DE19846367C2

DE19846367C2 - Radialkolbenpumpe

Info

Publication number: DE19846367C2
Application number: DE1998146367
Authority: DE
Inventors: Sieghart Maier
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1998-10-08
Filing date: 1998-10-08
Publication date: 2003-06-12
Anticipated expiration: 2018-10-09
Also published as: DE19846367A1

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 in mehrere Ringsegmente unterteilt ist, wobei jedes der Ringsegmente mit einem bezüglich der Antriebswelle radial in einer jeweiligen Elementbohrung hin- und herbewegbaren Kolben zusammenwirkt.

Eine derartige Radialkolbenpumpe ist beispielsweise in der nicht vorveröffentlichten DE 198 29 548 A1 beschrieben. 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 konstant und entspricht dem zweifachen Betrag der Exzentrizität der Antriebswelle. Im Betrieb der Radialkolbenpumpe kann es, insbesondere bei einer Teilbefüllung der einzelnen Elemente passieren, dass die Ringsegmente relativ zu den Kolben eine Gleitbewegung ausführen. Diese Gleitbewegung kann zu einem erhöhten Verschleiß führen.

In der US 2 612 837 wird eine Radialkolbenpumpe mit Kolben beschrieben, an deren innerem Ende jeweils ein Gleitschuh angelenkt ist.

Aus der DE 28 27 609 A1 ist eine Radialkolbenpumpe mit mehreren in einem Gehäuse etwa in einer Ebene angeordneten, von einem Exzenter gegen die Kraft von Rückholfedern betätigten Kolben, welche jeweils in einer Zylinderbuchse geführt sind, bekannt. Zwischen jedem Kolben und dem Exzenter ist ein Gleitschuh angeordnet, der mit dem zugehörigen Kolben formschlüssig über einen Zapfen und eine entsprechende Öffnung im Gleitschuh verbunden ist. Diese Lösung ist sehr aufwendig in der Herstellung.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine relative Gleitbewegung zwischen den einzelnen Ringsegmenten und den Kolben zu verhindern. Dies soll insbesondere bei einer Teilbefüllung der einzelnen Elemente gewährleistet sein.

Die Aufgabe 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 in mehrere Ringsegmente unterteilt ist, wobei jedes der Ringsegmente mit einem bezüglich der Antriebswelle radial in einer jeweiligen Elementbohrung hin- und herbewegbaren Kolben zusammenwirkt, dadurch gelöst, dass das Ringsegment in einen Käfig aufgenommen ist, an dem mindestens ein zahnförmiger Vorsprung ausgebildet ist, der in mindestens eine Ausnehmung greift, die an dem zu der Antriebswelle gewandten Ende des Kolbens oder an einem Stößel, der zwischen dem zu der Antriebswelle gewandten Ende des Kolbens und dem zugehörigen Ringsegment angeordnet ist, ausgespart ist.

Durch die Verzahnung wird erreicht, dass die einzelnen Ringsegmente an den Kolben abrollen, wenn diese in der jeweiligen Elementbohrung hin- und herbewegt werden. Dadurch wird die Lebensdauer der Radialkolbenpumpe erhöht. Der Käfig kann aus einem anderen Material gefertigt sein als das Ringsegment. So kann zum Beispiel für das Ringsegment ein spröder, aber mit einer hohen Härte versehener Werkstoff eingesetzt werden, der für die Ausbildung des zahnförmigen Vorsprungs ungeeignet ist.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass sich der zahnförmige Vorsprung und die zugehörige Ausnehmung über einen Teil der Ausdehnung des Ringsegments in Richtung der Antriebswelle erstrecken. Dadurch wird ein Verdrehen des mit dem zugehörigen Ringsegment in Eingriff befindlichen Kolbens vermieden.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass zwei zahnförmige Vorsprünge in Richtung der Antriebswelle voneinander beabstandet sind.

Durch die zwei voneinander beabstandeten Vorsprünge wird einerseits ein Verdrehen der Kolben in der jeweiligen Elementbohrung verhindert. Andererseits wird dadurch erreicht, dass die Verzahnungselemente im Betrieb außerhalb des Bereichs mit der höchsten Beanspruchung durch den Kolben angeordnet sind. Dadurch wird der auftretende Verschleiß minimiert.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ringsegmente aus einem keramischen Werkstoff, zum Beispiel Siliciumnitrid, gebildet sind. Durch die hohe Härte der Keramik wird ein geringerer Verschleiß an der gewölbten Rollfläche der Ringsegmente erzielt. Das liefert den Vorteil, dass auf ein zusätzliches Gleitlager verzichtet werden kann.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung 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.

In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 die Teilansicht eines Schnitts durch eine Radialkolbenpumpe gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung quer zu der Antriebswelle;

Fig. 2 die Teilansicht eines Schnitts durch eine Radialkolbenpumpe gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung quer zu der Antriebswelle;

Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Stößel und ein Ringsegment einer Radialkolbenpumpe gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 die Teilansicht eines Schnitts durch eine Radialkolbenpumpe gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung längs zu der Antriebswelle;

Fig. 5 die Teilansicht eines Schnitts durch eine Radialkolbenpumpe gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung längs zu der Antriebswelle;

Fig. 6 die Teilansicht eines Schnitts durch die in Fig. 5 dargestellte Radialkolbenpumpe quer zu der Antriebswelle;

Fig. 7 die Teilansicht eines Schnitts durch eine Radialkolbenpumpe gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung längs zu der Antriebswelle;

Fig. 8 die Teilansicht eines Schnitts durch eine Radialkolbenpumpe gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung längs zu der Antriebswelle; und

Fig. 9 die Teilansicht eines Schnitts durch die Radialkolbenpumpe aus Fig. 8 quer zu der Antriebswelle.

Die in der Zeichnung nur teilweise 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 in der Zeichnung gezeigte, innen abgestützte Radialkolbenpumpe umfasst eine in einem Pumpengehäuse gelagerte Antriebswelle mit einem exzentrisch ausgebildeten Wellenabschnitt. Auf dem exzentrischen Wellenabschnitt sind drei Ringsegmente vorgesehen, gegenüber welchen der exzentrische Wellenabschnitt drehbar ist. Jedes Ringsegment wirkt mit einem Kolben zusammen. Zwischen dem exzentrischen Wellenabschnitt und den Ringsegmenten kann ein Gleitlager ausgebildet sein.

Die in der Zeichnung nur teilweise 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 vorab schon angesprochene gemeinsame Leitung gefördert. Im Förderhub werden die Kolben infolge der Exzenterbewegung des exzentrischen Wellenabschnitts von der Achse der Antriebswelle nach außen bewegt. Im Saughub bewegen sich die Kolben radial auf die Achse der Antriebswelle zu, um Kraftstoff anzusaugen.

In Fig. 1 sieht man einen Kolben 1, der in einer nicht dargestellten Elementbohrung hin- und herbewegbar aufgenommen ist. Ein Ende des Kolbens 1 begrenzt einen nicht dargestellten Zylinderraum in der Elementbohrung. Das andere Ende des Kolbens 1 liegt an einem Stößel 2 an, der in einer Bohrung 3 in dem Pumpengehäuse 4 geführt ist. Der Stößel 2 hat die Forme eines Kreiszylinders mit einem Boden 5. An dem Boden 5 ist auf der von dem Kolben 1 abgewandten Seite ein zahnförmiger Vorsprung 6 ausgebildet.

Der zahnförmige Vorsprung 6 hat die Form eines runden Zapfens, der im Querschnitt die Form eines Evolventenzahnes aufweist. Im zusammengebauten Zustand ragt der Vorsprung 6 in eine kegelige Bohrung 7, die in einem Ringsegment 8 ausgespart ist. Das Ringsegment 8 gleitet auf dem exzentrischen Wellenabschnitt einer nicht dargestellten Antriebswelle.

Bei der in Fig. 2 darstellten Ausführungsart wird ein Kolben 1 verwendet, an dessen zur Antriebswelle gewandten Ende eine Platte 10 ausgebildet ist. Auf der von dem Kolben 1 abgewandten Seite der Platte 10 ist, wie bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsart, ein zahnförmiger Vorsprung 6 ausgebildet. Der zahnförmige Vorsprung 6 befindet sich in Eingriff mit einer kegeligen Bohrung 7, die in einem Ringsegment 8 ausgespart ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe sind drei Kolben 1 sternförmig um den exzentrischen Wellenabschnitt der Antriebswelle herum angeordnet. Zwischen den Kolben und dem exzentrischen Wellenabschnitt ist jeweils ein Ringsegment 8 angeordnet.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsart ist durch ein gestricheltes Rechteck 11 angedeutet, dass der zahnförmige Vorsprung 6, statt als runder Zapfen ausgebildet zu sein, auch eine Ausdehnung in Richtung der Antriebswelle aufweisen kann. In dem Ringsegment 8 ist eine zu dem zahnförmigen Vorsprung 6 komplementäre Aussparung ausgebildet. Durch die Ausdehnung des zahnförmigen Vorsprungs 6 oder der Aussparung in dem Ringsegment 8 wird eine Verdrehsicherung für den Kolben 1 geschaffen.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsart einer erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe sind an einem Stößel 2 zwei zahnförmige Vorsprünge 12 und 13 ausgebildet. Die beiden zahnförmigen Vorsprünge 12 und 13 sind auf einer Parallelen zu der Achse der Antriebswelle voneinander beabstandet. Die Vorsprünge 12 und 13 greifen in Aussparungen, die in dem Ringsegment 8 komplementär zu den Vorsprüngen 12 und 13 ausgebildet sind.

Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform sind die Vorsprünge 12 und 13 im Unterschied zu der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsart an einer Platte 10 eines Kolbens 1 angebracht. Die Funktionsweise der in den Fig. 4 und 5 dargestellten Ausführungsarten einer erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe ist analog zu den vorab beschriebenen Ausführungsarten. Durch die Verwendung von zwei Vorsprüngen 12 und 13 statt eines Vorsprungs 6 wird eine Verdrehsicherung für den Kolben geschaffen.

Bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsart ist der zahnförmige Vorsprung 6 statt an dem Kolben bzw. dem Stößel an dem Ringsegment 8 ausgebildet. Komplementär zu dem Vorsprung 6 ist an einer Platte 10 eines Kolbens 1 eine Aussparung 7 ausgebildet. Durch diese Ausführungsart wird genauso wie bei den vorangegangenen Ausführungsarten erreicht, dass das Ringsegment 8 bei einer Drehung des exzentrischen Wellenabschnitts im Bereich des Kolbens 1 bleibt.

Bei der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsart sind zwei Vorsprünge 12 und 13 direkt an dem Ringsegment 8 ausgebildet. Die Vorsprünge 12 und 13 sind auf einer parallelen zu der Achse der Antriebswelle voneinander beabstandet.

Bei der in Fig. 8 dargestellten Ausführungsart einer erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe ist das Ringsegment 8 in einem Käfig 14 angeordnet. Der Käfig 14 ist als Gleitlagerschale ausgebildet. Zu diesem Zweck ist an dem Käfig 14 eine Gleitschicht 15 angebracht.

In Fig. 9 ist ein Schnitt quer zu der Antriebswelle durch die in Fig. 8 dargestellte Radialkolbenpumpe gezeigt. Die Vorsprünge 12, 13 sind auf einer Parallelen zu der Achse der Antriebswelle voneinander beabstandet.

Vorzugsweise sind die Ringsegmente aus einem keramischen Werkstoff, zum Beispiel Siliciumnitrid (Si₃N₄) gebildet.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung einer innen abgestützten Radialkolbenpumpe wird ein sicheres Abrollen der Ringsegmente auf dem jeweiligen Gegenstück erreicht. Dadurch werden ungünstige Gleiteffekte, die Verschleiß verursachen, vermieden. Durch den Eingriff der vorzugsweise evolventenzahnförmigen Vorsprünge in die zugehörigen Aussparungen erfolgt über den Kolbenhub ein leichtes, sauberes Abrollen ohne Änderung des geometrischen Hub-/Schwenkverlaufs. Außerdem wird die tragende Breite der Ringsegmente in Richtung der Achse der Antriebswelle nicht unzulässig geschmälert. Durch die Ausstattung des Gleitlagers mit den zahnförmigen Vorsprüngen als Käfig wird eine besonders einfaches Gleitsegment geschaffen. Durch die hohe Härte des keramischen Werkstoffs wird ein geringer Verschleiß an der gewölbten Rollfläche ermöglicht. Dadurch kann auf ein aufgesetztes Gleitlager verzichtet werden.

Claims

1. Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckerzeugung bei Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen, insbesondere bei einem Common-Rail-Einspritzsystem, mit einer in einem Gehäuse (4) gelagerten Antriebswelle, die einen exzentrisch ausgebildeten Wellenabschnitt aufweist, auf dem ein Ring gleitend gelagert ist, der in mehrere Ringsegmente (8) unterteilt ist, wobei jedes der Ringsegmente (8) mit einem bezüglich der Antriebswelle radial in einer jeweiligen Elementbohrung hin- und herbewegbaren Kolben (1) zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass das Ringsegment (8) in einen Käfig (14) aufgenommen ist, an dem mindestens ein zahnförmiger Vorsprung (12, 13) ausgebildet ist, der in mindestens eine Ausnehmung (7) greift, die an dem zu der Antriebswelle gewandten Ende des Kolbens (1) oder an einem Stößel (2), der zwischen dem zu der Antriebswelle gewandten Ende des Kolbens (1) und dem zugehörigen Ringsegment (8) angeordnet ist, ausgespart ist.

2. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der zahnförmige Vorsprung (12, 13) und die zugehörige Ausnehmung (7) über einen Teil der Ausdehnung des Ringsegments (8) in Richtung der Antriebswelle erstrecken.

3. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei zahnförmige Vorsprünge (12, 13) in Richtung der Antriebswelle voneinander beabstandet sind.

4. Radialkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringsegmente (8, 14) aus einem keramischen Werkstoff, z. B. Siliciumnitrid, gebildet sind.