DE19854716A1 - Kolbenpumpe - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe zum Fördern von Hydraulikflüssigkeit, insbesondere für Fahrzeugbremsanlagen, mit einem in einem Pumpenraum (11) axial verschieblichen Stufenkolben (12), der mit einem Kolbenabschnitt den Pumpenraum (11) in eine Niederdruckkammer (33) und in eine Hochdruckkammer (26) mit variablem Kammervolumen unterteilt, wobei der Stufenkolben (12) einen Abschnitt (16) mit einer der Hochdruckkammer (26) zugewandten Schulter (18) umfaßt, die eine die Hochdruckkammer (26) gegen die Niederdruckkammer (33) dichtende Dichtung (19) hält und mit einer im Hochdruckraum (26) angeordneten Pumpenfeder (13). Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenfeder (13) sich auf der Dichtung (19) abstützt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe zum Fördern von Hy­ draulikflüssigkeit, insbesondere für Fahrzeugbremsanlagen, mit einem in einem Pumpenraum axial verschieblichen Stufen­ kolben, der mit einem Kolbenabschnitt den Pumpenraum in eine Niederdruckkammer und in eine Hochdruckkammer mit variablem Kammervolumen unterteilt, wobei der Stufenkolben einen Ab­ schnitt mit einer der Hochdruckkammer zugewandten Schulter umfaßt, die eine die Hochdruckkammer gegen die Niederdruck­ kammer dichtende Dichtung hält und mit einer in der Hoch­ druckkammer angeordneten Pumpenfeder.

Kolbenpumpen werden in Bremsanlagen eingesetzt. Sie fördern die Bremsflüssigkeit in die Bremskreise von Radbremsen. Der Druck in den Bremskreisen steigt dadurch an, bis ein Brems­ eingriff an den Rädern eines Fahrzeugs erfolgt.

Der Kolben unterteilt den Pumpenraum dabei in zwei vonein­ ander 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.

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 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 kreisring­ förmig 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 aus 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 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.

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.

Diese, 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 Schulter 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.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, daß eine ge­ genüber den auf die Dichtung einwirkenden variablen Kompres­ sionskräften zusätzliche Vorspannungskraft, die Dichtung in vorgegebener Lage hält. Dabei wird die Funktion der vorhan­ denen Pumpenfeder für die Vorspannung der Dichtung genutzt, indem der Saugventiltopf mit der Auflage auf der Dichtung aufliegt, wobei die auf der Auflage sich abstützende Pumpen­ feder die Dichtung vorspannt. Die Vorspannung führt zu einer Dichtpressung der Dichtung, die gleichzeitig über die Dicht­ preßkraft in vorgegebener Lage gehalten wird.

Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, ist zwischen der Dichtung und der Pumpenfeder ein den Abschnitt des Stu­ fenkolbens 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 Hal­ teelement kann als als ein radial zum Innenraum des Saugven­ tiltopfes sich erstreckender Abschnitt des Fußes sein, der einen Bund des Stufenkolbens hintergreift, oder ein am Saug­ ventiltopf oder Stufenkolben befestigter Stift, der in eine entsprechende Längsnut des dem Stift gegenüberliegenden Bau­ teils - Stufenkolben oder Saugventiltopf - eingreift. Durch diese Ausbildung ist der Stufenkolben mit dem Saugventiltopf verbunden. Dabei liegt der das Saugventil aufnehmende Saug­ ventiltopf über die Ventilfeder an einer Wand des Bundes bzw. der Aussparung bzw. der Längsnut des Stufenkolbens an. Der Stufenkolben und der Saugventiltopf mit Saugventil bil­ den eine selbständig handhabbare Baueinheit, die als vormon­ tierte Baugruppe in den Pumpenraum eingesetzt werden kann. Die axiale Bewegung des Saugventiltopfes durch die Pumpen­ feder kann dabei durch entsprechende Ausbildung des Halte­ elements und/oder der Aussparung bzw. der Längsnut begrenzt werden, da der Verschiebeweg des Saugventiltopfes von der Position des Halteelements zu den Begrenzungen der Ausspa­ rung bzw. der Längsnut bestimmt wird.

Andere kraft-und/oder formschlüssige Verbindungen zwischen dem Saugventiltopf und dem Stufenkolben, welche die gleiche Funktion erfüllen, werden durch die Erfindung mitumfasst.

Gemäß dem Anspruch 3 ist zwischen der Dichtung und der Pum­ penfeder ein den Abschnitt des Stufenkolbens umgebender Fuß angeordnet, der einen in vorgegebenem Abstand zu der Stirn­ fläche des Stufenkolbens angeordneten Anschlag zur Begren­ zung der Saugventiltopfbewegung aufweist. Durch diese vor­ teilhafte 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.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 ausschnittsweise einen Längsschnitt einer Kolbenpumpe für eine Fahrzeugbremsanlage,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts A in Fig. 1, mit der Begrenzung für die Bewegung des Saugventiltopfes,

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts A in Fig. 1, mit der verschiebbaren Befestigung des Saugventiltopfes

Die in Fig. 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.

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.

Die Fig. 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 10 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 Ventilsitz-Körper 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.

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.

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.

Wie Fig. 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.

In Fig. 3 ist eine weitere Ausbildung des Ausschnitts A der Fig. 1 schematisch dargestellt, bei der im Unterschied zur Fig. 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 selbständig 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.

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.

Claims (5)

1. Kolbenpumpe zum Fördern von Hydraulikflüssigkeit, insbesondere für Fahrzeugbremsanlagen, mit einem 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, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenfeder (13) sich auf der Dichtung (19) abstützt.

2. Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Dichtung (19) und der Pumpenfeder (13) ein den Abschnitt (16) des Stufenkolbens (12) umgebender Fuß (27) eines Saugventiltopfes (28) angeordnet ist, der über ein Halteelement (50, 54) verschiebbar mit dem Stufenkolben (12) verbunden ist.

3. Kolbenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß zwischen der Dichtung (19) und der Pumpenfeder (13) ein den Abschnitt (16) des Stufenkolbens (12) umgebender Fuß (27) eines Saugventiltopfes (28) angeordnet ist, der ein in vorgegebenem Abstand (35) zu der Stirnfläche (36) angeordnetes Begrenzungsmittel (34) für die Saugventiltopfbewegung aufweist.

4. Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Begrenzungsmittel (34) einstückig mit dem Saugventiltopf (28) verbunden ist.

5. Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Stützscheibe (15) und der Dichtung (19) ein Backring (21) angeordnet ist.