DE19829547C2 - Radialkolbenpumpe - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft 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 Polygonring gleitend gelagert ist, dessen von
dem exzentrischen Wellenabschnitt abgewandte Oberfläche
vorzugsweise mehrere Abflachungen aufweist, an denen
jeweils ein bezüglich der Antriebswelle radial angeordneter
Kolben mit seinem plattenförmigen Fuß anliegt, wobei der
Kolben durch Drehen der Antriebswelle in einer jeweiligen
Elementbohrung in radialer Richtung hin- und herbewegbar
ist.
Bei einer derartigen innen abgestützten Radialkolbenpumpe
werden die Kolben 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 in den jeweiligen
Zylinderraum geförderte Kraftstoffmenge mithilfe einer
Zumesseinheit zu steuern. Dabei kann es in
Teillastbereichen zu einer Vakuumbildung über den
jeweiligen Kolben kommen, wodurch die Stellkraft auf den
Polygonring reduziert wird. In Verbindung mit
Reibungseinflüssen kann es dann bei jedem Kolbenhub zu
vorübergehenden Verzögerungen und Beschleunigungen des
Polygonrings kommen. Diese Verzögerungen und
Beschleunigungen können zu Beschädigungen bzw. einer
geringeren Lebensdauer der betroffenen Bauteile führen.
In der DE 44 01 074 A1 als nächstenliegendem Stand der
Technik ist eine innen abgestützte Radialkolbenpumpe
beschrieben, deren Kolben in Folge der Exzentrizität der
Antriebswelle nacheinander in eine Hin- und Herbewegung
versetzt werden. Um den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine
zu erhöhen, ist vorgeschlagen worden, die in den jeweiligen
Zylinderraum geförderte Kraftstoffmenge mit Hilfe einer
Zumesseinheit zu steuern. Dabei kann es in
Teillastbereichen zu einer Vakuumbildung über dem
jeweiligen Kolben kommen, wodurch die Stellkraft auf den
Polygonring reduziert wird. In Verbindung mit
Reibungseinflüssen kann es dann bei jedem Kolbenhub zu
vorübergehenden Verzögerungen und Beschleunigungen des
Polygonrings kommen. Diese Verzögerungen und
Beschleunigungen können zu Beschädigungen bzw. einer
geringeren Lebensdauer der betroffenen Bauteile führen.
In der DE 30 39 197 C2 wird eine Radialkolbenpumpe mit
einem am Exzenter der Pumpenwelle sich abstützenden
Kolbenschuh beschrieben, dessen Auflagefläche der Krümmung
des Exzenters angepasst ist. Der Kolbenschuh und der Kolben
sind starr miteinander verbunden. Die Unterteilung eines
Polygonrings in mehrere Polygonringsegmente wird in der DE 30 39 197 C2
nicht beschrieben.
Aus der DE 20 25 169 ist ein Gleitschuh für hydrostatische
Kolbenmaschinen bekannt. Dieser Gleitschuh gleitet auf
einer einen Hub für den Kolben erzeugenden Fläche und hat
zur Verbesserung der Gleiteigenschaften eine Gleitsohle aus
einem Werkstoff, der gegenüber dem Grundwerkstoff des
Gleitschuhs bessere Gleiteigenschaften aufweist. Der
Gleitschuh besteht aus einem Grundkörper aus relativ festem
und billigem Werkstoff, wie z. B. Stahl, mit einem
flanschartigen Unterteil und einem etwa halbkugeligen
Oberteil, in dem ein Kolben mit seinem kugeligen Ende
gehalten wird. Mit dem flanschartigen Unterteil ist eine
Gleitsohle etwa konstanter Dicke aus einem Werkstoff mit
guten Gleiteigenschaften, z. B. Bronze, fest verbunden.
Die US 4 222 714 beschreibt eine Radialkolbenpume bei der
sich mehrere Kolben an einem exzentrisch ausgebildeten
Wellenabschnitt abstützen. Es ist vorgeschlagen worden, die
unteren Abschnitte der Kolben aus einem Material mit guten
Lagereigenschaften, wie z. B. einer Bronzelegierung,
herzustellen.
Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, eine
Radialkolbenpumpe zu schaffen, die auch bei einer
Teilbefüllung eine hohe Lebensdauer aufweist. Inbesondere
soll die erfindungsgemäße Radialkolbenpumpe einen
Pumpendruck von bis zu 2.000 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 Polygonring gleitend gelagert ist, dessen von
dem exzentrischen Wellenabschnitt abgewandte Oberfläche
vorzugsweise mehrere Abflachungen aufweist, an denen
jeweils ein bezüglich der Antriebswelle radial angeordneter
Kolben mit seinem plattenförmigen Fuß anliegt, wobei der
Kolben durch Drehen der Antriebswelle in einer jeweiligen
Elementbohrung in radialer Richtung hin- und herbewegbar
ist, dadurch gelöst, dass der Polygonring in mehrere
Polygonringsegmente unterteilt und jedem Kolben ein
Polygonringsegment zugeordnet ist. Bei einer Teilbefüllung
der einzelnen Zylinderräume ist zeitweise nur ein Kolben im
Eingriff mit dem Polygonring. Die anderen Kolben fördern zu
diesem Zeitpunkt nicht. In einem solchen Zustand kann es zu
einem Verdrehen oder Kippen des Polygonrings kommen, was zu
einer unerwünschten stoßartigen Belastung einzelner Kolben
führt. Durch den in mehrere Segmente unterteilten -
entkoppelten - Polygonring wird der Drang des Polygonrings,
sich zu verdrehen oder zu kippen, verhindert. Das liefert
den Vorteil, dass die Belastung der einzelnen Kolben in
Form von Stützkräften, Dreh- und Biegemomenten reduziert
wird. Dadurch kann das Ziel "0 Fehler" besser realisiert
werden. Die Kontaktfläche zwischen dem jeweiligen Kolbenfuß
und dem zugehörigen Polygonringsegment bleibt im Betrieb
auch bei einer Teilbefüllung der einzelnen Elemente der
Radialkolbenpumpe statisch bestimmt.
Eine besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch
gekennzeichnet, dass zwischen jedem Polygonringsegment und
dem exzentrischen Wellenabschnitt ein Gleitlagersegment
angeordnet ist. Die Gleitlagersegmente gewährleisten ein
Verdrehen des exzentrischen Wellenabschnitts relativ zu den
Polygonringsegmenten.
Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist
dadurch gekennzeichnet, dass auf die zu dem extzentrischen
Wellenabschnitt gewandte Oberfläche der Polygonringsegmente
oder auf den exzentrischen Wellenabschnitt eine
Bronzeschicht aufgesintert ist. Die Bronzeschicht dient
dabei zu demselben Zweck wie die vorab beschriebenen
Gleitlagersegmente.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der
unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung 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.
Die Figur zeigt einen Schnitt quer zu der Antriebswelle
einer erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe.
Die in der Figur im Schnitt dargestellte Radialkolbenpumpe
wird insbesondere in Common-Rail-Einspritzsystemen zur
Kraftstoffversorgung von Dieselmotoren eingesetzt. Dabei
bedeutet "Common-Rail" soviel wie "gemeinsame Leitung". 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 der Figur gezeigte Radialkolbenpumpe umfasst eine in
einem Pumpengehäuse 1 gelagerte Antriebswelle mit einem
exzentrisch ausgebildeten Wellenabschnitt 2. Auf dem
exzentrischen Wellenabschnitt 2 sind drei tangential
voneinander beabstandete Polygonringsegmente 3, 4 und 5
mithilfe von Gleitlagersegmenten 6, 7 und 8 gelagert. Die
einzelnen Polygonringsegmente 3, 4 und 5 weisen auf der zu
dem exzentrischen Wellenabschnitt 2 gewandten Seite eine
gerundete Oberfläche auf, wobei der Rundungsradius im
Wesentlichen dem Radius des exzentrischen Wellenabschnitts
2 entspricht. Auf der von dem exzentrischen Wellenabschnitt
2 abgewandten Seite weisen die Polygonringsegmente 3, 4 und
5 Abflachungen 9, 10 und 11 auf. Gegen die Abflachungen 9,
10 und 11 stützt sich jeweils ein Kolben 13, 14 und 15 mit
einem plattenförmig ausgebildeten Fuß 16, 17 und 18 ab. Die
Kolben 13, 14 und 15 sind jeweils in einer Elementbohrung
20, 21 und 22 zu der Antriebswelle in radialer Richtung
hin- und herbewegbar aufgenommen und begrenzen jeweils
einen Zylinderraum 23, 24 und 25. Die drei Elementbohrungen
20, 21 und 22 sind mit den darin aufgenommenen Kolben 13,
14 und 15 jeweils um 120° zueinander versetzt angeordnet.
Die in der Figur 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 befördert. Im Förderhub
werden die Kolben 13, 14 und 15 infolge der
Exzenterbewegung des exzentrischen Wellenabschnitts 2, die
über die Polygonringsegmente 3, 4 und 5 auf die Kolben 13,
14 und 15 übertragen wird, von der Achse der Antriebswelle
weg nach außen bewegt. Im Saughub bewegen sich die Kolben
13, 14 und 15 radial auf die Achse der Antriebswelle zu, um
Kraftstoff in die Zylinderräume 23, 24 und 25 zu saugen.
Die Saughubbewegung der Kolben 13, 14 und 15 wird durch
Federn 30, 31 und 32 erreicht, die gegen die Füsse 16, 17
und 18 der Kolben 13, 14 und 15 vorgespannt sind.
Claims (3)
1. Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckerzeugung bei
Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen,
insbesondere bei einem Common-Rail-Einspritzsystem,
mit einer in einem Pumpengehäuse (1) gelagerten
Antriebswelle, die einen exzentrisch ausgebildeten
Wellenabschnitt (2) aufweist, auf dem ein Polygonring
gleitend gelagert ist, dessen von dem exzentrischen
Wellenabschnitt abgewandte Oberfläche vorzugsweise
mehrere Abflachungen aufweist, an denen jeweils ein
bezüglich der Antriebswelle radial angeordneter Kolben
(13, 14, 15) mit seinem plattenförmigen Fuß (16, 17,
18) anliegt, wobei der Kolben (13, 14, 15) durch
Drehen der Antriebswelle in einer jeweiligen
Elementbohrung (20, 21, 22) in radialer Richtung hin-
und herbewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der
Polygonring in mehrere Polygonringsegmente (3, 4, 5)
unterteilt und jedem Kolben (13, 14, 15) ein
Polygonringsegment (3, 4, 5) zugeordnet ist, wobei
sich gegen jedes Polygonringsegment (3, 4, 5) ein
Kolben (13, 14, 15) abstützt.
2. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass zwischen jedem Polygonringsegment
(3, 4, 5) und dem exzentrischen Wellenabschnitt (2)
ein Gleitlagersegment (6, 7, 8) angeordnet ist.
3. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass auf die zu dem exzentrischen
Wellenabschnitt (2) gewandte Oberfläche der
Polygonringsegmente (3, 4, 5) oder auf den
exzentrischen Wellenabschnitt (2) eine Bronzeschicht
aufgesintert ist.
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