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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffförderung
bei einem Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine, umfassend
eine in einem Pumpengehäuse drehbar gelagerte Antriebswelle
mit einem exzentrisch ausgebildeten Wellenabschnitt, auf welchem
ein Stössel gleitend gelagert ist, welcher mit mindestens
einem Kolbenfuß eines Kolbens zusammenwirkt, der bezüglich
der Antriebswelle radial, zur Hin- und Herbewegung in Richtung einer
Kolbenachse, in einem jeweiligen Zylinderraum angeordnet ist.
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Bei
bekannten Radialkolbenpumpen dieser Art besitzt der Stössel
einen ringförmig um den exzentrischen Wellenabschnitt herum
geschlossenen Stösselquerschnitt. Eine derartige Radialkolbenpumpe
ist beispielsweise aus der
DE
198 14 505 A1 bekannt. Die bekannte Pumpe umfasst einen
Stösselring, der auf einem exzentrisch ausgebildeten Wellenabschnitt
einer Antriebswelle gleitend gelagert ist und bei einer Drehung
der Antriebswelle mit drei Kolbenfüßen von drei
Kolben zusammenwirkt, um diese Kolben jeweils zur Hin- und Herbewegung
in Richtung einer jeweiligen Kolbenachse (entgegen der Kraft einer
Rückstellfeder) anzutreiben. Die drei Kolbenachsen verlaufen
bezüglich der Antriebswelle radial, wobei einander benachbarte
Kolbenachsen jeweils um 120° zueinander winkelversetzt
sind. Bei einem in dieser Veröffentlichung beschriebenen
ersten Ausführungsbeispiel ist der Stösselquerschnitt
im Wesentlichen kreisringförmig, jedoch mit drei Abflachungen
am äußeren Umfang, an denen die Zusammenwirkung
mit den Kolbenfüßen stattfindet. Bei einem zweiten
Ausführungsbeispiel ist der Stösselquerschnitt
kreisringförmig.
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Bei
der bekannten Pumpe wird die Rotationsbewegung der Antriebswelle über
den Stösselring in eine translatorische Bewegung der Pumpkolben
umgeformt. Da der Stösselring einer seits die hydraulischen
Kräfte der Pumpe aufnehmen muss und dadurch belastet wird
und andererseits gewissen tribologischen Anforderungen genügen
muss, muss das Design des Stösselrings entsprechend stabil bzw.
massiv ausgeführt sein. Dies gilt insbesondere dann, wenn
die Radialkolbenpumpe als Hochdruckpumpe in einem Kraftstoffeinspritzsystem
vorgesehen ist und beispielsweise einen Kraftstoffdruck von mehr
als 100 bar, insbesondere mehr als 1000 bar liefern soll. Derartige
Drücke werden beispielsweise üblicherweise bei
Speichereinspritzsystemen (z. B. "Common Rail") verlangt.
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Ein
weiteres Problem bei Radialkolbenpumpen dieser Art ist die durch
den exzentrisch ausgebildeten Wellenabschnitt samt darauf gelagertem
Stössel hervorgerufene Unwucht. Für Radialkolbenpumpen
zur Hochdruck-Kraftstoffförderung bei einem Kraftstoffeinspritzsystem
einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs wird es immer üblicher,
die Pumpenantriebswelle im Wesentlichen ohne Untersetzung, insbesondere
1:1 mit der Motordrehzahl anzutreiben. Insbesondere in diesem Fall
kann die Unwucht bei erhöhten Drehzahlen der Pumpenantriebswelle
sehr große Massenträgheitskräfte verursachen.
Diese Kräfte treten in erster Linie im Bereich des Exzenterabschnitts
der Antriebswelle sowie des Stössels auf, bedeuten jedoch
auch für andere Bauteile eine mehr oder weniger hohe Belastung.
Außerdem hat die konstruktionsbedingte Unwucht mehr oder
weniger große Auswirkungen auf die Laufruhe der Pumpe.
Beispielsweise können Anbau- und Befestigungskomponenten
einer erheblichen dynamischen Belastung unterliegen, die im Extremfall
sogar zum Versagen solcher Bauteile führen kann. Eine unangenehme
Begleiterscheinung stellt die durch Vibrationen bzw. Schwingungen
erzeugte akustische Belastung dar. Schließlich kann die
Unwucht auch noch den Verschleiß der in den Pumpen vorgesehenen
Lagereinrichtungen (z. B. Gleitlager) erheblich vergrößern.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einer Radialkolbenpumpe
der eingangs genannten Art die im Betrieb auftretenden Massenträgheitskräfte
zu reduzieren, um damit beispielsweise die Leistungseigenschaften
und/oder die Lebensdauer der Pumpe zu erhöhen.
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Gemäß eines
ersten Aspekts der Erfindung wird diese Aufgabe bei einer Radialkolbenpumpe, deren
Stössel einen ringförmig um den exzentrischen Wellenabschnitt
geschlossen verlaufenden Stösselabschnitt besitzt, dadurch
gelöst, dass der Stösselquerschnitt in wenigstens
einer bezüglich der Kolbenachse winkelversetzten radialen
Richtung betrachtet eine Querschnittsdicke besitzt, die kleiner
als die in Richtung der Kolbenachse betrachtete Querschnittsdicke
ist. Alternativ oder zusätzlich kann gemäß dieses
ersten Erfindungsaspekts vorgesehen sein, dass für die
Radialkolbenpumpe mit mehreren in Umfangsrichtung verteilt angeordneten
Kolben die in radialer Richtung betrachtete Querschnittsdicke des
Stösselquerschnitts lokale Minima in den in Umfangsrichtung
betrachtet zwischen zwei benachbarten Kolbenachsen befindlichen
Stösselbereichen aufweist.
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Für
diesen Aspekt der Erfindung ist wesentlich, dass der als Stösselring
ausgebildete Stössel gewissermaßen "masseoptimiert"
gestaltet ist. In wenigstens einer bezüglich der Kobenachse
winkelversetzten radialen Richtung ist eine vergleichsweise kleine
Querschnittsdicke vorgesehen, was in diesem Bereich die Masse des
Stösselrings vorteilhaft reduziert. Es hat sich herausgestellt,
dass die mit einer solchen Massereduzierung einhergehende Verringerung
der mechanischen Stabilität in der Praxis in Kauf genommen
werden kann, da in den bezüglich der Kolbenachse winkelversetzten
radialen Richtungen bzw. in den Bereichen zwischen zwei benachbarten Kolbenachsen
(bei einer Pumpe mit mehreren Kolben) eine besonders hohe Stabilität
gar nicht benötigt wird. Die im Betrieb auftretende Belastung
des Stösselrings konzentriert sich vielmehr auf die kolbenachsennahen
Bereiche des Stösselrings. In davon entfernten Bereichen
wird der Stösselring vergleichsweise wenig beansprucht.
Die erfindungsgemäße Massereduzierung in diesem
Bereich verursacht in der Praxis daher keine nennenswerten Nachteile.
Es verbleibt vielmehr der Vorteil einer Reduzierung der im Pumpenbetrieb
um die Antriebswelle herum rotierenden Masse und somit der unwuchtbedingten
Massenträgheitskräfte.
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In
einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Radialkolbenpumpe
zwei Kolben aufweist, die um 180° winkelversetzt zueinander,
also bezüglich der Antriebswelle in radial einander entgegengesetzte
Richtungen angeordnet sind. Der für eine solche 2-Kolben-Pumpe
vorgesehene Stösselring kann in einfacher Weise z. B. dadurch
hergestellt sein, dass ein Rundmaterial am Außenumfang
an vier Stellen (alle 90°) abgeflacht wird (z. B. durch
Fräsen, Schleifen etc.). Alternativ kann als Kolbenring
ein Abschnitt eines Rechteckprofilmaterials (z. B. Vierkantstab,
beispielsweise von quadratischem Querschnitt) verwendet werden.
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In
einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die
Radialkolbenpumpe drei Kolben aufweist, die um jeweils 120° zueinander
versetzt in verschiedenen radialen Richtungen angeordnet sind. In diesem
Fall kann der Stösselring beispielsweise ausgehend von
einem Rundmaterial gefertigt werden, welches an sechs Stellen (wieder äquidistant
in Umfangsrichtung verteilt) abgeflacht wird. Alternativ könnte
hierfür z. B. ein Sechskantstab als Ausgangsmaterial verwendet
werden.
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Gemäß eines
zweiten Aspekts der Erfindung wird die obige Aufgabe dadurch gelöst,
dass der Stössel einen nur teilweise um den exzentrischen Wellenabschnitt
verlaufenden Stösselquerschnitt besitzt.
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Bei
diesem zweiten Erfindungsaspekt ist die gemäß des
ersten Erfindungsaspekts vorgesehene Massereduzierung gewissermaßen
"auf die Spitze getrieben". Ab einem bestimmten Winkelversatz bezüglich
der Kolbenachse ist die Querschnittsdicke nicht nur reduziert sondern
der Stössel endet dort. Die Radialkolbenpumpe gemäß dieses
zweiten Erfindungsaspekts weist also keinen Stösselring
auf, sondern einen oder mehrere Stössel entsprechend der Anzahl
an Kolben.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform verläuft der
Stösselquerschnitt über etwa 1/5 bis 1/3 des Umfangs
des exzentrischen Wellenabschnitts. In einer Ausführungsform
ist beispielsweise vorgesehen, dass der Stösselquerschnitt über
etwa 1/4 dieses Umfangs verläuft.
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Ein
vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung eines Stössels
für eine Radialkolbenpumpe gemäß des
zweiten Erfindungsaspekts umfasst die Schritte:
- – Fertigung
eines Stösselrings, und
- – Auftrennung des Stösselrings an wenigstens zwei
Stellen zur Bereitstellung von wenigstens zwei Stösseln
als Fragmente des Stösselrings.
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In
einer bevorzugten Weiterbildung ist hierbei die Ausbildung von Sollbruchstellen
am Stösselring vorgesehen, an welchen die Auftrennung des Stösselrings
durch Brechen desselben erfolgt.
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Bevorzugt
wird der Stössel als ein Fragment eines zuvor hergestellten,
mit einer Mittelbohrung versehenen Rings ausgebildet.
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Für
eine 2-Kolben-Pumpe gemäß des zweiten Erfindungsaspekts
werden zwei Stössel benötigt. Zu deren Herstellung
bietet es sich an, einen mit einer Mittelbohrung vorgefertigten
Stösselring in vier gleichgroße Fragmente aufzutrennen,
insbesondere an Sollbruchstellen zu brechen. Die daraus resultierenden
vier Fragmente des Stösselrings können sodann
zur Ausstattung von zwei Pumpen verwendet werden.
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Für
eine 3-Kolben-Pumpe werden drei Stössel benötigt.
Zur Herstellung dieser Stössel kann beispielsweise wieder
vorgesehen sein, einen vorgefertigten Stösselring in vier
Fragmente aufzutrennen. In diesem Fall werden dementsprechend drei Stösselringe
zur Herstellung von vier Pumpen benötigt. Alternativ kann
ein Stösselring z. B. in drei oder sechs Fragmente aufgetrennt
werden, um dementsprechend eine bzw. zwei Pumpen mit diesen Fragmenten
auszustatten.
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Die
Fertigung des Stössels im Rahmen der Herstellung einer
Radialkolbenpumpe ungeachtet dessen, ob es sich um eine Pumpe gemäß des
ersten oder zweiten Erfindungsaspekts handelt, kann auch dadurch
bewerkstelligt werden, dass der Stössel nicht mehr wie
bisher üblich durch aufwendige Nachbearbeitung eines Rohmaterials
(z. B. Rundstab oder Vierkantstab) sondern als Schmiedeteil gefertigt
wird. Bei einer solchen Ausführung als Schmiedeteil kann
vorteilhaft die Formgestaltung des Stössels im Wesentlichen
bereits durch den Schmiederohling definiert sein. In der Regel ist
dann nur mehr eine Nachbearbeitung der "Funktionsflächen"
erforderlich. Wenn das Schmiedeteil als in der Pumpe zu verwendender
Stösselring vorgesehen ist, so werden Funktionsflächen
vom Innenumfang des Stösselrings (Mittelbohrung) sowie
einer oder mehrerer Gleitflächen am Außenumfang
(zur Zusammenwirkung mit einem oder mehreren Kolbenfüßen)
gebildet. Falls ein geschmiedeter Stösselring gemäß des
zweiten Erfindungsaspekt in mehrere Fragmente aufgetrennt wird,
so kann eine Nachbearbeitung der entsprechenden Funktionsflächen
vor und/oder nach der Auftrennung erfolgen. Hierbei ist es zweckmäßig,
vor der Auftrennung zumindest die Mittelbohrung zu bearbeiten.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass
der Stössel einen ebenen Außenflächenbereich
für die Zusammenwirkung mit einer ebenen Kolbenfußfläche
besitzt.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Stössel
aus Hartmetall oder Keramik gebildet ist. Damit einhergehend geben
sich auch völlig neue Perspektiven bezüglich der
Reibpaarung zwischen dem Stössel und dem betreffenden Kolbenfuß bzw.
Gleitschuh.
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Die
Erfindung eignet sich insbesondere zur Anwendung bei einer Hochdruckpumpe
eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine in einem
Kraftfahrzeug, insbesondere für ausgangsseitig bereitzustellende
Kraftstoffdrücke von mehr als 100 bar, insbesondere mehr
als 1000 bar. Hierbei kann vorgesehen sein, dass die Antriebswelle
der Pumpe mit der Motordrehzahl (Kurbelwellendrehung) angetrieben
wird.
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Die
Erfindung betrifft vorrangig die Gestaltung des Exzentertriebs.
Insofern spielt die Gestaltung der übrigen Pumpenkomponenten
(z. B. Pumpkolben, Zylinderräume, Pumpengehäuse,
Einlass- und Auslassventile etc.) im Rahmen der Erfindung eine untergeordnete
Rolle. Vorteilhaft kann diesbezüglich auf an sich bekannte
Konstruktionen zurückgegriffen werden. Der oder die Kolben
können z. B. in einfacher Weise mit einem zylindrischen
Kolbenkorpus ausgebildet sein. Der Kolbenfuß kann einstückig mit
dem Kolbenkorpus ausgebildet sein oder auch als separates Bauteil
vorgefertigt und am Kolbenkorpus befestigt sein. In an sich bekannter
Weise kann der Kolbenfuß im Vergleich zum Kolbenkorpus
in den Querabmessungen (z. B. Durchmesser) vergrößert sein
("Pilzkolben").
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Der
Stössel besitzt bevorzugt eine im Wesentlichen einheitliche
Dicke oder zumindest einen bezüglich einer Mittelebene
symmetrischen Dickenverlauf.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen
mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben.
Es stellen dar:
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1 eine
Schnittansicht einer Radialkolbenpumpe nach herkömmlicher
Bauart,
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2 eine
Seitenansicht eines Stösselrings der Pumpe von 1,
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3 eine
Schnittansicht einer Radialkolbenpumpe gemäß eines
Ausführungsbeispiels der Erfindung,
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4 eine
Seitenansicht eines Stösselrings der Pumpe gemäß einer
modifizierten Ausführungsform,
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5 eine
Seitenansicht eines Stösselrings gemäß einer
weiteren modifizierten Ausführungsform, und
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6 eine
Seitenansicht eines Stösselrings, der zur Fertigung von
vier einzelnen Stösseln durch Auftrennen des Stösselrings
vorgesehen ist.
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1 veranschaulicht
den prinzipellen Aufbau einer Radialkolbenpumpe 10 zur
Hochdruck-Kraftstoffförderung bei einem Kraftstoffeinspritzsystem
einer Brennkraftmaschine.
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Die
Pumpe 10 umfasst eine in einem Pumpengehäuse 12 drehbar
gelagerte Antriebswelle, von welcher in der Figur ein exzentrisch
ausgebildeter Wellenabschnitt 14 zu erkennen ist, der nachfolgend auch
als "Exzenterabschnitt" bezeichnet wird.
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Auf
dem zylindrisch ausgebildeten Exzenterabschnitt 14 ist
ein Stösselring 16 gleitend gelagert. Der aus
der Figur ersichtliche Stösselquerschnitt verläuft
ringförmig um den Exzenterabschnitt 14 herum und
besitzt die Form eines an zwei einander entgegengesetzten Stellen
abgeflachten Kreisrings (vgl. auch 2).
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Der
Stösselring 16 lässt sich gedanklich
in vier Bereiche 16-1, 16-2, 16-3 und 16-4 zerlegen,
von denen die Bereiche 16-1 und 16-2 am Außenumfang ebene
Funktionsflächen ausbilden, mit denen der Stösselring 16 im
Betrieb der Pumpe 10 mit Kolbenfüßen 18-1 und 18-2 zusammenwirkt,
um damit verbundene zylindrische Pumpkolben 20-1 bzw. 20-2 anzutreiben.
Die beiden Kolben 20-1 und 20-2 sind bezüglich
der Antriebswelle radial, zu einander um 180° versetzt,
in Richtung einer jeweiligen Kolbenachse, in einem jeweiligen Zylinderraum 22-1 bzw. 22-2 angeordnet.
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Eine
im Betrieb erfolgende Taumelbewegung des Exzenterabschnitts 14 wird
somit über den Stösselring 16 in eine
entsprechende Hin- und Herbewegung der beiden Kolben 20-1 und 20-2 in
Richtung der jeweiligen Kolbenachsen umgesetzt. Die Rückstellung
der Kolben, also deren Bewegung in Richtung auf das Zentrum des
Pumpengehäuses 12, erfolgt in an sich bekannterweise
durch Rückstellfedern 24-1 bzw. 24-2.
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Um
erstens eine ausreichende Steifigkeit des Stösselrings 16 und
zweitens eine ausreichende Größe der in den Bereichen 16-1 und 16-2 befindlichen
Gleitflächen des Stösselrings 16 gewährleisten zu
können, wurde der Stösselring 16 aus
einem Rundmaterial (Abschnitt eines Rundprofils) mit relativ großem
Außendurchmesser hergestellt.
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Nachteilig
sind bei der dargestellten Konstruktion die im Pumpenbetrieb auftretenden
Massenträgheitskräfte, die sich aufgrund der Unwucht
ergeben.
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Nachfolgend
werden mit Bezug auf die 3 bis 6 Ausführungsbeispiele
einer Radialkolbenpumpe bzw. der darin verwendbaren Stössel
beschrieben, bei welchen die im Betrieb auftretenden Massenträgheitskräfte
vorteilhaft verringert sind. Bei dieser Beschreibung von weiteren
Ausführungen werden für gleichwirkende Komponenten
die gleichen Bezugszahlen verwendet, jeweils ergänzt durch einen
kleinen Buchstaben zur Unterscheidung der Ausführungsform.
Dabei wird im Wesentlichen nur auf die Unterschiede zu dem bzw.
den bereits beschriebenen Ausführungsbeispielen eingegangen und
im Übrigen hiermit ausdrücklich auf die Beschreibung
vorangegangener Ausführungsbeispiele verwiesen.
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3 zeigt
eine Radialkolbenpumpe 10a, die wie die oben beschriebene
Pumpe 10 als eine 2-Kolben-Pumpe ausgebildet ist und einen
Stösselring 16a zum Antrieb von zwei Kolben 20a-1 und 20a-2 aufweist.
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Im
Unterschied zu der oben beschriebenen Pumpe 10 ist der
Stösselring 16a zur Reduzierung "unnötiger
Masse" derart formgestaltet, dass die in radialer Richtung betrachtete
Querschnittsdicke des Stösselquerschnitts lokale Minima
in den "Zwischenbereichen" 16a-3 und 16a-4 aufweist.
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In
der dargestellten Ausführungsform einer 2-Kolben-Pumpe
ist der Stösselring 16a aus einem im Querschnitt
quadratischem Vierkantmaterial hergestellt, welches an den vier
Ecken noch nachträglich abgeflacht wurde. Mit dieser Formgestaltung
des Stösselrings 16a werden großflächige
Funktionsflächen zur Zusammenwirkung mit Kolbenfüßen 18a-1 und 18a-2 bei
gleichzeitig reduzierter Stösselmasse geschaffen.
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4 zeigt
ein Ausführungsbeispiel eines anderen, beispielsweise in
einer Pumpe der in 3 dargestellten Art verwendbaren
Stösselrings 16b. Im Unterschied zu dem oben beschriebenen
Stösselring 16 besitzt der Querschnitt des Stössels 16b in
den "Zwischenbereichen" 16b-3 und 16b-4 in einer
bezüglich der Kolbenachsen orthogonalen Richtung betrachtet
eine Querschnittsdicke, die kleiner als die in Richtung der Kolbenachsen
betrachtete Querschnittsdicke in den "Funktionsbereichen" 16b-1 und 16b-2 ist.
In letzteren Bereichen ist somit die Masse des Stösselrings 16b verringert,
was wiederum die im Betrieb auftretenden Massenträgheitskräfte
verringert.
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Dieser
durch die Formgestaltung des Stösselrings 16b erzielte
Vorteil sei nochmals anhand eines Vergleichs der 2 und 4 erläutert:
In 2 sind
die in Richtung der Kolbenachsen betrachteten Querschnittsdicken
des Stösselrings 16 mit d1 und d2 bezeichnet (d1
= d2). Aufgrund der Abflachungen in den Funktionsbereichen 16-1 und 16-2 ergibt
sich orthogonal dazu betrachtet in den Zwischenbereichen 16-3 und 16-4 jeweils
eine größere Querschnittsdicke d3 bzw. d4 (d3
= d4). Die ebenen Flächen am Außenumfang des Stösselrings
in den Funktionsbereichen 16-1 und 16-2 dienen
als Gleitflächen für die Kolbenfüße
bzw. für an den inneren Kolbenenden aufgesetzte Gleitschuhe.
Die Steifigkeit bzw. Stabilität des Stösselrings 16 wird
maßgeblich durch die Querschnittsdicken d1 und d2 bestimmt.
Die demgegenüber größeren Dicken d3 bzw. d4
in den Zwischenbereichen 16-3 und 16-4 sind für die
Stabilität von untergeordneter Bedeutung.
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Bei
dem in 4 dargestellten Stösselring 16b sind
die entsprechenden Querschnittsdicken in den vier Bereichen 16b-1 bis 16b-4 ebenfalls
eingezeichnet und mit db1 bis db4 bezeichnet. Anders als bei dem
herkömmlichen Stösselring 16 sind bei
dem Stösselring 16b die Querschnittsdicken db3
und db4 (db3 = db4) in den Zwischenbereichen kleiner als die Querschnittsdicken
db1 und db2 (db1 = db2) in den Funktionsbereichen.
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In
den Zwischenbereichen 16b-3 und 16b-4 ist somit
eine vorteilhafte Massenreduktion realisiert. Die Bereiche 16b-3 und 16b-4 fungieren
als "massenreduzierte Verbindungsstege".
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Abweichend
vom dargestellten Ausführungsbeispiel könnten
diese beiden Seiten des Stösselrings 16b sogar
so weit reduziert werden, dass nur noch relativ dünne Verbindungsstege übrig
bleiben, welche die beiden Gleitflächenbereiche 16b-1 und 16b-2 gerade
noch "zusammenhalten".
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Für
die Herstellung des Stösselrings 16b kann ein
an vier Seiten abgeflachtes Rundmaterial verwendet werden (vgl.
gestrichelte Linie in 4). Alternativ kann z. B. ein
Vierkant-Stabmaterial bzw. ein Abschnitt davon verwendet werden.
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Mit
den in den 3 und 4 dargestellten Designs
ist es in der Praxis ohne weiteres möglich, das Gewicht
des Stösselrings um einige 10% zu reduzieren. Da im Betrieb
der Pumpe die Zentrifugalkraft linear von der rotierenden Masse
abhängt, bedeutet dies eine Reduzierung der Zentrifugalkraft
um den gleichen prozentualen Anteil.
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Eine
weitere Reduzierung der Masse lässt sich dadurch erzielen,
dass der Stösselring nicht wie bisher üblich aus
Stahl hergestellt wird sondern aus einem weniger dichten Material.
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Als
besonders vorteilhaft hat sich in dieser Hinsicht beispielsweise
die Verwendung einer Keramik oder eines Hartmetalls herausgestellt.
Diese Werkstoffe haben, neben dem Vorteil einer geringeren Dichte,
auch noch den Vorteil eines höheren E-Moduls. Die damit
verbundene Steifigkeitserhöhung kann wiederum dazu genutzt
werden, den Stösselring auch in dem oder den Funktionsbereichen (vgl.
z. B. 16a-1 und 16a-2 in 3 oder 16b-1 und 16b-2 in 4)
dünner zu gestalten, was wiederum Gewichtsersparnis bedeutet.
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5.
veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel eines
Stösselrings 16c, der im Unterschied zu dem Stösselring 16b von 4 an
den beiden Zwischenbereichen 16c-3 und 16c-4 nicht
zur Ausbildung von ebenen Seitenflächen abgeflacht wurde,
sondern bei welchen diese Seitenflächen im Querschnitt
betrachtet konkav gekrümmt sind. Durch diese Maßnahme
verbleibt in den Funktionsbereichen 16c-1 und 16c-2 vorteilhaft
eine vergleichsweise hohe Stabilität und eine große
Gleitfläche (zur Zusammenwirkung mit den betreffenden Kolbenfüßen).
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Alternativ
zu den oben erläuterten Herstellungsmethoden für
Stösselringe der mit den 2 und 4 veranschaulichten
Geometrie können solche Stösselringe beispielsweiße
auch als Schmiedeteil unter Verwendung eines "endkonturnahen" Schmiederohlings
gefertigt werden. Bei einem geschmiedetem Stösselring können
die Innenumfangsfläche so wie die äußeren
Gleitflächen noch nachbearbeitet (z. B. geschliffen) werden,
um Fertigungstoleranzen in diesen Bereichen zu minimieren.
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Bei
den bis hierher beschriebenen Ausführungsbeispielen besitzt
die Radialkolbenpumpe einen als Stösselring ausgebildeten
Stössel, dessen Stösselquerschnitt ringförmig
um den Exzenterabschnitt der Antriebswelle herum geschlossen verläuft.
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In
einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen,
dass der Stössel einen nur teilweise um den Exzenterabschnitt
verlaufenden Stösselquerschnitt besitzt. Bei einer 2-Kolben-Pumpe sind
dementsprechend zwei separate Stössel, bei einer 3-Kolben-Pumpe
drei separate Stössel usw. vorzusehen. Diese Ausführungsform
lässt sich gedanklich als eine Weiterbildung der oben erläuterten
Massereduzierung betrachten, bei welcher die Stösselquerschnittsdicke
in einer bezüglich der Kolbenachse winkelversetzten radialen
Richtung auf Null reduziert ist.
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Ein
für diese Ausführungsform besonders vorteilhaftes
Fertigungsverfahren veranschaulicht 6.
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6 zeigt
einen vorgefertigten Stösselring 16d, aus welchem
durch eine Auftrennung (hier: Brechen entlang von Sollbruchstellen 30, 32, 34, 36)
vier einzelne Stössel 16d', 16d'', 16d''' und 16d'''' als Fragmente
des ursprünglichen Stösselrings 16d bereitgestellt
werden.
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Im
dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Sollbruchstellen 30 bis 34 durch
in 6 ersichtliche Einkerbungen am Außenumfang
des Stösselrings 16d definiert.
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Vor
dem Auftrennen des Stösselrings 16d erfolgt bevorzugt
bereits eine Bearbeitung (z. B. Schleifen) der späteren
Funktionsflächen.
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Dieses
Herstellungsverfahren, bei welchem mehrere Stössel durch
Auftrennen eines vorgefertigten Stösselrings gebildet werden,
ist insbesondere bei Verwendung von Werkstoffen interessant, die
besonders teuer und/oder teuer zu bearbeiten sind (z. B. Keramik
oder Hartmetall).
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Das
beschriebene Verfahren kommt mit einem minimalen Material- und Bearbeitungsaufwand aus.
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Beispielsweise
kann als Ausgangsteil aus Keramik oder Hartmetall ein Stösselring
mit mehreren Gleitflächen am Außenumfang geschliffen
werden. Die Anzahl der Gleitflächen, die auf einem Stösselring
untergebracht werden können, richtet sich hierbei unter
anderem nach dem benötigten Durchmesser des Gleitlagers
und dem benötigten Hub bzw. Gleitweg.
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Durch
die gezielte Einbringung von Sollbruchstellen ist es vorteilhaft
möglich, die gesamte Innenbearbeitung, d. h. das Schleifen
des Innenumfangs des Stösselrings, wie auch die Endbearbeitung der äußeren
Gleitflächen an dem geschlossenen Ring durchzuführen.
Sodann kann der einteilige Ring durch geeignete Vorrichtungen in
mehrere "Stösselschuhe" aufgebrochen werden. Bei dem in 6 dargestellten
Ausführungsbeispiel können so aus dem geschlossenen
und somit einfach zu bearbeitenden Stösselring 16d vier
einzelne Stössel für zwei 2-Kolben-Pumpen gefertigt
werden.
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Wenngleich
die obigen Ausführungsbeispiele sich auf eine 2-Kolben-Pumpe
beziehen, so lässt sich das erläuterte Prinzip
der Massenreduzierung in für die Stabilität eher
unkritischen Bereichen ohne weiters auf andere Pumpenbauarten (z.
B. 3-Kolben-Pumpen) übertragen.
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Bei
den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung
können insbesondere folgende Verbesserungen erzielt werden:
- – Reduzierung der Bauteilbelastung,
insbesondere der Lager, durch Reduzierung der bewegten Masse.
- – Verbesserung der Laufruhe durch Reduzierung der Unwucht.
- – Optimierung der Gleitbedingungen zwischen Kolbenfuß und
Stössel durch Verbesserung der Steifigkeit des Kolbenfußes
und/oder des Stössels und günstigere Reibpaarung
(z. B. durch Einsatz von Keramik, Hartmetall etc.).
- – Senkung der Fertigungskosten durch eine Fertigung
mehrerer einzelner Stössel durch Auftrennen eines vorgefertigten
Stösselrings (insbesondere bei schwer zu bearbeitenden
Werkstoffen wie Keramik und Hartmetall).
- – Reduzierung des Gesamtgewichtes der Pumpe.
- – Vereinfachung der Pumpenmontage durch einen massenreduzierten
und somit auch bauraumreduzierten Stösselring. Beispielsweise
kann eine relativ kleine Montageöffnung in einem Pumpengehäuse
vorgesehen sein, was sich wiederum günstig auf die Steifigkeit
des Pumpengehäuses auswirkt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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