DE102006028638A1

DE102006028638A1 - Kolbenpumpe

Info

Publication number: DE102006028638A1
Application number: DE102006028638A
Authority: DE
Inventors: Andre Bollwerk; Wolfgang Schuller; Horst Beling; Jürgen Wagner; Michael Schuessler; Stefan Hallermann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-06-22
Filing date: 2006-06-22
Publication date: 2008-01-03
Also published as: CN101473137B; WO2007147693A2; US20090185924A1; KR101057966B1; EP2035700A2; KR20090014299A; WO2007147693A3; CN101473137A; US8272858B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe zur Förderung von Fluiden, umfassend einen Kolben (2) und ein zwischen einem Einlassventil (4) und einem Auslassventil (16) angeordneten Druckraum (3), wobei das Einlassventil (4) zwischen dem Druckraum (3) und einem Niederdruckbereich (20) der Kolbenpumpe angeordnet ist und wobei das Einlassventil (4) einen Ventilkörper (5), ein Schließelement (6), eine Vorspanneinrichtung (8) zum Vorspannen des Schließelements (6) und eine Fixiereinrichtung (10) zur Befestigung des Einlassventils am Kolben (2) umfasst, wobei die Fixiereinrichtung (10) wenigstens zwei vom Ventilkörper (5) in Richtung des Kolbens (2) vorstehende Fixierelemente (11, 12, 13, 14) umfasst, welche voneinander beabstandet sind und zwischen sich Zuströmöffnungen (15) für eine Zuströmung von Fluid aufweisen. Ferner betrifft die Erfindung eine Kolbenpumpe mit einem Einlassventil ohne ein Federvorspannelement.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe zur Förderung von Fluiden und insbesondere eine Kolbenpumpe zur Förderung von Flüssigkeiten in Fahrzeugen, wie z.B. von Bremsflüssigkeit oder Kraftstoff.
Kolbenpumpen sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. In Fahrzeugen werden Kolbenpumpen beispielsweise als Kraftstoffpumpen oder als Pumpen zur Druckversorgung von Bremssystemen verwendet. Eine bekannte Kolbenpumpe weist dabei zwischen einem Eingangsventil und einem Ausgangsventil einen Arbeits- bzw. Druckraum auf, in welchem durch eine lineare Bewegung eines Kolbens ein Druck aufgebaut wird. Um möglichst einen kompakten Aufbau aufzuweisen, wird das Fluid durch mehrere Radialbohrungen und eine Längsbohrung im Kolben zum Einlassventil zugeführt. Hierzu ist jedoch eine spanende Bearbeitung des Kolbens notwendig, welche sehr aufwendig ist. Ferner wurde festgestellt, dass aufgrund der Zuführung durch den Kolben und der damit verbundenen relativen langen Weglänge zur Zuführung des Fluids Strömungsverluste auftreten. Die bekannte Kolbenpumpe ist somit relativ aufwendig aufgebaut und teuer in ihrer Herstellung.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Kolbenpumpe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass sie nur einen sehr kleinen Bauraum benötigt und kostengünstig herstellbar ist. Ferner weist die erfindungsgemäße Kolbenpumpe deutlich reduzierte Strömungsverluste auf. Dadurch kann der Wirkungsgrad der Kolbenpumpe verbessert werden. Eine spanende Bearbeitung des Kolbens ist bei der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe zudem nicht notwendig. Die erfindungsgemäße Kolbenpumpe kann sehr kostengünstig hergestellt werden und weist eine geringe Teileanzahl auf. Dadurch können auch die Montagekosten durch Reduzierung der notwendigen Montageschritte verringert werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Kolbenpumpe einen Kolben und einen zwischen einem Einlassventil und einem Auslassventil angeordneten Druckraum aufweist. Das Einlassventil ist zwischen dem Druckraum und einem Niederdruckbereich der Kolbenpumpe angeordnet. Das Einlassventil umfasst einen Ventilkörper mit einem Ventilsitz, ein Schließelement, eine Vorspanneinrichtung zum Vorspannen des Schließelements und eine Fixiereinrichtung zum Befestigen des Einlassventils am Kolben. Die Fixiereinrichtung umfasst dabei wenigstens zwei vom Ventilkörper in Richtung des Kolbens vorstehende Fixiernasen, welche voneinander beabstandet sind und zwischen denen sich Zuströmöffnungen zur Zuströmung des Fluids befinden. Hierdurch ist es nicht mehr notwendig, dass im Kolben Zuströmbohrungen o.Ä. vorgesehen sind. Die Zuströmung des Fluids erfolgt erfindungsgemäß durch die Zuströmöffnungen zwischen dem Ventilkörper und dem Kolben. Ein Querschnitt der Zuströmöffnung kann dabei beispielsweise durch Änderung einer Länge der Fixiernasen oder eine Änderung eines Abstandes der Fixiernasen oder eine Änderung der Anzahl der Fixiernasen verändert werden.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Vorzugsweise sind die Fixiernasen entlang eines Umfangs des Ventilkörpers jeweils gleich voneinander beabstandet. Es sei angemerkt, dass besonders bevorzugt drei oder vier Fixiernasen vorgesehen sind. Dadurch kann zwischen den einzelnen Fixiernasen jeweils eine ausreichende Querschnittsfläche für die Zuströmung von Fluid bereitgestellt werden.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfassen die Fixiernasen jeweils eine Stufe. Die Stufe dient als Anschlag für eine Stirnseite des Kolbens, so dass bei der Montage des Ventilkörpers an den Kolben immer eine definierte Position des Ventilkörpers am Kolben erhalten wird. Dadurch können auch Montagefehler vermieden werden. Ferner kann durch die Abstufung ein Pressverband zwischen Kolben und Ventilkörper erreicht werden.
Um eine besonders kostengünstige Herstellbarkeit zu ermöglichen, ist der Kolben vorzugsweise eine Zylinderrolle aus einem Vollmaterial, insbesondere einem Metallmaterial.
Um eine schnelle und einfache Montage zu ermöglichen, erfolgt eine Befestigung der Fixiernasen am Kolben vorzugsweise kraftschlüssig, insbesondere über eine Pressverbindung.
Der Ventilkörper ist besonders bevorzugt aus einem Kunststoffmaterial hergestellt. Dadurch können die Herstellkosten reduziert werden, da der Ventilkörper kostengünstig durch ein Spritzgussverfahren herstellbar ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorspanneinrichtung des Einlassventils eine Feder, insbesondere eine Spiralfeder, welche sich an einem am Ventilkörper angeordneten Käfig abstützt. Der Käfig ist vorzugsweise einstückig mit dem Ventilkörper gebildet. Dadurch kann die Teilezahl reduziert werden.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung umfasst die Vorspanneinrichtung eine Vielzahl von elastischen Vorspannnasen, welche das Schließelement halten. Durch elastisches Verformen der Vorspannnasen kann das Einlassventil geöffnet werden. Die Vorspannnasen verformen sich dabei ab einem vorbestimmten Öffnungsdruck und schließen das Einlassventil wieder, nachdem der Öffnungsdruck unter den vorbestimmten Wert gefallen ist. Die Vorspannnasen weisen zum Halten des Schließelements vorzugsweise eine Hinterschneidung auf. Weiter bevorzugt sind die Vorspannnasen einstückig mit dem Ventilkörper gebildet.
Weiter betrifft die vorliegende Erfindung eine Kolbenpumpe zur Förderung von Fluiden, umfassend einen Kolben und einen zwischen einem Einlassventil und einem Auslassventil angeordneten Druckraum. Das Einlassventil umfasst einen Ventilkörper, ein Schließelement und eine Vorspanneinrichtung zum Vorspannen des Schließelements, wobei die Vorspanneinrichtung des Einlassventils eine Vielzahl von elastischen Vorspannelementen umfasst. Die elastischen Vorspannelemente übernehmen dabei eine Funktion einer Rückstellfeder beim Einlassventil. Die Vorspannelemente weisen vorzugsweise eine Hinterschneidung zum Halten des Schließelements auf und sind weiter bevorzugt einstückig mit einem Ventilkörper des Einlassventils gebildet. Die Vorspannelemente sind vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial hergestellt.
Ein Schließelement einer erfindungsgemäße Kolbenpumpe ist vorzugsweise eine Kugel oder eine Platte.
Weiter bevorzugt ist am Ventilkörper zusätzlich ein Dichtelement zur Abdichtung des Druckraums gegenüber einem Niederdruckbereich der Kolbenpumpe angeordnet.
Zeichnung
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung ist:
1 eine schematische Schnittansicht einer Kolbenpumpe gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 eine teilweise geschnittene Ansicht eines mit einem Einlassventil vormontierten Kolbens,
3 eine perspektivische Ansicht von 2,
4 eine perspektivische Ansicht eines Einlassventils,
5 eine perspektivische Ansicht des Einlassventils von 4 aus einer anderen Richtung, und
6 eine schematische Schnittansicht einer Kolbenpumpe gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 eine Kolbenpumpe 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst die Kolbenpumpe 1 einen Kolben 2, welcher aus einem Vollmaterial als Zylinderrolle hergestellt ist. Der Kolben 2 ist an einem Gehäuse 22 in einer Hülse 22a hin- und herbeweglich geführt (Doppelpfeil X in 1) und wird beispielsweise mittels eines Exzenters angetrieben. Die Kolbenpumpe 1 umfasst ferner ein Einlassventil 4, ein Auslassventil 16 und einen zwischen dem Einlassventil 4 und dem Auslassventil 16 angeordneten Druckraum 3.
Das Einlassventil 4 umfasst einen Ventilkörper 5, welcher aus einem Kunststoffmaterial hergestellt ist. Ferner umfasst das Einlassventil 4 ein Schließelement 6, welches in diesem Ausführungsbeispiel eine Kugel ist. Das Schließelement 6 dichtet an einem Ventilsitz 7, welcher am Ventilkörper 5 gebildet ist, ab bzw. gibt diesen frei. Das Schließelement 6 wird mittels einer Zylinderfeder 8 gegen den Ventilsitz 7 vorgespannt. Die Zylinderfeder 8 stützt sich an einem integral mit dem Ventilkörper 5 gebildeten Käfig 9 ab. Der Käfig umfasst drei Arme 9a, 9b, 9c, welche insbesondere aus den 2 und 5 ersichtlich sind. Die Arme 9a, 9b, 9c weisen dabei jeweils einen nach innen gerichteten vorstehenden Vorsprung 90a, 90b, 90c auf, gegen welchen sich die Zylinderfeder 8 abstützt. Das Einlassventil 4 umfasst ferner eine Fixiereinrichtung 10, um das Einlassventil 4 am Kolben 2 zu befestigen. Wie aus den 1 und 4 ersichtlich ist, umfasst die Fixiereinrichtung 10 eine Vielzahl von Fixierelementen. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Fixiereinrichtung 10 vier Fixierelemente 11, 12, 13, 14. Die Fixierelemente 11, 12, 13, 14 stehen in Axialrichtung in Richtung des Kolbens 2 vom Ventilkörper 5 vor und werden mit dem Kolben 2 über eine Presspassung verbunden. Die Fixierelemente 11, 12, 13, 14 weisen jeweils eine Stufe 11a, 12a, 13a, 14a auf, um einen Anschlag für eine Stirnfläche 2a des Kolbens 2 zu bilden. Die Fixierelemente 11, 12, 13, 14 sind jeweils gleich voneinander beabstandet. Dadurch wird zwischen jeweils benachbarten Fixierelementen 11, 12, 13, 14 jeweils eine Zuströmöffnung 15 gebildet, so dass insgesamt vier Zuströmbereiche gebildet sind.
Wie aus 1 ersichtlich, trennt das Einlassventil den Druckraum 3 von einem Niederdruckbereich 20. Der Niederdruckbereich 20 bildet in diesem Ausführungsbeispiel einen Ringkanal, welchem über einen Saugkanal 19 Fluid, wie durch den Pfeil A angedeutet, zugeführt wird.
In der Ansaugphase der Kolbenpumpe strömt somit das Fluid durch die vier zwischen den Fixierelementen 11, 12, 13, 14 gebildeten Zuströmöffnungen 15 am geöffneten Schließelement 6 vorbei in den Druckraum 3. Dies ist in 1 durch den Pfeil B angedeutet.
Das Auslassventil 16 umfasst ein Schließelement 17 sowie eine Feder 18. Das Auslassventil 16 ist als Rückschlagventil ausgebildet und öffnet, sobald ein vorbestimmter Druck im Druckraum 3 erreicht wird. Das Fluid kann dann durch das geöffnete Auslassventil 16 in den Druckkanal 21 und von dort beispielsweise den Radbremsen eines Fahrzeugs zugeführt werden.
Die Funktion der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe 1 ist dabei wie folgt. In der Ansaugphase ist das Auslassventil 16 geschlossen und das Einlassventil 4 geöffnet. Da das Einlassventil 4 vollständig am druckraumseitigen Ende des Kolbens 2 befestigt ist, bewegt sich das Einlassventil 4 zusammen mit dem Kolben 2 vom Auslassventil 16 fort. In der Ansaugphase wird somit Fluid durch den Saugkanal 19, die Zuströmöffnungen 15 und das geöffnete Einlassventil in den Druckraum 3 zugeführt. Das ist in 1 durch die Pfeile A bzw. B angedeutet. Im unteren Totpunkt kehrt sich die Bewegungsrichtung des Kolbens 2 um und die Druckaufbauphase beginnt. Dabei wird das Einlassventil 4 geschlossen und im Druckraum 3 erfolgt der Druckaufbau gegen das geschlossene Auslassventil. Sobald ein vorbestimmter Öffnungsdreck, der durch die Vorspannkraft der Auslassventilfeder 18 und dem anstehenden Gegendruck bestimmt ist, erreicht ist, öffnet das Auslassventil 16 und das unter Druck stehende Fluid kann aus dem Druckraum 3 über das geöffnete Auslassventil 16 in den Druckkanal 21 strömen.
Die erfindungsgemäße Kolbenpumpe weist somit einen besonders einfachen Aufbau auf. Die Zuströmung von Fluid zum Druckraum 3 erfolgt somit durch die Zuströmöffnungen 15 zwischen dem Einlassventil 4 und dem Kolben 2. Das Einlassventil 4 kann dabei als vormontierte Baugruppe auf den Kolben 2 vormontiert werden. Somit kann eine Baugruppe umfassend das Einlassventil 4 und den Kolben 2 als vormontierte Einheit bereitgestellt werden. Da der Ventilkörper 5 und die Fixiereinrichtung 10 sowie der Käfig 9 einstückig gebildet sind, kann die Bauteileanzahl reduziert werden. Dies vermindert die notwendigen Montageschritte. Der Ventilkörper 5 kann dabei beispielsweise mittels Spritzgießen hergestellt werden.
Erfindungsgemäß können ferner die Strömungsverluste bei der Zuströmung des Fluids in den Druckraum 3 reduziert werden, da die Zuströmung nicht mehr über die im Stand der Technik im Kolben vorhandenen Bohrungen führt. Als Kolben 2 kann beispielsweise eine einfach und kostengünstig bereitstellbare Nadelrolle verwendet werden.
Die erfindungsgemäß Kolbenpumpe 1 kann dabei sowohl als Druckpumpe als auch als Saugpumpe verwendet werden.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 6 eine Kolbenpumpe 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet.
Das zweite Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei im Unterschied dazu das Einlassventil 4 verschieden aufgebaut ist. Das Einlassventil 4 des zweiten Ausführungsbeispiels weist kein Federelement mehr auf. Stattdessen weist das Einlassventil 4 des zweiten Ausführungsbeispiels mehrere elastische Vorspannelemente 30 auf, welche jeweils eine nach innen gerichtete Vorspannnase 31 umfassen. Ein Schließelement 6 des zweiten Ausführungsbeispiels ist ferner als Platte ausgebildet. Die elastischen Vorspannelemente 30 sind dabei derart gebildet, dass, wenn sich das Schließelement 6 von seinem Ventilsitz 7 im Ventilkörper 5 abhebt, eine elastische Verformung der Vorspannelemente 30 bzw. der Vorspannnasen 31 erfolgt. Die elastische Verformung kann dabei sowohl an den Vorspannnasen 31 als auch am Verbindungsbereich zwischen den Vorspannnasen 31 und dem Ventilkörper 5 erfolgen. Ein Weg des Schließelements 6 in Axialrichtung beim Öffnen ist dabei relativ kurz. Das Schließen des Einlassventils 4 erfolgt dann über die Rückstellkraft der Vorspannelemente 30, welche weder in ihre Ausgangsposition zurückkehren und dabei das Schließelement 6 gegen den Ventilsitz 7 drücken.
Die Zuströmung des Fluids erfolgt wie im ersten Ausführungsbeispiel durch die Zuströmöffnungen 15 zwischen den Fixierelementen 11, 12, 13, 14 der Fixiereinrichtung 10. Die Kolbenpumpe des zweiten Ausführungsbeispiels weist dabei einen insbesondere in Axialrichtung sehr kompakten Aufbau auf. Ferner kann durch Verzicht auf ein Federelement beim Einlassventil die Teileanzahl weiter reduziert werden. Die Vorspannelemente 30 sind ebenfalls einstückig mit dem Ventilkörper 5 gebildet, so dass dieses Bauteil beispielsweise durch Kunststoffspritzgießen hergestellt werden kann.
Ansonsten entspricht das zweite Ausführungsbeispiel dem ersten Ausführungsbeispiel, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.

Claims

Kolbenpumpe zur Förderung von Fluiden, umfassend einen Kolben (2) und ein zwischen einem Einlassventil (4) und einem Auslassventil (16) angeordneten Druckraum (3), wobei das Einlassventil (4) zwischen dem Druckraum (3) und einem Niederdruckbereich (20) der Kolbenpumpe angeordnet ist und wobei das Einlassventil (4) einen Ventilkörper (5), ein Schließelement (6), eine Vorspanneinrichtung (8) zum Vorspannen des Schließelements (6) und eine Fixiereinrichtung (10) zur Befestigung des Einlassventils am Kolben (2) umfasst, wobei die Fixiereinrichtung (10) wenigstens zwei vom Ventilkörper (5) in Richtung des Kolbens (2) vorstehende Fixierelemente (11, 12, 13, 14) umfasst, welche voneinander beabstandet sind und zwischen sich Zuströmöffnungen (15) für eine Zuströmung von Fluid aufweisen.
Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixierelemente (11, 12, 13, 14) entlang eines Umfangs des Ventilkörpers (5) jeweils gleich voneinander beabstandet sind.
Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixierelemente (11, 12, 13, 14) jeweils eine Stufe (11a, 12a, 13a, 14a) aufweisen, welche als Anschlag für eine Stirnseite (2a) des Kolbens (2) dient.
Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (2) eine Zylinderrolle aus Vollmaterial ist.
Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigung der Fixierelemente (11, 12, 13, 14) der Fixiereinrichtung (10) am Kolben (2) kraftschlüssig erfolgt.
Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (5) aus einem Kunststoffmaterial hergestellt ist.
Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspanneinrichtung (8) des Einlassventils (4) eine Feder ist, welche sich an einem am Ventilkörper (5) angeordneten Käfig (9) abstützt.
Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspanneinrichtung des Einlassventils (4) eine Vielzahl von elastischen Vorspannelementen (30) umfasst, welche am Ventilkörper (5) angeordnet sind und das Schließelement (6) gegen einen Ventilsitz (7) am Ventilkörper (5) vorspannen, wobei die Vorspannelemente (30) Vorspannnasen (31) aufweisen, um das Schließelement (6) zu halten.
Kolbenpumpe zur Förderung von Fluiden, umfassend einen Kolben (2) und einen zwischen einem Einlassventil (4) und einem Auslassventil (16) angeordneten Druckraum (3), wobei das Einlassventil (4) einen Ventilkörper (5), ein Schließelement (6) und eine Vorspanneinrichtung zum Vorspannen des Schließelements (6) gegen einen Ventilsitz (7) umfasst, wobei die Vorspanneinrichtung des Einlassventils eine Vielzahl von elastischen Vorspannelementen (30) umfasst.
Kolbenpumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannelemente (30) des Einlassventils (4) jeweils eine Vorspannnase (31) aufweisen.
Kolbenpumpe nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspanneinrichtung einstückig mit dem Ventilkörper gebildet ist.
Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließelement (6) eine Kugel oder eine Platte ist.
Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (5) ein Dichtelement zur Abdichtung des Druckraums (3) gegenüber einem Niederdruckbereich (20) der Kolbenpumpe umfasst.