DE19753593A1 - Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckversorgung - Google Patents
Radialkolbenpumpe zur KraftstoffhochdruckversorgungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe zur
Kraftstoffhochdruckversorgung bei
Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen
insbesondere bei einem Common-Rail-Einspritzsystem, mit
einer in einem Pumpengehäuse gelagerten Antriebswelle, die
exzentrisch ausgebildet ist oder in Umfangsrichtung
nockenartige Erhebungen aufweist, und mit vorzugsweise
mehreren bezüglich der Antriebswelle radial in einem
jeweiligen Zylinderraum angeordneten Kolben, die durch
Drehen der Antriebswelle in dem jeweiligen Zylinderraum in
radialer Richtung hin und her bewegbar sind.
Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß die vorliegende
Erfindung nicht nur bei einer Radialkolbenpumpe eingesetzt
werden kann, sondern auch bei Hochdruckpumpen insbesondere
mit einer Bedarfsmengenregelung.
Bei einer innen abgestützten Radialkolbenpumpe der
genannten Art hat jeweils der Fuß der Kolben Kontakt mit
der Antriebswelle. Die Kolben werden durch die
Exzentrizität der Antriebswelle oder durch die
nockenartigen Erhebungen auf der Antriebswelle nacheinander
in eine Hin- und Herbewegung versetzt. Dabei werden von der
sich drehenden Antriebswelle auf die Kolben jedoch nicht
nur Kräfte in bezüglich der Antriebswelle radialer Richtung
aufgebracht, d. h. in Längsrichtung der Kolben, sondern auch
quer zu den Kolben. Diese Querkräfte erzeugen ein Moment
auf den jeweiligen Kolben.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat sich gezeigt, daß
der Kolbenfuß, der mit der Antriebswelle oder einem
zwischen Antriebswelle und Kolbenfuß angeordneten Ring
Kontakt hat, im Betrieb beschädigt wurde. Dies war
insbesondere der Fall bei einem Kolben, dessen Fuß von
einer Platte gebildet wird, die durch einen Käfig an dem
Kolben befestigt ist und durch eine Feder gegen den Ring
gedrückt wird. Bei diesem besonderen Kolben kam es häufig
zu Käfigbrüchen. Die Beschädigungen des Kolbenfuß traten
vermehrt auf bei einer Teilbefüllung der Zylinderräume. Die
Beschädigungen des Kolbenfuß sind nachteilig, weil ein
einwandfreier Betrieb der Radialkolbenpumpe nicht mehr
gewährleistet ist, wenn der Kolbenfuß oder insbesondere der
Käfig bricht.
Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, eine
Radialkolbenpumpe bereitzustellen, welche die vorstehend
genannten Nachteile überwindet. Insbesondere sollen
Beschädigungen des Kolbenfuß, wie Käfigbrüche, verhindert
werden, so daß ein einwandfreier Betrieb der
Radialkolbenpumpe auch bei Teilbefüllung gewährleistet ist.
Die erfindungsgemäße Radialkolbenpumpe soll einen
Pumpendruck von bis zu 2000 bar aushalten.
Das Problem wird durch die in dem unabhängigen
Patentanspruch offenbarte Radialkolbenpumpe gelöst.
Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind in den
Unteransprüchen offenbart.
Das Problem ist bei einer Radialkolbenpumpe zur
Kraftstoffhochdruckversorgung bei
Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen,
insbesondere bei einem Common-Rail-Einspritzsystem, mit
einer in einem Pumpengehäuse gelagerten Antriebswelle, die
exzentrisch ausgebildet ist oder in Umfangsrichtung
nockenartige Erhebungen aufweist, und mit vorzugsweise
mehreren bezüglich der Antriebswelle radial in einem
jeweiligen Zylinderraum angeordneten Kolben, die durch
Drehen der Antriebswelle in dem jeweiligen Zylinderraum in
radialer Richtung hin und her bewegbar sind, dadurch
gelöst, daß zwischen den Kolben und der Antriebswelle
jeweils eine Querkraftaufnahmeeinrichtung angeordnet ist.
Die Beschädigungen am Kolbenfuß werden durch die auf die
Kolben wirkenden Momente verursacht. Die
Querkraftaufnahmeeinrichtung nimmt die quer zu den Kolben
wirkenden Kräfte auf. Das hat den Vorteil, daß nur noch
Kräfte in Längsrichtung auf die Kolben aufgebracht werden.
Das bedeutet, daß praktisch keine Momente auf die Kolben
wirken. Dadurch wird die Belastung, die von der
Antriebswelle auf die Kolben aufgebracht werden, erheblich
reduziert. Somit ist auch bei Spitzendrücken bis zu 2000
bar eine hohe Lebensdauer der Kolben gewährleistet.
Eine besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch
gekennzeichnet, daß die Querkraftaufnahmeeinrichtung
jeweils in der gleichen Richtung wie der zugehörige Kolben
hin und her bewegbar ist. Dadurch ist gewährleistet, daß
von der Antriebswelle Kräfte in radialer Richtung, d. h. in
Längsrichtung der Kolben, über die
Querkraftaufnahmeeinrichtung auf die Kolben abgegeben
werden können. Damit ist die für den Betrieb der Pumpe
erforderliche Hin- und Herbewegung der Kolben der
Radialkolbenpumpe gewährleistet.
Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist
dadurch gekennzeichnet, daß die
Querkraftaufnahmeeinrichtung jeweils in einer Bohrung in
dem Gehäuse geführt ist, die sich in der gleichen Richtung
wie der zugehörige Zylinderraum erstreckt. Die Führung
ermöglicht auch bei hohen Pumpendrücken und schnellen
Lastwechseln eine Hin- und Herbewegung der
Querkraftaufnahmeeinrichtung. Insbesondere wird ein
Verkanten der Querkraftaufnahmeeinrichtung in dem
Zylinderraum vermieden.
Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist
dadurch gekennzeichnet, daß die
Querkraftaufnahmeeinrichtung ein Tassenstößel mit einem
tassenförmigen Körper ist. Im Rahmen der vorliegenden
Erfindung hat sich herausgestellt, daß zur Aufnahme der
Querkräfte ein tassenförmiger Stößel besonders gut geeignet
ist. Andere Formen, welche die gleiche Funktion erfüllen
sind ebenfalls denkbar.
Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist
dadurch gekennzeichnet, daß der Boden des Tassenstößels von
einer Kraftaufnahmeplatte gebildet wird. Die
Kraftaufnahmeplatte befindet sich in Kontakt mit der
Antriebswelle und kann je nach Belastung eine
unterschiedliche Dicke aufweisen. Die Oberfläche der
Kraftaufnahmeplatte kann besonders behandelt sein, um eine
hohe Verschleißfestigkeit zu gewährleisten.
Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist
dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftaufnahmeplatte durch
den tassenförmigen Körper mit einem Führungsring verbunden
ist. Der Führungsring gleitet in dem Zylinderraum. Die mit
dem Zylinderraum in Kontakt befindliche Fläche kann
speziell behandelt sein, um die Reibungskräfte zu
minimieren. Der Führungsring sorgt dafür, daß die
Querkraftaufnahmeeinrichtung sich nicht in dem Zylinderraum
verkantet. Die Abmessungen des Führungsrings hängen vom
Pumpendruck und von der Anzahl der Lastwechsel pro
Zeiteinheit ab.
Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist
dadurch gekennzeichnet, daß in dem tassenförmigen Körper
mehrere Öffnungen vorgesehen sind. Die Öffnungen dienen zum
Druckausgleich und gewährleisten, daß sich auch bei
Ausnutzung des vollen Hubes nur eine minimale
Druckdifferenz zwischen dem die Antriebswelle umgebenden
Raum und dem jeweiligen Zylinderraum ergibt. Dadurch bleibt
die Zunahme der Hertz'schen Pressung im Nutzhub gering und
im Saughub ist eine Vollbefüllung des Elements
gewährleistet.
Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist
dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben jeweils durch eine
Feder gegen die zugehörige Kraftaufnahmeplatte des
Tassenstößels gedrückt werden. Durch die Federkraft wird
der Kolben zur Antriebswelle hin bewegt, so daß Kraftstoff
angesaugt wird. Es ist auch möglich, daß die
Kraftaufnahmeplatte des Tassenstößels durch eine Feder
gegen die Antriebswelle gedrückt wird. Allerdings wäre es
in diesem Fall erforderlich, daß die Kraftaufnahmeplatte
mit dem Kolben verbunden ist, um das Ansaugen von
Kraftstoff zu gewährleisten. Wenn der Kolben direkt mit der
Federkraft beaufschlagt wird, kann diese Verbindung
zwischen Kraftaufnahmeplatte und Kolben entfallen. Diese
Variante hat den Vorteil, daß eine so ausgeführte
Radialkolbenpumpe einfach und kostengünstig hergestellt
werden kann. Zudem ist bei dieser Variante die Anwendung
der vorliegenden Erfindung auf bekannte Radialkolbenpumpen
ohne weiteres möglich.
Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist
dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftaufnahmeplatte auf der
zur Antriebswelle gerichteten Seite leicht ballig
ausgebildet ist. Die konvexe Ausbildung der
Kraftaufnahmeplatte dient dazu, die Kontaktfläche zwischen
Antriebswelle und Kraftaufnahmeplatte zu verkleinern.
Dadurch wird das von der Antriebswelle auf den Tassenstößel
aufgebrachte Moment vorteilhaft reduziert. Bei der
Auslegung der Kraftaufnahmeplatte muß die elastische
Verformung des Tassenstößels berücksichtigt werden.
Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Antriebswelle und
den Tassenstößeln ein Ring angeordnet ist. Der Ring dient
zur Übertragung der Kräfte von der Antriebswelle auf die
Kraftaufnahmeplatte. Vorteilhaft ist der Ring gleitend auf
der Antriebswelle gelagert. Dabei kann der Ring entweder
zylindrisch oder polygonförmig ausgebildet sein.
Die vorliegende Erfindung hat allgemein den Vorteil, daß
sie einfach und kostengünstig realisiert werden kann. Zudem
kann der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung in
einfacher Art und Weise auf bestehende Radialkolbenpumpen
angewendet werden, indem z. B. eine am Kolben vorgesehene
Stößelplatte durch einen Tassenstößel ersetzt wird. Darüber
hinaus wird die Bauteilfestigkeit, insbesondere bei einer
Nullförderung im Saughub, erhöht.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung
ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der
nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die
Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen
beschrieben ist. Dabei können die in den Ansprüchen und in
der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für
sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich
sein. Ein Weg zum Ausführen der beanspruchten Erfindung ist
nachfolgend anhand der Zeichnungen im Einzelnen erläutert.
Fig. 1 zeigt eine Schnittdarstellung einer
erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe;
Fig. 2 zeigt einen Schnitt entlang der Linie A-B durch
die Radialkolbenpumpe aus Fig. 1;
Fig. 3 zeigt eine Untersicht eines erfindungsgemäßen
Tassenstößels;
Fig. 4 zeigt die Darstellung eines Schnitts durch den
Tassenstößel aus Fig. 3 entlang der Linie B-C;
Fig. 5 zeigt einen Schnittdarstellung einer weiteren
Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Radialkolbenpumpe;
Fig. 6 zeigt einen Schnitt entlang der Linie A-B durch
die Radialkolbenpumpe aus Fig. 5.
Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Radialkolbenpumpe zur
Kraftstoffhochdruckversorgung bei
Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen. Die
Radialkolbenpumpe ist mit einer integrierten
Bedarfsmengenregelung ausgestattet. Die Kraftstoffzufuhr
und Dimensionierung erfolgt über eine nicht dargestellte
Zumesseinheit.
Die erfindungsgemäße Radialkolbenpumpe wird insbesondere in
Common-Rail-Einspritzsystemen zur Kraftstoffversorgung von
Dieselmotoren eingesetzt. Dabei bedeutet "common rail"
soviel wie "gemeinsame Leitung" oder "gemeinsame Schiene".
Im Gegensatz zu herkömmlichen Hochdruckeinspritzsystemen,
in denen der Kraftstoff über getrennte Leitungen zu den
einzelnen Brennräumen gefördert wird, werden die
Einspritzdüsen in Common-Rail-Einspritzsystemen aus einer
gemeinsamen Leitung gespeist.
Die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Radialkolbenpumpe
umfaßt eine in einem Pumpengehäuse 2 gelagerte
Antriebswelle 4 mit einem exzentrisch ausgebildeten
Wellenabschnitt 6. Auf dem exzentrischen Wellenabschnitt 6
ist ein Ring 8 vorgesehen, gegenüber dem der
Wellenabschnitt 6 drehbar ist. Der Ring 8 umfaßt drei
jeweils um 120° zueinander versetzte Abflachungen 10 gegen
die sich jeweils ein Kolben 12 abstützt. Die Kolben 12 sind
jeweils in einem Zylinderraum 18 zur Antriebswelle 4 in
radialer Richtung hin- und herbewegbar aufgenommen.
An dem zur Antriebswelle 4 hin gerichteten Ende der Kolben
12 ist jeweils ein Federteller 13 befestigt, gegen den eine
Feder 14 vorgespannt ist. Die Feder 14 drückt den Kolben 12
gegen eine Kraftaufnahmeplatte 15, die zu einem
Tassenstößel 9 gehört, der vergrößert im Maßstab 2 : 1 in den
Fig. 3 und 4 gezeigt ist.
In der in Fig. 3 gezeigten Untersicht ist zu erkennen, daß
die Kraftaufnahmeplatte 15 die Form einer runden Scheibe
hat, auf deren Umfang vier rechteckige Aussparungen 16
gleichmäßig verteilt sind. Wie man am besten in Fig. 4
sieht, ist die Kraftaufnahmeplatte 15 durch einen
tassenförmigen Körper 17 mit einem Führungsring 19
verbunden. Die Öffnungen 16 erstrecken sich jeweils von der
Kraftaufnahmeplatte 15 in den tassenförmigen Körper 17. Die
Größe der Öffnungen 16 ist so gewählt, daß beim Hin- und
Herbewegen des Tassenstößels 9 ein Druckausgleich
stattfindet zwischen dem Raum, in dem der Ring 8 angeordnet
ist, und dem Raum, in dem die Feder 14 angeordnet ist. Die
Öffnungen 16 gewährleisten, daß die Druckdifferenz zwischen
den vorab erwähnten Räumen in allen Betriebszuständen
minimal ist. Dadurch bleibt die Zunahme der Hertz'schen
Pressung im Nutzhub der Kolben 12 gering, und im Saughub
ist bei entsprechend ausgelegter Feder 14 eine vollständige
Befüllung des jeweiligen Zylinderraums 18 gewährleistet.
Ohne die Öffnungen 16 wäre ein Hin- und Herbewegen des
Tassenstößels erschwert oder gar unmöglich.
In Fig. 1 ist gezeigt, daß sich die Kraftaufnahmeplatten
15 in Anlage mit den Abflachungen 10 des Rings 8 befinden.
Der Ring 8 ist gleitend auf der Antriebswelle 4 gelagert
und wird bei einer Drehung der Antriebswelle 4 durch den
exzentrisch ausgebildeten Wellenabschnitt 6 in Bewegung
versetzt. Diese Bewegung hat jedoch nicht nur eine
bezüglich der Antriebswelle 4 radiale Komponente, die für
den Kolbenhub benötigt wird, sondern auch eine Komponente
in Umfangsrichtung der Antriebswelle 4, d. h. quer zu den
Kolben 12. Diese Komponente, die den vorab erwähnten
Querkräften entspricht, ist unerwünscht, weil sie ein
Moment auf die Kolben bewirkt.
Der erfindungsgemäße Tassenstößel nimmt die Kräfte in
Umfangsrichtung des Rings 8 auf. Der Tassenstößel 9 ist,
wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, durch den
Führungsring 19 in einer Bohrung 24 in dem Gehäuse 2
geführt. Die Bohrung erstreckt sich jeweils in der gleichen
Richtung wie der zugehörige Zylinderraum 18. Durch diese
Abstützung des Tassenstößels 9 in dem Gehäuse 2 werden die
Querkräfte von dem Ring 8 über die Kraftaufnahmeplatte 15,
den tassenförmigen Körper 17 und den Führungsring 19 in das
Gehäuse 2 geleitet. Das hat zur Folge, daß auf die Kolben
12 lediglich Kräfte in deren jeweiliger Längsrichtung
aufgebracht werden. Dadurch wird die Belastung und der
Verschleiß der Kolben 12 erheblich reduziert.
Die in den Fig. 5 und 6 gezeigte Radialkolbenpumpe
entspricht weitestgehend der in den Fig. 1 und 2
dargestellten Ausführungsform. Deshalb wurden für Teile,
die sowohl in der Radialkolbenpumpe der Fig. 1 und 2 als
auch der Fig. 5 und 6 enthalten sind, die gleichen
Bezugszeichen verwendet. Um Wiederholungen zu vermeiden
wird auf eine nochmalige Beschreibung derartiger Teile bei
der Erläuterung der Fig. 5 und 6 verzichtet.
Der Hauptunterschied zwischen der Ausführungsform der
Fig. 5 und 6 gegenüber der Ausführungsform der Fig. 1
und 2 besteht darin, daß der Ring 8 bei der in den Fig.
5 und 6 gezeigten Radialkolbenpumpe nicht die Form eines
Polygons aufweist, sondern zylindrisch ausgebildet ist.
Der Tassenstößel 9 ist in beiden Ausführungsformen der
gleiche und entspricht dem Tassenstößel 9, der vergrößert
in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist.
Claims (10)
1. Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckversorgung
bei Kraftstoffeinspritzsystemen von
Brennkraftmaschinen, insbesondere bei einem Common-
Rail-Einspritzsystem, mit einer in einem Pumpengehäuse
(2) gelagerten Antriebswelle (4), die exzentrisch
ausgebildet ist oder in Umfangsrichtung nockenartige
Erhebungen aufweist, und mit vorzugsweise mehreren
bezüglich der Antriebswelle (4) radial in einem
jeweiligen Zylinderraum (18) angeordneten Kolben (12),
die durch Drehen der Antriebswelle (4) in dem
jeweiligen Zylinderraum (18) in radialer Richtung hin
und her bewegbar sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen den Kolben (12) und der Antriebswelle (4)
jeweils eine Querkraftaufnahmeeinrichtung (9)
angeordnet ist.
2. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Querkraftaufnahmeeinrichtung
(9) jeweils in der gleichen Richtung wie der
zugehörige Kolben (12) hin und her bewegbar ist.
3. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Querkraftaufnahmeeinrichtung
(9) jeweils in einer Bohrung (24) in dem Gehäuse (2)
geführt ist, die sich in der gleichen Richtung wie der
zugehörige Zylinderraum (18) erstreckt.
4. Radialkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Querkraftaufnahmeeinrichtung (9) ein Tassenstößel mit
einem tassenförmigen Körper (17) ist.
5. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, daß der Boden des Tassenstößels (9)
von einer Kraftaufnahmeplatte (15) gebildet wird.
6. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kraftaufnahmeplatte (15) durch
den tassenförmigen Körper (17) mit einem Führungsring
(19) verbunden ist.
7. Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß in dem tassenförmigen
Körper (17) mehrere Öffnungen (16) vorgesehen sind.
8. Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (12) jeweils
durch eine Feder (14) gegen die zugehörige
Kraftaufnahmeplatte (15) des Tassenstößels (9)
gedrückt werden.
9. Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 5 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftaufnahmeplatte
(15) auf der zur Antriebswelle (4) gerichteten Seite
leicht ballig ausgebildet ist.
10. Radialkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der
Antriebswelle (4) und den Tassenstößeln (9) ein Ring
(8) angeordnet ist.
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