann. Durch die unterschiedlichen
Längen
L1, L2 usw. der Schlitze öffnen
bzw. schließen
die Schlitze nicht alle zum gleichen Zeitpunkt, sondern abhängig von
der Stellung des Kolbens 2 nacheinander. Dadurch wird ein
schlagartiges Öffnen
wie bei den im Stand der Technik verwendeten Kugelventilen verhindert,
was insbesondere die Geräuschbildung
fördert.
Weiter werden durch die besonders strömungsgünstig geformten Endbereiche 6a, 7a der
Schlitze die Strömungsgeräusche deutlich
verringert. Weiterhin kann durch das stufenweise Öffnen bzw.
Schließen
der Schlitze der Gesamtwirkungsgrad der Kolbenpumpe 1 aufgrund
des verbesserten Strömungsverhaltens
des Hydraulikfluids signifikant verbessert werden.
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Um
bei Schlitzen mit unterschiedlichen Längen jeweils für jeden
Schlitz ein gleiches Durchströmvolumen
zu erhalten, können
die Querschnitte der Schlitze unterschiedlich ausgebildet sein derart,
dass die kürzeren
Schlitze eine größere Querschnittsfläche im Vergleich
mit den längeren
Schlitzen aufweisen. Durch diese Maßnahme wird der Wirkungsgrad der
Kolbenpumpe weiter verbessert.