DE102004035251A1

DE102004035251A1 - Radical Piston Pump

Info

Publication number: DE102004035251A1
Application number: DE200410035251
Authority: DE
Inventors: Bernhard Arnold
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2004-07-21
Filing date: 2004-07-21
Publication date: 2006-02-16
Anticipated expiration: 2024-07-22
Also published as: EP1619387B1; EP1619387A2; DE502005004499D1; EP1619387A3; DE102004035251B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe mit einem Pumpengehäuse 1, in dem ein erster Kurbelraum 2 ausgebildet ist, in dem drehbar eine Antriebswelle 3 gelagert ist, die über eine in einem zweiten Kurbelraum 4 eines Verbrennungsmotors gelagerte Kurbelwelle 5 antreibbar ist. Zwischen dem ersten Kurbelraum 2 und dem zweiten Kurbelraum 4 ist eine Wellenabdichtung 6 ausgebildet. Die Wellenabdichtung 6 besteht aus wenigstens einem Wellendichtring 7 und einem mit Dichtscheiben 8 versehenen Wälzlager 9. Der Wellendichtring 7 und das Wälzlager 9 sind voneinander beabstandet auf der Antriebswelle 3 angeordnet, und zwar derart, dass das Wälzlager 9 näher an dem zweiten Kurbelraum 4 angeordnet ist als der Wellendichtring 6. Hierdurch ist zwischen dem Wellendichtring 7 und dem Wälzlager 9 ein Zwischenraum 10 ausgebildet. Von dem Zwischenraum 10 zweigt eine Entlastungsbohrung 11 ab, in der ein Sicherheitsventil 12 angeordnet ist.The The invention relates to a radial piston pump with a pump housing 1, in in which a first crank chamber 2 is formed, in which a drive shaft rotatably 3 is stored over one mounted in a second crank chamber 4 of an internal combustion engine Crankshaft 5 is driven. Between the first crank chamber 2 and the second crank chamber 4, a shaft seal 6 is formed. The shaft seal 6 consists of at least one shaft seal 7 and a provided with sealing washers 8 bearings 9. The shaft seal 7 and the rolling bearing 9 are spaced from each other on the drive shaft 3, in such a way that the rolling bearing 9 closer is arranged on the second crank chamber 4 as the shaft seal 6. This is between the shaft seal 7 and the rolling bearing 9 a gap 10 is formed. From the gap 10 branches a relief hole 11 from, in which a safety valve 12 is arranged is.

Description

Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe mit einem Pumpengehäuse, in dem ein erster Kurbelraum ausgebildet ist, in dem drehbar eine Antriebswelle gelagert ist, die über eine, in einem zweiten Kurbelraum eines Verbrennungsmotors gelagerte, Kurbelwelle antreibbar ist. Zwischen dem ersten Kurbelraum und dem zweiten Kurbelraum ist eine Wellenabdichtung ausgebildet, die die beiden Kurbelräume gegeneinander abdichtet.The The invention relates to a radial piston pump with a pump housing, in in which a first crank chamber is formed, in which rotatably a drive shaft is stored over one, stored in a second crankcase of an internal combustion engine, Crankshaft is driven. Between the first crankcase and the second crank chamber is formed a shaft seal, which the both crankcases seals against each other.

Eine gattungsgemäße Radialkolbenpumpe ist bereits aus der DE 103 00 144 B3 bekannt. Die Radialkolbenpumpe weist eine Antriebswelle auf, die über Gleitlager drehbar in einem ersten Kurbelraum gelagert ist. Die Antriebswelle ist mit einem Exzenterabschnitt ausgebildet, auf dem ein Hubring angeordnet ist an dem sich mehrere, vorzugsweise drei, in einem Abstand von je 120 Grad zueinander versetzte Pumpenkolben abstützen. Die Antriebswelle ragt aus dem Pumpengehäuse hinaus und ist über ein Verbindungselement mit der Nockenwelle eines Verbrennungsmotors gekoppelt. Als Verbindungselement eignet sich beispielsweise eine Oldham-Kupplung. Die Nockenwelle ist drehbar in einem mit Motorenöl gefüllten zweiten Kurbelraum gelagert. Bei einer Undichtigkeit der Radialkolbenpumpe kann, auf Grund von Druckunterschieden zwischen dem ersten und dem zweiten Kurbelraum, Kraftstoff in den zweiten Kurbelraum angesaugt werden, wodurch der Verbrennungsmotor u.U. nicht mehr abstellbar ist. Dies ist unter allen Umständen zu vermeiden.A generic radial piston pump is already out of the DE 103 00 144 B3 known. The radial piston pump has a drive shaft, which is rotatably mounted on plain bearings in a first crank chamber. The drive shaft is formed with an eccentric portion, on which a lifting ring is arranged, on which several, preferably three, at a distance of 120 degrees each staggered pump piston are supported. The drive shaft protrudes from the pump housing and is coupled via a connecting element with the camshaft of an internal combustion engine. As a connecting element is, for example, an Oldham coupling. The camshaft is rotatably mounted in a second crank chamber filled with engine oil. In the event of a leak in the radial piston pump, due to pressure differences between the first and the second crank chambers, fuel can be sucked into the second crank chamber, as a result of which the internal combustion engine may no longer be able to be shut off. This should be avoided at all costs.

Ausgehend vom Stand der Technik, ist es somit Aufgabe der Erfindung, eine sichere Abdichtung zwischen dem Kurbelraum der Radialkolbenpumpe und dem Kurbelraum der Nockenwelle zu gewährleisten.outgoing From the prior art, it is therefore an object of the invention, a secure sealing between the crankcase of the radial piston pump and to ensure the crankcase of the camshaft.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs.The Task is solved by the characteristics of the independent Claim.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung, welche einzeln oder in Kombination miteinander einsetzbar sind, sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.advantageous Embodiments of the invention, which individually or in combination can be used with each other, are characterized in the subclaims.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Wellenabdichtung aus wenigstens einem Wellendichtring und wenigstens einem mit Dichtscheiben versehenen Wälzlager besteht, wobei der Wellendichtring und das Wellenlager hintereinander auf der Antriebswelle angeordnet sind derart, dass das Wälzlager näher an dem Kurbelraum der Nockenwelle angeordnet ist als der Wellendichtring und wobei zwischen dem Wellendichtring und dem Wälzlager ein Zwischenraum ausgebildet ist, von dem aus eine Entlastungsbohrung abzweigt, in der ein Sicherheitsventil angeordnet ist. Der Zwischenraum bildet somit einen Neutralraum zwischen dem ersten Kurbelraum der Radialkolbenpumpe und dem zweiten Kurbelraum der Nockenwelle aus. Das Sicherheitsventil sorgt dafür, dass nur beim Überschreiten eines vorgegebenen Öffnungsdrucks Kraftstoff bzw. Motoröl durch die Entlastungsbohrung hindurch strömen kann. Die Entlastungsbohrung kann somit im einfachsten Fall mit der Umgebung verbunden sein ohne, dass negative Auswirkungen für die Umwelt zu befürchten sind. Es ist auch möglich, dass die Entlastungsbohrung mit einem zusätzlichen Auffangbehälter verbunden ist, so dass unter keinen Umständen Motoröl bzw. Kraftstoff an die Umgebung gelangen kann.The Invention is characterized in that the shaft seal at least one shaft seal and at least one with sealing washers provided rolling bearing consists, with the shaft seal and the shaft bearing in a row the drive shaft are arranged such that the rolling bearing closer to the crank chamber of the camshaft is arranged as the shaft seal and wherein formed between the shaft seal and the rolling bearing a gap is, from which a relief hole branches, in which a safety valve is arranged. The gap thus forms a neutral space between the first crank chamber of the radial piston pump and the second crank chamber the camshaft off. The safety valve ensures that only when crossing a predetermined opening pressure Fuel or engine oil can flow through the discharge hole. The relief hole Thus, in the simplest case, it can be connected to the environment without, that negative impact for to fear the environment are. It is also possible, that the relief hole connected to an additional container is, so under no circumstances engine oil or fuel can get to the environment.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Öffnungsdruck des Sicherheitsventils größer als der Betriebsdruck im Kurbelraum der Nockenwelle und kleine als der Betriebsdruck im Kurbelraum der Radialkolbenpumpe ist. Die Dichtscheiben der Wälzlager sind aufgrund ihrer einfachen Bauart häufig nicht absolut dicht. Dadurch gelangt Motoröl in den Neutralraum. Dies stellt jedoch keine Störung dar, da das Motoröl über den Wellendichtring weiterhin gegenüber dem Kur belraum der Radialkolbenpumpe abgedichtet ist. Bei einem Defekt des Wellendichtrings, bei dem der unter höherem Druck stehende Kraftstoff, über den Wellendichtring austreten und über die nicht vollständig dichtenden Dichtscheiben der Wälzlager in den Kurbelraum der Nockenwelle eintreten würde, öffnet das Sicherheitsventil und sorgt dafür, dass kein Kraftstoff in den Kurbelraum der Nockenwelle gelangen kann.A advantageous embodiment of the invention provides that the opening pressure the safety valve is larger than the operating pressure in the crankcase of the camshaft and small than the Operating pressure in the crankcase of the radial piston pump is. The sealing washers the rolling bearing are often not completely tight due to their simple design. Thereby gets engine oil in the neutral space. However, this is not a disturbance because the engine oil on the Oil seal continues to face the cure space of the radial piston pump is sealed. At a Defect of the shaft seal, where the fuel under higher pressure, over the Exhaust shaft seal and over which is not complete sealing gaskets of rolling bearings would enter the crankcase of the camshaft, opens the safety valve and makes sure that no fuel get into the crankcase of the camshaft can.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Öffnungsdruck des Sicherheitsventils zwischen 20 und 100 mbar, vorzugsweise zwischen 20 und 30 mbar liegt. Dieser Öffnungsdruck hat sich für Radialkolbenpumpen bei Common-Rail Einspritzsystemen als besonders geeignet erwiesen.A Particularly advantageous embodiment of the invention provides that the opening pressure the safety valve between 20 and 100 mbar, preferably between 20 and 30 mbar. This opening pressure has for Radial piston pumps in common-rail injection systems as special proved suitable.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Sicherheitsventil als federbelastetes Kugelventil oder Zungenventil ausgebildet. Diese Ventile sind einfach und preiswert aufgebaut und gewährleisten eine sichere Funktion. Es ist aber auch denkbar, insbesondere bei geringen Druckdifferenzen zwischen dem ersten und dem zweiten Kurbelraum, als Ventil ein mit schwererem Medium gefülltes Steigrohr zu verwenden.In A preferred embodiment of the invention is the safety valve designed as a spring-loaded ball valve or tongue valve. These valves are simple and inexpensive and ensure safe operation. But it is also conceivable, especially at low pressure differences between the first and the second crank chamber, as a valve with a heavier medium filled riser to use.

Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass durch die vorgeschlagene Wellenabdichtung eine besonders sichere Abdichtung der Kurbelräume von Radialkolbenpumpe und Nockenwelle gegeneinander erreicht wird. Die Abdichtung ist besonders umweltschonend, da nur im Falle eines Schadens des Wellendichtrings das Sicherheitsventil in der Entlastungsbohrung öffnet und den Neutralraum mit der Umgebung verbindet. Dadurch wird ein ansaugen von Kraftstoff in den Kurbelraum der Nockenwelle verhindert was ansonsten zu schweren Motorschäden führen könnte.In summary, it can be stated that a particularly reliable sealing of the crank chambers of the radial piston pump and the camshaft is counteracted by the proposed shaft seal other is achieved. The seal is particularly environmentally friendly, because only in case of damage to the shaft seal, the safety valve opens in the relief hole and connects the neutral space with the environment. This prevents the intake of fuel into the crank chamber of the camshaft, which could otherwise lead to serious engine damage.

Ein Ausführungsbeispiel, sowie weitere Vorteile der Erfindung werden im Folgenden anhand der einzigen Zeichnung erläutert.One Embodiment, as well as further advantages of the invention are described below explained the single drawing.

Die Figur zeigt schematisch einen Axialschnitt durch eine erfindungsgemäße Radialkolbenpumpe. Die Radialkolbenpumpe weist eine Hochdruckpumpeneinheit 13 sowie eine Vorförderpumpe 14 auf die auf der gemeinsamen Antriebswelle 3 im Pumpengehäuse 1 angeordnet sind. Das Pumpengehäuse 1 ist als zweiteiliges Topfgehäuse, bestehend aus einem Gehäusegrundkörper 16 und einem Flansch 17, ausgebildet. Die Antriebswelle ist einen Ends über ein Wälzlager 9 und anderen Ends über ein Gleitlager 15 im Pumpengehäuse 1 gelagert. Im Pumpengehäuse 1 ist ein erster Kurbelraum 2 ausgebildet in dem sich Kraftstoff mit einem Druck von etwa 500mbar befindet. Die Antriebswelle 3 ragt aus dem Pumpengehäuse 1 hinaus und ist über ein Verbindungselement 14 mit der Nockenwelle 5 verbunden. Die Nockenwelle 5 ist in einem zweiten Kurbelraum 4 drehbar gelagert. Der zweite Kurbelraum 4 ist mit Motoröl gefüllt, wobei der Öldruck etwa ± 20mbar gegenüber der Umgebung beträgt. Der erste Kurbelraum 2 ist zum zweiten Kurbelraum 4 über eine Wellenabdichtung 6 abgedichtet. Die Wellenabdichtung 6 soll verhindern, dass Kraftstoff aus dem ersten Kurbelraum 2 in den zweiten Kurbelraum 4 des Verbrennungsmotors gelangen kann. Dies könnte dazu führen, dass sich der Motor nicht mehr abstellen lässt.The figure shows schematically an axial section through a radial piston pump according to the invention. The radial piston pump has a high-pressure pump unit 13 as well as a prefeed pump 14 on the on the common drive shaft 3 in the pump housing 1 are arranged. The pump housing 1 is as a two-part pot housing, consisting of a housing body 16 and a flange 17 , educated. The drive shaft is an end via a rolling bearing 9 and other ends via a plain bearing 15 in the pump housing 1 stored. In the pump housing 1 is a first crankcase 2 formed in which fuel is at a pressure of about 500 mbar. The drive shaft 3 protrudes from the pump housing 1 and is over a connecting element 14 with the camshaft 5 connected. The camshaft 5 is in a second crank room 4 rotatably mounted. The second crank room 4 is filled with engine oil, where the oil pressure is about ± 20mbar from the environment. The first crank room 2 is to the second crank room 4 over a shaft seal 6 sealed. The shaft seal 6 should prevent fuel from the first crankcase 2 in the second crankcase 4 the internal combustion engine can get. This could cause the engine to stop.

Die Wellenabdichtung 6 besteht aus wenigstens einem Wellendichtring 7 und einem mit Dichtscheiben 8 versehenen Wälzlager 9. Der Wellendichtring 7 und das Wälzlager 9 sind hintereinander, beabstandet voneinander, auf der Antriebswelle 3 angeordnet, derart, dass das Wälzlager näher an dem zweiten Kurbelraum 4 angeordnet ist als der Wellendichtring 6. Durch die voneinander beabstandete Anordnung des Wellendichtrings 6 und des Wälzlagers 9 ergibt sich ein Zwischenraum zwischen dem Wellendichtring 7 und dem Wälzlager 9. Dieser Zwischenraum 10 wird nachfolgend als Neutralraum 10 bezeichnet, da er zu beiden Seiten hin abgedichtet ist. Vom Neutralraum 10 führt eine Entlastungsbohrung 11 in die Umgebung. In der Entlastungsbohrung 11 ist ein Sicherheitsventil 12 angeordnet, welches bei einem festgelegten Druck öffnet und so die Verbindung zur Umgebung frei gibt.The shaft seal 6 consists of at least one shaft seal 7 and one with sealing washers 8th provided rolling bearing 9 , The shaft seal 7 and the rolling bearing 9 are one behind the other, spaced from each other, on the drive shaft 3 arranged, such that the rolling bearing closer to the second crank chamber 4 is arranged as the shaft seal 6 , Due to the spaced-apart arrangement of the shaft seal 6 and the rolling bearing 9 there is a gap between the shaft seal 7 and the rolling bearing 9 , This gap 10 is subsequently referred to as neutral space 10 referred to as it is sealed on both sides. From the neutral room 10 leads a relief hole 11 in the nearby areas. In the relief hole 11 is a safety valve 12 arranged, which opens at a specified pressure and thus releases the connection to the environment.

Bei einer einwandfreien Funktion des Wellendichtrings dichtet der Wellendichtring 7 den ersten Kurbelraum 2 der Radialkolbenpumpe sicher ab, so dass kein Kraftstoff in den Neutralraum 10 zwischen Wellendichtring 7 und Wälzlager 9 gelangt. Die Dichtscheiben 8 des Wälzlagers 9 dichten aufgrund ihrer einfachen Bauart häufig nicht vollständig ab. Dadurch kann Motoröl aus dem zweiten Kurbelraum 4, über das Wälzlager 9, in den Neutralraum 10 fließen. Der Druck im Neutralraum 10 ist dabei gleichen Druck im zweiten Kurbelraum 4, so dass am Sicherheitsventil 12 ein Druck von etwa 20 mbar anliegt. Dieser Druck reicht allerdings nicht aus um das Sicherheitsventil 12 zu öffnen. Somit kann kein Motoröl an die Umgebung gelangen. Das Motoröl im Neutralraum 2 schadet dabei nicht, da über den Wellendichtring 7 weiterhin eine Abdichtung vom ersten und zweiten Kurbelraum 2, 4 gewährleistet ist.If the shaft seal functions properly, the shaft seal seals 7 the first crankcase 2 the radial piston pump safely, so no fuel in the neutral space 10 between shaft seal 7 and rolling bearings 9 arrives. The sealing washers 8th of the rolling bearing 9 often do not completely seal due to their simple design. This allows engine oil from the second crank chamber 4 , about the rolling bearing 9 , in the neutral space 10 flow. The pressure in the neutral space 10 is the same pressure in the second crankcase 4 , so at the safety valve 12 a pressure of about 20 mbar is applied. However, this pressure is not enough to the safety valve 12 to open. Thus, no engine oil can reach the environment. The engine oil in neutral space 2 it does not hurt, because over the shaft seal 7 furthermore, a seal from the first and second crankcase 2 . 4 is guaranteed.

Im Falle eines Defektes des Wellendichtrings 7 strömt der Kraftstoff mit einem Druck von bis zu 500 bar in den Neutralraum 10 ein. Dieser Druck reicht aus um das Sicherheitsventil 12 zu öffnen. Hierdurch kann der Kraftstoff über die Endlastungsbohrung 11 in die Umgebung strömen. Durch das Öffnen des Sicherheitsventils 12 wird somit vermieden, dass der Kraftstoff über die Dichtscheiben 8 des Wälzlagers 9 hinweg in den zweiten Kurbelraum 4 der Nockenwelle 5 gelangen kann.In case of failure of the shaft seal 7 the fuel flows into the neutral space at a pressure of up to 500 bar 10 one. This pressure is sufficient around the safety valve 12 to open. This allows the fuel through the Endlastungsbohrung 11 pour into the environment. By opening the safety valve 12 This will avoid the fuel over the sealing washers 8th of the rolling bearing 9 away in the second crankcase 4 the camshaft 5 can get.

Das Sicherheitsventil 12 ist so ausgelegt, dass der Öffnungsdruck größer als der im Normalbetrieb auftretende Betriebsdruck im zweiten Kurbelraum 4 und kleiner als der im Normalbetrieb auftretende Betriebsdruck im ersten Kurbelraum 2 ist. Dadurch ist gewährleistet, dass nur bei einem undichtem Wellendichtring 7, oder einem aus anderen Gründen stark ansteigendem Druck im Neutralraum, das Sicherheitsventil öffnet um größeren Schaden am Motor zu vermeiden. Eine geringe Undichtigkeit der Dichtscheibe 8 führt hingegen nicht zum Öffnen des Sicherheitsventils 12, so dass in diesem Fall kein Motoröl in die Umgebung gelangen kann.The safety valve 12 is designed so that the opening pressure is greater than the operating pressure in the second crank chamber occurring during normal operation 4 and smaller than the operating pressure occurring in the first crankcase during normal operation 2 is. This ensures that only with a leaking oil seal 7 , or for other reasons, strongly increasing pressure in the neutral space, the safety valve opens to avoid major damage to the engine. A slight leakage of the sealing washer 8th does not open the safety valve 12 so that in this case no engine oil can get into the environment.

Bei üblichen Radialkolbenpumpen für Kraftfahrzeugeinspritzsysteme, insbesondere Common-Rail Einspritzsysteme, hat sich ein Öffnungsdruck des Sicherheitsventils zwischen 20 und 100 mbar als sinnvoll erwiesen. Vorzugsweise liegt der Öffnungsdruck zwischen 20 und 30 mbar. Hierdurch ist ein sehr sensibles Ansprechen des Sicherheitsventils gewährleistet.At usual Radial piston pumps for Automotive injection systems, in particular common-rail injection systems, has an opening pressure the safety valve between 20 and 100 mbar proved to be useful. Preferably, the opening pressure is between 20 and 30 mbar. This is a very sensitive response ensures the safety valve.

Das Sicherheitsventil 12 kann vorzugsweise als einfaches, federbelastetes Kugelventil oder als Zungenventil ausgebildet sein. Diese Ventile sind äußerst robust und preiswert. Denkbar ist aber auch, ein mit einem schweren Medium gefülltes Steigrohr zu verwenden.The safety valve 12 may preferably be designed as a simple, spring-loaded ball valve or as a tongue valve. These valves are extremely robust and inexpensive. It is also conceivable to use a filled with a heavy medium riser.

Zusammenfassend lässt sich somit feststellen, dass die vorgeschlagene Wellenabdichtung einen sicheren Betrieb der Radialkolbenpumpe gewährleistet und ein austreten von Motoröl im Normalbetrieb sicher verhindert. Die vorgeschlagene Wellenabdichtung ist selbstverständlich nicht nur für Radialkolbenpumpen geeignet sondern für jegliche Hochdruckabdichtung von Räumen mit unterschiedlichen Drücken geeignet.In summary let yourself Thus, find that the proposed shaft seal a Ensures safe operation of the radial piston pump and escape of engine oil safely prevented during normal operation. The proposed shaft seal is self-evident not only for Radial piston pumps suitable but for any high pressure seal of spaces with different pressures suitable.

Claims

Radial piston pump with a pump housing ( 1 ), in which a first crank chamber ( 2 ) is formed, in which rotatably a drive shaft ( 3 ) is mounted, which via a, in a second crank chamber ( 4 ) of an internal combustion engine, crankshaft ( 5 ) is drivable, and in which between the first crank chamber ( 2 ) and the second crank chamber ( 4 ) a shaft seal ( 6 ), characterized in that - the shaft seal ( 6 ) of at least one shaft seal ( 7 ) and one with sealing washers ( 8th ) provided rolling bearings ( 9 ), - the shaft seal ( 7 ) and the rolling bearing ( 9 ) in succession on the drive shaft ( 3 ) are arranged such that the rolling bearing closer to the second crank chamber ( 4 ) is arranged as the shaft seal ( 6 ), - between the shaft seal ( 7 ) and the rolling bearing ( 9 ) a gap ( 10 ) is formed, from which a relief bore ( 11 ), and that - in the relief well ( 11 ) a safety valve ( 12 ) is arranged.

Radial piston pump according to claim 1, characterized in that the opening pressure of the safety valve ( 12 ) greater than the operating pressure in the second crank chamber ( 4 ) and smaller than the operating pressure in the first crankcase ( 2 ).

Radial piston pump according to claim 2, characterized in that the opening pressure of the safety valve ( 12 ) is between 20 and 100 mbar, preferably between 20 and 30 mbar.

Radial piston pump according to one of the preceding claims, characterized in that the safety valve ( 12 ) is a spring-loaded ball valve or a reed valve.