WO2007028728A1 - Kolbenpumpe mit verbessertem kolben - Google Patents

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Wolfgang Schuller
Marc Zimmermann
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Robert Bosch Gmbh
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    • B60T8/32—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force responsive to a speed condition, e.g. acceleration or deceleration
    • B60T8/34—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force responsive to a speed condition, e.g. acceleration or deceleration having a fluid pressure regulator responsive to a speed condition
    • B60T8/40—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force responsive to a speed condition, e.g. acceleration or deceleration having a fluid pressure regulator responsive to a speed condition comprising an additional fluid circuit including fluid pressurising means for modifying the pressure of the braking fluid, e.g. including wheel driven pumps for detecting a speed condition, or pumps which are controlled by means independent of the braking system
    • B60T8/4031—Pump units characterised by their construction or mounting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B1/00—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
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    • F04B1/0408—Pistons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B53/00—Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B23/00 or F04B39/00 - F04B47/00
    • F04B53/14—Pistons, piston-rods or piston-rod connections

Definitions

  • the invention relates to a piston pump for requesting a fluid with an improved piston, which is used in particular in brake systems of vehicles.
  • Piston pumps are known from the prior art in different configurations.
  • Known piston pumps are used, for example, in braking systems of vehicles, which allow an active pressure build-up in response to predetermined driving situations.
  • brake systems are, for example, ABS, ESP or TCS systems.
  • the response and pressure build-up of such piston pumps must be very good in order to be able to execute a control intervention in the brake system as quickly as possible.
  • pistons are used which realize a supply of the fluid through the piston.
  • at least one transverse bore and a long bore must be introduced into the piston.
  • the known piston pumps use stepped pistons, for which a very complicated and expensive
  • the inventive piston pump for requesting a fluid with the features of claim 1 has the opposite the advantage that it is particularly easy and inexpensive to produce. Furthermore, an improved suction behavior can be achieved due to a reduced flow resistance.
  • the first piston part is a cylinder.
  • the first piston part can be provided in a particularly simple and cost-effective manner.
  • the first piston part can be processed particularly easily on its outer circumference.
  • a piston with a piston step can be provided in a simple manner if the second piston part has a different, in particular larger, diameter than the cylindrical first piston part.
  • the second piston part is a piston head element with at least one inlet opening and a connection opening to a pressure chamber of the piston pump, in which the fluid to be demanded is sucked.
  • the necessary openings are simply introduced into the end faces and peripheral regions of the second piston part.
  • the inlet opening in the second piston part is preferably arranged laterally and the connection opening is arranged in the bottom of the piston head part.
  • the inlet opening in the axial direction of the piston near the bottom of the second Piston part is provided, an extremely short suction region of the piston pump can be realized, so that a flow resistance during the suction phase of the piston pump can be significantly reduced.
  • an efficiency of the pump can be significantly increased.
  • an inlet valve seat is preferably additionally formed on the piston bottom element.
  • the inlet valve seat for example, by means of ball prongs in the assembly process of
  • Piston pump can be produced.
  • a ball of an inlet valve defines a valve seat in the second piston part during the assembly process.
  • a flange for a seal is integrally formed on the piston head element.
  • a step is additionally formed on the piston head element. The flange for a seal and the step can be formed in the axial direction of the piston immediately adjacent to each other.
  • first piston part and the second piston part are preferably connected by means of a press fit.
  • joining techniques such as welding, brazing, gluing or caulking.
  • the piston head element comprises four connecting regions, between each of which a slot-shaped inlet opening is formed.
  • the four connection regions are arranged symmetrically about a central axis of the piston, so that an influx of fluid from four different directions between the individual connection areas is possible. It should be noted that also more or less than four inlet openings can be provided.
  • the piston head element is preferably produced as a cold-formed part or as a rotary fritting part or as a cast part or as a metal injection part or as a sintered part or as a plastic injection-molded part.
  • the present invention relates to a brake system for vehicles with a piston pump according to the invention.
  • the brake system is preferably designed as a brake system with active pressure build-up.
  • Figure 1 is a schematic sectional view of a
  • Figure 2 is a perspective view of the piston shown in Figure 1, wherein the two piston parts are shown in the unassembled state.
  • the piston pump 2 comprises a piston 2 and a cylinder 8.
  • the piston 2 is drivable in a known manner by means of an eccentric and sucks fluid from the direction of the arrow S radially through a filter 9 at.
  • the fluid is then fed in the axial direction XX of the piston into a pressure chamber 7.
  • a return spring 14 is also arranged for the piston.
  • the inlet valve 5 is designed as a non-return valve and comprises a cage 15, in which a spring 16 and a ball 17 is arranged.
  • the outlet valve 6 is also designed as a spring-loaded check valve and opens as soon as a pressure in the pressure chamber 7 is greater than a force acting on the ball of the exhaust valve 6 spring force.
  • the piston 2 is formed in two parts from a first piston part 3 and a second piston part 4.
  • the first piston part 3 is a
  • the first piston part 3 has no bore o.A. on.
  • the second piston part 4 is a piston bottom element, in which four radial inlet openings 10 and an axial connection opening 11 for a connection to the pressure chamber 7 are arranged.
  • a flange 12 for arranging a seal 19 is arranged on the outer circumference of the piston head element.
  • the flange 12 is disposed at a step 13 adjacent to the bottom of the second piston part 4. Further seals 20, 21 are arranged in a known manner on the first piston part 3.
  • the four inlet openings 10 are symmetrical along the circumference of the piston crown part arranged. Between each inlet opening 10 in each case a connecting region 18 is arranged, via which a connection between the first piston part 3 and the second piston part 4 is produced. The connection between the two piston parts 3, 4 takes place by means of a press fit.
  • the circumferential length of an inlet opening 10 corresponds to a circumferential length of a connecting region 18.
  • the function of the piston pump 1 is as follows: During the suction stroke of the piston 2, fluid is introduced through the filter 9 in the direction of the arrow S radially through the inlet openings 10 and the connection opening 11 into the pressure chamber 7. After reaching the top dead center, the direction of movement of the piston 2 is reversed so that the inlet valve 5 closes the connection opening 11 on the second piston part 4. Now, a pressure build-up in the pressure chamber 7 takes place until the pressure in the pressure chamber 7 is greater than a spring force of the outlet valve 6. If this is the case, opens the outlet valve 6, so that the pressurized fluid from the pressure chamber 7 in a
  • Outlet line (not shown) can be supplied. After reaching the bottom dead center, the direction of movement of the piston 2 is reversed again, so that the exhaust valve 6 closes again and the intake stroke starts again. In this case, a restoring force of the return spring 14 is pressed against the cage 15 of the inlet valve 5, which is supported on the step 13 in order to reset the piston 2 again.
  • the inventive piston pump 1 can be fed faster and achieves a significantly improved pressure build-up dynamics.
  • the inventive piston can be easily assembled and also easily mounted in the piston pump 1.
  • the first piston part 3 is very cost-effective, for example, by cutting off a rod material produced.
  • the piston pump according to the invention is particularly preferred in connection with brake systems of vehicles, in particular with active pressure build-up, such as e.g. ABS, ESP, TCS, and / or EHB systems.
  • active pressure build-up such as e.g. ABS, ESP, TCS, and / or EHB systems.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe zur Forderung eines Fluids, umfassend einen Zylinder (8) , einen im Zylinder (8) bewegbar angeordneten Kolben (2) , ein Ruckstellelement (14) , um den Kolben (2) vorzuspannen und einen Antrieb, um den Kolben (2) im Zylinder (8) zu bewegen, wobei der Kolben (2) zweiteilig aus einem ersten Kolbenteil (3) und einem zweiten Kolbenteil (4) gebildet ist.

Description

Kolbenpumpe mit verbessertem Kolben
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe zur Forderung eines Fluids mit einem verbesserten Kolben, welche insbesondere in Bremsanlagen von Fahrzeugen verwendet wird.
Kolbenpumpen sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Bekannte Kolbenpumpen werden beispielsweise in Bremsanlagen von Fahrzeugen verwendet, welche einen aktiven Druckaufbau in Abhängigkeit von vorbestimmten Fahrsituationen ermöglichen. Derartige Bremsanlagen sind beispielsweise ABS-, ESP- oder TCS-Systeme. Ansprechverhalten und Druckaufbau derartiger Kolbenpumpen müssen sehr gut sein, um schnellstmöglich einen Regeleingriff im Bremssystem auszufuhren zu können.
Bei den bekannten Kolbenpumpen werden Kolben verwendet, welche eine Zufuhrung des Fluids durch den Kolben realisieren. Hierbei muss einerseits mindestens eine Querbohrung und eine Langsbohrung in den Kolben eingebracht werden. Weiterhin verwenden die bekannten Kolbenpumpen Stufenkolben, für die ein sehr aufwendiges und teueres
Einstechschleifen notwendig ist. Somit sind die bekannten Kolben sehr teuer in ihrer Herstellung und weisen weiterhin einen relativ hohen Stromungswiderstand aufgrund der Umlenkung des Fluids von der Quer- in die Langsbohrung auf.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemaße Kolbenpumpe zur Forderung eines Fluids mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass sie besonders einfach und kostengünstig herstellbar ist. Weiterhin kann aufgrund eines verminderten Stromungswiderstands ein verbessertes Saugverhalten erreicht werden. Dies wird erfindungsgemaß dadurch erreicht, dass der Kolben zweiteilig gebildet ist und einen ersten Kolbenteil und einen zweiten Kolbenteil umfasst. Dadurch kann erfindungsgemaß ein Ansaugweg durch den Kolben zwischen dem ersten und zweiten Kolbenteil ausgebildet werden und auf aufwendige Kolbenbohrungen verzichtet werden.
Die Unteranspruche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Vorzugsweise ist der erste Kolbenteil ein Zylinder. Dadurch kann der erste Kolbenteil besonders einfach und kostengünstig bereitgestellt werden. In den ersten Kolbenteil müssen dabei keine Bohrungen o.A. eingebracht werden. Das erste Kolbenteil kann hierbei besonders einfach an seinem Außenumfang bearbeitet werden. Somit kann auf einfache Weise ein Kolben mit einer Kolbenstufe bereitgestellt werden, wenn das zweite Kolbenteil einen anderen, insbesondere größeren, Durchmesser als das zylindrische erste Kolbenteil aufweist.
Weiter bevorzugt ist der zweite Kolbenteil ein Kolbenbodenelement mit wenigstens einer Einlassoffnung und einer Verbindungsoffnung zu einem Druckraum der Kolbenpumpe, in welcher das zu fordernde Fluid angesaugt wird. Die notwendigen Offnungen sind dabei einfach in die Stirnseiten und Umfangsbereiche des zweiten Kolbenteils einbringbar.
Die Einlassoffnung im zweiten Kolbenteil ist vorzugsweise seitlich angeordnet und die Verbindungsoffnung ist im Boden des Kolbenbodenteils angeordnet. Wenn die Einlassoffnung in Axialrichtung des Kolbens nahe am Boden des zweiten Kolbenteils vorgesehen ist, kann ein extrem kurzer Saugbereich der Kolbenpumpe realisiert werden, so dass ein Stromungswiderstand wahrend der Ansaugphase der Kolbenpumpe signifikant reduziert werden kann. Somit kann erfindungsgemaß ein Wirkungsgrad der Pumpe deutlich erhöht werden.
Um die Teilezahl der Kolbenpumpe weiter zu reduzieren, ist vorzugsweise am Kolbenbodenelement zusatzlich ein Einlassventilsitz gebildet. Der Einlassventilsitz kann beispielsweise mittels Kugelpragen im Montageprozess der
Kolbenpumpe hergestellt werden. Dabei prägt eine Kugel eines Einlassventils einen Ventilsitz im zweiten Kolbenteil wahrend des Montagevorgangs.
Weiter bevorzugt ist am Kolbenbodenelement ein Flansch für eine Dichtung integral gebildet. Bevorzugterweise ist am Kolbenbodenelement zusatzlich noch eine Stufe gebildet. Der Flansch für eine Dichtung und die Stufe können dabei in axialer Richtung der Kolbens unmittelbar benachbart zueinander gebildet sein.
Um eine einfache und kostengünstige Verbindung des ersten und zweiten Kolbenteils zu ermöglichen, sind das erste Kolbenteil und das zweite Kolbenteil vorzugsweise mittels einer Presspassung verbunden. Es ist jedoch möglich, auch andere Verbindungstechniken, wie beispielsweise Schweißen, Loten, Kleben oder Verstemmen zu verwenden.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Kolbenbodenelement vier Verbindungsbereiche, zwischen welchen jeweils eine schlitzförmige Einlassoffnung gebildet ist. Die vier Verbindungsbereiche sind symmetrisch um eine Mittelachse des Kolbens angeordnet, so dass ein Einstromen von Fluid von vier unterschiedlichen Richtungen zwischen den einzelnen Verbindungsbereichen möglich ist. Es sei angemerkt, dass auch mehr oder weniger als vier Einlassoffnungen vorgesehen sein können.
Das Kolbenbodenelement ist vorzugsweise als Kaltschlagteil oder als Dreh-Frasteil oder als Gussteil oder als Metallspritzteil oder als Sinterteil oder als Kunststoffspritzteil hergestellt .
Weiter betrifft die vorliegende Erfindung eine Bremsanlage für Fahrzeuge mit einer erfindungsgemaßen Kolbenpumpe. Die Bremsanlage ist vorzugsweise als Bremsanlage mit aktivem Druckaufbau ausgebildet.
Zeichnung
Nachfolgend wird ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung beschrieben. In der
Zeichnung ist:
Figur 1 eine schematische Schnittansicht einer
Kolbenpumpe gemäß einem Ausfuhrungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und
Figur 2 eine perspektivische Ansicht des in Figur 1 gezeigten Kolbens, wobei die beiden Kolbenteile im nicht montierten Zustand dargestellt sind.
Beschreibung des Ausfuhrungsbeispiels
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 eine Kolbenpumpe 1 gemäß einem Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Wie in Figur 1 gezeigt, umfasst die Kolbenpumpe 2 einen Kolben 2 und einen Zylinder 8. Der Kolben 2 ist in bekannter Weise mittels eines Exzenters antreibbar und saugt Fluid aus Richtung des Pfeils S radial durch einen Filter 9 an. Das Fluid wird dann in Axialrichtung X-X des Kolbens in einen Druckraum 7 zugeführt. Zwischen einem Einlassventil 5 und einem Auslassventil 6 ist der Druckraum 7 im Zylinder 8 angeordnet. Im Druckraum 7 ist ferner eine Ruckstellfeder 14 für den Kolben angeordnet .
Das Einlassventil 5 ist als Ruckschlagventil ausgebildet und umfasst einen Käfig 15, in welchem eine Feder 16 und eine Kugel 17 angeordnet ist. Das Auslassventil 6 ist ebenfalls als federbelastetes Ruckschlagventil ausgebildet und öffnet, sobald ein Druck im Druckraum 7 großer als eine auf die Kugel des Auslassventils 6 wirkende Federkraft ist.
Wie in den Figuren 1 und 2 gezeigt, ist der Kolben 2 zweiteilig aus einem ersten Kolbenteil 3 und einem zweiten Kolbenteil 4 gebildet. Das erste Kolbenteil 3 ist ein
Zylinderkorper, welcher durch den Exzenterantrieb oder einen anderen Antrieb bewegt werden kann. Das erste Kolbenteil 3 weist dabei keine Bohrung o.A. auf. Das zweite Kolbenteil 4 ist ein Kolbenbodenelement, in welchem vier radiale Einlassoffnungen 10 und eine axiale Verbindungsoffnung 11 für eine Verbindung zum Druckraum 7 angeordnet sind. Am äußeren Umfang des Kolbenbodenelements ist ein Flansch 12 zum Anordnen einer Dichtung 19 angeordnet. Der Flansch 12 ist an einer Stufe 13 benachbart zum Boden des zweiten Kolbenteils 4 angeordnet. Weitere Dichtungen 20, 21 sind in bekannter Weise am ersten Kolbenteil 3 angeordnet.
Wie in Figur 2 gezeigt, sind die vier Einlassoffnungen 10 symmetrisch entlang des Umfangs des Kolbenbodenteils angeordnet. Zwischen jeder Einlassoffnung 10 ist jeweils ein Verbindungsbereich 18 angeordnet, über welchen eine Verbindung zwischen dem ersten Kolbenteil 3 und dem zweiten Kolbenteil 4 hergestellt wird. Die Verbindung zwischen beiden Kolbenteilen 3, 4 erfolgt mittels einer Presspassung. Die Umfangslange einer Einlassoffnung 10 entspricht dabei einer Umfangslange eines Verbindungsbereichs 18.
Die Funktion der erfindungsgemaßen Kolbenpumpe 1 ist dabei wie folgt: Wahrend des Saughubes des Kolbens 2 wird Fluid durch das Filter 9 in Richtung des Pfeils S radial durch die Einlassoffnungen 10 und die Verbindungsoffnung 11 in den Druckraum 7 eingeführt. Nach Erreichen des oberen Totpunkts kehrt sich die Bewegungsrichtung des Kolbens 2 um, so dass das Einlassventil 5 die Verbindungsoffnung 11 am zweiten Kolbenteil 4 verschließt. Nun erfolgt ein Druckaufbau im Druckraum 7 so lange, bis der Druck im Druckraum 7 großer als eine Federkraft des Auslassventils 6 ist. Wenn dies der Fall ist, öffnet das Auslassventil 6, so dass das unter Druck stehende Fluid aus dem Druckraum 7 in eine
Auslassleitung (nicht dargestellt) zugeführt werden kann. Nach Erreichen des unteren Totpunkts kehrt sich die Bewegungsrichtung des Kolbens 2 wieder um, so dass das Auslassventil 6 wieder schließt und der Ansaughub wieder beginnt. Dabei druckt eine Ruckstellkraft der Ruckstellfeder 14 gegen den Käfig 15 des Einlassventils 5, welcher sich an der Stufe 13 abstutzt, um den Kolben 2 wieder zurückzustellen .
Durch die zweiteilige Ausbildung des Kolbens 2 ist es somit möglich, auf aufwendige Längs- und Querbohrungen im Kolben zu verzichten. Weiterhin ist ein Einlassweg für das Fluid, welcher durch das zweite Kolbenteil 4 fuhrt, sehr kurz und aufgrund der Ausbildung mit vier Einlassoffnungen 10 sehr groß dimensioniert (die Hälfte des Außenumfangs) , so dass ein Stromungswiderstand in der Ansaugphase minimiert werden kann. Dadurch kann die erfindungsgemaße Kolbenpumpe 1 schneller zugeführt werden und erreicht eine signifikant verbesserte Druckaufbaudynamik. Der erfindungsgemaße Kolben kann dabei einfach zusammengebaut werden und ebenfalls einfach in der Kolbenpumpe 1 montiert werden. Dabei ist insbesondere das erste Kolbenteil 3 sehr kostengünstig, z.B. durch Abschneiden von einem Stangenmaterial, herstellbar. Wenn weiterhin das zweite Kolbenteil 4 als
Kunststoffspritzteil oder als Kaltschlagteil hergestellt wird, kann darüber hinaus eine spanabhebende Bearbeitung völlig entfallen. Die erfindungsgemaße Kolbenpumpe wird besonders bevorzugt in Verbindung mit Bremsanlagen von Fahrzeugen, insbesondere mit aktivem Druckaufbau, wie z.B. ABS-, ESP-, TCS-, und/oder EHB-Systemen verwendet.

Claims

Ansprüche
1. Kolbenpumpe zur Forderung eines Fluids, umfassend einen Zylinder (8), einen im Zylinder (8) bewegbar angeordneten Kolben (2), ein Ruckstellelement (14), um den Kolben (2) vorzuspannen und einen Antrieb, um den Kolben (2) im Zylinder (8) zu bewegen, wobei der Kolben (2) zweiteilig aus einem ersten Kolbenteil (3) und einem zweiten Kolbenteil (4) gebildet ist.
2. Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kolbenteil (3) ein Zylinder ist.
3. Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kolbenteil (4) ein Kolbenbodenelement ist, welches wenigstens eine Einlassoffnung (10) und eine Verbindungsoffnung (11) zu einem Druckraum (7) der Kolbenpumpe aufweist.
4. Kolbenpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einlassoffnung (10) seitlich an einem Umfang des zweiten Kolbenteils (4) angeordnet ist und die Verbindungsoffnung (11) im Boden des zweiten Kolbenteils (4) angeordnet ist.
5. Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am zweiten Kolbenteil (4) ein Einlassventilsitz gebildet ist.
6. Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am zweiten Kolbenteil (4) ein Flansch (12) für eine Dichtung (19) gebildet ist.
7. Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am zweiten Kolbenteil (4) eine Stufe (13) gebildet ist.
8. Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kolbenteil (3) mit dem zweiten Kolbenteil (4) mittels einer Presspassung verbunden ist.
9. Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Kolbenteil (4) Verbindungsbereiche (18) umfasst, zwischen welchen jeweils eine schlitzförmige Einlassoffnung (10) angeordnet ist.
10. Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Kolbenteil (4) als Kaltschlagteil oder als Dreh-Pressteil oder als Gussteil oder als Kunststoffspritzteil hergestellt ist.
11. Bremsanlage, insbesondere für Fahrzeuge, umfassend eine Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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