DE19902259B4 - Montageverfahren - Google Patents
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Abstract
Verfahren
zur Montage einer sauggedrosselten hydrostatischen 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 welche Druckmittel aus
einer Saugleitung (40) ansaugbar und an einen Sammelkanal (38) abgebbar
ist, gekennzeichnet durch die Schritte:
– Vormontage mehrerer Pumpeinheiten (2a, 2b, 2c) mit Verdrängergehäuse (22), Saugventil (28) und ggf. Kolben (18) und Druckventil (34);
– Prüfen mehrerer Pumpeinheiten (2a, 2b, 2c) vor der Montage ins Pumpengehäuse im Hinblick auf den jeweils erforderlichen Öffnungsdruck des Saugventils (28);
– Auswahl von Pumpeinheiten (2a, 2b, 2c), deren Saugventilöffnungsdruck in einem vorbestimmten Druckintervall liegen und
– Montage einer Gruppe ausgewählter Pumpeinheiten (2a, 2b, 2c) im Pumpengehäuse (6).
– Vormontage mehrerer Pumpeinheiten (2a, 2b, 2c) mit Verdrängergehäuse (22), Saugventil (28) und ggf. Kolben (18) und Druckventil (34);
– Prüfen mehrerer Pumpeinheiten (2a, 2b, 2c) vor der Montage ins Pumpengehäuse im Hinblick auf den jeweils erforderlichen Öffnungsdruck des Saugventils (28);
– Auswahl von Pumpeinheiten (2a, 2b, 2c), deren Saugventilöffnungsdruck in einem vorbestimmten Druckintervall liegen und
– Montage einer Gruppe ausgewählter Pumpeinheiten (2a, 2b, 2c) im Pumpengehäuse (6).
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage einer hydrostatischen Pumpe mit mehreren in einem Pumpengehäuse aufgenommenen Pumpeinheiten gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
- Die nach dem Verfahren montierten hydrostatischen Pumpen können als Radialkolbenpumpe zur Erzeugung hoher Drücke, beispielsweise im Druckbereich von 50 bis 1000 bar ausgebildet werden. Anwendungsbereiche finden sich in der Fahrzeug-, Industrie-, Flug- und Wasserhydraulik sowie insbesondere bei der Mobilhydraulik und – in jüngster Zeit zunehmend – bei Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystemen. Die Radialkolbenpumpen werden als Verstellpumpe ausgeführt, wobei die Volumeneinstellung u. A. durch Hubverstellung oder durch Saugdrosselung erfolgen kann. Insbesondere bei Anwendungen, bei denen der vorrichtungstechnische Aufwand minimal sein soll und desweiteren ein optimaler Wirkungsgrad bei Teilförderung angestrebt wird, werden die auggedrosselten Verstellpumpen den Konstruktionen mit Hubverstellung vorgezogen.
- Bei Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystemen werden sauggedrosselte Radialkolbenpumpen eingesetzt, bei denen beispielsweise drei oder fünf Pumpeinheiten von einer Exzenterwelle 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 95/134 74 A1 beschrieben sind, ist der Saugseite der Axialkolbenpumpe ein verstellbares Saugdrosselventil vorgeschaltet, über das der Druckmittelstrom zur Hochdruckpumpe angedrosselt 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 federvorgespannte Rückschlagventile ausgebildet, bei denen ein Saugventilkörper über eine Saugventilfeder gegen einen Ventilsitz vorgespannt ist. Der Saugventilkörper kann gegen die Kraft der Saugventilfeder durch die Druckdifferenz zwischen den Druck stromabwärts des Saugdrosselventils und im Zylinderraum der zugeordneten Pumpeinheit, d.h. durch die Druckdifferenz über dem Saugventilkörper aufgesteuert werden.
- Bei den vorbeschriebenen Radialkolbenpumpen werden mehrere 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 Volumenstroms, 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
1 , auf die bereits hier Bezug genommen sei, sind zwei Diagramme dargestellt, bei denen der Druck p einer Radialkolbenpumpe mit drei Pumpeinheiten über der Zeit t dargestellt ist. Das Diagramm gemäß1a zeigt die Druckverhältnisse bei einer geringen Androsselung des Volumenstroms zur Pumpe, wobei der Füllgrad beispielsweise 50 % betragen mag.1b zeigt die Druckverhältnisse bei einem 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. Pumpeneinheit entspricht. - Wie aus der oben liegenden Darstellung 1a entnehmbar ist, ist diese Volumenstrompulsation bei hohen Füllgraden (geringe Androsselung) etwa symmetrisch ausgebildet, wobei die Peaks der einzelnen Pumpeinheiten im wesentlichen identisch ausgebildet sind.
- Bei Verringerung des Füllgrades (stärkere Androsselung) ist zu beobachten, daß eine oder mehrere Pumpeinheiten nicht mehr zur Förderung beitragen. In dem Ausführungsbeispiel gemäß
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 durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 2 gelöst.
- Bei der Untersuchung des vorstehend beschriebenen Phänomens bei niedrigen Füllgraden zeigte es sich, daß für das "Abschalten" einer oder mehrerer Pumpeinheiten die Toleranzen 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, insbesondere 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 überprüfen und dann in Abhängigkeit von diesen Prüfergebnissen Gruppen von Pumpeinheiten bzw. Saugventileinheiten zusammenzustellen, die innerhalb von vorbestimmten Druckbereichen öffnen. Bei der Montage werden dann lediglich Pumpeinheiten bzw. Saugventileinheiten oder entsprechende Baugruppen aus einer Gruppe montiert, so daß das eingangs beschriebene vorzeitige Abschalten einer oder mehrerer Pumpeinheiten bei niedrigen Füllgraden beseitigt werden kann. Die Ansteuerung der Pumpe kann dann in Abhängigkeit von diesen ermittelten, gleichmäßigen Saugventilöffnungsdrucken 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 Saugbereich der Pumpeinheiten den Öffnungsdruck neben den eigentlichen Bauteiltoleranzen des Saugventils nicht unwesentlich beeinflussen.
- Die Druckbereiche werden so eng bemessen, daß das vorzeitige Abschalten einer oder mehrerer Pumpeinheiten praktisch 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 berücksichtigt sind.
- Die Erfindung läßt sich besonders vorteilhaft bei einer Radialkolbenpumpe mit drei oder mehr Pumpeinheiten einsetzen, 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 erläutert. Es zeigen:
-
1 die Druckpulsation in Abhängigkeit von der Zeit bei einer herkömmlichen Radialkolbenpumpe; -
2 einen vereinfachten Schaltplan eines Common-Rail-Einspritzsystems mit einer Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe; -
3 eine Seitenansicht auf die Radialkolbenpumpe aus2 und -
4 eine Detaildarstellung der Radialkolbenpumpe aus2 . - Die
2 und3 zeigen Ansichten einer Radialkolbenpumpe1 mit drei Pumpeinheiten2a ,2b ,2c , die von einer gemeinsamen Antriebswelle4 angetrieben werden. Die Pumpeinheiten2a ,2b ,2c und die Antriebswelle4 sind in einem Pumpengehäuse6 gelagert an dem auch ein Sauganschluß8 und ein Druckanschluß10 (2 ) ausgebildet sind. -
2 zeigt eine Teilschnittdarstellung entlang der Linie A-A in3 . Die Antriebswelle4 hat einen Ezenter12 , auf dem über einen Gleitring14 ein Ezenterring16 geführt ist. - Jede der Pumpeinheiten von denen anhand der
2 exemplarisch nur die Pumpeinheit2a beschrieben wird, hat einen Kolben18 der über einen Gleitschuh20 auf einer Abflachung des Exenterrings16 abgestützt ist. - Jede Pumpeinheit
2 hat ein Verdrängergehäuse22 , in dem der Kolben18 axialverschiebbar geführt ist und das mit einem in Radialrichtung erweiterten Zylinderkopf24 auf einem Befestigungsflansch26 des Pumpengehäuses6 befestigt ist. - Im Zylinderkopf
24 ist ein Saugventil28 aufgenommen, über das der Sauganschluß8 mit dem Zylinderraum30 des Verdrängergehäuses22 verbindbar ist. - Das druckbeaufschlagte Druckmittel (Kraftstoff) wird über eine Winkelbohrung
32 zu einem Druckventil34 geführt, das in der Trennebene zwischen dem Zylinderkopf24 und dem Befestigungsflansch26 ausgebildet ist. Stromabwärts des Druckventils34 ist im Pumpengehäuse6 ein Druckkanal36 ausgebildet, der in einen mit dem Druckanschluß10 verbundenen Sammelkanal38 einmündet. - Wie in
2 angedeutet, ist der Sauganschluß über eine Saugleitung40 mit einem Saugdrosselventil42 verbunden, über das der aus einem Tank T mittels einer Vorförderpumpe44 geförderte Kraftstoffvolumenstrom androsselbar ist um den Füllgrad der Radialkolbenpumpe1 zu verstellen. Das Saugdrosselventil42 kann beispielsweise als proportional verstellbares Zwei-Wege-Ventil ausgeführt sein, das über die Motorsteuerung angesteuert ist. - Der von den Pumpeinheiten
2a ,2b ,2c geförderte Kraftstoff wird über den Druckanschluß10 zu der Common-Rail gefördert, in der Kraftstoffeinspritzdüsen48 angeordnet sind Die sonstigen Bauelemente des Common-Rail-Einspritzsystems sind bei der stark vereinfachten Darstellung gemäß2 nicht berücksichtigt, da diese für das Verständnis der Erfindung von untergeordneter Bedeutung sind. - D.h., der Druck in der Common-Rail
46 läßt sich durch Ansteuerung der Radialkolbenpumpe1 (Hochdruckpumpe) und des Saugdrosselventils42 variieren. - Das Saugventil
28 kann als vormontierte Einheit, beispielsweise in Patronenbauweise etc. in das Verdrängergehäuse22 eingeschraubt werden oder aber, wie bei dem in2 dargestellten Ausführungsbeispiel direkt im Verdrängergehäuse22 montiert sein.4 zeigt eine Detaildarstellung, des Saugventils28 aus2 . - Wie aus der Darstellung gemäß den
2 und4 entnehmbar ist, ist in eine Aufnahmebohrung50 des Zylinderkopfs24 ein Ventilsitzeinsatz52 eingeschraubt, der einerseits einen Ventilsitz54 ausbildet und andererseits die Aufnahmebohrung50 nach außen hin abdichtet. An einer Schulter55 des Zylinderkopfs24 ist eine Saugventilfeder56 abgestützt, über die ein Saugventilkörper58 gegen den Ventilsitz54 vorgespannt ist. - Der Saugventileinsatz
52 hat eine ventilsitzseitige Sacklochbohrung60 , die über Radialbohrungen62 in einem Ringraum64 mündet, der über einen Saugkanal mit dem Sauganschluß8 verbunden ist. Die Saugventilfeder56 ist beispielsweise als 0,7 bar-Feder ausgeführt, d.h., der Druck an der ventilsitzseitigen Stirnfläche des Saugventilkörpers58 muß um 0,7 bar größer als der Druck an der Rückseite des Saugventilkörpers58 sein um den Saugventilkörper58 gegen die Kraft der Saugventilfeder56 von dem Ventilsitz54 abzuheben. Dies gilt allerdings nur dann, wenn die Fertigungstoleranzen der Bauteile entsprechend den Vorgaben ausgeführt sind und die Saugventilfeder eine in erster Näherung vom weg unabhängige Federkennlinie aufweist. In der Praxis sind diese Vorgaben jedoch nur mit unverhältnismäßig großem Aufwand realisierbar, so daß der Öffnungsdruck für das Saugventil28 von dem vorgegebenen Öffnungsdruck (0,7 bar) abweicht und sich beim Betrieb der Radialkolbenpumpe die in1b dargestellten Unregelmäßigkeiten einstellen. - Erfindungsgemäß werden nun die vormontierten Pumpeinheiten
2a ,2b ,2c , mit dem Saugventil28 und ggf. dem Kolben18 einer Vorprüfung unterzogen, in der der individuelle Saugventilöffnungsdruck für jede Pumpeinheit2a bestimmt wird. - Nach der Saugventilöffnungsdruckbestimmung der einzelnen, vormontierten Pumpeinheiten
2 werden diese in Abhängigkeit vom Saugventilöffnungsdruck in Gruppen zusammengefaßt. Diese Gruppen können beispielsweise gemäß der Tabelle ausgehend von einem Minimaldruck 0,6 bar Druckintervalle von 0.1 bar einschließen oder aber vom Druckniveau abhängige Druckintervalle. - Erfindungsgemäß werden dann bei einer Radialkolbenpumpe lediglich Pumpeinheiten einer Gruppe bearbeitet.
- Selbstverständlich können die in der Tabelle beispielhaft 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 aufweisen, so daß stets ein pulsationsfreier Kraftstoffvolumenstrom gewährleistet ist. - Prinzipiell läßt sich das erfindungsgemäße Auswahlverfahren auch bei anderen sauggedrosselten Pumpenbauarten einsetzen.
- 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.
Claims (7)
- Verfahren zur Montage einer sauggedrosselten hydrostatischen 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 welche Druckmittel aus einer Saugleitung (40 ) ansaugbar und an einen Sammelkanal (38 ) abgebbar ist, gekennzeichnet durch die Schritte: – Vormontage mehrerer Pumpeinheiten (2a ,2b ,2c ) mit Verdrängergehäuse (22 ), Saugventil (28 ) und ggf. Kolben (18 ) und Druckventil (34 ); – Prüfen mehrerer Pumpeinheiten (2a ,2b ,2c ) vor der Montage ins Pumpengehäuse im Hinblick auf den jeweils erforderlichen Öffnungsdruck des Saugventils (28 ); – Auswahl von Pumpeinheiten (2a ,2b ,2c ), deren Saugventilöffnungsdruck in einem vorbestimmten Druckintervall liegen und – Montage einer Gruppe ausgewählter Pumpeinheiten (2a ,2b ,2c ) im Pumpengehäuse (6 ). - Verfahren zur Montage einer hydrostatischen 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 welche Druckmittel aus einer Saugleitung (40 ) ansaugbar und an einen Sammelkanal abgebbar ist, wobei zumindest das Saugventil (28 ) als Einbauventil ausgebildet ist, gekennzeichnet 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 ausgewählten Saugventile (28 ) in die Pumpeinheiten (2a ,2b ,2c ) der Pumpe oder im Pumpengehäuse (6 ). - Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckbereiche aufsteigend jeweils gleiche Druckintervalle abdecken.
- Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckbereiche Druckintervalle abdecken, die mit zunehmenden Druck größer werden.
- Verfahren nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckintervalle proportional zu den Minimaldrücken der jeweiligen Druckintervalle ansteigen.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe eine sauggedrosselte Radialkolbenpumpe (
1 ) ist, in deren Pumpengehäuse (6 ) eine Anzahl von zumindest drei Pumpeinheiten (2a ,2b ,2c ) montiert wird, so daß eine Gruppe zumindest drei Pumpeinheiten (2a ,2b ,2c ) enthalten muß. - Verfahren nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Druckbereiche von einem unteren Grenzwert, insbesondere 0,6 bar, ausgehend über jeweils 0,1 bar erstrecken oder von dem unteren Grenzwert ausgehend, über jeweils 10 % der unteren oder oberen Druckintervallgrenze erstrecken.
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