Beschreibung
Kolbenpumpe für ein Fahrzeugbremssystem
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe für ein Fahrzeugbremssystem mit einem Gehäuseabschnitt und einem Kolben, der in dem Gehäuseabschnitt verschiebbar geführt ist und ein Einlassventil mit einem am Kolben ausgebildeten Dichtsitz aufweist.
Die für bekannte Fahrzeugbremssysteme, insbesondere mit Antiblockiersystem (Abk.: ABS), verwendeten Kolbenpumpen dienen der Steuerung des Drucks in Radbremszylindern. Beim ABS sind die Kolbenpumpen beispielsweise zum Rückfördern von Bremsflüssigkeit aus einem oder mehreren Radbremszylindern in einen Hauptbremszylinder vorgesehen. Das ABS arbeitet oft in Kombination mit einer Antischlupfregelung (Abk.: ASR). Ein weiteres bekanntes System, das so genannte elektronische Stabilitätsprogramm (Abk.: ESP), verbessert gegenüber ABS und ASR die Fahrsicherheit um einen weiteren Schritt. Während ABS und ASR in Fahrtlängsrichtung wirken, beeinflusst ESP die Querdynamik und ist daher im Prinzip eine Querschlupfregelung. Für alle diese Systeme und auch für weitere Systeme zur Erhöhung der Fahrsicherheit kommen Kolbenpumpen zum Einsatz.
Bekannte, für Fahrzeugbremssysteme vorgesehene Kolbenpumpen bestehen unter anderem aus einem in einem Gehäuse ausgebildeten Zylinder, in dem ein Kolben längsbeweglich aufgenommen ist. Der Kolbenantrieb erfolgt meist über einen Exzenter, an dem die Drehbewegung einer mittels eines Elektromotors angetriebenen Welle in eine translatorische Bewegung einer Kolbenstange des Kolbens umgesetzt wird. Die Kolbenstange wird dabei mit ihrer Stirnseite mittels eines Vorspannelements, beispielsweise in Form einer Schraubenfeder, gegen den Außenumfang des Exzenters gedrückt. So kann letztlich eine hin- und hergehende Pumpbewegung des Kolbens realisiert werden.
Ferner weisen bekannte Kolbenpumpen zur Steuerung der Fluid-Einströmung in der Regel ein als Sitzventil ausgebildetes Einlassventil auf. Die Einströmung von Fluid von außerhalb der Kolbenpumpe bis durch das Einlassventil erfolgt bei bekannten Kolbenpumpen über eine Saugleitung, die einen vergleichsweise hohen Strömungswiderstand aufweist. Dies hat zur Folge, dass bekannte, für
Fahrzeugbremssysteme verwendete Kolbenpumpen keine ausreichend wirksame Druckaufbaudynamik aufweisen, da sie infolge des hohen Strömungswiderstands nur verhältnismäßig langsam aufgefüllt werden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kolbenpumpe der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die oben genannten Probleme überwunden sind und die eine hohe Druckaufbaudynamik aufweist.
Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einer Kolbenpumpe gemäß Anspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Erfindungsgemäß ist eine Kolbenpumpe für ein Fahrzeugbremssystem mit einem
Gehäuseabschnitt und einem Kolben geschaffen, der in dem Gehäuseabschnitt verschiebbar geführt ist und ein Einlassventil mit einem am Kolben ausgebildeten Dichtsitz aufweist. Bei der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe ist ferner der Dichtsitz als kreisförmige Dichtkante gestaltet, gegen welche ein kugelförmiger Ventilkörper des Einlassventils abdichtet.
Bei der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe ist der Dichtsitz des Einlassventils mittels einer Dichtkante gestaltet, gegen die eine Kugel als Ventilkörper abdichtet. Bei einem derartigen
Einlassventil ist der Dichtdurchmesser allein durch den Durchmesser der zugehörigen Dichtsitzbohrung bestimmt und nicht durch den Anlagedurchmesser der Kugel an einem Kegelsitz, wie es bei bekannten Einlassventilen der Fall ist. Erfindungsgemäß kann daher bei einer vergleichsweise großen Dichtsitzbohrung mit entsprechend geringem Strömungswiderstand dennoch ein kleiner Anlagedurchmesser der Kugel erreicht werden.
Dieser kleine Anlagedurchmesser führt dazu, dass die vom Dichtsitz abhebende Kugel bei gleichem Kugelhub eine größere durchströmbare Fläche freigibt, als dies bei einem großen Anlagedurchmesser der Fall ist. Zwar könnte man auch mit bekannten Einlassventilen eine größere durchströmbare Fläche erhalten, jedoch müsste dazu der Kugelhub größer sein. Dies hätte jedoch einen negativen Einfluss auf die Dynamik des Einlassventils und dieses würde insbesondere langsamer schließen.
Erfindungsgemäß bevorzugt ist bei der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe der Durchmesser der kreisförmigen Dichtkante zwischen 75 % und 90 %, besonders bevorzugt 83 % des Durchmessers des zugehörigen kugelförmigen Ventilkörpers des Einlassventils gestaltet. Bei einer derartigen Größe der kreisförmigen Dichtkante wird das durch das Einlassventil zu führende Medium strömungstechnisch mit besonders geringem Druckabfall geleitet.
Ferner ist bevorzugt der Kolben mit einem Kolbenscheibenabschnitt gestaltet, in dem ein kreiszylindrischer und die kreisförmige Dichtkante bildender Zuführkanalabschnitt für Bremsfluid ausgebildet ist. Mittels eines derartigen, in einem Kolbenscheibenabschnitt ausgebildeten und damit besonders kurzen Zuführkanalabschnitts kann die erfindungsgemäß vorgesehene Dichtkante besonders präzise und zugleich kostengünstig gefertigt werden.
Darüber hinaus ist bevorzugt der Kolben mit einem zu einem Excenterantrieb gewandten Kolbenstangenabschnitt und mit einem die kreisförmige Dichtkante bildenden
Kolbenscheibenabschnitt gestaltet, wobei in dem Kolbenstangenabschnitt ein längsgerichteter, erster Zuführkanalabschnitt für Bremsfluid und in dem Kolbenscheibenabschnitt ein in Strömungsrichtung anschließender, die kreisförmige Dichtkante bildender, zweiter Zuführkanalabschnitt gebildet sind. An dem zweiten Zuführkanalabschnitt ist die von Bremsfluid durchströmte Querschnittsfläche kleiner als die entsprechende Querschnittsfläche des ersten Zuführkanalabschnitts gestaltet. Der Kolbenscheibenabschnitt ist aufgrund dieser Gestaltung mit seinem Zuführkanalabschnitt ein zwar enger, zugleich aber besonders kurzer Strömungsabschnitt für das durchzuleitende Medium und stellt daher hydraulisch letztlich nur eine Blende dar.
Der in dem Kolbenstangenabschnitt ausgebildete längsgerichtete, erste Zuführkanalabschnitt ist bevorzugt mittels einer Axialbohrung und mindestens einer Radialbohrung gestaltet. Dieser Zuführkanalabschnitt kann dabei im Querschnitt betrachtet mit einer vergleichsweise großen Fläche und damit strömungstechnisch besonders günstig gestaltet werden.
Der in dem Kolbenstangenabschnitt ausgebildete längsgerichtete, erste Zuführkanalabschnitt kann alternativ auch kostengünstig und zugleich großvolumig mittels eines sich in radialer und axialer Richtung erstreckenden Schlitzes gestaltet werden.
Im Hinblick auf die oben genannten Gestaltungsformen ist der erfindungsgemäße Kolben besonders bevorzugt zweiteilig gestaltet, wobei mit einem Teil des Kolbens der zu einem
Excenterantrieb gewandte Kolbenstangenabschnitt und mit dem zweiten Teil des Kolbens der die kreisförmige Dichtkante bildende Kolbenscheibenabschnitt gestaltet sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele einer erfmdungsgemäßen Kolbenpumpe anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Kolbenpumpe,
Fig. 2 eine Prinzipskizze in Form eines Längsschnittes eines Einlassventils einer Kolbenpumpe gemäß dem Stand der Technik,
Fig. 3 die Ansicht gemäß Fig. 2 eines ersten Ausführungsbeispiels eines Einlassventils einer Kolbenpumpe gemäß der Erfindung,
Fig. 4 die Ansicht gemäß Fig. 2 eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Einlassventils einer Kolbenpumpe gemäß der Erfindung und
Fig. 5 eine graphische Darstellung, welche die Abhängigkeit der Größe der am
Einlassventil gemäß Fig. 3 und 4 durchströmten Fläche vom Durchmesser der zugehörigen Dichtsitzöffnung veranschaulicht.
Die Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Kolbenpumpe 10, die zwei Gehäuseabschnitte 12 und 14 umfasst, wobei in dem Gehäuseabschnitt 12 eine Zylinderbohrung 16 ausgebildet ist, in der ein Kolben 26 verschiebbar geführt ist. Der Kolben 26 umfasst ein Dichtelement in Form eines Dichtrings 18, ein Aufnahmemittel 20 für ein als Kugelsitzventil ausgebildetes Einlassventil 22 und eine Kolbenstange 62, die an den Dichtring 18 anschließt. Die Kolbenstange 62 ist zweistückig ausgebildet und umfasst zwei Kolbenstangenelemente 28, 30, wobei das Kolbenstangenelement 28 ein längsgerichteter Kolbenstangenabschnitt ist und mittels einer Presspassung fest in dem, einen Kolbenscheibenabschnitt bildenden Kolbenstangenelement 30 aufgenommen ist, um eine kraftschlüssige Verbindung zwischen den beiden Kolbenstangenelementen 28, 30 zu schaffen. Durch die vorgesehene zweistückige Ausbildung der Kolbenstange 62 kann eine kostengünstig herzustellende Kolbenstange 62 realisiert werden, da ein kostengünstiges stangenförmiges Kolbenstangenelement 28 mit einem
Kolbenstangenelement 30 verbunden wird, das sehr kostengünstig in Form eines Kunststoffspritzteils, Drehteils, Gussteils oder Kaltschlagteils bereitgestellt werden kann. In dem Kolbenstangenelement 28 kann dabei ferner besonders kostengünstig eine unten noch genauer erläuterte Fluideinleitöffhung 64 ausgebildet werden.
Das Aufnahmemittel 20 und der Dichtring 18 bilden zusammen eine einstückige Ventildeckel/Dichtring-Kombination 24. Das Kolbenstangenelement 30 ist zur Verbindung der Kolbenstange 62 mit dem Dichtring 18 in der Dichtringöffnung 32 des Dichtrings 18 aufgenommen.
Die Kolbenpumpe 10 weist ferner ein als Kugelsitzventil ausgebildetes Auslassventil 34 auf, das innerhalb eines Auslassventil-Deckels 36 angeordnet ist, wobei eine Kugel 38 des Kugelsitzventils 34 in einer in dem Auslassventil-Deckel 36 ausgebildeten Aufnahme 40 geführt ist. Der Auslassventil-Deckel 36 kann teilweise spanabhebend oder kaltgeschlagen gefertigt sein. Eine sich am Deckelboden abstützende
Schraubenfeder 42 drückt die Kugel 38 gegen einen im Gehäuseabschnitt 12 der Kolbenpumpe 10 ausgebildeten Ventilsitz 44, der an ein in dem Gehäuseabschnitt 12 ausgebildetes Auslassloch 46 angrenzt. Von dem Auslassloch 46 durch das Auslassventil 34 strömende Bremsflüssigkeit strömt über einen Radialkanal 48 zwischen dem Auslassventil-Deckel 36 und dem Gehäuseabschnitt 12 in Richtung Pumpen- Auslass (nicht dargestellt).
In der in dem Gehäuseabschnitt 12 ausgebildeten Zylinderbohrung 16 ist ferner ein Vorspannelement in Form einer Schraubenfeder 50 angeordnet, die mit einem Ende an dem Dichtring 18 anliegt und sich mit dem anderen Ende am Boden des
Gehäuseabschnitts 12 abstützt. Die Schraubenfeder 50 steht unter Vorspannung, um die zweistückige Kolbenstange 62 über den Dichtring 18, an dem die Kolbenstange 62 mit ihrer innerhalb der Kolbenpumpe 10 angeordneten Stirnseite anliegt, gegen den Umfang des Exzenters eines Exzenterantriebs (nicht dargestellt) zu drücken. So kann die außenliegende Stirnseite des Kolbenstangenelements 28 stets in Anlage an dem
Exzenter gehalten werden. Durch rotierenden Antrieb des Exzenters wird der gesamte Kolben 26 zu einer axial hin- und hergehenden Hubbewegung angetrieben, die in bekannter Weise eine Förderung von Bremsflüssigkeit bewirkt.
Der Ventilsitz 52 des Kugel-Einlassventils 22 ist als Dichtkante stirnseitig an dem Kolbenstangenelement 30 ausgebildet. Diese erfmdungsgemäße Ausbildung des
Ventilsitzes 52 an dem Kolbenstangenelement 30 der Kolbenstange 62 bietet in Verbindung mit der erfindungsgemäßen einstückigen Ausbildung des Dichtrings 18 mit dem Aufhahmemittel 20 in Form der Ventildeckel/Dichtring-Kombination 24 deutliche Vorteile.
Zur Demontage der Kolbenpumpe 10 ist das mit einer Spielpassung in der Dichtringöffnung 32 aufgenommene Kolbenstangenelement 30 aus der Dichtringöffnung 32 zu ziehen. Die erfindungsgemäß vorgesehene Spielpassung ermöglicht hierbei ein problemloses Lösen des Kolbenstangenelements 30 aus dem Dichtring 18. Die einzelnen Komponenten des Sitzventils 22, also die Kugel 54 und die Schraubenfeder 56 können anschließend problemlos aus dem Aufnahmemittel 20 entnommen werden. Schließlich kann nach Herausziehen der einstückig ausgebildeten Ventildeckel/Dichtring-Kombination 24 aus der Zylinderbohrung 16 die Schraubenfeder 50 aus der Zylinderbohrung 16 entnommen werden. Entsprechend einfach gestaltet sich auch die Montage der Kolbenpumpe 10, wobei die vorgesehene Spielpassung eine problemlose Zentrierung des Kolbenstangenelements 30 in der Dichtringöffnung 32 ermöglicht.
An dem Dichtring 18 ist ferner eine Schnapp Verbindung in Form einer Schnappnase 58 ausgebildet, die eine am dem Kolbenstangenelement 30 ausgebildete Schulter umgreift. Mittels der Schnappnase 58 kann die Kolbenstange 62 während der Montage der Kolbenpumpe 10, insbesondere während der Montage an der Zylinderbohrung 16 an dem Dichtring 18 gehalten werden, wodurch die Montage der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe 10 wesentlich vereinfacht wird. Die so realisierte Haltefunktion kann alternativ auch durch eine thermische Verformung nach Aufstecken der
Ventildeckel/Dichtring-Kombination 24 auf das Kolbenstangenelement 30 realisiert werden. Die Schnappnase 58 übernimmt lediglich die beschriebene, für Montagezwecke vorteilhafte Haltefunktion. Während des Betriebs der Kolbenpumpe 10 wird durch die Federkraft der Schraubenfeder 50 sichergestellt, dass die Ventildeckel/Dichtring- Kombination 24 permanent, trotz der für Montagezwecke vorteilhaften Spielpassung, an dem Kolbenstangenelement 30 in axialer Richtung anliegt. Ferner wirkt die Schnappnase 58 schützend zwischen der Zylinderbohrung 16 und dem Kolbenstangenelement 30. An dem Dichtring 18 der Ventildeckel/Dichtring- Kombination 24 ist ferner eine Dichtlippe 60 ausgebildet, welche den Zylinderraum zwischen Kolben 26 und Zylinderbohrung 16 radial druckdicht abschließt.
In dem Kolbenstangenelement 28 ist als ein Zufuhrkanalabschnitt eine Fluideinleitöffhung 64 zum Einleiten von Fluid in das Innere des Kolbens 26 vorgesehen, die vorliegend in Form eines einseitig radial offenen Schlitzes 66 ausgebildet ist, welcher sich in axialer Richtung erstreckt. Mittels des Schlitzes 66 kann Fluid von außerhalb des Kolbenstangenelements 28 mit einem sehr geringen
Strömungswiderstand in das Innere des Kolbens 26 einströmen. Das Fluid strömt nach Durchströmung des Schlitzes 66 in eine in dem Kolbenstangenelement 30 ausgebildete, sich axial erstreckende Öffnung 68, welche einen weiteren Zuführkanalabschnitt bildet und sich bis zu dem Einlassventil 22 erstreckt. Erfindungsgemäß sind sowohl der Schlitz 66 als auch die Öffnung 68 zur Minimierung des Strömungswiderstands sehr groß dimensioniert. Die erfindungsgemäße Kolbenpumpe 10 kann so schnell gefüllt werden, wodurch eine gute Druckaufbaudynamik erzielt werden kann.
Das zweite Kolbenstangenelement 30 überdeckt teilweise die Fluideinleitöffhung 64 in axialer Richtung des Kolbens 26. Auf diese Weise kann erfmdungsgemäß der Strömungsweg durch das einen Kolbenscheibenabschnitt bildende Kolbenstangenelement 30 möglichst kurz gehalten werden, um einen möglichst geringen Strömungswiderstand zu schaffen. Das erste Kolbenstangenelement 28 ist an dem zweiten Kolbenstangenelement 30 an dem die Fluideinleitöffnung 64 teilweise überdeckenden Abschnitt 70 des zweiten Kolbenstangenelements 30 mittels einer Presspassung gehaltert.
Bei einer alternativen, nicht dargestellten Ausführungsform durchsetzt der Schlitz 66 das Kolbenstangenelement 28 diametral und ermöglicht so ebenfalls eine sehr schnelle Füllung des Inneren des Kolbens 26. Auch dabei überdeckt das zweite
Kolbenstangenelement 30 mit einem überdeckenden Abschnitt 70 teilweise die Fluideinleitöffnung 64 in Form des Schlitzes 66 in axialer Richtung des Kolbens 26.
Bei einer weiteren alternativen, ebenfalls nicht dargestellten Ausführungsform ist die Fluideinleitöffnung 64 in Form einer das Kolbenstangenelement 28 diametral durchsetzenden Radialbohrung und einer damit fluidleitende verbundene Axialbohrung gestaltet. Dabei ist die Radialbohrung von einem überdeckenden Abschnitt 70 des Kolbenstangenelements 30 teilweise überdeckt.
Bei der Kolbenpumpe 10 gemäß der Fig. 1 ist ferner wie erwähnt der Dichtsitz bzw. Ventilsitz
52 als kreisförmige Dichtkante 72 gestaltet ist, gegen welche die Kugel 54 als ein kugelförmiger
Ventilkörper des Einlassventils 22 abdichtet. Der Durchmesser der kreisförmigen Dichtkante 72 beträgt dabei 3,3 mm und ist damit gleich ca. 83 % des Durchmessers der Kugel 54, welcher 4 mm beträgt (siehe auch Fig. 3). Bei einer alternativen Ausführungsform ist der Durchmesser der kreisförmigen Dichtkante 72 3,6 mm bei einem Kugeldurchmesser der Kugel 54 von ebenfalls 4 mm (siehe Fig. 4). Mit einer derartigen Art der Abdichtung der Kugel 54 an der Dichtkante 72 ist im Vergleich zum Stand der Technik, bei dem die Kugel eines Einlassventils der Kolbenpumpe gegen einen Kegelsitz abgedichtet ist, der Durchmesser der Öffnung 68 vergleichsweise groß und es ergibt sich damit bei gleichem Kugelhub in diesem Bereich ein geringer Strömungswiderstand für das Einlassventil. Zugleich ist die durchströmte Fläche zwischen der abgehobenen Kugel 54 und der Dichtkante 72 (siehe Fig. 5) bei gleichem Kugelhub vergleichsweise groß, so dass auch in diesem Bereich ein geringer Strömungswiderstand auftritt. Dies gilt insbesondere für einen Durchmesser der Dichtkante 72 von 3,3 mm (siehe Linie 74 in Fig. 5) gegenüber einer Dichtkante 72 welche einen Durchmesser von 3,6 mm aufweist (siehe Linie 76 in Fig. 5)
Bezu£ *szeichenliste
10 Kolbenpumpe
12 Gehäuseabschnitt
14 Gehäuseabschnitt
16 Zylinderbohrung
18 Dichtring
20 Einlassventil-Deckel
22 Einlassventil
24 Ventildeckel/Dichtring-Kombination
26 Kolben
28 Ko lbenstangenelement
30 Ko lbenstangenelement
32 Dichtringöffnung
34 Auslassventil
36 Auslassventil-Deckel
38 Kugel (Auslassventil)
40 Aufnahme (Auslassventil)
42 Schraubenfeder (Auslassventil)
44 Ventilsitz (Auslassventil)
46 Auslassloch
48 Radialkanal
50 Schraubenfeder (Vorspannelement)
52 Ventilsitz (Einlassventil)
54 Kugel (Einlassventil)
56 Schraubenfeder (Einlassventil)
58 Schnappnase
60 Dichtlippe
62 Kolbenstange
64 Fluideinleitöffhung
66 Radialschlitz
68 Öffnung im Kolbenstangenelement 30
70 Abschnitt (überdeckend) des Kolbenstangenelements 30
72 Dichtkante
74 Linie für Durchmesser der Dichtkante 3,3 mm
76 Linie für Durchmesser der Dichtkante 3,6 mm