DE4126640B4

DE4126640B4 - Pumpenanordnung mit einer Vorförderpumpe und einer Radialkolbenpumpe

Info

Publication number: DE4126640B4
Application number: DE4126640A
Authority: DE
Inventors: Egon Eisenbacher; Franz Pawellek; Bernhard Arnold
Original assignee: Robert Bosch GmbH; Siemens AG
Current assignee: Robert Bosch GmbH; Continental Automotive GmbH
Priority date: 1991-08-12
Filing date: 1991-08-12
Publication date: 2005-06-16
Anticipated expiration: 2011-08-13
Also published as: IT1257074B; FR2680392B1; DE4126640A1; FR2680392A1; ITTO920696A0; ITTO920696A1

Abstract

Pumpenanordnung mit einer Vorförderpumpe (11) und einer Radialkolbenpumpe (10), welche eine Pumpenwelle (18) mit einem Exzenterabschnitt (24) aufweist, der zwischen einem ersten und einem zweiten Lagerbereich (20,22) der Pumpenwelle (18) angeordnet ist, wobei die Vorförderpumpe (11) über eine Speiseleitung (52) Fluid in Überschuss zu einer die Pumpenwelle (18) unmittelbar umschließenden, zur Pumpenwelle (18) konzentrischen Verteilerkammer (80) liefert, von der das zu pumpende Fluid wenigstens einer Arbeitskammer (42) der Radialkolbenpumpe (10) zugeführt wird und von der das gesamte überschüssige Fluid durch den ersten Lagerbereich (20) fließt, von dem es zum Exzenterabschnitt (24), zum zweiten Lagerbereich (22) sowie zu einem Tank (T) weitergeleitet wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Pumpenanordnung mit einer Vorförderpumpe und einer Radialkolbenpumpe.

Durch die DE 25 05 400 A1 ist eine Pumpenanordnung mit einer Vorförderpumpe und einer Radialkolbenpumpe bekannt, welche eine Pumpenwelle mit einem Exzenterabschnitt aufweist, der zwischen einem ersten und einem zweiten Lagerbereich der Pumpenwelle angeordnet ist. Die Vorförderpumpe liefert über eine Speiseleitung Fluid in Überschuss zu einer die Pumpenwelle umgebenden Verteilerkammer. Von der Verteilerkammer wird das zu pumpende Fluid wenigstens einer Arbeitskammer der Radialkolbenpumpe zugeführt. Das gesamte überschüssige Fluid fließt zum Exzenterabschnitt der Pumpenwelle und von diesem zu einem Tank ab. Bei dieser Pumpenanordnung ist somit eine ausreichende Schmierung und Kühlung für den Exzenterabschnitt der Pumpenwelle erreicht, jedoch nicht für die Lagerung der Pumpenwelle.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pumpenanordnung zu schaffen, bei der die Schmierung und Kühlung weiter verbessert ist, so dass die mechanische und/oder thermische Belastung weiter verringert ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß werden die beiden Lagerbereiche der Pumpenwelle auch von dem überschüssigen Fluid durchströmt, so dass diese ausreichend geschmiert und gekühlt werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Der durch das Gehäuse der Radialkolbenpumpe geführte Überschuss-Strömungsmittelstrom kann entweder stromab oder aber – gemäß Anspruch 2 – stromauf eines Druckbegrenzungsventils aufgebaut bzw. stabilisiert werden.

Die Weiterbildung des Anspruchs 3 hat den Vorteil, dass auch das der Radialkolbenpumpe regelmäßig zugeordnete Druckbegrenzungsventil von der zum Tank geführten Überschuss-Strömungsmittelmenge erfasst wird. Da dieses Druckbegrenzungsventil in der Regel einen sehr hohen Schaltdruck hat, kann dem Pumpensystem unter Einschluss des Hydraulik- Kreislaufes an dieser Stelle eine erhebliche Wärmemenge zugeführt werden, die durch den zum Tank geleiteten Strom an Überschuss-Fluidmenge zuverlässig zum Tank abgeführt werden kann.

Mit den Weiterbildungen gemäß Anspruch 4 ff. können die konstruktionstechnisch erforderlichen Maßnahmen zum Aufbau und zur Stabilisierung des kühlenden Überschuss-Strömungsmittelstroms im Gehäuse der Radialkolbenpumpe auf ein Minimum beschränkt werden.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen gelingt es, bei Verwendung einer Radialkolbenpumpe im Bereich der Pumpen-Hauptstufe die Exzenteranordnung mechanisch und ohne zusätzliche Entlastungsmaßnahmen höher zu beanspruchen, ohne dadurch die Lebensdauer der Radialkolbenpumpe zu verkürzen. Anders ausgedrückt, kann durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen die Leistungsfähigkeit der Radialkolbenpumpe bei Vereinfachung der konstruktiven Anordnung wesentlich erhöht werden.

Ausführungsbeispiele
Nachstehend werden anhand schematischer Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematisierte Schnittansicht einer Pumpenanordnung mit einer Vorförderpumpe und einer Radialkolbenpumpe in der Pumpen-Hauptstufe im zugehörigen Strömungsmittel-Versorgungskreis;
2A, 2B in der linken Hälfte (2A) den Schnitt entsprechend IIA-IIA in 1 und auf der rechten Seite (2B) die Ansicht IIB in 1; und
3 einen Ausschnitt III in der Ablaufleitung gemäß einer modifizierten Ausgestaltung.
Die Pumpenanordnung gemäß 1 hat eine Pumpen-Hauptstufe in der Ausbildung als Radialkolbenpumpe 10 (Hochdruckpumpe), die von einer Niederdruckpumpe 11 als Vorförderpumpe gespeist wird. Die Hochdruckpumpe 10 weist drei im Winkelabstand von 120° sternförmig angeordnete Zylinder 12-1, 12-2 und 12-3 auf. Die zugehörigen Gehäuse-Mittelebenen 14 schneiden sich in der Achse 16 der Pumpenwelle 18. Zwischen ersten und zweiten Lagerbereichen 20 und 22 in Form von Gleitlagern weist die Pumpenwelle 18 einen Exzenterabschnitt 24 auf, der von einem Zylinder gebildet ist, welcher um das Exzentrizitätsmaß ME zur Achse 16 der Pumpenwelle 18 versetzt ist. Auf dem Exzenterabschnitt 24 sitzt über eine Gleitlagerung 26 drehbar gelagert ein Hubring 28, der von einer Kreisscheibe mit einer zentrischen Lagerbohrung 30 gebildet ist, wobei außenseitig drei Abflachungen 32-1, 32-2 und 32-3 vorgesehen sind, die senkrecht zu den einzelnen Zylinderachsen ausgerichtet und den betreffenden Zylindern zugeordnet sind. Jeweils benachbarte Abflachungen schließen miteinander einen Winkel von 60° ein.
Der Hubring 28 wird in der in den Figuren gezeigten Ausrichtung durch die Einwirkung der einzelnen Pumpenkolben stabilisiert, wobei allerdings bei Drehung der Pumpenwelle 18 das Zentrum 34 mit dem Radius ME um die Achse 16 kreist. Die einzelnen Abflachungen 32-1 bis 32-3 werden dadurch ebenfalls auf einer Kreisbahn parallel zu sich selbst verschoben und bewirken hierdurch eine zyklische Verkleinerung bzw. Vergrößerung der einzelnen Pumpenkammern, was nachfolgend näher beschrieben werden soll:
In den einzelnen Zylindern 12-1 bis 12-3 ist jeweils ein Zylindereinsatz 36 verschiebefest aufgenommen. Jeder Zylindereinsatz 36 hat eine Führungsbohrung 38 mit der Achse 41 zur passungsgenauen Aufnahme eines Pumpenkolbens 40, dessen Stirnseite im radial äußeren Bereich die Pumpen-Arbeitskammer 42 mit veränderbarem Volumen definiert. Die Pumpen-Arbeitskammer 42 hat einen Strömungsmittel-Zulauf 44 mit einem Rückschlagventil 46 und einen Strömungsmittel-Ablauf 48, der ebenfalls über ein Rückschlagventil 50 speisbar ist.
Der Strömungsmittel-Zulauf 44 wird über eine Speiseleitung 52 von der Vorförderpumpe 11 gespeist. Ein zugehöriger Radialkanal ist mit 54 bezeichnet und mündet in eine zur Achse 16 konzentrische Verteilerkammer 80, die die Pumpenwelle unmittelbar umschließt. Von dieser Verteilerkammer 80 geht ein schräg geführter Stichkanal 43 zu einer weiteren Ringkammer 45 aus, aus der die einzelnen Zylinder 12-1 bis 12-3 über die zugehörigen Strömungsmittel-Zuläufe 44-1 bis 44-3 versorgt werden. Von der Verteilerkammer 80 zweigt ein nachfolgend näher zu beschreibendes, weiteres Kanalsystem ab, über das die von den einzelnen Arbeitskolben nicht aufgenommene, d. h. Überschuss-Fluidmenge zur Kühlung thermisch und/oder mechanisch höher beanspruchter Bereiche der Pumpen-Hauptstufe, wie z. B. Lager- und Stützflächen sowie von thermisch beanspruchten Ventilkörpern zum Tank T geleitet wird. Dieser Ablauf-Strömungspfad für die Überschuss-Fluidmenge soll nachfolgend unter Bezugnahme auf die die Strömung andeutenden Pfeile S näher beschrieben werden:
Der Ablauf-Strömungsmittelpfad verläuft zunächst entlang der Pumpen-Hauptwelle 18 durch den äußeren Lagerbereich 20, gelangt dann in den Bereich des Exzenterabschnitts 24 und damit der Gleitlagerung 26 für den dazu konzentrischen, mit Abflachungen ausgestatteten Hubring 28. Hier teilt sich die Strömung auf in einen Teilstrom 51 zur Kühlung und Schmierung der Gleitlagerung 26 und in einen Teilstrom 52 zur Durchströmung eines Raums 27, der von einer Ausnehmung 64 für den Zylindereinsatz 36 im Pumpengehäuse gebildet ist. Die Durchströmung des Raums 27 erfasst dementsprechend die Gleitkontaktfläche zwischen den einzelnen Abflachungen 32-1 bis 32-3 und zugehörigen Gleitschuhen 62, auf denen sich die betreffenden Pumpenkolben 40 abstützen. Der Teilstrom 51 strömt der Pumpenwelle 18 entlang zu einem Boden 29 der Lagerbohrung 31 und von dort über eine Stichleitung 33 leicht schräg nach unten und anschließend über eine Querbohrung 82 in eine Sammelkammer 84 zur Tank-Ablaufleitung 35. Für die Teilströmung 52 geht vom Raum 27 eine Axialbohrung 83 aus, die ebenfalls zur Querbohrung 82 und dementsprechend in die zur Achse 16 konzentrische Sammelkammer 84 führt.
Die Sammelkammer 84 umgibt einen Stellstößel 86 eines Elektromagneten 60, der mit variabler Kraft auf eine Ventilkugel 87 eines Druckbegrenzungs-Ventileinsatzes 58 drückt, der in einer zur Achse 16 konzentrischen Aufnahmebohrung 88 aufgenommen ist, von deren Grund eine Leitung 56 zur Druckleitung 48 führt.
Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich dementsprechend, dass der Ablauf-Strömungspfad für die Überschuss-Fluidmenge der Vorförderpumpe 11 nicht nur die mechanisch höher beanspruchten Bereiche der Pumpen- Hauptstufe, wie Lager- und Gleitflächenbereiche erfasst, sondern auch den Auslassbereich des Druckbegrenzungs-Ventileinsatzes 58, so dass auch die dort entstehende Wärme über die Überschuss-Fluidmenge zum Tank abgeführt werden kann.
In der konkreten Ausgestaltung der Radialkolbenpumpe der Pumpen-Hauptstufe stützt sich der Pumpenkolben 40 mit seinem radial innenliegenden Ende am Gleitschuh 62 ab, der in unmittelbarem, flächigen Anlagekontakt mit der zugehörigen Abflachung 32-1 bis 32-3 des Hubrings 28 steht. Der Gleitschuh 62 ist im Querschnitt vorzugsweise zylindrisch gestaltet und hat einen Außendurchmesser, der geringfügig kleiner ist als die innere lichte Weite W einer Ausnehmung 64 für den Zylindereinsatz 36. Eine mit strichpunktierten Linien angedeutete Rückstellfeder 66 stützt sich einerseits an einer Schulter 68 des Zylindereinsatzes 36 und andererseits so ab, dass der zugehörige Kolben 40 radial nach innen vorgespannt wird, so dass er unter Vergrößerung des Pumpen-Arbeitskammervolumens der radial nach innen gerichteten Bewegung des Hubrings 28, d. h. der zugehörigen Abflachung des Hubrings folgen kann, während zwischen Gleitschuh und Abflachung eine Relativ-Gleitbewegung stattfindet. Aufgrund der erfindungsgemäß stabilisierten Kühlströmung S, S2 wird dieser Bereich effektiv gekühlt und geschmiert, so dass zusätzliche Maßnahmen zur Entlastung dieses Kontaktbereiches, wie z. B. hydrostatische Entlastungen, entfallen können.
Aufgrund der vorstehend beschriebenen Kreisbewegung des Hubrings 28 wirkt reibkraftbedingt auf den Gleitschuh eine hin- und hergehende Mitnahmekraft Q ein, die den Gleitschuh in der Fläche der Abflachung 32 zu verschieben sucht.
Um den Gleitschuh 62 während des gesamten Arbeitszyklus der einzelnen Kolben-/Zylinderanordnung in der in den Figuren gezeigten Position, d. h. in axialer Fluchtung mit dem Pumpenkolben zu halten und damit lagemäßig zu fixieren, d. h. um die reibkraftbedingten Querkräfte in der auf der Zeichenebene gemäß 1 senkrechten Richtung durch den zugeordneten Pumpenkolben 40 bzw. dessen Führung im Zylindereinsatz 36 abzufangen, weist der Gleitschuh 62 einen Kreisscheibenabschnitt 70 und einen Kragenabschnitt 72 auf, dessen Innendurchmesser geringfügig größer ist als der Außendurchmesser einer Führungsscheibe 74, die mit einer nicht näher dargestellten Ringnut im Bereich des innenliegenden Endabschnitts des ansonsten rein zylindrisch ausgebildeten Kolbens 40 verstemmt ist. Die Führungsscheibe 74 ist somit axial fest am Kolben 40 festgelegt und dient als Gegenhaltefläche für die Rückstellfeder 66 des Kolbens 40. Die Ringnut muss lediglich mit geringer Tiefe ausgeführt werden, so dass der Kolben möglichst wenig geschwächt wird.
Auf einer inneren Bodenfläche des Gleitschuhs 62 stützt sich flächig das radial innere Stirnende des Kolbens 40 ab. Die innere Bodenfläche ist vorzugsweise parallel zur äußeren Stützfläche angeordnet, die in flächigem Gleitkontakt mit der Abflachung 32 des Hubrings 28 steht. Es kann somit eine getrennte Ausbildung von Kolben 40 und Gleitschuh 62 realisiert werden, so dass Spannungen und Zwängungen im Bereich des Kolbens und des Gleitschuhs vermieden werden. Außerdem können sich auf diese Weise die Einzelkomponenten besser unter Spielausgleich gegenseitig und bezüglich des Gehäuses ausrichten.
Zwischen dem Außenumfang der Führungsscheibe 74 und der Innenoberfläche des Kragenabschnitts 72 kann ein Spiel vorgesehen sein, ohne die Funktion einer ausreichenden Stabilisierung des Gleitschuhs 62 gegen die einwirkenden Querkräfte zu beeinträchtigen. Die Höhe des Kragenabschnitts 72 ist vorzugsweise so bemessen, dass die Führungsscheibe 74 während des gesamten Hubs des Kolbens 40, der dem doppelten Exzentrizitätsmaß ME entspricht, stets vom Kragenabschnitt 72 umfasst bleibt. Auf diese Art und Weise fungiert der Kragenabschnitt 72 als Verliersicherung für den separat vom Kolben 40 ausgebildeten Gleitschuh 62. Eine unkontrollierte Verselbständigung des Gleitschuhs 62 ist deshalb selbst dann ausgeschlossen, falls der Pumpenkolben 40 in der Führung 38 des Zylindereinsatzes 36 am oberen Totpunkt (2 oben) festklemmen sollte.
Da durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen der Raum 27 durch die Teilströmung S2 in den Ablauf-Strömungspfad der Überschuss-Fluidmenge der Vorförderpumpe 11 einbezogen ist, wird auch die Kontaktfläche zwischen Kolben 40 und dem Boden des tassenförmigen Gleitschuhs 62 laufend gekühlt, so dass auch die dort auftretenden Mikrobewegungen keine übermäßigen, thermischen Beanspruchungen der Kontaktflächen hervorrufen.
Beim vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Überschuss-Fluidmenge der Vorförderpumpe 11 über den Ablauf-Strömungspfad S, S1, S2, 35 unmittelbar zum Tank T geleitet. In 3 ist ein Detail einer etwas modifizierten Ausführungsform gezeigt, bei der in der Tank- Ablaufleitung 135 zusätzlich ein Druckbegrenzungsventil 190 eingegliedert ist, mit dem der Druck im Ablauf-Strömungspfad stromauf des Ventils auf einige bar begrenzt werden kann.
Abweichend von den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen ist es auch möglich, der Vorförderpumpe 11 ein Druckbegrenzungsventil derart zuzuordnen, dass die Ablaufleitung des Druckbegrenzungsventils die Leitung 52 speist.

Claims

Pumpenanordnung mit einer Vorförderpumpe (11) und einer Radialkolbenpumpe (10), welche eine Pumpenwelle (18) mit einem Exzenterabschnitt (24) aufweist, der zwischen einem ersten und einem zweiten Lagerbereich (20,22) der Pumpenwelle (18) angeordnet ist, wobei die Vorförderpumpe (11) über eine Speiseleitung (52) Fluid in Überschuss zu einer die Pumpenwelle (18) unmittelbar umschließenden, zur Pumpenwelle (18) konzentrischen Verteilerkammer (80) liefert, von der das zu pumpende Fluid wenigstens einer Arbeitskammer (42) der Radialkolbenpumpe (10) zugeführt wird und von der das gesamte überschüssige Fluid durch den ersten Lagerbereich (20) fließt, von dem es zum Exzenterabschnitt (24), zum zweiten Lagerbereich (22) sowie zu einem Tank (T) weitergeleitet wird.
Pumpenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Leitung (35), durch die überschüssiges Fluid zum Tank (T) weitergeleitet wird, stromab des Gehäuses der Radialkolbenpumpe (10) ein Druckbegrenzungsventil (190) angeordnet ist.
Pumpenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Radialkolbenpumpe (10) ein Druckbegrenzungsventil (58,60,86,87) zur Begrenzung des Drucks in der wenigstens einen Arbeitskammer (42) zugeordnet ist, dessen Auslass zur Kühlung ebenfalls von dem überschüssigen Fluid durchströmt wird.
Pumpenanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Lagerbereich (22) der Pumpenwelle (18) in einer Sackbohrung (29) in einem Gehäuse der Radialkolbenpumpe (10) angeordnet ist, deren Grund über eine Ablaufbohrung (33) mit einer Sammelkammer (82,84) verbunden ist, die an dem der Verteilerkammer (80) gegenüberliegenden Ende des Gehäuses der Radialkolbenpumpe (10) angeordnet ist.
Pumpenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablaufseite des der Radialkolbenpumpe (10) zugeordneten Druckbegrenzungsventils (58,60,86,87) von der Sammelkammer (82,84) umgeben ist.
Pumpenanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelkammer (82,84) über eine Stichleitung (83) im Gehäuse der Radialkolbenpumpe (10) direkt mit einem den Exzenterabschnitt (24) der Pumpenwelle (18) aufnehmenden Raum (27) im Gehäuse der Radialkolbenpumpe (10) in Verbindung steht.
Pumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Exzenterabschnitt (24) der Pumpenwelle (18) ein Hubring (28) drehbar gelagert ist, der eine der Anzahl der Arbeitskolben (40) der Radialkolbenpumpe (10) entsprechende Anzahl von Abflachungen (32-1 bis 32-3) aufweist, mit denen dieser über jeweils einen Gleitschuh (62) in Stützkontakt mit dem zugehörigen Arbeitskolben (40) steht.
Pumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass diese als Brennstoffpumpenanordnung insbesondere für Kraftfahrzeuge ausgebildet ist.
Pumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Radialkolbenpumpe (10) einen Förderdruck zwischen 300 und 1600 bar erzeugt.