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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung geht aus von einer Radialkolbenpumpe nach dem Oberbegriff
von Anspruch 1.
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Stand der Technik
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Eine
solche Radialkolbenpumpe ist aus der
DE 19814506A1 bekannt. Auf dem Exzenter ist
dabei ein sogenannter Polygonring relativ verdrehbar gelagert, mit
dem die radial nach innen zeigenden Enden mehrerer in Umfangsrichtung verteilter
Kolben in Eingriff stehen, die bei rotierender Antriebswelle aufeinanderfolgend
in den sie aufnehmenden Hohlzylindern nach unten und oben bewegt
werden, wobei Kraftstoff über ein Ansaugventil in den jeweils
zugehörigen Pumpenraum eingesogen und anschließend darin
verdichtet und über ein Hochdruckventil in ein Rail überführt
wird, an das die verschiedenen Injektoren einer Verbrennungskraftmaschine
angeschlossen sind, die deren Brennräume versorgen. Die
Lagerung des Polygonrings ist verhältnismäßig
aufwändig herzustellen. Außerdem wird je Umdrehung
der Antriebswelle nur ein Pumpenhub erzielt. Es besteht daher der
Wunsch nach einer anderen Ausbildung.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Kraftstoffhochdruckpumpe mit
den Merkmalen gemäß Anspruch 1 hat den Vorteil,
dass je Umdrehung der Antriebswelle zwei Pumpenhübe erzielt
werden und dass ein auf einem Exzenter gelagerter Polygonring nicht
mehr nötig ist. Die Wirksamkeit der Radialkolbenpumpe ist hierdurch
deutlich verbessert.
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In
den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen
und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe
angegeben.
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Durch
die Ausbildung gemäß Anspruch 2 wird erreicht,
dass Querkräfte nicht mehr von dem Radreifen auf den Kolben übertragen
werden können. Für die Verschleißminderung
der Kolbenführung ist das von großem Vorteil.
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Durch
die Ausbildung gemäß Anspruch 3 wird bei jeder
Umdrehung der Antriebswelle zwei Pumpenhübe von übereinstimmender
Förderleistung erzielt werden.
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Durch
die Ausbildung gemäß Anspruch 4 wird erreicht,
dass sich die Reaktionskräfte zwischen dem Kolben und der
Antriebswelle in Längsrichtung gegenseitig neutralisieren
und nach außen nicht störend in Erscheinung treten.
Durch die Ausbildung gemäß Anspruch 5 wird die
sich bei einer Anschlagberührung ergebende, spezifische
Flächenpressung zwischen der Antriebswelle und dem Radreifen
vermindert. Dies vermindert den Verschleiß. In der Ausgestaltung
nach Anspruch 6 ist die Herstellbarkeit der Radialkolbenpumpe stark
vereinfacht.
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Zeichnung
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Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt. Sie wird nachfolgend näher erläutert.
Es zeigen:
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1 den
schematischen Aufbau einer Radialkolbenpumpe in quergeschnittener
Darstellung
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1a den
schematischen Aufbau einer Radialkolbenpumpe entsprechend 1,
wobei Führungssäule aus zwei sich parallel zu
einander erstreckenden Teilsäulen besteht und wobei dass
die Teilsäulen in separaten Querbohrungen der Antriebswelle
querverschiebbar geführt sind.
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2 die
Radialkolbenpumpe nach 1 in längsgeschnittener
Darstellung
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3 bis 6 den
Bewegungsablauf zischen der Antriebswelle und dem Radreifen, der
sich bei einer vollen Umdrehung der Antriebswelle ergibt.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt
eine Radialkolbenpumpe zur Einspeisung von Kraftstoff in den Brennraum
einer Verbrennungskraftmaschine. Der Radialkolbenpumpe wird der
Kraftstoff über eine nicht dargestellte Kraftstoffpumpe
zugeführt, in dem der Kraftstoff über ein Saugventil 7.1 in
den Pumpenraum 7 eingepresst, darin auf Hochdruck verdichtet
und über ein Hochdruckventil 7.2 ausgestoßen
und in einen Hochdrucksammler überführt wird,
an den die Injektoren der zu versorgenden Verbrennungskraftmaschine angeschlossen
sind. Das Saugventil 7.1 und das Hochdruckventil 7.2 bewirken,
dass der Pumpenraum 7 nur in einer Richtung durchströmbar
ist, die durch Pfeile angedeutet ist. Sie sind durch federbelastete
Rückschlagventile gebildet.
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Die
Radialkolbenpumpe umfasst zur Druckbeaufschlagung des Kraftstoffs
eine in einem Gehäuse 8 rotierbar gelagerte Antriebswelle 1 mit
einem Exzenter, der außenseitig von einer kreisförmig
begrenzten Laufbahn 2 begrenzt ist sowie einen in einem
Hohlzylinder 3 aufgenommenen Kolben 10, der mittels
einer Druckfeder 5 an die Laufbahn 2 angedrückt
und in dem Hohlzylinder 3 hin- und herbewegbar ist. Das
von der Laufbahn 3 abgewandte Ende des Kolbens 10 begrenzt
den Pumpenraum 7, in dem der Kraftstoff auf Hochdruck verdichtet
wird.
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Der
Exzenter 2 ist durch einen Radreifen 4 gebildet,
wobei eine Führungssäule 5 an einander gegenüberliegenden
Umfangsstellen des Radreifens 4 festgelegt ist und wobei
die Antriebswelle 1 eine Querbohrung aufweist, die die
Führungssäule 5 längsverschiebbar
umschließt. Das Profil und die Größe
der Querbohrung ist an das Profil und die Größe
der Führungssäule 5 derart angepasst,
dass die Führungssäule 5 parallel zu
ihrer Längsrichtung leicht in der Querbohrung verschiebbar,
jedoch nicht darin verkantbar ist. Während der bestimmungsgemäßen
Verwendung können dadurch sowie durch die andauernd wirksame
Kraft der Druckfeder 5 die Drehkräfte der Antriebswelle über
die Führungssäule 5 auf den Radreifen 4 übertragen
und zugleich eine axiale Relativverschiebung der Führungssäule
in der Querbohrung bewirkt werden.
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Auf
dem Außenumfang des Radreifens 4 ist ein relativ
verdrehbarer Exzenterring 6 mittels eines Gleitlagers gelagert,
auf dem der Kolben 10 mit einem Kolbenschuh 10.1 abgestützt
ist. Der Kolben 4 und damit zugleich der Kolbenschuh 10.1 berühren den
Radreifen 4 elastisch anliegend durch die Kraft der vorgespannten
Druckfeder 5.
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Die
Führungssäule 5 ist, in der Vorderansicht betrachtet,
symmetrisch in dem Radreifen 4 angeordnet, wie in 2 gezeigt.
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Die
Antriebswelle 1 hat im Bereich der Querbohrung ein nahezu
quadratisch begrenztes Profil, das symmetrisch, jedoch im Umfang
der beiderseitigen Abstände E1 und E2 vom Innenumfang des Radreifens
in diesem aufgenommen ist.
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Die
Antriebswelle 1 kann abweichend davon im Bereich der Querbohrung
auch ein rechteckig begrenztes Profil haben, das in Längsrichtung
der Querbohrung eine größere Ausdehnung hat als
quer zu dieser Richtung. Dazu kann in die Querbohrung eine Führungshülse
mit entsprechender Länge eingesetzt oder eingeschraubt
sein. Dadurch wird eine verminderte Flächenpressung in
bezug auf die von der Führungssäule 5 berührten
Flächen der Querbohrung 6 erzielt und als Folge
davon ein verminderter Verschleiß. Außerdem lässt
sich auf diese Weise das von der Radialkobenpumpe geförderte
Flüssigkeitsvolumen je Umdrehung der Antriebswelle 1 verändern
und auf bestimmte Werte einstellen.
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Die
Führungssäule 5 ist auch in der Vorderansicht
betrachtet, symmetrisch in dem Radreifen 4 angeordnet und
so lang wie möglich ausgebildet. Hierdurch wird eine maximale
Pumpenleistung erzielt.
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Die
Antriebswelle 1 ist im Bereich der Querbohrung quer zur
Längsrichtung der Führungssäule 5 durch
Anschlagflächen begrenzt, die eine in dem Anschlagbereich
an die Gestalt des Radreifens 4 angepasste Form haben.
Hierdurch werden die spezifischen Flächedrücke
bei einer gegenseitigen Anschlagberührung auf ein Minimum
reduziert.
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Die
Führungssäule 5 kann an sich ein beliebiges
Profil haben. Aus Gründen der einfachen Herstellbarkeit
wird im Rahmen der Erfindung ein kreisförmig begrenztes
Profil bevorzugt.
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Bevorzugt
gelangt nur eine groß dimensionierte und biegesteife Führungssäule 5 in
dem Radreifen 4 zur Anwendung, um die jeweils nötigen Drehmomente
verschleißfrei auf den Radreifen 4 übertragen
zu können. Die Führungssäule 5 kann aber
auch aus zwei sich parallel zu einander erstreckenden Teilsäulen
bestehen, wobei die Teilsäulen in separaten Querbohrungen
der Antriebswelle 1 querverschiebbar geführt sind,
wie in 1a gezeigt. Die Führungssäulen 5 können
dabei parallel zur Längsrichtung der Antriebswelle 1 oder
quer dazu benachbart angeordnet sein.
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2 zeigt
die Radialkolbenpumpe in längsgeschnittener Darstellung,
bezogen auf die Lage der Antriebswelle 1. Diese ist relativ
verdrehbar in dem Gehäuse 8 gelagert und um Ihre
Achse rotierbar. Der mittels der Führungssäule 5 quer
zur Längsrichtung der Antriebswelle 1 verschiebbare
aber nicht relativ zu der Antriebswelle 1 verdrehbare Radreifen 4 ist
in axialer Richtung durch Winkelringe 9 gegen eine Relativverschiebung
auf der Antriebswelle 1 gesichert.
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Auf
dem Außenumfang des Radreifens 4 ist der relativ
verdrehbare Exzenterring 6 mit einem Gleitlager gelagert.
An den Exzenterring 6 ist der Kolben 10 durch
die Druckfeder 5 mit seinem Kolbenschuh 10.1 elastisch
angepresst.
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Die
Funktion der Radialkolbenpumpe wird in den 3 bis 6 an
Hand schematischer Darstellungen verdeutlicht. Der Exzenterring 6 und
die Druckfeder 5 ist dabei aus Gründen der besseren
Anschaulichkeit zum Teil weggelassen worden.
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3 zeigt
eine Ausgangsposition, in der die Antriebswelle 1 dem Radreifen 4 in
etwa symmetrisch zugeordnet ist. Die Antriebswelle 1 befindet
sich in einem mittleren Bereich des Innenraums des Radreifens 4.
Die beiderseitigen Abstände sind mit E1 und E2 bezeichnet,
die in der Summe den maximal erreichbaren Hub des Kobens angeben.
Der Kolben 10 ist durch die Druckfeder 5 in Richtung
der Antriebswelle 1 belastet. Er liegt dadurch unter einer elastischen
Vorspannung am Außenumfang des nicht dargestellten Exzenterringes 6 an.
Die dabei freigesetzten Kräfte übertragen sich
unvermindert über den Radreifen 4 auf die Antriebswelle 1.
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Die
Führungssäule 5 folgt der Rotation der Antriebswelle 1,
welche sich folglich direkt auf den Radreifen 4 überträgt.
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Bei
fortschreitender Drehbewegung ergibt sich die Situation gemäß 4 und
nachfolgend gemäß 5, bei der
der Radreifen 4, bedingt durch die auf seinem Außenumfang
lastenden Kräfte der Druckfeder 5, sich mit der
Führungssäule 5 in der Querbohrung der
Antriebswelle in die dargestellte Endposition b verlagert, in der
sie den Radreifen 4 berührt. Der Kolben 10 gelangt
dabei in seine unterste Position, in der sich der Pumpenraum 7 vollständig mit
frischem Kraftstoff füllt.
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5 zeigt
die Situation, die sich bei weiter fortschreitender Drehbewegung
der Antriebswelle 1 und damit zugleich der Führungssäule 5 und
des Radreifens 4 ergibt. Sie ist dadurch charakterisiert, dass
die Führungssäule 5 sich unter einem
zunehmend flacher werdenden Winkel in Bezug auf die Längsachse
des Kolbens 10 neigt, wobei sich der Kolben 10 anhebt
in eine Arbeitsposition, wobei das in dem Pumpenraum 7 enthaltene
Kraftstoffvolumen zunehmend über das Hochdruckventil 7.2 ausgepresst
und in das Rail überführt wird.
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Bei
weiter fortschreitender Drehbewegung gelangt der Radreifen 4 auf
der Führungssäule 5 wieder in eine Position,
in der sich der Winkel, den die Führungssäule 5 zu
der Wirkungsrichtung der Feder 5 einnimmt, in entgegengesetzter
Richtung zunehmend vergrößert. Der Radreifen 4 gleitet
dadurch unter der Wirkung der Federkraft der Feder 5 auf
der Führungssäule 5 in entgegengesetzter
Richtung bis zum entgegengesetzten Ende und zur Anschlagberührung
des Radreifens 4 durch die Antriebswelle 1. Dabei
füllt sich der Pumpenraum 7 erneut mit frischem
Kraftstoff. Bei weiter fortschreitender Drehbewegung der Antriebswelle 1 und
der damit rotierenden Führungssäule 6 resultiert
wiederum zunächst zunächst eine Auspressung des
in dem Pumpenraum 7 befindlichen Kraftstoffes in das Rail,
bis sich die Führungssäule 5 und damit
zugleich der Radreifen 4 auf der Antriebwelle 1 bis
zum entgegengesetzten Ende der Durchbrechung erneut gleitend verschiebt
und der Pumpenraum aufs Neue mit frischerm Kraftstoff füllt.
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Bei
einer jeden Umdrehung der Antriebswelle 5 gelangt der Radreifen 4 somit
einmal mit dem Ende a und dem Ende b der Führungssäule 5 an
der Antriebswelle 1 zur Anlage, was jeweils einen vollen Arbeitstakt
der Radialkolbenpumpe bewirkt.
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Demgemäss
ergeben sich einer jeden Umdrehung der Antriebswelle 1 zwei
Pumpenhübe, was einen enormen Wirkungsgrad der Radialkolbenpumpe
bedingt. Dabei ist es von hervorzuhebender Bedeutung, dass die Relativbewegung
des Radreifens 4 in den Saughub nach Überwindung
der Haftreibung beim Erreichen einer genügend steilen Zuordnung der
Führungssäule 5 zu der Querbohrung der
Antriebswelle 1 nahezu schlagartig erfolgt, während
für den Arbeitshub des Kolbens 10 ein verhältnismäßig großer
Drehwinkel der Antriebswelle 1 zur Verfügung steht.
Dies bedingt eine schonende Arbeitweise der Radialkolbenpumpe und
eine lange Gebrauchsdauer.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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