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Die Erfindung bezieht sich auf eine Radialkolbenpumpe, insbesondere für Kraftstoff, mit mehreren in Zylindern in einem Gehäuse in Radialrichtung verstellbar gelagerten Pumpenkolben.
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Eine Radialkolbenpumpe für Common Rail-Einspritzsysteme wird in der
EP 1 985 853 A1 beschrieben. In einem Gehäuse der Radialkolbenpumpe sind insgesamt drei Pumpenkolben angeordnet, die in zylinderförmigen Aufnahmen im Gehäuse geführt sind und in Radialrichtung eine oszillierende Auf- und Abbewegung durchführen. Die Pumpenkolben werden über einen mittig im Gehäuse gelagerten Exzenternocken angetrieben.
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Bei Radialkolbenpumpen kann das Problem auftreten, dass zwei Pumpenkolben überlappend Fluid fördern, wodurch es zu Druckimpulsen auf der Ausgangsseite der Pumpenkolben kommen kann, die sich überlagern können. Hierdurch entstehen hohe Belastungen in den Pumpenbauteilen.
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Die
DE 195 27 402 A1 zeigt eine Radialkolbenpumpe mit vier in einem Gehäuse in unterschiedliche Radialrichtungen verstellbar gelagerten Pumpenkolben. Über einen Sauganschluss gelangt Fluid in eine Vorkammer und wird beim Hub der Pumpenkolben unter Druck gesetzt und über eine Druckleitung zu einem Druckanschluss geleitet. Über den Druckanschluss kann das Fluid abgeleitet werden. Der Druckanschluss ist als eine Bohrung im Gehäuse ausgebildet, deren Durchmesser größer ist als der Durchmesser der Druckleitung.
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Aus der
DE 198 02 476 A1 ist eine Pumpenanordnung zur Kraftstoffhochdruckversorgung bekannt, bei der in einem Pumpengehäuse drei Sacklochbohrungen angeordnet sind, welche über weitere Bohrungen mit jeweils einem Pumpenelement in Verbindung stehen. Jeweils zwei Sacklochbohrungen sind über zwei Hochdruckkanäle miteinander verbunden. Einer der Hochdruckkanäle durchdringt eine Hochdruckanschlussbohrung mit größerem Durchmesser als die Hochdruckkanäle.
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Die
US 2,450,248 A zeigt eine Radialkolbenpumpe mit vier Kolben, die Fluid von einem zentralen Reservoir über einen Auslass in Hochdruckkanäle fördert. Der Auslass ist von einem Rückschlagventil mit einer Rückschlagkugel und einem Federelement in einer Sacklochbohrung verschlossen, wobei mit dem Öffnen der Rückschlagkugel eine Strömungsverbindung in die Hochdruckkanäle freigegeben wird. Die Hochdruckkanäle verbinden die Auslassseiten sämtlicher Kolben miteinander.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen konstruktiven Maßnahmen eine Radialkolbenpumpe zu schaffen, bei der die Gefahr von Druckimpulsen während des Fluidförderbetriebs reduziert ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Die erfindungsgemäße Radialpumpe kann zur Förderung von Kraftstoff, beispielsweise in Common Rail-Systemen eingesetzt werden. Die Radialkolbenpumpe weist in einem Gehäuse mehrere Pumpenkolben auf, die, bezogen auf eine Längsachse der Radialkolbenpumpe, jeweils in Radialrichtung eine oszillierende Pumpenbewegung ausführen. Die Pumpenkolben sind in Zylindern, die in das Gehäuse eingebracht sind, aufgenommen und werden von einer Antriebseinheit angetrieben, bei der es sich insbesondere um einen Nocken, beispielsweise einen Exzenternocken handelt, der zentrisch im Pumpengehäuse rotierend gelagert ist und sämtliche Pumpenkolben antreibt. Zumindest ein Teil der Pumpenkolben erstreckt sich in verschiedene Radialrichtungen. Die Pumpenkolben können in Achsrichtung versetzt zueinander angeordnet sein, wobei gegebenenfalls zwei oder mehr, beispielsweise bis zu drei axial versetzte Pumpenkolben sich auch in die gleiche Radialrichtung erstrecken können.
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In das Gehäuse der Radialkolbenpumpe sind mehrere Speicherbohrungen eingebracht, die mit den Zylindern im Gehäuse strömungsverbunden sind. Die Verbindung besteht mit einem Fluidaufnahmebereich in den Zylindern der Pumpenkolben, in den beim Entspannungshub der Pumpenkolben Fluid eingesaugt bzw. aus dem beim Kompressionshub Fluid unter Druck herausgepresst wird. Die Speicherbohrungen sind über Verbindungskanäle untereinander verbunden. Des Weiteren weisen die Speicherbohrungen eine größere Querschnittsfläche als die Verbindungsbohrungen auf.
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Mit dieser Ausführung wird eine Reduzierung des Druckimpulses bzw. von Druckwellen erreicht, die durch den Pumpvorgang der Pumpenkolben entstehen können, insbesondere bei einem sich überschneidenden Kompressionshub von mindestens zwei Pumpenkolben der Radialkolbenpumpe. Die Speicherbohrungen weisen ein verhältnismäßig großes Aufnahmevolumen zur Aufnahme des unter Druck stehenden, von den Pumpenkolben geförderten Fluids auf. Indem die Speicherbohrungen untereinander über die Verbindungskanäle verbunden sind, wird insgesamt ein noch größeres Aufnahmevolumen für das unter Druck stehende Fluid erreicht, das der Entstehung von Druckwellen entgegenwirkt. Dies gilt sowohl für Überlappungen zwischen den Kompressionshüben der Pumpenkolben als auch für verschiedene Drehzahlen der Radialkolbenpumpe.
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Die Vermeidung von Druckwellen wird mit einfachen konstruktiven Maßnahmen erreicht. Es müssen lediglich in das Gehäuse der Radialkolbenpumpe mehrere Speicherbohrungen eingebracht werden, die eine verhältnismäßig große Querschnittsfläche aufweisen. Es ist nicht erforderlich, einen zusätzlichen, insbesondere außerhalb des Gehäuses angeordneten Speicherraum zur Aufnahme des unter Druck stehenden Fluids anzuordnen. Die Speicherbohrungen innerhalb des Gehäuses bieten ein ausreichend großes Speichervolumen zur Vermeidung von Druckwellen und Druckimpulsen. Aufgrund des Verzichts eines externen Druckspeichers außerhalb des Gehäuses baut die Radialkolbenpumpe verhältnismäßigklein. Dank der Ausführung als Bohrung sind für das vergrößerte Speichervolumen keine zusätzlichen Bauteile erforderlich.
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Vorteilhafterweise befinden sich die Speicherbohrungen in den Eckbereichen des Gehäuses der Radialkolbenpumpe. Dies gewährleistet eine ausreichend hohe Stabilität des Gehäuses trotz der vorteilhafterweise ebenfalls in das Gehäuse eingebrachten Verbindungskanäle, über die die Speicherbohrungen untereinander verbunden sind.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung entspricht die Anzahl der Speicherbohrungen der Anzahl der Pumpenkolben in der Radialkolbenpumpe. Es kann aber auch zweckmäßig sein, dass die Anzahl der Pumpenkolben ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl der Speicherbohrungen ist. Des Weiteren kann es zweckmäßig sein, zumindest vier Speicherbohrungen in das Pumpengehäuse einzubringen, insbesondere jeweils eine pro Eckbereich des Gehäuses.
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Vorteilhafterweise sind die Speicherbohrungen im Hinblick auf ihre Querschnittsfläche, Querschnittsform sowie axiale Länge gleich oder zumindest annähernd gleich ausgeführt. Die Speicherbohrungen sind vorzugsweise geradlinig ausgebildet und erstrecken sich in Achsrichtung, also orthogonal zu der radialen Bewegungsrichtung der Pumpenkolben in den Zylindern im Gehäuse.
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Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung sind auch die Verbindungskanäle zwischen den Speicherbohrungen gleich oder zumindest annähernd gleich ausgebildet. Diese können geradlinig oder gegebenenfalls gekrümmt ausgebildet sein und sich beispielsweise konzentrisch oder annähernd konzentrisch zu dem eine runde Querschnittsform aufweisenden Aufnahmeraum für den Nocken erstrecken, der die Pumpenkolben antreibt. Vorteilhafterweise erstreckt sich jeweils ein Verbindungskanal zwischen zwei parallel verlaufenden Speicherbohrungen, wobei die Verbindungskanäle entweder axial in gleicher Höhe oder axial versetzt oder teilweise axial in gleicher Höhe und teilweise axial versetzt angeordnet sein können.
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Die Zylinder zur Aufnahme der Pumpenkolben sind über Kommunikationskanäle mit den Speicherbohrungen verbunden. Die Kommunikationskanäle münden jeweils in einen Verbindungskanal, der zwischen zwei Speicherbohrungen angeordnet ist. Somit erfolgt der Fluidausstoß aus dem Fluidaufnahmebereich im Zylinder über den Kommunikationskanal und den Verbindungskanal in die Speicherbohrungen.
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Die Kommunikationskanäle weisen eine kleinere Querschnittsfläche als die Speicherbohrungen auf. Gegebenenfalls ist die Querschnittsfläche der Kommunikationskanäle auch kleiner als die Querschnittsfläche der Verbindungskanäle. Gegenüber den Speicherbohrungen ist die Querschnittsfläche der Kommunikationskanäle vorteilhafterweise mindestens um den Faktor 5, gegebenenfalls mindestens um den Faktor 7.5 kleiner. Die Querschnittsfläche der Speicherbohrungen kann gegebenenfalls mindestens um den Faktor 3 größer als die Querschnittsfläche der Verbindungskanäle sein. Über dieses Größenverhältnis ist ein großes Aufnahmevolumen in den Speicherbohrungen gewährleistet.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist in jedem Kommunikationskanal ein in Richtung der Speicherbohrung öffnendes Rückschlagventil integriert. Das Rückschlagventil gewährleistet einen Strömungsfluss vom Fluidaufnahmebereich in den Zylindern im Pumpengehäuse in Richtung der Speicherbohrungen und verhindert eine Rückströmung von der Speicherbohrung zurück in den Fluidaufnahmebereich.
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Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung sind sowohl die Verbindungskanäle untereinander gleich oder zumindest annähernd gleich als auch die Kommunikationskanäle untereinander gleich oder zumindest annähernd gleich aufgebaut. Des Weiteren kann es zweckmäßig sein, dass die Kommunikationskanäle mit seitlichem Versatz zu der Längsachse der Pumpenkolben im Gehäuse verlaufen und somit asymmetrisch zu den Längsachsen der Pumpenkolben angeordnet sind.
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Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist nicht jede Speicherbohrung mit einem Auslass zum Ableiten des geförderten Fluids versehen, sondern nur ein Teil der Speicherbohrungen, beispielsweise genau eine Speicherbohrung. Aufgrund der Strömungsverbindung über die Verbindungskanäle zwischen den Speicherbohrungen genügt ein einziger Auslass für die Ableitung des geförderten Fluids.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und der Zeichnung zu entnehmen, in der ein Schnitt durch eine Radialkolbenpumpe quer zur Längsachse der Pumpe dargestellt ist.
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Die in der Figur gezeigte Radialkolbenpumpe 1 wird beispielhaft zur Förderung von Kraftstoff in Common Rail-Systemen für Brennkraftmaschinen eingesetzt. Die Radialkolbenpumpe 1 weist in einem Gehäuse 2 insgesamt vier Ausnehmungen in Form jeweils eines Zylinders 3 zur Aufnahme jeweils eines Pumpenkolbens 4 auf. Die Pumpenkolben 4 erstrecken sich, bezogen auf die Längsachse 8 der Radialkolbenpumpe, in Radialrichtung und können in Radialrichtung eine oszillierende Bewegung in den Zylindern 3 ausführen. Der Antrieb der Pumpenkolben 4 erfolgt mechanisch über einen Nocken, beispielsweise einen Exzenternocken 5, der in einem mittig angeordneten Bewegungsraum 6 im Gehäuse 2 aufgenommen ist und innerhalb des Bewegungsraumes 6 eine Rotationsbewegung ausführen kann. Der Antrieb des Nockens 5 erfolgt beispielsweise kinematisch zwangsgesteuert über die Brennkraftmaschine. Die Pumpenkolben 4 liegen mit ihrer radial innenliegenden Stirnseite an der Mantelfläche des Nockens 5 an. Der Nocken 5 kann gegebenenfalls mit einem Rollenantrieb mit einer rotierenden Rolle in einem Stößelbecher zusammenwirken.
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Innerhalb jedes Zylinders 3 ist ein stirnseitiger Fluidaufnahmebereich 7 gebildet, in den das zu fördernde Fluid bei einem radial nach innen gerichteten Entspannungshub des Pumpenkolbens 4 gefördert wird. Das Fluid strömt über einen Zufuhrkanal 9 in den Fluidaufnahmebereich 7, der sich an der dem Nocken 5 abgewandten Stirnseite des Zylinders 3 befindet. In den Zufuhrkanal 9 ist ein Rückschlagventil integriert, das in Richtung des Fluidaufnahmebereichs 7 öffnet und in Gegenrichtung sperrt.
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Bei einem radial nach außen gerichteten Kompressionshub des Pumpenkolbens 4 wird der Fluidaufnahmebereich 7 verkleinert und das darin befindliche Fluid unter Druck gesetzt und über einen Kommunikationskanal 10 aus dem Fluidaufnahmebereich 7 abgeleitet. In den Kommunikationskanal 10 ist ein Rückschlagventil 11 integriert, das in Richtung eines Verbindungskanals 12 sowie einer Speicherbohrung 13 öffnet und in Gegenrichtung sperrt. In das Gehäuse 2 sind insgesamt vier parallel verlaufende und parallel zur Längsachse 8 sich erstreckende Speicherbohrungen 13 eingebracht, die zur Aufnahme des unter Druck stehenden und aus den Fluidaufnahmebereichen 7 geförderten Fluids dienen.
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Es kann des Weiteren zweckmäßig sein, dass genau eine Speicherbohrung 13 mit einem Auslass zum Ableiten des geförderten Fluids versehen ist. Gegebenenfalls sind aber mehrere Speicherbohrungen mit jeweils einem Auslass zum Ableiten des geförderten Fluids versehen, unter Umständen ist jede Speicherbohrung mit einem Auslass zum Ableiten geförderten Fluids versehen.
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Die Speicherbohrungen 13 weisen eine runde Querschnittsfläche auf und verlaufen innerhalb des Gehäuses 2 in Achsrichtung. Sie weisen eine verhältnismäßig große Querschnittsfläche auf, die signifikant größer ist als die Querschnittsfläche sowohl der Verbindungskanäle 12 als auch der Kommunikationskanäle 10, wobei die Verbindungskanäle 12 eine größere Querschnittsfläche als die Kommunikationskanäle 10 aufweisen. Sämtliche Speicherbohrungen 13 sind zueinander gleich ausgebildet, ebenso sind die Verbindungskanäle 12 zueinander gleich und die Kommunikationskanäle 10 zueinander gleich ausgebildet. Auch die Pumpenkolben 4 sind zueinander gleich ausgeführt.
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Jeweils ein Verbindungskanal 12 verbindet zwei parallel verlaufende Speicherbohrungen 13. Die Verbindungskanäle 12 erstrecken sich zumindest annähernd in Umfangsrichtung und sind entsprechend gekrümmt ausgebildet. Die Speicherbohrungen 13 sowie die Kommunikationskanäle 10 sind dagegen geradlinig ausgeführt.
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Im Ausführungsbeispiel sind vier Speicherbohrungen 13 vorgesehen, ebenso vier Pumpenkolben 4. Bei einer höheren Pumpenkolbenanzahl entspricht diese einem ganzzahligen Vielfachen der Anzahl an Speicherbohrungen 13.
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Es kann zweckmäßig sein, dass jeweils zwei diametral gegenüberliegende Pumpenkolben 4 axial auf gleicher Höhe in dem Gehäuse 2 angeordnet sind, jedoch um 90° versetzt angeordnete Pumpenkolben axial verschoben angeordnet sind. Die Verbindungskanäle 12, welchen axial auf gleicher Höhe angeordnete Pumpenkolben 4 zugeordnet sind, befinden sich ebenfalls axial auf gleicher Höhe.
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Die Querschnittsfläche der Speicherbohrungen 13, die sich jeweils in einem Eckbereich des Gehäuses 2 befinden, ist um mindestens den Faktor 5 größer als die Querschnittsfläche der Kommunikationskanäle 10. Die Querschnittsfläche der Speicherbohrungen 13 ist darüber hinaus auch mindestens um den Faktor 3 größer als die Querschnittsfläche der Verbindungskanäle 12. Die Speicherbohrungen 13 weisen ein entsprechend großes Aufnahmevolumen für das aufzunehmende Fluid auf, was der Entstehung von Druckwellen und Druckimpulsen im Fluid entgegenwirkt.
