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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung geht aus von einer Kolbenpumpe nach der Gattung der Anspruchs
1.
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Stand der Technik
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Eine
solche Kolbenpumpe ist aus der
DE 199 07 311 A1 bekannt. Sie ist für
die Kraftstoffversorgung einer Verbrennungskraftmaschine bestimmt und
ausgangsseitig mit einem Hochdruckspeicher verbunden, an den die
Einspritzdüsen der zugehörigen Verbrennungskraftmaschine
angeschlossen sind. Die Erzielung eines guten Verbrennungsprozesses
in einer Verbrennungskraftmaschine setzt nun allerdings voraus,
dass der Kraftstoff auf einen hohen Druck von bis zu 2.000 bar und
darüber verdichtet wird und immer in hinreichender Menge
zur Verfügung steht. Der radiale Vorsprung der Antriebswelle
der bekannten Kolbenpumpe wird zu diesem Zweck durch einen Doppelnocken
von ovalem Profil gebildet.
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Der
Hub der mit dem Doppelnocken in Eingriff stehenden Kolben wird durch
die Differenz zwischen dem größten und dem kleinsten
Durchmesser des Profils des Doppelnockens bestimmt. In dem Bestreben,
eine möglichst große Förderleistung der
Kolbenpumpe zu erzielen, besteht der Wunsch, diese Differenz möglichst
groß zu gestalten. Dabei ergeben sich Grenzen insofern,
als mit zunehmender Größe der Differenz die von
dem Doppelnocken im Arbeitshub in seitlicher Richtung auf die Kolbenführungen ausgeübten
Querkräfte unverhältnismäßig
ansteigen, was einen zunehmenden Verschleiß zur Folge hat.
Der kleinste Durchmesser des Profils des Doppelnockens stimmt mit
dem Außendurchmesser der Antriebswelle überein.
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Aus
der
DE 19814506A1 ist
eine Hochdruckpumpe bekannt, bei der die Antriebswelle mit einem rotationssymmetrischen
Exzenter versehen ist, auf dem die Kolben der Kolben-/Zylinderheiten
mit einem Polygonring abgestützt sind. Um den Polygonring
auf den Exzenterbolzen aufschieben zu können, kann der
Exzenter keinen Durchmesser haben, der in die gedachte Verlängerung
der Mantelfläche der Antriebswelle an irgend einer Umfangsstelle
eingeschnitten oder kleiner ist als der Durchmesser der Mantelfläche.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen
gemäß Anspruch 1 hat den Vorteil, dass sich der
Kolbenhub der Kolbenpumpe unter Vermeidung von schädlichen
Querkräften im Arbeitshub merklich vergrößert.
Bei reduziertem Verschleiß der mindestens einen Kolbenführung
wird hierdurch eine Vergrößerung der von der Kolbenpumpe
geförderten Kraftstoffmenge erzielt und es zugleich ermöglicht, den
Kraftstoff in höherem Maße mit Druck zu beaufschlagen
als bisher. Der in der zugehörigen Verbrennungskraftmaschine
erzielbare Verbrennungsprozess wird dadurch qualitativ verbessert.
In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung
angegeben.
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Durch
die Ausgestaltung nach Anspruch 2 wird ein besonders günstiges
Verhältnis aus einem hohen Fördervolumen und einem
geringen Verschleiß erzielt. Die diesbezüglichen
Gegebenheiten werden durch die Ausgestaltung nach Anspruch 3 weiter
verbessert.
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Die
Ausgestaltung nach Anspruch 4 hat den Vorteil, dass sich die Fördermenge
des Kraftstoffes wesentlich vergrößert.
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Zeichnung
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Eine
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. Es zeigen:
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1 eine
Kolbenpumpe in quergeschnittener Darstellung,
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2 die
Kolbenpumpe nach 1 in längsgeschnittener
Darstellung,
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3 den
Bereich der mit einem Kurbelzapfen versehenen Antriebswelle und
des Kolbens in einer Ansicht von vorn,
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4 den
Bereich einer mit einem Kurbelzapfen versehenen Antriebswelle und
des Kolbens in quergeschnittener Darstellung
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In
den Figuren bezeichnen übereinstimmende Bezugszeichen übereinstimmende
Gegenstände.
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1 zeigt
eine Kolbenpumpe in quergeschnittner Darstellung, bei der in Umfangsrichtung drei
in separaten Zylindern hin- und herverschiebbare Kolben 1 vorgesehen
sind, die mit ihren Stirnflächen Hochdruckpumpenräume 2 begrenzen
und deren von den Stirnflächen abgewandte Enden durch Druckfedern 3 an
einen radialen Vorsprung einer um eine Rotationsachse 4.1 rotierenden
Antriebswelle 4 angepresst sind und den Vorsprung mit einer
parallel zu der Antriebswelle 4 rotierbaren Rolle 5 berühren. Statt
der drei Kolben-/Zylinderkombinationen können bei abweichenden
Bauformen nur eine oder auch zwei Kolben-/Zylinderkombinationen
vorgesehen sein.
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Die
Kolben-/Zylinderkombinationen bilden einen Bestandteil von separaten
Zylinderköpfen 10, die mit dem Gehäuse 9 der
Kolbenpumpe verschraubt sind. In dem Gehäuse 9 ist
eine um ihre Achse 4.1 rotierbare Antriebswelle 4 gelagert,
die die Stirnfläche des Gehäuses 9 mit
einem Wellenstummel 4.1 überragt und durch einen
an dem Wellenstummel angreifenden, in der Zeichnung nicht dargestellten
Antriebsmotor in eine Drehbewegung versetzbar ist.
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Die
Kolben 1 werden durch einen radialen Vorsprung der Antriebswelle 4 und
die auf ihnen lastenden Druckfedern 3 aufeinanderfolgend
in eine hin- und hergehende Bewegung in den sie aufnehmenden Zylindern
versetzt, was dazu benutzt wird, abwechselnd Kraftstoff über
nicht dargestellte Saugventile in die Pumpenräume 2 der
Zylinderköpfe 10 einzusaugen, darin durch die
Kolben 1 zu verdichten und über nicht dargestellte
Hochdruckventile in den ebenfalls nicht dargestellten Hochdrucksammler
zu überführen. Dazu sind die Ausgänge
der Hochdruckventile über eine Sammelleitung kurzgeschlossen. Auch
die Eingänge der Pumpenräume 2 sind saugseitig
kurzgeschlossen und mit einem Kraftstoffreservoir und/oder eine
Kraftstoffvorförderpumpe verbunden, durch die Kraftstoff
mit einem Druck von 3 bis 6 bar in die Saugventile eingespeist wird.
Die Saugventile und die Hochdruckventile sind jeweils durch Rückschlagventile
gebildet.
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Der
Vorsprung ist bei der Bauform nach 1 durch
einen radial versetzten Kurbelzapfen 6 mit einer zylindrischen
Mantelfläche 6.1 gebildet, wobei die Mantelfläche 6.1 auf
der der Rotationsachse zugewandten Seite des Kurbelzapfens 6 durch
den Nutgrund 4.2 einer grabenartigen Einschneidung 4.3 der
gedachten Verlängerung der Mantelfläche 4.4 der
Antriebswelle 4 gebildet ist, die in Umfangrichtung beiderseits
eine abnehmende Tiefe T hat. Die Mantelfläche 6.1 des
Kurbelzapfen 6 kann einen Durchmesser haben, der mit demjenigen
der Antriebswelle 4 in den unmittelbar angrenzenden Bereichen übereinstimmt
oder sogar darunter liegt. Durch die Verlegung der Mantelfläche 6.1 des
Kurbelzapfens 6 auf der der Rotationsachse 4.5 der
Antriebswelle 4 zugewandten Seite in den Nutgrund 4.2 einer grabenartigen
Einschneidung 4.3 der gedachten Verlängerung der
Mantelfläche 4.4 der Antriebswelle 4 wird
dennoch ein Kolbenhub erzielt, was es ermöglicht, eine
Pumpenleistung und extrem hohe Pumpendrücke zu erzielen.
Der geringe Verschleiß der Kolbenführungen im
Arbeitshub ist dabei von besonderer Bedeutung. Demgemäss
können höchste Drücke von mehr als 2.000
bar ohne besonderen Verschleiß verwirklicht werden und
demgemäß hervorragende Ergebnisse im Verbrennungsprozess
des Kraftstoffes in einer Verbrennungskraftmaschine.
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Die
Einschneidung 4.3 greift zweckmäßig mit einer
Tiefe T von max. dem 0,5-fachen Wert des Durchmessers D der Rolle 5 in
die gedachte Verlängerung der Mantelfläche 4.4 der
Antriebswelle 4 ein. in Verbindung mit dem rotationssymmetrischen,
zylindrischen Profil des Kurbelzapfens 6 werden dadurch
bei der Drehung der Antriebswelle 4 in jeder beliebigen
Zuordnung der Mantelfläche 6.1 des Kurbelzapfens 6 zu
der Rolle 5 günstige Übertragungsverhältnisse
bezüglich der zu übertragenden Kolbenkräfte
und Reibungswerte in den Kolbenführungen erzielt. Es wird
insbesondere vermieden, dass sich ein zu steiler Anstellwinkel zwischen
der Rolle 5 und der um die Rotationsachse der Antriebwelle
kreisenden, exzentrisch angeordneten Mantelfläche 6.1 des Kurbelzapfens 6 ergibt.
Zweckmäßig greift die Einschneidung 4.3 mit
einer Tiefe von max. dem 0,3-fachen Wert des Durchmessers D der
Rolle 6 in die gedachte Verlängerung der Mantelfläche 4.4 ein.
Zugleich wird hierdurch die Kerbwirkung vermindert, die sich in
der Antriebswelle 4 im Bereich der Einschneidung 4.3 ergibt.
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Der
Kurbelzapfen 6 hat zweckmäßig einen größeren
Durchmesser als die Antriebswelle 4 im unmittelbar benachbarten
Bereich, um die Förderleistung entsprechend zu steigern.
Der Durchmesser der Mantelfläche 6.1 kann das
Doppelte des Durchmessers der Antriebswelle 4 betragen,
ohne dass im Arbeitshub untolerierbare Querkräfte im Bereich
der Kolbenführungen zu erwarten sind.
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2 zeigt
die Kolbenpumpe nach 1 in längsgeschnittener
Darstellung. Es wird insbesondere gezeigt, dass die Antriebswelle 4 beiderseits
des Kurbelzapfens 6 im wesentlichen zylindrisch ausgebildet
und drehbar in Gleitlagern des Pumpengehäuses 9 aufgenommen
ist. Es ist saugseitig nur ein einziger Anschluss 7 vorgesehen,
der durch Bohrungen innerhalb des Gehäuses 9 mit
den Saugventilen aller Zylinder verbunden ist. Auch druckseitig
ist nur ein einziger Anschluss 8 vorhanden, der gehäuseintern durch
Bohrungen mit den Ausgängen der Hochruckleitungen aller übrigen
Kolben-/Zylindereinheiten verbunden ist. Ferner ist in 2 erkennbar,
dass die Mantelfläche 6.1 des Kurbelzapfens 6 auf
der dem dargestellten Zylinderkopf 10 zugewandten Seite, dessen
Kolben sich im Arbeitshub befindet, radial in Richtung des Zylinders
vorsteht und auf der entgegengesetzten Seite durch den Nutgrund
einer in die gedachte Verlängerung der Mantelfläche 4.4 der
Antriebswelle 4 eingreifende Einschneidung 4.3 gebildet
ist.
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3 zeigt
den Bereich der mit dem Kurbelzapfen 6 versehenen Antriebswelle 4 und
des Kolbens 1 in einer Ansicht von vorn. Der Kolben 1 ist
dabei im Arbeitshub gezeigt, bei dem er sich im oberen Totpunkt
seiner Bewegung befindet. Demgemäss zeigt der Kurbelzapfen 6 mit
seiner größtmöglichen Auskragung in Richtung
des Kolbens 1, wobei der Kolben 1 auf dem Kurbelzapfen 6 durch
eine Rolle 5 des Durchmessers D abgestützt ist.
Die Rolle 5 ist parallel zur Achse 4.1 der Antriebswelle 4 rotierbar. Bei
fortschreitender Drehbewegung der Antriebswelle 4 gelangt
zunehmend eine Umfangsstelle der Mantelfläche 6.1 des
Kurbelzapfens 6 mit der Rolle 5 in Eingriff, die
durch den im unteren Teil der Darstellung wiedergegebenen Nutgrund 4.2 der
Einschneidung 4.3 der Mantellfläche 4.4 gebildet
ist. Demgemäss wird der Kolben 1 durch die in 1 und 2 gezeigten
Druckfeder aus dem ihn aufnehmenden Zylinder herausgezogen und der
Zylinder entsprechend mit Kraftstoff gefüllt. Bei weiter
fortschreitender Drehbewegung der Antriebswelle 4 wird
der Kolben zunehmend von der mit ihm über die Rolle 5 in
Eingriff stehenden Mantelfläche des Kurbelzapfens aus dem Nutgrund
angehoben und in die exponierte Stellung gemäß 4 zurückverschoben.
Dabei wird der in den Kolben-/Zylindereinheiten der Zylinderköpfe 10 enthaltene
Kraftstoff verdichtet und über das jeweilige Hochdruckventil
in den Hochdruckspeicher überführt. Der Vorgang
ergibt sich aufeinanderfolgend für eine jede der mit dem
Kurbelzapfen 6 in Eingriff stehenden Kolben-/Zylinderheiten
der Zylinderköpfe 10.
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4 zeigt
den Bereich der mit dem Kurbelzapfen 6 versehenen Antriebswelle 4 und
des Kolbens 1 in quergeschnittener Darstellung. Hierdurch wird
deutlich, dass sich der Anstellwinkel zwischen der Rolle 5 und
der Mantelfläche 6.1 des Kurbelzapfens 6 mit
fortschreitender Drehbewegung der Antriebswelle 4 ändert,
dass dabei aber keine Werte erreicht werden, bei denen sich eine
schädigende Reibung in der zugehörigen Kolbenführung
der Kolben-/Zylindereinheit 10 ergibt. Die maximale Tiefe
T der Einschneidung 4.3 beträgt etwa das 0,5-fache des
Wertes des Durchmessers D der Rolle 5. Die Mantelfläche 6.1 hat
einen größeren Durchmesser als die Antriebswelle 4.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19907311
A1 [0002]
- - DE 19814506 A1 [0004]