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Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe
gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Derartige aus der
DE 196 52 831 A1 bekannte
Radialkolbenpumpen werden beispielsweise als Hochdruckpumpen in
Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystemen eingesetzt. Bei Benzineinspritzsystemen
werden dabei Drücke
in Höhe
von bis zu 300 bar erzeugt, während
bei Dieseleinspritzsystemen wesentlich höhere Drücke bis zu 2000 bar auftreten
können.
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1 zeigt
eine teilweise Schnittdarstellung durch das Gehäuse einer Radialkolbenpumpe
mit dem aus der
DE
196 52 831 A1 bekannten Aufbau. Die Darstellung gemäß
1 dient lediglich zur Erläuterung
des Druckkanalsystems; der Aufbau der Pumpeinheit selbst entspricht
nicht der Konstruktion, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt
ist.
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Demgemäß hat die Radialkolbenpumpe 1 ein
Gehäuse 2,
in dem eine Exzenterwelle 4 zum Antrieb mehrerer, über den
Umfang verteilter Pumpeinheiten 6 gelagert ist. In der
Darstellung gemäß 1 ist lediglich eine Pumpeinheit 6 beispielhaft
dargestellt. Die Verdränger
der Pumpeinheiten sind gegen einen Exzenter 8 der Exzenterwelle 4 vorgespannt, so
daß die
Verdränger
in oszillierende Bewegung versetzt werden, durch die Kraftstoff
in die Zylinderräume
der Pumpeinheiten 6 eingesaugt, in diesen verdichtet und über Druckventile 10 an
einen Druckkanal 12 im Pumpengehäuse abgegeben wird.
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Den anderen, in 1 nicht dargestellten Pumpeinheiten sind
ebenfalls Druckkanäle 12 zugeordnet,
die sämtlich in
einem Ringsignal 14 münden, der
ein Wellenlager 16 umgreift. Dieser Ringkanal 14 ist über einen
nicht dargestellten Kanal mit dem Druck- oder Ausgangsanschluss
der Radialkolbenpumpe 1 verbunden. Das von der Radialkolbenpumpe 1 angesaugte
Druckmittel tritt über
nicht dargestellte Kanäle
in einen Exzenterraum 18 des Gehäuses 2 ein. Zur Abdichtung
dieses Exzenterraums 18 gegenüber dem Hochdruckbereich mit
den Druckkanälen 12 ist
das Wellenlager 16 in einer Dichtbuchse 20 aufgenommen,
an deren Außenumfang
zwei O-Ringdichtungen 22 ausgebildet sind. Der Ringkanal 14 ist
zwischen den beide O-Ringdichtungen 22 angeordnet
und durch einen Teil der Außenumfangsflächen der
Dichtbuchse 20 begrenzt.
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Zur Ausbildung dieses Hochdruckkanalsystems
mit den Druckkanälen 12,
dem Ringraum 14 und der Aufnahmebohrung für die Dichtbuchse 20 ist ein
erheblicher fertigungstechnischer Aufwand erforderlich.
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Die
DE 30 46 753 C2 offenbart eine Radialkolbenpumpe,
bei der die Druckkanäle
in das Pumpengehäuse
eingegossen sind. Auch hierbei ist ein erheblicher fertigungstechnischer
Aufwand erforderlich.
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Dem gegenüber liegt der Erfindung die
Aufgabe zugrunde, eine Radialkolbenpumpe zu schaffen, deren Pumpengehäuse mit
verringertem Aufwand herstellbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Radialkolbenpumpe
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß werden die Druckkanäle in demjenigen
Radialbereich des Pumpengehäuses ausgebildet,
der durch die Pumpeneinheiten aufgespannt ist. Dadurch wird es ermöglicht,
die Druckventile der Pumpeinheiten direkt über Druckkanäle miteinander
zu verbinden, ohne dass es der Zwischenschaltung eines Ringkanals
bedarf.
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Die Druckkanäle können auf einfache Weise von
der Außenseite
des Gehäuses
her eingebohrt werden und verbinden die Pumpeinheiten direkt miteinander.
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Da durch die direkte Verbindung der
Pumpeinheiten miteinander der Dichtspalt zwischen dem Wellenlager
und dem Hochdruckkanalsystem entfällt, kann auf die Dichtbuchse
zur Abdichtung dieses Dichtspaltes verzichtet werden, so dass das
Pumpengehäuse
nochmals darüber
hinaus einfacher als beim Stand der Technik ausgeführt werden
kann. Durch den Wegfall der Dichtbuchse kann der nabenförmige Vorsprung
zur Aufnahme der Wellenlagerung wesentlich kleiner ausgeführt werden,
so dass das Pumpengehäuse
zudem noch kompakter und leichter wird.
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Durch die vereinfachte Kanalführung ist
der Entgratungsaufwand nach dem Bohren minimal, so dass die Fertigung
weiter vereinfacht ist. Durch die Verringerung der Anzahl der Dichtspalte
kann die Leckage der Pumpe minimiert werden.
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Die Druckkanäle sind im Tangentialabstand, d.
h. parallel zu Tangenten zur Exzenterwelle angeordnet, so dass das
Druckkanalssystem nahezu symmetrisch im Pumpengehäuse angeordnet
ist.
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Besonders bevorzugt wird es, wenn
die Druckkanäle
in der Ebene angeordnet sind, die durch die Achsen der Verdränger aufgespannt
ist.
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Vorteilhafterweise werden die Pumpeinheiten
in Aufnahmen des Gehäuses
angeordnet, wobei jeweils zwei Aufnahmen direkt über einen Druckkanal miteinander
verbunden sind. Bei dieser Variante mündet der Druckkanal vorteilhafterweise
in einem in der Aufnahme ausgebildeten Verbindungsraum, der über einen
Verbindungskanal mit dem Druckventil der zugeordneten Pumpeinheit
verbunden ist.
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Die Herstellung dieses Verbindungsraums
ist besonders einfach, wenn dieser durch eine Anfassung gebildet
ist, so daß der
Verbindungsraum durch die Fase und die benachbarte Innenumfangsfläche der
Aufnahme begrenzt ist.
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Zur Absicherung des Drucks im Hochdruckkanalsystem
wird vorteilhafterweise ein Druckbegrenzungsventil vorgesehen, daß ebenfalls
in einer durch die Pumpeinheiten aufgespannten Radialebene angeordnet
ist. Diese Variante hat den Vorteil, daß der überwiegende Teil der Versorgungskanäle im Radialbereich
zwischen den Pumpeinheiten ausgebildet ist, so daß die Herstellung
des Pumpengehäuses
und die Relativanordnung von zugeordneten Bauteilen (Anschlüsse, Steuerventile
etc.) vereinfacht ist.
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Das Druckbegrenzungsventil wird vorteilhafterweise über einen
Verbindungskanal mit einer Pumpeinheit verbunden, der bei der Variante
mit Anfasung in dem durch die Anfasung gebildeten Verbindungsraum
mündet.
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Ein besonders kompaktes und einfach
aufgebautes Pumpengehäuse
erhält
man, wenn dies zur Aufnahme von drei Pumpeinheiten vorgesehen ist,
wobei zwei Pumpeinheiten über
v-förmig
zueinander angeordnete Druckkanäle
mit der dritten Pumpeinheit verbunden sind, während der Verbindungskanal
für das
Druckbegrenzungsventil in demjenigen Teil des Pumpengehäuses ausgebildet
ist, der der letztgenannten Pumpeinheit gegenüber liegt.
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Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Unteransprüche.
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Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine
Teilschnittdarstellung durch ein Gehäuse einer bekannten Radialkolbenpumpe;
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2 einen
Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Radialkolbenpumpe (Schnitt
E-E in 3);
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3 einen
Schnitt durch die Radialkolbenpumpe entlang der Linie A-A in 2; und
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4 einen
Schnitt durch ein Pumpengehäuse
für ein
zweites Ausführungsbeispiel
einer Radialkolbenpumpe.
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In der folgenden Beschreibung werden
für einander
entsprechende Bauteile die gleichen Bezugszeichen wie bei der anhand
von 1 beschriebenen
Ausführungsform
verwendet.
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Radialkolbenpumpen 1 der
in den 1 bis 4 dargestellten Bauart können beispielsweise
bei Kraftstoffeinspritzsystemen eingesetzt werden. Bei derartigen
Einspritzsystemen wird der Kraftstoff (Benzin, Diesel) über eine
Vorförderpumpe
aus einem Tank angesaugt und über
die Radialkolbenpumpe 1 (Hochdruckpumpe) auf den Einspritzdruck
gebracht. Der von der Radialkolbenpumpe druckbeaufschlagte Kraftstoff
wird einer Common-Rail zugeführt,
an die Einspritzventile angeschlossen sind. Über diese wird der druckbeaufschlagte
Kraftstoff individuell in die Zylinder des Verbrennungsmotors eingespritzt.
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2 zeigt
einen Schnitt durch die Radialkolbenpumpe 1 entlang einer
in 3 mit E-E angedeuteten
Schnittebene. Demgemäß hat die
Radialkolbenpumpe 1 ein Pumpengehäuse 2, in dem drei Pumpeinheiten 6a, 6b, 6c angeordnet
sind. Der Antrieb der Pumpeinheiten 6a, 6b, 6c erfolgt über eine Exzenterwelle 4,
auf deren Exzenter ein Exzenterring 24 gelagert ist. Gemäß 3 ist die Exzenterwelle 4 in
einer Axialsacklochbohrung 26 des Gehäuses 2 aufgenommen.
Die Lagerung der Antriebswelle 4 erfolgt über ein
Gleitlager 28 und ein Wälzlager 30,
das in die in der Darstellung gemäß 3 nach links hin erweiternde Axialsacklochbohrung 26 eingesetzt
ist.
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Zwischen dem Gleitlager 28 und
dem Wälzlager 30 ist
in der Axialsacklochbohrung 26 ein Exzenterraum 32 gebildet,
in dem der Exzenterring 24 angeordnet ist. Die Abdichtung des
Exzenterraums 32 gegenüber
dem Wälzlager 30 erfolgt über eine Gleitringdichtung 34.
Die stirnseitige Abdichtung des Pumpengehäuses 2 erfolgt über einen
Wellendichtring 36, der in den Mündungsabschnitt der Axialsacklochbohrung 26 eingesetzt
ist. An dem aus dem Gehäuse 2 vorstehenden
Endabschnitt der Antriebswelle 4 ist eine Kupplung 38 zur
Verbindung der Exzenterwelle 4 mit einer Antriebswelle,
beispielsweise einer Nockenwelle angeordnet.
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Wie insbesondere aus 2 hervorgeht, sind die Pumpeinheiten 6a, 6b, 6c in
Radialvorsprüngen 40 des
Gehäuses 2 aufgenommen.
In diesen ist jeweils eine Aufnahmebohrung 42 für die Pumpeinheiten 6 vorgesehen.
Die Aufnahmebohrung 42 mündet einerseits in der Stirnseite
des Vorsprungs 40 und andererseits im Exzenterraum 32.
Jede Pumpeinheit 6 hat einen Zylinderdeckel 44,
der in einen radial erweiterten Teil der Aufnahmebohrung 42 eingesetzt ist.
Der Zylinderdeckel 44 trägt einen feststehenden Hohlkolben 46,
in dessen Axialbohrung ein Druckventil 48 gelagert ist.
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An dem aus dem Zylinderdeckel 44 auskragenden
Teil des feststehenden Kolbens 46 ist ein radial (bezogen
auf die Exzenterwelle 4) bewegbarer Zylinder 50 geführt, der über eine
am Zylinderdeckel 44 abgestützte Druckfeder 52 in
Richtung auf den Exzenterring 24 vorgespannt ist. Bei dem
in den 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiel
liegt der Zylinder 40 über
einen Gleitschuh 54 auf einer Abflachung des Exzenterrings 24 auf.
Im Zylinder 50 ist ein Saugventil 56 ausgebildet,
so daß Druckmittel
bei geöffnetem
Saugventil 56 durch Nuten 58 und eine Axialbohrung
des Gleitschuhs 54 aus dem Exzenterraum 32 in
den vom Kolben 46 und dem Zylinder 50 begrenzten
Zylinderraum eintreten kann.
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Stromabwärts, d. h. in der Darstellung
nach 3 oberhalb des
Druckventils 48 ist in der Kolbenwandung 46 eine
Radialbohrung 60 ausgebildet, die in einer Schrägboh rung 62 des
Zylinderdeckels 44 mündet.
Diese Schrägbohrung 62 verläuft vom
Mündungsbereich
der Radialbohrung 60 schräg nach unten in den Eckbereich
des Zylinderdeckels 44. Dieser ist in dem radial außen liegenden
Eckbereich mit einer Fase 64 versehen, so daß ein umlaufender
Ringkanal 66 gebildet wird. Gemäß 2 haben die anderen Pumpeinheiten 6a, 6b, 6c diesbezüglich einen identischen
Aufbau.
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Wie insbesondere aus 2 hervorgeht, ist zwischen den Ringkanälen 66 der
Pumpeinheiten 6a, 6b ein Druckkanal 68 ausgebildet,
der im Parallelabstand zu einer Tangentialen der Antriebswelle 4 verläuft. Bei
dem in den 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiel
verläuft
dieser Druckkanal 68 in der Radialebene, die durch die
Achsen 70 der Pumpeinheiten 6a, 6b, 6c aufgespannt
wird. Auch die beiden Pumpeinheiten 6b und 6c sind
mit einem strichpunktiert angedeuteten Druckkanal 72 verbunden,
der jeweils in einem der Ringkanäle 66 mündet.
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Der Durchmesser des den Zylinderdeckel 44 aufnehmenden
Teils der Aufnahmebohrung 42 und die Position der Druckkanäle 68, 72 ist
so gewählt, daß letzterer
von außen,
d. h. von der Stirnseite des Gehäuses
her gebohrt werden kann. Durch diese gerade Ausgestaltung des Druckkanals 68, 72 kann
der Aufbau des Pumpengehäuses
gegenüber
dem in 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel
wesentlich vereinfacht werden, da im Gleitlagerbereich für die Exzenterwelle 4 keine
Dichtungsanordnungen oder Ringkanäle für das Hochdruckkanalsystem
vorgesehen werden müssen.
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Die zur Befestigung der Radialkolbenpumpe 1 vorgesehenen
Flanschbohrungen 74 werden so gelegt, daß genügend Wandstärke zwischen
Druckkanal 68, 72 und Flanschbohrung 74 verbleibt.
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Die Zuführung des Druckmittels (Kraftstoff) erfolgt über einen
strichpunktiert angedeuteten Sauganschluß 76, der einerseits
am Außenumfang des
Gehäuses 2 und
andererseits im Exzenterraum 32 mündet. Für den Fall, daß der Sauganschluß 76 in der
in 2 angedeuteten Position
angeordnet werden soll, muß dieser
aus der Zeichenebene heraus nach unten oder oben gerückt werden,
um eine Kollision mit dem Druckkanal 72 zu vermeiden. Prinzipiell ist
es selbstverständlich
auch möglich,
den Sauganschluß 76 an
einem anderen Gehäuseabschnitt
auszubilden, in dem keine Kollision mit einem der Hochdruck- oder
Niederdruckkanäle
erfolgt.
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Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist örtlich zwischen
den Pumpeinheiten 6a, 6c ein Druckbegrenzungsventil 78 vorgesehen,
das in eine radial verlaufende Bohrung 80 eingesetzt ist. Der
als Radialbohrung ausgebildete Eingangsanschluß 82 des Druckbegrenzungsventils 78 ist über einen
den Vorsprung 40 durchsetzenden Verbindungskanal 84 mit
dem Ringkanal 66 der Pumpeinheit 6c verbunden.
Auch dieser Ringkanal 66 kann von der Stirnseite des Vorsprungs 40 her
gebohrt werden, so daß die
Herstellung sehr einfach ist.
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Bei dem in 2 dargestellten Druckbegrenzungsventil 78 wird
ein Ventilkörper 86 über eine Druckfeder 88 gegen
einen Ventilsitz 90 vorgespannt. Bei Überschreiten des Maxiamaldruckes hebt
der Ventilkörper 86 vom
Ventilsitz 90 ab, so daß der Verbindungskanal 84 über das
Druckbegrenzungsventil 78 mit dem Exzenterraum 32 verbunden wird – das Druckmittel
kann in den Exzenterraum 32 abströmen, so daß der Druck im Verbindungskanal 84 abgebaut
wird. Letzterer ist über
die Druckkanäle 72, 68 und
die Ringkanäle 66 mit
den anderen Pumpeinheiten 6a, 6b hydraulisch verbunden,
so daß der gesamte
Hochdruckbereich durch das einzige Druckbegrenzungsventil 78 abgesichert
ist. Gemäß 2 liegt dieses Druckbegrenzungsventil 78 ebenfalls
in der durch die Achsen 70 aufgespannten Radialebene.
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Der Druckanschluß der Radialkolbenpumpe 1 ist
als Fitting 92 ausgeführt,
das einstückig
mit dem Gehäuse 94 des
Druckbegrenzungsventils ausgebildet ist.
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Demzufolge sind bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel
lediglich drei etwa tantential verlaufende Bohrungsabschnitte (Druckkanäle 68, 72,
Verbindungkanal 84) erforderlich, um die Hochdruckseite
der drei Pumpeinheiten 6a, 6b, 6c mit
dem Druckanschluß (Fitting 92)
zu verbinden. Zur Ausbildung der Ringkanäle 66 ist lediglich
eine Anfasung der Zylinderdeckel 44 erforderlich.
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Zum besseren Verständnis sei
die Funktion der Radialkolbenpumpe 1 kurz erläutert. Bei
der Verwendung in einem Kraftstoffeinspritzsystem wird der Kraftstoff über den
Sauganschluß 76 mittels
einer Vorförderpumpe
in den Exzenterraum 32 gefördert. Bei rotierender Exzenterwelle 4 wird
der Kraftstoff über
die Nuten 58 des Gleitschuhs 54 beispielsweise in
den Zylinderraum der Pumpeinheit 6a angesaugt und bei der
weiteren Drehung der Exzenterwelle 4 durch die Verschiebung
des Zylinders 50 mit Druck beaufschlagt, so daß das Druckventil 48 öffnet und das
Druckmittel über
die Radialbohrung 60, die Schrägbohrung 62 und den
Ringkanal 66 an den Druckkanal 68 abgegeben wird.
Von dort gelangt der Kraftstoff in den Ringraum 66 der
Pumpeinheit 6b und von dort über den Druckkanal 72,
den Ringraum 66 der Pumpeinheit 6c, den Verbindungskanal 84 und
den Eingang des Druckbegrenzungsventils 94 zur Bohrung
des Fittings 92, und damit zum Druckanschluß der Radialkolbenpumpe.
Der druckbeaufschlagte Kraftstoff strömt dann über eine Druckleitung zur Common-Rail
und von dort über
Einspritzventile in die Zylinder des Verbrennungsmotors eingespritzt.
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Bei dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel
sind die Hochdruckkanäle
im wesentlichen in der gleichen Ebene wie die Achsen der Pumpeinheiten 6a, 6b, 6c angeordnet.
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4 zeigt
ein Ausführungsbeispiel,
bei dem die beiden Druckkanäle 68, 72 versetzt
zu der vorbeschriebenen Radialebene der Achsen 70 angeordnet
sind. Das heißt,
bei dem in 4 dargestellten
Ausführungsbeispiel
liegen die Druckkanäle 68, 72 in
der Ebene, die in 3 mit
der Schnittlinie B-B angedeutet ist. Bei dieser Variante kann der
Sauganschluß 76 in
der Radialebene der Achsen 10 ausgebildet werden, so daß dieser
in der Darstellung gemäß 4 oberhalb der Zeichenebene
verläuft
und den Druckkanal 72 nicht schneidet. Das Fitting 92 und
das Druckbegrenzungsventil 78 mit dem Verbindungskanal 84 bleiben
in der in 2 dargestellten Anordnung
in der Achsebene der Pumpebene 6a, 6b, 6c.
Die Fertigung der Druckkanäle 68, 72 erfolgt
in der gleichen Weise wie beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel,
d.h. diese können
ebenfalls von der Stirnseite der Vorsprünge 40 her entlang
der zweifach gepunkteten Linie 96 ins Gehäuse 2 eingebohrt werden.
Aus der Darstellung nach 4 geht
hervor, daß die
Schrägbohrung 62 in
einer Ebene senkrecht zur Schnittebene B-B verläuft.
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Die Anordnung der sonstigen Bauelemente entspricht
dem in 2 dargestellten
Ausführungsbeispiel,
so daß auf
eine weitere Erläuterung
verzichtet werden kann. Bei dieser Variante sind somit sämtliche
Anschlüsse,
d.h. Sauganschluß 76,
Fitting 78 sowie die Pumpeinheiten 6a, 6b, 6c in
einer Ebene angeordnet, so daß das
Gehäuse 2 sehr
kompakt ausgebildet werden kann.
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Wesentlich bei der vorliegenden Erfindung ist,
daß die
Pumpeinheiten 6a, 6b, 6c durch Druckkanäle 62, 72 direkt
verbunden sind, wobei die Aufnahmen 42 der Pumpeinheiten
durch geeignete Ausgestaltung des Zylinderdeckels 44 oder
eines sonstigen Bauteils der Pumpeinheiten 6a, 6b, 6c einen
Teil des Hochdruckkanals bilden.
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Bei den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen
erfolgte die Ausbildung des Ringkanals 66 durch die Fase 64.
In Ab weichung von diesem Ausführungsbeispiel
kann, wie in 2 bei der
Pumpeinheit 6b angedeutet, anstelle der Fase auch eine
umlaufende Ausdrehung 98 oder eine sonstige Nut am Zylinderdeckel 44 zur
Ausbildung des Ringkanals 66 verwendet werden.
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Selbstverständlich ist auch der Aufbau
der Pumpeinheiten 6 nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel,
mit feststehendem Kolben 46 und bewegbarem Zylinder 50 beschränkt, sondern
auch bei einem Ausführungsbeispiel
mit bewegbaren Kolben und feststehenden Zylinder einsetzbar. In
diesem Fall könnte
die Anbindung der Druckkanäle 68, 72 an die
Pumpeinheiten über
entsprechende Ausdrehungen am Außenumfang des Zylinders erfolgen,
die dann in der vorbeschriebenen Weise mit dem Ausgang des Druckventils 48 verbunden
sind.
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Bei Radialkolbenpumpen mit mehr als
drei Pumpeinheiten werden wie bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils zwei
benachbarte Pumpeinheiten über
Druckkanäle
untereinander und eine Pumpeinheit über einen Verbindungskanal mit
dem Druckbegrenzungsventil 78 verbunden.
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Offenbart ist eine Radialkolbenpumpe,
bei der jeweils zwei Pumpeinheiten direkt über einen Druckkanal verbunden
sind, der als Bohrung ins Pumpengehäuse eingebracht ist. Diese
Druckkanäle verlaufen
in einer der Radialebenen, die durch die Pumpeinheiten ausgespannt
ist.