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Die
Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe, insbesondere für die Kraftstoffhochdruckversorgung
eines Verbrennungsmotors, mit einem Pumpengehäuse und mit wenigstens einer
Pumpeneinheit umfassend einen Pumpenkolben und einen Pumpenzylinder,
in dem der Pumpenkolben hin und her beweglich angeordnet ist, wobei
die Pumpeneinheit über
eine im Pumpengehäuse
gelagerte Exenterwelle antreibbar ist.
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Eine
derartige Radialkolbenpumpe ist beispielsweise in der 100 39 210
A1 offenbart. Die Radialkolbenpumpe weist mehrere Pumpeneinheiten, umfassend
jeweils einen Pumpenkolben und einen Pumpenzylinder, auf. Jede Pumpeneinheit
wird über ein
Ein- und ein Auslassventil gesteuert. Während des Saughubs ist das
Einlassventil geöffnet
und das Auslassventil geschlossen, so dass Kraftstoff in den Pumpenzylinder
einströmen
kann. Im nachfolgenden Verdichtungshub sind zunächst sowohl das Ein- als auch
das Auslassventil geschlossen und der Kraftstoff wird auf den erforderlichen
Druck komprimiert. Anschließend öffnet das
Auslassventil und der komprimierte Kraftstoff kann aus dem Pumpenzylinder ausströmen.
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Um
einen erhöhten
Verlustwärmeeintrag
zu vermeiden, wird üblicherweise
ein Volumenstromventil der Hochdruckpumpe vorgeschaltet, so dass der
Hochdruckpumpe nur die Menge an Kraftstoff zugeführt wird, die momentan für den einwandfreien Betrieb
des Kraftstoffeinspritzsystems erforderlich ist.
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Nachteilig
an einer solchen bedarfsgerechten Fördermengenregelung ist jedoch,
dass im Teilförderbetrieb
die Pumpenzylinder nicht vollständig mit
Kraftstoff gefüllt
sind. Hierdurch treten starke Pulsationen an der Radialkolbenpumpe
auf, die bei einem Vollförderbetrieb
deutlich geringer ausfallen. Um die Radialkolbenpumpe über das
gesamte Motorkennfeld immer bedarfsgerecht fördern lassen zu können, müssen jedoch
bis lang zwangsläufig
alle Fördergradzustände von
starker Teilförderung
bis zur Vollförderung
durchfahren werden.
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Ausgehend
von dem vorliegenden Stand der Technik ist es somit Aufgabe der
Erfindung, eine Radialkolbenpumpe auszubilden, die unabhängig von der
Fördermenge
immer im Volllastbetrieb fördert und
somit sehr pulsationsarm arbeitet.
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Die
Aufgabe wird gelöst,
durch die Merkmale des unabhängigen
Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung, die
einzeln oder in Kombination miteinander einsetzbar sind, sind Gegenstand
der Unteransprüche.
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Die
erfindungsgemäße Radialkolbenpumpe, insbesondere
für die
Kraftstoffhochdruckversorgung eines Verbrennungsmotors, mit einem
Pumpengehäuse
und mit wenigstens einer Pumpeneinheit umfassend einen Pumpenkolben
und einen Pumpenzylinder, in dem der Pumpenkolben hin und her bewegbar
angeordnet ist, wobei die Pumpeneinheit über ein im Pumpengehäuse gelagerte
Exzenterwelle antreibbar ist, zeichnet sich dadurch aus, dass die
Fördermengenregelung
der Radialkolbenpumpe durch eine bedarfsabhängige Hublängenverstellung des Pumpenkolbens
erfolgt. Durch die bedarfsabhängige Hublängenverstellung
kann das Volumen des Pumpenzylinders exakt an die jeweilige Fördermenge
angepasst werden, so dass unabhängig
von der Fördermenge,
die Radialkolbenpumpe immer im Volllastbetrieb fördert. Infolge dessen arbeitet
die Radialkolbenpumpe über
das gesamte Motorkennfeld hinweg mit minimalen Pulsationen. Die
geringen Pulsationen verbessern die Einspritzmengenregelung und
erhöhen
die Lebensdauer der einzelnen Bauteile der Radialkolbenpumpe zum
Teil erheblich. Insgesamt trägt die
Erfindung somit zu einer erhöhten
Betriebssicherheit des gesamten Kraftstoffeinspritzsystems bei.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Hublängenverstellung
durch die Veränderung
der Exzentrizität
der Exzenterwelle erfolgt. Durch Veränderung der Exzentrizität lässt sich
auf besonders einfache Weise die Hub längenverstellung realisieren.
Es sind nur geringe Modifikationen an den im Stand der Technik beschriebene Radialkolbenpumpen
erforderlich. Unter Umständen können ältere Radialkolbenpumpen
so auf einfache Weise nachträglich
umgerüstet
werden. Durch den einfachen Aufbau der Hublängenverstellung ergibt sich
ein besonders robustes und preiswertes System.
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Eine
besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass
die Exzenterwelle als Hohlwelle mit konischer Innenlauffläche ausgebildet ist,
dass die Exzenterwelle von einer mit der konischen Innenlaufbahn
in Wirkverbindung stehenden Antriebswelle antreibbar ist, dass die
Antriebswelle mindestens einen mit der Innenlauffläche der
Exzenterwelle komplementär
ausgebildeten konischen Abschnitt aufweist und dass die Antriebswelle
zur Exzenterwelle derart verschiebbar angeordnet ist, dass durch
die Verschiebung der Antriebswelle und/oder der Exzenterwelle eine Änderung
der Exzentrizität erfolgt.
Durch die Ausbildung der Exzenterwelle als Hohlwelle ergibt sich
eine besonders kompakte Bauform der Radialkolbenpumpe. Die konisch
zueinander ausgebildeten Flächen
an der Innenlaufbahn der Hohlwelle und Außenfläche der Antriebswelle ermöglichen
dabei auf eine besonders einfache Weise und mit geringen fertigungstechnischem
Aufwand die Verstellung der Exzentrizität.
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Eine
weitere besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor,
dass die Antriebswelle mit der Exzenterwelle mittels einer Passfeder verbunden
ist, auf der die Antriebswelle und/oder die Exzenterwelle axial
verschiebbar sind. Die Passfeder übernimmt somit in besonders
vorteilhafter Weise zwei Aufgaben gleichzeitig. Zum Einen sorgt
sie für eine
sichere Übertragung
der Antriebskraft von der Antriebswelle auf die Exzenterwelle und
zum Anderen dient sie gleichzeitig als Führungsschiene zum Verschieben
der Antriebswelle gegenüber
der Exzenterwelle um so die Exzentrizität zu verändern.
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Eine
ganz besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor,
dass die Passfeder die Form eines doppelten Schwalbenschwanzes aufweist.
Die Ausbildung als Schwalbenschwanz gewährleistet eine besonders sichere
Mitnahme der Exzenterwelle durch die Antriebswelle. Selbstverständlich sind
auch andere Profilierungen der Passfeder denkbar, die die sichere
Mitnahme der Exzenterwelle garantieren, beispielsweise ist eine
Knochenform denkbar.
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Erfindungsgemäß bevorzugt
erfolgt die Verschiebung der Antriebswelle und/oder der Exzenterwelle
durch ein elektromagnetisches Proportionalventil, einen Stellmotor,
hydraulisch oder pneumatisch. Alle genannten Möglichkeiten bieten eine sehr exakte
und schnelle Verschiebung der Wellen und ermöglichen so eine schnelle Anpassung
der Fördermenge
an den tatsächlichen
Bedarf auch bei schnell wechselnden Lastzuständen des Motors. Welcher der
genannten Antriebe am geeignetsten ist, hängt jeweils vom Einzelfall
ab. Ein Kriterium kann hier beispielsweise sein, ob bereits für andere
Anwendungen im Fahrzeug z. B. eine pneumatische oder hydraulische
Steuerung/Regelung vorgesehen ist, die evtl. mitbenutzt werden kann,
oder ob bestimmte Anforderungen beispielsweise an die Baugröße gestellt werden.
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Zusammenfassend
lässt sich
feststellen, dass sich durch die erfindungsgemäße Hublängenverstellung auf einfache
Weise unabhängig
von der momentanen Fördermenge
der Radialkolbenpumpe immer ein Volllastbetrieb realisieren lässt. Hierdurch ergibt
sich ein besonders pulsationsarmer Pumpenbetrieb. Die Radialkolbenpumpe
eignet sich deshalb besonders gut zur Kraftstoffhochdruckversorgung
bei Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen, da hier ständig wechselnde
Belastungszustände
und damit ein ständig
variierender Kraftstoffbedarf vorliegt.
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Weitere
Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel.
Es zeigen schematisch:
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1:
Einen Radialschnitt durch eine erfindungsgemäße Radialkolbenpumpe;
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2 einen
Axialschnitt durch die in 1 gezeigte
Radialkolbenpumpe entlang der Linie A-A bei der sich die Antriebswelle
in einer ersten Stellung befindet, und;
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3 einen
Axialschnitt entsprechend 2a, bei
der sich die Antriebswelle in einer zweiten Stellung befindet.
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Gleiche
bzw. funktionsgleiche Bauteile sind nachfolgend figurübergreifend
mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren sind stark
vereinfacht dargestellt und enthalten im Wesentlichen nur die für die Erfindung
notwendigen Bauteile.
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Anhand
von 1 soll zunächst
der prinzipielle Aufbau einer erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe erläutert werden.
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Die
Radialkolbenpumpe weist ein Pumpengehäuse 1 mit vorzugsweise
drei, jeweils um 120°, radial
zueinander versetzten Pumpeneinheiten 2 auf. Jede Pumpeneinheit 2 umfasst
einen Pumpenkolben 21 und einen Pumpenzylinder 22,
in dem der Pumpenkolben 21 hin und her bewegbar angeordnet
ist. Der Pumpenkolben 21 stützt sich vorzugsweise über einen
Gleitschuh 6 gegen einen Hubring 10 ab. Hierzu
weist der Hubring 10 vorzugsweise eine der Anzahl der Pumpeneinheiten 2 entsprechende
Zahl von Abflachungen 11 auf. Der Hubring 10 ist
gleitend auf einer als Hohlwelle ausgebildeten Exzenterwelle 3 gelagert.
Innerhalb der Exzenterwelle 3 ist eine Antriebswelle 4 angeordnet.
Die Antriebswelle 4 steht über ein Verbindungselement 5 in
Wirkverbindung mit der Exzenterwelle 3 und treibt diese
im Pumpenbetrieb an.
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Um
ein Mitdrehen des Hubrings 10 zu verhindern, sind die Pumpenkolben 21 über Rückstellfeder 7 gegen
die Abflachungen 11 des Hubrings 10 vorgespannt.
Hierdurch führt
der Hubring 10 während
des Pumpenbetriebs lediglich eine Taumelbewegung durch.
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Aufgrund
der Taumelbewegung und der Vorspannung der Pumpenkolben 21 gegen
den Hubring 10 führt
jede Pumpeneinheit bei einer vollen Umdrehung der Exzenterwelle 3 einen
vollständigen
Arbeitshub durch.
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Die
Hublänge
und damit auch das Fördervolumen
jeder einzelnen Pumpeneinheit 2 ist abhängig von der Exzentrizität e zwischen
der Antriebswelle 4 und der Exzenterwelle 3.
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Durch
eine Veränderung
der Exzentrizität
e kann somit die Förderleistung
der Radialkolbenpumpe an den tatsächlichen Bedarf angepasst werden.
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Durch
die erfindungsgemäße, bedarfsabhängige Hublängenverstellung
des Pumpenkolbens 21 kann somit auf einfache Weise die
Fördermengenregelung
der Radialkolbenpumpe erfolgen. Wie eine solche Hublängenverstellung
erfolgen kann wird nachfolgend an den 2 und 3 erläutert.
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2 zeigt
einen Axialschnitt durch die in 1 gezeigte
Radialkolbenpumpe, wobei der Schnitt entlang der Linie A-A erfolgt.
Wie in der Ansicht deutlich erkennbar ist, ist die Exzenterwelle 3 als
Hohlwelle mit einer konischen Innenlauffläche 31 ausgebildet.
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Die
Antriebswelle 4, die innerhalb der Exzenterwelle 3 angeordnet
ist, weist einen komplementär zur
konischen Innenlauffläche 31 der
Exzenterwelle 3 ausgebildeten äußeren konischen Abschnitt 41 auf. Über ein
Verbindungselement 5 ist die Antriebswelle 4 mit
der Exzenterwelle 3 verbunden. Das Verbindungselement 5 ist
derart ausgebildet, dass es einerseits die Antriebskraft von der
Antriebswelle 4 auf die Exzenterwelle 3 übertragen
kann und gleichzeitig eine Verschiebung der Antriebswelle 4 und
der Exzenterwelle 3 achsparallel zueinander ermöglicht. Das
Verbindungselement 5 kann hierzu beispielsweise, wie in 1 dargestellt,
ein doppeltes Schwalbenschwanzprofil aufweisen.
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Durch
die achsparallele Verschiebung der Antriebswelle 4 gegenüber der
Exzenterwelle 3 verändert
sich die Exzentrizität
e und somit die Hublänge
des Pumpenkolbens 21. Die Änderung der Exzentrizität e wird
durch eine Gegenüberstellung
der
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2 und 3 deutlich.
In 2 befindet sich die Antriebswelle 4 in
einer Position weit links und die Achsen der Antriebswelle 4 und
der Exzenterwelle 3 liegen aufgrund der konischen Ausbildung der
Innenlauffläche 31 der
Exzenterwelle 3 und des komplementär ausgebildeten Abschnitts 41 der
Antriebswelle 4, nahe beieinander. Hierdurch ergibt sich eine
geringe Exzentrizität
e sowie eine geringe Hublänge
des Pumpenkolbens 21 und eine damit verbundene geringe
Fördermenge
der Radialkolbenpumpe.
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In 3 ist
die Antriebswelle 4 entlang des Verbindungselements 5 nach
rechts verschoben. Die Verschiebung nach rechts bewirkt, eine achsparallele Verschiebung
der Antriebswelle 4. Der Abstand zwischen den Achsen der
Antriebswelle 4 und der Exzenterwelle 3 vergrößert sich
und die Exzentrizität
e nimmt folglich zu. Dies führt
zu einer größeren Hublänge des
Pumpenkolbens 21 und einer höheren Fördermenge der Radialkolbenpumpe.
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Durch
Verstellen der Hublänge
während
des Pumpenbetriebs kann die Fördermenge
der Radialkolbenpumpe sehr schnell an den tatsächlichen Bedarf angepasst werden.
Eine zusätzliche
Fördermengenregelung
beispielsweise durch ein vorgeschaltetes Volumenstromregelventil
kann entfallen. Die Regelung der Fördermenge durch eine Hublängenverstellung
hat insbesondere den Vorteil, dass die Pumpe unabhängig von
der Fördermenge
immer im Volllastbetrieb fördert.
Die Verstellung der Hubkolbenlänge
durch Verschiebung der Antriebswelle 4 und/oder der Exzenterwelle 3 kann
besonders einfach durch ein elektromagnetisches Proportionalventil,
einen Stellmotor, hydraulisch oder pneumatisch erfolgen. Der Verstellmechanismus
kann über
die Motorsteuerung angesteuert werden.
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Die
erfindungsgemäße Radialkolben
ermöglicht
somit eine schnelle und einfache Anpassung der Fördermenge an den tatsächlichen
Bedarf. zusätzliche
Bauteile wie ein vorgeschaltetes Volumenstromventil können entfallen
und die Pumpe arbeitet unabhängig
von der Fördermenge
stehts im Volllastbetrieb, da der Zylinderraum immer vollständig mit
Flüssigkeit
gefüllt
ist. Hierdurch ergibt sich eine besonders pulsationsarme Förderung.
Die vorgeschlagene Radialkolbenpumpe eignet sich somit insbesondere für Kraftstoffeinspritzsysteme,
bei denen eine pulsationsarme Förderung
die Regelung der Einspritzmenge vereinfacht. Selbstverständlich ist
die erfindungsgemäße Radialkolbenpumpe
aber auch überall
dort vorteilhaft einsetzbar, wo eine wechselnde Fördermenge
auftritt und eine pulsationsarme Förderung gewünscht ist.