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Die
Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe.
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Radialkolbenpumpen
können
starken Beanspruchungen unterliegen, wenn sie beispielsweise als
Hochdruckpumpen für
Drücke
von bis zu 2000 bar eingesetzt werden. Derartige vergleichsweise hohe
Drücke
stellen sowohl hohe Anforderungen an das Material der Radialkolbenpumpe
als auch an deren Konstruktion. Gleichzeitig müssen von derartigen Radialkolbenpumpen
große
Kräfte
aufgenommen werden können.
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Eine
derartige Radialkolbenpumpe ist beispielsweise 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 angeordnet. Die Radialkolbenpumpe
weist drei in einem Abstand von je 120 Grad zueinander angeordnete
Pumpeneinheiten auf. Jede Pumpeneinheit weist einen radial im Pumpengehäuse längs bewegbar
geführten
Pumpenkolben auf. Die einzelnen Pumpenkolben liegen jeweils an einem
Gleitschuh an, der sich über
eine Feder gegen den Hubring abstützt, um so das Mitdrehen des
Hubrings mit der Antriebswelle zu verhindern. Hierzu hat der Hubring eine
der Anzahl der Pumpenkolben entsprechende Zahl von Abflachungen.
Während
des Betriebs der Pumpe führt
der Exzenterabschnitt eine Taumelbewegung aus, durch die es sowohl
zu einer Bewegung in Richtung der Achse des Pumpenkolbens als auch zu
einer Relativbewegung zwischen der Abflachung des Hubrings und der
Gleitfläche
des Gleitschuhs kommt.
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Die
DE 553 122 C1 offenbart
eine Regelung für
Brennstoffein spritzpumpen an Brennkraftmaschinen, bei welchen drei
Regelvorrichtungen zur Änderung
der Einspritzzeit, der Einspritzmenge und der Einspritzgeschwindigkeit
vorgesehen sind, wobei alle drei Regelvorrichtungen zum Einwirken
auf den Pumpenkolben ausgebildet sind.
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In
der
US 2,561,227 A ist
eine Kolbenpumpe offenbart, mit mehreren Pumpeneinheiten. Jede der Pumpeneinheiten
der Vorrichtung weist ein Ventilgehäuse und abschnittsweise aneinander
gereihte und koaxiale Kolbenanordnungen auf, und die Einzelteile dieser
Anordnungen sind austauschbar und einstellbar, um verschiedene Durchsätze und
Drücke
der Kolbenpumpe zu erreichen.
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Die
CH 136728 A offenbart
eine Jauchepumpe mit liegender Zylinderanordnung, automatischer Schmierung
und Ölrückführung.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Hochdruckpumpe zu schaffen, die
auch bei hohen Pumpendrücken
einem geringen Verschleiß unterliegt und
einen zuverlässigen
und präzisen
Betrieb ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch die Merkmale der unabhängigen
Ansprüche.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Die
Erfindung zeichnet sich aus durch eine Radialkolbenpumpe, mit einem
Pumpengehäuse,
einer in dem Pumpengehäuse
angeordneten Antriebswelle, über
die die Radialkolbenpumpe antreibbar ist, und wenigstens einer Pumpeneinheit.
Die Pumpeneinheit hat einen Zylinder, der einen Zylinderraum mit einer
Längsachse
aufweist, in dem ein Pumpenkolben axial bewegbar angeordnet ist,
einen Kreuzkopf und einen Pleuel, über die der Pumpenkolben mit
der Antriebswelle in Wirkverbindung steht, und ein Lagerelement,
das in einem Kleinauge des Pleuels gelagert ist. Der Pleuel ist
relativ zu dem Lagerelement um eine Schwenkachse schwenkbar. In
dem Kreuzkopf ist ein Bolzen formschlüssig angeordnet, der Bolzen
ist bezüglich
der Schwenkachse drehfest mit dem Lagerelement gekoppelt, und der
Bolzen ist so mit dem Pumpenkolben gekoppelt, dass eine Druckkraft
von dem Bolzen auf den Pumpenkolben übertragbar ist. Das Lagerelement
weist eine Lagerelementausnehmung mit einer planen Fläche auf,
und der Bolzen wirkt auf seiner dem Lagerelement zugewandten Seite
mit der planen Fläche
der Lagerelementausnehmung zusammen.
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Durch
die Anordnung des Bolzens in dem Kreuzkopf und der bezüglich der
Schwenkachse drehfesten Kopplung des Bolzens mit dem Lagerelement
ist ein einfacher Aufbau eines Moduls aus Pumpenkolben, Bolzen und
Lagerelement ermöglicht. Pumpenkol ben,
Bolzen und Lagerelement können formschlüssig miteinander
koppelbar sein. Es ist so ein direkter Kraftfluss Pleuel-Lagerelement-Bolzen-Pumpenkolben
möglich.
Der Kreuzkopf kann damit aus einem anderen Material bestehen als
der Bolzen und das Lagerelement, da es mit der erfindungsgemäßen Anordnung
möglich
ist, zu vermeiden, dass die vom Pleuel auf den Pumpenkolben wirkende Druckkraft über den
Kreuzkopf übertragen
wird. Dies ist insbesondere deshalb vorteilhaft, weil bei einem Einsatz
der Radialkolbenpumpe als Hochdruckpumpe, insbesondere für Dieselbrennkraftmaschinen, sehr
hohe Drücke
von ca. 1.800 bar und dementsprechend sehr hohe Druckkräfte auftreten
können. Durch
das Zusammenwirken der dem Lagerelement zugewandten Seite des Bolzens
mit der planen Fläche
der Lagerelementausnehmung ist ermöglicht, dass eine formschlüssige Kopplung
des Bolzens mit dem Lagerelement erreicht wird. Außerdem stellt
diese Anordnung eine einfache Gestaltung der Kopplung Lagerelement-Bolzen
dar.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass die wenigstens eine Pumpeneinheit eine Verschraubung aufweist,
mittels der der Bolzen und der Pumpenkolben mit dem Kreuzkopf gekoppelt
sind. Damit ist eine einfache und zuverlässige Kopplung des Bolzens
und des Pumpenkolbens und dem Kreuzkopf zu einer Baueinheit möglich. Die
Verschraubung kann auch dem Zurückziehen
des Pumpenkolbens im Falle der Bewegung des Kleinauges des Pleuels
weg vom Zylinderraum dienen.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung weist der Bolzen ein Außengewinde und der Kreuzkopf
ein Innengewinde auf. Das Außengewinde
des Bolzens greift zur Kopplung des Bolzens mit dem Kreuzkopf in
das Innengewinde des Kreuzkopfs ein. Damit ist eine sichere Kopplung
des Bolzens mit dem Kreuzkopf ermöglicht.
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Eine
weitere bevorzugte Ausführungsform der
Erfindung sieht vor, dass der Bolzen einen Gewindestift und das
Lagerelement einen Innengewinde aufweist, in das der Gewindestift
des Bolzens zur Kopplung des Bolzens mit dem Lagerelement eingreift.
Damit ist eine sichere Kopplung des Bolzens mit dem Lagerelement
ermöglicht.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung sind der Bolzen und der Pumpenkolben einstückig ausgeführt. Damit
kann eine Einsparung von Bauteilen erreicht werden.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung weist die Pumpeneinheit eine Hülse auf, mittels der der Pumpenkolben
mit dem Lagerelement gekoppelt ist. Dies ermöglicht eine Einsparung von
Bauteilen und eine einfache Montage des Pumpenkolbens mit dem Lagerelement.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung weist der Kreuzkopf eine Entlüftungsbohrung auf, mittels
der ein zwischen dem Zylinder und dem Kreuzkopf angeordneter Zwischenraum
hydraulisch mit einem Raum auf einer dem Zylinder abgewandten Seite
des Kreuzkopfs gekoppelt ist. Damit wird ermöglicht, dass Volumenschwankungen
zwischen dem Kreuzkopf und dem Zylinder ausgleichbar sind. Des Weiteren
können
Leckagen von Fluid, das durch die Radialkolbenpumpe gefördert wird,
und die zwischen Pumpenkolben und Zylinder auftreten, über die
Entlüftungsbohrung
abgeführt werden.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
perspektivische, schematische Ansicht einer Radialkolbenpumpe,
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2 eine
Schnittansicht einer ersten Ausführungsform
der in 1 gezeigten Radialkolbenpumpe,
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3 eine
weitere Schnittansicht durch die Radialkolbenpumpe der 1 entlang
einer Linie III-III' der 2,
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4 einen
Ausschnitt der Radialkolbenpumpe in perspektivischer Ansicht,
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5 einen
Ausschnitt der Radialkolbenpumpe in einer zweiten Ausführungsform
in einer Schnittdarstellung,
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6 einen
Ausschnitt der Radialkolbenpumpe in einer dritten Ausführungsform
in einer Schnittansicht,
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7 einen
Ausschnitt der Radialkolbenpumpe in einer vierten Ausführungsform
in einer Schnittansicht und
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8 einen
Ausschnitt der Radialkolbenpumpe in einer fünften Ausführungsform in einer Schnittansicht.
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Elemente
gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen
Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Die 1 und 2 zeigen
Ansichten einer Radialkolbenpumpe 10 zur Förderung
eines Fluids, mit einem Pumpengehäuse 12, in dem sich
zwei Pumpeneinheiten 13 und 13a befinden, die
zuein ander in einem Winkel von jeweils 90 Grad angeordnet sind.
Die Pumpeneinheiten 13 und 13a können auch in
anderen vorteilhaften Winkelanordnungen angeordnet sein, zum Beispiel
in einem Winkel von jeweils 120 Grad zueinander.
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Die
Radialkolbenpumpe 10 weist zentral eine Antriebswelle 14 auf,
die mit jeweils einem einer der Pumpeneinheiten 13, 13a zugeordneten
Pleuel 16 in Wirkverbindung steht.
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Die
Pumpeneinheiten 13 und 13a sind identisch aufgebaut.
Im Folgenden soll die Pumpeneinheit 13 stellvertretend
auch für
die andere Pumpeneinheit 13a beschrieben werden.
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Wie
in 2 anhand einer ersten Ausführungsform der Radialkolbenpumpe
mit der Pumpeneinheit 13 gezeigt, hat jede der Pumpeneinheiten 13, 13a einen
Pumpenkolben 30, der von der Antriebswelle 14 über den
Pleuel 16 und einen Kreuzkopf 24 angetrieben wird.
Der Pleuel 16 weist ein Großauge 18 sowie ein
Kleinauge 20 auf. Das Großauge 18 des Pleuels 16 ist
mit einer ersten Gleitlagerbuchse 21a versehen, in der
die Antriebswelle 14 um eine Drehachse D drehbar angeordnet
ist. Das Kleinauge 20 des Pleuels 16 ist mit einer
zweiten Gleitlagerbuchse 21b versehen, in der ein Lagerelement 22 angeordnet
ist. Der Kreuzkopf 24 weist eine erste Kreuzkopfausnehmung 25a zur
Aufnahme des Kleinauges 20 des Pleuels 16 und
des Lagerelements 22 auf. Das Lagerelement 22 ermöglicht eine
Kopplung des Pleuels 16 mit dem Kreuzkopf 24,
wobei der Pleuel 16 und der Kreuzkopf 24 durch
die zweite Gleitlagerbuchse 21b besonders reibungsarm relativ
zueinander um eine Schwenkachse S schwenkbar sind.
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Wie
in 2 zu sehen ist, besteht die in dem Pumpengehäuse 12 angeordnete
Pumpeneinheit 13 im Wesentlichen aus einem Zy linder 38,
der einem Zylinderraum 32 mit einer Längsachse L aufweist, dem Pumpenkolben 30,
der axial bewegbar in dem Zylinderraum 32 angeordnet ist,
dem Kreuzkopf 24 und dem Pleuel 16, über die
der Pumpenkolben 30 mit der Antriebswelle 14 in
Wirkverbindung steht und dem Lagerelement 22, das in dem
Kleinauge 20 des Pleuels 16 gelagert ist. In dem
Kreuzkopf 24 ist ein Bolzen 26 formschlüssig angeordnet,
wobei der Bolzen 26 sowohl mit dem Lagerelement 22 als
auch mit dem Pumpenkolben 30 gekoppelt ist. Das Lagerelement 22 weist
eine Lagerelementausnehmung 23 auf (3) mit einer
planen Fläche 27,
wobei der Bolzen 26 auf seiner dem Lagerelement 22 zugewandten Seite
mit der planen Fläche 27 der
Lagerelementausnehmung 23 zusammenwirkt.
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Am
Pumpenkolben 30 ist ein Ring 31 angeordnet. Der
Ring 31 ist fest mit dem Pumpenkolben 30 gekoppelt.
Der Ring 31 kann auch einstückig mit dem Pumpenkolben 30 ausgeführt sein.
Zur Kopplung des Pumpenkolbens 30 mit dem Bolzen 26 weist die
Pumpeneinheit 13 eine Verschraubung 28 auf, mittels
der der Pumpenkolben 30 über den Ring 31 fest
mit dem Bolzen 26 und dem Kreuzkopf 24 gekoppelt
ist.
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Der
Kreuzkopf 24 hat eine Entlüftungsbohrung 29.
Mittels der Entlüftungsbohrung 29 ist
ein zwischen dem Zylinder 38 und dem Kreuzkopf 24 angeordneter
Zwischenraum 46 hydraulisch mit einem Raum auf einer dem
Zylinder 38 abgewandten Seite des Kreuzkopfs 24,
insbesondere der ersten Kreuzkopfausnehmung 25a gekoppelt.
Damit ist es möglich,
einen Ausgleich von Volumenschwankungen in dem Zwischenraum 46 zwischen
Zylinder 38 und Kreuzkopf 24 zu ermöglichen.
Außerdem
können
Leckagen von Fluid, das durch die Radialkolbenpumpe gefördert wird,
und die zwischen Pumpenkolben 30 und Zylinder 38 auftreten, über die
Entlüftungsbohrung 29 abgeführt werden.
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Um
den Zylinderraum 32 leicht mit Fluid befüllen zu
können,
weist dieser eine Zylinderraumzulaufleitung 33 auf, in
der vorzugsweise ein Zylinderraumeinlassventil 34 angeordnet
ist. Das Zylinderraumeinlassventil 34 erleichtert die Befüllung des
Zylinderraums 32 und verhindert beim Befüllen das
Zurückströmen des
Fluids aus der Zylinderraumzulaufleitung 33. Der Zylinderraum 32 weist
weiter eine Zylinderraumablaufleitung 35 und ein in dieser
angeordnetes Zylinderraumauslassventil 36 auf. Damit kann
Fluid aus dem Zylinderraum 32 ausgestoßen werden.
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Im
Folgenden soll die Funktionsweise der ersten Ausführungsform
der Radialkolbenpumpe gemäß der 2 und 3 beschrieben
werden:
Im Ausgangszustand soll sich der Pumpenkolben 30 in
einer Position in der Pumpeneinheit 13 befinden, in der
er einen mittleren Abstand zur Antriebswelle 14 aufweist,
wie dies in 2 dargestellt ist.
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Durch
eine Drehbewegung der Antriebswelle 14 um eine Drehachse
D in eine Drehrichtung R gegen den Uhrzeigersinn wird das Kleinauge 20 des Pleuels 16 von
dem Zylinderraum 32 wegbewegt. Über das Lagerelement 22 wird
der Kreuzkopf 24 bei dieser Bewegung mitgenommen, wodurch
wegen der durch die Verschraubung 28 bestehenden festen Kopplung
zwischen dem Kreuzkopf 24 einerseits und dem Bolzen 26 und
dem Pumpenkolben 30 andererseits der Pumpenkolben 30 in
Richtung der Längsachse
L des Zylinderraums 32 vom Pumpengehäuse 38 wegbewegt wird.
Die Kraftübertragung
von dem Kreuzkopf 24 erfolgt hierbei über die Verschraubung 28 auf
den Pumpenkolben 30. Da der Druck im Zylinderraum 32 in
dieser Betriebsphase der Radialkolbenpumpe 10 und damit
auch die Druckkräfte
auf den Pumpenkolben 30 in diesem Betriebsfall relativ gering
sind, sind auch die Kräfte
zwischen dem Lagerelement 22 und dem Pumpenkolben 30 und
damit die Belastung des Kreuzkopfs 24 relativ gering.
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Durch
die Bewegung des Pumpenkolbens 30 wird der Zylinderraum 32 vergrößert und über das als
Rückschlagventil
ausgebildete Zylinderraumeinlassventil 34 und die Zylinderraumzulaufleitung 33 mit
Fluid befüllt.
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Im
Weiteren wird durch die Drehbewegung der Antriebswelle 14 in
Drehrichtung R gegen den Uhrzeigersinn das Kleinauge 20 des
Pleuels 16 wieder in Richtung auf den Zylinder 38 hinbewegt.
Die Kraft wird vom Lagerelement 22 über den Bolzen 26 direkt
auf den Pumpenkolben 30 übertragen, wodurch eine direkte
Druckbeaufschlagung des Zylinderraums 32 und damit eine
Verdichtung des in dem Zylinderraum 32 befindlichen Fluids
erfolgt. Da hierbei Drücke
von bis zu 2000 bar im Zylinderraum 32 auftreten können, sind
die dabei entstehenden Kräfte zwischen
Lagerelement 22 und Pumpenkolben 30 sehr hoch.
Da diese jedoch nicht über
den Kreuzkopf 24 geführt
werden, kann dieser aus einem anderen Material bestehen als das
Lagerelement 22 und der Pumpenkolben 30. Es ist
so möglich,
für den
Kreuzkopf vorzugsweise ein Leichtmetall zu verwenden. Dies ermöglicht eine
kostengünstige
Ausführung
des Kreuzkopfs.
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Das
komprimierte Fluid kann im Anschluss an den Kompressionshub über die
Zylinderraumablaufleitung 35 und das nun geöffnete Zylinderraumauslassventil 36 ausgestoßen werden.
Handelt es sich bei der Radialkolbenpumpe beispielsweise um eine
Kraftstoffhochdruckpumpe einer Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine,
so kann das mit hohem Druck beaufschlagte Flu id zu einem Hochdruckkraftstoffspeicher,
dem so genannten Common Rail, gelangen.
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In 5 ist
ein Ausschnitt aus der Radialkolbenpumpe 10 in einer zweiten
Ausführungsform
gezeigt. Da die zweite Ausführungsform
im wesentlichen der ersten Ausführungsform
entspricht, werden im Folgenden nur die Merkmale der zweiten Ausführungsform
der Radialkolbenpumpe 10 beschrieben, durch die sich die
zweite Ausführungsform
der Radialkolbenpumpe 10 von der ersten Ausführungsform (siehe
insbesondere 3) unterscheidet.
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Wie
in 5 zu sehen, weist der Bolzen 26 ein Außengewinde 40 und
der Kreuzkopf 24 ein dem Außengewinde 40 entsprechendes
Innengewinde auf. Das Außengewinde 40 des
Bolzens 26 greift in das Innengewinde des Kreuzkopfs 24 ein,
wodurch der Bolzen 26 und der Kreuzkopf 24 fest
miteinander gekoppelt sind und eine sicherere Kopplung des Bolzens 26 mit
dem Kreuzkopf 24 ermöglicht
ist.
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6 zeigt
einen Ausschnitt einer dritten Ausführungsform der Radialkolbenpumpe.
Auch hier werden nur die Merkmale beschrieben, durch die sich die
dritte Ausführungsform
der Radialkolbenpumpe 10 von der ersten Ausführungsform
unterscheidet. Der Bolzen 26 weist einen Gewindestift 42 auf
und das Lagerelement 22 hat ein entsprechendes Innengewinde.
Der Gewindestift 42 des Bolzens 26 greift in das
Innengewinde des Lagerelements 22 ein, wodurch eine gute
Fixierung des Bolzens 26 an dem Lagerelement 22 und
damit eine gute Kraftübertragung zwischen
dem Lagerelement 22 und dem Bolzen 26 ermöglicht ist.
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7 zeigt
einen Ausschnitt aus der Radialkolbenpumpe in einer vierten Ausführungsform.
Es werden wieder nur die Merkmale beschrieben, durch die sich die
vierte Ausführungsform
der Radialkolbenpumpe 10 von der ersten Ausführungsform
unterscheidet. Der Pumpenkolben 30 ist hier einstückig mit
dem Bolzen ausgeführt.
Der Pumpenkolben 30 liegt mit dem Ring 31 auf
der planen Fläche 27 des Lagerelements 22 auf
und wird durch die Verschraubung 28 mit einem Außengewinde 43,
die in einer zweiten Kreuzkörperausnehmung 25b ausgebildet ist,
mit dem Lagerelement 22 gekoppelt. Damit ist zum einen
eine direkte Kopplung des Lagerelements 22 mit dem Pumpenkolben 30 und
damit eine direkte Kraftübertragung
zwischen dem Lagerelement 22 und dem Pumpenkolben 30 ermöglicht.
Zum anderen kann ein Bauteil eingespart werden.
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In 8 ist
ein Ausschnitt aus der Radialkolbenpumpe mit einer fünften Ausführungsform
der Radialkolbenpumpe gezeigt. Der Pumpenkolben 30 ist
zusammen mit dem Bolzen einstückig
ausgeführt und
liegt mit dem Ring 31 auf der planen Fläche 27 des Lagerelements 22 auf.
In der zweiten Kreuzkopfausnehmung 25b ist eine Hülse 44 eingepresst, durch
die der Pumpenkolben 30 mit dem Lagerelement 22 fest
gekoppelt ist. Die eingepresste Hülse 44 ermöglicht eine
einfache Montage bei der Kopplung des Pumpenkolbens 30 mit
dem Lagerelement 22 und damit eine kostengünstige Lösung. Darüber hinaus
stellt die Hülse 44 ein
einfaches Bauteil zur Kopplung des Pumpenkolbens 30 mit
dem Lagerelement 22 dar.