EP0970309B2

EP0970309B2 - Radialkolbenpumpe zur kraftstoffhochdruckversorgung

Info

Publication number: EP0970309B2
Application number: EP98963344A
Authority: EP
Inventors: Bernd Streicher
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1997-12-03
Filing date: 1998-11-12
Publication date: 2009-04-22
Anticipated expiration: 2018-11-12
Also published as: WO1999028625A1; JP4308921B2; EP0970309A1; DE59809494D1; JP2001510531A; US6250893B1; DE19753593A1; EP0970309B1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckversorgung bei Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen, insbesondere bei einem Common-Rail-Einspritzsystem, mit einer in einem Pumpengehäuse gelagerten Antriebswelle, die exzentrisch ausgebildet ist oder in Umfangsrichtung nockenartige Erhebungen aufweist, und mit vorzugsweise mehreren bezüglich der Antriebswelle radial in einem jeweiligen Zylinderraum angeordneten Kolben, die durch Drehen der Antriebswelle in dem jeweiligen Zylinderraum in radialer Richtung hin und her bewegbar sind.
Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß die vorliegende Erfindung nicht nur bei einer Radialkolbenpumpe eingesetzt werden kann, sondern auch bei Hochdruckpumpen insbesondere mit einer Bedarfsmengenregelung.
Bei einer innen abgestützten Radialkolbenpumpe der genannten Art hat jeweils der Fuß der Kolben Kontakt mit der Antriebswelle. Die Kolben werden durch die Exzentrizität der Antriebswelle oder durch die nockenartigen Erhebungen auf der Antriebswelle nacheinander in eine Hin- und Herbewegung versetzt. Dabei werden von der sich drehenden Antriebswelle auf die Kolben jedoch nicht nur Kräfte in bezüglich der Antriebswelle radialer Richtung aufgebracht, d.h. in Längsrichtung der Kolben, sondern auch quer zu den Kolben. Diese Querkräfte erzeugen ein Moment auf den jeweiligen Kolben.
Aus der EP 0 304 743 A1 und der DE 42 16 877 A1 sind Radialkolbenpumpen bekannt bei denen zwischen Kolben und Antriebswelle ein Tassenstößel vorgesehen ist. Dieser Tassenstößel soll die andernfalls von der Antriebswelle auf den Kolben eingeleiteten Querkräfte aufnehmen. Nachteilig an der in der EP 0 304 743 ist, dass die Tassenstößel eine signifikante Verschlechterung des Pumpenwirkungsgrads mit sich bringen, da der notwendig Druckausgleich zwischen Kurbelgehäuse und Tasseninnerem unbefriedigend gelöst ist. Bei der DE 42 16 877 A1 sind die Tassenstößel an der Zylinderbuchse geführt, so dass sich zwar das Problem des Druckausgleichs nicht stellt, allerdings ist die Führung des Tassenstößels gegenüber der EP 0 304 743 A1 verschlechtert.
Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, eine Radialkolbenpumpe bereitzustellen, welche diese Nachteile vermeidet und einen weiter verbesserten Wirkungsgrad sowie eine weiter erhöhte Belastbarkeit bei gleichzeitig geringen Herstellungskosten aufweist. Insbesondere sollen Beschädigungen des Kolbenfuß, wie Käfigbrüche, verhindert werden, so daß ein einwandfreier Betrieb der Radialkolbenpumpe auch bei Teilbefüllung gewährleistet ist. Die erfindungsgemäße Radialkolbenpumpe soll einen Pumpendruck von bis zu 2000 bar aushalten.
Das Problem wird durch die in dem unabhängigen Patentanspruch offenbarte Radialkolbenpumpe gelöst.
Die erfindungsgemäßen Öffnungen dienen zum Druckausgleich und gewährleisten, daß sich auch bei Ausnutzung des vollen Hubes nur eine minimale Druckdifferenz zwischen dem die Antriebswelle umgebenden Raum und dem jeweiligen Zylinderraum ergibt. Dadurch bleibt die Zunahme der Hertz'schen Pressung im Nutzhub gering und im Saughub ist eine Vollbefüllung des Elements gewährleistet. Somit ist auch bei Spitzendrücken bis zu 2000 bar eine hohe Lebensdauer der Kolben gewährleistet.
Die Kraftaufnahmeplatte befindet sich in Kontakt mit der Antriebswelle und kann je nach Belastung eine unterschiedliche Dicke aufweisen. Die Oberfläche der Kraftaufnahmeplatte kann besonders behandelt sein, um eine hohe Verschleißfestigkeit zu gewährleisten .
Der Führungsring sorgt dafür, daß die Querkraftaufnahmeeinrichtung sich nicht in dem Zylinderraum verkantet. Die Abmessungen des Führungsrings hängen vom Pumpendruck und von der Anzahl der Lastwechsel pro Zeiteinheit ab.
Weitere vorteilhafte Ausführungsarten der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
Eine besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Tassenstößel jeweils in der gleichen Richtung wie der zugehörige Kolben hin und her bewegbar ist. Dadurch ist gewährleistet, daß von der Antriebswelle Kräfte in radialer Richtung, d.h. in Längsrichtung der Kolben, über den Tassenstößel auf die Kolben abgegeben werden können. Damit ist die für den Betrieb der Pumpe erforderliche Hin- und Herbewegung der Kolben der Radialkolbenpumpe gewährleistet.
Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Tassenstößel jeweils in einer Bohrung in dem Gehäuse geführt ist, die sich in der gleichen Richtung wie der zugehörige Zylinderraum erstreckt. Die Führung ermöglicht auch bei hohen Pumpendrücken und schnellen Lastwechseln eine Hin- und Herbewegung der Querkraftaufnahmeeinrichtung. Insbesondere wird ein Verkanten des Tassenstößels in dem Zylinderraum vermieden.
Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben jeweils durch eine Feder gegen die zugehörige Kraftaufnahmeplatte des Tassenstößels gedrückt werden. Durch die Federkraft wird der Kolben zur Antriebswelle hin bewegt, so daß Kraftstoff angesaugt wird. Es ist auch möglich, daß die Kraftaufnahmeplatte des Tassenstößels durch eine Feder gegen die Antriebswelle gedrückt wird. Allerdings wäre es in diesem Fall erforderlich, daß die Kraftaufnahmeplatte mit dem Kolben verbunden ist, um das Ansaugen von Kraftstoff zu gewährleisten. Wenn der Kolben direkt mit der Federkraft beaufschlagt wird, kann diese Verbindung zwischen Kraftaufnahmeplatte und Kolben entfallen. Diese Variante hat den Vorteil, daß eine so ausgeführte Radialkolbenpumpe einfach und kostengünstig hergestellt werden kann. Zudem ist bei dieser Variante die Anwendung der vorliegenden Erfindung auf bekannte Radialkolbenpumpen ohne weiteres möglich.
Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftaufnahmeplatte auf der zur Antriebswelle gerichteten Seite leicht ballig ausgebildet ist. Die konvexe Ausbildung der Kraftaufnahmeplatte dient dazu, die Kontaktfläche zwischen Antriebswelle und Kraftaufnahmeplatte zu verkleinern. Dadurch wird das von der Antriebswelle auf den Tassenstößel aufgebrachte Moment vorteilhaft reduziert. Bei der Auslegung der Kraftaufnahmeplatte muß die elastische Verformung des Tassenstößels berücksichtigt werden.
Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Antriebswelle und den Tassenstößeln ein Ring angeordnet ist. Der Ring dient zur Übertragung der Kräfte von der Antriebswelle auf die Kraftaufnahmeplatte. Vorteilhaft ist der Ring gleitend auf der Antriebswelle gelagert. Dabei kann der Ring entweder zylindrisch oder polygonförmig ausgebildet sein.
Die vorliegende Erfindung hat allgemein den Vorteil, daß sie einfach und kostengünstig realisiert werden kann. Zudem kann der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung in einfacher Art und Weise auf bestehende Radialkolbenpumpen angewendet werden, indem z.B. eine am Kolben vorgesehene Stößelplatte durch einen Tassenstößel ersetzt wird. Darüber hinaus wird die Bauteilfestigkeit, insbesondere bei einer Nullförderung im Saughub, erhöht.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Ein Weg zum Ausführen der beanspruchten Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnungen im Einzelnen erläutert.

Figur 1: zeigt eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe;
Figur 2: zeigt einen Schnitt entlang der Linie A-B durch die Radialkolbenpumpe aus Figur 1;
Figur 3: zeigt eine Untersicht eines erfindungsgemäßen Tassenstößels;
Figur 4: zeigt die Darstellung eines Schnitts durch den Tassenstößel aus Figur 3 entlang der Linie B-C;
Figur 5: zeigt einen Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe;
Figur 6: zeigt einen Schnitt entlang der Linie A-B durch die Radialkolbenpumpe aus Figur 5.

Die Figuren 1 und 2 zeigen eine Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckversorgung bei Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen. Die Radialkolbenpumpe ist mit einer integrierten Bedarfsmengenregelung ausgestattet. Die Kraftstoffzufuhr und Dimensionierung erfolgt über eine nicht dargestellte Zumesseinheit.
Die erfindungsgemäße Radialkolbenpumpe wird insbesondere in Common-Rail-Einspritzsystemen zur Kraftstoffversorgung von Dieselmotoren eingesetzt. Dabei bedeutet "common rail" soviel wie "gemeinsame Leitung" oder "gemeinsame Schiene". Im Gegensatz zu herkömmlichen Hochdruckeinspritzsystemen, in denen der Kraftstoff über getrennte Leitungen zu den einzelnen Brennräumen gefördert wird, werden die Einspritzdüsen in Common-Rail-Einspritzsystemen aus einer gemeinsamen Leitung gespeist.
Die in den Figuren 1 und 2 gezeigte Radialkolbenpumpe umfaßt eine in einem Pumpengehäuse 2 gelagerte Antriebswelle 4 mit einem exzentrisch ausgebildeten Wellenabschnitt 6. Auf dem exzentrischen Wellenabschnitt 6 ist ein Ring 8 vorgesehen, gegenüber dem der Wellenabschnitt 6 drehbar ist. Der Ring 8 umfaßt drei jeweils um 120° zueinander versetzte Abflachungen 10 gegen die sich jeweils ein Kolben 12 abstützt. Die Kolben 12 sind jeweils in einem Zylinderraum 18 zur Antriebswelle 4 in radialer Richtung hin- und herbewegbar aufgenommen.
An dem zur Antriebswelle 4 hin gerichteten Ende der Kolben 12 ist jeweils ein Federteller 13 befestigt, gegen den eine Feder 14 vorgespannt ist. Die Feder 14 drückt den Kolben 12 gegen eine Kraftaufnahmeplatte 15, die zu einem Tassenstößel 9 gehört, der vergrößert im Maßstab 2:1 in den Figuren 3 und 4 gezeigt ist.
In der in Figur 3 gezeigten Untersicht ist zu erkennen, daß die Kraftaufnahmeplatte 15 die Form einer runden Scheibe hat, auf deren Umfang vier rechteckige Aussparungen 16 gleichmäßig verteilt sind. Wie man am besten in Figur 4 sieht, ist die Kraftaufnahmeplatte 15 durch einen tassenförmigen Körper 17 mit einem Führungsring 19 verbunden. Die Öffnungen 16 erstrecken sich jeweils von der Kraftaufnahmeplatte 15 in den tassenförmigen Körper 17. Die Größe der Öffnungen 16 ist so gewählt, daß beim Hin- und Herbewegen des Tassenstößels 9 ein Druckausgleich stattfindet zwischen dem Raum, in dem der Ring 8 angeordnet ist, und dem Raum, in dem die Feder 14 angeordnet ist. Die Öffnungen 16 gewährleisten. daß die Druckdifferenz zwischen den vorab erwähnten Räumen in allen Betriebszuständenminimal ist. Dadurch bleibt die Zunahme der Hertz'schen Pressung im Nutzhub der Kolben 12 gering, und im Saughub ist bei entsprechend ausgelegter Feder 14 eine vollständige Befüllung des jeweiligen Zylinderraums 18 gewährleistet. Ohne die Öffnungen 16 wäre ein Hin- und Herbewegen des Tassenstößels erschwert oder gar unmöglich.
In Figur 1 ist gezeigt, daß sich die Kraftaufnahmeplatten 15 in Anlage mit den Abflachungen 10 des Rings 8 befinden. Der Ring 8 ist gleitend auf der Antriebswelle 4 gelagert und wird bei einer Drehung der Antriebswelle 4 durch den exzentrisch ausgebildeten Wellenabschnitt 6 in Bewegung versetzt. Diese Bewegung hat jedoch nicht nur eine bezüglich der Antriebswelle 4 radiale Komponente, die für den Kolbenhub benötigt wird, sondern auch eine Komponente in Umfangsrichtung der Antriebswelle 4, d.h. quer zu den Kolben 12. Diese Komponente, die den vorab erwähnten Querkräften entspricht, ist unerwünscht, weil sie ein Moment auf die Kolben bewirkt.
Der erfindungsgemäße Tassenstößel nimmt die Kräfte in Umfangsrichtung des Rings 8 auf. Der Tassenstößel 9 ist, wie in den Figuren 1 und 2 gezeigt ist, durch den Führungsring 19 in einer Bohrung 24 in dem Gehäuse 2 geführt. Die Bohrung erstreckt sich jeweils in der gleichen Richtung wie der zugehörige Zylinderraum 18. Durch diese Abstützung des Tassenstößels 9 in dem Gehäuse 2 werden die Querkräfte von dem Ring 8 über die Kraftaufnahmeplatte 15, den tassenförmigen Körper 17 und den Führungsring 19 in das Gehäuse 2 geleitet. Das hat zur Folge, daß auf die Kolben 12 lediglich Kräfte in deren jeweiliger Längsrichtung aufgebracht werden. Dadurch wird die Belastung und der Verschleiß der Kolben 12 erheblich reduziert.
Die in den Figuren 5 und 6 gezeigte Radialkolbenpumpe entspricht weitestgehend der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsform. Deshalb wurden für Teile, die sowohl in der Radialkolbenpumpe der Figuren 1 und 2 als auch der Figuren 5 und 6 enthalten sind, die gleichen Bezugszeichen verwendet. Um Wiederholungen zu vermeiden wird auf eine nochmalige Beschreibung derartiger Teile bei der Erläuterung der Figuren 5 und 6 verzichtet.
Der Hauptunterschied zwischen der Ausführungsform der Figuren 5 und 6 gegenüber der Ausführungsform der Figuren 1 und 2 besteht darin, daß der Ring 8 bei der in den Figuren 5 und 6 gezeigten Radialkolbenpumpe nicht die Form eines Polygons aufweist, sondern zylindrisch ausgebildet ist.
Der Tassenstößel 9 ist in beiden Ausführungsformen der gleiche und entspricht dem Tassenstößel 9, der vergrößert in den Figuren 3 und 4 dargestellt ist.

Claims

Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckversorgung bei Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen, insbesondere bei einem Common-Rail-Einspritzsystem, mit einer in einem Pumpengehäuse (2) gelagerten Antriebswelle (4), die exzentrisch ausgebildet ist oder in Umfangsrichtung nockenartige Erhebungen aufweist, und mit vorzugsweise mehreren bezüglich der Antriebswelle (4) radial in einem jeweiligen Zylinderraum (18) angeordneten Kolben (12), die durch Drehen der Antriebswelle (4) in dem jeweiligen Zylinderraum (18) in radialer Richtung hin und her bewegbar sind, wobei zwischen den Kolben (12) und der Antriebswelle (4) jeweils ein Tassenstößel mit einem tassenförmigen Körper (17) angeordnet ist, wobei der Boden des Tassenstößels (9) von einer Kraftaufnahmeplatte (15) gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass in dem tassenförmigen Körper (17) mehrere beim Hin- und Herbewegen des Tassenstößels (9) ständig freie Öffnungen (16) vorgesehen sind, derart, dass der Raum außerhalb des tassenförmigen Körpers (17) ständig mit dem Raum innerhalb des tassenförmigen Körpers (17) verbunden ist, und dass die Kraftaufnahmeplatte (15) durch den tassenförmigen Körper (17) mit einem Führungsring (19) verbunden ist.
Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tassenstößel (9) jeweils in der gleichen Richtung wie der zugehörige Kolben (12) hin und her bewegbar ist.
Radialkolbenpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Tassenstößel (9) jeweils in einer Bohrung (24) in dem Gehäuse (2) geführt ist, die sich in der gleichen Richtung wie der zugehörige Zylinderraum (18) erstreckt.
Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (12) jeweils durch eine Feder (14) gegen die zugehörige Kraftaufnahmeplatte (15) des Tassenstößels (9) gedrückt werden.
Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftaufnahmeplatte (15) auf der zur Antriebswelle (4) gerichteten Seite leicht ballig ausgebildet ist.
Radialkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Antriebswelle (4) und den Tassenstößeln (9) ein Ring (8) angeordnet ist.