DE19902259A1 - Montageverfahren - Google Patents

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.