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Die
Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe zum Fördern von Hydraulikflüssigkeit,
insbesondere für Fahrzeugbremsanlagen.
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Eine
derartige Kolbenpumpe vom Stufenkolbentyp ist aus der
DE 43 16 986 A1 bekannt,
und umfasst einen in einem Pumpenraum axial verschieblichen Stufenkolben,
der mit einem Kolbenabschnitt den Pumpenraum in eine Niederdruckkammer
und in eine Hochdruckkammer mit variablem Kammervolumen unterteilt,
wobei der Stufenkolben einen Abschnitt mit einer, der Hochdruckkammer
zugewandten, Schulter umfaßt,
die eine, die Hochdruckkammer gegen die Niederdruckkammer dichtende,
Dichtung hält
und mit einer, in der Hochdruckkammer angeordneten, Pumpenfeder.
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Kolbenpumpen
werden in Bremsanlagen eingesetzt, und dienen entweder einem aktiven Druckaufbau
oder sind für
einen Rückförderbetrieb ausgelegt.
Der Kolben unterteilt den Pumpenraum dabei in zwei voneinander getrennte
Pumpenkammern. Die eine Pumpenkammer steht über einen Ansaugkanal mit einem
Pumpeneinlaß und
die andere Pumpenkammer über
einen Druckkanal mit einem Pumpenauslaß in Verbindung. Die eine Pumpenkammer
erhält
nachfolgend die Bezeichnung Niederdruckkammer und die andere Pumpenkammer
wird nachfolgend als Hochdruckkammer bezeichnet.
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Kolbenpumpen
der betreffenden Gattung sind in der
DE 43 16 986 A1 beschrieben. Bei dieser bekannten
Kolbenpumpe ist der Stufenkolben als einstückiges Drehteil hergestellt,
in dem mehrere Ringnuten zur Realisierung von Pumpenkammern und
zur Aufnahme von Dichtungen eingestochen sind. Derartige Einstiche
lassen eine wirksame Stufung des Stufenkolbens aufgrund des kritischen Querschnittes
nicht zu. In der WO 98/12434 A1 ist daher auf einer zur Hochdruckkammer
gerichteten Schulter des Stufenkolbens eine Buchse angeordnet, die
eine die Hochdruckkammer gegen die Niederdruckkammer dichtende Dichtung
hält. Die,
den Stufenkolben nach Erreichen seiner oberen Totpunktlage, zurückstellende
Pumpenfeder wirkt dabei über
einen, ein Saugventil aufnehmenden, Saugventiltopf auf die Stirnseite
des Kolbens. Der Saugventiltopf weist hierzu einen stufenförmig ausgebildeten
Fuß mit
einer kreisringförmigen,
die Stirnseite des Stufenkolbens umgebenden, Auflage auf, auf der
sich die Pumpenfeder abstützt.
Zwischen der Auflage und der Buchse ist die Dichtung ohne Vorspannung
so angeordnet, daß ein
Spalt zwischen der Dichtung und der Auflage verbleibt. Im Betrieb
der Kolbenpumpe befindet sich das Saugventil in Schließstellung,
wenn der Stufenkolben von seiner unteren Totpunktlage die Hydraulikflüssigkeit
in der Hochdruckkammer so lange komprimiert, bis ein, die Hochdruckkammer
absperrendes, Druckventil öffnet
und einen Pumpenausgang freigibt. Gleichzeitig vergrößert sich
während
der Kolbenbewegung zur oberen Totpunktlage die Volumenaufnahme in
der Niederdruckkammer. Sobald sich der Stufenkolben unter der Wirkung
der Pumpenfeder von der oberen Totpunktlage zur unteren Totpunktlage
zurückbewegt,
wird während
des in der Hochdruckkammer stattfindenden Saughubes die in der Niederdruckkammer
befindliche Hydraulikflüssigkeit
vorkomprimiert und nach Überwindung
der wirksamen Federöffnungskraft
des Saugventils in die Hochdruckkammer verdrängt. Mit Beginn des Kompressionshubes
ist durch die sich in der Hochdruckkammer einstellenden Drücke bis
250 bar die Dichtung einer axialen Dichtpressung durch die Hydraulikflüssigkeit
unterworfen, da der Druck in der Hochdruckkammer wesentlich größer ist
als in der Niederdruckkammer. Die Druckdifferenz beaufschlagt die Dichtung
gleichmäßig gegen
die Buchse und hält
die Dichtung in vorgegebener Lage auf der Buchse. Bei dem unter
Wirkung der Pumpenfeder in der Hochdruckkammer einsetzenden Saughub
baut sich jedoch in dem Spalt zwischen der Pumpenwand und der Buchse
beim Vorkomprimieren der Hydraulikflüssigkeit ein Druck auf, der
auf die Dichtung wirkt und diese dazu veranlassen kann, sich in
Richtung der Auflage des Saugventiltopfes zu bewegen. Beim nachfolgenden
Kompressionshub wird die Dichtung wieder gegen die Buchse gepreßt. Dabei
entsteht eine kontinuierliche Walkbewegung, die die Standzeit der
Dichtung wesentlich verringert.
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Eine
lagestabilere Anordnung der Dichtung offenbart die
EP 0 637 690 A1 , die den
Saugventiltopf auf einer Schulter des Kolbens so abstützt, daß eine umlaufende
Ringnut zwischen der Auflage für
die Pumpenfeder und einer Schulter des Kolbens gebildet wird. Dies,
einem Einstich für
Ringdichtungen nachempfundene, Ausbildung vermindert zwar die mögliche Walkarbeit
der Dichtung, weil der Bewegungsraum der Dichtung verringert ist
und diese nur über
eine Pressung axial bewegt werden kann. Sie setzt jedoch die Ausbildung
einer zusätzlichen
Schutler am Kolben Voraus, was die Kosten der Herstellung und die
Komplexität
des Fertigungsablaufs erhöht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stufenkolben zu
schaffen, der kostengünstig
hergestellt werden kann und auf dem die die Hochdruckkammer gegen
die Niederdruckkammer abdichtende Dichtung in einfacher Weise auf
dem Stufenkolben lagegerecht gehalten werden kann, und wobei die Dichtpressung
und Reibung zwischen Dichtung und Zylinderwandung verbessert ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, daß zusätzlich zu variablen Kompressionskräften, eine
axiale Vorspannkraft auf eine Dichtung aus Elastomerwerkstoff eingeleitet
wird, welche die Dichtung in vorgegebener Lage hält, sowie zu einer angepassten
Dichtpressung zwischen Dichtung und Zylinderwand führt, und wobei
wenigstens ein Mittel zur Begrenzung der Dichtpressung vorgesehen
ist, um die Reibung zwischen der Dichtung und der Zylinderwand auf
ein vorgegebenes Maß zu
begrenzen. Dabei wird die Funktion der vorhandenen Pumpenfeder für die Vorspannung
der Dichtung genutzt. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform
kann beispielsweise ein Saugventiltopf mit einer Auflage auf der
Dichtung aufliegen, wobei die auf der Auflage sich abstützende Pumpenfeder
die Dichtung vorspannt. Die Vorspannung führt zu einer Dichtpressung
der Dichtung, die gleichzeitig über
die Dichtpreßkraft
in vorgegebener Lage gehalten wird.
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Nach
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung, ist zwischen der Dichtung und der Pumpenfeder ein
den Abschnitt des Stufenkolbens umgebender Fuß eines Saugventiltopfes angeordnet,
der über ein
Halteelement verschiebbar mit dem Stufenkolben verbunden ist. Eine
Ausführungsvariante
sieht hierzu ein am Saugventiltopf oder Stufenkolben angeordnetes
vorstehendes Halteelement vor, das in eine entsprechend im Saugventiltopf
oder Stufenkolben angeordnete Aussparung eingreift. Das Halteelement kann
als ein radial zum Innenraum des Saugventiltopfes sich erstreckender
Abschnitt des Fußes
ausgebildet sein, der einen Bund des Stufenkolbens hintergreift,
oder als ein am Saugventiltopf oder Stufenkolben befestigter Stift,
der in eine
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entsprechende
Längsnut
des dem Stift gegenüberliegenden
Bauteils – Stufenkolben
oder Saugventiltopf – eingreift.
Durch diese Ausbildung ist der Stufenkolben mit dem Saugventiltopf
verbunden. Dabei liegt der das Saugventil aufnehmende Saugventiltopf über die
Ventilfeder an einer Wand des Bundes bzw. der Aussparung bzw. der
Längsnut
des Stufenkolbens an. Der Stufenkolben und der Saugventiltopf mit
Saugventil bilden eine selbständig handhabbare
Baueinheit, die als vormontierte Baugruppe in den Pumpenraum eingesetzt
werden kann. Die axiale Bewegung des Saugventiltopfes durch die Pumpenfeder
kann dabei durch entsprechende Ausbildung des Halteelements und/oder
der Aussparung bzw. der Längsnut
begrenzt werden, da der Verschiebeweg des Saugventiltopfes von der
Position des Halteelements zu den Begrenzungen der Aussparung bzw.
der Längsnut
bestimmt wird.
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Andere
kraft-und/oder formschlüssige
Verbindungen zwischen dem Saugventiltopf und dem Stufenkolben, welche
die gleiche Funktion erfüllen, werden
durch die Erfindung mitumfasst.
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Gemäß dem Anspruch
3 ist zwischen der Dichtung und der Pumpenfeder ein den Abschnitt
des Stufenkolbens umgebender Fuß angeordnet,
der einen in vorgegebenem Abstand zu der Stirnfläche des Stufenkolbens angeordneten
Anschlag zur Begrenzung der Saugventiltopfbewegung aufweist. Durch diese
vorteilhafte Ausbildung wird die Vorspannung der Dichtung auf eine
vorgegebene Pumpenfederkraft begrenzt, da sich der Saugventiltopf
bei der Hubbewegung des Stufenkolbens nach vorgegebener Lageveränderung
mit dem Anschlag an dem Stufenkolben abstützt und damit die Dichtpressung
der Dichtung begrenzt. Durch diese Begrenzung der Vorspannung der
Dichtung wird beim Kompressionshub eine Quetschung der Dichtung
vermieden, jedoch beim Saughub eine ausreichend hohe Dichtpressung gewährleistet.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden
näher beschrieben.
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Es
zeigen:
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1 ausschnittsweise
einen Längsschnitt einer
Kolbenpumpe für
eine Fahrzeugbremsanlage,
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2 eine
vergrößerte Darstellung
des Ausschnitts A in 1, mit der Begrenzung für die Bewegung
des Saugventiltopfes,
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3 eine
vergrößerte Darstellung
des Ausschnitts A in l, mit der verschiebbaren
Befestigung des Saugventiltopfes
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Die
in 1 ausschnittsweise im Längsschnitt dargestellte Kolbenpumpe
zum Fördern
von Hydraulikflüssigkeit
ist insbesondere als Pumpe in einer Bremsanlage eines Fahrzeugs
vorgesehen und wird beim Steuern des Drucks in Radbremszylindern verwendet.
Je nach Art der Bremsanlage werden die Kurzbezeichnungen ABS bzw.
ASR und dergleichen verwendet. Die Kolbenpumpe weist einen Pumpenkörper 10 auf,
in dem ein zylinderförmiger
Pumpenraum 11 ausgebildet ist. Im Pumpenraum 11 ist
ein Stufenkolben 12 axial verschieblich geführt, der
von einem angetriebenen, nicht näher
dargestellten Exzenter gegen die Rückstellkraft einer Pumpenfeder 13 in
eine hin- und hergehende Hubbewegung angetrieben wird.
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Der
Stufenkolben 12 besteht aus einem zylinderförmigen Kolbenschaft 14 und
einer auf dem Kolbenschaft 14 festgehaltenen Stützscheibe 15.
Der zylinderförmige
Kolbenschaft 14 weist einen durchmesserkleineren Zylinderabschnitt 16 und
einen durchmessergrößeren Zylinderabschnitt 17 auf,
an deren Übergang
eine radial verlaufende Schulter 18 ausgebildet ist. Die
Stützscheibe 15 ist
auf dem durchmesserkleineren Zylinderabschnitt 16 aufgepreßt und stützt sich
an der Schulter 18 ab. Eine ebenfalls auf den Zylinderabschnitt 16 aufgeschobene
Elastomer-Dichtung 19 dichtet den Stufenkolben 12 gegenüber der
Zylinderwand 20 des Pumpenraums 11 ab. Zwischen
der Stützscheibe 15 und
der Dichtung 19 ist ein Backring angeordnet, der eine Verschleißreduzierung
der Dichtung 19 bewirkt.
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Die 1 läßt eine
koaxiale Hintereinanderschaltung des Saugventils 22 und
des Druckventils 23 innerhalb des Pumpenraumes 11 und
damit innerhalb des Pumpenkörpers 10 erkennen.
Das Saugventil 22 wird infolge der Wirkung einer Ventilfeder 24 in
Richtung auf den am Stufenkolben 12 angeordneten Ventilsitz
gedrückt.
Eine weitere, parallel zur ersten Druckfeder angeordnete Pumpenfeder 13 innerhalb
des Kompressionsraums 26 kontaktiert zum Zwecke der Kolbenrückstellung
den radial verlaufenden Fuß 27 eines
Saugventiltopfes 28, in dem das Saugventil mit der Ventilfeder 24 angeordnet
ist. Die Ventilfeder 24 stützt sich am Boden 29 des
Saugventiltopfes 28 und die Pumpenfeder 13 mit
ihren entgegengesetzten Windungsenden am Ventilsitzkörper 30 des
Druckventils 23 ab. Der Fuß 27 des Saugventiltopfes 28 wird
von der Pumpenfeder 13 beaufschlagt und preßt die Elastomer-Dichtung 19,
den Backring 21 und die Stützscheibe 15 gegen
die Schulter 18 des Kolbenschaftes 14 und stellt
damit den Stufenkolben 12 zurück.
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Die
den Stufenkolben 12 nach Erreichen seiner oberen Totpunktlage
zurückstellende
Pumpenfeder 13 wirkt dabei über den stufenförmig ausgebildeten
Fuß 27 mit
seiner kreisringförmig
die Stirnseite des Stufenkolbens 12 umgebenden Auflage 31 auf die
Elastomer-Dichtung 19.
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Im
Betrieb der Kolbenpumpe befindet sich das Saugventil 22 in
Schließstellung,
wenn der Stufenkolben 12 von seiner unteren Totpunktstellung aus
Hydraulikflüssigkeit
in der Hochdruckkammer 26 komprimiert, bis das Druckventil 23 öffnet und
den Pumpenausgang 32 freigibt. Gleichzeitig vergrößert sich
während
der Kolbenbewegung zur oberen Totpunktlage die Volumenaufnahme in
der Niederdruckkammer 33. Sobald sich der Stufenkolben 12 unter der
Wirkung der Pumpenfeder 13 von der oberen Totpunktlage
zu der unteren Totpunktlage zurückbewegt,
wird während
des in der Hochdruckkammer 26 stattfindenden Saughubes
die in der Niederdruckkammer 33 befindliche Hydraulikflüssigkeit
vorkomprimiert und nach Überwindung
der wirksamen Federöffnungskraft
des Saugventils 22 in die Hochdruckkammer 26 verdrängt. Mit
Beginn des Kompressionshubes durch die sich in der Hochdruckkammer 26 einstellenden
Drücke
bis 250 bar ist die Dichtung 19 einer Dichtpressung durch
die Hydraulikflüssigkeit
unterworfen, da der Druck in der Hochdruckkammer 26 wesentlich
größer ist
als in der Niederdruckkammer 33. Die Druckdifferenz beaufschlagt die
Dichtung 19 gegen die Stützscheibe 15 und hält diese
in vorgegebener Position. Bei dem unter Wirkung der Pumpenfeder 13 einsetzenden
Saughub zur unteren Totpunktlage bewirkt die sich entspannende Pumpenfeder 13 eine
Dichtpressung der Elastomer-Dichtung 19 und ersetzt damit
die Dichtpressung durch die Hydraulikflüssigkeit im Kompressionshub.
Ein sich beim Vorkomprimieren der Hydraulikflüssigkeit in der Niederdruckkammer 33 aufbauender
Druck zur Überwindung
der Federöffnungskraft der
Ventilfeder 24 führt
nicht zu Undichtigkeiten zwischen der Pumpenwand und der Stützscheibe 15. Die
auf die Dichtung 19 wirkende Pumpenfeder 13 preßt die Dichtung
während
der Phase der Vorkomprimierung und hält die Dichtung in vorgegebener
Lage.
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Wie 2 zeigt,
weist der Saugventiltopf 28 zur Vermeidung einer Überbeanspruchung
der Dichtung 19 während
des Kompressionshubes eine Begrenzung bzw. einen Anschlag 34 auf.
Der Anschlag 34 begrenzt den Verpreßweg 35 des Fußes 27,
indem ein um den Verpreßweg 35 radial
verlaufender Abschnitt des Saugventiltopfes über der Stirnfläche 36 des
Stufenkolbens 12 verläuft
und damit die Dichtpressung der Dichtung 19 durch die Pumpenfeder 13 begrenzt.
Bewegt sich der Stufenkolben 12 im Kompressionshub zu seiner
oberen Totpunktlage, wird die Dichtung 19 durch die federbeaufschlagte
Auflage 31 so lange einer Dichtpressung unterworfen, bis
der Anschlag 34 auf der Stirnfläche 36 aufsitzt und
den Preßvorgang
bei konstantem Druck aufrecht erhält. Durch die Begrenzung der
Dichtpressung der Dichtung 19 wird die Reibung zwischen
der Dichtung 19 und der Zylinderwand 20 auf ein
vorgegebenes Maß begrenzt,
das einerseits beim Vorkomprimieren der Hydraulikflüssigkeit
in der Niederdruckkammer 33 die Dichtfunktion aufrechterhalten
bleibt und andererseits eine Beschädigung der Dichtung 19 vermieden wird.
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In 3 ist
eine weitere Ausbildung des Ausschnitts A der 1 schematisch
dargestellt, bei der im Unterschied zur 2 der Saugventiltopf 28 verschiebbar
mit dem Stufenkolben 12 verbunden ist. Eine Ausführungsvariante
sieht hierzu ein am Saugventiltopf 28 oder Stufenkolben 12 angeordnetes
vorstehendes Halteelement 50 vor, das in eine entsprechend
im Saugventiltopf oder Stufenkolben angeordnete Aussparung 52 eingreift.
Das Halteelement 50 kann als als ein radial zum Innenraum 51 des
Saugventiltopfes sich erstreckender Abschnitt 53 des Fußes 27 sein,
der einen Bund 54 des Stufenkolbens 12 hintergreift,
oder ein am Saugventiltopf oder Stufenkolben befestigter Stift,
der in eine entsprechende Längsnut
des dem Stift gegenüberliegenden
Bauteils – Stufenkolben
oder Saugventiltopf- eingreift. Dabei liegt der das Saugventil 22, 24 aufnehmende
Saugventiltopf 28 über
die Ventilfeder 24 an einer Wand des Bundes 54 bzw.
der Aussparung 53 bzw. der Längsnut des Stufenkolbens 12 an.
Der Stufenkolben und der Saugventiltopf mit Saugventil bilden eine sebständig handhabbare
Baueinheit, die als vormontierte Baugruppe in den Pumpenraum eingesetzt werden
kann. Die axiale Bewegung des Saugventiltopfes 28 durch
die Pumpenfeder 13 kann dabei durch entsprechende Ausbildung
des Halteelements 50 und/oder der Aussparung 53 bzw.
der Längsnut begrenzt
werden, da der Verschiebeweg des Saugventiltopfes 28 von
der Position des Halteelements zu den Begrenzungen der Aussparung
bzw. der Längsnut
bestimmt wird.
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Der
zylinderförmige
Kolbenschaft 14 ist in der Niederdruckkammer mit einer
auf der Schulter 37 des Pumpenkörpers 10 angeordneten
Ringdichtung 38 gegenüber
dem nicht näher
dargestellten Exzenterraum abgedichtet. Ein vorzugsweise als Feder 39 ausgebildetes
elastisches Mittel hält
die Dichtung 38 in axialer Richtung auf der Schulter 37,
wobei die Feder 39 die Dichtung 38 vorspannt.
Die Feder 39 stützt sich
gegen die Stützscheibe 15 des
Stufenkolbens 12 so ab, daß eine Federkraft bei jeder
Hubbewegung in Richtung der Schulter wirkt. Zwischen der Feder 39 und
der Dichtung 38 ist im Bereich des Pumpeneinlasses 40 ein
Filter 41 angeordnet. Damit kann in dem Ansaugbereich die
angesaugte Hydraulikflüssigkeit
abgefiltert werden. Bevorzugt ist das Filter 41 mit zwei
Stützringen 42,43 versehen,
die zwischen Feder und Filter bzw. zwischen Dichtung und Filter angeordnet
sind. Durch die Ausbildung des Filters 41 mit den Stützringen 42,43 als
Baueinheit wird die Teilevielfalt verringert und die Montage wesentlich
erleichtert.