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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe für eine hydraulische Fahrzeugbremsanlage mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Derartige Kolbenpumpen werden in Kraftfahrzeugen zur Erzeugung eines hydraulischen Bremsdrucks zu einer Bremsbetätigung in schlupfgeregelten- und/oder Fremdkraft-Bremsanlagen verwendet.
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Eine derartigen Kolbenpumpe ist bekannt aus der Offenlegungsschrift
DE 195 03 621 A1 . Die bekannte Kolbenpumpe weist zwei Pumpenkolben, die in Boxeranordnung, d. h. einander gegenüberliegend angeordnet sind. Zwischen den beiden Pumpenkolben ist ein drehend antreibbarer, zylindrischer Exzenter mit einem Wälzlager angeordnet, an dessen Lagerring einander zugewandte Stirnenden der Pumpenkolben anliegen. Der Drehantrieb des Exzenters erfolgt üblicherweise mit einem Elektromotor. Der Lagerring ist ein Außenring des Wälzlagers, ein Innenring kann vorhanden, beispielsweise auf den Exzenter aufgepresst sein. Allerdings ist kein Innenring notwendig, bei der bekannten Kolbenpumpen wälzen Wälzkörper des Wälzlagers auf einer Umfangsfläche des Exzenters. Bei einem Drehantrieb des Exzenters wälzen die Wälzkörper des Wälzlagers auf der Umfangsfläche des Exzenters und auf der Innenseite des Lagerrings und die Wälzkörper laufen um den Exzenter um. Der Lagerring vollführt eine Bewegung auf einer Kreisbahn mit der Exzentrizität des Exzenters um dessen Drehachse. Die Kreisbewegung des Lagerrings treibt die Pumpenkolben zu einer Hubbewegung an, die in an sich bekannter Weise Ansaugen und Verdrängen, d. h. ein Fördern von Fluid, bewirkt. In einer hydraulischen Fahrzeugbremsanlage ist das geförderte Fluid Bremsflüssigkeit. Durch die Anlage der Pumpenkolben am Lagerring dreht dieser nicht mit dem Exzenter mit, sondern ist im Wesentlichen drehfest gehalten, er kann sich geringfügig drehen.
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Drücken die beiden einander gegenüberliegenden Pumpenkolben mit gleicher Kraft von außen gegen den Lagerring, gleichen sich ihre Kräfte aus, so dass der Lagerring nicht von außen gegen die Wälzkörper und diese nicht gegen den Exzenter drückt. Folge ist, dass die Wälzkörper lose am Exzenter anliegen und nicht gegen ihn gedrückt werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Kolbenpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist mindestens zwei Pumpenkolben auf, die mit Versatz in Längsrichtung einer Pumpenwelle zueinander angeordnet sind. Die von außen gegen den Lagerring des Wälzlagers drückenden Pumpenkolben bewirken ein Moment um eine gedachte Radialachse zur Pumpenwelle der Kolbenpumpe. Durch das Moment drück der Lagerring an Enden oder jedenfalls außermittig von außen gegen einige der Wälzkörper des Wälzlagers und drückt diese Wälzkörper gegen die Pumpenwelle. Der Lagerring drückt an einem Ende oder außermittig gegen einen oder mehrere benachbarte Wälzkörper und gegenüber gegen das andere Ende oder außermittig in entgegengesetzter Richtung gegen einen oder mehrere Wälzkörper. Das Moment, das die außen am Lagerring anliegenden Pumpenkolben wegen ihres Versatz auf den Lagerring ausüben, bewirkt dass zumindest zwei gegenüberliegende Wälzkörper auch dann gegen die Pumpenwelle gedrückt werden, wenn sich die Kräfte, mit denen die Pumpenkolben von außen gegen den Lagerring drücken, ausgleichen. Das stellt ein Wälzen der Wälzkörper auf der drehenden Pumpenwelle sicher. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist eine Spielfreiheit der Wälzkörper durch das von den mit Versatz angeordneten Pumpenkolben auf den Lagerring ausgeübte Moment und dadurch ein geräuscharmer Lauf des Wälzlagers.
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Die Unteransprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung zum Gegenstand.
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Das Moment, das die Pumpenkolben auf den Lagerring ausüben sollte so groß sein, dass ein zuverlässiges Wälzen der Wälzkörper auf der drehenden Pumpenwelle sichergestellt ist, wenn sich die Kräfte, mit denen die Pumpenkolben von außen gegen den Lagerring drücken, ausgleichen. Um einen Verschleiß des Wälzlagers niedrig zu halten sollte das Moment des Lagerrings klein sein. Der Versatz der Pumpenkolben in Längsrichtung der Pumpenwelle ist deswegen klein, Anspruch 2 sieht einen Versatz vor, der kleiner als ein Durchmesser der Pumpenkolben ist.
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Anspruch 3 sieht einen Wälzkörperkäfig vor, der sicherstellt, dass alle Wälzkörper um die drehende Pumpenwelle umlaufen, auch wenn aufgrund des Moments des Lagerrings nur zwei einander gegenüberliegende Wälzkörper gegen die Pumpenwelle gedrückt werden.
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Gemäß Anspruch 4 weist jeder Pumpenkolben eine Rückstellfeder auf, die ihn von außen gegen den Lagerring beaufschlagt und dadurch aufgrund seines Versatz das gewünschte Moment am Lagerring um die gedachte Radialachse zur Pumpenwelle bewirkt.
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Die Erfindung ist grundsätzlich für unterschiedliche Anordnungen der Pumpenkolben um die Pumpenwelle herum verwendbar, wie beispielsweise eine V-Anordnung von zwei Pumpenkolben oder eine Sternanordnung von mehr als zwei Pumpenkolben, wobei die Pumpenkolben nicht gleichmäßig um die Pumpenwelle herum verteilt angeordnet sein müssen. Bevorzugt ist die Anwendung der Erfindung allerdings für eine Boxeranordnung von zwei einander gegenüberliegenden Pumpenkolben mit der Pumpenwelle und dem Wälzlager zwischen den beiden Pumpenkolben (Anspruch 5).
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Das Wälzlager ist vorzugsweise kein Kugellager, sondern ein Rollen- oder Nadellager mit zylindrischen oder auch konischen Wälzkörpern. Anspruch 6 sieht allgemein Rotationskörper als Wälzkörper vor.
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Zum Wandeln der Drehbewegung der Pumpenwelle in eine Hubbewegung der Pumpenkolben sieht Anspruch 7 vor, dass der Lagerring exzentrisch zur Pumpenwelle angeordnet ist und dass die Wälzkörper unterschiedliche Durchmesser entsprechend einer unterschiedlichen Spaltbreite zwischen der Pumpenwelle und dem Lagerring aufweisen. Wälzen die Wälzkörper bei einem Drehantrieb der Pumpenwelle auf deren Umfang und laufen dabei um die drehende Pumpenwelle um, läuft mit den Wälzkörpern auch die größte, die kleinste und jede Spaltbreite zwischen dem Lagerring und der Pumpenwelle um die Pumpenwelle um. Der Lagerring vollführt eine Kreisbewegung um die Drehachse der Pumpenwelle selbst wenn die Pumpenwelle keine Exzentrizität aufweist. Die Kreisbewegung des Lagerrings treibt die Pumpenkolben zu ihrer Hubbewegung an. Die Pumpenwelle kann bei dieser Ausgestaltung der Erfindung eine Exzentrizität aufweisen, sich also bei ihrem Drehantrieb auf einer Kreisbahn um ihre Drehachse bewegen. Vorzugsweise weist die Pumpenwelle bei dieser Ausgestaltung der Erfindung allerdings keine Exzentrizität auf, sondern eine geometrische Achse der Pumpenwelle ist zugleich ihre Drehachse. Die Patentansprüche sprechen deswegen von einer Pumpenwelle anstatt von einem Exzenter. Allerdings ist die Erfindung auch für Kolbenpumpen mit einem Exzenter verwendbar, der konzentrisch vom Lagerring umschlossen ist, wobei die Wälzkörper gleiche Durchmesser aufweisen. In diesem Fall ist die Pumpenwelle als Exzenter aufzufassen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen Achsschnitt und
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2 einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Kolbenpumpe.
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Die Zeichnung ist als schematisierte und vereinfachte Darstellung zum Verständnis und zur Erläuterung der Erfindung zu verstehen.
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Beschreibung der Ausführungsform
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Die in der Zeichnung dargestellte, erfindungsgemäße Kolbenpumpe 1 weist eine Pumpenwelle 2 auf, die mit einem nicht dargestellten Elektromotor drehend antreibbar ist. Die Kolbenpumpe 1 weist zwei Pumpenkolben 3 auf, die in Boxeranordnung, d. h. einander gegenüberliegend mit der Pumpenwelle 2 zwischen einander zugewandten Stirnenden 4 der Pumpenkolben 3 angeordnet sind. Die Stirnenden 4 der Pumpenkolben 3 liegen außen an einem Lagerring 5 eines Wälzlagers 6 an. Der Lagerring 5 kann als Außenring des Wälzlagers 6 aufgefasst werden. Das Wälzlager 6 ist auf der Pumpenwelle 2 angeordnet. Es weist Rotationskörper, nämlich zylindrische Rollen als Wälzkörper 7 auf, wobei diese Bauform nicht zwingend für das Wälzlager 6 der Kolbenpumpe 1 ist. Die Wälzkörper können auch Nadeln oder Kegel sein, auch ein Kugellager ist nicht grundsätzlich von der Erfindung ausgeschlossen, obwohl ein Wälzlager mit Rotationskörpern als Wälzkörpern bevorzugt wird. Die Wälzkörper 7 wälzen auf der Pumpenwelle 2. Die Wälzkörper 7 sind drehbar in einem Wälzkörperkäfig 8 aufgenommen, der sie in Umfangsrichtung in ihrem Abstand voneinander hält.
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Die beiden Pumpenkolben 3 befinden sich in einer Axialebene der Pumpenwelle 2 und weisen einen Versatz a in achsparalleler Richtung, d. h. in Längsrichtung der Pumpenwelle 2 auf. Der Versatz a der Pumpenkolben 3 ist klein, so dass sich ein Verschleiß des Wälzlagers 6 durch das auf den Lagerring 5 ausgeübte Moment nicht oder allenfalls vernachlässigbar erhöht. Im Ausführungsbeispiel beträgt der Versatz a etwa die Hälfte eines Durchmessers der Pumpenkolben 3.
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In der Zeichnung nicht dargestellte Kolbenrückstellfedern beaufschlagen die Pumpenkolben 3 von außen gegen den Lagerring 5. Die Kolbenrückstellfedern sind Schraubendruckfedern, die auf einer dem Lagerring 5 fernen Seite der Pumpenkolben 3 in Pumpenbohrungen 9 angeordnet sind, sich an einem Grund der Pumpenbohrungen 9 abstützen und gegen dem Lagerring 5 abgewandte Stirnenden der Pumpenkolben 3 drücken. In den Pumpenbohrungen 9 sind die Pumpenkolben 3 axialverschieblich aufgenommen. Die Pumpenbohrungen 9 sind radial zur Pumpenwelle 2 angeordnet, die Pumpenkolben also radial zur Pumpenwelle 2 verschieblich. Die Pumpenbohrungen 9 weisen zueinander den Versatz in Längsrichtung der Pumpenwelle 2 auf.
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Durch den Versatz a der Pumpenkolben 3 bewirken die Kräfte, mit denen die Pumpenkolben 3 von außen gegen den Lagerring 5 drücken, ein Moment auf den Lagerring 5 um eine gedachte Achse radial zur Pumpenwelle 2. In 1 wirkt das Moment linksdrehend auf den Lagerring 5. Das auf den Lagerring 5 ausgeübte Moment bewirkt einen Andruck der Wälzkörper 7, die sich nahe bei den Pumpenkolben 3 befinden, an die Pumpenwelle 2. Und zwar werden die Wälzkörper 7 mit ihren Endbereichen oder jedenfalls außermittig gegen die Pumpenwelle 2 gedrückt. In 1 wird das obere Ende oder der obere Bereich des rechten Wälzkörpers 7 und das untere Ende bzw. der untere Bereich des linken Wälzkörpers 7 gegen die Pumpenwelle 2 gedrückt. Der Andruck der Wälzkörper 7 des Wälzlagers 6 an die Pumpenwelle 2 aufgrund des von den Pumpenkolben 3 auf den Lagerring 5 ausgeübten Moments bewirkt ein Wälzen auf und Umlaufen der Wälzkörper 7 um die Pumpenwelle 2, wenn diese drehend angetrieben wird, auch dann, wenn die Kräfte, mit denen die beiden Pumpenkolben 3 von außen gegen den Lagerring 5 drücken, gleich groß sind, d. h. sich gegenseitig aufheben. Ein Schlupf der Wälzkörper 7 wird vermieden.
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Der Wälzkörperkäfig 8 stellt sicher, dass alle Wälzkörper 7 um die drehend angetriebene Pumpenwelle 2 umlaufend, also auch die Wälzkörper 7, die nicht oder nur schwach gegen die Pumpenwelle 2 gedrückt werden.
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Der Andruck der Wälzkörper 7 durch das Moment, welches die Pumpenkolben 3 auf den Lagerring 5 ausüben, vermeidet oder vermindert Lauf- oder Klappergeräusche der Wälzkörper 7 und wirkt einer Geräuscherzeugung entgegen. Klappergeräusche können auftreten, wenn die Kraft, mit der der eine Pumpenkolben 3 gegen den Lagerring 5 drückt, steigt und die Kraft, mit der der andere Pumpenkolben 3 von der anderen Seite gegen den Lagerring 5 drückt, abnimmt, wobei sich zwischendurch die Kräfte, mit denen die beiden Pumpenkolben 3 gegen den Lagerring 5 drücken, ausgleichen. Dann wären, ohne das durch den Versatz a der Pumpenkolben 3 bewirkte Moment am Lagerring 5, die Wälzkörper 7 entlastet und es findet ein Richtungswechsel der resultierenden Kraft, die die beiden Pumpenkolben 3 auf den Lagerring 5 ausüben, statt. Das kann zu einem Klappern führen.
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Die dargestellte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kolbenpumpe 1 weist keinen Exzenter auf, ihre Pumpenwelle 2 dreht um ihre geometrische Achse, die zugleich ihre Drehachse 10 ist. Der Lagerring 5 des Wälzlagers 6 ist exzentrisch zur Pumpenwelle 2 angeordnet, eine Spaltbreite zwischen dem Lagerring 5 und der Pumpenwelle 2 ändert sich in Umfangsrichtung. Die Wälzkörper 7 weisen unterschiedliche Durchmesser entsprechend der Spaltbreite zwischen dem Lagerring 5 und der Pumpenwelle 2 an der Stelle auf, an der sich der jeweilige Wälzkörper 7 befindet. Bei einem Drehantrieb der Pumpenwelle 2 wälzen die Wälzkörper 7 auf der Pumpenwelle 2 und laufen um die Pumpenwelle 2 um. Mit den Wälzkörpern 7 läuft sozusagen auch die Spaltbreite zwischen dem Lagerring 5 und der Pumpenwelle 2 um, die größte Spaltbreite läuft mit dem Wälzkörper 7 mit dem größten Durchmesser, die die kleinste Spaltbreite mit dem Wälzkörper 7 mit dem kleinsten Durchmesser und ebenso läuft jede andere Spaltbreite um die Welle 2 um, wenn diese drehend angetrieben wird. Dadurch bewegt sich der Lagerring 5 auf einer Kreisbahn um die Achse und Drehachse 10 der Pumpenwelle 2, ohne mit der Pumpenwelle 2 mitzudrehen. Die Bewegung des Lagerrings 5 auf der Kreisbahn bewirkt einen Hubantrieb der außen an ihm anliegenden Pumpenkolben 3 und damit die Förderung von Fluid, d. h. von Bremsflüssigkeit in von Kolbenpumpen bekannter Weise.
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Die Pumpenbohrungen 9 sind in einem Pumpengehäuse 11 der Kolbenpumpe 1 angebracht und münden radial in einen zylindrischen Exzenterraum 12, der von der Pumpenwelle 2 axial durchsetzt wird und in dem sich das Wälzlager 6 befindet. Das Pumpengehäuse 11 ist Bestandteil eines sog. Hydraulikblocks, in dem außer den Pumpenkolben 3 weitere, nicht dargestellte hydraulische Bauelemente wie Magnetventile einer Schlupfregeleinrichtung für eine hydraulische Bremsanlage eines Kraftfahrzeugs angeordnet und hydraulisch miteinander verschaltet sind. Solche Hydraulikblöcke sind an sich bekannt und sollen hier nicht weiter erläutert werden.
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Grundsätzlich ist die Erfindung auch für Kolbenpumpen anwendbar, die in bekannter Weise einen Exzenter anstatt der Pumpenwelle 2 aufweisen, wobei der Exzenter insbesondere ein zylindrischer Körper ist, der um eine exzentrische Drehachse drehend antreibbar ist (nicht dargestellt). Das Wälzlager ist in diesen Fall vorzugsweise ein herkömmliches Wälzlager, dessen Wälzkörper gleiche Durchmesser aufweisen und dessen Lagerring den Exzenter konzentrisch umgibt, also exzentrisch zur Drehachse des Exzenters ist, wie es auch beim Lagerring 5 der gezeichneten Kolbenpumpe 1 der Fall ist. In diesem Fall ist die Pumpenwelle 2 mit einem Exzenter gleichzusetzen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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