DE102008001713A1

DE102008001713A1 - Radialkolbenpumpe

Info

Publication number: DE102008001713A1
Application number: DE200810001713
Authority: DE
Inventors: Nestor Rodriguez-Amaya; Gernot Repphun
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-05-13
Filing date: 2008-05-13
Publication date: 2009-11-19
Also published as: WO2009138264A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe mit mindestens einem Kolben (15), der durch ein Exzenterelement über einen Polygonring angetrieben ist, der mindestens eine Abflachung (31) aufweist. Um eine Radialkolbenpumpe zu schaffen, die kostengünstig herstellbar ist und eine lange Lebensdauer aufweist, ist die Abflachung (31) im Hinblick auf Schmierung, Kühlung und/oder Reduzierung der im Betrieb der Radialkolbenpumpe (1) an der Abflachung (31) auftretenden Reibungskräfte optimiert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe mit mindestens einem Kolben, der durch ein Exzenterelement über einen Polygonring angetrieben ist, der mindestens eine Abflachung aufweist.
Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Radialkolbenpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, die kostengünstig herstellbar ist und eine lange Lebensdauer aufweist.
Die Aufgabe ist bei einer Radialkolbenpumpe mit mindestens einem Kolben, der durch ein Exzenterelement über einen Polygonring angetrieben ist, der mindestens eine Abflachung aufweist, dadurch gelöst, dass die Abflachung im Hinblick auf Schmierung, Kühlung und/oder Reduzierung der im Betrieb der Radialkolbenpumpe an der Abflachung auftretenden Reibungskräfte optimiert ist. Die Radialkolbenpumpe umfasst vorzugsweise mehrere Kolben, die einen Kolbenfuß aufweisen, der an einer von mehreren Abflachungen des Polygonrings anliegt. Es ist auch möglich, dass zwischen dem Kolben, insbesondere dem Kolbenfuß, und der Abflachung ein Zwischenelement angeordnet ist. Bei dem Zwischenelement kann es sich um einen Tassenstößel handeln, wie er aus der deutschen Patentschrift DE 198 44 326 B4 bekannt ist. Durch ein gezieltes Heranführen von Schmiermittel, insbesondere in einer Saugphase der Radialkolbenpumpe, an mindestens eine Kontaktstelle der Abflachung können die Kontakttemperatur und die Schmierung und somit das Verschleißverhalten deutlich verbessert werden. Als Saugphase wird die Phase bezeichnet, in welcher die Radialkolbenpumpe ein Medium, vorzugsweise Kraftstoff, ansaugt, das beziehungsweise der in einer Druckphase in der Radialkolbenpumpe mit Hochdruck beaufschlagt wird.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Radialkolbenpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Abflachung in einem Saugkontaktflächenabschnitt eine Oberflächenbeschaffenheit aufweist, die ein Zuführen von Schmiermittel begünstigt. Als Saugkontaktflächenabschnitt wird ein Bereich der Abflachung bezeichnet, der im Wesentlichen nur in der Saugphase mit dem Kolbenfuß oder dem Zwischenelement in Kontakt kommt. In der Saugphase wirkt eine geringere Druckkraft zwischen dem Kolben und der zugehörigen Abflachung der Radialkolbenpumpe.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Radialkolbenpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Abflachung in dem Saugkontaktflächenabschnitt mit mindestens einer Schrägung, mindestens einer Vertiefung und/oder mindestens einem Schmiermittelzuführkanal versehen ist. Die Schrägung, Vertiefung beziehungsweise der Schmiermittelzuführkanal dient dazu, in der Saugphase Schmiermittel aufzunehmen beziehungsweise zu führen.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Radialkolbenpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Abflachung in dem Saugkontaktflächenabschnitt eine Oberflächenstruktur aufweist, die ein Heranführen von Schmiermittel ermöglicht. Die Oberflächenstruktur kann zum Beispiel Vertiefungen, Nuten, Rillen und/oder Löcher in beliebiger Form aufweisen. Die Oberflächenstruktur kann auch Erhöhungen aufweisen.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Radialkolbenpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Abflachung in dem Saugkontaktflächenabschnitt mindestens einen Stützabschnitt aufweist, der nicht mit einer Schrägung und/oder Vertiefung und/oder Oberflächenstruktur versehen ist. Dadurch wird ein unerwünschtes Kippen des Kolbens in der Saugphase verhindert.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Radialkolbenpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Abflachung in dem Saugkontaktflächenabschnitt eine andere Oberflächenbeschaffenheit aufweist als in einem Druckkontaktflächenabschnitt. Als Druckkontaktflächenabschnitt wird ein Bereich der Abflachung bezeichnet, der im Wesentlichen nur in einer Druckphase mit dem Kolbenfuß oder dem Zwischenelement in Kontakt kommt. In der Druckphase ist die zwischen dem Kolben und der Abflachung wirkende Druckkraft deutlich größer als in der Saugphase.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Radialkolbenpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Abflachung in dem Saugkontaktflächenabschnitt von dem Druckkontaktflächenabschnitt weg abfällt oder ansteigt. Dadurch wird auf einfache Art und Weise ein Zwischenraum zwischen dem Kolbenfuß oder dem Zwischenelement und der Abflachung geschaffen, der das Zuführen von Schmiermittel in dem Saugkontaktflächenabschnitt ermöglicht.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Radialkolbenpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang zwischen dem Saugkontaktflächenabschnitt und dem Druckkontaktflächenabschnitt im Hinblick auf die Schmiermittelzufuhr optimiert ist. Der Übergang kann zum Beispiel logarithmisch ausgeführt sein.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Radialkolbenpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Abflachung in dem Druckkontaktflächenabschnitt mindestens einen Schmiermittelverteilkanal aufweist. Der Schmiermittelverteilkanal kann zum Beispiel eine Vielzahl von Verzweigungen aufweisen, über die das Schmiermittel über den gesamten Druckkontaktflächenabschnitt verteilt wird.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Radialkolbenpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Abflachung in dem Druckkontaktflächenabschnitt eine Oberflächenstruktur aufweist, die ein Heranführen und/oder Verteilen von Schmiermittel begünstigt. Die Oberflächenstruktur kann zum Beispiel Vertiefungen, Nuten, Rillen und/oder Löcher in be liebiger Form aufweisen. Die Oberflächenstruktur kann auch Erhöhungen aufweisen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Es zeigen:
1 eine stark vereinfachte Darstellung einer Radialkolbenpumpe im Querschnitt durch ein Antriebselement;
2 einen Ausschnitt aus 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
3 eine Abflachung aus 2 in der Draufsicht;
4 eine ähnliche Darstellung wie in 2 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel mit einer abfallenden Schrägung;
5 eine ähnliche Darstellung wie in den 2 und 4 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel mit verschiedenen Oberflächenstrukturen;
6 eine Abflachung aus 5 in der Draufsicht;
7 verschiedene Oberflächenstrukturen in der Draufsicht und
8 eine ähnliche Darstellung wie in den 2, 4 und 5 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel mit einer ansteigenden Schrägung.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In 1 ist eine Radialkolbenpumpe 1 stark vereinfacht im Schnitt dargestellt. Bei der Radialkolbenpumpe handelt es sich vorzugsweise um eine Kraftstoffeinspritzpumpe, in der Kraftstoff mit Hochdruck beaufschlagt wird. Der mit Hochdruck beaufschlagte Kraftstoff wird, zum Beispiel über Kraftstoffinjektoren, in mindestens einen Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt.
Die Radialkolbenpumpe 1 ist über ein Exzenterelement 2 durch eine Antriebswelle angetrieben. Das Exzenterelement 2 wirkt mit einem Polygonring 4 zusammen, der innen eine zentrale Aufnahme für das Exzenterelement 1 aufweist. Außen ist der Polygonring 4 mit drei Abflachungen 11, 12, 13 versehen, die dazu dienen, eine Drehbewegung der Antriebswelle in eine oszillierende Bewegung eines Kolbens 15 umzuwandeln. Der Kolben 15 weist an einem Ende einen Kolbenfuß 16 auf, der an der Abflachung 11 anliegt.
Durch einen Doppelpfeil 18 ist angedeutet, wie sich der Polygonring 4 mit der Abflachung 11 relativ zu dem Kolben 15 bewegt, wenn das Exzenterelement 2 über die Antriebswelle angetrieben wird. Durch den Polygonring 4 wird eine Drehbewegung der Antriebswelle in eine oszillierende Bewegung des Kolbens 15 umgewandelt. Durch einen gestrichelten Kolben 25 mit einem ebenfalls gestrichelten Kolbenfuß 26 ist angedeutet, dass der Kolben mit verschiedenen Stellen der Abflachung 11 in Kontakt kommt, wenn der Polygonring 4 durch das Exzenterelement 2 angetrieben wird. Der Aufbau und die Funktion einer derartigen Radialkolbenpumpe ist zum Beispiel in der deutschen Patentschrift DE 198 44 326 B4 offenbart. Bei der bekannten Radialkolbenpumpe ist zwischen dem Kolben und dem Polygonring noch ein Tassenstößel angeordnet.
Bei der Kraftübertragung zwischen dem Polygonring 4 und dem Kolben 15 kommt es zu einem reversierend gleitenden flächigen tribologischen Kontakt, der durch Verschleiß in dem Kontakt insbesondere bei hohen Frequenzen limitiert ist. An den Kontaktstellen werden hohe Lasten über eine große Kontaktfläche bei relativ geringen Kontaktpressungen übertragen. Bei der dargestellten Radialkolbenpumpe 1 findet die Gleitbewegung während dem Druckaufbau und der Förderphase der Pumpe unter hoher Belastung und in der Saugphase unter geringer Belastung statt.
Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung wird in der Saugphase Schmiermittel an die Kontaktstelle herangeführt. Dadurch kann die Kontakttemperatur und die Schmierung deutlich verbessert werden. Des Weiteren ist in 1 in einem kartesischen Koordinatendiagramm der Verlauf 20 des Drucks p über der Zeit aufgetragen. Der Druck nimmt im Förderhub des Kolbens 15 zu, erreicht einen Maximalwert und fällt dann wieder ab.
In den 2 und 3 ist eine Abflachung 31 dargestellt, an der ein Kolbenfuß 16 eines Kolbens 15 flächig anliegt. Die Kontaktfläche der Abflachung 11 ist räumlich in einen Saugkontaktflächenabschnitt 34 und einen Druckkontaktflächenabschnitt 35 unterteilt. Der Druckkontaktflächenabschnitt 35 dient in der Förderphase des Kolbens 15 dazu, den hydraulischen Druck abzustützen. Der Saugkontaktflächenabschnitt 34 ist nur in der Saugphase des Kolbens 15 mit dem Kolbenfuß 16 in Kontakt. Daher ist die Belastung deutlich geringer. Bei der Belastung handelt es sich vorzugsweise lediglich um die Vorspannkraft einer Rückholfeder, durch welche der Kolbenfuß 16 des Kolbens 15 in Anlage an der Abflachung 11 gehalten wird.
Bei herkömmlichen Radialkolbenpumpen hat der Kolbenfuß 16 mit seiner ganzen Fläche Kontakt mit der Abflachung 11. Dadurch kann reibungsbedingte Wärme nicht durch Schmiermittel aus dem Kontakt heraus transportiert werden. Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung wird der Kontakt im Saugkontaktflächenabschnitt 34 gezielt verringert, um das Heranführen beziehungsweise Zuführen von Schmiermittel zu verbessern. Bei dem in den 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist zu diesem Zweck der Druckkontaktflächenabschnitt 35 mit einer Oberflächenstruktur 36 versehen. Der Saugkontaktflächenabschnitt 34 ist mit einer anderen Oberflächenstruktur 37 versehen. Des Weiteren ist in dem Saugkontaktflächenabschnitt 34 ein Schmiermittelzu führkanal 38 vorgesehen, der mit einer Schrägung versehen ist, wie durch einen Winkel α in 2 angedeutet ist.
Bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Abflachung 41 mit einem Saugkontaktflächenabschnitt 44 und einem Druckkontaktflächenabschnitt 45 dargestellt. Der komplette Saugkontaktflächenabschnitt 34 ist mit einer Schrägung 48 versehen, wie durch einen Winkel α angedeutet ist. Die Schrägung 48 fällt von dem Druckkontaktflächenabschnitt 45 weg ab. Die Schrägung 48 ermöglicht, ebenso wie der Schmiermittelzuführkanal 38 in 3, dass während der Saugphase Schmiermittel in den Kontakt zwischen dem Kolben 15 und der Abflachung 31; 41 gelangt. Dadurch kann insbesondere die Kontaktfläche des Kolbenfußes 16 gekühlt werden. Durch einen gezielten Übergang der abgesenkten Fläche, zum Beispiel logarithmisch, kann die Schmierung des Kontakts weiter verbessert werden. Um ein Kippen des Kolbenfußes 16 in der Saugphase zu verhindern, können Teilbereiche, zum Beispiel Stege oder ein verbleibender Randbereich im Saugbereich, den Kolbenfuß 16 in dem Saugkontaktflächenabschnitt 34; 44 stützen.
In den 5 und 6 ist eine Abflachung 51 mit einem Saugkontaktflächenabschnitt 54 und einem Druckkontaktflächenabschnitt 55 dargestellt. Der Druckkontaktflächenabschnitt 55 ist mit einer Oberflächenstruktur 56 versehen. Der Saugkontaktflächenabschnitt 54 ist mit einer Oberflächenstruktur 57 versehen. Die Oberflächenstrukturen 56, 57 dienen dazu, nur in der Saugphase den Kontakt unter kleiner Last durch Verringerung der Kontaktfläche gezielt zu schmieren und zu kühlen.
In 7 sind weitere Oberflächenstrukturen dargestellt, die vorzugsweise in dem Saugkontaktflächenabschnitt 54 vorgesehen werden.
In 8 ist eine Abflachung 61 mit einem Saugkontaktflächenabschnitt 64 und einem Druckkontaktflächenabschnitt 65 dargestellt. Der Saugkontaktflächenabschnitt 64 ist mit einer Schrägung 68 versehen, die von dem Druckkontaktflächenabschnitt 65 weg ansteigt, wie durch einen Winkel β angedeutet ist. Durch das Anheben beziehungsweise Anschrägen des Saugkontaktflächenabschnitts 64 wird erreicht, dass nur noch ein Teil des Kolbenfußes 16 Kontakt mit der Abflachung 61 hat. Der sich ergebende Zwischenraum zwischen dem Kolbenfuß 16 und der Abflachung 61 ermöglicht das Zuführen beziehungsweise Heranführen und Verteilen von Schmiermittel.
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

- DE 19844326 B4 [0003, 0025]

Claims

Radialkolbenpumpe mit mindestens einem Kolben (15), der durch ein Exzenterelement (2) über einen Polygonring (4) angetrieben ist, der mindestens eine Abflachung (11–13; 31; 41; 51; 61) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Abflachung (31; 41; 51; 61) im Hinblick auf Schmierung, Kühlung und/oder Reduzierung der im Betrieb der Radialkolbenpumpe (1) an der Abflachung (31; 41; 51; 61) auftretenden Reibungskräfte optimiert ist.
Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abflachung (11–13; 31; 41; 51; 61) in einem Saugkontaktflächenabschnitt (34; 44; 54; 64) eine Oberflächenbeschaffenheit aufweist, die ein Zuführen von Schmiermittel begünstigt.
Radialkolbenpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abflachung (31; 41; 61) in dem Saugkontaktflächenabschnitt (34; 44; 64) mit mindestens einer Schrägung (48; 68), mindestens einer Vertiefung und/oder mindestens einem Schmiermittelzuführkanal (38) versehen ist.
Radialkolbenpumpe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abflachung (31; 51) in dem Saugkontaktflächenabschnitt (34; 54) eine O berflächenstruktur (37; 57) aufweist, die ein Heranführen von Schmiermittel ermöglicht.
Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abflachung (11–13; 31; 41; 51; 61) in dem Saugkontaktflächenabschnitt mindestens einen Stützabschnitt aufweist, der nicht mit einer Schrägung und/oder Vertiefung versehen ist.
Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abflachung (11–13; 31; 41; 51; 61) in dem Saugkontaktflächenabschnitt (34; 44; 54; 64) eine andere Oberflächenbeschaffenheit aufweist als in einem Druckkontaktflächenabschnitt (35; 45; 55; 65).
Radialkolbenpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abflachung (41; 61) in dem Saugkontaktflächenabschnitt (44; 64) von dem Druckkontaktflächenabschnitt (45; 65) weg abfällt oder ansteigt.
Radialkolbenpumpe nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang zwischen dem Saugkontaktflächenabschnitt (34; 44; 54; 64) und dem Druckkontaktflächenabschnitt (35; 45; 55; 65) im Hinblick auf die Schmiermittelzufuhr optimiert ist.
Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abflachung (11–13; 31; 41; 51; 61) in dem Druckkontaktflächenabschnitt (35; 45; 55; 65) mindestens einen Schmiermittelverteilkanal aufweist.
Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Abflachung (11–13; 31; 41; 51; 61) in dem Druckkontaktflächenabschnitt (35; 45; 55; 65) eine Oberflächenstruktur (36; 56) aufweist, die ein Heranführen und/oder Verteilen von Schmiermittel begünstigt.