DE19816044C2 - Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckerzeugung - Google Patents
Radialkolbenpumpe zur KraftstoffhochdruckerzeugungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe nach dem
Oberbegriff von Patentanspruch 1 und nach dem Oberbegriff
von Patentanspruch 6.
Bei einer derartigen innen abgestützten Radialkolbenpumpe
haben die an den Kolben angebrachten Platten Kontakt mit
dem auf der Antriebswelle gelagerten Ring. Die Kolben
werden infolge der Exzentrizität der Antriebswelle
nacheinander in eine Hin- und Herbewegung versetzt. Der Hub
der Kolben ist dabei konstant und entspricht dem zweifachen
Betrag der Exzentrizität der Antriebswelle.
Um den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine zu erhöhen, ist
vorgeschlagen worden, die Zylinderräume bei sinkendem
Bedarf mit weniger Kraftstoff zu befüllen. Bei dieser
sogenannten Elementteilbefüllung werden die Bauteile der
Radialkolbenpumpe extrem belastet und es können ein
erhöhter Verschleiß sowie Beschädigungen auftreten.
In dem deutschen Gebrauchsmuster DE 92 09 366 U1 ist eine
Radialkolbenpumpe zur Förderung von Medien unter Hochdruck
beschrieben. Die Rückholung der Kolben wird durch zwei in
Abstand zueinander angeordnete Rückzugsplatten erreicht,
die auf einer Lagerbuchse angeordnet sind. Die an den Enden
der Kolben vorgesehenen Druckplatten können sich dabei
bezüglich des Lagerrings nur in Gleitrichtung bewegen. Jede
Rückzugsplatte ist etwa dreieckförmig ausgebildet.
In dem amerikanischen Patent US 4 673 337 ist eine
Radialkolbenpumpe mit einer rechteckförmigen
Rückholeinrichtung beschrieben. Im Bereich der Kolben sind
in der bekannten Rückholeinrichtung Langlöcher vorgesehen.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine
Teilbefüllung der Zylinderräume der Radialkolbenpumpe zu
ermöglichen. Dabei sollen Beschädigungen der einzelnen
Bauteile im Betrieb vermieden werden. Insbesondere soll die
erfindungsgemäße Radialkolbenpumpe einen Pumpendruck von
bis zu 2000 bar in Förderrichtung aushalten und
kostengünstig herstellbar sein.
Das Problem ist bei einer Radialkolbenpumpe zur
Kraftstoffhochdruckerzeugung bei
Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen,
insbesondere bei einem Common-Rail-Einspritzsystem, mit
einer in einem Pumpengehäuse gelagerten Antriebswelle, die
einen exzentrisch ausgebildeten Wellenabschnitt aufweist,
auf dem ein Ring gleitend gelagert ist, der mit
vorzugsweise mehreren bezüglich der Antriebswelle radial in
einem jeweiligen Zylinderraum angeordneten Kolben
zusammenwirkt, an deren zur Antriebswelle gewandten Enden
jeweils eine Platte angebracht ist, dadurch gelöst, daß
alle Platten durch eine Rückholeinrichtung in Anlage mit
dem Ring gehalten werden, und daß die Rückholeinrichtung
durch ein Federband gebildet ist, das sich in
Umfangsrichtung um den Ring erstreckt und in dem für jeden
Kolben ein Langloch vorgesehen ist, das einseitig geöffnet
ist. Die Saughubbewegung des Kolbens wird bei herkömmlichen
Radialkolbenpumpen durch eine Feder erreicht, welche die
Platte gegen den Ring in Anlage hält. Im Rahmen der
vorliegenden Erfindung hat sich herausgestellt, daß die
hohen Belastungen bei herkömmlichen Radialkolbenpumpen auf
ein Verdrehen und Kippen des Rings um seine eigene Achse
zurückzuführen sind. Dieses Verdrehen und Kippen wird
darauf zurückgeführt, daß bei einer Elementteilbefüllung
nicht alle Platten dauernd an dem Ring anliegen. Durch die
Rückholeinrichtung wird die Saughubbewegung aller Kolben
auch bei einer Nullförderung sichergestellt. Dadurch ist
gewährleistet, daß alle Platten auch dann an dem Ring
anliegen, wenn die Zylinderräume nur teilweise oder gar
nicht mit Kraftstoff befüllt sind. Ein Verdrehen oder
Kippen des Rings wird vermieden.
Die erfindungsgemäße Lösung liefert darüber hinaus den
Vorteil, daß auf die bei herkömmlichen Radialkolbenpumpen
verwendeten Federn verzichtet werden kann. Das heißt, der
in einem herkömmlichen Pumpengehäuse für die Federn
benötigte Raum wird eingespart. Die zur Herstellung dieser
Räume erforderlichen Bearbeitungsöffnungen in dem
Pumpengehäuse und die zugehörigen Dichtstellen können
demzufolge ebenfalls wegfallen. Das Pumpengehäuse wird
kompakter und verhält sich unkritischer bei der Bearbeitung
oder einer Wärmebehandlung. Ein weiterer Vorteil liegt
darin, daß eine automatische Montage ermöglicht wird. Das
Federband stellt ein kostengünstiges Ausgangsmaterial für
die erfindungsgemäße Rückholeinrichtung dar. Je ein
Langloch stellt sicher, daß sich der Ring zusammen mit der
blattfederartigen Einrichtung quer zu den Kolben
verschieben kann. Die Kontur der Rückholeinrichtung ist
dabei im Bereich der Langlöcher als Blattfeder ausgebildet,
um die Vorspannung auf die Kolben sicherzustellen. Die
einseitige Öffnung kann sich entweder über die gesamte
Länge des Langlochs oder nur im Bereich des Kolbens
erstrecken. Durch die einseitige Öffnung wird die Montage
der Rückholeinrichtung vereinfacht.
Das oben angegebene Problem ist auch dadurch gelöst, daß
die Rückholeinrichtung mehrere Federdrähte umfaßt, die sich
in Umfangsrichtung um den Ring erstrecken. Die Verwendung
der Federdrähte liefert den Vorteil, daß auf die Langlöcher
der vorab geschilderten Ausführungsart verzichtet werden
kann. Dadurch werden Kosten bei der Herstellung der
erfindungsgemäßen blattfederartigen Einrichtung eingespart.
Eine besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch
gekennzeichnet, daß die Rückholinrichtung an dem Ring
befestigt ist. Dadurch ist gewährleistet, daß die
Rückholeinrichtung die gleiche Bewegung wie der Ring
ausführt. Die Befestigung der Rückholeinrichtung an dem
Ring kann entweder durch eine kraftschlüssige oder eine
formschlüssige Verbindung erfolgen.
Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist
dadurch gekennzeichnet, daß die Platte durch einen
Plattenhalter an dem Kolben befestigt ist. Das hat den
Vorteil, daß Teile von herkömmlichen Pumpe bei der
Herstellung einer erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe
verwendet werden können.
Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist
dadurch gekennzeichnet, daß die Platte starr mit dem Kolben
verbunden ist. Das hat den Vorteil, daß ein Verdrehen
und/oder Kippen des Rings noch wirkungsvoller unterbunden
wird als bei einer beweglichen Platte.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine
Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckerzeugung bei
Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen,
insbesondere bei einem Common-Rail-Einspritzsystem, mit
einer in einem Pumpengehäuse gelagerten Antriebswelle, die
einen exzentrisch ausgebildeten Wellenabschnitt aufweist,
auf dem ein Ring gleitend gelagert ist, der mit
vorzugsweise mehreren bezüglich der Antriebswelle radial in
einem jeweiligen Zylinderraum angeordneten Kolben
zusammenwirkt, an deren zur Antriebswelle gewandten Enden
jeweils eine Platte durch jeweils einen Plattenhalter
gehalten ist. Bei einer solchen Radialkolbenpumpe wird das
vorab geschilderte Problem dadurch gelöst, daß der
Plattenhalter in einer Nut verschiebbar an dem Ring
gehalten ist. Das bedeutet, daß der Plattenhalter neben
seiner ursprünglichen Funktion zusätzlich den zugehörigen
Kolben, insbesondere beim Ansaugen von Kraftstoff, in
Anlage an dem Ring hält. Ansonsten liefert diese Lösung die
gleichen Vorteile wie die vorab geschilderte
Rückholeinrichtung.
Eine besondere Ausführungsart der vorab geschilderten
Radialkolbenpumpe ist dadurch gekennzeichnet, daß der
Plattenhalter mindestens zwei gegenüberliegende Krallen,
deren einander zugewandte Enden die Platte festhalten, und
mindestens zwei gegenüberliegende Krallen aufweist, deren
einander zugewandte Enden in entsprechende Ausnehmungen in
dem Ring eingreifen. Das hat den Vorteil, daß nur die
Plattenhalter und der Ring gemäß der vorliegenden Erfindung
ausgebildet werden müssen, um die vorab geschilderten
Vorteile zu erzielen. Ansonsten kann auf Teile einer
herkömmlichen Radialkolbenpumpe zurückgegriffen werden.
Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist
dadurch gekennzeichnet, daß an dem Ring für jeden Kolben
eine Abflachung vorgesehen ist. Die polygonförmige
Gestaltung des Rings hat den Vorteil, daß der
Bewegungsablauf optimiert wird. Allerdings wirkt sich bei
der Verwendung eines polygonförmigen Rings das vorab
geschilderte Kippen des Rings um seine eigene Achse
nachteilig aus. Daher kommt in diesem Fall der vorliegenden
Erfindung eine besondere Bedeutung zu. Durch die
erfindungsgemäße Lösung wird die Bewegung des
polygonförmigen Rings auch bei einer Elementteilbefüllung
wirksam stabilisiert.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung
ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der
nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die
Zeichnungen verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen
beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in
der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für
sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich
sein.
Fig. 1 zeigt die Ansicht eines Schnitts quer zu der
Antriebswelle einer ersten Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe;
Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Ansicht der Einzelheit X
aus Fig. 1;
Fig. 3 zeigt die Ansicht eines Schnitts entlang der
Linie A-A in Fig. 1;
Fig. 4 zeigt die Ansicht eines Schnitts durch einen der
Kolben in Fig. 1, wobei die Blickrichtung durch
den Pfeil B angegeben ist;
Fig. 5 zeigt eine der Fig. 4 entsprechende Ansicht von
einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 6 zeigt eine der Fig. 3 entsprechende Ansicht von
einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 7 zeigt eine den Fig. 4 und 5 entsprechende
Ansicht von der in Fig. 6 gezeigten
Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 8 zeigt eine der Fig. 1 entsprechende Ansicht von
einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 9 zeigt eine Schnittansicht von einer weiteren
Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 10 zeigt die Ansicht eines Schnitts entlang der
Linie A-A in Fig. 9;
Fig. 11 zeigt eine Draufsicht des in Fig. 10 im Schnitt
dargestellten Rings; und
Fig. 12 zeigt die Ansicht eines Schnitts entlang der
Linie B-B in Fig. 9.
Die in Fig. 1 im Schnitt dargestellte Radialkolbenpumpe
wird insbesondere in Common-Rail-Einspritzsystemen zur
Kraftstoffversorgung von Dieselmotoren eingesetzt. Dabei
bedeutet "common rail" soviel wie "gemeinsame Leitung",
"gemeinsame Schiene" oder "gemeinsame Verteilerleiste". 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 gezeigte
Radialkolbenpumpe ist mit einer integrierten
Bedarfsmengenregelung ausgestattet. Die Kraftstoffzufuhr
und Dimensionierung erfolgt über eine nicht dargestellte
Zumesseinheit.
Die in Fig. 1 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 einer
Elementbohrung 18 zur Antriebswelle 4 in radialer Richtung
hin- und herbewegbar aufgenommen und begrenzen jeweils
einen Zylinderraum 19.
Am Fuß eines jeden Kolbens 12 ist durch einen Plattenhalter
13 eine Platte 14 angebracht, die an der zugehörigen
Abflachung 10 des Rings 8 anliegt. Dabei ist der
Plattenhalter 13 durch einen Sprengring 15 an dem Kolben 12
befestigt. Die in Fig. 1 dargestellte Radialkolbenpumpe
dient dazu, Kraftstoff, der von einer Vorförderpumpe aus
einem Tank geliefert wird, mit Hochdruck zu beaufschlagen.
Der mit Hochdruck beaufschlagte Kraftstoff wird dann in die
oben angesprochene gemeinsame Leitung gefördert. Im
Förderhub werden die Kolben 12 infolge der Exzenterbewegung
des Rings 8 von der Achse der Antriebswelle 4 weg bewegt.
Im Saughub bewegen sich die Kolben 12 radial auf die Achse
der Antriebswelle zu, um Kraftstoff in die Zylinderräume 19
zu saugen.
Die Saughubbewegung der Kolben 12 wird durch eine insgesamt
mit 16 bezeichnete blattfederartige Einrichtung oder
Klammer sichergestellt. Die Klammer 16 ist, wie in Fig. 3
gezeigt ist, aus einem Federband gebildet, das sich in
Umfangsrichtung um den polygonförmigen Ring 8 herum
erstreckt. Dabei kann die Klammer 16 unterschiedliche
Gestalten aufweisen. Ein wesentliches Merkmal der Klammer
16 ist, daß die Klammer 16 auf der von dem Ring 8
abgewandten Oberfläche des Plattenhalters 13 anliegt.
Dadurch wird gewährleistet, daß die Platte 14 an der
Abflachung 10 des Rings 8 anliegt.
In Fig. 2 ist beispielhaft zu sehen, wie die Klammer 16 an
dem Ring 8 befestigt sein kann. In dem Ring 8 ist eine
Bohrung 20 vorgesehen. In die Bohrung 20 greifen mehrere
Krallen 21, 22, die ein Verrutschen der Klammer 16 auf dem
Ring 8 verhindern. Die Befestigung der Klammer kann
selbstverständlich auch durch eine Schraubverbindung oder
durch eine andere form- oder kraftschlüssige Verbindung
erfolgen.
In Fig. 4 ist gezeigt, daß die Klammer 16 mit einem
Langloch 40 ausgestattet ist, durch das sich der Kolben 12
erstreckt. Das Langloch 40 gewährleistet, daß sich der Ring
8 mit der Klammer 16 relativ zu dem Kolben 12 radial
verschieben kann, wobei eine axiale Verschiebung verhindert
wird. Dabei liegt die Klammer 16 mit blattfederähnlichen
Bereichen 41, 42 an dem Plattenhalter 13 an und sorgt
dafür, daß die Bewegung des Rings in Längsrichtung des
Kolbens 12 auf die Platte 14 sowie den Kolben 12 übertragen
wird. Die Federsteifigkeit der Klammer 16 ist so gewählt,
daß die Platte 14 auch bei einer Elementteilbefüllung satt
an der Abflachung 10 des Rings 8 anliegt.
In Fig. 5 ist zu sehen, daß die Klammer 16 im Bereich des
Kolbens 12 mit einer Aussparung 50 ausgestattet ist. Die
Aussparung 50 erstreckt sich über die gesamte Ausdehnung
des Langlochs 40 und vereinfacht die Montage der Klammer
16. Die Klammer 16 kann bei der Montage einfach an dem
Kolben 12 vorbeigeführt werden, bis der der Aussparung
gegenüberliegende Rand des Langlochs 40 an dem Kolben 12
anliegt. Wie die gestrichelten Linien 51 andeuten, kann
sich die Aussparung auch nur über den Bereich des Kolbens
12 erstrecken.
In den Fig. 6 und 7 ist gezeigt, daß die Klammer 16 auch
von zwei Federdrähten 60 und 61 gebildet werden kann. Die
Federdrähte 60 und 61 liegen dann ebenso wie das Federband
(16 in Fig. 3) teilweise an dem Plattenhalter 13 und
teilweise an dem Ring 8 an. Um ein Verrutschen der
Federdrähte 60, 61 zu verhindern, sind diese in
entsprechenden Nuten 62, 63 geführt, die in dem Ring 8
angebracht sind.
Die in Fig. 8 gezeigte Radialkolbenpumpe entspricht
weitestgehend der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform. Um
Wiederholungen zu vermeiden, wird deshalb auf eine
ausführliche Beschreibung verzichtet. Der Einfachheit
halber sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen
versehen. Der Hauptunterschied zwischen den beiden
Ausführungsformen besteht darin, daß die Kolben 12 in Fig.
8 jeweils einteilig mit den zugehörigen Platten 14 sind.
Dadurch wird die Bauteilfestigkeit erhöht, was zur
Stabilisierung der Bewegung des Rings 8 beiträgt. Darüber
hinaus ist der Innenraum 30 des Pumpengehäuses 2 einfach
ausgedreht. Dadurch wird die Herstellung der
Radialkolbenpumpe vereinfacht.
In den Fig. 9 bis 12 ist eine weitere Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe gezeigt. Dabei
sind jedoch nur die Teile der Radialkolbenpumpe gezeigt,
auf die es bei dieser Ausführungsform ankommt.
Bei der in Fig. 9 dargestellten Schnittansicht ist ein
Kolben 90 gezeigt, an dem mit Hilfe eines Sprengrings 91
ein Plattenhalter 92 gehalten ist. Der Plattenhalter 92 hat
mehrere Krallen 93, 94, deren Enden 95, 96 nach innen
gebogen sind. Die nach innen gebogenen Enden 95, 96 des
Plattenhalters 92 greifen in Nuten 97, 98 ein, die an den
Stirnseiten eines Rings 99 vorgesehen sind. Der
Plattenhalter 92 dient dazu, eine Platte 100 in Anlage mit
dem Ring 99 zu halten.
In Fig. 10 ist zu sehen, daß der Plattenhalter 92
zusätzlich zu den Krallen 93, 94 noch zwei Krallen 101, 102
aufweist. Die Krallen 101, 102 dienen dazu, die Platte 100
an dem Kolben 90 zu halten.
In Fig. 11 ist der Verlauf der Nut 97 in dem Ring 99 am
besten zu sehen. Der gezeigte Verlauf ermöglicht ein
Verschieben des Rings 99 in Längsrichtung der Nut 97, wenn
der Ring 99 die vorab beschriebene Exzenterbewegung
ausführt.
Wie in der in Fig. 12 gezeigten Schnittansicht dargestellt
ist, umfaßt der Plattenhalter 92 ein Krallenpaar 93, 94 und
ein Krallenpaar 101, 102. Anstelle dieser zwei Krallenpaare
können selbstverständlich auch drei, vier oder mehr
Krallenpaare an dem Plattenhalter 92 ausgebildet sein.
Claims (8)
1. Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckerzeugung bei
Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen,
insbesondere bei einem Common-Rail-Einspritzsystem,
mit einer in einem Pumpengehäuse gelagerten
Antriebswelle (4), die einen exzentrisch ausgebildeten
Wellenabschnitt (6) aufweist, auf dem ein Ring (8)
gleitend gelagert ist, der mit vorzugsweise mehreren
bezüglich der Antriebswelle (4) radial in einem
jeweiligen Zylinderraum (19) angeordneten Kolben (12)
zusammenwirkt, deren zur Antriebswelle (4) gewandte
Enden jeweils eine Platte (14) aufweisen, dadurch
gekennzeichnet, daß alle Platten (14) durch eine
Rückholeinrichtung (16) in Anlage mit dem Ring (8)
gehalten werden, und daß die Rückholeinrichtung durch
ein Federband (16) gebildet ist, das sich in
Umfangsrichtung um den Ring (8) erstreckt und in dem
für jeden Kolben (12) ein Langloch (40) vorgesehen
ist, das einseitig geöffnet ist.
2. Radialkolbenpumpe nach dem Oberbegriff von Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß alle Platten (14) durch
eine Rückholeinrichtung (16) in Anlage mit dem Ring
(8) gehalten werden, und daß die Rückholeinrichtung
(16) mehrere Federdrähte (60, 61) umfaßt, die sich in
Umfangsrichtung um den Ring (8) erstrecken.
3. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Rückholeinrichtung (16) an dem
Ring (8) befestigt ist.
4. Radialkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (14)
durch einen Plattenhalter (13) an dem Kolben (12)
befestigt ist.
5. Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (14) starr mit
dem Kolben (12) verbunden ist.
6. Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckerzeugung bei
Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen,
insbesondere bei einem Common-Rail-Einspritzsystem,
mit einer in einem Pumpengehäuse gelagerten
Antriebswelle, die einen exzentrisch ausgebildeten
Wellenabschnitt aufweist, auf dem ein Ring (99)
gleitend gelagert ist, der mit vorzugsweise mehreren
bezüglich der Antriebswelle radial in einem jeweiligen
Zylinderraum angeordneten Kolben (90) zusammenwirkt,
an deren zur Antriebswelle gewandten Enden jeweils
eine Platte (100) durch jeweils einen Plattenhalter
(92) gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß der
Plattenhalter (92) in einer Nut (97) verschiebbar an
dem Ring (99) gehalten ist.
7. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, daß der Plattenhalter (92) mindestens
zwei gegenüberliegende Krallen (101, 102), deren
einander zugewandte Enden die Platte (100) festhalten,
und mindestens zwei gegenüberliegende Krallen (93, 94)
aufweist, deren einander zugewandte Enden (95, 96) in
entsprechende Ausnehmungen (97, 98) in dem Ring (99)
eingreifen.
8. Radialkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Ring (8,
99) für jeden Kolben eine Abflachung (10, 109)
vorgesehen ist.
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