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Die Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe für eine hydraulische Fahrzeugbremsanlage mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Stand der Technik
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Kolbenpumpen sind aus schlupfgeregelten hydraulischen Fahrzeugbremsanlagen bekannt und werden dort auch als Rückförderpumpen bezeichnet. Vielfach sind zwei Pumpenkolben gleichachsig einander gegenüber mit einem rotierend antreibbaren Exzenter zwischen sich angeordnet, also in sog. Boxeranordnung. Einander zugewandte Stirnenden der Pumpenkolben liegen an einem Umfang des Exzenters an. Durch rotierenden Antrieb des Exzenters werden die Pumpenkolben zu einem Hubantrieb angetrieben. Zur Reibungsminderung weist der Exzenter ein Lager auf, dessen Lagerring auf dem Exzenter drehbar ist. Die Stirnenden der Pumpenkolben liegen am Lagerring an. Zwar dreht der Lagerring nicht mit dem Exzenter mit, trotzdem findet eine Relativbewegung zwischen dem Lagerring und den an ihm anliegenden Stirnenden der Pumpenkolben statt, weil sich der Exzenter auf einer Kreisbahn um seine Drehachse bewegt. Wegen der Kreisbewegung bewegt sich der Exzenter nicht nur in Achsrichtung der Pumpenkolben, sondern auch quer dazu. Diese Bewegung macht der Lagerring des Exzenters mit und bewegt sich deswegen relativ zu den an ihm anliegenden Stirnenden der Pumpenkolben. Der Lagerring des Exzenters bewegt sich gegenüber dem Stirnende des Pumpenkolbens, der mit geringerer Anlagekraft an dem Lagerring anliegt. Dies wechselt im Verlauf einer Umdrehung des Exzenters und eines vollständigen Vor- und Rückhubs zwischen den Pumpenkolben hin und her. Die Relativbewegung zwischen dem Lagerring des Exzenters und den an ihm anliegenden Stirnenden der Pumpenkolben verursacht Reibung und Verschleiß.
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Der Lagerring des Exzenterlagers gleitet abwechselnd auf dem Stirnende des einen Pumpenkolbens und wälzt auf dem Stirnende des anderen Pumpenkolbens.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Kolbenpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist eine Wegbegrenzung für den Pumpenkolben auf, die einen Hub des Pumpenkolbens in Richtung des Exzenters so begrenzt, dass der Pumpenkolben vorübergehend vom Umfang des Exzenter bzw. vom Lagerring des Exzenterlagers abhebt, wenn sich der rotierend angetriebene Exzenter vom Pumpenkolben entfernt. Ein exzenterseitiger Totpunkt des Pumpenkolbens wird von der Wegbegrenzung und nicht vom Exzenter bestimmt. Bei seinem rotierenden Antrieb bewegt sich der Exzenter auf einer Kreisbahn um seine Drehachse. Auf einem dem Pumpenkolben fernen Abschnitt der Kreisbahn hebt die Wegbegrenzung den Pumpenkolben ab vom Exzenter bzw. seinem Lagerring. Solange der Pumpenkolben vom Umfang des Exzenters abgehoben ist, sind Reibung und Verschleiß vermindert.
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Die Unteransprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung zum Gegenstand.
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Die Erfindung ist grundsätzlich auf eine Kolbenpumpe mit einem Pumpenkolben anwendbar. Vorteilhaft ist die Erfindung bei zwei Pumpenkolben, die gemeinsam von einem Exzenter angetrieben werden. Ist einer der beiden Pumpenkolben vom Exzenter abgehoben, finden Reibung und Verschleiß nur am anderen Pumpenkolben statt. Es sind auch mehr als zwei Pumpenkolben möglich. Weist der Exzenter ein Exzenterlager auf, wie es Anspruch 3 vorsieht, wälzt ein Lagerring des Exzenterlagers auf dem Stirnende des einen Pumpenkolbens anstatt zu gleiten, wenn der andere Pumpenkolben vom Lagerring abgehoben ist. Reibung und Verschleiß sind in dieser Phase auf einen Bruchteil im Vergleich mit einem Gleiten reduziert.
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Bei zwei oder mehr Pumpenkolben sind eine Reihen-, V- oder Sternordnung der Pumpenkolben möglich, wobei die Aufzählung nicht abschließend ist. Anspruch 4 sieht die bereits beschriebene Boxeranordnung der Pumpenkolben vor, die zu einem Abheben des einen Pumpenkolbens vom Exzenter führt, wenn auch der andere Pumpenkolben sich im Bereich des Totpunkts befindet. Die Bewegung des Exzenters quer zu den Pumpenkolben ist an den Totpunkten am Größten und schnellsten, der verschleiß- und reibungsmindernde Effekt des Abhebens eines Pumpenkolbens von Exzenter am Größten.
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Anspruch 5 sieht einen Stufenkolben als Pumpenkolben vor, an dessen Ringstufe die Wegbegrenzung erfolgt. Die Wegbegrenzung lässt sich dadurch mit geringem Aufwand verwirklichen. Ein Stufenkolben bewirkt einen gleichmäßigeren Ansaugstrom, weil er sowohl während eines Vor- als auch während eines Rückhubs Bremsflüssigkeit ansaugt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt einen Achsschnitt einer erfindungsgemäßen Kolbenpumpe.
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Ausführungsform der Erfindung
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Die in der Zeichnung dargestellte, erfindungsgemäße Kolbenpumpe 1 weist zwei zylindrische Kolben 2 auf, von denen in der Zeichnung der Darstellbarkeit wegen nur einer gezeichnet ist. Der andere Kolben ist gleichachsig dem dargestellten Kolben 2 gegenüber angeordnet mit einem Exzenter 3 zwischen den beiden Kolben 2. Die Kolben 2 sind also in Boxeranordnung angeordnet, der zwischen ihnen befindliche Exzenter 3 dient einem Hubantrieb der Kolben 2 zur Förderung von Bremsflüssigkeit in an sich bekannter Weise. Die Kolbenpumpe 1 ist für eine im Übrigen nicht dargestellte, schlupfgeregelte, hydraulische Zweikreis-Fahrzeugbremsanlage vorgesehen, wobei jeder Kolben 2 einem der beiden Bremskreise zugeordnet ist. Bei rotierendem Antrieb vollführt der Exzenter 3 eine Bewegung auf einer Kreisbahn um seine Drehachse. Der Exzenter 3 ist zylindrisch und weist ein Exzenterlager 4 mit einem Lagerring 5 auf. In der dargestellten Ausführungsform ist das Exzenterlager 4 ein Kugellager, dessen Lagerring 5 mit Kugeln 6 drehbar auf dem Exzenter 3 wälzgelagert ist. Anstelle eines Kugellagers kann auch ein Gleitlager als Exzenterlager Verwendung finden (nicht dargestellt).
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An einem exzenterfernen Ende ist ein rohrförmiges Kolbenteil 7 am Kolben 2 angebracht, das Löcher 8 zum Einlass von Bremsflüssigkeit in seiner Umfangswand aufweist. Das Kolbenteil 7 und der Kolben 2 bilden einen mehrteiligen Pumpenkolben 39. An seinem dem Kolben 2 abgewandten Ende, das sich in einem Zylinder 9 befindet, weist das Kolbenteil 7 einen konischen Ventilsitz 10 eines Einlassventils 11 der Kolbenpumpe 1 auf. Das Einlassventil 11 ist ein federbelastetes Rückschlagventil mit einer Ventilkugel 12, die von einer Ventilschließfeder 13 gegen den Ventilsitz 10 gedrückt wird. Die Ventilschließfeder 13 stützt sich in einem Ventilkäfig 14 ab, der an einem dem Kolben 2 abgewandten Ende des Kolbenteils 7 angebracht ist. Im Ventilkäfig 14 ist auch die Ventilkugel 12 aufgenommen. Der Ventilkäfig 14 besteht aus Kunststoff und weist eine umlaufende Dichtlippe 15 auf, die den Pumpenkolben 39 im Zylinder 9 abdichtet.
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Ein dem Exzenter 3 fernes Ende des Zylinders 9 weist einen Boden 16 mit einem axialen Durchgangsloch 17 auf, das einen Ventildurchlass eines Auslassventils 18 bildet. Das Auslassventil 18 ist wie das Einlassventil 11 ein federbelastetes Rückschlagventil mit einer Ventilkugel 19, die von einer Ventilschließfeder 20 gegen einen Ventilsitz 21 gedrückt wird, der an einer Mündung des Durchgangslochs 17 ausgebildet ist. Die Ventilkugel 19 und die Ventilschließfeder 19 des Auslassventils 18 sind in einem axialen Sackloch 22 in einem Zylinderkopf 23 aufgenommen, der außen auf den Boden 16 des Zylinders 9 aufgesetzt ist. Aus dem Sackloch 22 im Zylinderkopf 23 führen Radialkanäle 24 nach außen in eine kreisförmige Sammelleitung 25, die den Zylinder 9 nahe seines Bodens 16 umgibt. Von der Sammelleitung 25 führt ein Auslass 26 nach außen.
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Der Zylinder 9 ist in eine Pumpenbohrung 27 in einem Pumpengehäuse 28 eingebracht. Das Pumpengehäuse 28 kann ein eigenes Gehäuse für die Kolbenpumpe 1 sein. In der gezeichneten Ausführungsform der Erfindung wird das Pumpengehäuse 28 von einem Hydraulikblock der im übrigen nicht dargestellten Fahrzeugbremsanlage gebildet, in dem die Pumpenbohrung 27 angebracht ist. Außer der Kolbenpumpe 1 sind weitere hydraulische Bauelemente wie Magnetventile, Rückschlagventile, Hydrospeicher in den Hydraulikblock eingebaut und durch Bohrungen im Hydraulikblock hydraulisch miteinander verschaltet. Solche Hydraulikblöcke sind von schlupfgeregelten hydraulischen Fahrzeugbremsanlagen bekannt und sollen hier nicht näher erläutert werden. Die Pumpenbohrung 27 mündet an einem Ende in einen Exzenterraum 29, in dem der Exzenter 3 aufgenommen ist. Das andere Ende der Pumpenbohrung 27 ist mit dem Zylinderkopf 23 verschlossen, der in eine Mündung der Pumpenbohrung 27 eingepresst ist und zusätzlich mit einer nicht dargestellten, umlaufenden Verstemmung befestigt sein kann.
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Im Zylinder 9 ist eine Schraubendruckfeder als Kolbenfeder 30 angeordnet, die sich am Boden 16 des Zylinders 9 abstützt und gegen einen ringförmigen Rand 31 des Ventilkäfigs 14 drückt. Die Kolbenfeder 30 hält den Ventilkäfig 14 am Kolbenteil 7 und erforderlichenfalls auch das Kolbenteil 7 am Kolben 2. Die Kolbenfeder 30 beaufschlagt den aus dem Kolben 2 und dem Kolbenteil 7 bestehenden Pumpenkolben 39 in Richtung des Exzenters 3.
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In Verlängerung seines exzenterseitigen Endes weist der Zylinder 3 ein rohrförmiges Filter 32 auf, das den Kolben 2 in Höhe des Kolbenteils 7 umschließt. Das Filter 32 weist ein Filtersieb 33, ein schlauchförmiges Filtergewebe oder ein sonstiges Filtermaterial auf, das in ein Filtergerüst 34 eingebettet ist. Das Filtergerüst 34 besteht aus Kunststoff, es ist um das Filtersieb 33 gespritzt. Das Filter 32 bzw. das Filtergerüst 34 ist auf ein offenes, dem Exzenter 3 zugewandtes Ende des Zylinders 9 aufgesetzt.
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An einem dem Zylinder 9 fernen Ende des Filters 32 ist ein Ring 35 in der Pumpenbohrung 27 angeordnet. Der Ring 35 umschließt den Kolben 2, er ist zwischen dem dem Zylinder 9 fernen Stirnende des Filters 32 und einer konischen Verjüngung 36 der Pumpenbohrung 27 gehalten. Der Ring 35 wirkt mit dem Kolbenteil 7 zusammen, er bildet eine Wegbegrenzung 37 für den Pumpenkolben 39. Bei einem Hub in Richtung des Exzenters 3 stößt das Kolbenteil 7 gegen den Ring 35, so dass der Kolben 2 vom Lagerring 5 des Exzenterlagers 4 abhebt. Ein exzenterseitiger Totpunkt des Pumpenkolbens 39 wird also von dem Ring 35, der die Wegbegrenzung 37 bildet, und nicht vom Exzenter 3, bestimmt. Bei einer Weiterdrehung entfernt sich der Exzenter 3 vom Pumpenkolben 39, der vom Ring 35 rückgehalten wird, bis der Exzenter 3 seinen dem Pumpenkolben 39 entferntesten Punkt auf seiner Kreisbahn um seine Drehachse erreicht. Anschließend nähert sich der Exzenter 3 wieder dem Pumpenkolben 39, bis der Lagerring 5 des Exzenterlagers 4 wieder in Anlage am Stirnende 38 des Pumpenkolbens 39 gelangt. Der Pumpenkolben 39 wird jetzt vom rotierend angetriebenen Exzenter 3 in bekannter Weise wieder zu einer Hubbewegung weg vom Exzenter 3 und nach Erreichen eines exzenterfernen Totpunkts in Richtung zum Exzenter 3 angetrieben, bis das Kolbenteil 7 wieder an dem Ring 35 anstößt, der die Wegbegrenzung 37 bildet. Bei seiner Hubbewegung fördert der Pumpenkolben 39 Bremsflüssigkeit in an sich bekannter Weise.
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Der bezüglich des Exzenters 3 dem dargestellten Pumpenkolben 39 gegenüberliegende, nicht dargestellte Pumpenkolben bewegt sich aufgrund des Antriebs mit demselben Exzenter 3 immer gleich mit dem dargestellten Pumpenkolben 39 mit. Es vollführt immer einer der beiden Pumpenkolben einen Hub in Richtung des Exzenters 3 und der andere Pumpenkolben einen Hub weg vom Exzenter 3. Auch der nicht dargestellte Pumpenkolben weist eine Wegbegrenzung auf, die ihn vom Lagerring 5 des Exzenterlagers 4 abhebt, bevor er seinen exzenterseitigen Totpunkt erreicht. Da die beiden Pumpenkolben 39 ihre exzenterseitigen Totpunkte immer abwechselnd erreichen, wird immer nur einer der beiden Pumpenkolben 39 vom Lagerring 5 des Exzenterlagers 4 abgehoben. Solange einer der beiden Pumpenkolben 39 vom Lagerring 5 des Exzenterlagers 4 abgehoben ist, findet am anderen Pumpenkolben keine Gleitbewegung zwischen seinem Stirnende 38 und dem Lagerring 5 des Exzenterlagers 4 statt, sondern der Lagerring 5 des Exzenterlagers 4 wälzt auf dem Stirnende 38 des Pumpenkolbens 39. Reibung und Verschleiß sind dadurch auf ein Minimum verringert. Nur wenn die Stirnenden 38 beider Pumpenkolben 39 am Lagerring 5 des Exzenterlagers 4 anliegen, findet ein Gleiten des Lagerrings 5 des Exzenterlagers 4 auf dem Stirnende 38 zumindest eines der beiden Pumpenkolben 39 statt, weil sich der Exzenter 3 bei seiner Bewegung auf der Kreisbahn um seine Drehachse auch quer zu den Kolben 2, 7 bewegt,
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Durch das auf den Kolben 2 aufgesetzte Kolbenteil 7 ist der Pumpenkolben 39 als Stufenkolben ausgebildet, der im Zylinder 9 einen größeren Durchmesser als außerhalb des Zylinders 9 in der Pumpenbohrung 27 aufweist. Ein Stufenkolben hat einen gleichmäßigeren Ansaugstrom zur Folge, er saugt Bremsflüssigkeit sowohl während seines Hin- als auch während seines Rückhubs. Das liegt daran, dass der Pumpenkolben 39, wenn er bei einem Hub weg vom Exzenter 3 Bremsflüssigkeit aus dem Zylinder 9 verdrängt, ein Volumen in einem Ansaugbereich in der Pumpenbohrung 27 vergrößert und deswegen Bremsflüssigkeit ansaugt. Bei einem Hub in Richtung des Exzenters 3 verkleinert der als Stufenkolben ausgebildete Pumpenkolben 39 zwar das Volumen im Ansaugbereich in der Pumpenbohrung 27, jedoch vergrößert er das Volumen im Zylinder 9. Die Vergrößerung des Volumens im Zylinder 9 ist größer als die Verkleinerung des Volumens im Ansaugbereich in der Pumpenbohrung 27. Durch das beim Hub in Richtung des Exzenters 3 geöffnete Ansaugventil 11 kommunizieren die beiden Volumina und die Kolbenpumpe 1 saugt auch beim Hub des Pumpenkolbens 39 in Richtung des Exzenters 3 Bremsflüssigkeit an. Die Ausbildung des Pumpenkolbens 39 als Stufenkolben hat für die Erfindung den Vorteil, dass eine Ringstufe 40 des Pumpenkolbens 39 am Übergang vom Kolben 2 zum Kolbenteil 7 für die Wegbegrenzung 37 verwendbar ist. Die Ringstufe 40 des Pumpenkolbens 39 stößt bei einem Hub des Pumpenkolbens 39 in Richtung des Exzenters 3 gegen den Ring 35, der als Wegbegrenzung 37 für den Pumpenkolben 39 an der Verjüngung 36 in der Pumpenbohrung 27 angeordnet ist.
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Auch Querkräfte auf die Pumpenkolben 39 durch den Exzenter 3, der sich bei seiner Bewegung auf der Kreisbahn um seine Drehachse quer zu den Pumpenkolben 39 bewegt, wird durch das Abheben jeweils eines der beiden Pumpenkolben 39 vom Lagerring 5 des Exzenterlagers 4 verringert. Die Pumpenkolben 39 werden wie beschrieben an ihren exzenterseitigen Totpunkten vom Lagerring 5 des Exzenterlagers 4 abgehoben, also zu einem Zeitpunkt, zu dem die Bewegung des Exzenters 3 quer zu den Pumpenkolben 39 groß bzw. schnell ist. Der Effekt der Vermeidung einer Querkraft vom Exzenter 3 auf die Pumpenkolben 39 durch Abheben der Pumpenkolben 39 vom Lagerring 5 des Exzenterlagers 4 ist dadurch besonders groß.
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Der Ring 35 bildet einen Anschlag für die Ringstufe 40 des Pumpenkolbens 39 zur Wegbegrenzung. Die Wegbegrenzung kann auch in anderer Weise, beispielsweise durch eine Ringstufe der Pumpenbohrung 27 als Anschlag für den Pumpenkolben 39 bzw. dessen Ringstufe 40 verwirklicht sein (nicht dargestellt).
