Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1. Kolbenpumpen sind in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt.
Sie werden insbesondere zur Erzeugung hoher Drücke in hydraulischen Systemen, z.B.
bei Fahrzeugbremsanlagen oder Einspritzanlagen für Kraftstoff, verwendet. Häufig
wird hierbei eine von einem Motor angetriebene Antriebswelle im Pumpengehäuse gelagert.
An der Antriebswelle befindet sich ein exzentrisch zur Drehachse der Antriebswelle
angeordneter Exzenter, welcher in Form eines zylindrischen Wellenstummels ausgebildet
ist. Dabei bildet der Wellenstummel den Exzenter, so dass der Exzenter an sich als
Zylinder ausgebildet ist. Radial außerhalb des Exzenters sind ein oder mehrere Pumpenkolben
der Kolbenpumpe angeordnet.
Um hierbei eine Reibung zwischen dem Exzenter und den Pumpenkolben
möglichst klein zu halten, ist es bekannt, zwischen dem Exzenter und dem Kolben
ein Nadellager anzuordnen. Eine derartige Pumpenanordnung ist in 2
gezeigt. Aufgrund von fertigungstechnisch notwendigen Toleranzen ist jedoch immer
ein Lagerspiel 4 zwischen dein sich um den Drehpunkt 5 (Achse
der Antriebswelle) drehenden Exzenter 1 und dem eine Vielzahl von Nadeln
3 umfassenden Lager 2 vorhanden. Das Lager 2 weist dabei
einen Innendurchmesser D, und einen Außendurchmesser DA auf. Das Lagerspiel
4 zwischen dein Exzenter 1 und dem Innendurchmesser DI
des Lagers 2 ist in 2 zur besseren Darstellbarkeit
übertrieben dargestellt. Neben einer überhöhten Geräuschentwicklung im Getriebe
führt das Lagerspiel 4 weiterhin zu einem Hubverlust der Kolbenpumpe, so
dass keine optimale Förderleistung erreicht werden kann. Aufgrund der vorhandenen
Fertigungstoleranzen kann das Lager nicht spielfrei hergestellt werden.
Eine Kolbenpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der
DE 198 13 302 A1 bekannt. Bei dieser
Kolbenpumpe weist der Exzenter eine runde Form auf und ist versetzt zur Drehachse
einer Antriebswelle auf der Antriebswelle angeordnet.
Ferner ist eine formveränderliche Ausgestaltung eines Exzenters an
einer Radialkolbenmaschine mittels einer Elastomer-Schicht zur Verminderung von
Geräuschen und Druckpulsationnen aus der DE
101 28 066 A1 bekannt
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Kolbenpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1
umfasst einen Exzenter, welcher eine im Wesentlichen elliptische Form aufweist.
Durch diesen elliptischen Exzenter ist es möglich, dass das Lagerspiel im unteren
Totpunkt und im oberen Totpunkt des Pumpenkolbens aufgehoben werden kann. Zwar wird
das Lagerspiel an den beiden Flanken des Exzenters im Vergleich zum Stand der Technik
vergrößert. Dies ist jedoch hinnehmbar, da durch Aufhebung des Lagerspiels im unteren
bzw. oberen Totpunkt eine verbesserte Förderleistung erhalten werden kann, da das
Lagerspiel keinen Einfluss mehr auf den Gesamthub des Pumpenkolbens hat. Weiterhin
kann durch den erfindungsgemäßen elliptischen Exzenter auch die Geräuschentwicklung
im Betrieb signifikant verringert werden.
Die Unteransprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Um eine maximale Förderleistung bei minimalen Verlusten zu erreichen,
ist die große Achse des elliptischen Exzenters vorzugsweise deckungsgleich mit einer
Linie durch den Drehpunkt des Exzenters. Somit liegt die größte Exzentrizität des
Exzenters auf einer Linie mit dem Exzenterdrehpunkt. Dadurch wird weiter erreicht,
dass im oberen bzw. unteren Totpunkt des Pumpenkolbens die große Achse der Ellipse
deckungsgleich mit der Kolbenachse ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die
Länge der großen Achse der Ellipse größer als ein Innendurchmesser des Wälzlagers.
Dabei muss das Wälzlager eine gewisse Elastizität aufweisen, so dass das Wälzlager
ohne Spiel auf die beiden auf der großen Achse liegenden Scheitelpunkte der Ellipse
montiert werden kann. Im montierten Zustand weist das Wälzlager dann eine leicht
ovale Form auf. Besonders bevorzugt ist die Länge der großen Achse dabei gleich
der Summe des Innendurchmessers des Wälzlagers und dem maximalen Toleranzwert für
die Herstellung des Innendurchmessers des Wälzlagers.
Um eine symmetrische Bewegung zu ermöglichen, liegt vorzugsweise der
Drehpunkt des elliptischen Exzenters auf der großen Achse der Ellipse. Besonders
bevorzugt liegt dabei der Drehpunkt des elliptischen Exzenters auf einem Brennpunkt
der Ellipse.
Vorzugsweise umfasst die Kolbenpumpe zwei Pumpenkolben, welche einander
um 180° entgegengesetzt angeordnet sind. Somit kann erreicht werden, dass sich
ein Kolben der beiden Kolben in seiner oberen Totpunktstellung befindet und der
andere Kolben in seiner unteren Totpunktstellung befindet.
Vorzugsweise umfasst das Wälzlager einen Innenring und einen Außenring,
wobei die Wälzkörper zwischen den beiden Ringen angeordnet sind. Hinsichtlich des
Wälzlagers sei angemerkt, dass das Wälzlager sowohl mit einem Innen- und einem Außenring
mit dazwischen angeordneten Wälzkörpern als auch mit einem Außenring
und daran befestigten Wälzkörpern ausgebildet sein kann, wobei im letzteren Falle
die Wälzkörper den inneren Umfang des Wälzlagers definieren.
Besonders bevorzugt ist das Wälzlager als Nadellager ausgebildet.
Die erfindungsgemäße Kolbenpumpe wird insbesondere bei elektrohydraulischen
Bremssystemen verwendet.
Zeichnung
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung beschrieben. In der Zeichnung ist:
1 eine schematische Draufsicht eines
elliptischen Exzenters gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
und
2 eine schematische Draufsicht eines
Exzenters gemäß dem Stand der Technik.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 1
eine Kolbenpumpe mit einem Exzenter gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung
beschrieben.
Die Kolbenpumpe umfasst einen von einer nicht dargestellten Antriebswelle
angetriebenen Exzenter 1, ein Wälzlager 2 sowie einen Kolben
6, welcher in einem Zylinder bewegbar ist. Wie in 1
gezeigt, weist der Exzenter 1 die Form einer Ellipse auf. Zur Herstellung
des elliptischen Exzenters wird dabei die Lauffläche beispielsweise mittels Schleifen
bearbeitet. Ein Drehpunkt 5 des Exzenters 1 liegt dabei auf der
Drehachse der Antriebswelle.
In 1 ist ein Betriebszustand des Kolbens
6 dargestellt, welcher sich am unteren Totpunkt befindet. In dieser Stellung
befindet sich eine große Achse A-B des elliptischen Exzenters 1 in einer
Ebene bzw. Linie mit einer Mittelachse X-X des Kolbens 6. Der Drehpunkt
5 des Exzenters 1 liegt dabei ebenfalls auf der Achse X-X. Die
kleine Achse C-D der Ellipse steht dabei senkrecht zur Achse X-X. Der Lagerring
2 weist einen Innendurchmesser DI und einen Außendurchmesser
DA auf. Hierbei ist an der kleinen Achse C-D das größte Lagerspiel
4 zwischen der Ellipse 1 und dem Wälzlager 2, genauer
dem inneren Durchmesser Dl des Lagerrings 2, vorhanden.
Wenn der Innendurchmesser DI des Lagerrings 2
etwas kleiner ist als die Länge der großen Achse A-B der Ellipse 1, kann
sichergestellt werden, dass kein Spiel zwischen den Scheitelpunkten A und B der
Ellipse 1 und dem Lagerring 2 vorhanden ist. Dabei kommt es zu
einer leichten elastischen Verformung des Lagerrings 2, so dass der Lagerring
in montiertem Zustand eine leicht ovale Form aufweist. Somit kann jedoch sichergestellt
werden, dass im oberen Totpunkt und im unteren Totpunkt das Lagerspiel Null ist,
so dass das Lagerspiel keinerlei Einfluss auf den Gesamthub des Kolbens
6 ausübt. Dadurch kann die Förderleistung im Vergleich mit dem Stand der
Technik signifikant verbessert werden.
Weiterhin können Geräusche im Betrieb durch das fehlende Spiel an
den Scheitelpunkten A, B zwischen Ellipse 1 und Lagerring 2 verringert
werden.
Wie ein Vergleich mit dem Stand der Technik aus 2
zeigt, wird zwar an den Flanken der Ellipse 1 das Spiel vergrößert. Dies
hat jedoch keine nachteiligen Auswirkungen auf die Förderleistung der Pumpe, da
die Hubhöhe des Kolbens 6 nicht durch ein Lagerspiel 4 im oberen
bzw. unteren Totpunkt verringert ist. Es sei angemerkt, dass das Lagerspiel
4 in 1 zur verständlicheren Darstellung ebenfalls
etwas übertrieben eingezeichnet ist.
Wenn beispielsweise bei einem zylindrischen Exzenter gemäß dem Stand
der Technik eine Lagerluft zwischen 30 &mgr;m und 70 &mgr;m liegt, wird nun erfindungsgemäß
die große Achse A-B der Ellipse um 70 &mgr;m, d.h. den maximalen Wert der Lagerluft,
größer gemacht als der Standarddurchmesser. Weiterhin wird die Ellipse
1 derart bearbeitet, dass die kleine Achse C-D um ca. 70 &mgr;m (den maximalen
Wert der Lagerluft) kleiner ist als der zylindrische Exzenter gemäß dem Stand der
Technik. Somit beträgt der Unterschied zwischen der großen Achse A-B und der kleinen
Achse C-D der Ellipse 140 &mgr;m (zweimal der maximale Wert der Lagerluft). Wenn
nun der Lagerring 2 einen um 70 &mgr;m zu großen Innendurchmesser DI
aufweist, ergibt sich ein Spiel von 0 &mgr;m an den beiden Scheitelpunkten A, B
der großen Achse und ein Spiel von 70 &mgr;m an den Scheitelpunkten C, D der kleinen
Achse der Ellipse. Der Lagerring 2 bleibt dabei in seiner ursprünglichen
Form.
Wenn der Innendurchmesser DI des Lagerrings 2
nun ein Spiel von 30 &mgr;m an einem zylindrischen Exzenter aufweisen würde, hat
ein derartiger Lagerring 2 an der großen Achse der Ellipse ein Spiel von
0 &mgr;m und an der kleinen Achse ein Spiel von 30 &mgr;m. Dabei wird der Lagerring
2 um 40 &mgr;m elastisch verformt und nimmt eine leicht ovale Gestalt ein, da die
große Achse A-B der Ellipse 1 um 70 &mgr;m größer ist als der Durchmesser des zylindrischen
Exzenters des Standes der Technik. Somit erfolgt eine elastische Verformung des
Lagerrings 2, so dass eine Kraft auf den Exzenter 1 nicht zu groß
wird und zu Beschädigungen führt.
Als Wälzkörper werden beim Lagerring 2 vorzugsweise Nadeln
3 verwendet.
Die vorliegende Erfindung wird insbesondere bei Kolbenpumpen verwendet,
welche zwei um 180° einander gegenüberliegend angeordnete Kolben 6
aufweisen. Beispielsweise können derartige Kolbenpumpen bei elektrohydraulischen
Bremssystemen oder Antiblockiersystemen eingesetzt werden.
