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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe mit den Merkmalen des Oberbegriffs
des Anspruchs 1. Sie ist insbesondere als sog. Rückförderpumpe in blockierschutz-,
antriebsschlupf- und/oder fahrdynamikgeregelten, hydraulischen Fahrzeugbremsanlagen
und auch zum Bremsdruckaufbau in elektrohydraulischen Fahrzeugbremsanlagen
vorgesehen.
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Derartige
Kolbenpumpen sind an sich bekannt und oftmals in einen Hydraulikblock
integriert, der ein Pumpengehäuse
der Kolbenpumpe bildet und in den weitere Bauelemente wie Magnetventile, Hydrospeicher,
Rückschlagventile
eingebaut und hydraulisch miteinander verschaltet sind. Eine, meist gestufte,
Bohrung bildet eine Pumpenbohrung der Kolbenpumpe, in der ein Pumpenkolben
axial verschieblich einliegt. Der Pumpenkolben ist, meist mittels
eines an seinem einen Ende angeordneten Exzenters, zu einer axial
hin- und hergehenden Hubbewegung antreibbar, durch die Bremsflüssigkeit
gefördert
wird. Eine Ein- und Auslasssteuerung erfolgt üblicherweise durch Rückschlagventile.
Zur axialen Führung
des Pumpenkolbens in der Pumpenbohrung weisen bekannte Kolbenpumpen
reibungs- und verschleißmindernde
Führungsringe
mit quadratischem oder rechteckigem Ringquerschnitt auf.
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Offenbarung der Erfindung
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Der
Führungsring
der erfindungsgemäßen Kolbenpumpen
weist Segmente auf, die in radialer Richtung federnd am Pumpenkolben
anliegen. Die Segmente kön nen
Radialbewegungen des Kolbens besser ausgleichen als dies bei einem
in Umfangsrichtung nicht unterbrochenen Führungsring der Fall ist. Der
radiale Federweg des Führungsrings
ist durch die Segmente vergrößert, Feder-
und Dämpfungseigenschaften
des Führungsrings
lassen sich außer
durch die Werkstoffwahl durch die Formgebung und Ausrichtung der
Segmente beeinflussen. Auf diese Weise lassen sich die Feder- und
Dämpfungseigenschaften
des erfindungsgemäßen Führungsrings
verbessern. Durch die Segmente weist der Führungsring eine verbesserte
Dämpfung
in radialer Richtung auf. Durch die verbesserte Dämpfung ist
ein dem Führungsring
benachbarter Dichtring besser in der Lage, radialen Bewegungen des
Kolbens zu folgen, wodurch die Abdichtung des Kolbens verbessert
ist. Leckage und Ansaugen von Luft werden vermieden. Durch die Ausbildung
von Segmenten sind die Federeigenschaften des Führungsrings verbessert, wodurch
eine Vorspannung, mit der die Segmente am Kolben anliegen, länger bestehen
bleibt, die Standzeit des erfindungsgemäßen Führungsrings ist erhöht.
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Die
Unteransprüche
haben vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der im Anspruch
1 angegebenen Erfindung zum Gegenstand.
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Vorzugsweise
sind die Segmente einstückig mit
dem Führungsring
(Anspruch 2), so dass kein zusätzlicher
Montageaufwand entsteht.
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Durch
Vorsehen von mindestens drei Segmenten gemäß Anspruch 3 wird eine gute
Axialführung
des Pumpenkolbens mit Abstützung
in allen radialen Richtungen erzielt.
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Gemäß Anspruch
4 sind die Segmente des Führungsrings
als Blattfedern ausgebildet, die an einem Fuß einstückig mit dem Führungsring
sind und schräg
nach innen stehen. Insbesondere sind die Segmenten zylinderschalenförmig. Das
Merkmal „Blattfedern” bezieht
sich auf die Form, die Segmente müssen nicht aus Metall bestehen,
sondern vorzugsweise besteht der Führungsring einschließlich seiner Segmente
aus einem Kunststoff. Die Ausbildung der Segmente als insbe sondere
zylinderschalenförmige Blattfedern
ist der Form des Pumpenkolbens und der Anordnung in einem Spalt
zwischen dem Pumpenkolben und der Pumpenbohrung angepasst; die Segmente
lassen sich ohne Änderungen
und ohne weitere konstruktive Maßnahmen in der Pumpenbohrung der
Kolbenpumpe unterbringen.
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Gemäß Anspruch
5 sind die Segmente an einer Innenseite des Führungsrings angeordnet. Der Führungsring
umschließt
die Segmente und ist insbesondere in Umfangsrichtung geschlossen
ausgeführt.
Falls die Federkraft der Segmente in radialer Richtung nicht ausreicht,
um den Pumpenkolben abzustützen,
erfolgt bei dieser Ausgestaltung der Erfindung eine radiale Abstützung des
Pumpenkolbens am Führungsring.
Ein Kontakt des Kolbens mit der Pumpenbohrung wird vermieden.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 6 liegen die Segmente
in kongruenten Aussparungen des Führungsrings ein. Die Segmente sind
dadurch platzsparend in den Aussparungen untergebracht und Abschnitte
des Führungsrings
zwischen den Segmenten können
den Kolben zusätzlich radial
abstützen,
falls die Federkraft der Segmente nicht ausreicht.
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Anspruch
9 sieht einen Exzenter zum Antrieb des Pumpenkolbens vor, der um
eine exzentrische Drehachse rotierend antreibbar ist. Die Drehachse kann
eine Achse der Pumpenbohrung radial schneiden. Bei drehendem Antrieb
bewegt sich der Exzenter auf einer Kreisbahn. Der Pumpenkolben liegt
mit einer Stirnfläche
am Umfang des Exzenters an, wobei zur Reibungsminderung üblicherweise
ein Wälzlager
auf dem Exzenter vorgesehen ist, an dessen Außenring der Pumpenkolben mit
seiner Stirnfläche anliegt.
Die Bewegung des Exzenters auf einer Kreisbahn bedeutet eine bezüglich der
Pumpenbohrung seitlich hin- und hergehende Bewegung, die den Pumpenkolben
an seiner anliegenden Stirnfläche
radial zur Pumpenbohrung beaufschlagt. Hier dämpft und verringert der erfindungsgemäße Führungsring mit
seinen Segmenten die Radialbewegungen des Pumpenkolbens. Die Axialführung des
Pumpenkolbens ist verbessert und ein Abheben des Pumpenkolbens von
einem dem Führungsring
benachbarten Dichtring wird vermieden.
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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
vereinfachten und teilweise schematisierten Achsschnitt einer erfindungsgemäßen Kolbenpumpe;
und
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2 einen
Umfangsabschnitt eines Führungsrings
der Kolbenpumpe aus 1 gemäß der Erfindung in perspektivischer
und größerer Darstellung.
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Ausführungsform der Erfindung
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1 zeigt
einen Ausbruch einer erfindungsgemäßen Kolbenpumpe 1 im
Bereich eines antriebsseitigen Endes eines Pumpenkolbens 2.
Die Kolbenpumpe 1 ist für
hydraulische Fahrzeugbremsanlagen vorgesehen, beispielsweise als
Rückförderpumpe
einer blockierschutz-, antriebsschlupf- und/oder fahrdynamikgeregelten
Fahrzeugbremsanlage. Übliche
Abkürzungen
solcher Regelungen sind ABS, ASR, FDR und/oder ESP. Eine weitere
Einsatzmöglichkeit
der Kolbenpumpe 1 sind elektrohydraulische Fahrzeugbremsanlagen
(Abkürzung:
EHB). Bei letzteren handelt es sich um Fremdkraft-Bremsanlagen,
bei denen der zum Bremsen erforderliche Bremsdruck mit einer Kolbenpumpe
erzeugt wird, die Teil einer Fremdenergieversorgungseinrichtung
ist.
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Die
Kolbenpumpe 1 weist den Pumpenkolben 2 auf, der
in einer Pumpenbohrung 3 in einem Pumpengehäuse 4 axial
verschieblich einliegt. Das Pumpengehäuse 4 wird im Ausführungsbeispiel
von einem Hydraulikblock gebildet, der außer der Kolbenpumpe 1 eine
weitere, baugleiche Kolbenpumpe für einen zweiten Brems kreis
sowie weitere hydraulische Bauelemente wie Magnetventile, Hydrospeicher
und Druckschwingungsdämpfer
aufnimmt und hydraulisch miteinander verschaltet (nicht dargestellt).
Selbstverständlich
ist es auch möglich,
die Kolbenpumpe 1 unabhängig
von einem solchen Hydraulikblock mit einem eigenen Pumpengehäuse als eigenständiges Aggregat
auszuführen.
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Der
Antrieb des Pumpenkolbens 2 erfolgt mittels eines drehend
antreibbaren Exzenters 5, der exzentrisch zu einer nicht
dargestellten Drehachse angeordnet ist. Die Drehachse des Exzenters 5 schneidet
eine Achse der Pumpenbohrung 3 radial. Der Exzenter 5 bewegt
sich auf einer Kreisbahn um die Drehachse, wobei ein Radius der
Kreisbahn mit der Exzentrizität
des Exzenters 5 übereinstimmt.
Zur Reibungsminderung weist der Exzenter 5 ein Kugellager 6 mit
einem Außenring 7 auf,
wobei in einem Zwischenraum zwischen dem Außenring 7 und dem Exzenter 5 Kugeln 8 wälzen. Der
Pumpenkolben 2 liegt mit einer Stirnfläche 9 am Umfang des
Lagerrings 7 an. Eine Kolbenrückstellfeder, die auf einer dem
Exzenter 5 abgewandten Stirnseite des Pumpenkolbens 2 angeordnet
und deswegen in der Zeichnung nicht sichtbar ist, beaufschlagt den
Kolben 2 in Anlage am Lagerring 7 des Exzenters 5. Durch
das Kugellager 6 ist der Pumpenkolben 2 zwar von
der Drehung des Exzenters 5 entkoppelt, trotzdem wird der
Pumpenkolben 2 in seitlicher Richtung, also zur radial
zur Pumpenbohrung 3, beaufschlagt als Folge der Bewegung
des Exzenters 5 auf einer Kreisbahn um seine Drehachse,
die außer
einer axialen auch eine seitlich, d. h. radial zur Pumpenbohrung 3 hin-
und hergehende Bewegung beinhaltet.
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Der
Pumpenkolben 2 ist in der Pumpenbohrung 3 abgedichtet
und axial verschieblich geführt.
In der Zeichnung dargestellt ist nur die Abdichtung und Führung am
antriebsseitigen, d. h. dem Exzenter 5 nahen Ende des Pumpenkolbens 2.
Eine dem Exzenter 5 ferne Abdichtung und Führung des
Pumpenkolbens 2 kann grundsätzlich in gleicher Weise wie
am antriebsseitigen Ende erfolgen, also erfindungsgemäß; allerdings
ist die dem Exzenter 5 ferne Abdichtung und Führung des
Pumpenkolbens 2 in bei derartigen Kolbenpumpen üblicher
und bekannter Weise vorgesehen, also nicht erfindungsgemäß.
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Am
antriebsseitigen, d. h. dem Exzenter 5 nahen Ende ist ein
erfindungsgemäßer Führungsring 10,
ein Stützring 11 und
ein Dichtring 12 in eine Nut 18 oder Ringstufe
der Pumpenbohrung 3 im Pumpengehäuse 4 angeordnet.
Der Stützring 11 befindet sich
auf der exzenterabgewandten Seite des Führungsrings 10, der
Dichtungsring 12 auf der dem Exzenter 5 abgewandten
Seite des Stützrings 11.
Im Ausführungsbeispiel
ist der Dichtring 12 ein Quadring; auch andere Dichtringe,
beispielsweise ein O-Ring, ein Vierkantring oder ein Radialwellendichtring
mit Gummilippe sind verwendbar (nicht dargestellt).
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Der
Stützring 11 vermeidet
eine Spaltextrusion des Dichtrings 12. Spaltextrusion ist
eine plastische Verformung, sozusagen ein „Fliesen”, des Dichtrings 12 bei
(hydraulischer) Druckbeanspruchung.
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Der
Führungsring 10,
der in 2 vergrößert gezeichnet
ist, weist einen L-förmigen Ringquerschnitt
auf, wodurch ein Fußflansch 13 zur
axialen Festlegung des Führungsrings 10 gebildet
ist. Der andere „Schenkel” des „L” bildet
eine Manschette 14, die den Pumpenkolben 2 umschließt. Die
Manschette 14 kann als schlauch- oder rohrförmig bezeichnet werden,
sie ist in Umfangsrichtung geschlossen. An ihrer Innenseite weist
die Manschette 14 Segmente 15 auf, die in kongruenten
Aussparungen 16 der Manschette 14 einliegen. Die
Segmente 16 können als
Blattfedern bezeichnet werden, sie sind zylinderschalenförmig und
gehen an einem Fuß 17 einstückig in
den Führungsring 10 über. Der
Fuß 17 befindet
sich auf der Seite des Fußflanschs 13 des
Führungsrings 10.
Die als Blattfedern ausgebildeten Segmente 15 erstrecken
sich also in Längsrichtung mit
einer Neigung schräg
nach innen. Das bedeutet, dem Fuß 17 ferne freie Enden
der Segmente 15 stehen nach innen über eine Innenumfangsfläche des Führungsrings 10 vor.
Die Segmente 15 federn in radialer Richtung.
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Im
Ausführungsbeispiel
sind drei über
den Umfang verteilt angeordnete Segmente 15 vorgesehen,
die den Pumpenkolben 2 radial in allen Richtungen abstützen, d.
h. axial führen.
Der Führungsring 10 kann
auch mehr als drei Segmente 15 aufweisen (nicht dargestellt),
weniger als drei Segmente dürften die
Führungs- und Dämpfungseigenschaften
verschlechtern und erscheinen als weniger geeignet; trotzdem wird
ein Führungsring 10 mit
weniger als drei Segmenten 15 nicht von der Erfindung ausgeschlossen.
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Die
Segmente 15 stützen
den Pumpenkolben 2 federnd in radialer Richtung und dämpfen Radialbewegungen
des Pumpenkolbens 2. Aufgrund der Segmente 15 weist
der Führungsring 10 bessere Stütz-, Feder-
und Dämpfungseigenschaften
des Pumpenkolbens 2 in radialer Richtung auf als sie ein massiver
Führungsring
ohne Segmente hätte.
Außer durch
die Materialwahl lassen sich die Feder- und Dämpfungseigenschaften durch
Anordnung und Geometrie der Segmente 15 beeinflussen und
dadurch die Führungseigenschaften
des Führungsrings 10 verbessern.
Da der Führungsring 10 aufgrund
der Segmente 15 einen vergrößerten Radialfederweg aufweist,
ist seine Lebensdauer verlängert
beispielsweise bei Verringerung der Elastizität seines Werkstoffs und bei
Verschleiß.
Reicht der Federweg der Segmente 15 nicht aus, wird der
Pumpenkolben 2 von der Manschette 14 des Führungsrings 10 radial abgestützt, so
dass eine unmittelbare Berührung
des Pumpenkolbens 2 mit der Pumpenbohrung 3 verhindert
wird.
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Die
verbesserte Dämpfung
der Radialbewegungen des Pumpenkolbens 2 verkleinert die
Radialbewegungen des Pumpenkolbens 2. Dadurch wird ein
Abheben des Pumpenkolbens 2 vom Dichtring 12 an
einer Umfangsstelle und damit Leckage oder Eintritt von Luft vermieden.
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Der
Führungsring 10 einschließlich seiner Segmente 15 besteht
aus einem Kunststoff, ihre Feder- und Dämpfungseigenschaften haben
die Segmente 15 aufgrund der Elastizität des verwendeten Kunststoffs
und aufgrund ihrer geometrischen Form, u. a. ihrer zylinderschalenförmigen Wölbung.
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Typische
Bohrungsdurchmesser derartiger Kolbenpumpen 1 liegen bei
5 bis 6 mm.