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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe zur Förderung
von Hydraulikfluid mit einem optimierten Schadraum.
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Kolbenpumpen
sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen
bekannt. Als Kolbenpumpen für
Fahrzeugbremsanlagen werden häufig
Radialkolbenpumpen verwendet, bei denen wenigstens ein Kolben mittels
eines Exzenters hin- und herbewegbar ist. Derartige Kolbenpumpen
werden häufig
auch für
elektronische Stabilitätssysteme
(ESP) oder elektrohydraulische Bremsanlagen (EHB) verwendet. Ein
Druckaufbau erfolgt mittels des hin- und herbewegbaren Kolbens in
einem Druckraum, wobei unter Druck stehendes Fluid über ein
Auslassventil in eine Druckleitung abgegeben wird. Der Kolben wird
hierbei mittels eines im Druckraum angeordneten Federelements in
seine untere Totpunktstellung gebracht. Von daher ist der für den Druckraum
notwendige Bauraum relativ groß, so
dass insbesondere die Gefahr besteht, dass im Hydraulikfluid gelöste Luft
in den Druckraum ausgasen kann. Weiterhin können hierdurch unerwünschte Geräusche entstehen.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Kolbenpumpe
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den
Vorteil auf, dass sie einen optimierten Schadraum hat. Dies wird
erfindungsgemäß dadurch erreicht,
dass ein Federelement zur Rückstellung
des Kolbens außerhalb
des Druckraums angeordnet ist. Dadurch wird erreicht, dass im Druckraum
keine zusätzlichen
Bauteile angeordnet sind und das Volumen des Druckraums somit hinsichtlich
der gewünschten
Druckerzeugung optimiert ausgelegt werden kann.
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Die
Unteransprüche
zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Vorzugsweise
ist das Federelement zur Rückstellung
des Kolbens an einem äußeren Umfangsbereich
des Kolbens angeordnet. Das Federelement kann dabei beispielsweise
an einem am Außenumfang
des Kolbens gebildeten Absatz angreifen oder an einer am Außenumfang
des Kolbens befestigten Haltescheibe angreifen.
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Vorzugsweise
erfolgt eine Zuführung
des Hydraulikfluids in den Druckraum durch ein im Inneren des Kolbens
integral gebildete Zuführleitung
und ein Einlassventil der Kolbenpumpe ist am Kolben im Bereich des
Austritts der Zuführleitung
in einer im Kolben gebildeten Ausnehmung angeordnet. Dadurch kann
eine besonders kompakte Kolbenpumpe in Axialrichtung des Kolbens
realisiert werden. Die Ausnehmung, in welcher das Einlassventil
angeordnet ist, kann beispielsweise eine an der Stirnseite des Kolbens
gebildete Bohrung sein, in welche die Zuführleitung durch den Kolben
mündet.
Mit anderen Worten kann an der Stirnseite des Kolbens eine Stufenbohrung vorgesehen
sein, welche die Ausnehmung und einen Teil der Zuführleitung
bildet.
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Weiter
bevorzugt umfasst die Kolbenpumpe ein Zylinderelement mit einem
ringförmig
vorstehenden Bereich, wobei der Kolben an der Innenseite des ringförmig vorstehenden
Bereichs geführt
ist und das Federelement zur Rückstellung
des Kolbens an der Außenseite
des ringförmig
vorstehenden Bereichs geführt
ist. Der ringförmig
vorstehende Bereich begrenzt dabei auch den Druckraum.
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Weiter
bevorzugt dichtet ein Abdichtelement den Druckraum an der Innenseite
des ringförmig
vorstehenden Bereichs gegen den Niederdruckbereich der Kolbenpumpe
ab.
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Besonders
bevorzugt ist am Kolben, insbesondere an dem zum Druckraum gerichteten
Ende des Kolbens, ein stufenförmiger
Bereich gebildet, an welchem das Abdichtelement angeordnet ist.
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Weiter
bevorzugt ist das Abdichtelement derart ausgebildet, dass es am
Kolben fixiert ist und den Kolben an der Innenseite des ringförmigen Bereichs des
Zylinderelements führt.
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Vorzugsweise
umfasst das Einlassventil ein Schließelement, ein Rückstellelement
und ein plattenartiges Halteelement. Das plattenartige Halteelement
weist eine Durchlassöffnung
auf, um eine Verbindung zwischen dem Einlassventil und dem Druckraum
bereitzustellen und das Einlassventil am Kolben zu fixieren. Besonders
bevorzugt ist das plattenartige Halteelement derart ausgebildet,
dass es zusätzlich
auch das Abdichtelement am stufenförmigen Bereich des Kolbens
fixiert. Dies kann beispielsweise derart realisiert werden, dass
das plattenartige Halteelement einen Außenumfang aufweist, der etwas über den
inneren Durchmesser des stufenförmigen Bereichs
vorsteht, so dass das Abdichtelement zwischen dem plattenartigen
Halteelement und dem stufenförmigen
Bereich des Kolbens angeordnet ist.
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Die
erfindungsgemäße Kolbenpumpe
wird besonders bevorzugt in Bremsanlagen von Fahrzeugen, beispielsweise
zur Steuerung des Drucks in Radbremszylindern verwendet. Besonders
bevorzugt wird die erfindungsgemäße Kolbenpumpe
dabei in Verbindung mit elektronischen Steuer- und Regelungssystemen
der Bremsanlage, wie z.B. ESP, EHB, ASR, usw. verwendet.
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Zeichnungen
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels im Detail beschrieben.
In der Zeichnung ist:
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1 eine
schematische Schnittansicht einer Kolbenpumpe gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung,
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2 eine
schematische Schnittansicht des Kolbens gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
wobei eine Montage des Einlassventils in der Einbaureihenfolge schematisch
dargestellt ist, und
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3 eine
schematische Schnittansicht eines Zylinderelements gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 eine
Kolbenpumpe 1 gemäß einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung beschrieben.
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Wie
in 1 gezeigt, umfasst die Kolbenpumpe 1 ein
Gehäuse 2 mit
einer mehrfach abgestuften Bohrung 2a, in welcher ein Kolben 3 angeordnet ist.
Der Kolben 3 wird mittels eines Exzenters 19 in bekannter
Weise in Axialrichtung X-X des Kolbens bewegt.
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Im
Kolben 3 ist eine Zuführleitung
durch mehrere Bohrungen gebildet, wobei eine Zuführung von Hydraulikfluid aus
den Zuleitungen 18a und 18b erfolgt. Genauer sind
im Kolben 3 zwei in Querrichtung des Kolbens gebildete
Bohrungsabschnitte 3a und 3b sowie eine in Längsrichtung
des Kolbens gebildete Bohrung 3c vorgesehen. Wie insbesondere aus 2 ersichtlich
ist, mündet
Zuführleitung
durch die Bohrung 3c in einer von der Stirnseite des Kolbens
vorgesehenen Ausnehmung 3d mit einem größeren Durchmesser als die Bohrung 3c.
Die Ausnehmung 3d dient zur Aufnahme eines Einlassventils 4. Somit
ist das Einlassventil 4 im Kolben integriert, wodurch ein
in Axialrichtung X-X kompakter Aufbau realisiert ist.
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Wie
aus 2 im Detail ersichtlich ist, umfasst das Einlassventil 4 eine
Kugel 5, eine Rückstellfeder 6 und
ein plattenförmiges
Halteelement 7. Das plattenförmige Halteelement 7 umfasst
eine mittige Öffnung 7a,
einen Flansch 7c zur Befestigung in der Bohrung 3d und
eine äußere ringförmige Platte 7b. Das
plattenförmige
Halteelement 7 wird vorzugsweise mittels einer Presspassung
mit der Bohrung 3d verbunden. Die Innenseite des Flansches 7c dient auch
zur Fixierung und Ausrichtung der Rückstellfeder 6. Der
Pfeil in 2 deutet den Montagevorgang des
Einlassventils in der Ausnehmung 3d an.
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Ferner
umfasst die Kolbenpumpe 1 ein Auslassventil 14 und
einen zwischen dem Einlassventil 4 und dem Auslassventil 14 angeordneten
Druckraum 8. Das Auslassventil 14 umfasst eine
Kugel 16 und eine Rückstellfeder 15,
welche in einer Ausnehmung in einem Verschlusselement 24 angeordnet
sind. Das Verschlusselement 24 verschließt die Stufenbohrung 2a des
Gehäuses
fluiddicht. Das Auslassventil gibt eine Verbindung zwischen dem
Druckraum 8 und einer Druckleitung 17 frei bzw.
verschließt
diese.
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Die
Kugel 16 des Auslassventils 14 verschließt dabei
eine Verbindungsbohrung 9c, welche in einem Zylinderelement 9 vorgesehen
ist. Das Zylinderelement 9 ist in 3 im Detail
dargestellt. Wie in 3 gezeigt, umfasst das Zylinderelement 9 einen
plattenförmigen
Basisbereich 9a und einen zylinderringförmigen, vorstehenden Flansch 9b.
Am zylinderringförmigen
Flansch 9b ist eine innere Umfangsfläche 9d und eine äußere Umfangsfläche 9e gebildet.
Die innere Umfangsfläche 9d dient
dabei zur Führung
des Kolbens 3 und begrenzt den Druckraum 8. Die äußere Umfangsfläche 9e dient
zur Führung und
Lagepositionierung eines Federelements 10 zur Rückstellung
des Kolbens 3. Dies ist im Detail in 1 dargestellt.
Das Federelement 10 umgreift somit den zylinderringförmigen Flansch 9b und
ist außerhalb
des Druckraumes 8 angeordnet.
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Wie
ferner aus 1 ersichtlich ist, stützt sich
das Federelement 10 zwischen dem plattenförmigen Bereich 9a des
Zylinderelements 9 und einer Haltescheibe 11 ab,
welche an einem umlaufenden Absatz 23 am Kolben 3 gehalten
wird. Dadurch wird die Rückstellkraft
des Federelements 10 über die Haltescheibe 11 und
den Absatz 23 auf den Kolben 3 übertragen.
Der Absatz 23 ist im Detail nochmals in 2 dargestellt.
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Wie
ferner aus 2 ersichtlich ist, ist am Kolben 3 an
dessen Stirnseite ein stufenförmiger
Bereich 13 ausgebildet. Der Bereich 13 dient zur
Aufnahme eines Dichtelements 12, um den Druckraum 8 gegenüber dem
Niederdruckbereich der Kolbenpumpe abzudichten. Wie aus 1 ersichtlich
ist, ist das Dichtelement 12 zwischen dem Bereich 13 am
Kolben 3 und dem plattenförmigen Bereich 7b des
Halteelements 7 angeordnet. Das Dichtelement 12 dichtet
dabei an der inneren Umfangsfläche 9d des
Zylinderelements 9 und am stufenförmigen Bereich 13 ab.
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Ferner
sind zur Abdichtung des Niederdruckbereichs der Kolbenpumpe gegenüber einem
Exzenterraum und zur Führung
des Kolbens 3 ein Stütz- bzw.
Führungsring 20,
ein Dichtelement 21 und eine Haltespange 22 zur
Fixierung des Dichtelements 21 vorgesehen.
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Die
Funktion der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe 1 ist
dabei wie folgt: Während
der Ansaugphase wird der Kolben 3 mittels des Federelements 10 über die
Haltescheibe 11 und den Absatz 23 in Richtung
des Exzenters 19 gedrückt.
Dabei öffnet
das Einlassventil 4 die Verbindung zwischen der Bohrung 3c und
dem Druckraum 8 und das Auslassventil befindet sich in
der geschlossenen Position. Hydraulikfluid wird aus den Leitungen 18a und 18b über die
Bohrungen 3a, 3b und 3c angesaugt. Der Druckraum 8 ist über das
Dichtelement 12, welches am inneren Umfangsbereich 9d des
Zylinderelements 9 anliegt, gegenüber dem Niederdruckbereich abgedichtet.
Nach Überschreiten
des unteren Totpunkts bewegt sich der Kolben 3 in die entgegengesetzte
Richtung gegen die Federkraft des Federelements 10. Das
Auslassventil 14 ist weiter geschlossen. Durch die Richtungsumkehr
wird das Einlassventil 4 geschlossen, so dass ein Druck
im Druckraum 8 aufgebaut wird. Sobald der Druck im Druckraum 8 größer als
die Rückstellkraft
der Rückstellfeder 15 des
Auslassventils 14 bzw. größer als der Druck in der Druckleitung 17 ist, öffnet das
Auslassventil 14, wobei die Kugel 16 den Durchlass 9c freigibt.
Somit kann das unter Druck stehende Hydraulikfluid aus dem Druckraum 8 in
die Druckleitung 17 strömen.
Wenn sich die Bewegungsrichtung des Kolbens 3 nach Erreichen
des oberen Totpunkts wieder umkehrt, wird das Auslassventil 14 mittels
der Rückstellfeder 15 in
bekannter Weise wieder verschlossen und das Einlassventil 4 wieder
geöffnet
und die Ansaugphase beginnt von neuem.
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Da,
wie insbesondere aus 1 ersichtlich ist, das Federelement 10 für den Kolben 3 außerhalb des
Druckraums 8 angeordnet ist, kann ein optimierter Schadraum
im Druckraum 8 erhalten werden. Das Federelement 10 wird
am äußeren Umfang 9e des Zylinderelements 9 geführt und
die Federkraft wird über
die Haltescheibe 11 auf den Kolben 3 übertragen.
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Die
erfindungsgemäße Kolbenpumpe
ist besonders kompakt aufgebaut und weist eine geringe Baugröße in Axialrichtung
X-X auf. Dabei kann aufgrund der unkomplizierten Geometrie der Bauteile die
erfindungsgemäße Kolbenpumpe
besonders kostengünstig
hergestellt werden. Durch die Schadraumoptimierung kann eventuell
in dem Hydraulikfluid gelöste
Luft nicht mehr in großen
Mengen im Druckraum 8 ausgasen, so dass ein Förderstopp
der Kolbenpumpe aufgrund von gasförmigen Medien im Druckraum
verhindert werden kann. Weiterhin wird durch die geringere Luftausgasung
die Geräuschentwicklung
der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe
reduziert.
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Es
sei angemerkt, dass der Kolben auch derart ausgestaltet sein kann,
dass auf die Haltescheibe 11 verzichtet werden kann. Als
Alternative zu der Haltescheibe 11 am Kolben können auch
integral gebildete, nasenförmige
Vorsprünge
integral am Kolben gebildet sein, um das Federelement 10 abzustützen. Eine
weitere Abstützungsmöglichkeit
für das
Federelement 10 ist das Vorsehen eines integralen, umlaufenden
Absatzes am Kolben und eine Ausbildung des Federelements 10 als
eine sich von dem Zylinderelement 9 in Richtung des Exzenters
verjüngende,
insbesondere konische, Spiralfeder. Dadurch kann die Teilezahl weiter
verringert werden.