DE4027794A1 - Hydraulische radialkolbenpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Radialkol­ benpumpe mit wenigstens einem Arbeitshübe aus führenden Kol­ ben, der in einer feststehenden Buchse gleitend aufgenommen ist, welche mit einem hohlzylindrischen Ventilkörper fest verbunden ist, mit jeweils einem in Pumpenlängsachse hinter­ einander angeordneten Saug- sowie Druckventil, die selbstge­ steuert jeweils den Pumpenarbeitsraum (Druckraum) öffnen und schließen, von denen das Saugventil seinen Ventilsitz am Kopf des Kolbens besitzt, mit einem Einlaß für die anzusaugende Hydraulikflüssigkeit und einem Auslaß für die druckbeauf­ schlagte Hydraulikflüssigkeit, und mit einem die Pumpen­ komponenten aufnehmenden Pumpengehäuse, wobei der Druckraum im Inneren des Ventilkörpers ausgebildet ist und der Ventil­ sitz des Druckventils an der kopfseitigen Stirnfläche des Ventilkörpers ausgeformt ist.

Eine derartige Radialkolbenpumpe ist durch die DE 37 42 824 A1 bekannt geworden.

Diese bekannte Radialkolbenpumpe weist vor allem folgende Nachteile auf:
Der Pumpenkolben weist gegenüber dem Ventilkörper bzw. der Buchse eine sog. Spaltdichtung auf. Dies bedeutet, daß beide Teile extrem genau gefertigt sein müssen und anschließend auch noch paarweise zusammenpassend ausgesucht werden müssen. Das ist mit hohen Herstellungskosten verbunden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs be­ zeichnete hydraulische Radialkolbenpumpe so weiterzubilden, daß sie eine sehr einfache und kompakte Bauweise aufweist so­ wie eine kostengünstige Herstellung und Montage ermöglicht.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der Erfindung da­ durch, daß die Buchse an der dem Kolben zugewandten Innen­ seite an beiden Enden eine Ringdichtung aufweist.

Die Abdichtung des Kolbens durch eine Gummidichtung hat den weiteren Vorteil, daß der Kolben durch diese bei der Montage gehalten wird und nicht aus der Buchse herausrutschen kann. Die dem Exzenter benachbarte Ringdichtung erfüllt erfindungs­ gemäß zwei Dichtfunktionen gleichzeitig, indem sie sowohl den Kolben als auch die Buchse gegenüber dem Gehäuse abdichtet. Eine besonders montagefreundliche Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Buchse mit dem Ventilkörper, dem Pumpen­ kolben und einer Verschlußschraube als Pumpeneinheit (Patrone) ein- bzw. ausbaubar im Pumpengehäuse befestigt ist. Durch Anziehen der Verschlußschraube wird außerdem die Ring­ dichtung beim Exzenter gegen eine Gehäusestufe gepreßt und dichtet somit.

Zur Vermeidung eines Verlusthubes zu Beginn des Druckhubes ist es weiterhin vorteilhaft, wenn das Saugventil in seiner Ausgangslage geschlossen ist. Diese Maßnahme erlaubt es außerdem, daß die Pumpe bereits beim Hersteller mit Hy­ draulikflüssigkeit befüllt, entlüftet und danach getestet wird. Beim Transport zum Endverbraucher verbleibt die einge­ füllte Hydraulikflüssigkeit im Druckraum, der durch Saug- und Druckventil sowie die Gummiringdichtungen verschlossen ist.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung, die besonders platz­ sparend ist, sieht vor, daß ein als Dämpfungskammer wirkender Hohlraum in der Verschlußschraube angeordnet ist.

Die Anordnung eines Dämpfungskörpers bei Radialkolbenpumpen ist an sich aus der DE 38 08 901 A1 bekannt geworden. Bei dieser bekannten Pumpe liegt das Saugventil mit seiner Längs­ achse senkrecht zu der Längsachse des Druckventils, d. h. quer zum Kolbenweg. Die Pumpenelemente sind jeweils für sich in Ausnehmungen des Pumpengehäuses angeordnet und können nicht als Einheit aus dem Gehäuse entfernt werden. Die bekannte Pumpe ist daher zwar geräuscharm und hinsichtlich der Druck­ pulsationen gedämpft, besitzt jedoch eine komplizierte, sperrige Bauweise.

Zur Erhöhung der dämpfenden Wirkung ist nach einem weiterge­ staltenden Merkmal der Erfindung der Ventilkörper von einem Ringdruckraum umgeben, der mit der Dämpfungskammer hy­ draulisch über Bohrungen, Durchgangsschlitze oder eine Dros­ sel verbunden ist und der an den Auslaß angeschlossen ist. Dieser mit der Dämpfungskammer hintereinandergeschaltete Ringdruckraum vergrößert das zur Unterdrückung von Druck­ pulsationen zur Verfügung stehende Dämpfungsvolumen.

Zur weiteren Verminderung der Druckpulsationen ist nach einem weiteren ausgestaltenden Merkmal der Erfindung unmittelbar im Auslaß eine Drosselstelle angeordnet.

Eine besonders gute Geräuschdämpfung ergibt sich, wenn in der Dämpfungskammer an deren äußeren Stirnseite mindestens eine Dämpfungs-Membran angebracht ist, die sich bei Druckbeauf­ schlagung der Dämpfungskammer gegen die leicht nach außen hin gewölbte Stirnseite verbiegen kann. Durch diese Maßnahme ent­ steht ein winziger Membran-Druckspeicher. Ist die Verschluß­ schraube mit einer Belüftungsöffnung versehen, so dichtet die Membran (zusammen mit einer Topfmanschette) die Dämpfungs­ kammer immer gegen Atmosphärendruck ab. Ohne diese Öffnung würde sich der Druck zwischen Membran und Stirnseite erhöhen können.

Die Geräuschdämpfung läßt sich weiter dadurch verbessern, daß die Pumpeneinheit Dichtungen gegenüber dem Pumpengehäuse auf­ weist, die gleichzeitig aufgrund ihrer Elastizität eine Ge­ räuschdämpfung bewirken. Zur Unterdrückung von Geräuschen aufgrund von axialen Schwingungen ist neben der Dichtung zweckmäßig ein Federelement angeordnet.

Zur besseren Dichtheit trägt bei, daß gemäß einem weiteren ausgestaltenden Merkmal der Erfindung zwischen Buchse und Ventilkörper eine weitere Dichtungsanordnung vorgesehen ist.

Eine besonders kompakte und einfache Bauweise ergibt sich, wenn das Saug- und Druckventil jeweils als federgespanntes Kugelventil ausgebildet sind.

Wenn die erfindungsgemäße Pumpe in einer hydraulischen, blockiergeschützten Kraftfahrzeugbremsanlage mit Schwarz-Weiß-Bremskreisaufteilung eingesetzt wird und jeder von zwei Kolben einen der beiden Bremskreise versorgt, dann ist es möglich, dem unterschiedlichen Volumenbedarf beider Kreise bei gleichem Kolbenhub durch unterschiedliche Kolben­ durchmesser Rechnung zu tragen.

Weitere ausgestaltende Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich anhand von in den Zeichnungen dargestellten Aus­ führungsbeispielen.

Es zeigen

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Ausführungsform einer Radial­ kolbenpumpe nach der Erfindung, wobei die beiden Ver­ schlußschrauben unterschiedlich gestaltet sind,

Fig. 2 eine Schnittdarstellung einer der Kolbenpumpen nach Fig. 1 in vergrößerter Darstellung mit einer kleinen Variante in der Ausführung,

Fig. 3 eine andere Ausführung der Gehäusedichtung nach Fig. 2.

Fig. 1 zeigt eine ventilgesteuerte Radialkolbenpumpe mit einem Pumpengehäuse 1, in dem die Pumpenkomponenten unterge­ bracht sind. Die Radialkolbenpumpe wird von einem üblichen Exzenterwellenantrieb betätigt. Dieser Antrieb besitzt eine von einem Elektromotor angetriebene Welle mit einem Exzenter 2, der über ein Nadellager 3 auf einen Führungs- bzw. Betätigungsring 4 einwirkt.

Die Radialkolbenpumpe besitzt zwei Kolben 5, 6, die jeweils durch einen Feder- bzw. Koppelring 7 gegen den Betätigungs­ ring 4 gehalten werden. Der Koppelring kann auch durch Rück­ holfedern ersetzt werden. Sie haben in jedem Fall die Auf­ gabe, den zugehörigen Kolben für die Saugphase zur Antriebs­ achse hin zurückzuholen.

Durch die Wirkung des Exzenters 2 werden daher die beiden Kolben 5, 6 gegenphasig in ihrer Längsachse hin- und herbe­ wegt. Der Kolben 5 befindet sich dabei in der Phase des Saug­ hubes, der Kolben 6 in derjenigen des Druckhubes. Der Durch­ messer des Kolbens 5 ist größer als der des Kolbens 6.

Jeder der Kolben gleitet in einer Buchse 8, in der jeweils in axialer Verlängerung ein Ventilkörper 9 eingebördelt ist.

Jeder Pumpenkreis weist ein Saugventil 10 und ein Druckventil 11 auf, die im Ausführungsbeispiel jeweils als Kugelventile ausgebildet sind. Die Pumpe saugt (jeweils) beim Saughub Druckmittel über den Einlaß 12 und das Saugventil 10 an und fördert es beim Druckhub über das Druckventil 11 in den Aus­ laß 13, an dem im Regelfall hydraulisch betätigte Verbraucher angeschlossen sind.

Oberhalb der Kolben 5, 6 befindet sich jeweils eine Verschluß­ schraube 14 im Pumpengehäuse 1, mit deren Hilfe die Patrone, bestehend aus Pumpenkolben 5, 6, Buchse 8, Ventilkörper 9 und den Ventilen 10, 11 im Gehäuse 1 befestigt ist.

In Fig. 2 ist die Kolbenpumpe des rechten Figurenteils der Fig. 1 in vergrößerter Ansicht (mit einer kleinen Abwandlung) dargestellt, die besser den Aufbau der Pumpe selbst erkennen läßt, der nunmehr weiter beschrieben werden soll. Ent­ sprechendes gilt für den Aufbau der anderen Kolbenpumpe im linken Teil der Fig. 1.

Der Kolben 6 weist eine Radialbohrung 16a mit einem peripheren Ringraum auf, die über die Verbindungsöffnung 15 in der Buchse 8 mit dem Einlaß 12 verbunden ist, und eine Längssacklochbohrung 16, die eine Verbindung von dem Einlaß 12 zu dem Druckraum 17 der Pumpe schafft. Der Kolben 8 weist kopfseitig einen Ventilsitz 8a für die Ventilkugel 10 des Saugventils auf. Diese Ventilkugel wird in ihrer Schließ­ stellung durch eine Feder 18 gehalten, die sich andernends gegen eine Schulter im Ventilkörper 9 abstützt. Der im we­ sentlichen hohlzylindrische Ventilkörper 9 besitzt am kopf­ seitigen Ende eine sich verjüngende Stufenbohrung, an deren Auslaß ein Ventilsitz 19 für die Ventilkugel 11 des Druck­ ventils ausgeformt ist. Die Ventilkugel 11 wird in ihrer Schließstellung durch eine Feder 20 gehalten, die sich an­ dernends gegen eine Ausnehmung 21 im Gehäuse 14 des Dämpfungskörpers abstützt. Die Fig. 1 zeigt hierzu alternativ einen Stützpunkt für die Feder 20 in Form eines separaten Stützkörpers 21a, der an der Kopfperipherie des Ventilkörpers 9 angebracht ist. Im Innern 14a des Dämpfungskörpers ist ein Dämpfungspaket 22, bestehend aus mindestens einer Membran 22a sowie einer Topfmanschette 22b angebracht, welches eine zu­ sätzliche Bedämpfung der Druckpulsationen und der Geräusche im Hochdruckkreis der Pumpe bewirkt.

Die Verschlußschraube 14 weist dabei eine Bohrung 23 auf, die den Raum hinter der Membran 22a ständig mit der Atmosphäre verbindet, so daß ein Nachgeben der Membran 22a allein vom Druck im Dämpfungsraum 14a abhängt. Die Buchse 8 ist über eine Dichtung 8b und eine Bördelung mit dem Ventilkörper 9 verbunden. Ähnlich ist auch das andere Ende des Ventilkörpers 9 in die Verschlußschraube 14 eingebördelt. Der Ventil­ körper ist dabei von einem zusätzlichen Druckraum 24 umgeben, der einmal über eine Bohrung 25 mit der Dämpfungskammer 14a verbunden ist, und der zum anderen in den Hochdruck-Auslaß 13 einmündet. Die Bohrung 25 kann alternativ durch einen Durch­ gangsschlitz ersetzt werden; wahlweise kann auch eine Drossel vorgesehen werden.

Es sind somit zwei in Serie geschaltete Dämpfungskammern 14a und 24 gebildet, die für eine verbesserte Bedämpfung der Druck-Schwingungsfronten sorgen. Unterstützt werden kann die­ ser Dämpfungseffekt durch eine im Auslaß 13 angeordnete Dros­ selstelle 13a (Fig. 1).

Der Kolben 6 ist von Dichtungen 6a und 6b in der Buchse 8 um­ geben, die verhindern, daß Druckmittel, welches am Nieder­ druck-Einlaß 12 angesaugt wird, motorwellenseitig bzw. zum Ventilkörper 9 hin aus tritt. Die Pumpeneinheit weist zwei weitere Dichtungen, vorzugsweise O-Ringe 9a und 14b auf, die die Pumpeneinheit gegen das Pumpengehäuse 1 abdichten. Diese O-Ringe dienen gleichzeitig durch ihre Elastizität auch als geräuschdämpfendes Element ("Atmung"). Dieser Effekt kann durch eine Anordnung der O-Ringe nach Fig. 3 unterstützt wer­ den. Dem O-Ring 6b ist ein Stützring 9b zugeordnet, gegen den sich eine in der Dichtungsnut angeordnete Wellenfeder, wahl­ weise eine Tellerfeder 9c, abstützt. Dadurch kann die Dich­ tungsanordnung insbesondere auch in axialer Richtung "atmen" und Geräusche dämpfen.

Entsprechendes gilt für die Dichtung 14b und ggf. auch für andere Dichtungen der Pumpe.

Die Funktion der dargestellten Pumpe ist folgende: Beim Druckhub (der in Fig. 2 dargestellt ist) wird der Kolben 6 nach rechts bewegt. Die dabei sich spannende Feder 18 drückt die Ventilkugel 10 gegen den Ventilsitz 8a. Das Saugventil ist daher geschlossen. Der sich im Raum 17 aufbauende Druck hebt die Ventilkugel 11 vom Ventilsitz 19 gegen die Kraft der Feder 20 ab. Das Druckventil ist daher offen und verbindet den Druckraum 17 mit dem Auslaß 13.

In der Saugphase wird der Kolben 6 über den Koppelring 7 vom Antrieb nach links bewegt. Dabei schließt das Druckventil 11 durch die Druckentlastung im Druckraum 17 infolge der Feder 20. Zugleich hebt durch die Druckentlastung die Ventilkugel 10 vom Ventilsitz 8a ab und es strömt Druckmittel über den Einlaß 12 und die Bohrungen 14, 15, 16 in den Druckraum 17. Dann wiederholt sich der Vorgang.

Die dargestellte Pumpe findet mit dem Vorteil bei ABS/ASR-Anlagen mit hydraulischen Pumpen bzw. in der Energie­ versorgung bei der Fahrzeug-Hydraulik (aktive Fahrwerk­ regelung) in Kraftfahrzeugen Anwendung.

Sie weist nachstehende Vorteile auf:

• - sehr einfache, kompakte Bauweise
• - einfache Montage
• - kostengünstig
• - Pumpengehäuse ohne Feinstbearbeitung; nur der Kolben und die Ventilsitze sind Präzisionsteile
• - freie Werkstoffwahl für Pumpengehäuse
• - Saugventil im Kolben (schlanke Ausführung)
• - hohe Leckagesicherheit durch Kolbendichtung zur Atmosphäre im Niederdruckbereich
• - die Geräuschdämpfung kann in die Verschlußschraube integriert werden
• - die Pumpeneinheit bildet eine Vormontagegruppe, bestehend aus Kolben, Buchse, Saug- und Druckventil einschließlich Ventilkörper. Dadurch ist eine einfache Montage durch "Patronenlösung" möglich und die Pumpeneinheit ist vor­ prüfbar, insbesondere die sensitiven Bauteile
• - optimale Abstimmung der Förderleistung auf den Verbraucher durch unterschiedliche Kolbendurchmesser von z. B. 6 und 8 mm möglich.

Claims (13)

1. Hydraulische Radialkolbenpumpe mit wenigstens einem Ar­ beitshübe ausführenden Kolben (5, 6), der in einer fest­ stehenden Buchse (8) gleitend aufgenommen ist, welche mit einem hohlzylindrischen Ventilkörper (9) fest verbunden ist, mit jeweils einem in Pumpenlängsachse hintereinander angeordneten Saug- sowie Druckventil (8a, 10, 18; 11, 19, 20), die selbstgesteuert jeweils den Pumpenarbeitsraum (Druck­ raum 17) öffnen und schließen, von denen das Saugventil seinen Ventilsitz (8a) am Kopf des Kolbens besitzt, mit einem Einlaß (12) für die anzusaugende Hydraulikflüssig­ keit und einem Auslaß (13) für die druckbeaufschlagte Hy­ draulikflüssigkeit, mit einem die Pumpenkomponenten auf­ nehmenden Pumpengehäuse (1), wobei der Druckraum (17) im Inneren des Ventilkörpers (9) ausgebildet ist, und wobei der Ventilsitz (19) des Druckventils an der kopfseitigen Stirnfläche des Ventilkörpers (9) ausgeformt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (8) an der dem Kolben (6) zugewandten Innenseite an bei­ den Enden eine Ringdichtung (6a, 6b) aufweist.

2. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Buchse (8) mit dem Ventilkörper (9), dem Pumpenkolben (5, 6) und einer Verschlußschraube (14) als Pumpeneinheit (Patrone) ein- bzw. ausbaubar im Pumpengehäuse (1) befestigt ist.

3. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Saugventil (8a, 10, 18) in der Ausgangslage des Kolbens (5, 6) bei Beginn des Ar­ beitshubes geschlossen ist.

4. Radialkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußschraube (14) einen Hohlraum aufweist, der als Dämpfungskammer (14a) wirkt.

5. Radialkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (9) von einem Ringdruckraum (24) umgeben ist, der mit der Dämpfungskammer (14a) hydraulisch über Bohrungen, Durchgangsschlitze oder eine Drossel (25) ver­ bunden ist und an den der Auslaß (13) angeschlossen ist.

6. Radialkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Aus­ laß (13) eine Drosselstelle (13a) angeordnet ist.

7. Radialkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Dämpfungskammer (14a) an deren äußeren Stirnseite mindestens eine Dämpfungs-Membran (22) angebracht ist, wobei die Stirnseite nach außen hin leicht gewölbt ist.

8. Radialkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußschraube (14) eine Belüftungsöffnung (23a) be­ sitzt.

9. Radialkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpeneinheit Dichtungen (9a, 14b) zur Abdichtung gegen­ über dem Pumpengehäuse und zur Geräuschdämpfung aufweist.

10. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Dichtung jeweils durch einen O-Ring gebildet ist, der zusammen mit einem Federelement (9c) in einer sich axial erstreckenden Nut in der Buchse (8) und der Verschlußschraube (14) gehaltert ist (Fig. 3).

11. Radialkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwi­ schen Buchse (8) und Ventilkörper (9) eine zusätzliche Dichtungsanordnung (8b) vorgesehen ist.

12. Radialkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Saug- und Druckventil jeweils als federvorgespanntes Ku­ gelventil (10, 11) ausgebildet ist.

13. Radialkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, mit mindestens zwei Kolben (5, 6), wobei die Pumpe in einer - vorzugsweise blockiergeschützten - hy­ draulischen Bremsanlage für Kraftfahrzeuge mit Schwarz-Weiß-Bremskreisaufteilung einsetzbar ist und je­ der der beiden Kolben (5, 6) einen Bremskreis mit Hy­ draulikflüssigkeit versorgt, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die beiden Kolben (5, 6) verschiedene Durchmesser aufweisen.