DE19905790A1 - Kolbenpumpe - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe (10) für eine schlupfgeregelte, hydraulische Fahrzeugbremsanlage. Die Kolbenpumpe (10) weist einen Kolben (20) auf, der mittels eines elektromotorisch rotierend antreibbaren Exzenters (62) zu einer hin- und hergehenden Hubbewegung antreibbar ist. Um den Kolben (20) in Anlage am Umfang des Exzenters (62) zu halten, schlägt die Erfindung vor, den Kolben (20) magnetisch auszubilden und zu diesem Zweck beispielsweise einen Permanentmagneten (66) in den Kolben (20) einzusetzen (Figur 1).

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe nach der Gattung des Anspruchs 1.

Derartige Kolbenpumpen sind bekannt beispielsweise aus der DE 41 07 979 A1 oder der DE 40 27 794 A1. Die bekannten Kolbenpumpen weisen einen Kolben auf, der axial verschieblich in einer Zylinderbohrung in einem Pumpengehäuse aufgenommen ist. Die Zylinderbohrung kann unmittelbar im Pumpengehäuse angebracht sein. Eine weitere Möglichkeit ist es, eine die Zylinderbohrung aufweisende Laufbuchse in das Pumpengehäuse einzusetzen. Zum Antrieb des Kolbens zu einer in axialer Richtung hin- und hergehenden Hubbewegung, die in an sich bekannter Weise eine Förderung von Fluid bewirkt, ist ein rotierend antreibbarer Exzenter vorgesehen, der auf einer Stirnseite des Kolbens angeordnet ist und dessen Drehachse rechtwinklig zum Kolben und zur Zylinderbohrung verläuft.

Um den Kolben mit einer Stirnfläche in Anlage an einem Umfang des Exzenters zu halten, sind zwei Möglichkeiten üblich. Die erste Möglichkeit ist es, den Kolben mit einer Schraubendruckfeder als Kolbenrückstellfeder, die auf einer dem Exzenter abgewandten Seite des Kolbens in die Zylinderbohrung eingesetzt ist, gegen den Umfang des Exzenters zu drücken. Diese Möglichkeit sieht die bereits genannte DE 41 07 979 A1 vor. Diese Art der Kolbenrückstellung hat den Nachteil, daß der Exzenter gegen die Kraft der Kolbenrückstellfeder arbeitet, weswegen eine entsprechend größere Antriebsleistung notwendig ist. Weiterer Nachteil ist, daß die Kolbenrückstellfeder Bauraum in der Zylinderbohrung benötigt, wodurch ein Tot- oder Schadraum in einem Verdrängungsraum in der Zylinderbohrung vergrößert ist, was den Wirkungsgrad der Kolbenpumpe verschlechtert. Hinzu kommt der Nachteil, daß die Kolbenpumpe die Rückstellfeder als zusätzliches Bauteil benötigt, daß dieses zusätzliche Bauteil beim Zusammenbau der Kolbenpumpe in die Zylinderbohrung eingesetzt werden muß und dadurch zusätzlichen Arbeitsaufwand verursacht und daß die Kolbenrückstellfeder ermüden oder brechen kann.

Die zweite Möglichkeit der Kolbenrückstellung ist in der bereits genannten DE 40 27 994 A1 offenbart. Diese Möglichkeit sieht eine im wesentlichen C-förmige Bügelfeder vor, die den Exzenter umgreift und die mit ihren beiden Enden an Köpfen zweier einander gegenüberliegend in Boxeranordnung angeordneten Kolben angreift und diese in Anlage am Umfang des Exzenters hält. Die Bügelfeder hat den Nachteil, daß sie zu ihrer Unterbringung einen vergrößerten Exzenterraum notwendig macht. Weiterer Nachteil ist, daß an den Kolben Köpfe oder Kolbennuten zum Angriff der Bügelfeder notwendig sind, die den Herstellungsaufwand für die Kolben vergrößern. Des weiteren hat diese Möglichkeit der Kolbenrückstellung den bereits zur Kolbenrückstellfeder genannten Nachteil, daß mit der Bügelfeder ein zusätzliches Bauteil erforderlich ist, das den Montageaufwand der Kolbenpumpe vergrößert und daß die Bügelfeder brechen kann. Des weiteren macht sie eine Boxeranordnung der Kolben erforderlich, es sind also mindestens zwei Kolben notwendig, deren Anordnung nicht frei ist.

Vorteile der Erfindung

Bei der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 wird der Kolben durch Magnetkraft in Anlage am Umfang des Exzenters gehalten. Die erfindungsgemäße Kolbenpumpe hat den Vorteil, daß ihre Kolbenrückstellung keinen zusätzlichen Bauraum benötigt. Weiterer Vorteil ist ein vereinfachter Zusammenbau. Hinzu kommt, daß keine Feder zur Kolbenrückstellung vorgesehen ist, die brechen oder ermüden kann, so daß eine Ausfallwahrscheinlichkeit der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe verringert und ihre Lebensdauer vergrößert ist. Des weiteren bewirkt die Magnetkraft, die den Kolben zu seiner Rückstellung in Anlage am Umfang des Exzenters hält, keine Gegenkraft zur vom Exzenter auf den Kolben ausgeübten Antriebskraft. Zur Unterstützung der Magnetkraft kann eine Rückstellfeder zusätzlich vorgesehen sein.

Die Unteransprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung zum Gegenstand.

Zur Ausbildung des Kolbens mit einem Permanentmagneten kann beispielsweise ein Permanentmagnet, der ein dem Exzenter zugewandtes Ende des Kolbens bildet, fest mit dem Kolben verbunden sein (Anspruch 2).

Eine weitere Möglichkeit ist es, einen Permanentmagneten in ein Loch im Kolben einzusetzen. Diese Ausgestaltung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Loch einem Fluideinlaß in oder einem Fluidauslaß aus der Kolbenpumpe dient und in das Loch ein Rückschlagventil eingesetzt oder an einer Mündung des Lochs ein Rückschlagventil angebracht ist, das als Ein- oder Auslaßventil zur Steuerung eines Fluiddurchflusses durch die Kolbenpumpe dient (Anspruch 3). In diesem Fall wird der Permanentmagnet in das ohnehin im Kolben vorhandene Loch eingesetzt, was den Herstellungsaufwand verringert und einen sicheren Sitz des Permanentmagneten im Kolben bewirkt, insbesonder, wenn das Loch ein auf der Exzenterseite geschlossenes Sackloch ist (Anspruch 4).

Eine weitere Möglichkeit ist es, den Kolben magnetisch auszubilden, also den Kolben zu magnetisieren oder als Permanentmagneten herzustellen (Anspruch 5).

Um die Magnetkraft zwischen dem Kolben und dem Exzenter zu vergrößern ist gemäß Anspruch 5 eine konkav gewölbte Stirnfläche vorgesehen, mit der der Kolben am Umfang des Exzenters anliegt.

Die erfindungsgemäße Kolbenpumpe ist insbesondere als Pumpe in einer Brems­ anlage eines Fahrzeugs vorgesehen und wird beim Steuern des Drucks in Rad­ bremszylindern verwendet. Je nach Art der Bremsanlage werden für derartige Bremsanlagen die Kurzbezeichnungen ABS bzw. ASR bzw. FDR bzw. EHB ver­ wendet. In der Bremsanlage dient die Pumpe beispielsweise zum Rückfördern von Bremsflüssigkeit aus einem Radbremszylinder oder aus mehreren Radbremszylindern in einen Hauptbremszylinder (ABS) und/oder zum Fördern von Bremsflüssigkeit aus einem Vorratsbehälter in einen Radbremszylinder oder in mehrere Radbremszylinder (ASR bzw. FDR bzw. EHB). Die Pumpe wird beispielsweise bei einer Bremsanlage mit einer Radschlupfregelung (ABS bzw. ASR) und/oder bei einer als Lenkhilfe dienenden Bremsanlage (FDR) und/oder bei einer elektrohydraulischen Bremsanlage (EHB) benötigt. Mit der Radschlupfregelung (ABS bzw. ASR) kann beispielsweise ein Blockieren der Räder des Fahrzeugs während eines Bremsvorgangs bei starkem Druck auf das Bremspedal (ABS) und/oder ein Durchdrehen der angetriebenen Räder des Fahrzeugs bei starkem Druck auf das Gaspedal (ASR) verhindert werden. Bei einer als Lenkhilfe (FDR) dienenden Bremsanlage wird unabhängig von einer Betätigung des Bremspedals bzw. Gaspedals ein Bremsdruck in einem oder in mehreren Radbremszylindern aufgebaut, um beispielsweise ein Ausbrechen des Fahrzeugs aus der vom Fahrer gewünschten Spur zu verhindern. Die Pumpe kann auch bei einer elektrohydraulischen Bremsanlage (EHB) verwendet werden, bei der die Pumpe die Bremsflüssigkeit in den Radbremszylinder bzw. in die Radbremszylinder fördert, wenn ein elektrischer Bremspedalsensor eine Betätigung des Bremspedals erfaßt oder bei der die Pumpe zum Füllen eines Speichers der Bremsanlage dient.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugt ausgewählten und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Achsenschnitt einer erfindungsgemäßen Kolbenpumpe;

Fig. 2 eine Einzelheitdarstellung einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung gemäß Pfeil II in Fig. 1; und

Fig. 3 eine Einzelheitdarstellung einer weiteren abgewandelten Ausführungsform gemäß Pfeil III in Fig. 1.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die in Fig. 1 dargestellte, insgesamt mit 10 bezeichnete, erfindungsgemäße Kolbenpumpe weist eine Laufbuchse 12 auf, die in eine gestufte Zylinderbohrung 14 eines Hydraulikblocks eingesetzt ist, der ein Pumpengehäuse 16 bildet. Die Laufbuchse 12 weist einen mit ihr einstückigen Laufbuchsenboden 18 auf. Der Hydraulikblock, von dem in der Zeichnung der klaren Darstellbarkeit wegen lediglich ein die Kolbenpumpe 10 umgebendes Bruchstück dargestellt ist, ist Teil einer schlupfgeregelten, im übrigen nicht dargestellten hydraulischen Fahrzeugbremsanlage. In ihm sind außer der Kolbenpumpe 10 weitere, nicht dargestellte hydraulische Bauelemente wie Magnetventile und Hydrospeicher eingesetzt und hydraulisch miteinander verschaltet. Der Hydraulikblock ist an einen nicht dargestellten Hauptbremszylinder angeschlossen und an den Hydraulikblock sind nicht dargestellte Randbremszylinder angeschlossen.

In der Laufbuchse 12 ist ein zylindrischer Kolben 20 axial verschiebbar aufgenommen. Ein dem Laufbuchsenboden 18 zugewandtes Ende des Kolbens 20 ist mit einem Führungsring 22 an der Innenoberfläche der Laufbuchse 12 axial verschiebbar geführt und mit einem Dichtring 24 abgedichtet. Ein aus der Laufbuchse 12 vorstehendes Ende des Kolbens 20 ist mit einem Führungsring 26, der in die gestufte Zylinderbohrung 14 eingesetzt ist, axial verschiebbar im Pumpengehäuse 16 geführt und mit einem Dichtring 28, der am Führungsring 26 anliegend in die Zylinderbohrung 14 eingesetzt ist, abgedichtet. Ein Stirnrand 30 der Laufbuchse 12 hält den Führungsring 26 und den Dichtring 28 in der Zylinderbohrung 14. Ein Durchmesser des Kolbens 20 entspricht einem Innendurchmesser der Laufbuchse 12, wobei eine Spielpassung zwischen Kolben 20 und Laufbuchse 12 besteht, d. h. der Kolben 20 weist in Bezug auf die Laufbuchse 12 ein Untermaß auf, das die Axialverschiebbarkeit des Kolbens 20 gewährleistet.

Zum Fluideinlaß ist der Kolben 20 mit einem axialen Sackloch 32 versehen, das an einer dem Laufbuchsenboden 18 zugewandten Stirnseite des Kolbens 20 mündet und das von Querbohrungen 34 gekreuzt wird. Das Sackloch 32 und die Querbohrungen 34 kommunizieren durch eine breite Nut 36 im Umfang des Kolbens 20 und durch Laufbuchsenfenster 38 mit einer im Pumpengehäuse 16 angebrachten Einlaßbohrung 40, die radial zur Kolbenpumpe 12 in die Zylinderbohrung 14 mündet.

Als Einlaßventil 42 weist die erfindungsgemäße Kolbenpumpe 10 ein federbelastetes Rückschlagventil auf, welches an der dem Laufbuchsenboden 18 zugewandten Stirnseite des Kolbens 20 angebracht ist: Eine Mündung des Sacklochs 32 ist als konischer Ventilsitz 44 ausgebildet, gegen den eine Ventilkugel 46 als Ventilschließkörper von einer Schraubendruckfeder als Ventilschließfeder 48 gedrückt wird. Die Ventilkugel 46 und die Ventilschließfeder 48 sind in einem Ventilkäfig 50 aufgenommen, gegen dessen Boden sich die Ventilschließfeder 48 abstützt. Der Ventilkäfig 50 ist als Tiefziehteil aus Blech hergestellt und mit Fluiddurchlässen 52 versehen. An seiner offenen Seite weist der Ventilkäfig 50 eine umlaufende Ringstufe 54 auf, mit der er an der dem Laufbuchsenboden 18 zugewandten Stirnseite des Kolbens 20 anliegt. Zur Befestigung am Kolben 20 weist der Ventilkäfig 50 nach innen gebogenen Krallen 56 auf, die in eine Nut im Kolben 20 eingreifen.

Der in der Laufbuchse 12 befindliche Führungsring 22 und Dichtring 24 sind in axialer Richtung zwischen einer auf den Kolben 20 aufgesetzten Lochscheibe 58, die vom Ventilkäfig 50 auf dem Kolben 20 gehalten wird, und einer Ringstufe 60 des Kolbens 20 auf dem Kolben 20 fixiert. Ein Abstand der Lochscheibe 58 von der Ringstufe 60 ist so bemessen, daß der Führungsring 22 und der Dichtring 24 nicht gestaucht werden.

Zum Antrieb des Kolbens 20 zu einer in axialer Richtung hin- und hergehenden Hubbewegung weist die erfindungsgemäße Kolbenpumpe 10 einen elektromotorisch rotierend antreibbaren Exzenter 62 auf, an dessen Umfang der Kolben 20 mit seiner dem Laufbuchsenboden 18 abgewandten Stirnfläche auf seiner aus der Laufbuchse 12 vorstehenden Stirnseite anliegt. Um den Kolben 20 mit seiner Stirnfläche 64 in Anlage am Umfang des Exzenters 62 zu halten, weist der Kolben 20 einen Permanentmagneten 66 auf, der in das Sackloch 32 des Kolbens 20 bis zu dessen Grund eingepreßt ist. Bezüglich der Querbohrungen 34 befindet sich der Permanentmagnet 66 auf einer dem Einlaßventil 42 abgewandten Seite des Sacklochs 32, so daß der Permanentmagnet 66 den Fluideinlaß durch die Querbohrungen 34 und das Sackloch 32 nicht behindert. Das Sackloch 32 endet mit Abstand von der am Umfang des Exzenters 62 anliegenden Stirnfläche 64 des Kolbens 20, so daß eine Stirnwand 68 besteht, mit der der Kolben 20 am Umfang des Exzenters 62 anliegt. Durch eine Magnetkraft des Permanentmagneten 66 wird der Kolben 20 in Anlage am Umfang des Exzenters 62 gehalten, so daß bei rotierendem Antrieb des Exzenters 62 der Kolben 20 eine in axialer Richtung hin- und hergehende Hubbewegung in der Laufbuchse 12 ausführt, die eine Förderung von Bremsflüssigkeit mittels der Kolbenpumpe 10 in an sich bekannter Weise bewirkt. Es versteht sich, daß der Exzenter 62 aus einem magnetisch anziehbaren Werkstoff, beispielsweise aus Stahl besteht.

Auf den Laufbuchsenboden 18 ist ein zylindrisches Verschlußelement 70 aufgesetzt und mit einem Bördel 72 mit der Laufbuchse 12 verbunden. Das Verschlußelement 70 dient zum druckdichten Verschließen der Zylinderbohrung 14 und zum Fixieren der Laufbuchse 12 im Pumpengehäuse 16. Es ist mit einer umlaufenden Verstemmung 71 des Pumpengehäuses 16 druckdicht gehalten. Im Verschlußelement 70 ist ein Auslaßventil 74 in Form eines federbelasteten Rückschlagventils untergebracht: Das Verschlußelement 70 weist ein koaxiales Sackloch 76 auf, in das eine Schraubendruckfeder als Ventilschließfeder 78 und eine Ventilkugel 80 als Ventilschließkörper eingesetzt sind. Die Ventilkugel 80 wirkt zusammen mit einem konischen Ventilsitz 82, welcher an einer Mündung einer Mittelbohrung 84 angebracht ist, die den Laufbuchsenboden 18 axial durchsetzt. Der Ventilsitz 82 ist durch Prägen geformt und verfestigt. Ein Auslaß des Fluids erfolgt durch Radialkanäle 86 zwischen dem Laufbuchsenboden 18 und dem Verschlußelement 70 in eine Auslaßbohrung 88 im Pumpengehäuse 16.

Fig. 2 und 3 zeigen Abwandlungen der in Fig. 1 dargestellten, erfindungs­ gemäßen Kolbenpumpe 10. Für gleiche Bauteile werden dieselben Bezugszahlen verwendet. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden nachfolgend lediglich die Unterschiede der abgewandelten Ausführungsformen erläutert und es wird im übrigen auf die Ausführungen zu Fig. 1 verwiesen.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist der Exzenter 62 als Permanentmagnet ausgebildet, um den Kolben 20 am Umfang des Exzenters 62 zu halten. Zur Verstärkung der Magnetkraft kann auch der Kolben 20 den bereits beschriebenen Permanentmagneten 66 aufweisen, es kann allerdings auch nur der Exzenter 62 als Permanentmagnet ausgebildet sein. Es versteht sich, daß der Kolben 20, jedenfalls wenn er nicht magnetisch ist und keinen Magneten aufweist, aus magnetisch anziehbarem Werkstoff, beispiels­ weise aus Stahl besteht.

Zur Ausbildung des Exzenters 62 als Permanentmagnet weist der Exzenter 62 einen drehfest auf ihn aufgesetzten Magnetring 90 auf, der eine radiale Magnetisierung aufweist. Die Magnetisierung des Magnetrings 90 ist in Fig. 2 durch mit Strichlinien angedeutete Permanentmagnete 92 dargestellt, die radial und mit stets derselben Polung in den Magnetring 90 eingesetzt sind.

Vorzugsweise weist der Magnetring 90 keine einzelnen Permanentmagnete 92 auf, sondern der Magnetring 90 ist mit einer radialen Magnetisierung versehen. Die Magnetpole der Permanentmagneten 92 bzw. des Magnetrings 90 ist mit den Buchstaben N und S angegeben, wobei es egal ist, welcher Pol sich außen und welcher sich innen befindet. Notwendig ist nur, daß sich stets derselbe Pol außen befindet und daß die Magnetisierung der Außenseite des Magnetrings 90 der Magnetisierung des im Kolben 20 angeordneten Permanentmagneten 66 entgegengerichtet ist, so daß sich die Magnetkräfte verstärken und nicht etwa abstoßen.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist die am Umfang des Exzenters 62 anliegende Stirnfläche 64 des Kolbens 20 rinnenförmig konkav in Umfangsrichtung des Exzenters 62 gewölbt. Durch die konkave Ausbildung der Stirnfläche 64 ist eine Anlagefläche des Kolbens 20 am Umfang des Exzenters 62 vergrößert und ein Spalt 94 im Randbereich des Kolbens 20 zwischen der Stirnfläche 64 des Kolbens 20 und dem Umfang des Exzenters 62 kleiner als bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung. Die konkave Ausbildung der Stirnfläche 64 bewirkt eine vergrößerte Magnetkraft zwischen Kolben 20 und Exzenter 62. Ein Krümmungsradius der konkaven Stirnfläche 64 ist größer als ein Radius des Exzenters 62, um eine stets gleichbleibend gute Anlage des Kolbens 20 am Exzenter 62 zu gewährleisten, da sich der Exzenter 62 bei seinem rotierenden Antrieb aufgrund seiner Exzentrizität auch quer zum Kolben 20 bewegt.

Claims (6)

1. Kolbenpumpe mit einem Kolben, der in einer Zylinderbohrung in einem Pumpengehäuse axial verschieblich aufgenommen ist, und mit einem rotierend antreibbaren Exzenter, an dessen Umfang der Kolben mit einer Stirnfläche anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (20) und/oder der Exzenter (62) einen Permanentmagneten (66, 92) aufweist, der den Kolben (20) in Anlage am Umfang des Exzenters (62) hält.

2. Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Kolben (20) ein Permanentmagnet (66) angebracht ist.

3. Kolbenpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (20) ein Rückschlagventil (42) zur Steuerung eines Fluiddurchflusses durch die Kolbenpumpe (10) aufweist, wobei das Rückschlagventil (42) an oder in einem Loch (32) des Kolbens (20) angebracht ist und daß der Permanentmagnet (92) in das Loch (32) eingesetzt ist.

4. Kolbenpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Loch (32) ein Sackloch (32) ist.

5. Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (20) magnetisch ist.

6. Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (20) eine konkav gewölbte Stirnfläche (64) aufweist, mit der er am Umfang des Exzenters (62) anliegt.