DE19858862A1

DE19858862A1 - Radialkolbenpumpe

Info

Publication number: DE19858862A1
Application number: DE1998158862
Authority: DE
Inventors: Sieghart Maier; Dirk Bluemmel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1998-12-19
Filing date: 1998-12-19
Publication date: 2000-03-02

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckerzeugung bei Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen, insbesondere bei einem Common-Rail-Einspritzsystem, mit einer in einem Pumpengehäuse (2) gelagerten Antriebswelle (3), die einen exzentrisch ausgebildeten Wellenabschnitt (4) aufweist, an dem sich vorzugsweise mehrere bezüglich der Antriebswelle (3) radial in einer jeweiligen Elementbohrung (10) angeordnete Kolben (7, 8, 9) abstützen, die durch Drehen der Antriebswelle (3) in der jeweiligen Elementbohrung (10) hin- und herbewegbar sind. DOLLAR A Um die Lebensdauer der Radialkolbenpumpe, insbesondere im Teillastbetrieb, zu erhöhen, ist die Anlagefläche des Fußes (13, 14, 15) eines jeden Kolbens (7, 8, 9) an die Mantelfläche des exzentrischen Wellenabschnitts (4) angepaßt.

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 Pumpengehäuse gelagerten Antriebswelle, die einen exzentrisch ausgebildeten Wellenabschnitt aufweist, an dem sich vorzugsweise mehrere bezüglich der Antriebswelle radial in einer jeweiligen Elementbohrung angeordnete Kolben abstützen, die durch Drehen der Antriebswelle in der jeweiligen Elementbohrung hin- und herbewegbar sind.

Eine derartige Radialkolbenpumpe ist aus der DE 42 16 877 C2 bekannt. Bei der bekannten Radialkolbenpumpe wird ein Polygonring mit einer Abflachung für jeden Kolben verwendet. Die Verwendung eines solchen Polygonrings kann, insbesondere bei einer Teilbefüllung einzelner Pumpenelemente, zu einem ungleichförmigen Betrieb der Radialkolbenpumpe führen. Das wird auf im Betrieb auftretende Kippbewegungen des Kolbenfußes zurückgeführt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Radialkolbenpumpe der eingangs geschilderten Art bereitzustellen, die, insbesondere im Teillastbetrieb, eine hohe Lebensdauer aufweist. Die erfindungsgemäße Radialkolbenpumpe soll zudem kostengünstig herstellbar sein.

Die Aufgabe 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, an dem sich vorzugsweise mehrere bezüglich der Antriebswelle radial in einer jeweiligen Elementbohrung angeordnete Kolben abstützen, die durch Drehen der Antriebswelle in der jeweiligen Elementbohrung hin- und herbewegbar sind, dadurch gelöst, dass die Anlagefläche des Fußes eines jeden Kolbens an die Mantelfläche des exzentrischen Wellenabschnitts angepaßt ist. Durch das Wegfallen des Polygonrings wird ein gleichmäßigerer Lauf der erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe erreicht. Zudem wird der Bauraum der Radialkolbenpumpe verkleinert. Darüber hinaus werden die Herstellkosten gesenkt.

Eine besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kolbenfuß und dem exzentrischen Wellenabschnitt ein Gleitlager ausgebildet ist. Das Gleitlager kann sich über den gesamten Umfang des exzentrischen Wellenabschnitts oder nur über den im Betrieb der Radialkolbenpumpe von der Kolbenfußfläche überfahrenen Bereich erstrecken. Durch das Gleitlager wird der Verschleiß reduziert, der insbesondere bei hohen Vordrücken auftreten kann. Dadurch wird die Lebensdauer der erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe erhöht.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem exzentrischen Wellenabschnitt und dem Kolben ein zylinderförmiger Ring angeordnet ist und dass die Anlagefläche des Fußes eines jeden Kolbens an die Mantelfläche des Rings angepaßt ist. Durch den zylinderförmigen Ring wird der Bauraum der erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe kaum eingeschränkt. Durch das Weglassen der "Ecken" an dem Polygonring wird die Schmierung an der Kolbenfußfläche verbessert, weil die Ausbildung eines Schmierfilms bei dem gleichmäßigen Lauf der Radialkolbenpumpe ununterbrochen gewährleistet ist.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Fuß der Kolben jeweils halbkardanisch oder vollkardanisch an den zugehörigen Kolben angelenkt ist. Durch die gelenkige Lagerung des Kolbenfußes an dem jeweiligen Kolben wird erreicht, dass der Kolbenfuß relativ zu dem zugehörigen Kolben eine Schwenkbewegung ausüben kann. Das hat zur Folge, dass die Kolbenfußfläche in ständigem Kontakt mit dem exzentrischen Wellenabschnitt bzw. dem Ring bleibt.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ausdehnung des Kolbenfußes in Längsrichtung der Antriebswelle an die Abmessungen des Pumpengehäuseinnenraums angepaßt ist. Dadurch wird ein Verdrehen des Kolbenfußes um die Längsachse des zugehörigen Kolbens im Betrieb verhindert. Der Kolbenfuß ist praktisch seitlich im Pumpengehäuseinnenraum geführt.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass an dem Kolbenfuß in Umfangsrichtung der Antriebswelle Gleitzungen ausgebildet sind, deren Ausdehnung in Richtung der Längsachse des zugehörigen Kolbens das zweifache der Exzentrizität des exzentrischen Wellenabschnitts beträgt. Die Gleitzungen verhindern ebenfalls ein Verdrehen des Kolbenfußes um die Längsachse des zugehörigen Kolbens im Betrieb. Außerdem gewährleisten die Gleitzungen auch bei klemmendem Kolben einen störungsfreien Betrieb der erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Reibungskoeffizient zwischen dem Kolbenfuß und dem Ring größer ist als zwischen dem Ring und dem exzentrischen Wellenabschnitt. Das hat zur Folge, dass der Ring im Betrieb der erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe relativ zu der Antriebswelle steht, d. h., sich nicht dreht. Dadurch wird der Verschleiß vermindert und die Lebensdauer der Radialkolbenpumpe erhöht. Selbstverständlich führt der Ring eine Bewegung analog zu der Exzenterbewegung des exzentrischen Wellenabschnitts aus.

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 Ansicht eines Schnitts quer zu der Antriebswelle einer Radialkolbenpumpe gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 einen Ausschnitt aus Fig. 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 3 einen Ausschnitt aus Fig. 1 gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 4 einen Ausschnitt aus Fig. 1 gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung; und

Fig. 5 einen Ausschnitt aus Fig. 1 gemäß einer fünften Ausführungsform der 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 Bedarfsmengenregelung ausgestattet. Die Kraftstoffzufuhr und Dimensionierung erfolgt über eine nicht dargestellte Zumesseinheit.

Die in Fig. 1 insgesamt mit 1 bezeichnete Radialkolbenpumpe umfaßt eine in einem Pumpengehäuse 2 gelagerte Antriebswelle 3 mit einem exzentrisch ausgebildeten Wellenabschnitt 4. Auf dem exzentrischen Wellenabschnitt 4 ist unter Zwischenschaltung eines Gleitlagers E ein Ring 6 vorgesehen, gegenüber dem der Wellenabschnitt 4 drehbar ist. Gegen die äußere Mantelfläche des Rings 6 stützen sich drei sternförmig zueinander angeordnete Kolben 7, 8 und 9 ab. Die Kolben 7, 8 und 9 sind jeweils in einer Elementbohrung 10 zur Antriebswelle 3 in radialer Richtung hin- und herbewegbar aufgenommen und begrenzen jeweils einen Zylinderraum 11.

Die in Fig. 1 dargestellte Radialkolbenpumpe 1 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 7, 8 und 9 infolge der Exzenterbewegung des Rings 6 von der Achse der Antriebswelle 3 wegbewegt. Im Saughub bewegen sich die Kolben 7, 8 und 9 radial auf die Achse der Antriebswelle 3 zu, um Kraftstoff in die Zylinderräume 11 zu saugen. Die Saughubbewegung der Kolben 7, 8 und 9 wird durch vorgespannte Federn 12 erreicht.

An den zu der Antriebswelle 3 hin gerichteten Enden der Kolben 7, 8 und 9 ist jeweils ein Fuß 13, 14 und 15 angebracht. Der Fuß 13, 14 und 15 ist auf der zu dem zugehörigen Kolben 7, 8 und 9 gewandten Seite mit einer kugelabschnittsförmigen Vertiefung ausgestattet. Die Kolben 7, 8 und 9 sind mit einem dazu komplementären halbkugelförmigen Ende ausgestattet. Die Füße 13, 14 und 15 der Kolben 7, 8 und 9 werden durch klammerartige Halterungen 16 in Anlage mit dem zugehörigen Ende des Kolbens gehalten.

An den Füßen 13, 14 und 15 sind Gleitzungen 17 ausgebildet. Die Gleitzungen 17 erstrecken sich in Umfangsrichtung des Rings 6. Die zu dem Ring 6 gewandte Seite der Füße 13, 14 und 15 hat die Form eines Kreissegments. Der Durchmesser des Kreissegments entspricht dem Durchmesser des Rings 6.

In den Fig. 2 bis 5 sind Ausschnitte gemäß weiteren Ausführungsformen der Erfindung dargestellt. Zur Vereinfachung werden zur Bezeichnung gleicher Teile dieselben Bezugszeichen verwendet. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird im folgenden nur auf die Unterschiede zu der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform eingegangen.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe läuft der Kolbenfuß 14 direkt auf dem Gleitlager 5. Das heißt, in dieser Ausführungsform wird kein Ring verwendet.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe läuft der Kolbenfuß 14 ebenfalls direkt auf dem Gleitlager 5. Darüber hinaus sind im Vergleich zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen die Gleitzungen weggelassen. Eine Sicherung gegen Verdrehen um die Achse des Kolbens 8 wird dadurch erreicht, dass die Breite des Kolbenfußes 14 annähernd dem Innenraum des Pumpengehäuses 2 entspricht.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe erstreckt sich das Gleitlager 5 nicht über dem kompletten Umfang des exzentrischen Wellenabschnitts 4, sondern ist als Gleitlagersegment 18 ausgebildet. Die Ausdehnung des Gleitlagersegments 18 in Umfangsrichtung des exzentrischen Wellenabschnitts 4 ist an die Ausdehnung des Kolbenfußes 14 mitsamt den Gleitzungen 17 angepaßt.

Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe läuft der Kolbenfuß 14 direkt auf dem exzentrischen Wellenabschnitt 4 der Antriebswelle 3. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass die wenigsten Einzelteile benötigt werden. Allerdings müssen die Laufflächen der in Kontakt befindlichen Teile sowohl vom Werkstoff her als auch von der Bearbeitung her extrem hohe Anforderungen erfüllen.

Claims

1. Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckerzeugung bei Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen, insbesondere bei einem Common-Rail-Einspritzsystem, mit einer in einem Pumpengehäuse (2) gelagerten Antriebswelle (3), die einen exzentrisch ausgebildeten Wellenabschnitt (4) aufweist, an dem sich vorzugsweise mehrere bezüglich der Antriebswelle (3) radial in einer jeweiligen Elementbohrung (10) angeordnete Kolben (7, 8, 9) abstützen, die durch Drehen der Antriebswelle (3) in der jeweiligen Elementbohrung (10) hin- und herbewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlagefläche des Fußes (13, 14, 15) eines jeden Kolbens (7, 8, 9) an die Mantelfläche des exzentrischen Wellenabschnitts (4) angepaßt ist.

2. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kolbenfuß (14) und dem exzentrischen Wellenabschnitt (4) ein Gleitlager (5) ausgebildet ist.

3. Radialkolbenpumpe nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem exzentrischen Wellenabschnitt (4) und dem Kolben (7, 8, 9) ein zylinderförmiger Ring (6) angeordnet ist, und dass die Anlagefläche des Fußes (13, 14, 15) eines jeden Kolbens (7, 8, 9) an die Mantelfläche des Rings (6) angepaßt ist.

4. Radialkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fuß (13, 14, 15) der Kolben (7, 8, 9) jeweils halbkardanisch oder vollkardanisch an den zugehörigen Kolben (7, 8, 9) angelenkt ist.

5. Radialkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausdehnung des Kolbenfußes (13, 14, 15) in Längsrichtung der Antriebswelle (3) an die Abmessungen des Pumpengehäuseinnenraums (2) angepaßt ist.

6. Radialkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den Kolbenfuß (13, 14, 15) in Umfangsrichtung der Antriebswelle (3) Gleitzungen (17) ausgebildet sind, deren Ausdehnung in Richtung der Längsachse (17) des zugehörigen Kolbens (7, 8, 9) das zweifache der Exzentrizität (e) des exzentrischen Wellenabschnitts (4) beträgt.

7. Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibungskoeffizient zwischen dem Kolbenfuß (13, 14, 15) und dem Ring (6) größer ist als zwischen dem Ring (6) und dem exzentrischen Wellenabschnitt (4).