DE19829548C2 - Radialkolbenpumpe - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckerzeugung bei Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen, insbesondere bei einem Common-Rail-Einspritzsystem, mit einer in einem Gehäuse 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, die durch Drehen der Antriebswelle in dem jeweiligen Zylinderraum in radialer Richtung hin- und herbewegbar sind.

Bei einer derartigen innen abgestützten Radialkolbenpumpe hat jeweils der Fuß der Kolben 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 in den jeweiligen Zylinderraum geförderte Kraftstoffmenge mit Hilfe einer Zumesseinheit zu steuern. Bei einer Teilbefüllung der Elemente kann es, insbesondere bei hohen Drehzahlen, zu einem Verkippen des Rings kommen, das mit einem Abheben der Kolben verbunden ist. Im schlimmsten Fall kann dies zu einem Ausfall der Radialkolbenpumpe führen.

Bei einer aus der DE 44 01 074 A1 bekannten Radialkolbenpumpe, von der die vorliegende Erfindung als nächstliegendem Stand der Technik ausgeht, ist der Ring einteilig ausgebildet. Bei einer Elementteilbefüllung ist die Abrollbewegung zwischen den Kolbenfüßen und dem Ring teilweise gegenläufig. Dadurch kann es zu Beschädigungen an den Kolbenfüßen kommen.

Aus der DE 30 39 197 C2 ist eine Radialkolbenpumpe bekannt, bei welcher der Kolben im Anschluss an einen sphärischen Teil eine in Richtung des Druckventils verlaufende hülsenförmige konische Verlängerung zur Kippwinkelbegrenzung im Zylinder aufweist. Allerdings sind bei dieser Radialkolbenpumpe die Kolbenfüße starr mit dem Kolben verbunden sind, so dass eine Abrollbewegung zwischen Kolbenfuß und Exzenterring nicht möglich ist. In Folge dessen muß der Kolbenfuß erhebliche Kräfte in tangentialer Richtung der Exzenterrings übertragen, welche keinen Beitrag zur Förderung von Kraftstoff leisten.

Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, eine Radialkolbenpumpe bereitzustellen, welche die vorstehend genannten Nachteile überwindet. Insbesondere soll eine Übertragung der Exzenterwellenbewegung auf die Kolben bei hohen Drehzahlen und einer Elementteilbefüllung dauerhaft möglich sein.

Das Problem ist bei einer Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckerzeugung bei Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen, insbesondere bei einem Common-Rail-Einspritzsystem, mit einer in einem Gehäuse 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, die durch Drehen der Antriebswelle in dem jeweiligen Zylinderraum in radialer Richtung hin- und herbewegbar sind, dadurch gelöst, dass der Ring in mehrere Ringsegmente unterteilt ist und zwischen jedem Kolben und der Antriebswelle jeweils ein Ringsegment vorgesehen ist. Da bei einer Mehrkolbenpumpe die Abrollbewegung zwischen den Kolbenfüßen und den Ringsegmenten teilweise gegenläufig ist, ist die Realisierung einer reinen Abrollbewegung mit einem einteiligen Ring nicht möglich. Erfolgt bei einer Mehrkolbenpumpe die Einleitung der Kolbenbewegung über einen einteiligen Ring, so kommt es zwischen dem Ring und den Kolbenfüßen zu gegenläufigen Gleitbewegungen, die zu einem erheblichen Gleitverschleiß führen können. Durch die Aufteilung des Rings in ein Ringsegment pro Kolben können die Ringsegmente unabhängig voneinander an den zugehörigen Kolbenfüßen eine reine Abrollbewegung ausführen. Die verschleißverursachende Gleitbewegung zwischen Kolbenfuß und Ringsegment entfällt.

Eine besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ringsegmente in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind. Der Abstand ist dabei vorteilhaft so gewählt, dass die oben angesprochene gegenläufige Bewegung der Ringsegmente ermöglicht wird.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Reibungskoeffizient zwischen dem Kolbenfuß und dem zugehörigen Ringsegment größer ist als der Reibungskoeffizient zwischen der Antriebswelle und dem Ringsegment. Dadurch wird in vorteilhafter Weise gewährleistet, dass zwischen dem Kolbenfuß und dem Ringsegment ein reiner Abrollvorgang stattfindet. Zwischen dem exzentrisch ausgebildeten Wellenabschnitt und den Ringsegmenten kommt es dagegen zu einer relativen Verdrehung, die durch die Ausbildung eines Gleitlagers verbessert werden kann.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kolbenfuß oder dem Ringsegment eine Nut vorgesehen ist, die zur Aufnahme eines O-Rings dient. Durch den O-Ring wird der Reibungskoeffizient zwischen dem Kolbenfuß und dem zugehörigen Ringsegment erhöht.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die zu der Antriebswelle gewandte Oberfläche des Kolbenfuß oder das Ringsegment zumindest teilweise gummiert ist. Durch die Gummierung wird eine reine Abrollbewegung zwischen dem Kolbenfuß und dem zugehörigen Ringsegment erzwungen. Ohne eine solche Maßnahme kann das Ringsegment an dem Kolbenfuß eine kombinierte Gleit-Abrollbewegung durchführen. Der zusätzliche Gleitanteil würde jedoch zusammen mit der Betriebsbelastung zu einem großen Gleitverschleiß führen. Liegt zwischen dem Kolbenfuß und dem zugehörigen Ringsegment eine reiner Abrollvorgang vor, so wirkt zwischen dem Kolbenfuß und dem Ringsegment die Betriebsbelastung nur in Form der Flächenpressung. Der verschleißverursachende Gleitvorgang entfällt. Somit können das Ringsegment und der zugehörige Kolbenfuß gezielt hinsichtlich Flächenpressung ausgelegt werden. Die von der Antriebswelle der Radialkolbenpumpe vorgegebene Drehbewegung und der damit verbundene Gleitvorgang werden in vorteilhafter Weise auf die Lagerung zwischen dem exzentrisch ausgebildeten Wellenabschnitt und den Ringsegmenten beschränkt.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass an dem Gehäuse zwischen den Ringsegmenten Anschläge für die Ringsegmente angebracht sind. Die Anschläge sorgen in vorteilhafter Weise dafür, dass der tangentiale Arbeitsbereich der Ringsegmente festgelegt wird.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass an jedem Ringsegment zwei Anschläge für den zugehörigen Kolbenfuß ausgebildet sind.

Diese Lösung ist einfach und kostengünstig. Durch die an dem Ringsegment selbst ausgebildeten Anschläge wird der tangentiale Arbeitsbereich der Ringsegmente festgelegt.

Eine weitere besondere Ausführungsart ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben mit dem zugehörigen Ringsegment gekoppelt ist. Diese Maßnahme verhindert, wie die vorab geschilderten Anschläge, dass die einzelnen Ringsegmente in Betrieb aneinanderstoßen. Außerdem wird durch die Kopplung ein definierter Abrollvorgang zwischen den Kolbenfüssen und den Ringsegmenten gewährleistet.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenfuß als Platte ausgebildet ist. Dadurch wird die Oberfläche des Kolbenfuß vergrößert. Das liefert den Vorteil, dass eine größere Fläche für den Abrollvorgang zur Verfügung steht.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielhafte Ausführungen der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.

Fig. 1 zeigt die Darstellung eines Schnitts quer zu der Antriebswelle einer Radialkolbenpumpe gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 zeigt die Darstellung eines Schnitts längs zu der Antriebswelle einer Radialkolbenpumpe gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 zeigt die Darstellung eines Schnitts längs zu der Antriebswelle einer Radialkolbenpumpe gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 4 zeigt die Darstellung eines Schnitts quer zu der Antriebswelle einer Radialkolbenpumpe gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

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". 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 Bedarfsmengeregelung ausgestattet. Die Kraftstoffzufuhr und -dimensionierung erfolgt über eine nicht dargestellte Zumeßeinheit.

Die in Fig. 1 gezeigte Radialkolbenpumpe umfasst eine in einem nicht dargestellten Pumpengehäuse gelagerte Antriebswelle mit einem exzentrisch ausgebildeten Wellenabschnitt 1. Auf dem exzentrischen Wellenabschnitt 1 sind drei Ringsegmente 2, 3 und 4 vorgesehen, gegenüber welchen der Wellenabschnitt 1 drehbar ist. Jedes Ringsegment 2, 3 und 4 wirkt mit einem Kolben 5, 6 und 7 zusammen. An dem Fuß der Kolben 5, 6 und 7 ist jeweils eine Platte 8, 9 und 10 ausgebildet. Jede der Platten 8, 9 und 10 befindet sich in Anlage gegen eines der Ringsegmente 2, 3 und 4. Zwischen dem exzentrischen Wellenabschnitt 1 und den Ringsegmenten 2, 3 und 4 ist ein Gleitlager 11 ausgebildet.

Die in Fig. 1 nur schematisch 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 5, 6 und 7 infolge der Exzenterbewegung des exzentrischen Wellenabschnitts 1, die über die Ringsegmente 2, 3 und 4 auf die Kolben 5, 6 und 7 übertragen wird, von der Achse der Antriebswelle weg nach außen bewegt. Im Saughub bewegen sich die Kolben 5, 6 und 7 radial auf die Achse der Antriebswelle zu, um Kraftstoff anzusaugen. Die Saughubbewegung der Kolben 5, 6 und 7 wird durch nicht dargestellte Federn erreicht, die gegen die Platten 8, 9 und 10 vorgespannt sind.

Wie man in Fig. 1 sieht, sind an dem durch drei Festlager 14, 15 und 16 angedeuteten Pumpengehäuse drei Anschläge 17, 18 und 19 für die Ringsegmente 2, 3 und 4 angebracht. Durch die Anschläge 17, 18 und 19 wird der tangentiale Arbeitsbereich der einzelnen Ringsegmente 2, 3 und 4 eingeschränkt. Falls eines der Ringsegmente 2, 3 und 4 im Betrieb aus seiner gewünschten Position gleitet, wird es automatisch durch die Anschläge 17, 18 und 19 in die Sollposition zurückgebracht. Durch eine gezielte Abstimmung der Reibkoeffizienten zwischen den Platten 8, 9 und 10, den Ringsegmenten 2, 3 und 4 sowie dem exzentrischen Wellenabschnitt 1 ist gewährleistet, dass die Ringsegmente 2, 3 und 4 eine reine Abrollbewegung bezogen auf die Platten 8, 9 und 10 ausführen.

In Fig. 2 ist eine Teilansicht eines Schnitts längs zu der Antriebswelle einer Radialkolbenpumpe gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Ein exzentrischer Wellenabschnitt 20 ist relativ zu einem Ringsegment 21 drehbar gelagert. Gegen das Ringsegment 21 stützt sich eine Platte 22 ab, die an einem Kolben 23 befestigt ist. Durch einen Pfeil 29 ist die Kraft angedeutet, die in Betrieb auf den Kolben wirkt. Diese Kraft wird im Saughub durch eine nicht dargestellte Feder erzeugt, die gegen die Platte 22 vorgespannt ist. Im Förderhub der Radialkolbenpumpe wirkt in Richtung des Pfeils 29 die Reaktionskraft des komprimierten Kraftstoffs. Durch die Linien 24 und 25 ist der Kraftfluß angedeutet. Am Rande des Kraftflußbereichs ist in der dem Ring zugewandten Oberfläche der Platte 22 eine Nut 26, ausgespart. In der Nut 26, ist ein Ring 28 aus einem elastomeren Kunststoffmaterial angeordnet. Die Abmessungen des Rings 28 sind größer als die Abmessungen der Nut 26. Dadurch wird ein hoher Reibkoeffizient zwischen der Platte 22 und dem Ringsegment 21 gewährleistet.

In Fig. 3 ist eine ähnliche Darstellung wie in Fig. 2 gezeigt. In Fig. 3 werden Bezugszeichen verwendet, deren Wert gegenüber demjenigen der Fig. 2 um 10 erhöht ist. Um Wiederholungen zu vermeiden wird auf eine ausführliche Beschreibung der Fig. 3 verzichtet. Der einzige Unterschied zwischen der Darstellung der Fig. 3 und der Fig. 2 besteht darin, dass die Nuten 36 und 37 nicht in der Platte, sondern dem Ringsegment 31 angeordnet sind. Die in den Nuten 36 und 37 angeordneten Ringe 38 und 39 erfüllen die gleiche Funktion wie der Ring 28 in Fig. 2.

In Fig. 4 ist eine der Fig. 1 ähnliche Darstellung gezeigt. Ein exzentrischer Wellenabschnitt 40 ist mit Hilfe eines Gleitlagers 41 drehbar gegenüber Ringsegmenten 42, 43 und 44 gelagert. Die Ringsegmente 42, 43 und 44 befinden sich in Anlage gegen Platten 48, 49 und 50, die an Kolben 45, 46 und 47 ausgebildet sind. An den Ringsegmenten 42, 43 und 44 sind sich radial erstreckende Anschläge 51, 52; 53, 54 und 55, 56 ausgebildet. Durch die Anschläge 51-56 wird die Bewegung der Ringsegmente 42-44 in tangentialer Richtung begrenzt.

Claims (9)

1. Radialkolbenpumpe zur Krafstoffhochdruckerzeugung bei Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen, insbesondere bei einem Common-Rail-Einspritzsystem, mit einer in einem Gehäuse gelagerten Antriebswelle, die einen exzentrisch ausgebildeten Wellenabschnitt (1) aufweist, auf dem ein Ring gleitend gelagert ist, der mit vorzugsweise mehreren bezüglich der Antriebswelle radial in einem jeweiligen Zylinderraum angeordneten Kolben (5, 6, 7) zusammenwirkt, die durch Drehen der Antriebswelle in dem jeweiligen Zylinderraum in radialer Richtung hin- und herbewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring in mehrere Ringsegmente (2, 3, 4) unterteilt ist und zwischen jedem Kolben (5, 6, 7) und der Antriebswelle jeweils ein Ringsegment (2, 3, 4) vorgesehen ist, das relativ zu dem Kolben beweglich ist.

2. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringsegmente (2, 3, 4) in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind.

3. Radialkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibungskoeffizient zwischen dem Kolbenfuß (8, 9, 10) und dem zugehörigen Ringsegment (2, 3, 4) größer ist als der Reibungskoeffizient zwischen der Antriebswelle (1) und dem Ringsegment (2, 3, 4).

4. Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kolbenfuß (22) oder dem Ringsegment (31) mindestens eine Nut (26; 36, 37) vorgesehen ist, die zur Aufnahme eines O-Rings (28; 38, 39) dient.

5. Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die zu der Antriebswelle gewandte Oberfläche des Kolbenfuß (22) oder das Ringsegment (31) zumindest teilweise gummiert ist.

6. Radialkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Gehäuse (14, 15, 16) zwischen den Ringsegmenten Anschläge (17, 18, 19) für die Ringsegmente (2, 3, 4) angebracht sind.

7. Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass an jedem Ringsegment (42, 43, 44) zwei Anschläge (51, 52; 53, 54; 55, 56) für den zugehörigen Kolbenfuß (48, 49, 50) ausgebildet sind.

8. Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben mit dem zugehörigen Ringsegment gekoppelt ist.

9. Radialkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenfuß als Platte (8, 9, 10) ausgebildet ist.