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Die
Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckerzeugung
bei Kraftstoffeinspritzsystemen.
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Aus
der
DE 197 29 789
A1 sowie der
DE
198 59 188 A1 sind jeweils Radialkolbenpumpen zur Kraftstoffhochdruckversorgung
bekannt, die ein Pumpengehäuse
und mehrere als Zylindereinsätze ausgebildete
Zylinderköpfe
aufweist. Jeder Zylindereinsatz liegt mit einer ebenen Anlagefläche an einer ebenen
Anlagefläche
des Pumpengehäuses
an und ist über
einen Zentrieransatz im Pumpengehäuse fixiert. Im Pumpengehäuse ist
eine erste Kraftstoffzuführleitung
und eine erste Kraftstoffabführleitung
ausgebildet die in der ebenen Anlagefläche des Pumpengehäuse münden. Der
Zylinderkopf weist eine zweite Kraftstoffzuführleitung und eine zweite Kraftstoffabführleitung
auf die in der ebenen Anlagefläche des
Zylinderkopfs münden.
Die Kraftstoffzuführleitungen
sowie die Kraftstoffabführleitungen
des Pumpengehäuses
und des Zylinderkopfes fluchten innerhalb der Anlageebene miteinander.
Um eine Abdichtung am Übergang
von einem Bauteil zum anderen zu gewährleisten, wird der Zylinderkopf
mit dem Pumpengehäuse
mittels Schrauben verspannt. Die Schrauben sind dabei am Rand des
Zylinderkopfs angeordnet. Durch die hohen Druckkräfte insbesondere
auf der Druckseite kann es im Übergangsbereich
zwischen der ersten und der zweiten Kraftstoffabführleitung
zu einer Spaltbildung und damit zu einer Undichtigkeit kommen. Kraftstoff
kann nach außen
dringen, was zum einen zu einer erhöhten Umweltbelastung führt und
zum anderen das Brandrisiko im Motorraum erhöht, da sich der Kraftstoff
leicht an den heißen
Motorbauteilen entzünden
kann.
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Zur
Vermeidung der Undichtigkeiten werden üblicherweise im Übergangsbereich
von der ersten Kraftstoffabführöffnung zur
zweiten Kraftstoffabführöffnung Dichtringe
eingesetzt. Auf grund der auftretenden Druckkräfte kommt es jedoch häufig zur
einer sogenannten Spaltextrusion und der damit verbundenen Zerstörung der
Dichtung.
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In
der
DE 21 35 905 C3 ist
eine Dichtung offenbart, bei der die Anzugskräfte der Spannschrauben mittels
eines Spannrings direkt in den Dichtbereich eingeleitet werden.
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Zur
Verhinderung der Spaltextrusion des Dichtrings wird ein sog. Stützring verwendet.
Eine solche Lösung
hat den Nachteil, dass sie nur bis zu bestimmten Drücken sicher
funktioniert und dass sie vergleichsweise teuer ist, da spezielle
Materialien verwendet werden müssen.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es daher, zuverlässig eine Spaltbildung am Übergang
der Kraftstoffleitungen zwischen Pumpengehäuse und Zylinderkopf zu verhindern.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 2. Vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Die
Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Anzugskraft (F) mittels
eines Bügel
(15) in einen Bereich des Zylinderkopfs (7) eingeleitet
wird, der sich entgegen der Richtung der Anzugskraft (F) oberhalb
der Mündungen
der Kraftstoffabführleitungen
(9, 13) befindet. Die Anzugskraft (F) wird dabei vorzugsweise
durch Schrauben erzeugt. Durch den Bügel wird die Anzugskraft (F)
der Schrauben nicht wie sonst üblich
am Rand des Zylinderkopfs in den Zylinderkopf eingeleitet, sondern
lokal in einem Bereich des Zylinderkopfs oberhalb der Dichtstelle.
Die Anzugskraft (F) der Schraube wirkt somit direkt an der Dichtstelle,
d. h. ohne einen schädlichen
seitlichen Hebelarm. Eine Spaltbildung kann bereits sicher verhindert
werden, wenn das Anzugsdrehmoment der Schrauben leicht über der
im Betrieb auftretenden Druckkraft liegt. Durch die Vermeidung eines Spaltes
zwischen dem Zylinderkopf und dem Pumpengehäuse kann auf einen zusätzli chen
Stützring wie
er üblicherweise
zusätzlich
zum Dichtring verwendet wird, verzichtet werden, wodurch zusätzlich die
Toleranzen für
die Dichtstelle vergrößert werden kann.
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Aufgrund
der zuverlässigen
Verspannung des Zylinderkopfes mit dem Pumpengehäuse kann unter Umständen auch
vollständig
auf eine zusätzliche
Dichtung verzichtet werden.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Zylinderkopf
eine konvex gekrümmte
Fläche
auf, dergestalt, dass sich im montierten Zustand zwischen dem Bügel und
dem Zylinderkopf eine annähernd
linienförmige
Kontaktfläche einstellt.
Die konvex gekrümmte
Fläche
des Zylinderkopfs hat den Vorteil, dass es bei der Montage nicht zu
einer Verkantung des Zylinderkopfs mit dem Bügel kommen kann. Darüber hinaus
ist durch die linienförmige
Kontaktfläche
eine sehr gezielte Einleitung der Anzugskraft (F) möglich.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der
Bügel eine
komplementär
zur konvex gekrümmten
Fläche
des Zylinderkopfs, ausgebildete, konkav gekrümmte Fläche auf. Hierdurch kann die
Bauhöhe
des Zylinderkopfs sehr kompakt ausgeführt werden und man erzielt
einen zusätzlich erhöhten Schutz
vor Verkanten.
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Eine
andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass
der Zylinderkopf eine konkav gekrümmte Fläche aufweist und im montierten Zustand
mit einer komplementär
ausgebildeten konvexen Fläche
des Bügels
in Kontakt steht, so dass sich zwischen dem Bügel und dem Zylinderkopf eine annähernd linienförmige Kontaktfläche einstellt.
Eine solche Ausgestaltung bietet wiederum den Vorteil, dass ein
Verkanten zwischen Zylinderkopf und Bügel weitgehend ausgeschlossen
wird und eine sehr kompakte Bauform des Zylinderkopfs realisiert
werden kann.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass
der Zylinderkopf eine kalottenförmige
oder glockenförmige
Erhöhung
aufweist, dergestalt, dass sich im montierten Zustand zwischen dem
Bügel und
dem Zylinderkopf eine annähernd
punktförmige
Kontaktfläche
einstellt. Eine solche Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die
Kraft sehr gezielt oberhalb des Dichtungsbereiches in den Zylinderkopf
eingebracht werden kann und sich damit eine besonders hohe Dichtkraft
an der Dichtstelle ergibt.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass
der Bügel
eine komplementär
zur kalottenförmigen
oder glockenförmigen
Erhöhung
des Zylinderkopfes ausgebildete Vertiefung aufweist. Hierdurch lässt sich
eine sehr kompakte Bauform des Zylinderkopfes erzielen und ein Verkanten
zwischen den beiden Bauteilen ist weitgehend ausgeschlossen.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen
erläutert.
Es zeigen:
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1 einen Detailausschnitt
einer Radialkolbenpumpe anhand dessen die prinzipielle Funktionsweise
erläutert
wird,
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2 eine Schnittdarstellung
der in 1 beschriebenen
Radialkolbenpumpe entlang der Linie A-A,
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3 eine dreidimensionale
Darstellung der in 2 gezeigten
Radialkolbenpumpe,
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4 einen Schnittdarstellung
eines zweiten Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe,
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5 eine dreidimensionale
Darstellung der in 4 gezeigten
Radialkolbenpumpe,
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6 einen Schnittdarstellung
eines dritten Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe.
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Gleiche
bzw. funktional übereinstimmende Bauteile
sind figurübergreifend
mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt einen Detailausschnitt
einer Radialkolbenpumpe, insbesondere zur Kraftstoffhochdruckversorgung
bei Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen. Die Radialkolhenpumpe
besitzt ein Pumpengehäuse 1 sowie
mehrere als Zylindereinsätze
ausgebildete Zylinderköpfe 7,
von denen in der Detailansicht jedoch nur einer dargestellt ist. Der
Zylinderkopf 7 besitzt eine ebene Anlagefläche 11 mit
der er im montierten Zustand gegen eine ebene Anlagefläche 10 des
Pumpengehäuses 1 anliegt. Im
Pumpengehäuse 1 ist
eine erste Kraftstoffzuführleitung 8 sowie
eine erste Kraftstoffabführleitung 9 ausgebildet,
die in der ebenen Anlagefläche 10 münden. Der
Zylinderkopf 7 weist eine zweite Kraftstoffzuführleitung 12 sowie
eine zweite Kraftstoffabführöffnung 13 auf,
die in der ebenen Anlagefläche 11 münden. Im
montierten Zustand liegen die erste Kraftstoffzuführleitung 8 und
die zweite Kraftstoffzuführleitung 12 sowie
die erste Kraftstoffabführleitung 9 und
die zweite Kraftstoffabführöffnung 13 im
Bereich der Anlageflächen 10, 11 im
Wesentlichen fluchtend zueinander. Hierdurch kann der Kraftstoff im
Betrieb weitgehend ungehindert vom Pumpengehäuse 1 zum Zylinderkopf 7 und
zurück
in das Pumpengehäuse 1 fließen. Aus
konstruktiven oder fertigungstechnischen Gründen ist es selbstverständlich auch
möglich,
dass die Leitungen nicht exakt miteinander fluchten bzw. unterschiedliche
Durchmesser aufweisen. Um einen dichten Übergang zwischen den Leitungen
der beiden Bauteile zu gewährleisten, wird
der Zylinderkopf 7 mit dem Pumpengehäuse 1 verspannt. Zusätzlich sind
im Bereich der Übergänge Dichtungselemente 5, 6 verwendet.
Das Verspannen des Zylinderkopfs 7 mit dem Pumpengehäuse 1 erfolgt
mittels eines Bügels 15 (siehe 2).
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Nachfolgend
wird kurz die Funktionsweise der Radialkolbenpumpe beschrieben.
Während
des Ansaughubes gelangt der Kraftstoff über die erste Kraftstoffzuführleitung 8,
die zweite Kraftstoffzuführleitung 12 und
das Saugventil 26 in den Zylinderraum 3. Während des
anschließenden
Kompressionshubes bewegt sich der Kolben 4 nach oben und
verdichtet dabei den Kraftstoff. Nach der Verdichtung wird der Kraftstoff über die
zweite Kraftstoffabführleitung 13,
das Hochdruckventil 27 und die erste Kraftstoffabführleitung 9 zu
einem gemeinsamen Hochdruckleitung und von dort zu einem gemeinsamen
Hochdruckspeicher, dem sog. Common-Rail geleitet (nicht dargestellt)
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2 zeigt eine Schnittdarstellung
der in 1 beschriebenen
Radialkolbenpumpe entlang der Linie A-A. Der Zylinderkopf 7 ist
nicht unmittelbar mit dem Pumpengehäuse 1 verspannt. Die
Anzugskraft (F) der Schrauben 14 wird über einen Bügel 15 in den Zylinderkopf 7 eingebracht.
Hierdurch wird die ebene Anlagefläche 11 des Zylinderkopfs 7 gegen die
ebene Anlagefläche 10 des
Pumpengehäuses 1 verspannt,
wodurch sich ein dichter Übergang
zwischen den Leitungen der beiden Bauteilen ergibt. Der Zylinderkopf 7 und
der Bügel 15 sind
dabei derart ausgebildet, dass die Anzugskraft (F) im Wesentlichen
rechtwinklig zu den ebenen Anlageflächen 10, 11 und
in einen Bereich des Zylinderkopfs 7 eingeleitet wird,
der sich oberhalb der Mündung
der Kraftstoffzuführleitungen 8, 12 und/oder
der Kraftstoffabführleitungen 9, 13 befindet.
Hierzu weist der Zylinderkopf 7 eine konvex gekrümmte Fläche 18 auf,
so dass sich im montierten Zustand zwischen dem Bügel 15 und
dem Zylinderkopf 7 eine annähernd linienförmige Kontaktfläche 17 einstellt
(in 3 durch die strichpunktierte
Linie 17 angedeutet). Die konvex gekrümmte Fläche 18 des Zylinderkopfs 7 hat
zudem den Vorteil, dass es bei der Montage des Bügels 15 nicht zu einer
Verkantung zwischen dem Bügel 15 und
dem Zylinderkopf 7 kommen kann. Um eine kompakte Bauform
zu erzielen, ist der Bügel 15 komplementär zur konvex
gekrümmten
Fläche 18 des
Zylinderkopfs 7 ausgebildet. Zusätzlich ergibt sich durch die
komplementäre
Ausbildung des Bügels 15 ein weiter
verbesserter Schutz vor Verkannten.
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Durch
die Einleitung der Anzugskraft (F) unmittelbar oberhalb der Leitungsübergänge, ergibt sich
eine besonders sichere Abdichtung. Die Anzugskraft (F) der Schrauben 14 muss
dabei nur wenig über
dem im Betrieb zu erwartenden Flüssigkeitsdruck
der Kraftstoffhochdruckpumpe liegen, da sich durch die unmittelbare
Einleitung an der Dichtstelle kein Hebelarm ergibt. Somit wird durch
unmittelbare Einleitung der Anzugskraft (F) direkt oberhalb der Dichtstelle
eine wesentlich sicherere Abdichtung zwischen dem Pumpengehäuse 1 und
dem Zylinderkopf 7 erzielt, als bei den bisher üblichen
Verschraubungen.
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In
der Praxis ergibt sich selbstverständlich nicht eine Berührungslinie
zwischen dem Pumpengehäuse 1 und
dem Zylinderkopf 7. Es wird sich aufgrund der hohen Anzugskräfte vielmehr
einschmaler Berührungsstreifen
einstellen.
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3 zeigt eine dreidimensionale
Darstellung der in 2 gezeigten
Detailansicht der Radialkolbenpumpe. Durch die gestrichelte Linie 17 ist
die annähernd
linienförmige
Kontaktfläche
zwischen dem Bügel 15 und
dem Zylinderkopf 7 angedeutet. Die Kontaktlinie 17 liegt
genau oberhalb der Kraftstoffzuführleitungen 8, 12 bzw.
Kraftstoffabführleitungen 9, 13 und
schneidet damit die verlängerte
Mittelachse ma der Leitungen.
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4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe.
Die Schnittdarstellung ist weitgehend identisch mit 2. Anstelle der konvex geformten Fläche weist der
Zylinderkopf 7 hier allerdings eine kalottenförmige bzw.
glockenförmige
Erhöhung 21 auf
(angedeutet durch den gestrichelten Kreis in 5). Hierdurch ergibt sich an der Kontaktfläche zwischen
Bügel 15 und
Zylinderkopf 7 eine annähernd
punktförmige Kontaktfläche 22.
Die kalottenförmige
bzw. glockenförmige
Erhöhung 21 erlaubt
damit eine noch gezieltere Einleitung der Anzugskraft (F) im Hinblick
auf die Dichtstelle. Durch die glockenförmige bzw. kalottenförmige Ausbildung
ist wiederum ein Verkanten zwischen Zylinderkopf 7 und
Bügel 15 beim
Verspannen weitgehend ausgeschlossen. Um eine möglichst kompakte Bauform zu
erzielen, ist wiederum der Bügel 15 komplementär zum Zylinderkopf 7 ausgebildet und
weist eine kalottenförmige
bzw. glockenförmige Vertiefung 23 auf.
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5 zeigt eine dreidimensionale
Darstellung der in 4 gezeigten
Schnittdarstellung. Durch den gestrichelten Kreis ist die kalottenförmige bzw. glockenförmige Ausbildung 21, 23 des
Bügels 15 sowie
des Zylinderkopfes 7 angedeutet. Die Krafteinleitung erfolgt
exakt entlang der verlängerten
Lei tungsachse (ma) der Kraftstoffzuführleitung 9 bzw. Kraftstoffabführleitung 13.
Hierdurch ergibt sich eine besonders gute Abdichtung der Leitungen
am Übergang
von Pumpengehäuse 1 zu
Zylinderkopf 7.
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6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der
Erfindung. Das Ausführungsbeispiel
unterscheidet sich funktional nicht von den vorherigen Ausführungsbeispiel,
lediglich ist die konkav gekrümmte Fläche 19 im
Zylinderkopf 7 und die komplementär ausgebildete, konvexe gekrümmte Fläche 20 im
Bügel 15 ausgebildet.
Ebenso ist es möglich
im Hinblick auf das Ausführungsbeispiel
aus 4 und 5 die kalottenförmig oder
glockenförmig
ausgebildete Vertiefung 24 in den Zylinderkopf 7 auszubilden
und die entsprechende komplementär
ausgebildete kalottenförmige
oder glockenförmige
Erhöhung 25 im
Bügel 15 auszubilden.
In der Schnittdarstellung unterscheidet sich die Ausführungsform
mit konkav gekrümmter Fläche nicht
von der mit kalottenförmig
oder glockenförmig
ausgebildeter Vertiefung/Erhöhung.
Somit wird auf eine zusätzliche
Zeichnung verzichtet und lediglich unterschiedliche Bezugszeichen
verwendet.
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Die
Erfindung zeichnet sich somit dadurch aus, dass durch die Verwendung
eines Bügels
die Anzugskraft (F) der Schrauben gezielt oberhalb der abzudichtenden
Leitungsübergänge zwischen
dem Zylinderkopf und dem Pumpengehäuse in den Zylinderkopf eingeleitet
wird. Ein schädlicher
Hebelarm zwischen der Dichtstelle und der Stelle an der die Dichtkraft
in den Zylinder eingeleitet wird, wird dadurch verhindert und eine
zuverlässige
Abdichtung erreicht. Das Pumpengehäuse kann dabei in seiner ursprünglichen
Form belassen werden, es ist lediglich eine Anpassung des Zylinderkopfs
und ein zusätzlicher
Bügel notwendig.
Somit ist auch eine Nachrüstung älterer Pumpen
möglich.
Durch die hohe Dichtkraft ist es möglich, auf zusätzliche
Dichtungen im Dichtungsbereich zu verzichten. Hierdurch ergeben
sich Kostenersparnisse.