EP2359004A2 - Kraftstoffpumpe für verbrennungsmotoren - Google Patents

Kraftstoffpumpe für verbrennungsmotoren

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EP2359004A2
EP2359004A2 EP09765055A EP09765055A EP2359004A2 EP 2359004 A2 EP2359004 A2 EP 2359004A2 EP 09765055 A EP09765055 A EP 09765055A EP 09765055 A EP09765055 A EP 09765055A EP 2359004 A2 EP2359004 A2 EP 2359004A2
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EP
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pump
fuel
drive shaft
fuel pump
polygon
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EP09765055A
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Carsten Rudolph
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Thielert Aircraft Engines Vertr D D Insolvenzverwalter Dr Bruno M Kuebler GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16D2001/102—Quick-acting couplings in which the parts are connected by simply bringing them together axially the torque is transmitted via polygon shaped connections

Definitions

  • the invention relates to a fuel pump, in particular prefeed pump for internal combustion engines, which comprises a gear pump with an impeller driven via a drive shaft, in particular for aircraft engines powered by aircraft fuel.
  • the fuel supply to the combustion chamber of aircraft engines operated in monorail technology with aircraft fuel is known to take place from a tank via a prefeed pump and a high-pressure pump to a common distributor pipe (rail) connected to the individual cylinders. Since a failure of a fuel pump inevitably leads to engine downtime, an extremely high reliability is required especially in aircraft engines.
  • the reliability and the maximum service life of the fuel pumps are limited in particular by the fact that they are lubricated with the delivered fuel and the bearings and sliding surfaces are more or less heavily loaded in accordance with the lubricity of the fuel.
  • the service life of the fuel pumps is thus significantly influenced by the lubricating properties of the respective fuel. Since the diesel engines used on aircraft are operated with a kerosene-based aviation fuel with significantly lower lubricity compared with diesel fuel, the service life of the fuel pumps is particularly low in this case.
  • a prefeed pump designed as a gear pump
  • its driven impeller drive gearwheel
  • a spline toothing to a drive shaft whose external toothing present at one shaft end (External profile) positively engages in an existing on the drive gear of the prefeed pump internal toothing (inner profile).
  • the prefeed pump designed in this way especially when used for a diesel engine powered by aircraft fuel, has only a short service life, since the drive shaft and the driven impeller, and consequently also the pump housing, are subject to high wear and thus the prefeed pump is completely complete after a short operating time must be replaced.
  • DE 100 14 548 A1 describes a gear pump for diesel fuel in which the positive connection between the drive shaft and a pump gear is produced by a flattened circle geometry or by a profiling provided with recesses and projections.
  • the invention is therefore the object of the pre-feed pump upstream of the high-pressure pump in such a way that even with the use of fuels with reduced lubricity a long life is guaranteed.
  • the essence of the invention is that the positive connection between the drive shaft and the driven pump wheel is produced by a convex polygon contour formed on the drive shaft and on the impeller
  • the drive shaft has a coupling disk in the form of a triangular shaped polygon with outwardly curved in a certain radius side surfaces and outwardly rounded corner regions, while formed in the driven pump impeller in shape and size with the coupling disk recess, so that the coupling disc engages accurately in the recess.
  • connection between the drive shaft and the pump wheel produced via two interlocking interlocking polygons ensures reliable power transmission and results in a significant reduction in wear on the positive connection point and thus the drive shaft, the pump wheels and the pump housing and thus the Life of the fuel provided for the promotion of fuel with low lubricity fuel pump increases and their essential for flight operation indispensable reliability is improved.
  • the positively interlocking convexly curved polygon contours can also be embodied as a polygon, for example as a tetragon.
  • Figure 1 is a perspective view of a feed pump designed as a gear pump in disassembled state.
  • FIG. 2 is a front view of the drive shaft formed with a coupling disc formed as a polygon;
  • FIG. and Fig. 3 is a front view of the drive gear of
  • Pre-feed pump with a trained as a polygon inner profile.
  • the prefeed pump shown in FIG. 1 in the disassembled state is designed as a gear pump and comprises a pump housing 1, in which a driven first impeller 2 and a second impeller 3 are mounted.
  • a driven drive shaft 4 is mounted in the pump housing 1.
  • An integrally formed on the drive shaft 4 coupling plate 5 has the shape of a convex, regular, here triangular polygon, that is, a triangle with three curved side edges of equal length and equal internal angles.
  • the coupling disk 5 engages in a recess 6 formed in the driven pump wheel 2, the contour of which, shaped as a polygon, coincides with the contour of the coupling disk 5.
  • the pump housing 1 is closed with the interposition of a sealing ring 8 by a housing cover 9, which is fastened by means of cylinder screws 7.
  • the polygonal outer contour of the coupling disc 5 and provided in the driven impeller 2 recess 6 is shown in more detail in Figures 2 and 3.
  • the regular triangular polygon of the coupling disc 5 and the recess 6 has a circumference with the diameter du and an inscribed circle with the diameter di.
  • the polygon has no straight side edges (side surfaces), but is convex, that is, with convex, outwardly curved in radius R s side surfaces and rounded in radius R E corner regions of the polygon of the coupling disc 5 and the recess. 6
  • the maximum width of the polygon of the recess 6 and the coupling disc 5 is designated in the drawing by W.
  • the wear of the first and also the second pump impeller and the drive shaft and the housing can be significantly reduced and the service life of the prefeed pump designed as a gear pump even when using a fuel be increased by three times with low lubricity.
  • the positive connection can also be formed by regular convex polygons with more than three corners such as a tetragon or pentagon and be applied to other fuel pumps with rotating pump wheels.

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Abstract

Bei einer Kraftstoffpumpe, insbesondere der Vorförderpumpe zur Zuführung von Flugzeugkraftstoff zur Hochdruckpumpe, wird die formschlüssige Verbindung zwischen der Antriebswelle (4) und dem angetriebenen Pumpenrad (2) durch eine an diesen ausgebildete regelmäßige, konvexe, dreieckige Polygonkontur mit gerundeten Seiten- und Eckflächen gebildet. Dadurch werden die auf die geringe Schmierfähigkeit des auf Kerosin basierenden Flugzeugkraftstoffs zurückzuführenden Verschleißerscheinungen verringert und die Lebensdauer der Kraftstoffpumpe erhöht.

Description

Kraftstoffpumpe für Verbrennungsmotoren
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffpumpe, insbesondere Vorförderpumpe für Verbrennungsmotoren, die eine Zahnradpumpe mit einem über eine Antriebswelle angetriebenen Pumpenrad umfasst, insbesondere für mit Flugzeugkraftstoff betriebene Dieselmotoren.
Die KraftstoffZuführung zum Verbrennungsraum von in Com- mon-Rail-Technik mit Flugzeugkraftstoff betriebenen Flugzeugmotoren erfolgt bekanntermaßen aus einem Tank über eine Vorförderpumpe und eine Hochdruckpumpe zu einem an die einzelnen Zylinder angeschlossenen gemeinsamen Verteilerrohr (Rail). Da ein Ausfall einer Kraftstoffpumpe unweigerlich zum Motorstillstand führt, ist insbesondere bei Flugzeugmotoren eine extrem hohe Zuverlässigkeit gefordert. Die Zuverlässigkeit und die maximale Betriebs- dauer der Kraftstoffpumpen sind insbesondere dadurch begrenzt, dass deren Schmierung mit dem geförderten Kraftstoff erfolgt und die Lager und Gleitflächen entsprechend der Schmierfähigkeit des Kraftstoffs mehr oder weniger stark belastet sind. Die Lebensdauer der Kraftstoffpumpen wird somit maßgeblich durch die Schmiereigenschaften des jeweiligen Kraftstoffs beeinflusst. Da die bei Flugzeugen eingesetzten Dieselmotoren mit einem auf Kerosin basierenden Flugzeugkraftstoff mit gegenüber dem Dieselkraftstoff deutlich geringerer Schmierfähigkeit betrieben wer- den, ist die Lebensdauer der Kraftstoffpumpen in diesem Fall besonders gering.
Bei einer als Zahnradpumpe ausgebildeten Vorförderpumpe ist deren angetriebenes Pumpenrad (Antriebszahnrad) über eine Keilwellenverzahnung mit einer Antriebswelle verbunden, deren an einem Wellenende vorhandene Außenverzahnung (Außenprofil) formschlüssig in eine am Antriebszahnrad der Vorförderpumpe vorhandene Innenverzahnung (Innenprofil) eingreift. Die so ausgebildete Vorförderpumpe weist insbesondere bei der Verwendung für einen mit Flugzeug- kraftstoff betriebenen Dieselmotor eine nur geringe Lebensdauer auf, da die Antriebwelle und das angetriebene Pumpenrad und in der Folge auch das Pumpengehäuse einem hohen Verschleiß unterliegen und somit die Vorförderpumpe schon nach kurzer Betriebszeit komplett ausgetauscht wer- den muss.
Die De 100 14 548 Al beschreibt eine Zahnradförderpumpe für Dieselkraftstoff, bei der die formschlüssige Verbindung zwischen der Antriebswelle und dem einem Pumpenzahn- rad durch eine abgeflachte Kreisgeometrie oder über eine mit Ausnehmungen und Vorsprüngen versehene Profilierung hergestellt wird.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die der Hochdruckpumpe vorgeschaltete Vorförderpumpe so auszubilden, dass auch bei Verwendung von Kraftstoffen mit verminderter Schmierfähigkeit eine lange Lebensdauer gewährleistet ist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einer gemäß den
Merkmalen des Patentanspruchs 1 als Zahnradpumpe ausgebildeten Kraftstoffpumpe bzw. Vorförderpumpe gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Der Kern der Erfindung besteht mit anderen Worten darin, dass die formschlüssige Verbindung zwischen der Antriebswelle und dem angetriebenen Pumpenrad durch eine an der Antriebswelle und am Pumpenrad ausgebildete konvexe PoIy- gonkontur hergestellt wird In weiterer Ausbildung der Erfindung weist die Antriebswelle eine Kopplungsscheibe in Form eines als Triangel geformten Polygons mit nach außen in einem bestimmten Radius gewölbten Seitenflächen sowie nach außen gerundeten Eckbereichen auf, während im angetriebenen Pumpenrad eine in Form und Größe mit der Kopplungsscheibe übereinstimmende Ausnehmung ausgebildet ist, so dass die Kopplungsscheibe passgenau in die Ausnehmung eingreift.
Überraschenderweise wurde festgestellt, dass die über zwei formschlüssig ineinander greifende Polygone hergestellte Verbindung zwischen Antriebwelle und Pumpenrad eine sichere Kraftübertragung gewährleistet und eine deutliche Verringerung des Verschleißes an der form- schlüssigen Verbindungsstelle und damit der Antriebswelle, der Pumpenräder und des Pumpengehäuses zur Folge hat und somit die Lebensdauer der zur Förderung von Kraftstoff mit geringer Schmierfähigkeit vorgesehenen Kraftstoffpumpe erhöht und deren gerade für den Flugbetrieb unabdingbare Zuverlässigkeit verbessert wird.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindungen können die formschlüssig ineinander greifenden konvex gewölbten Polygonkonturen auch als Vieleck, beispielsweise als Tetra- gon, ausgeführt sein.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer als Zahnradpumpe ausgebildeten Vorförderpumpe in demontiertem Zustand;
Fig. 2 eine Vorderansicht der mit einer als Polygon ausgebildeten Kopplungsscheibe ausgebildeten Antriebswelle; und Fig. 3 eine Vorderansicht des Antriebszahnrades der
Vorförderpumpe mit einem als Polygon ausgebildeten Innenprofil.
Die in Fig. 1 in demontiertem Zustand dargestellte Vor- förderpumpe ist als Zahnradpumpe ausgebildet und umfasst ein Pumpengehäuse 1, in dem ein angetriebenes erstes Pumpenrad 2 und ein zweites Pumpenrad 3 gelagert sind. In dem Pumpengehäuse 1 ist darüber hinaus eine angetriebene Antriebswelle 4 gelagert. Eine an die Antriebswelle 4 angeformte Kopplungsscheibe 5 hat die Form eines konvexen, regelmäßigen, hier dreieckigen Polygons, das heißt, eines Triangels mit drei gewölbten Seitenkanten gleicher Länge und gleich großen Innenwinkeln. Die Kopplungsscheibe 5 greift in eine in dem angetriebenen Pumpenrad 2 ausgebildete Ausnehmung 6 ein, deren als Polygon geformte Kontur mit der Kontur der Kopplungsscheibe 5 übereinstimmt. Das Pumpengehäuse 1 ist unter Zwischenschaltung eines Dich- tungsringes 8 durch einen Gehäusedeckel 9 verschlossen, der mittels Zylinderschrauben 7 befestigt ist.
Die polygonförmige Außenkontur der Kopplungsscheibe 5 und der im angetriebenen Pumpenrad 2 vorgesehenen Ausnehmung 6 ist in den Figuren 2 und 3 genauer dargestellt. Das regelmäßige dreieckige Polygon der Kopplungsscheibe 5 und der Ausnehmung 6 hat einen Umkreis mit dem Durchmesser du und einen Inkreis mit dem Durchmesser di . Das Polygon hat jedoch keine geraden Seitenkanten (Seitenflächen), son- dern ist konvex geformt, das heißt, mit balligen, nach außen im Radius Rs gewölbten Seitenflächen sowie mit im Radius RE gerundeten Eckbereichen des Polygons der Kopplungsscheibe 5 und der Ausnehmung 6. Die maximale Weite des Polygons der Ausnehmung 6 bzw. der Kopplungsscheibe 5 ist in der Zeichnung mit W bezeichnet. Mit dem als konvexe Polygonverbindung ausgeführten Form- schluss zwischen der Antriebswelle 6 und dem angetriebenen Pumpenrad 2 kann der Verschleiß des ersten und auch des zweiten Pumpenrades sowie der Antriebwelle und des Gehäuses deutlich gesenkt werden und die Lebensdauer der als Zahnradpumpe ausgeführten Vorförderpumpe selbst bei Verwendung eines Kraftstoffs mit geringer Schmierfähigkeit um das Dreifache erhöht werden.
Die Erfindung ist nicht auf das zuvor beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Beispielweise kann die formschlüssige Verbindung auch durch regelmäßige konvexe Polygone mit mehr als drei Ecken wie ein Tetragon oder Pentagon gebildet sein und auch bei anderen Kraftstoffpumpen mit rotierenden Pumpenrädern angewendet werden.
Bezugszeichenliste
1 Pumpengehäuse 2 Erstes, angetriebenes Pumpenrad
3 Zweites Pumpenrad
4 Antriebswelle
5 Kopplungsscheibe, dreieckiges konvexes Poly¬ gon 6 Ausnehmung, dreieckiges konvexes Polygon
7 Zylinderschrauben
8 Dichtungsring
9 Gehäusedeckel du Umkreis des Polygons di Inkreis des Polygons
W max . Weite des Polygons
R3 Radius der Seitenfächen des Polygons
RE Radius der Eckflächen des Polygons

Claims

Patentansprüche
1. Kraftstoffpumpe, insbesondere Vorförderpumpe für Verbrennungsmotoren, die eine Zahnradpumpe mit einem über eine Antriebswelle angetriebenen Pumpenrad um- fasst, insbesondere für mit Flugzeugkraftstoff betriebene Dieselmotoren, gekennzeichnet durch eine als regelmäßiges konvexes, nach außen gewölbte Sei- tenflächen und Eckbereiche aufweisendes Polygon ausgeführte formschlüssige Verbindung zwischen dem angetriebenen Pumpenrad (2) und der Antriebswelle (4).
2. Kraftstoffpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, dass die formschlüssige Polygonverbindung eine an der Antriebswelle (4) vorgesehene Kopplungsscheibe (5) und eine im angetriebenen Pumpenrad (2) eingeformte Ausnehmung (6 ) mit übereinstimmender Polygonkontur aufweisen.
3. Kraftstoffpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die konvexe Polygonkontur drei- eckförmig ist und im Radius R3 nach außen gewölbte Seitenflächen sowie im Radius RE nach außen gewölbte Eckbereiche aufweist.
4. Kraftstoffpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die regelmäßige konvexe Polygonkontur als Tetragon oder Pentagon ausgebildet ist.
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