DE19902259A1 - Montageverfahren - Google Patents
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Abstract
Offenbart ist ein Verfahren zur Montage einer sauggedrosselten hydrostatischen Pumpe mit mehreren Pumpeinheiten, bei der der Saugventilöffnungsdruck jeder Pumpeinheit vor der Montage ins Pumpengehäuse geprüft und lediglich Pumpeinheiten oder Saugventileinheiten eingebaut werden, deren Saugventilöffnungsdrücke innerhalb eines vorbestimmten Druckintervalls liegen.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage einer
hydrostatischen Pumpe mit mehreren in einem Pumpengehäuse
aufgenommenen Pumpeinheiten gemäß dem Oberbegriff des Pa
tentanspruchs 1 sowie eine nach dem Verfahren montierte Ra
dialkolbenpumpe.
Die nach dem Verfahren montierten hydrostatischen Pum
pen können als Radialkolbenpumpe zur Erzeugung hoher Drüc
ke, beispielsweise im Druckbereich von 50 bis 1000 bar aus
gebildet werden. Anwendungsbereiche finden sich in der
Fahrzeug-, Industrie-, Flug- und Wasserhydraulik sowie ins
besondere bei der Mobilhydraulik und - in jüngster Zeit zu
nehmend - bei Common Rail-Kraftstoffeinspritzsystemen. Die
Radialkolbenpumpen werden als Verstellpumpe ausgeführt, wo
bei die Volumeneinstellung u. a. durch Hubverstellung oder
durch Saugdrosselung erfolgen kann. Insbesondere bei Anwen
dungen, bei denen der vorrichtungstechnische Aufwand mini
mal sein soll und desweiteren ein optimaler Wirkungsgrad
bei Teilförderung angestrebt wird, werden die sauggedros
selten Verstellpumpen den Konstruktionen mit Hubverstellung
vorgezogen.
Bei Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystemen werden
sauggedrosselte Radialkolbenpumpen eingesetzt, bei denen
beispielsweise drei oder fünf Pumpeinheiten von einer Ex
zenterwelle angetrieben werden. Jede Pumpeinheit hat ein
Verdrängergehäuse, in dem ein durch den Exzenter bewegbarer
Radialkolben geführt ist, so daß das Druckmittel über ein
Saugventil in den Zylinderraum der Pumpeinheit ansaugbar
und das druckbeaufschlagte Druckmittel über ein Druckventil
an eine Sammelleitung abgebbar ist. Bei sauggedrosselten
Radialkolbenpumpen, wie sie beispielsweise in der WO 95/13474 A1
beschrieben sind, ist der Saugseite der Axialkolben
pumpe ein verstellbares Saugdrosselventil vorgeschaltet,
über das der Druckmittelstrom zur Hochdruckpumpe angedros
selt werden kann, um den Füllgrad der Zylinderräume der
Hochdruckpumpe zu verstellen. Durch die Androsselung wird
der Hohlraum- oder Gasanteil im Druckmittel (Kraftstoff)
erhöht, so daß die Zylinderräume entsprechend mit weniger
Druckmittel gefüllt werden.
Die Saugventile werden in der Regel als federvorge
spannte Rückschlagventile ausgebildet, bei denen ein Saug
ventilkörper über eine Saugventilfeder gegen einen Ventil
sitz vorgespannt ist. Der Saugventilkörper kann gegen die
Kraft der Saugventilfeder durch die Druckdifferenz zwischen
den Druck stromabwärts des Saugdrosselventils und im Zylin
derraum der zugeordneten Pumpeinheit, d. h. durch die Druck
differenz über dem Saugventilkörper aufgesteuert werden.
Bei den vorbeschriebenen Radialkolbenpumpen werden meh
rere Pumpeinheiten verwendet, um die Volumenstrom- und
Druckpulsation am Pumpenausgang zu minimieren. Beim Einsatz
der vorbeschriebenen sauggedrosselten Radialkolbenpumpen
zeigt es sich, daß bei stärkerer Androsselung des Volumen
stroms, d. h. bei niedrigerem Füllgrad der Radialkolbenpumpe
einzelne Pumpeinheiten keinen oder einen geringeren Beitrag
zur Druckmittelförderung leisten, als dies rein rechnerisch
der Fall sein müßte.
In Fig. 1, auf die bereits hier Bezug genommen sei,
sind zwei Diagramme dargestellt, bei denen der Druck p ei
ner Radialkolbenpumpe mit drei Pumpeinheiten über der Zeit
t dargestellt ist. Das Diagramm gemäß Fig. 1a zeigt die
Druckverhältnisse bei einer geringen Androsselung des Volu
menstroms zur Pumpe, wobei der Füllgrad beispielsweise 50%
betragen mag. Fig. 1b zeigt die Druckverhältnisse bei ei
nem geringeren Füllgrad von beispielsweise 10%. Aufgrund
der zeitlichen nacheinanderfördernden Pumpeinheiten ergibt
sich am Ausgang der Radialkolbenpumpe kein konstanter Druck
sondern eine Druckpulsation, wobei jeder Peak 1, 2, 3 dem
Verdichtungshub der zugeordneten 1., 2., oder 3. Pumpenein
heit entspricht.
Wie aus der oben liegenden Darstellung 1a entnehmbar
ist, ist diese Volumenstrompulsation bei hohen Füllgraden
(geringe Androsselung) etwa gleichmäßig ausgebildet, wobei
die Peaks der einzelnen Pumpeinheiten im wesentlichen iden
tisch ausgebildet sind.
Bei Verringerung des Füllgrades (stärkere Androsselung)
ist zu beobachten, daß eine oder mehrere Pumpeinheiten
nicht mehr zur Förderung beitragen. In dem Ausführungsbei
spiel gemäß Fig. 1b fördert die Pumpeinheit 1 bei einem
Füllgrad von 10% nicht mehr, so daß sich eine starke
Druck- und Volumenstrompulsation am Druckanschluß der Pumpe
einstellt.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
ein Verfahren zur Montage einer hydrostatischen Pumpe und
eine nach diesem Verfahren montierte Radialkolbenpumpe zu
schaffen, bei denen die Druck- und Volumenstrompulsation
bei niedrigen Füllgraden minimiert ist.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch
die Merkmale der Patentansprüche 1 oder 2 und hinsichtlich
der Radialkolbenpumpe durch die Merkmale des nebengeordne
ten Patentanspruchs 8 gelöst.
Bei der Untersuchung des vorstehend beschriebenen Phä
nomens bei niedrigen Füllgraden zeigte es sich, daß für das
"Abschalten" einer oder mehrerer Pumpeinheiten die Toleran
zen des Saugventils ursächlich sind. Bei Hochdruckpumpen in
Common-Rail-Einspritzsystemen ist der Öffnungsdruck des
Saugventils etwa auf 0,7 bar eingestellt. D. h., der Saug
ventilkörper wird über eine 0,7 bar-Saugventilfeder gegen
seinen Ventilsitz vorgespannt.
Die Reduzierung der Toleranzen für die Saugventilfedern
alleine brachte jedoch auch keine wesentliche Verbesserung,
da der Saugventilöffnungsdruck nicht unwesentlich von den
Toleranzen bei der Fertigung der Pumpeinheiten, insbeson
dere im Bereich der Saugventillagerung abhängt. Desweiteren
ist eine Toleranzverringerung stets auch mit erheblichen
Kosten verbunden. Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen,
vor der Montage der Pumpe Montagegruppen, beispielsweise
die gesamte Saugventileinheit oder die gesamte Pumpeinheit
auf den erforderlichen Saugventilöffnungsdruck zu überprü
fen und dann in Abhängigkeit von diesen Prüfergebnissen
Gruppen von Pumpeinheiten bzw. Saugventileinheiten zusam
menzustellen, die innerhalb von vorbestimmten Druckberei
chen öffnen. Bei der Montage werden dann lediglich Pumpein
heiten bzw. Saugventileinheiten oder entsprechende Baugrup
pen aus einer Gruppe montiert, so daß das eingangs be
schriebene vorzeitige Abschalten einer oder mehrerer
Pumpeinheiten bei niedrigen Füllgraden beseitigt werden
kann. Die Ansteuerung der Pumpe kann dann in Abhängigkeit
von diesen ermittelten, gleichmäßigen Saugventilöffnungs
drucken der Pumpeinheiten modifiziert werden, so daß die
Druck- und Volumenstrompulsation am Pumpenausgang auch bei
unterschiedlichen Füllgraden minimal ist.
Bei erfindungsgemäßen Verfahren wird es bevorzugt, die
Pumpeinheiten jeweils als Baugruppe vorzuprüfen, da die
Verdrängergehäuse Toleranzen und Kanaldurchmesser im Saug
bereich der Pumpeinheiten den Öffnungsdruck neben den ei
gentlichen Bauteiltoleranzen des Saugventils nicht unwe
sentlich beeinflussen.
Die Druckbereiche werden so eng bemessen, daß das vor
zeitige Abschalten einer oder mehrerer Pumpeinheiten prak
tisch ausgeschlossen ist. Die Druckbereiche können bei
spielsweise als gleiche Druckintervalle mit 1/10 bar-
Schritten oder mit zunehmenden Saugöffnungsdruck größer
werdend bestimmt werden. D. h., die Druckbereiche können
beispielsweise bei einer 0,7 bar Saugventilfeder in Gruppen
von 0,6 bis 0,7 bar; 0,7 bis 0,8 bar; 0,8 bis 0,9 bar. . .
oder mit größerwerdenden Intervallen - wie beispielsweise
0,7 bis 0,77 bar; 0,78 bis 0,86 bar; 0,87 bis 0,96 bar. . .
gewählt werden.
In dem Fall, in dem die gesamte Pumpeinheit vorgeprüft
wird, werden die Saugventilfeder und der Ventilsitzeinsatz
des Saugventils vorteilhafter Weise am Verdrängergehäuse
der Pumpeneinheit abgestützt, so daß beim erfindungsmäßen
Verfahren sowohl die Toleranzen des Verdrängergehäuses als
auch die Toleranzen der Saugventilbauelemente berücksich
tigt sind.
Die Erfindung läßt sich besonders vorteilhaft bei einer
Radialkolbenpumpe mit drei oder mehr Pumpeinheiten einset
zen, die beispielsweise als Hochdruckpumpe in einem Common-
Rail-Kraftstoffeinspritzsystem verwendet wird und mit der
sich Drücke bis zu 1500 bar erzeugen lassen.
Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung
sind Gegenstand der weiteren Unteransprüche.
Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläu
tert. Es zeigen:
Fig. 1 die Druckpulsation in Abhängigkeit von der Zeit
bei einer herkömmlichen Radialkolbenpumpe;
Fig. 2 einen vereinfachten Schaltplan eines Common-
Rail-Einspritzsystems mit einer Schnittdarstellung einer
erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe;
Fig. 3 eine Seitenansicht auf die Radialkolbenpumpe
aus Fig. 2 und
Fig. 4 eine Detaildarstellung der Radialkolbenpumpe
aus Fig. 2.
Die Fig. 2 und 3 zeigen Ansichten einer Radialkol
benpumpe 1 mit drei Pumpeinheiten 2a, 2b, 2c, die von einer
gemeinsamen Antriebswelle 4 angetrieben werden. Die
Pumpeinheiten 2a, 2b, 2c und die Antriebswelle 4 sind in
einem Pumpengehäuse 6 gelagert an dem auch ein Sauganschluß
8 und ein Druckanschluß 10 (Fig. 2) ausgebildet sind.
Fig. 2 zeigt eine Teilschnittdarstellung entlang der
Linie A-A in Fig. 3. Die Antriebswelle 4 hat einen Ezenter
12, auf dem über einen Gleitring 14 ein Ezenterring 16 ge
führt ist.
Jede der Pumpeinheiten von denen anhand der Fig. 2 ex
emplarisch nur die Pumpeinheit 2a beschrieben wird, hat ei
nen Kolben 18 der über einen Gleitschuh 20 auf einer Ab
flachung des Exenterrings 16 abgestützt ist.
Jede Pumpeinheit 2 hat ein Verdrängergehäuse 22, in dem
der Kolben 18 axialverschiebbar geführt ist und das mit ei
nem in Radialrichtung erweiterten Zylinderkopf 24 auf einem
Befestigungsflansch 26 des Pumpengehäuses 6 befestigt ist.
Im Zylinderkopf 24 ist ein Saugventil 28 aufgenommen,
über das der Sauganschluß 8 mit dem Zylinderraum 30 des
Verdrängergehäuses 22 verbindbar ist.
Das druckbeaufschlagte Druckmittel (Kraftstoff) wird
über eine Winkelbohrung 32 zu einem Druckventil 34 geführt,
das in der Trennebene zwischen dem Zylinderkopf 24 und dem
Befestigungsflansch 26 ausgebildet ist. Stromabwärts des
Druckventils 34 ist im Pumpengehäuse 6 ein Druckkanal 36
ausgebildet, der in einen mit dem Druckanschluß 10 verbun
denen Sammelkanal 38 einmündet.
Wie in Fig. 2 angedeutet, ist der Sauganschluß über
eine Saugleitung 40 mit einem Saugdrosselventil 42 verbun
den, über das der aus einem Tank T mittels einer Vorförder
pumpe 44 geförderte Kraftstoffvolumenstrom androsselbar ist
um den Füllgrad der Radialkolbenpumpe 1 zu verstellen. Das
Saugdrosselventil 42 kann beispielsweise als proportional
verstellbares Zwei-Wege-Ventil ausgeführt sein, das über
die Motorsteuerung angesteuert ist.
Der von den Pumpeinheiten 2a, 2b, 2c geförderte Kraft
stoff wird über den Druckanschluß 10 zu der Common-Rail ge
fördert, in der Kraftstoffeinspritzdüsen 48 angeordnet ist.
Die sonstigen Bauelemente des Common-Rail-Einspritzsystems
sind bei der stark vereinfachten Darstellung gemäß Fig. 2
nicht berücksichtigt, da diese für das Verständnis der Er
findung von untergeordneter Bedeutung sind.
D. h., der Druck in der Common-Rail 46 läßt sich durch
Ansteuerung der Radialkolbenpumpe 1 (Hochdruckpumpe) und
des Saugdrosselventils 42 variieren.
Das Saugventil 28 kann als vormontierte Einheit, bei
spielsweise in Patronenbauweise etc. in das Verdrängerge
häuse 22 eingeschraubt werden oder aber, wie bei dem in
Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel direkt im Verdrän
gergehäuse 22 montiert sein. Fig. 4 zeigt eine Detaildar
stellung, des Saugventils 28 aus Fig. 2.
Wie aus der Darstellung gemäß den Fig. 2 und 4 ent
nehmbar ist, ist in eine Aufnahmebohrung 50 des Zylinder
kopfs 24 ein Ventilsitzeinsatz 52 eingeschraubt, der einer
seits einen Ventilsitz 54 ausbildet und andererseits die
Aufnahmebohrung 50 nach außen hin abdichtet. An einer
Schulter 55 des Zylinderkopfs 24 ist eine Saugventilfeder
56 abgestützt, über die ein Saugventilkörper 58 gegen den
Ventilsitz 54 vorgespannt ist.
Der Saugventileinsatz 52 hat eine ventilsitzseitige
Sacklochbohrung 60, die über Radialbohrungen 62 in einem
Ringraum 64 mündet, der über einen Saugkanal mit dem Saug
anschluß 8 verbunden ist. Die Saugventilfeder 56 ist bei
spielsweise als 0,7 bar-Feder ausgeführt, d. h., der Druck
an der ventilsitzseitigen Stirnfläche des Saugventilkörpers
58 muß um 0,7 bar größer als der Druck an der Rückseite des
Saugventilkörpers 58 sein um den Saugventilkörper 58 gegen
die Kraft der Saugventilfeder 56 von dem Ventilsitz 54 ab
zuheben. Dies gilt allerdings nur dann, wenn die Ferti
gungstoleranzen der Bauteile entsprechend den Vorgaben aus
geführt sind und die Saugventilfeder eine in erster Nähe
rung vom Weg unabhängige Federkennlinie aufweist. In der
Praxis sind diese Vorgaben jedoch nur mit unverhältnismäßig
großem Aufwand realisierbar, so daß der Öffnungsdruck für
das Saugventil 28 von dem vorgegebenen Öffnungsdruck (0,7
bar) abweicht und sich beim Betrieb der Radialkolbenpumpe
die in Fig. 1b dargestellten Unregelmäßigkeiten einstel
len.
Erfindungsgemäß werden nun die vormontierten Pumpein
heiten 2a, 2b, 2c, mit dem Saugventil 28 und ggf. dem Kol
ben 18 einer Vorprüfung unterzogen, in der der individuelle
Saugventilöffnungsdruck für jede Pumpeinheit 2a bestimmt
wird.
Nach der Saugventilöffnungsdruckbestimmung der einzel
nen, vormontierten Pumpeinheiten 2 werden diese in Abhän
gigkeit vom Saugventilöffnungsdruck in Gruppen zusammenge
faßt. Diese Gruppen können beispielsweise gemäß der Tabelle
ausgehend von einem Minimaldruck 0,6 bar Druckintervalle
von 0.1 bar einschließen oder aber vom Druckniveau abhän
gige Druckintervalle.
Erfindungsgemäß werden dann bei einer Radialkolbenpumpe
lediglich Pumpeinheiten einer Gruppe bearbeitet.
Selbstverständlich können die in der Tabelle beispiel
haft dargestellten Druckintervalle auch auf andere Weise
gewählt werden, wesentlich ist, daß sichergestellt ist, daß
die in einer Förderpumpe 1 verbauten Pumpeinheiten auf dem
gleichen Niveau liegende Saugventilöffnungsdrücke aufwei
sen, so daß stets ein pulsationsfreier Kraftstoffvolumen
strom gewährleistet ist.
Prinzipiell läßt sich das erfindungsgemäße Auswahlver
fahren auch bei anderen sauggedrosselten Pumpenbauarten
einsetzen.
Offenbart ist ein Verfahren zur Montage einer saugge
drosselten hydrostatischen Pumpe mit mehreren Pumpeinhei
ten, bei der der Saugventilöffnungsdruck jeder Pumpeinheit
vor der Montage ins Pumpengehäuse geprüft und lediglich
Pumpeinheiten oder Saugventileinheiten eingebaut werden,
deren Saugventilöffnungsdrücke innerhalb eines vorbestimm
ten Druckintervalls liegen.
Claims (9)
1. Verfahren zur Montage einer sauggedrosselten hydrosta
tischen Pumpe (1) mit mehreren in einem Pumpengehäuse
(6) aufgenommenen Pumpeinheiten (2a, 2b, 2c), deren
Kolben (18) von einer Antriebswelle (4) angetrieben
sind und die jeweils ein Saug- und ein Druckventil (28,
34) haben, über das Druckmittel aus einer Saugleitung
(40) ansaugbar bzw. an einen Sammelkanal (38) abgebbar
ist, gekennzeichnet durch die Schritte:
- - Vormontage mehrerer Pumpeinheiten (2a, 2b, 2c) mit Ver drängergehäuse (22), Saugventil (28) und ggf. Kolben (18) und Druckventil (34);
- - Prüfen mehrerer Pumpeinheiten (2a, 2b, 2c) vor der Mon tage ins Pumpengehäuse im Hinblick auf den jeweils er forderlichen Öffnungsdruck des Saugventils (28);
- - Auswahl von Pumpeinheiten (2a, 2b, 2c,) deren Saugven tilöffnungsdrück in einem vorbestimmten Druckintervall liegen und
- - Montage der Pumpeinheiten (2a, 2b, 2c) einer Gruppe im Pumpengehäuse (6).
2. Verfahren zur Montage einer hydrostatischen Pumpe (1)
mit mehreren in einem Pumpengehäuse (6) aufgenommenenen
Pumpeinheiten (2a, 2b, 2c), deren Kolben (18) von einer
Antriebswelle (4) angetrieben sind, und die jeweils ein
Saug- und ein Druckventil (28, 34) haben, über das
Druckmittel aus einer Saugleitung (40) ansaugbar bzw.
an einen Sammelkanal abgebbar ist, wobei zumindest das
Saugventil (28) als Einbauventil ausgebildet ist, ge
kennzeichnet durch die Schritte:
- - Vormontage mehrerer Saugventile (28);
- - Prüfen mehrerer Saugventile (28) im Hinblick auf den erforderlichen Öffnungsdruck;
- - Auswahl von Saugventilen (28), deren Öffnungsdruck in einem vorbestimmten Druckbereich liegt und
- - Montage der Saugventile (28) in der Pumpeinheit (2a, 2b, 2c) oder im Pumpengehäuse (6).
3. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Druckbereiche aufsteigend jeweils
gleiche Druckintervalle abdecken.
4. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Druckbereiche Druckintervalle abdec
ken, die mit zunehmenden Druck größer werden.
5. Verfahren nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeich
net, daß die Druckintervalle proportional zu den Mini
maldrücken der jeweiligen Druckintervalle ansteigen.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe eine saugge
drosselte Radialkolbenpumpe (1) ist, in deren Pumpenge
häuse (6) eine Anzahl von zumindest drei Pumpeinheiten
(2a, 2b, 2c) montiert wird, so daß eine Gruppe zumin
dest drei Pumpeinheiten (2a, 2b, 2c) enthalten muß.
7. Verfahren nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeich
net, daß sich die Druckbereiche von einem unteren
Grenzwert, insbesondere 0,6 bar, ausgehend über jeweils
0,1 bar erstrecken oder von dem unteren Grenzwert aus
gehend, über jeweils 10% der unteren oder oberen
Druckintervallgrenze erstrecken.
8. Radialkolbenpumpe mit mehreren in einem Pumpengehäuse
(6) aufgenommenen Pumpeinheiten (2a, 2b, 2c) deren Kol
ben (18) von einer Antriebswelle (4) angetrieben sind
und die jeweils ein Saug- und ein Druckventil (28, 34)
haben, über das Druckmittel aus einer Saugleitung (40)
ansaugbar bzw. an ein Sammelkanal (38) abgebbar ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Saugventile (28) jeder
Pumpeinheit (2a, 2b, 2c) innerhalb eines vorbestimmten
Saugventilöffnungsdruckintervalls öffnen.
9. Radialkolbenpumpe nach Patentanspruch 8, dadurch ge
kennzeichnet, daß in einem Verdrängergehäuse (22) jeder
Pumpeinheit (2a, 2b, 2c) eine Saugventilfeder (56) mit
Saugventilkörper (58) und ein Ventilsitzeinsatz (52)
abgestützt werden.
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