DE102004018163A1

DE102004018163A1 - Radialkolbenpumpe

Info

Publication number: DE102004018163A1
Application number: DE200410018163
Authority: DE
Inventors: Uwe Nigrin
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2004-04-14
Filing date: 2004-04-14
Publication date: 2005-11-10
Also published as: WO2005108788A1; EP1738074B1; DE502004011084D1; EP1738074A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe (1), insbesondere eine Radialkolbenhochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem, mit einer in einem Pumpengehäuse (2) gelagerten Antriebswelle (3), die einen exzentrischen Wellenabschnitt aufweist, auf dem ein Hubring (4) gleitend gelagert ist, dessen vom exzentrischen Wellenabschnitt abgewandte Oberfläche vorzugsweise mehrere Abflachungen (5) aufweist, an denen sich jeweils ein Gleitschuh (6) mit einer Gleitfläche (7) abstützt, der jeweils von einem bezüglich der Antriebswelle (3) radial angeordneten Pumpkolben beaufschlagt ist. In den Abflachungen des Hubrings (4) und/oder in der jeweiligen Gleitfläche (7) des Gleitschuhs (6) sind Schmiertaschen (9) ausgebildet. DOLLAR A Die Radialkolbenpumpe ist insbesondere für den Einsatz in modernen Common Rail-Diesel-Einspritzsystemen geeignet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe, insbesondere eine Radialkolbenhochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine gattungsgemäße Radialkolbenpumpe ist aus der DE 100 39 210 A1 bekannt. Die Radialkolbenpumpe weist eine Antriebswelle mit einem Exzenterabschnitt auf, die in einem Pumpengehäuse drehbar gelagert ist. Auf dem exzentrischen Wellenabschnitt ist ein Hubring gleitend gelagert. Die Radialkolbenpumpe weist drei in einem Abstand von je 120° zueinander angeordnete Pumpeneinheiten auf. Jede Pumpeneinheit besitzt einen radial im Pumpengehäuse längs bewegbar geführten Pumpenkolben. Die Pumpenkolben liegen jeweils an einem Gleitschuh an, der sich am Hubring abstützt. Hierzu weist der Hubring eine der Anzahl der Pumpenkolben entsprechende Zahl von Abflachungen auf. Im Pumpenbetrieb kommt es zu einer Relativbewegung zwischen der Gleitfläche des Gleitschuhs und der Abflachung des Hubrings. Aufgrund der Relativbewegung kommt es zu einem hohen Verschluss der Bauteile. Darüber hinaus führt die Relativbewegung dazu, dass Querkräfte in den Pumpenkolben eingebracht werden, die zu einem Klemmen des Kolbens führen können. Die DE 196 35 164 A1 schlägt zur Reduzierung der Reibung vor, Schmierrillen in die Abflachungen am Hubring auszubilden, die im wesentlichen quer zur Relativbewegung zwischen Kolben und Hubring angebracht sind.

Die DE 198 36 901 C2 schlägt vor, in der Abflachung des Hubrings Schmiernuten auszubilden, die parallel zur Richtung der Bewegung der jeweiligen Abflachung relativ zu dem zugehörigen Kolben angeordnet sind.

Nachteilig an solchen Schmiernuten ist, dass die Querschnittsfläche der Schmiernuten relativ groß im Verhältnis zur Querschnittsfläche der gesamten Abflachung ist. Hierdurch nimmt die tragende Fläche die Abflachung ab, wodurch ein erhöhter Verschleiß auftritt. Zudem kann das Öl leicht aus den Schmiernuten herausgedrückt werden, so dass bei hohen Drehzahlen keine ausreichende Schmierung der Gleitflächen gewährleistet ist.

Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Radialkolbenpumpe bereitzustellen, bei der die Reibung zwischen der Gleitfläche des Gleitschuhs und den Abflachungen des Hubrings minimiert ist und bei der sich eine große Aufstandsfläche zwischen Gleitschuh und Hubring ergibt.

Die Aufgabe wird gelöst durch den unabhängigen Patentanspruch 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen erläutert.

Die erfindungsgemäße Radialkolbenpumpe zeichnet sich dadurch aus, dass in den Abflachungen des Hubrings und/oder in der jeweiligen Gleitfläche des Gleitschuhs Schmiertaschen ausgebildet sind. Durch eine Vielzahl von Schmiertaschen die über die Gleitfläche des Gleitschuhs bzw. über die Abflachung des Hubrings verteilt sind, lässt sich eine besonders gute Schmierung erreichen. Die Schmiertaschen unterstützen dabei den Aufbau eines hydrodynamischen Schmierkeils bei der Relativbewegung von Gleitschuh und Hubring.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Schmiertaschen in einem regelmäßigen Abstand zueinander angeordnet. Besonders bevorzugt ist dabei eine matrixförmige oder schachbrettartige Anordnung. Die matrixförmige oder schachbrettartige Anordnung ermöglicht den Aufbau eines besonders gleichmäßigen Schmierspaltes.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Schmiertaschen auf Kreisbahnen angeordnet sind, die zueinander konzentrisch verlaufen. Auch hierdurch lässt sich ein besonders gleichmäßiger Schmierspalt erzielen.

Die Schmiertaschen weisen bevorzugt einen ovalen oder dreieckförmigen Querschnitt auf. Dabei sind die Schmiertaschen derart angeordnet, dass ihre Längsachse vorzugsweise in Richtung der Relativbewegung liegt.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Boden der Schmiertaschen eine konstante Tiefe auf. Schmiertaschen mit konstanter Tiefe sind besonders einfach und preisgünstig zu fertigen.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Boden der Schmiertaschen eine geneigte Fläche auf. Die geneigte Oberfläche unterstützt dabei zusätzlich den Aufbau eines hydrodynamischen Schmierkeils.

Besonders bevorzugt ist die geneigte Fläche bis zur Abflachung des Hubrings bzw. der Gleitfläche des Gleitschuhs ausgebildet. Hierdurch wird der Aufbau des hydrodynamischen Schmierkeils weiter vorteilhaft beeinflusst.

Erfindungsgemäß bevorzugt sind die Schmiertaschen kalottenförmig oder halbkugelförmig ausgebildet. Eine solche Ausbildung der Schmiertaschen lässt sich besonders einfach herstellen.

Bevorzugt sind die Querschnittsflächen der einzelnen Schmiertaschen klein gegenüber der Querschnittsfläche der gesamten Abflachung des Hubrings bzw. der Gleitfläche des Gleitschuhs. Besonders bevorzugt ist die Querschnittsfläche der einzelnen Schmiertaschen kleiner 1% der Querschnittsfläche der gesamten Abflachung des Hubrings bzw. der Gleitfläche. Hierdurch ergibt sich zum einen ein ausreichend guter Schmierkeil und zum anderen eine ausreichend große Kontaktfläche zwischen dem Gleitschuh und dem Hubring. Hierdurch wird der Verschleiß der Bauteile minimiert.

Erfindungsgemäß bevorzugt sind die Schmiertaschen durch Laserstrukturieren oder Erodieren hergestellt. Diese Verfahren ermöglichen eine einfache Einbringung der Schmiertaschen. Das Einbringen kann dabei direkt in den bestehenden Fertigungsprozess integriert werden, wodurch die Fertigungszeit und der Fertigungsaufwand gering gehalten werden können.

Die erfindungsgemäßen Schmiertaschen zeichnen sich somit dadurch aus, dass sie gleichmäßig über den gesamten Querschnitt der Gleitfläche des Gleitschuhs bzw. der Abflachung des Hubrings verteilt werden können und dadurch den Aufbau eines hydrodynamischen Sperrkeils begünstigen. Durch die geringe Querschnittsfläche der Schmiertaschen in Bezug auf die Gesamtfläche des Gleitschuhs bzw. der Abflachungen ergibt sich eine große Aufstandsfläche zwischen Gleitschuh und Hubring. Hierdurch wird die Kraft die vom Kolben auf den Gleitschuh übertragen wird gleichmäßig an den Hubring weitergegeben. Durch die erfindungsgemäßen Schmiertaschen kann somit die Reibung zwischen Gleitschuh und Hubring auf ein Minimum reduziert werden. Hierdurch wird die Lebensdauer der Oberflächen erhöht. Zudem werden die Querkräfte die vom Hubring über den Gleitschuh in den Kolben geleitet werden, reduziert, was zu einer erhöhten Lebensdauer führt.

Die Radialkolbenpumpe eignet sich besonders für den Einsatz bei modernen Common-Rail-Einspritzsystemen. Moderne Common-Rail-Einspritzsysteme erzeugen Drücke bis zu 2000 bar, hierdurch treten extreme Belastungen am Gleitschuh bzw. am Hubring auf. Durch die erfindungsgemäßen Schmiertaschen kann die Radialkolbenpumpe diesen Belastungen standhalten.

Ausführungsbeispiele und weitere Vorteile der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt schematisch:
1 einen Querschnitt durch eine Radialkolbenpumpe;
2a eine Seitenansicht eines Hubringes wie er in der Radialkolbenpumpe nach 1 verwendet wird;
2b einen Teilausschnitt des Hubrings aus 2a;
2c eine Draufsicht auf den in 2a gezeigten Hubring mit einer schachbrettartigen Anordnung der erfindungsgemäßen Schmiertasche;
3a und 3b einen Längsschnitt durch zwei unterschiedliche Ausführungsformen der Schmiertaschen, sowie;
4a und 4b die jeweilige Draufsicht der in 3a und 3b dargestellten Schmiertaschen, sowie
5 eine Draufsicht auf einen Hubring, bei dem die Schmiertaschen auf Kreisbahnen angeordnet sind, welche zueinander konzentrisch verlaufen.
Die Radialkolbenpumpe 1 besteht im wesentlichen aus einem Pumpengehäuse 2 sowie mehreren radial angeordneten Pumpeneinheiten 9. Die Pumpeneinheiten 9 sind vorzugsweise in einem Winkelabstand von 120° zueinander angeordnet. Die Pumpeneinheiten 9 weisen eine Zylinderbohrung auf, in denen bewegbar ein Pumpenkolben 8 angeordnet ist. Der Pumpenkolben 6 weist an seinem unteren Ende einen Gleitschuh 6 auf, der mit einer Gleitfläche 7 sich gegen einen Hubring 4 abstützt. Der Hubring 4 weist hierzu einer der Anzahl der Pumpenkolben 8 entsprechende Zahl von Abflachungen 5 auf. Der Hubring 4 ist gleitend- auf einem exzentrischen Wellenabschnitt der Antriebswelle 3 angeordnet. Bei jeder vollen Umdrehung der Antriebswelle 3 führt der Pumpenkolben 8 einen Ansaug- sowie einen Kompressionshub durch. Während der Drehung der Antriebswelle 3 kommt es zu einer Relativbewegung der Gleitfläche 7 des Gleitschuhs 6 und der Abflachung 5 des Hubrings 4. Durch die Relativbewegung wird zusätzlich eine Querkraft auf den Gleitschuh 6 und auf den Pumpenkolben 8 übertragen. Die Querkraft kann zu einem Klemmen des Pumpenkolbens 8 führen. Um die Reibung zwischen der Gleitfläche 7 des Gleitschuhs 6 und der Abflachung 5 des Hubrings 4 zu verringern, sind in der Abflachung 5 des Hubrings 4 und/oder in der jeweiligen Gleitfläche 7 des Gleitschuhs 6 Schmiertaschen 9 ausgebildet. Die Schmiertaschen 9 erleichtern den Aufbau eines hydrodynamischen Schmierkeils und sorgen damit für eine Verringerung der Reibkräfte. Dadurch wird die Lebensdauer der Bauteile erheblich erhöht.
2a zeigt eine Seitenansicht des Hubringes wie er bei der Radialkolbenpumpe nach 1 verwendet wird. Der Hubkolben weist dabei drei um je 120° zueinander versetzte Abflachungen 5 auf. In den Abflachungen 5 sind die Schmiertaschen 9 angeordnet. Bei den Schmiertaschen bilden kleine Vertiefungen in der Abflachung 5 und dienen dadurch als Ölreservoir und gewährleisten somit eine gute Schmierung der Reibflächen.
2b zeigt eine Seitenansicht einer in 2a gezeigten Schmiertasche 9. Die Schmiertasche 9 ist dabei halbkugelförmig 14 ausgebildet. Eine solche halbkugelförmige Ausbildung 14 lässt sich sehr einfach in die Oberfläche einbringen. Bevorzugt wird dabei ein Laserstrukturierungsverfahren oder ein Erodierverfahren eingesetzt. Diese Verfahren können direkt in den bestehenden Fertigungsprozess integriert werden. Somit treten nur unwesentlich längere Fertigungszeiten auf.
2c zeigt eine Draufsicht auf den in 2a gezeigten Hubring 4. Die Schmiertaschen 9 sind dabei matrixförmig verteilt. Diese Verteilung ermöglicht eine besonders gleichmäßige Ausbildung eines Schmierkeils. Selbstverständlich können die Schmiertaschen 9 aber auch in einem anderen regelmäßigen Abstand zueinander angeordnet sein. Vorteilhaft ist auch eine schachbrettartige Anordnung der Schmiertaschen 9 bzw. eine Anordnung auf Kreisbahn; welche zueinander konzentrisch verlaufen (5). Es ist selbstverständlich auch möglich die Schmiertaschen 9 in unregelmäßigen Abständen zueinander anzuordnen.
3a und 3b zeigen zwei unterschiedliche Ausgestaltungen des Bodens 12 der Schmiertaschen 9. Die in 4a gezeigte Ausgestaltung des Bodens 12 mit einer konstanten Tiefe h ist besonders einfach herstellbar. Bevorzugt ist jedoch eine in 3b gezeigte geneigte Fläche 13. Die geneigte Fläche 13 die in 3b bis zur Abflachung 5 des Hubrings 4 reicht, unterstützt besonders vorteilhaft die Ausbildung eines hydrodynamischen Schmierkeils.
4a und 4b zeigen zwei bevorzugte Querschnittsflächen der Schmiertaschen 9. 4a zeigt eine ovale Querschnittsform 10 die in Verbindung mit dem in 4a gezeigten Boden 12 mit konstanter Tiefe h besonders einfach und preiswert herzustellen ist. Die in 4b gezeigte dreieckförmige Ausbildung 11 der Querschnittsfläche ist besonders in Kombination mit der in 3b gezeigten Neigung der Fläche 13 geeignet um einen hydrodynamischen Schmierkeil auszubilden.
Die dargestellten Ausbildungen der Schmiertaschen 9 sind nur beispielhaft, selbstverständlich können auch andere Querschnittsformen bzw. andere Ausbildungen des Bodens der Schmiertasche verwendet werden.
Die Ausführungsbeispiele zeigen jeweils die Ausbildung der Schmiertaschen in den Abflachungen des Hubrings ebenso ist es aber möglich die Schmiertaschen in der Gleitfläche des Gleitschuhs auszubilden. Auch hierbei sorgen die Schmiertaschen für die Ausbildung eines hydrodynamischen Schmierkeils.
Die erfindungsgemäße Ausbildung von Schmiertaschen in den Abflachungen des Hubringes und oder in der jeweiligen Gleitfläche des Gleitschuhs sorgen somit für eine bessere Schmierung zwischen den Kontaktflächen und erhöhen die Lebensdauer der Bauteile erheblich. Durch die bessere Schmierung werden die Querkräfte die vom Hubring über den Gleitring in den Pumpenkolben übertragen werden minimiert. Die erfindungsgemäße Radialkolbenpumpe eignet sich besonders für den Einsatz in modernen Common Rail Einspritzsystemen mit den dort herrschenden hohen Drücken.

Claims

Radialkolbenpumpe (1), insbesondere Radialkolbenhochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem, mit einer in einem Pumpengehäuse (2) gelagerten Antriebswelle (3), die einen exzentrischen Wellenabschnitt aufweist, auf dem ein Hubring (4) gleitend gelagert ist, dessen vom exzentrischen Wellenabschnitt abgewandte Oberfläche vorzugsweise mehrere Abflachungen (5) aufweist, an denen sich jeweils ein Gleitschuh (6) mit einer Gleitfläche (7) abstützt, der jeweils von einem, bezüglich der Antriebswelle (3) radial angeordneten, Pumpenkolben (8) beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, dass in den Abflachungen (5) des Hubrings (4) und/oder in der jeweiligen Gleitfläche (7) des Gleitschuhs (6) Schmiertaschen (9) ausgebildet sind.
Radialkolbenpumpe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiertaschen (9) in einem regelmäßig Abstand zueinander angeordnet sind.
Radialkolbenpumpe (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiertaschen (9) matrixförmig oder schachbrettartig angeordnet sind.
Radialkolbenpumpe (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiertaschen (9) auf Kreisbahnen 15 angeordnet sind, welche zueinander konzentrisch verlaufen.
Radialkolbenpumpe (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiertaschen (9) einen ovalen (10) oder dreieckförmigen (11) Querschnitt aufweisen.
Radialkolbenpumpe (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (12) der Schmiertaschen (9) eine konstante Tiefe (h) aufweist.
Radialkolbenpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (12) der Schmiertaschen (9) eine geneigte Fläche (13) aufweist.
Radialkolbenpumpe (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die geneigte Fläche (13) bis zur Abflachung (5) des Hubrings (4) bzw. der Gleitfläche (7) des Gleitschuhs (6) reicht.
Radialkolbenpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiertaschen (9) kalottenförmig oder halbkugelförmig (14) ausgebildet sind.
Radialkolbenpumpe (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche (10, 11) der einzelnen Schmiertaschen (9) klein ist gegenüber der Querschnittsfläche der gesamten Abflachung (5) des Hubrings (4) bzw. der Gleitfläche (7) des Gleitschuhs (6), vorzugsweise < 1%.
Radialkolbenpumpe (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiertaschen (9) durch Laserstrukturieren oder Erodieren hergestellt sind.