DE102007019261A1 - Radialkolbenpumpe, insbes. für Common Rail (CR)-Einspritzsysteme - Google Patents
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Abstract
Radialkolbenpumpen für sehr hohe Drücke, insbesondere für CR-Einspritzsysteme, weisen bei den bekannten Bauarten erhebliche Nachteile bezüglich der Gleitreibung in den Antriebselementen auf. Außerdem ist die Pumpenbauweise vielfach wenig kompakt, besondere Abdichtelemente, geläppte Planflächen mit hohen Anpressdrücken sind bei den Zylinder/Ventil-Systemen erforderlich. Die Aufgabe besteht in der Schaffung eines verbesserten Übertragungssystems vom zentralen Antriebsexzenter zu den Pumpenkolben und einer kompakten, in sich geschlossenen Kolben/Zylinder-Einheit. Die Lösung besteht in der Anordnung eines hydrodynamisch aufschwimmenden Kippsegmentes (5) auf dem zentralen Exzenterzapfen (6), welches über ein Drehlager (7) mit einem den Kolben (3) betätigenden Stößel (4) verbunden ist. Ferner ist die Einheit aus Kolben (3)/Zylinder (2)/Ventilen (9; 12)/ Federn (8; 20) als geschlossenes pumpfähiges System ausgebildet.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe, wie sie zur Beaufschlagung des Druckspeichers bei CR-Systemen für Diesel- und Ottomotoren eingesetzt wird.
- Solche Pumpen sind in mehreren und bewährten Ausführungen bekannt, sie bedürfen jedoch im Hinblick auf verringerte Reibleistung und höhere Standfestigkeit, aber auch preiswerte Fertigung weiterer Verbesserungen.
- Dies ist besonders wichtig, weil die Ansprüche an solche Pumpen, insbes. nach höheren Drücken und Drehzahlen, ständig ansteigen.
- Ein besonderes Problem stellen dabei die Übertragungselemente vom zentral angeordneten Exzenterzapfen zu den hubausführenden Kolben dar.
- Bei den meisten bekannten Ausführungen ist auf dem Exzenterzapfen ein Exzenterring gehalten, welcher mit Abflachungen für die Kolbenschuhe (Kolbenfüße) versehen ist.
- Beim Betrieb treten dabei erhebliche quer zur Kolbenachse wirkende Reibungskräfte auf, welche die Reibleistung erhöhen und die Lebensdauer beeinträchtigen.
- Zur Vermeidung dieser Mängel wird z. B. in der
DE 102 47 645 A1 vorgeschlagen, Schmiertaschen auf dem Exzenterring (Polygonring) anzuordnen, um die Gleitreibung zu verringern. - In der
DE 198 29 547 A1 wird vorgeschlagen, den Polygonring in mehrere Segmente zu unterteilen, wobei jedem Kolbenfuß ein entsprechendes Segment zugeordnet ist. Dabei weicht die Gestaltung des einzelnen Segmentes nicht vom geschlossenen Polygonring ab, auch das nachteilige Gleiten des Kolbenfußes bleibt bestehen. Somit ergeben sich bezüglich Reibung am Exzenterzapfen und Quergleiten des Kolbenfußes keine Verbesserungen. - In der
DE 697 24 695 T2 werden Wälzlager zwischen dem Exzenterzapfen/Polygonring und Polygonring/Kolbenfuß angeordnet, was keine raumsparende und keine preiswerte Pumpe ergibt. Schließlich wird in derDE 103 13 745 A1 durch besondere Spalte zwischen den Segmenten versucht, eine hydrodynamische Schmierung zwischen dem Polygonring und dem Exzenterzapfen (Wellenabschnitt) zu bewirken. Dies wird im Sinne einer wirklichen hydrodynamischen Schmierung der Gleitlagertechnik nicht erreicht. - Die genannten Vorschläge können durchgreifende Verbesserungen der Reib- und Gleitverhältnisse noch nicht erbringen, es sind weitere verbesserte Lösungen erforderlich.
- Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, den bekannten Systemen mit ebenen Gleitflächen und hohen Reibungskräften auch bei den zylindrischen Gleitpaarungen ein neues verbessertes Übertragungssystem gegenüber zu stellen. Ferner gehören weitere Verbesserungen hinsichtlich der Pumpengestaltung, der Ventilanordnungen und andere Detaillösungen zur Erfindungsaufgabe.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Kippsegment auf einem Exzenterzapfen aufgelagert und über ein Drehlager mit einem den Kolben betätigenden Stößel verbunden ist. Das Kippsegment schwimmt unter Bildung eines Flüssigkeitskeiles auf dem Exzenterzapfen auf, jegliches Quergleiten wird vermieden.
- Weitere erfindungsgemäße Lösungen sind in den nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispielen angegeben.
- Die Zeichnungen zeigen:
-
1 einen Frontalschnitt durch die Pumpe, -
2 einen Schnitt nach der Linie I–I in1 , -
3 einen Abschnitt der1 , -
4 einen Abschnitt der2 , -
5 einen weiteren Abschnitt der1 . - Die
1 zeigt ein Pumpengehäuse1 mit beispielsweise drei Kolben/Zylinder-Einheiten, welche jeweils aus einem Zylinder2 und einem Kolben3 bestehen und mit einem Stößel4 , einem Kippsegment5 und einem zentralen Exzenterzapfen6 in Wirkverbindung stehen. Zwischen dem Stößel4 und dem Kippsegment5 ist ein Drehlager7 angeordnet. - Der Kolben
3 ist mit dem Stößel4 in bekannter Weise fest oder gelenkig verbunden und eine Spiralfeder8 , die zwischen dem Stößel4 und dem Zylinder2 angeordnet ist, gewährleistet den Rückhub des bewegten Systems Kolben3 /Stößel4 . - Der Pumphub erfolgt bei Umlauf des Exzenterzapfens
6 vom Kippsegment5 über das Drehgelenk7 zum System Kolben3 /Stößel4 . Das Kippsegment5 ist dabei als hydrodynamisches Kippsegmentlager, z. B. nach DIN 31657/1-4, ausgebildet und gewährleistet mit ansteigender Pumpendrehzahl eine volle hydrodynamische Schmierung. Bei einem solchen Kippsegmentlager ist der Radius des Kippsegmentes um einen gewissen Betrag größer als der Zapfenradius, so daß unter Ankippen des exzentrisch gelagerten Segmentes ein Flüssigkeitskeil schnell und effektiv aufgebaut wird. Dabei kann wegen der beim Anlaufen der Pumpe entstehenden Mischreibung ein Gleitlagerwerkstoff bekannter Art mit der Lauffläche des Kippsegmentes5 verbunden sein. - Mit diesen erfindungsgemäßen Mitteln werden Reibleistung und Verschleiß der kraftübertragenden Elemente wirksam verringert, ein Quergleiten dieser Elemente findet nicht mehr statt.
- Eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung der Pumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass im Zylinder
2 die Saug- und Drucksteuerelemente direkt angeordnet sind. - Das Saugventil
9 , beispielsweise als federbelastetes Plattenventil ausgebildet und über Saugbohrungen10 mit dem vordruckbeaufschlagten Pumpeninnnraum11 verbunden, ist ebenso Bestandteil des Zylinders2 wie das Druckventil12 , welches über Druckbohrungen13 mit dem Zentralkanal14 , der die Druckströme aller Pumpenelemente aufnimmt, verbunden ist. Die Übergangsstelle15 , durch bekannte und bewährte Elemente druckdicht gestaltet, ist die einzige erforderliche Abdichtstelle zwischen den Zylinder2 und dem Pumpengehäuse1 . Alle weiteren Abdichtungen wie geläppte Planflächen, Sonderdichtungen u. dgl. entfallen, so dass besonders starke Anpresskräfte des Zylinders2 auf das Pumpengehäuse1 nicht erforderlich sind. Bei beispielsweise 7 mm Kolbendurchmesser und 2500 bar Pumpendruck reichen vier Schrauben16 der Größe M6 aus, um die Zylinder2 ausreichend zu befestigen. - Ein Vorteil der Erfindung besteht nach den vorstehenden Ausführungen auch darin, dass die Elemente Zylinder
2 /Kolben3 /Stößel4 /Kippsegment5 /Spiralfeder8 /Ventile9 und12 eine geschlossene Einheit bilden, welche als solche z. B. für Pumpen unterschiedlicher Zylinderzahl unverändert eingesetzt werden kann. - Die
2 zeigt den im Pumpengehäuse1 eingesetzten Zylinder2 einschließlich Kolben3 , Stößel4 , Kippsegment5 , Drehlager7 , sowie den antreibenden Exzenterzapfen6 . - Damit die Spiralfedern
8 nicht auch die Fliehkräfte der Kippsegmente5 kompensieren müssen, besitzen diese Führungszapfen5a , welche in Seitenscheiben17 eingreifen. Diese, auf dem Exzenterzapfen6 gelagerten Seitenscheiben17 sind im Bereich der Kippsegmente5 geschlitzt, so dass bei der Schwenkbewegung der Kippsegmente5 die Zapfen5a diese Schwenkung mit ausführen können. - Die Seitenscheiben
17 unterstützen ferner den Aufbau und Erhalt des Flüssigkeitskeiles unter dem Kippsegment5 , indem sie als Begrenzungswände das seitliche Abfließen des Mediums aus dem Flüssigkeitskeil behindern. - Ein im Pumpengehäuse
1 eingesetzten Gehäusedeckel18 bildet den seitlichen Abschluss der Pumpe und gibt den Teilen Exzenterzapfen6 , Kippsegment5 und den Seitenscheiben17 eine axiale Führung. - Die
3 zeigt als Abschnitt der1 die Ausführung des Drehlagers als Wellenstück7 , welches zwischen dem Kippsegment5 und dem Stößel4 eingelegt ist. - Dieses Wellenstück
7 besitzt dann auch die Führungszapfen5a , welche in die Seitenscheiben17 eingreifen, wie4 zeigt. - Die
5 zeigt in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Ausführung des Stößels4 als U-förmiges prismatisches Teil. Dieser U-förmige Stößel4 arbeitet dann mit dem Hals des Zylinders2 derart zusammen, dass dieser Hals nicht von kreisförmiger Gestalt ist, sondern zwei parallele Gleitflächen19 besitzt. Anstelle der Spiralfeder8 treten dann zwei Flachfedern20 . - Die Erfindung beschreibt eine für hohe Massenfertigung geeignete, preiswerte und reibungsarme Hochdruckpumpe. Sie ist noch nicht mit einer Regelung des Fördervolumes ausgestattet. Vorzugsweise soll die Pumpe mit einer exakten, auf Hubverstellung basierenden, dem Anmelder geschützten Fördermengenregelung ausgerüstet werden.
-
- 1
- Pumpengehäuse
- 2
- Zylinder
- 3
- Kolben
- 4
- Stößel
- 5
- Kippsegment
- 5a
- Führungszapfen
- 6
- Exzenterzapfen
- 7
- Drehlager, Wellenstück
- 8
- Spiralfeder
- 9
- Saugventil
- 10
- Saugbohrung
- 11
- Pumpeninnenraum
- 12
- Druckventil
- 13
- Druckbohrung
- 14
- Zentralkanal
- 15
- Übergangsstelle
- 16
- Schrauben
- 17
- Seitenscheiben
- 18
- Gehäusedeckel
- 19
- Gleitflächen
- 20
- Flachfeder
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
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- - DE 19829547 A1 [0008]
- - DE 69724695 T2 [0009]
- - DE 10313745 A1 [0009]
- Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - DIN 31657/1-4 [0022]
Claims (5)
- Radialkolbenpumpe, insbes. für Common Rail (CR)-Einspritzsysteme, mit um einer zentralen Antriebs-Exzenterwelle angeordneten Kolben/Zylinder/Ventil-Systemen, segmentartigen Übertragungsgliedern zwischen der Exzenterwelle und den Kolben/Zylinder-Systemen, mit korrespondierenden Saug- und Druckventilen zu den Pumpenarbeitsräumen, druckdichter Verbindung zwischen den Pumpenzylindern und dem Pumpengehäuse und vordruckbeaufschlagten Pumpenarbeitssräumen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kippsegment (
5 ) auf einem Exzenterzapfen (6 ) aufgelagert und außermittig über ein Drehlager (7 ) gelenkig mit einem Stößel (4 ) und an diesem befestigten Kolben (3 ) verbunden ist, derart, dass das Kippsegment (5 ) unter Ankippen und Bildung eines Flüssigkeitskeiles hydrodynamisch auf dem Exzenterzapfen (6 ) aufschwimmt und die Elemente Zylinder (2 )/Kolben (3 )/Stößel (4 )/Kippsegment (5 )/Spiralfeder (8 )/Flachfeder (20 )/Ventile (9 ;10 ) als geschlossene, pumpfähige Einheit im Pumpengehäuse (1 ) eingesetzt sind. - Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kippsegment (
5 ) mit Führungszapfen (5a ) versehen ist, welche mit auf dem Exzenterzapfen (6 ) gelagerten Seitenscheiben (17 ) im Eingriff stehen. - Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehlager (
7 ) als Wellenstück ausgebildet ist und Führungszapfen (5a ) besitzt, welche in die Seitenscheiben (17 ) eingreifen. - Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stößel (
4 ) als U-förmiges prismatisches Teil ausgebildet ist und mit an dem Zylinder (2 ) angearbeiteten parallelen Gleitflächen (19 ) zusammenarbeitet, wobei Flachfedern (20 ) zwischen dem U-förmigen Stößel (4 ) und dem Zylinder (2 ) angeordnet sind. - Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Saugventile (
9 ) und die Druckventile (12 ) ohne Zwischenschaltung von Dichtelementen im Zylinder (2 ) vollständig integriert sind und die Saugbohrungen (10 ) direkt mit dem Pumpeninnenraum (11 ) und die Druckbohrungen (13 ) über eine Übergangsstelle (15 ) mit einem Zentralkanal (14 ) in Verbindung stehen.
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DIN 31657/1-4 |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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EP1985853B1 (de) | 2011-08-17 |
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