DE19956092A1 - Kolbenpumpe, insbesondere Hochdruck-Radialkolbenpumpe - Google Patents
Kolbenpumpe, insbesondere Hochdruck-RadialkolbenpumpeInfo
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Abstract
Bekannt ist eine Kolbenpumpe, insbesondere Hochdruck-Radialkolbenpumpe (1), mit einem Gehäuse (3), in dem ein exzentrisches oder nockenartiges Antriebselement (7, 9) mit einer durchgehend gekrümmten Antriebsfläche in zumindest einem Zylinder (29; 63; 75) einen Pumpenkolben (31; 56; 73) durch Druck auf ein zwischen dem Pumpenkolben und dem Antriebselement angeordnetes Übertragungselement (21; 51; 71) antreibt, welches Übertragungselement kolbenaxial, also in Kolbenbewegungsrichtung, verschiebbar im Gehäuse geführt ist. Um bei einem einfachen und kompakten Aufbau die auf den Kolben wirkenden Radialkräfte zu verringern, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß zur Übertragung von durch das Antriebselement auf das Übertragungselement (21; 51; 71) ausgeübten Radialkräften in das Gehäuse (3) das Übertragungselement sich kolbenaxial im Gehäuse abstützt und kolbenradial mit Spiel zum Pumpenkolben (31; 56; 73) angeordnet ist.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe, insbe
sondere eine Hochdruck-Radialkolbenpumpe, nach dem Oberbe
griff des Patentanspruchs 1.
Eine derartige Kolbenpumpe ist als Hubkolbenpumpe bekannt aus
der DE 196 50 276 A1, wobei zur Aufnahme von Querkräften-
bzw. in kolbenradialer Richtung auf die Kolben wirkenden
Kräften- die Kolben jeweils mit einem Mantelring versehen
sind. Dessen Mantelfläche steht jeweils geringfügig über die
Mantelfläche des Kolbens über und läuft gegen die Lauffläche
der Kolbenbohrung. Der jeweilige Mantelring ist hierfür aus
einem als Gleitpartner zur Lauffläche der Kolbenbohrung ge
eigneten Material, beispielsweise PTFE, gefertigt.
Weiterhin ist eine Vorrichtung zur Stabilisierung des Exzen
terrings einer Radialkolbenpumpe bekannt aus der DE 197 27 249 A1,
wobei diese mehrere von einer gemeinsamen Exzenter
welle angetriebene Kolben aufweist. Die Kolben sind jeweils
in einem im Pumpengehäuse fixierten Zylindereinsatz gleitbe
weglich geführt und stützen sich an abgeflachten Stützflächen
des Exzenterrings ab, welcher drehbar auf einem Exzenter der
Exzenterwelle gelagert ist. Eine Stützelementanordnung spannt
unabhängig von den Druckverhältnissen in der Pumpenkammer ein
sich am Pumpengehäuse abstützendes Stabilisierungsteil flä
chig gegen eine Stabilisierungsfläche des Exzenterrings. Zur
Verhinderungen von Dreh-/ Kippschwingungen des Exzenterrings
ist eine hydraulische Verdrängerelementanordnung vorgesehen.
Dazu weist jeder Kolben ein tellerförmiges Element auf, das
mit dem radial innenliegenden Abschnitt des zugeordneten Kol
bens verschiebesicher verbunden ist. Zusammen mit dem teller
förmigen Element ist eine Stützhülse bewegbar, die eine
Druckfluidkammer begrenzt.
Auch ist es allgemein bekannt, zur Reduzierung von senkrecht
zur Kolbenbewegungsrichtung, also in kolbenradialer Richtung,
wirkenden Kolbenkräften zwischen dem Kolben und dem Exzenter
ring - bzw. einer alternativ dazu verwendbaren Nockenwelle -
eine Rolle einzusetzen. Die Rolle rollt dabei auf den Kolben
und dem Exzenterring ab und reduziert somit die auf die Kol
ben wirkenden Radialkräfte. Nachteilig dabei ist die durch
die zusätzlichen Rollen bedingte Vergrößerung des Pumpenau
ßendurchmessers vor allem beim Einsatz der Pumpe als Common-Rail-Pumpe
im Kfz. Weiterhin ist es bekannt, die Kolbenlänge
zu vergrößern, um größere Radialkräfte aufnehmen zu können.
Auch diese Lösung führt zu einer unerwünschten Vergrößerung
des Pumpenaußendurchmessers.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kolbenpumpe
nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bereitzustellen,
deren Belastbarkeit bzw. Haltbarkeit bei kompakter Bauweise
vergrößert ist.
Erfindungsgemäß ist dies bei einer gattungsgemäßen Kolbenpum
pe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 erreicht. Gemäß
dieser kompakt bauenden Lösung ist eine deutliche Reduzierung
der auf den Kolben wirkenden Radialkräfte bei gleichzeitig
vernachlässigbarer Verringerung des Wirkungsgrades der Kol
benpumpe möglich.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Radialspiel
zwischen den Pumpenkolben und dem Übertragungselement groß
genug, um die auftretenden Radialkräfte sicher durch das
Übertragungselement in das Gehäuse einleiten zu können. Da
durch ist bei vertretbarem Fertigungsaufwand eine sichere und
stabile Führung des Übertragungselementes gewährleistet.
Mit einer Ausführungsform gemäß Patentanspruch 4 ist bei ein
fachem Aufbau insbesondere des Antriebselementes sowie des
Übertragungselementes gewährleistet, daß einerseits die vom
Antriebselement eingeleiteten Axial- und Radialkräfte sicher
an das Übertragungselement übertragen werden, und anderer
seits, daß die Radialkräfte kolbenumfangsseitig sicher vom
Übertragungselement in das Gehäuse eingeleitet werden können.
Besonders kostengünstig ist der Aufbau der Kolbenpumpe, wenn
das Übertragungselement einstückig ausgebildet ist.
Um ein Abheben des Kolbens von dem Übertragungselement aus
schließen zu können, ist die Kolbenpumpe gemäß Patentanspruch
6 ausgebildet. Alternativ kann zur Vereinfachung des Aufbaus
die Kolbenpumpe auch gemäß Patentanspruch 7 realisiert sein.
Vorteilhaft an der Ausführung gemäß Patentanspruch 8 ist ins
besondere, daß die Innenfläche der Führungshülse fertigungs
technisch in einfacher Weise mit hoher Genauigkeit herzustel
len ist. Dies ist dann besonders günstig, wenn die Hülse mit
ihrer Innenseite auf der Außenoberfläche eines ebenfalls ge
nau zu bearbeitenden Zylindereinsatzes geführt ist.
Nachfolgend sind anhand einer schematischen Schnittdarstel
lung drei Ausführungsbeispiele von Zylinder-/Kolben
anordnungen in einer Hochdruck-Radialkolbenpumpe be
schrieben. Zur Vereinfachung der Darstellung sind alle drei
Ausführungsbeispiele in der einzigen Figur gemeinsam in einer
Pumpe dargestellt.
Die einzige Figur zeigt eine Hochdruck-Radialkolbenpumpe 1
zur Verwendung in einem Druckfluid-Versorgungssystem, wie zum
Beispiel für ein Kraftstoff-Einspritzsystem oder ein Hoch
druck-Common-Rail System. Die Radialkolbenpumpe besitzt ein
an sich bekanntes Gehäuse 3, in dem umfangsseitig gleichmäßig
verteilt beispielhaft drei verschiedene Zylinder-/Kolben
anordnungen 5 um eine Exzenterwelle 7 angeordnet sind.
Diese dreht sich um eine Drehachse 8, und bewegt dadurch ei
nen auf die Exzenterwelle 7 gelegten Exzenterring 9. Infolge
der exzentrischen Bewegung des Exzenterrings 9 und der daraus
resultierenden oszillierenden, zeitversetzten Bewegung in der
jeweiligen Zylinder-Kolbenanordnung 5 wird Kraftstoff in an
sich bekannter Weise jeweils über Einlaßventile 11 angesaugt
und über Auslaßventile 13 verdichtet ausgeschoben.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Zylinder-/Kolben
anordnung 5 weist - in 12 Uhr-Position in der Figur
dargestellt - ein zweiteilig ausgebildeter Führungstopf 21
eine kreisflächenförmige Druckplatte 23 auf, die paßgenau in
einen frontseitigen Befestigungsabschnitt einer Führungshülse
25 des Führungstopfes 21 gesteckt ist. Diese in kolbenradia
ler Richtung ohne jegliches Spiel ausgeführte Verbindung zwi
schen dem Führungstopf 21 und der Druckplatte 23 ist gegen
ein axiales Verschieben zusätzlich durch ein ringförmiges Si
cherungselement 27 geschützt. Der Führungstopf 21 ist in ei
nem sich an den Befestigungsabschnitt anschließenden Füh
rungsabschnitt mit seiner Führungshülse 25 innenseitig groß
flächig an einer entsprechend ausgebildeten Führungsfläche
eines Zylindereinsatzes 29 geführt. Der Einsatz 29 ist dabei
in an sich bekannter Weise in das Pumpengehäuse 3 eingesetzt
und befestigt. Ein Kolben 31 der Zylinder-/Kolbenanordnung 5
ist mittels eines exzenterseitig an diesem kolbenaxial unver
schiebbar befestigten Federtellers 33 an dem Führungstopf 21
kolbenaxial ebenfalls unverschiebbar befestigt. Dazu greift
der Federteller 33 kolbenumfangsseitig in einen zwischen der
Druckplatte 23 und einem Absatz der Führungshülse 25 gebilde
ten ringförmigen Spalt.
Durch den Exzenterring 9 werden in die Druckplatte 23 Kräfte
eingeleitet, die sowohl eine Kolbenaxialkomponente Fa als
auch eine Kolbenradialkomponente Fr aufweisen (Figur). Die
Kolbenaxialkomponente wird beim Verdichtungsprozeß über die
Druckplatte 23 unmittelbar an den Kolben 31 weitergegeben.
Die Kolbenradialkräfte werden bei der Bewegung des Exzenter
ringes 9 einerseits durch die von der Kolbenmittelachse ab
weichende bzw. außermittige Berührung zwischen dem Ring 9 und
der Druckplatte 23 und andererseits durch die Gleitbewegung
des Exzenterrings 9 auf der Druckplatte 23 verursacht. Die
Größe dieser Radialkräfte ist abhängig vom Druck, gegen den
die Pumpe 1 fördern muß. Bei hohen Drücken oder bei einer
Teilförderung der Pumpe 1 würde dies ohne das erfindungsgemäß
vorgesehene Radialspiel zwischen dem Kolben 31 und dem Füh
rungstopf 21 infolge des Exzenterringes 9 zu einer hohen bzw.
schlagartigen Belastung auf den Kolben 31 führen. Deshalb
werden erfindungsgemäß die Kolbenradialkräfte Fr über die
Druckplatte 23 an die Führungshülse 25 und von dieser an die
Außenoberfläche des Zylindereinsatzes 29 übertragen. Die Be
wegung des Führungstopfes 21 in kolbenradialer Richtung wird
durch das Anliegen der Führungshülse 25 am Zylindereinsatz 29
begrenzt, bevor der Führungstopf 21 in kolbenradialer Rich
tung an dem Federteller 33 anstoßen kann. Die Druckplatte 23
gleitet in kolbenradialer Richtung lediglich auf dem exzen
terseitigen Endabschnitt des Kolbens 31. Insgesamt sind die
auf den Kolben 31 wirkenden Kolbenradialkräfte Fr erfindungs
gemäß deutlich verringert. Um den Kolben 31 bzw. den Füh
rungstopf 21 in allen Bewegungsphasen der Exzenterwelle 7
ausreichend fest an den Exzenterring 9 zu drücken, stützt
sich eine Schraubenfeder 35 in einem durch das Gehäuse 3 und
den Zylindereinsatz 29 gebildeten ringförmigen Sackloch 37 an
dessen Boden 39 einerseits und andererseits an einem Absatz
der Führungshülse 25 ab. Insbesondere zur Schmierung der Be
wegung der Innenfläche der Führungshülse 25 an der entspre
chenden Außenfläche des Zylindereinsatzes 29 und des Kolbens
31 in der Zylinderbohrung weist die Führungshülse 25 eine
Schmieröffnung 41 auf.
Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel - in 8 Uhr-Position
dargestellt - ist ein Führungstopf 51 einstückig ausgebildet.
Der Topf weist einen an dem Exzenterring 9 liegenden Platten
abschnitt 53 sowie einen sich daran anschließenden Hülsenab
schnitt 55 auf, der sich parallel zu einem in der Zylinder-
Kolbenanordnung 5 des zweiten Ausführungsbeispiels geführten
Kolben 56 erstreckt. Der Führungstopf 51 ist über einen
Rundring 57 an einem im exzenterseitigen Endabschnitt des
Kolbens 56 vorgesehenen Einstich 59 in kolbenaxialer Richtung
unverschiebbar gesichert befestigt. Dabei stützt sich der
Kolben 56 kolbenaxial in Exzenterrichtung unmittelbar am Bo
den der Sacklochbohrung des Plattenabschnittes 53 ab. Ent
sprechend dem ersten Ausführungsbeispiel weist der Füh
rungstopf 51 ebenfalls eine Schmieröffnung 61 auf. Auch ist
der Hülsenabschnitt 55 wieder an einer entsprechend ausgebil
deten Außenfläche eines Zylindereinsatzes 63 kolbenaxial ge
führt. In einer Zylinderbohrung des Zylindereinsatzes 63 ist
wiederum der Kolben 56 entsprechend dem ersten Ausführungs
beispiel geführt. Um in jeder Betriebsphase der Radialkolben
pumpe 1 ein sicheres Anliegen des Plattenabschnitts 53 bzw.
des Führungstopfes 51 an den Exzenterring 9 gewährleisten zu
können, ist entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel auch
beim zweiten Ausführungsbeispiel eine Schraubenfeder 65 vor
gesehen.
Beim dritten Ausführungsbeispiel - in 4 Uhr-Position darge
stellt - sitzt ein Führungstopf 71, der beispielsweise aus
gehärtetem Stahl besteht, mit seinem Topfboden 72 lose zwi
schen dem Exzenterring 9 und dem entsprechenden exzentersei
tigen Endabschnitt eines Kolbens 73. Dieser bewegt sich in
folge der Bewegung des Ringes 9 oszillierend in einem Zylin
der 75 bzw. der Zylinderbohrung des Pumpengehäuses 3. Der
Führungstopf 71 ist im Unterschied zu den beiden vorhergehen
den Ausführungsbeispielen mit seiner Außenwand an einer ent
sprechenden Innenfläche einer ringförmig angeordneten Sack
lochbohrung 77 des Gehäuses 3 geführt. Dabei sind der Topfbo
den 72 und der entsprechende Endabschnitt des Kolbens 73 der
art ausgebildet, daß sie in kolbenradialer Richtung zueinan
der frei beweglich sind. Durch den Exzenterring 9 in den
Topfboden eingeleitete Radialkräfte Fr (Figur) bewirken ein
Verschieben des Führungstopfes 71 in kolbenradialer Richtung
auf dem exzenterseitigen Kolbenendabschnitt bis zum Anliegen
an der Innenwand der Sacklochbohrung 77. Dabei werden die Ra
dialkräfte Fr von dem Führungstopf 71 über die Innenfläche
der Sacklochbohrung 77 in das Gehäuse 3 eingeleitet. Eine
Schraubenfeder 79, die sich am Boden des Sackloches 77 gegen
den Topfboden 72 abstützt, drückt diesen bzw. den Füh
rungstopf 71 in jeder Betriebsphase an den Exzenterring 9.
Dies führt dazu, daß zwar der Führungstopf 71 an den Exzen
terring 9 gedrückt wird, der Kolben 73 jedoch nur durch den
Speisedruck einer vor die Pumpe 1 geschalteten, nicht gezeig
ten Speisepumpe nach innen in Richtung auf den Exzenterring 9
gedrückt wird. Deshalb hebt bei einer Teilförderung der Pumpe
der Kolben 73 von dem Führungstopf 71 ab und schlägt beim
Verdichtungshub wieder auf diesen. Weiterhin ist auch im Topf
72 eine Schmieröffnung 81 vorgesehen.
Selbstverständlich können erfindungsgemäße Ausführungen der
Zylinder-/Kolbenanordnungen auch bei anderen Pumpenprinzipien,
wie zum Beispiel nach innen fördernden Radialkolbenpumpen
mit Nockenring oder bei Axialkolbenpumpen eingesetzt werden.
Auch ist es erfindungsgemäß möglich die Anzahl der Zylinder-/Kolben
anordnungen der Pumpe zu variieren.
In den in der Figur dargestellten Ausführungsbeispielen ist
das kolbenradiale Spiel zwischen den Übertragungselementen
21, 51, 71 und den jeweiligen Führungen vorzugsweise mehr als
doppelt so groß wie das kolbenradiale Spiel des entsprechen
den Pumpkolbens im Zylinder.
Claims (9)
1. Kolbenpumpe, insbesondere Hochdruck-Radialkolbenpumpe
(1), mit einem Gehäuse (3), in dem ein exzentrisches oder
nockenartiges Antriebselement (7, 9) in zumindest einem Zy
linder (29; 63; 75) einen Pumpenkolben (31; 56; 73) über ein
zwischen dem Pumpenkolben und dem Antriebselement angeordne
tes Übertragungselement (21; 51; 71) antreibt, wobei das
Übertragungselement kolbenaxial, also in Kolbenbewegungsrich
tung, verschiebbar im Gehäuse geführt ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Übertragungselement zur Übertragung von durch das
Antriebselement auf das Übertragungselement (21; 51; 71) aus
geübten Radialkräften (Fr) in das Gehäuse (3) sich kolbenra
dial im Gehäuse abstützt und kolbenradial mit Spiel zum Pum
penkolben (31; 56; 73) angeordnet ist.
2. Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
als Antriebselement ein auf eine Exzenterwelle (7) gesetzter
Exzenterring (9) dient.
3. Kolbenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß über das Spiel in kolbenradialer Richtung zwischen
dem Pumpenkolben (31; 56; 73) und dem Übertragungselement
(21; 51; 71) die Radialkräfte (Fr) in das Gehäuse (3) einge
leitet werden.
4. Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß das Übertragungselement als ein
Führungstopf (21; 51; 71) ausgebildet ist, dessen Boden als
Druckplatte (23; 53; 72) zwischen dem Antriebselement (7, 9)
und dem Pumpenkolben (31; 56; 73) liegt und dessen Wand (25;
55) im Gehäuse (3) kolbenradial mit einem Spiel geführt ist,
das mindestens doppelt so groß ist wie das kolbenradiale
Spiel des Pumpenkolbens im Zylinder.
5. Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß das Übertragungselement (51; 71)
einstückig ausgebildet ist.
6. Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß das Übertragungselement (21; 51)
kolbenradial mit Spiel sowie kolbenaxial fest mit dem Pumpen
kolben (31; 56) verbunden ist.
7. Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß das Übertragungselement (71) kolbenradial
mit Spiel sowie kolbenaxial frei zwischen dem Antriebselement
(7, 9) und dem Pumpenkolben (73) angeordnet ist.
8. Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß das Übertragungselement (21) eine
in dem Gehäuse (3) geführte Führungshülse (25) und eine damit
kolbenradial spielfrei verbundene Druckplatte (23) aufweist,
die kolbenradial mit Spiel sowie kolbenaxial fest mit dem
Pumpenkolben (31) verbunden sind.
9. Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß das Übertragungselement (21) mit
seiner Innenseite auf der Außenoberfläche eines Zylinderein
satzes (29; 63) der Kolbenpumpe (1) geführt ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1999156092 DE19956092A1 (de) | 1999-11-22 | 1999-11-22 | Kolbenpumpe, insbesondere Hochdruck-Radialkolbenpumpe |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1999156092 DE19956092A1 (de) | 1999-11-22 | 1999-11-22 | Kolbenpumpe, insbesondere Hochdruck-Radialkolbenpumpe |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19956092A1 true DE19956092A1 (de) | 2000-10-26 |
Family
ID=7929888
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1999156092 Withdrawn DE19956092A1 (de) | 1999-11-22 | 1999-11-22 | Kolbenpumpe, insbesondere Hochdruck-Radialkolbenpumpe |
Country Status (1)
Country | Link |
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