DE102004035188A1 - Pumpe - Google Patents

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Michael Robohm
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Bosch Rexroth AG
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Bosch Rexroth AG
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    • F04B9/08Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members the means being fluid
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Abstract

Offenbart ist eine Pumpe, insbesondere eine Dieseleinspritzpumpe, bei der ein Pumpkolben über einen Oszillierzylinder betätigt wird. Oszillierzylinder und Pumpkolben bilden einen Druckübersetzer, dessen Übersetzungsverhältnis den maximal einstellbaren Förderdruck bestimmt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Pumpe, über die ein Druckmedium, beispielsweise Dieselkraftstoff, Wasser einer Hochdruckpumpe zum Wasserstrahlschneiden oder das Druckmittel (Öl, Wasser) einer Innenhochdruckpresse mit dem erforderlichen Hochdruck beaufschlagbar ist.
  • Bei modernen Dieselmotoren für Pkw finden üblicher Weise Pumpe-Düse-Systeme oder Common-Rail-Systeme Anwendung. Bei größeren Motoren, wie beispielsweise bei Schiffsmotoren, Baumaschinen, etc. werden einfachere Systeme eingesetzt, bei denen beispielsweise die Dieseleinspritzpumpe direkt von einer Motornockenwelle angetrieben wird. Insbesondere bei Dieselmotoren sind diese Pumpen üblicher Weise mit einer Dieseldruckbegrenzung sowie einer Förderstromregelung ausgeführt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pumpe der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei verringertem vorrichtungstechnischem Aufwand eine einfache Fördermengenregulierung erlaubt.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Pumpe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Erfindungsgemäß ist die Pumpe als Druckübersetzer ausgeführt, wobei ein Pumpkolben über einen hydraulisch angesteuerten Oszillierzylinder betätigt wird. Das Flächenverhältnis zwischen dem Arbeitskolben des Oszillierzylinders und dem Pumpkolben bestimmt das Übersetzungsverhältnis des Druckübersetzers. Die Ansteuerung des Arbeitskolbens erfolgt über einen Steuerkolben, der in dem Arbeitskolben axial verschiebbar geführt ist. Erfindungsgemäß hat der Steuerkolben einen Endabschnitt, der im Bereich eines Totpunkts des Arbeitskolbens in Anlage an einen gehäusefesten Anschlag gelangt und dadurch so verstellt wird, dass die Rückbewegung des Arbeitskolbens in entgegengesetzter Richtung erfolgt.
  • Die als Druckübersetzer aufgebaute Pumpe erfordert keinen Stufenkolben und ist daher wesentlich einfacher als herkömmliche Pumpen aufgebaut.
  • Oszillierzylinder sind als solche bereits bekannt. So zeigt die WO 97/08464 einen Oszillierzylinder, bei dem der ausfahrbare Arbeitskolben zur Betätigung von Maschinenelementen eingesetzt ist. Die Ansteuerung des Arbeitskolbens erfolgt über einen Steuerkolben, der im Axialabstand zum Arbeitskolben im Oszillierzylinder geführt ist. Über den Steuerkolben lässt sich eine größere Stirnfläche des als Differentialkolben ausgeführten Arbeitskolbens entweder mit Tankdruck oder mit Hochdruck beaufschlagen, um das Ein- oder Ausfahren des Arbeitskolbens zu bewirken. Dessen kleinere Ringfläche ist beim Einfahren des Arbeitskolbens mit dem Hochdruck beaufschlagt, beim Ausfahren wird über den Steuerkolben die Verbindung zum Hochdruck abgesperrt und das Druckmittel über eine ständig geöffnete Düse 26 zum Tank hin verdrängt, so dass die Ringfläche druckentlastet ist.
  • Nachteilig bei diesem bekannten Oszillierzylinder ist zum einen der große Bauraum, da der Arbeitskolben und der Steuerkolben axial hintereinander liegend angeordnet sind. Des Weiteren tritt durch die ständige Öffnung der Düse zum Tank hin ein Steuerölverlust auf.
  • Die US 3,154,923 offenbart einen Oszillierzylinder, der bei Werkzeugmaschinen eingesetzt wird und einen noch komplexeren Aufbau als das vorbeschriebene Ausführungsbeispiel aufweist.
  • In der DE 198 20 102 B4 ist ein Oszillierzylinder gezeigt, bei dem der Steuerkolben in den Arbeitskolben integriert ist. Die Umschaltung des Steuerkolbens in den Totpunktlagen erfolgt durch Abgreifen eines Steuerdrucks zwischen einer Düse, von denen eine Düse bei Erreichen der Totpunktlage des Arbeistkolbens zugesteuert wird.
  • Die Integration des Steuerventils mit den Steuerkanälen und den beiden hintereinander geschalteten Düsen ist nur mit großem Aufwand durchführbar.
  • Der guten Ordnung halber sei angemerkt, dass die vorgenannten Druckschriften keinen Hinweis darauf enthalten, die bekannten Oszillierzylinder zum Antrieb eines Pumpkolbens zu verwenden.
  • Der wesentliche Vorteil der Erfindung liegt darin, dass zum einen die Pumpe sehr kompakt aufgebaut werden kann, da der Steuerkolben in den Arbeitskolben integriert ist. Aufgrund der mechanischen Umsteuerung an zumindest einem Totpunkt kann die Kanalführung innerhalb des Arbeitskolbens gegenüber dem vorbeschriebenen Stand der Technik wesentlich vereinfacht werden.
  • Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen, als Druckübersetzer ausgeführten Pumpe liegt darin, dass der einstellbare Maximaldruck zum einen durch das Übersetzungsverhältnis und zum anderen durch den auf den Oszillierzylinder wirkenden Hochdruck bestimmt ist. Überschreitet der auf den Pumpkolben wirkende Druck des Druckmediums ein vorbestimmtes Maß, so reicht der wirken de Hydraulikdruck nicht aus, um den Arbeitskolben weiter in Druckaufbaurichtung zu bewegen – er bleibt stehen, bis der Druck des Druckmediums abgesunken ist und fährt dann weiter in Richtung seiner Totpunktlage. Eine Maximaldruckbegrenzung für das vom Pumpkolben geförderte Druckmedium ist daher – im Gegensatz zu herkömmlichen Dieseleinspritzpumpen nicht erforderlich.
  • Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel wird das Druckmedium über ein Saugventil in einen Pumpenraum angesaugt und über ein Druckventil und den Druckanschluss aus dem Pumpenraum druckbeaufschlagt herausgefördert. Die Ventile sind dabei vorzugsweise als Rückschlagventile ausgeführt.
  • Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel hat der Steuerkolben einen Endabschnitt, der im Totpunkt des Arbeitskolbens in Anlage an eine Gehäusewandung bringbar ist.
  • Der im Arbeitskolben geführte Steuerkolben hat vorzugsweise eine Tank- und eine Drucksteuerkante, über die während des Hubs des Arbeitskolbens eine in Ausfahr- oder Druckaufbaurichtung wirksame Wirkfläche des Arbeitskolbens mit Hydraulik-Tankdruck oder Hydraulik-Hochdruck beaufschlagbar ist. D.h. im Gegensatz zu dem in der WO 97/08464 offenbarten Ausführungsbeispiel wird die Verbindung zum Hydrauliktank über eine Steuerkante auf- bzw. zugesteuert, so dass die Steuerölverluste minimal sind.
  • Eine in Einfahr- bzw. Ansaugrichtung wirksame Wirkfläche des Arbeitskolbens ist bei einem besonders einfach aufgebauten Ausführungsbeispiel stets mit Hydrauliktankdruck beaufschlagt, so dass über das Steuerventil nur der Steuerdruck umgesteuert werden muss, der die in Ausfahrrichtung wirksame Druckfläche beaufschlagt.
  • Bei einem besonders einfach aufgebauten Ausführungsbeispiel wird der Pumpkolben über eine Feder in Anlage an den Arbeitskolben vorgespannt. Bei dieser Konstruktion erfolgt eine Abdichtung des Hydraulikteils gegenüber dem den Pumpkolben aufnehmenden Pumpenteil über einen Faltenbalg oder dergleichen, der dichtend am arbeitskolbenseitigen Endabschnitt des Pumpkolbens und an einer benachbarten Stirnwandung des Pumpenteils abgestützt ist.
  • Der von dem Faltenbalg umgriffene Raum ist vorzugsweise mit einem Druckmediumtank verbunden.
  • Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt darin, dass außer der Abdichtung zwischen dem Pumpteil und dem Hydraulikteil durch den Faltenbalg keine beweglichen Teile nach außen hin abgedichtet werden müssen.
  • Der Arbeitskolben wird vorteilhafter Weise mit einer Steuerkante ausgeführt, über die im Bereich des zweiten Totpunktes eine Verbindung zum Hydraulikhochdruck oder zum Hydrauliktank aufsteuerbar ist, so dass ein pumpkolbenseitiger Federraum des Steuerkolbens entweder mit Hydraulikhochdruck oder mit Hydrauliktankdruck beaufschlagt ist. Diese Steuerkante wird vorzugsweise durch einen Manteldurchbruch gebildet, der in dem Federraum mündet.
  • In diesem Federraum ist bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel eine Steuerfeder aufgenommen, über die der Steuerkolben innerhalb des Arbeitskolbens in eine Grundposition vorgespannt ist.
  • Das gesamte System mit Pumpkolben, Arbeitskolben und Steuerkolben wird über eine Pumpenfeder und die vorge nannte Steuerfeder in eine Grundposition vorgespannt, in der der Pumpkolben und der Arbeitskolben eingefahren sind und der Steuerkolben am gehäuseseitigen Anschlag anliegt.
  • Vorzugsweise werden die Tank- und die Drucksteuerkante an einem Steuerbund des Steuerkolbens ausgebildet, wobei die Steuerkanten jeweils mit Bezug zu gehäusefesten Steuerkanten mit negativer Überdeckung ausgeführt sind, so dass ein Anhalten des Arbeitskolbens in den Totpunkten vermieden ist.
  • Die erfindungsgemäße Pumpe wird vorzugsweise als Dieseleinspritzpumpe ausgeführt, wobei als Druckmittel Dieselkraftstoff verwendet ist.
  • Zur Dämpfung von Pulsationen des Druckmediums kann in einer Hochdruckleitung ein Hydrospeicher vorgesehen werden.
  • Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
  • Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Dieseleinspritzpumpe, die als Druckübersetzer ausgeführt ist und
  • 2 bis 5 jeweils 1 entsprechende Darstellungen der Pumpe in unterschiedlichen Betriebspositionen.
  • In 1 ist ein stark vereinfachter Längsschnitt durch eine Dieseleinspritzpumpe 1. Diese hat ein Pump- oder Dieselteil 2 sowie ein Hydraulikteil 4, die gemeinsam einen Druckübersetzer bilden.
  • Der Dieselteil 2 hat einen an eine Vorförderpumpe angeschlossenen Niederdruckanschluss ND und einen Dieselhochdruckanschluss HD, die über einen Saugkanal 8 bzw. einen Hochdruckkanal 10 mit einem Pumpenraum 6 verbunden sind. Im Saugkanal 8 ist ein als Rückschlagventil ausgeführtes Saugventil 12 und im Hochdruckkanal 10 entsprechend ein Druckventil 14 angeordnet. In einer Führungsbohrung 17 eines Pumpengehäuses 16 des Dieselteils 2 ist ein Pumpkolben 18 axial verschiebbar geführt, der mit seinem freien Endabschnitt in den Pumpenraum 6 eintaucht. An diesem Endabschnitt trägt der Pumpkolben 18 einen Anschlagring 20, der durch Auflaufen auf eine den Pumpenraum 6 in Axialrichtung begrenzende Ringstirnfläche 22 den Hub des Pumpkolbens 18 begrenzt. Im Abstand zu der Ringstirnfläche 22 ist im Pumpengehäuse 16 ein Tankraum 24 ausgebildet, der über einen Tankkanal 26 mit einem Tankanschluss TD des Dieselteils 2 verbunden ist.
  • An der in 1 rechten Stirnfläche des Dieselteils 2 ist ein Führungsvorsprung 28 ausgebildet, der von einer Führungsbohrung 17 durchsetzt ist. Der Pumpkolben 18 erstreckt sich durch diesen Axialvorsprung 28 hindurch und taucht in einen Druckraum 30 eines Gehäuses 32 des Hydraulikteils 4 ein. An diesem Endabschnitt des Pumpkolbens 18 ist ein Federteller 34 in Axialrichtung abgestützt, an dem eine Pumpfeder 36 angreift, die mit ihrem anderen Endabschnitt an einer Abstufung 38 des Pumpengehäuses 16 abgestützt ist.
  • An der Stirnfläche des Axialvorsprungs 28 ist ein Faltenbalg 40 dichtend angebracht, der nahe zum Federteller 34 am Außenumfang des Pumpkolbens 18 befestigt ist. Der Faltenbalg 40 dichtet somit die Führungsbohrung 17 und den Pumpenraum 6 gegenüber dem Druckraum 30 ab. Der von dem Faltenbalg 40 umgriffene Raum ist über einen Kanal 44 mit dem Tankraum 24 und somit mit dem Tankanschluss TD verbunden. Somit kann über den Tankraum 24 und den Tankanschluss TD Leckage abgeführt werden, die vom Pumpenraum 6 oder vom Raum 42 her in den Tankraum gelangt.
  • Durch die Pumpenfeder 36 ist der Pumpkolben 18 gegen einen Arbeitskolben 46 vorgespannt, der axial verschiebbar in einer Axialbohrung 48 des Gehäuses 32 des Hydraulikteils 4 geführt ist.
  • Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel hat der Arbeitskolben 46 an seinem in 1 linken Endabschnitt einen Einsatz 50, gegen den der Pumpenkolben 18 stirnseitig vorgespannt ist. Die im Druckraum 30 mündende Axialbohrung 48 ist in Radialrichtung zu einem Tankringraum 52, einem Druckringraum 54 sowie einer Nut 56 erweitert, die zwischen dem Tankringraum 52 und dem Druckraum 30 angeordnet ist. Der Druckringraum 54 ist über einen Druckkanal 58 mit einem Hydraulikdruckanschluss P und der Tankringraum 52 ist über einen Ablaufkanal 60 mit einem Hydrauliktankanschluss T des Hydraulikteils 4 verbunden. Die Nut 56 steht über einen Verbindungskanal 62 mit dem Druckkanal 58 in Verbindung. Vom Ablaufkanal 60 zweigt ein Zweigkanal 64 ab, der im Druckraum 30 mündet. Die in 1 rechte Stirnfläche des Arbeitskolbens 46 begrenzt in Axialrichtung gemeinsam mit einer Bodenfläche 68 der Axialbohrung 48 einen Arbeitsraum 66.
  • Der Arbeitskolben 46 ist als hülsenförmiger Hohlkolben ausgeführt, in dessen Innenbohrung 70 ein Steuerkolben 72 axial verschiebbar geführt ist. Dieser hat einen etwa mittig angeordneten Steuerbund 74, dessen Ringstirn flächen eine Tanksteuerkante 76 und eine Drucksteuerkante 78 begrenzen.
  • Beidseitig des Steuerbundes 74 sind am Steuerkolben 72 noch zwei Führungsbünde 80, 82 ausgebildet, über die der Steuerkolben 72 an den Umfangswänden der Innenbohrung 70 geführt ist.
  • Der in 1 linke Endabschnitt des Steuerkolbens 72 ist radial zurückgesetzt und taucht in einen Federraum 84 ein, der in Axialrichtung einerseits von dem Einsatz 50 und andererseits von der Ringschulter und der Stirnfläche des Führungsbunds 80 begrenzt ist. An der linken Ringstirnfläche des Führungsbunds 80 ist ein Federteller angeordnet, an dem eine Steuerfeder 86 angreift, die am Einsatz 50 abgestützt ist.
  • Im Mantel des Arbeitskolbens 46 ist eine Schrägbohrung 88 ausgebildet, über die – in der dargestellten Relativposition des Arbeitskolbens 46 – die Nut 56 mit dem Federraum 84 verbunden ist, so dass in diesem dann entsprechend der Druck am Hydraulikdruckanschluss P anliegt.
  • Im Mantel des Arbeitskolbens 46 sind darüber hinaus noch zwei Durchbrüche 90, 92 vorgesehen, die während des Hubs des Arbeitskolbens 46 stets in Überdeckung mit dem Tankringraum 52 bzw. dem Druckringraum 54 stehen.
  • Die Axialbohrung 70 ist im Bereich des Steuerbunds 82 in Radialrichtung erweitert, so dass zwei gehäusefeste Steuerkanten 94, 96 geschaffen werden, die mit der Tanksteuerkante 76 bzw. der Drucksteuerkante 78 zusammenwirken. Der Axialabstand der beiden gehäusefesten Steuerkanten 94, 96 ist etwas größer als die Axiallänge des Steuerbunds 90 ausgebildet, so dass dieser mit negativer Überdeckung ausgeführt ist.
  • Der die beiden gehäusefesten Steuerkanten 94, 96 ausbildende Raum ist über einen Längskanal 98 mit dem Arbeitsraum 66 verbunden. In der Axialbohrung 70 ist des Weiteren noch ein Anschlag 100 ausgebildet, auf den der Radialbund 82 bei einer Axialverschiebung nach rechts innerhalb des Arbeitskolbens 46 aufläuft und somit den Hub des Steuerkolbens 72 begrenzt. Der in 1 rechte Endabschnitt des Steuerkolbens 72 ist durch eine an den Steuerbund 82 anschließende radial zurückgesetzte Kolbenstange 102 gebildet, deren Axiallänge etwas größer als der Abstand des Anschlags 100 von der rechten (1) Stirnfläche des Arbeitskolbens 46 gewählt ist, so dass die Kolbenstange 102 bei am Anschlag 100 anliegendem Steuerbund 82 aus dem Arbeitskolben 46 in den Arbeitsraum 66 hinein vorsteht.
  • Wie erwähnt, bildet diese Konstruktion einen Druckübersetzer, dessen Übersetzungsverhältnis vom Verhältnis D/d abhängt, wobei D der Durchmesser des Arbeitskolbens 46 und d der Durchmesser des Pumpkolbens 18 ist. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel soll das Durchmesserverhältnis D/d etwa so gewählt sein, dass bei einem Druck von etwa 300 bar im Arbeitsraum 66 ein maximaler Förderdruck am Hochdruckanschluss HD von etwa 1400 bar erzeugt wird.
  • Zum besseren Verständnis wird die Funktion der als Druckübersetzer ausgeführten Dieseleinspritzpumpe 1 erläutert.
  • Es sei angenommen, dass der Pumpkolben 18 gerade einen Förderhub durchgeführt hat und sich im unteren Totpunkt oder bereits in der ersten Phase des Kolbenrückzugs befindet. Diese Relativposition ist in 1 dargestellt. Der Pumpenraum 6 ist dabei auf ein Minimum ver kleinert und der Dieselkraftstoff wird über das Druckventil 14 und den Diesel-Hochdruckanschluss zur Einspritzanlage gefördert. Dabei wird über die Drucksteuerkante 78 und die gehäusefeste Steuerkante 96 ein Steuerölquerschnitt auf gesteuert, über den der Hydraulikdruckanschluss P über den Druckkanal 58, den Druckringraum 54, den Durchbruch 92, den Ringraum zwischen dem Führungsbund 82 und dem Steuerbund 74 sowie über den Längskanal 98 mit dem Arbeitsraum 66 verbunden ist, so dass auf die in 1 rechten Stirnflächen des Arbeitskolbens 46 und des Steuerkolbens 72 zunächst der Hydraulikdruck wirkt. Gleichzeitig befindet sich jedoch die Schrägbohrung 88 in Überdeckung mit der Nut 56, so dass der Federraum 84 über die Schrägbohrung 88, die Nut 56 und den Verbindungskanal 62 ebenfalls mit dem Hydraulikdruck beaufschlagt ist. Die Stirnflächen des Steuerkolbens 72 sind somit druckausgeglichen, so dass dieser durch die Kraft der Steuerfeder 86 aus der in 1 dargestellten Position nach rechts verschoben wird und entsprechend über die Drucksteuerkante 78 die Verbindung zum Hydraulikanschluss P zugesteuert wird, während über die Tanksteuerkante 76 im Zusammenwirken mit der gehäusefesten Steuerkante 94 eine Verbindung vom Hydrauliktankanschluss T über den Ablaufkanal 60, den Durchbruch 90, den Ringraum zwischen dem Führungsbund 80 und dem Steuerbund 90, den aufgesteuerten Querschnitt zwischen den Steuerkanten 76, 94 und über den Verbindungskanal 98 mit dem Arbeitsraum 66 aufgesteuert wird – die in 1 rechte Stirnfläche des Arbeitskolbens 46 ist somit mit Hydrauliktankdruck beaufschlagt. Da der Druckraum 30 über den Zweigkanal 64 stets mit dem Hydrauliktankanschluss T verbunden ist, wirkt auch auf die linke Stirnfläche des Arbeitskolbens 46 der Hydrauliktankdruck – der Arbeitskolben ist druckausgeglichen und wird durch die Kraft der Pumpenfeder 36, die über den Pumpkolben 18 auf den Arbeitskolben 46 übertragen wird in der Darstellung gemäß 1 nach rechts verschoben. Aufgrund der leicht negativen Überdeckung des Steuerbunds 90 mit den beiden gehäusefesten Steuerkanten 94, 96 wird verhindert, dass der Arbeitskolben 46 im Bereich des Totpunktes beim Umsteuern stehen bleibt. Durch die Bewegung des Pumpkolbens 18 und des Arbeitskolbens 46 nach rechts in 1 wird der Pumpenraum 6 vergrößert und dementsprechend Dieselkraftstoff über das sich öffnende Saugventil 12 über den Diesel-Niederdruckanschluss ND mit Vorförderdruck angesaugt. Dieser Vorförderdruck wirkt auf die in 1 linke Stirnfläche des Pumpkolbens 18 und unterstützt somit die Wirkung der Pumpenfeder 36, so dass der Pumpkolben 18 beschleunigt wird.
  • Wie in 2 dargestellt, wird nach einem bestimmten Hub die Überdeckung zwischen der Schrägbohrung 88 und der Nut 56 aufgehoben, so dass die Steuerölverbindung zwischen dem Federraum 84 und dem zum Hydraulikdruckanschluss P führenden Verbindungskanal 62 zugesteuert wird. Nach einem weiteren Hub gelangt die Schrägbohrung 88 in Überdeckung mit dem Tankringraum 54, so dass entsprechend der Federraum 84 zum Hydrauliktankanschluss T hin entlastet wird. Der Steuerkolben 72 verbleibt jedoch in seiner Relativposition mit Bezug zum Arbeitskolben 46, da der Steuerkolben 74 weiterhin durch die Kraft der Steuerfeder 86 gegen den Anschlag 100 gedrückt wird. Der Arbeitsraum 66 ist auch in dieser Phase durch den aufgesteuerten Querschnitt zwischen der Tanksteuerkante 76 und der gehäusefesten Steuerkante 94 mit Tankdruck beaufschlagt – der Saughub des Pumpkolbens 18 geht weiter.
  • Wie in 3 dargestellt, läuft die Kolbenstange 102 des Steuerkolbens 72 nach einem weiteren Hub auf die Bodenfläche 68 auf, so dass sich der Steuerkolben 72 nicht mehr weiter nach rechts bewegen kann, während sich der Arbeitskolben 46 und der Pumpkolben 18 weiter nach rechts (3) bewegen. Durch die Relativverschiebung zwischen Arbeitskolben 46 und Steuerkolben 72 wird dann über die Tanksteuerkante 76 die Verbindung zum Hydrauliktankanschluss T zugesteuert und dadurch wird die Bewegung des Arbeitskolbens 46 abgebremst. Dieses Abbremsen alleine durch das Schließen der Tankverbindung dürfte durch das Ansteigen des Drucks im sich verkleinernden Arbeitsraum 66 verursacht sein. Die Drucksteuerkante 78 beginnt – wie in 3 dargestellt – die Verbindung zwischen dem Arbeitsraum 66 und dem Hydraulikdruckanschluss P aufzusteuern, so dass der Druck im Arbeitsraum 66 ansteigt, wobei die negative Überdeckung des Steuerkolbens 74 dafür sorgt, dass diese Bewegung nicht unterbrochen wird. Durch den ansteigenden Druck im Arbeitsraum 66 wird der Steuerkolben 72 gegen die Kraft der Steuerfeder 86 nach links verschoben, so dass der Öffnungsquerschnitt zum Hydraulikdruckanschluss weiter aufgesteuert wird. Der Arbeitskolben 46 bewegt sich dabei solange weiter nach rechts (3) bis die auf seine rechte Stirnfläche wirkende Druckkraft größer ist als die vom Dieselvorförderdruck auf den Pumpkolben 18 wirkende Kraft und die Kraft der Pumpenfeder 36. Beim Ausführungsbeispiel ist dies bei einem Druck von etwa 10 bar im Arbeitsraum 66 erreicht. In der Folge werden der Arbeitskolben 46 und der Pumpkolben 18 aus der in 3 dargestellten Totpunktlage nach links beschleunigt – der Förderhub der Dieseleinspritzpumpe beginnt (siehe 4). Der von der Drucksteuerkante 78 auf gesteuerte Querschnitt hat seinen maximalen Wert erreicht, da der Steuerkolben 72 mit seinem linken Endabschnitt auf den Einsatz 50 aufgelaufen ist. Der Federraum 84 ist weiter über die Schrägbohrung 88 mit dem Hydrauliktankanschluss T verbunden. Der Druck im Arbeitsraum 66 steigt auf seinen Maximalwert an, der beispielsweise 300 bar beträgt. wie vorstehend ausgeführt, beträgt der maximale Dieselförderdruck dann etwa 1400 bar. Der Dieselkraftstoff wird über das geöffnete Druckventil 14 zur Einspritzanlage des Motors gefördert. Zur Vergleichmäßigung der Pulsation der Dieseleinspritzpumpe ist in der an den Diesel-Hochdruckanschluss HD angeschlossenen Förderleitung ein Speicher geschaltet.
  • Sollte nun der Dieseldruck aus irgend einem Grund einen vorbestimmten Maximalwert überschreiten, so könnte der am Hydraulikdruckanschluss P anliegende Hydraulikdruck den Arbeitskolben 46 gegen diesen übermäßigen Druck nicht weiter bewegen – der Arbeitskolben 46 würde stehen bleiben bis der übermäßige Druck im Druckraum 6 abgebaut wäre und sich erst dann einfach aufgrund der vorbeschriebenen Druckverhältnisse weiter bewegen. Der maximale Förderdruck ist somit auf sehr einfache Weise begrenzt.
  • Kurz vor Erreichen des in 5 dargestellten Totpunktes, in dem der Druckraum 6 sein minimales Volumen aufweist, gelangt die Schrägbohrung 88 in Überdeckung mit der Nut 56, so dass der Federraum 84 mit dem Hydraulikdruckanschluss P verbunden wird. Dieser Druck wirkt auch auf die in 5 rechte Stirnseite des Steuerkolbens 72, so dass dieser durch die Kraft der Steuerfeder 86 nach rechts mit Bezug zum Arbeitskolben 46 bewegt wird. Die Drucksteuerkante 78 steuert dabei die Verbindung zwischen dem Hydraulikdruckanschluss P und dem Arbeitsraum 66 zu, während durch die Tanksteuerkante 76 die Verbindung zum Hydrauliktankanschluss T auf gesteuert wird, so dass im Arbeitsraum 66 der Tankdruck anliegt. Der dabei noch im Druckraum 6 anstehende Dieselhochdruck wirkt dann nach rechts auf den Pumpkolben 18 und den Arbeitskolben 46, so dass diese abgebremst und zurückbewegt werden – der Zyklus beginnt – wie in 1 dargestellt – von vorne.
  • Wie erwähnt, kann der vorbeschriebene Kraftübersetzer zur Druckbeaufschlagung anderer Medien verwendet werden und kann beispielsweise bei einer Innenhochdruckpresse oder zum Wasserstrahlschneiden eingesetzt werden.
  • Offenbart ist eine Pumpe, insbesondere eine Dieseleinspritzpumpe, bei der ein Pumpkolben über einen Oszillierzylinder betätigt wird. Oszillierzylinder und Pumpkolben bilden einen Druckübersetzer dessen Übersetzungsverhältnis den maximal einstellbaren Förderdruck bestimmt.
  • 1
    Pumpe
    2
    Dieselteil
    4
    Hydraulikteil
    6
    Pumpenraum
    8
    Saugkanal
    10
    Hochdruckkanal
    12
    Saugventil
    14
    Druckventil
    16
    Pumpengehäuse
    17
    Führungsbohrung
    18
    Pumpenkolben
    20
    Anschlagring
    22
    Ringstirnfläche
    24
    Tankraum
    26
    Tankkanal
    28
    Axialvorsprung
    30
    Druckraum
    32
    Gehäuse
    34
    Federteller
    36
    Pumpenfeder
    38
    Abstufung
    40
    Faltenbalg
    42
    Raum
    44
    Kanal
    46
    Arbeitskolben
    48
    Axialbohrung
    50
    Einsatz
    52
    Tankringraum
    54
    Druckringraum
    56
    Nut
    58
    Druckkanal
    60
    Ablaufkanal
    62
    Verbindungskanal
    64
    Zweigkanal
    66
    Arbeitsraum
    68
    Bodenfläche
    70
    Innenbohrung
    72
    Steuerkolben
    74
    Steuerbund
    76
    Tanksteuerkante
    78
    Drucksteuerkante
    80
    Führungsbund
    82
    Führungsbund
    84
    Federraum
    86
    Steuerfeder
    88
    Schrägbohrung
    90
    Durchbruch
    92
    Durchbruch
    94
    Steuerkante
    96
    Steuerkante
    98
    Längskanal
    100
    Anschlag
    102
    Kolbenstange

Claims (13)

  1. Pumpe mit einem Pumpkolben (18), durch dessen Hub ein Druckmedium über einen Niederdruckanschluss (ND) in einen Pumpenraum (6) ansaugbar und mit Druck beaufschlagt über einen Hochdruckanschluss (HD) aus dem Pumpenraum (6) förderbar ist, wobei der Pumpkolben (18) über einen hydraulischen Oszillierzylinder eines Hydraulikteils (4) angetrieben ist, der einen Arbeitskolben (46) hat, dessen zumindest eine Wirkfläche über ein Steuerventil (72) wechselweise mit Hydraulikhochdruck oder Hydraulikniederdruck beaufschlagbar ist, wobei ein Steuerkolben (72) des Steuerventils in den Arbeitskolben (46) integriert ist und an zumindest einem Totpunkt des Arbeitskolbens (46) mittels eines gehäusefesten Anschlags (68) umschaltbar ist.
  2. Pumpe nach Patentanspruch 1, wobei der Steuerkolben (72) eine Kolbenstange (102) hat, die an dem Totpunkt aus dem Arbeitskolben (46) herausragt und in Anlage an eine Gehäusewandung (68) bringbar ist.
  3. Pumpe nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei der Steuerkolben (72) eine Tanksteuerkante (76) und eine Drucksteuerkante (78) hat, über die während eines Hubs des Arbeitskolbens (46) eine Verbindung zwischen einem von der in Druckaufbaurichtung wirksamen Wirkfläche des Arbeitskolbens (46) begrenzten Druckraum 66 mit einem Hydrauliktankdruck oder Hydraulikversorgungsdruck führenden Anschluss (T, P) des Hydraulikteils (4) verbindbar ist.
  4. Pumpe nach Patentanspruch 3, wobei der abschnittsweise von der in Ansaugrichtung wirksamen Wirkfläche des Arbeitskolbens (46) begrenzte Druckraum (30) mit Hydrauliktankdruck beaufschlagt ist.
  5. Pumpe nach Patentanspruch 4, wobei der Pumpkolben in den Druckraum (30) eintaucht und über eine Pumpenfeder (36) gegen den Arbeitskolben (46) vorgespannt ist.
  6. Pumpe nach Patentanspruch 5, mit einem Faltenbalg (40), der dem Pumpenkolben (18) dichtend umgreift und an einer den Druckraum (30) begrenzenden Stirnwandung eines Pumpenteils (2) abgestützt ist.
  7. Pumpe nach Patentanspruch 6, wobei der vom Faltenbalg (40) umgriffene Raum mit einem Tankanschluss (TD) verbunden ist.
  8. Pumpe nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Arbeitskolben (46) eine Steuerkante (88) hat, über die im Bereich des zweiten Totpunktes eine Verbindung zum Hydraulikdruckanschluss (P) und nach einem Hub eine Verbindung zum Hydrauliktankanschluss (T) aufsteuerbar ist, so dass ein pumpenseitiger Federraum (84) für den Steuerkolben (72) mit Hydrauliktankdruck oder mit Hydraulikdruck beaufschlagbar ist.
  9. Pumpe nach Patentanspruch 8, wobei die Steuerkante durch einen Manteldurchbruch (88) des Arbeitskolbens (46) gebildet ist.
  10. Pumpe nach Patentanspruch 8 oder 9, wobei im Federraum (84) eine den Steuerkolben (72) beaufschlagende Steuerfeder (86) aufgenommen ist.
  11. Pumpe nach Patentanspruch 5 und 10, wobei der Pumpkolben (18) und der Steuerkolben (72) über die Pumpenfeder (36) bzw. die Steuerfeder (86) in eine Grundposition vorgespannt sind, in der der Pumpenkolben (18) zurückgezogen und der Steuerkolben (72) in Richtung seiner Anschlagposition ausgefahren ist.
  12. Pumpe nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei ein die Tank- und Drucksteuerkante (76, 78) ausbildender Steuerbund (74) des Steuerkolbens (72) mit negativer Überdeckung mit Bezug zu den zugeordneten gehäusefesten Steuerkanten (94, 96) ausgeführt ist.
  13. Pumpe nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei zwischen Druckraum (6) und dem Niederdruckanschluss (ND) ein Saugventil (12) und zwischen Druckraum (6) und Hochdruckanschluss (HD) ein Druckventil (14 vorgesehen sind.
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