DE102008043991A1

DE102008043991A1 - Kraftstoffpumpe für Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE102008043991A1
Application number: DE102008043991A
Authority: DE
Inventors: Carsten Rudolph
Original assignee: THIELERT AIRCRAFT ENGINES GmbH
Current assignee: THIELERT AIRCRAFT ENGINES GmbH
Priority date: 2008-11-21
Filing date: 2008-11-21
Publication date: 2010-05-27
Also published as: WO2010057838A2; CA2747074A1; US20110223049A1; WO2010057838A3; EP2359004A2; CN102239333A

Abstract

Bei einer Kraftstoffpumpe, insbesondere der Vorförderpumpe zur Zuführung von Flugzeugkraftstoff zur Hochdruckpumpe, wird die formschlüssige Verbindung zwischen der Antriebswelle (4) und dem antriebenen Pumpenrad (2) durch eine an diesen ausgebildete regelmäßige, konvexe, dreieckige Polygonkontur mit gerundeten Seiten- und Eckflächen gebildet. Dadurch werden die auf die geringe Schmierfähigkeit des auf Kerosin basierenden Flugzeugkraftstoffs zurückzuführenden Verschleißerscheinungen verringert und die Lebensdauer der Kraftstoffpumpe erhöht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffpumpe, insbesondere Vorförderpumpe für Verbrennungsmotoren, die eine Zahnradpumpe mit einem über eine Antriebswelle angetriebenen Pumpenrad umfasst, insbesondere für mit Flugzeugkraftstoff betriebene Dieselmotoren.
Die Kraftstoffzuführung zum Verbrennungsraum von in Common-Rail-Technik mit Flugzeugkraftstoff betriebenen Flugzeugmotoren erfolgt bekanntermaßen aus einem Tank über eine Vorförderpumpe und eine Hochdruckpumpe zu einem an die einzelnen Zylinder angeschlossenen gemeinsamen Verteilerrohr (Rail). Da ein Ausfall einer Kraftstoffpumpe unweigerlich zum Motorstillstand führt, ist insbesondere bei Flugzeugmotoren eine extrem hohe Zuverlässigkeit gefordert. Die Zuverlässigkeit und die maximale Betriebsdauer der Kraftstoffpumpen sind insbesondere dadurch begrenzt, dass deren Schmierung mit dem geförderten Kraftstoff erfolgt und die Lager und Gleitflächen entsprechend der Schmierfähigkeit des Kraftstoffs mehr oder weniger stark belastet sind. Die Lebensdauer der Kraftstoffpumpen wird somit maßgeblich durch die Schmiereigenschaften des jeweiligen Kraftstoffs beeinflusst. Da die bei Flugzeugen eingesetzten Dieselmotoren mit einem auf Kerosin basierenden Flugzeugkraftstoff mit gegenüber dem Dieselkraftstoff deutlich geringerer Schmierfähigkeit betrieben werden, ist die Lebensdauer der Kraftstoffpumpen in diesem Fall besonders gering.
Bei einer als Zahnradpumpe ausgebildeten Vorförderpumpe ist deren angetriebenes Pumpenrad (Antriebszahnrad) über eine Keilwellenverzahnung mit einer Antriebswelle verbunden, deren an einem Wellenende vorhandene Außenverzahnung (Außenprofil) formschlüssig in eine am Antriebszahnrad der Vorförderpumpe vorhandene Innenverzahnung (Innenprofil) eingreift. Die so ausgebildete Vorförderpumpe weist insbesondere bei der Verwendung für einen mit Flugzeugkraftstoff betriebenen Dieselmotor eine nur geringe Lebensdauer auf, da die Antriebwelle und das angetriebene Pumpenrad und in der Folge auch das Pumpengehäuse einem hohen Verschleiß unterliegen und somit die Vorförderpumpe schon nach kurzer Betriebszeit komplett ausgetauscht werden muss.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die der Hochdruckpumpe vorgeschaltete Vorförderpumpe so auszubilden, dass auch bei Verwendung von Kraftstoffen mit verminderter Schmierfähigkeit eine lange Lebensdauer gewährleistet ist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einer gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 als Zahnradpumpe ausgebildeten Kraftstoffpumpe bzw. Vorförderpumpe gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Der Kern der Erfindung besteht mit anderen Worten darin, dass die formschlüssige Verbindung zwischen der Antriebswelle und dem angetriebenen Pumpenrad durch eine an der Antriebswelle und am Pumpenrad ausgebildete konvexe Polygonkontur hergestellt wird.
In weiterer Ausbildung der Erfindung weist die Antriebswelle eine Kopplungsscheibe in Form eines als Triangel geformten Polygons mit nach außen in einem bestimmten Radius gewölbten Seitenflächen sowie nach außen gerundeten Eckbereichen auf, während im angetriebenen Pumpenrad eine in Form und Größe mit der Kopplungsscheibe übereinstim mende Ausnehmung ausgebildet ist, so dass die Kopplungsscheibe passgenau in die Ausnehmung eingreift.
Überraschenderweise wurde festgestellt, dass die über zwei formschlüssig ineinander greifende Polygone hergestellte Verbindung zwischen Antriebwelle und Pumpenrad eine sichere Kraftübertragung gewährleistet und eine deutliche Verringerung des Verschleißes an der formschlüssigen Verbindungsstelle und damit der Antriebswelle, der Pumpenräder und des Pumpengehäuses zur Folge hat und somit die Lebensdauer der zur Förderung von Kraftstoff mit geringer Schmierfähigkeit vorgesehenen Kraftstoffpumpe erhöht und deren gerade für den Flugbetrieb unabdingbare Zuverlässigkeit verbessert wird.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindungen können die formschlüssig ineinander greifenden konvex gewölbten Polygonkonturen auch als Vieleck, beispielsweise als Tetragon, ausgeführt sein.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung einer als Zahnradpumpe ausgebildeten Vorförderpumpe in demontiertem Zustand;
2 eine Vorderansicht der mit einer als Polygon ausgebildeten Kopplungsscheibe ausgebildeten Antriebswelle; und
3 eine Vorderansicht des Antriebszahnrades der Vorförderpumpe mit einem als Polygon ausgebildeten Innenprofil.
Die in 1 in demontiertem Zustand dargestellte Vorförderpumpe ist als Zahnradpumpe ausgebildet und umfasst ein Pumpengehäuse 1, in dem ein angetriebenes erstes Pumpenrad 2 und ein zweites Pumpenrad 3 gelagert sind. In dem Pumpengehäuse 1 ist darüber hinaus eine angetriebene Antriebswelle 4 gelagert. Eine an die Antriebswelle 4 angeformte Kopplungsscheibe 5 hat die Form eines konvexen, regelmäßigen, hier dreieckigen Polygons, das heißt, eines Triangels mit drei gewölbten Seitenkanten gleicher Länge und gleich großen Innenwinkeln. Die Kopplungsscheibe 5 greift in eine in dem angetriebenen Pumpenrad 2 ausgebildete Ausnehmung 6 ein, deren als Polygon geformte Kontur mit der Kontur der Kopplungsscheibe 5 übereinstimmt. Das Pumpengehäuse 1 ist unter Zwischenschaltung eines Dichtungsringes 8 durch einen Gehäusedeckel 9 verschlossen, der mittels Zylinderschrauben 7 befestigt ist.
Die polygonförmige Außenkontur der Kopplungsscheibe 5 und der im angetriebenen Pumpenrad 2 vorgesehenen Ausnehmung 6 ist in den 2 und 3 genauer dargestellt. Das regelmäßige dreieckige Polygon der Kopplungsscheibe 5 und der Ausnehmung 6 hat einen Umkreis mit dem Durchmesser d_U und einen Inkreis mit dem Durchmesser d_I. Das Polygon hat jedoch keine geraden Seitenkanten (Seitenflächen), sondern ist konvex geformt, das heißt, mit balligen, nach außen im Radius R_S gewölbten Seitenflächen sowie mit im Radius R_E gerundeten Eckbereichen des Polygons der Kopplungsscheibe 5 und der Ausnehmung 6. Die maximale Weite des Polygons der Ausnehmung 6 bzw. der Kopplungsscheibe 5 ist in der Zeichnung mit W bezeichnet.
Mit dem als konvexe Polygonverbindung ausgeführten Formschluss zwischen der Antriebswelle 6 und dem angetriebenen Pumpenrad 2 kann der Verschleiß des ersten und auch des zweiten Pumpenrades sowie der Antriebwelle und des Gehäuses deutlich gesenkt werden und die Lebensdauer der als Zahnradpumpe ausgeführten Vorförderpumpe selbst bei Verwendung eines Kraftstoffs mit geringer Schmierfähigkeit um das Dreifache erhöht werden.
Die Erfindung ist nicht auf das zuvor beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Beispielweise kann die formschlüssige Verbindung auch durch regelmäßige konvexe Polygone mit mehr als drei Ecken wie ein Tetragon oder Pentagon gebildet sein und auch bei anderen Kraftstoffpumpen mit rotierenden Pumpenrädern angewendet werden.

1: Pumpengehäuse
2: Erstes, angetriebenes Pumpenrad
3: Zweites Pumpenrad
4: Antriebswelle
5: Kopplungsscheibe, dreieckiges konvexes Polygon
6: Ausnehmung, dreieckiges konvexes Polygon
7: Zylinderschrauben
8: Dichtungsring
9: Gehäusedeckel
d_U: Umkreis des Polygons
d_I: Inkreis des Polygons
W: max. Weite des Polygons
R_S: Radius der Seitenfächen des Polygons
R_E: Radius der Eckflächen des Polygons

Claims

Kraftstoffpumpe, insbesondere Vorförderpumpe für Verbrennungsmotoren, die eine Zahnradpumpe mit einem über eine Antriebswelle angetriebenen Pumpenrad umfasst, insbesondere für mit Flugzeugkraftstoff betriebene Dieselmotoren, gekennzeichnet durch eine als regelmäßiges konvexes Polygon ausgeführte formschlüssige Verbindung zwischen dem angetriebenen Pumpenrad (2) und der Antriebswelle (4).
Kraftstoffpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die formschlüssige Polygonverbindung eine an der Antriebswelle (4) vorgesehene Kopplungsscheibe (5) und eine im angetriebenen Pumpenrad (2) eingeformte Ausnehmung (6) mit übereinstimmender Polygonkontur aufweisen.
Kraftstoffpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die konvexe Polygonkontur dreieckförmig ist und im Radius R_S nach außen gewölbte Seitenflächen sowie im Radius R_E nach außen gewölbte Eckbereiche aufweist.
Kraftstoffpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die regelmäßige konvexe Polygonkontur als Tetragon oder Pentagon ausgebildet ist.