WO1999037916A1 - Radialkolbenpumpe zur krafstoffhochdruckerzeugung - Google Patents

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WO1999037916A1
WO1999037916A1 PCT/DE1999/000056 DE9900056W WO9937916A1 WO 1999037916 A1 WO1999037916 A1 WO 1999037916A1 DE 9900056 W DE9900056 W DE 9900056W WO 9937916 A1 WO9937916 A1 WO 9937916A1
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WO
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plate
piston
drive shaft
piston pump
radial piston
Prior art date
Application number
PCT/DE1999/000056
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Josef Guentert
Klaus Wuerth
Hans-Juergen Simon
Thomas Schwarz
Kasim-Melih Hamutcu
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Priority to DE59902114T priority Critical patent/DE59902114D1/de
Priority to EP99904708A priority patent/EP1049873B1/de
Priority to JP2000528797A priority patent/JP2002501145A/ja
Priority to US09/600,914 priority patent/US6347574B1/en
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B1/00—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B1/04—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders in star- or fan-arrangement
    • F04B1/0404—Details or component parts
    • F04B1/0426—Arrangements for pressing the pistons against the actuated cam; Arrangements for connecting the pistons to the actuated cam

Definitions

  • the invention relates to a radial piston pump for high-pressure fuel generation in Kraf fuel injection systems of internal combustion engines, in particular in a common rail injection system, with a drive shaft mounted in a pump housing, which is eccentric or has cam-like elevations in the circumferential direction, and preferably with a plurality of radial with respect to the drive shaft Pistons arranged in a respective cylinder space, at the ends of which face the drive shaft, a plate is attached, the pistons being movable back and forth in the respective cylinder space by rotating the drive shaft in the radial direction.
  • the invention is therefore based on the problem of providing a radial piston pump which overcomes the disadvantages mentioned above.
  • breaks in the plate and / or the piston should be prevented.
  • the plate should work wear-free during operation, even at high pressures. It is intended to ensure that the radial piston pump operates correctly even when the cylinder spaces are partially filled.
  • the radial piston pump according to the invention is intended to withstand a pump pressure of up to 2000 bar in the conveying direction and is nevertheless inexpensive to manufacture.
  • the problem is in a radial piston pump for generating high fuel pressure in fuel injection systems of internal combustion engines, in particular in a common rail injection system, with a drive shaft mounted in a pump housing, which is eccentrically formed or has cam-like elevations in the circumferential direction, and preferably several radially in relation to the drive shaft a respective cylinder chamber arranged piston, at the ends facing the drive shaft, a plate is attached, the pistons being movable back and forth in the respective cylinder chamber by rotating the drive shaft, solved in that the plate is articulated to the associated piston .
  • the damage to the plate and or the piston ascertained in the context of the present invention is attributed to a bending stress on the piston.
  • a special embodiment of the invention is characterized in that the plate is held on the piston by a plate holder.
  • the plate attached to the ends of the pistons is in contact with the drive shaft or with a ring mounted on the drive shaft with three flats offset by 120 °.
  • the pistons are caused to reciprocate by the eccentricity of the drive shaft or by the cam-like elevations on the drive shaft. Relatively large forces are applied by the rotating drive shaft to the pistons depending on the amounts of fuel drawn into the cylinder chambers in order to pressurize the fuel.
  • Another special embodiment of the invention is characterized in that the end of the piston facing the drive shaft has the shape of a spherical section and is received in a corresponding recess in the center of the plate.
  • the spherical design of the piston foot and the plate has the result that, with an appropriate design, a more uniform surface pressure between the plate and the ring seated on the eccentric shaft is achieved. This advantageously reduces the wear that occurs during operation of the radial piston pump.
  • a further special embodiment of the invention is characterized in that the plate has the shape of a round disc, the peripheral edge of which is rounded and tapers towards the drive shaft, the shape of the plate holder being adapted to the rounded edge of the plate. This allows the plate to tilt relative to the plate holder when installed. This provides the advantage that when the plate is twisted (tilted), no torque is transmitted to the plate holder or the piston. This reduces the load on the plate holder during operation.
  • Another particular embodiment of the invention is characterized in that the plate has a chamfer on the circumference on the side facing the piston. This facilitates the assembly of the plate. When inserting the plate into the plate holder, the chamfering of the plate edge ensures that the plate holder is spread and easily goes over the plate.
  • the piston has a collar which merges into the spherical segment-shaped end of the piston.
  • the collar forms a stop for the plate holder on the piston.
  • a further special embodiment of the invention is characterized in that the piston comprises a plunger, the end of which facing the drive shaft is designed as a spherical section which is received in a corresponding recess in the center of the plate.
  • the spherical design of the piston foot and the plate in addition to the mobility of the plate, has the result that the surface pressure decreases. This advantageously reduces the wear that occurs during operation of the radial piston pump.
  • a further special embodiment of the invention is characterized in that a groove is provided on the piston between the tappet and the ball section, into which a flanged edge engages, which is formed on the plate.
  • the plate is held on the piston by the flanged edge engaging in the groove. It is important to ensure that there is sufficient play for the mobility of the connection.
  • the geometrical dimensioning of the connection is designed so that a relatively low degree of freedom of the plate in the vertical direction of at least ⁇ 10 degrees can be realized.
  • the attachment of the plate to the piston according to the invention has the advantage that there is no need for a plate holder used in conventional radial piston pumps for fastening the plate. This means that fewer individual parts are required, which means that costs can be saved.
  • Another special embodiment of the invention is characterized in that at least one opening is left in the flanged edge.
  • the opening is advantageously used so that lubricant can be supplied to the piston / plate connection.
  • Another special embodiment of the invention is characterized in that the diameter of the spherical section is slightly smaller than the diameter of the piston. This dimensioning has proven to be advantageous in practice.
  • the plate has the shape of a round disk.
  • Other basic shapes of the plate are also possible, but the round shape has proven to be advantageous.
  • a further special embodiment of the invention is characterized in that the plate has a chamfer on the circumference on the side facing the drive shaft.
  • the chamfer breaks the lower edge of the plate and creates a softer transition. This reduces the stress on the plate in the peripheral area.
  • the plate has a collar.
  • the collar advantageously serves as a stop for a spring which holds the plate against the drive shaft.
  • This is usually a coil spring that is arranged parallel to the piston and causes the piston to be sucked.
  • Another special embodiment of the invention is characterized in that a ring is arranged between the drive shaft and the plate.
  • the ring is used to transmit the forces from the eccentrically designed drive shaft to the plate.
  • the ring is advantageously slidably mounted on the drive shaft.
  • the ring can be either cylindrical or polygonal.
  • the present invention also relates to a method for producing a radial piston pump as described above.
  • a plate holder is used in conventional radial piston pumps to fasten the plate to the piston.
  • the plate holder is attached to the piston by means of a snap ring.
  • the assembly of the plate on the piston is complicated and time consuming.
  • the present invention is further based on the problem of providing a method for producing a radial piston pump as described above which can be carried out simply and quickly.
  • the problem is solved in a method for producing a radial piston pump as described above in that the ball section of the piston is inserted into the depression of the plate until the ball section lies against the depression, and then the flange edge is left on and at the same time with a molding tool against the ball section and or the groove is deformed.
  • the plate is first hardened. The subsequent starting is then inductive.
  • the so-called "warm flanging" has the advantage that the flanged edge springs back due to the elasticity of the material. This automatically sets the basic game required for the mobility of the connection.
  • the method also has the advantage that it can be largely automated.
  • the present invention has the general advantage that the basic idea of the present invention can be applied to existing radial piston pumps in a simple manner.
  • the component strength is increased, particularly when the cylinder spaces are partially filled.
  • the center offset of a conventional radial piston pump provided on the housing need not be changed.
  • Figure 1 shows a piston and plate from a conventional radial piston pump
  • Figure 2 shows a piston and a plate of one
  • Figure 3 shows a piston and plate from a conventional radial piston pump
  • Figure 4 shows a piston and a plate of one
  • Figure 5 shows a top view of the plate of Figure 4 prior to assembly on the piston
  • Figure 6 shows a section through the plate of Figure 5 along the line A-A;
  • Figure 7 shows a radial piston pump according to the invention in section.
  • FIG. 1 shows a section of a conventional radial piston pump for generating high fuel pressure in fuel injection systems of internal combustion engines.
  • the radial piston pump is used in particular in common rail injection systems for generating fuel in internal combustion engines.
  • Common rail means "common line", “common rail” or “common distribution rail”.
  • the injection nozzles in common rail injection systems are fed from a common line.
  • the radial piston pump shown in FIG. 1 comprises a drive shaft mounted in a pump housing with an eccentrically designed shaft section.
  • a polygonal ring is provided on the eccentric shaft section, against which the shaft section is rotatable.
  • the ring comprises a plurality of flats offset from one another, against each of which a piston 1 is supported.
  • a cylindrical ring can also be used.
  • the pistons 1 are each received in a cylinder chamber 2 so that they can move back and forth in the radial direction relative to the drive shaft.
  • a plate 3 is fastened to the end of the piston 1 facing the drive shaft.
  • the plate 3 is held on the associated piston 1 by a plate holder 4, which is also referred to as a cage.
  • the plate 3 is pressed by a spring 5 against the ring (not shown).
  • a snap ring 6 is fitted in a groove 7 of the piston 1.
  • FIG. 2 shows how a plate 13 according to the present invention is articulated on a piston 11.
  • the piston 11 has at the end the shape of a hemisphere 17, which is provided with a flat 18.
  • the flattening 18 can also be omitted.
  • the plate 13 has a recess 19 in the middle, the shape of which is adapted to the shape of the hemisphere 17.
  • the Plate 13 is pressed against hemisphere 17 by a plate holder 14.
  • the plate 13 has the shape of a truncated cone which tapers away from the piston.
  • the outer surface of the truncated cone is rounded.
  • the plate holder 14 is provided with several segments 20, the shape of which is adapted to the outer surface of the plate 13.
  • a chamfer 21 is provided which facilitates the mounting of the plate 13 on the piston 11.
  • the plate holder 14 is made of an elastic material. If the plate 13 is moved concentrically towards the hemisphere 17 belonging to the piston 11 during assembly, the segments 20 spread when they come into contact with the chamfer 21. As a result of the tapering of the plate 13, the segments 20 go together again when the plate 13 with the recess 19 lies against the hemisphere 17 of the piston 11.
  • the plate holder 14 has a round opening 25 in the middle, through which the piston 11 protrudes when installed.
  • the edge of the opening 25 of the plate holder 14 is in abutment against a collar 25 which is formed on the piston 11.
  • a snap ring 6 (see Figure 1), as used in conventional radial piston pumps, can therefore be omitted.
  • FIG. 2 it is shown in FIG. 2 that the piston 11, the plate holder 14 and the plate 13 have a common axis of symmetry 23.
  • the radial piston pump shown only in part in FIGS. 1 and 2 is used to apply high pressure to fuel that is supplied by a prefeed pump from a tank. The high-pressure fuel is then conveyed into the common manifold mentioned above.
  • FIG. 3 shows a section of a conventional radial piston pump for generating high fuel pressure in fuel injection systems of internal combustion engines.
  • Figure 3 only the part of the radial piston pump is shown in section, which is important in the present invention.
  • the basic structure of a radial piston pump is shown in Figure 7.
  • FIG. 3 shows a piston 1 which can be moved back and forth in a cylinder space 2.
  • a plate 3 is attached at the free end of the piston 1.
  • the plate 3 is held on the piston 1 by a plate holder 4, which is also referred to as a cage or spring plate.
  • the plate 3 is acted upon by a spring 5 with a compressive force.
  • a snap ring 6 is fitted in a groove 7 of the piston 1.
  • FIG 4 it is shown how a plate 13 according to the present invention is articulated to a plunger 11 of a piston generally designated 10.
  • the plunger 11 has the shape of a ball 17 at the end.
  • the plate 13 has a recess 19 in the middle, which serves as a joint socket. Due to the spherical design of the contact surface between the plunger 11 and the plate 13, it is possible that the plate 13 rotates relative to the plunger 11 when a moment is applied to the plate 13.
  • the plate 13 is provided on the side facing away from the piston 10 with a chamfer 20a.
  • the chamfer 20a merges into a collar 22.
  • the collar 22 forms a stop for a spring 23a.
  • the recess 19 is bordered by a flange 24.
  • the flanged edge 24 engages in a groove 25a which is formed on the piston 10 between the plunger 11 and the ball 17.
  • a groove 25a which is formed on the piston 10 between the plunger 11 and the ball 17.
  • the plate 13 is shown before assembly on the piston.
  • FIG. 6 it can be seen that the edge of the flap 24 of the plate 13 runs parallel to the center line 26a of the plate 13.
  • the flanged edge 24 in FIG. 4 is slightly bent inwards.
  • the ball 17 can be brought into contact with the surface of the recess 19 during assembly.
  • the flanged edge 24 can then be started inductively and pressed against the piston with the aid of an appropriate tool.
  • the flanged edge 24 After tempering, the flanged edge 24 automatically sets itself back as a result of the elasticity of the material used, until the aforementioned play between the flanged edge 24 and the ball 17 is reached. Then the flanged edge 24 is in the slightly inwardly bent state shown in FIG. 4, in which the plate 13 is articulated with the Piston 10 is connected.
  • two openings 28, 29 are provided in the flanged edge 24, which serve to lubricate the connection between the piston 10 and the plate 13.
  • FIG. 1 A complete radial piston pump according to the present invention is shown in FIG.
  • the radial piston pump is used in particular in common rail injection systems for the generation of fuel in diesel engines.
  • "Common rail” means “common line", “common rail” or “common distribution rail”.
  • common line means "common line", “common rail” or “common distribution rail”.
  • the radial piston pump shown in FIG. 7 comprises a drive shaft mounted in a pump housing 50 with an eccentrically designed shaft section 51.
  • a polygonal ring 52 is provided on the eccentric shaft section 51, with respect to which the shaft section 51 can be rotated.
  • the ring 52 comprises three mutually offset flats 54 against which a piston 55 is supported.
  • a cylindrical ring can also be used.
  • the pistons 55 are each received in a cylinder chamber 56 such that they can be moved back and forth in the radial direction relative to the drive shaft.
  • a plate 58 is articulated to each of the pistons 55. The connection between the piston 55 and the plate 58 is shown enlarged in FIG. 4, which has been described above.
  • the radial piston pump shown in FIG. 7 is used to apply high pressure to fuel that is supplied by a prefeed pump from a tank. The high pressure fuel is then converted into a promoted common rail.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckerzeugung bei Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen mit einer in einem Pumpengehäuse (50) gelagerten Antriebswelle (51), die exzentrisch ausgebildet ist oder in Umfangsrichtung nockenartige Erhebungen aufweist, und mit vorzugsweise mehreren bezüglich der Antriebswelle (51) radial in einem jeweiligen Zylinderraum (56) angeordneten Kolben (55), an deren zur Antriebswelle (51) gewandten Enden jeweils eine Platte (58) angebracht ist, wobei die Kolben (55) durch Drehen der Antriebswelle (51) in dem jeweiligen Zylinderraum (56) in radialer Richtung hin und her bewegbar sind. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat sich gezeigt, dass die herkömmlich verwendeten Platten und/oder die Kolben bei bestimmten Betriebszuständen, insbesondere bei einer Elementteilbefüllung, beschädigt werden. Diese Verschleißerscheinungen können zu Brüchen der Platte und/oder Kolben führen und sind deshalb unerwünscht. Das Problem ist dadurch gelöst, dass die Platte (58) an dem zugehörigen Kolben (55) angelenkt ist. Durch das Anlenken der Platte (58) an dem Kolben (55) wird die Belastung des Kolbens (55) durch Momente der Stützkraft verringert.

Description

Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckerzeugunα
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckerzeugung bei Kraf stoffeinspritzsystemen von Brennkraf maschinen, 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, an deren zur Antriebswelle gewandten Enden jeweils eine Platte angebracht ist, wobei die Kolben durch Drehen der Antriebswelle in dem jeweiligen Zylinderraum in radialer Richtung hin und her bewegbar sind.
Bei einer derartigen innen abgestützten Radialkolbenpumpe werden von der sich drehenden Antriebswelle auf die Kolben in Abhängigkeit von den in die Zylinderräume angesaugten Kraf stoff engen relativ große Kräfte aufgebracht, um den Kraftstoff mit Druck zu beaufschlagen. Beim Ansaugen wird die Platte in der Regel durch eine vorgespannte Feder zu der Antriebswelle hin bewegt.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat sich gezeigt, daß die herkömmlich verwendeten Platten und/oder die Kolben bei bestimmten Betriebszustanden, insbesondere bei einer ElementteilbefuUung, beschädigt werden. Diese Verschleißerscheinungen können zu Brüchen der Platte und/oder der Kolben führen und sind deshalb unerwünscht .
Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, eine Radialkolbenpumpe bereitzustellen, welche die vorstehend genannten Nachteile überwindet. Insbesondere sollen Brüche der Platte und/oder des Kolbens verhindert werden. Die Platte soll im Betrieb verschleißfrei arbeiten und zwar auch bei hohen Drücken. Dabei soll ein einwandfreier Betrieb der Radialkolbenpumpe auch bei einer Teilbefüllung der Zylinderräume gewährleistet sein. Die erfindungsgemäße Radialkolbenpumpe soll einen Pumpendruck von bis zu 2000 bar in Förderrichtung aushalten und trotzdem kostengünstig in der Herstellung sein.
Das Problem wird durch die in dem unabhängigen Patentanspruch offenbarte Radialkolbenpumpe gelöst. Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart .
Das Problem ist bei einer Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckerzeugung 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, an deren zur Antriebswelle gewandten Enden jeweils eine Platte angebracht ist, wobei die Kolben durch Drehen der Antriebswelle in dem jeweiligen Zylinderraum in radialer Richtung hin und her bewegbar sind, dadurch gelöst, daß die Platte an dem zugehörigen Kolben angelenkt ist . Die im Rahmen der vorliegenden Erfindung festgestellten Beschädigungen der Platte und oder des Kolbens werden auf eine Biegebeanspruchung des Kolbens zurückgeführt. Durch das Anlenken der Platte an den Kolben wird die Belastung des Kolbens durch Momente und Stützkräfte verringert. Infolge der beweglichen Anbringung der Platte an dem Kolben wird verhindert, daß ein Moment von der Platte auf den Kolben übertragen wird. Somit ist auch bei Spitzendrücken bis zu 2000 bar eine einwandfreie Funktion der erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe gewährleistet, und zwar auch bei einer Teilbefüllung der einzelnen Elemente.
Eine besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Platte durch einen Plattenhalter an dem Kolben gehalten ist. Bei einer derartigen innen abgestützten Radialkolbenpumpe hat die jeweils an den Enden der Kolben angebrachte Platte Kontakt mit der Antriebswelle bzw. mit einem auf der Antriebswelle gelagerten Ring mit drei um 120° versetzten Abflachungen. Die Kolben werden im Betrieb der Radialkolbenpumpe durch die Exzentrizität der Antriebswelle oder durch die nockenartige Erhebungen auf der Antriebswelle in eine Hin- und Herbewegung versetzt . Dabei werden von der sich drehenden Antriebswelle auf die Kolben in Abhängigkeit von den in die Zylinderräume angesaugten Kraftstoffmengen relativ große Kräfte aufgebracht, um den Kraftstoff mit Druck zu beaufschlagen. Es hat sich gezeigt, daß die herkömmlich verwendeten Platten, Plattenhalter und/oder Kolben bei bestimmten Betriebszustanden (Teilbefüllung) äußerst stark beansprucht und teilweise auch beschädigt werden. Hierdurch kann es zum vollständigen Ausfall der Pumpe kommen. Die im Rahmen der vorliegenden Erfindung festgestellten Beschädigungen der Platte, des Plattenhalters und/oder des Kolbens werden auf eine hohe Biegebeanspruchung des Plattenhalters und des Kolbens durch die Drehung der Antriebswelle bzw. des Rings zurückgeführt, der zwischen der Antriebswelle und der Platte angeordnet sein kann, wenn die Platte über Kopplungselemente mehr oder weniger starr mit dem Kolben verbunden is . Durch das Anlenken der Platte an den Kolben wird die Belastung der Platte und des Kolbens durch Momente und Stützkräfte verringert . Dadurch werden Brüche der Platte, des Plattenhalters und/oder des Kolbens verhindert. Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das zur Antriebswelle gewandte Ende des Kolbens die Form eines Kugelabschnitts aufweist und in eine entsprechende Vertiefung in der Mitte der Platte aufgenommen ist. Die kugelige Ausbildung des Kolbenfußes und der Platte hat zur Folge, daß bei entsprechender Gestaltung eine gleichmäßigere Flächenpressung zwischen der Platte und dem auf der Exzenterwelle sitzenden Ring erreicht wird. Dadurch wird der im Betrieb der Radialkolbenpumpe auftretende Verschleiß vorteilhaft verringert .
Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Platte die Form einer runden Scheibe hat, deren Umfangsrand abgerundet ist und sich zur Antriebswelle hin verjüngt, wobei die Form des Plattenhalters an den abgerundeten Rand der Platte angepaßt ist. Dadurch wird im eingebauten Zustand ein Kippen der Platte relativ zu dem Plattenhalter ermöglicht. Das liefert den Vorteil, daß bei einer Verdrehung (Verkippung) der Platte kein Moment auf den Plattenhalter bzw. den Kolben übertragen wird. Dadurch wird die Belastung des Plattenhalters im Betrieb verringert.
Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Platte auf der zu dem Kolben gewandten Seite am Umfang eine Abfasung aufweis . Dadurch wird die Montage der Platte erleichtert. Beim Einsetzen der Platte in den Plattenhalter sorgt die Abfasung des Plattenrandes dafür, daß der Plattenhalter gespreizt wird und leicht über die Platte geht.
Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben einen Bund aufweist, der in das kugelabschnittsförmige Ende des Kolbens übergeht. Der Bund bildet einen Anschlag für den Plattenhalter an dem Kolben. Dadurch kann auf Sprengringe verzichtet werden, die bei herkömmlichen Radialkolbenpumpen zur Befestigung des Plattenhalters an dem Kolben verwendet werden und teilweise durch Bruch oder Lösen aus der Nut zum Ausfall der Pumpe - insbesondere bei Teilbefüllung - führen.
Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben einen Stößel umfaßt, dessen zur Antriebswelle gewandtes Ende als Kugelabschnitt ausgebildet ist, der in eine entsprechende Vertiefung in der Mitte der Platte aufgenommen ist. Die kugelige Ausbildung des Kolbenfußes und der Platte hat neben der Beweglichkeit der Platte zur Folge, daß die Flächenpressung abnimmt. Dadurch wird der im Betrieb der Radialkolbenpumpe auftretende Verschleiß vorteilhaft verringert .
Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß an dem Kolben zwischen dem Stößel und dem Kugelabschnitt eine Rille vorgesehen ist, in welche ein Bördelrand eingreift, der an der Platte ausgebildet ist. Durch den in die Rille eingreifenden Bördelrand wird die Platte an dem Kolben gehalten. Dabei ist auf ein für die Beweglichkeit der Verbindung ausreichendes Spiel zu achten. Die geometrische Dimensionierung der Verbindung ist so gestaltet, daß ein relativ spielarmer Freiheitsgrad der Platte in vertikaler Richtung von mindestens ±10 Grad realisiert werden kann. Die erfindungsgemäße Anbringung der Platte an dem Kolben hat den Vorteil, daß auf einen bei herkömmlichen Radialkolbenpumpen zur Befestigung der Platte verwendeten Plattenhalter verzichtet werden kann. Das heißt, es werden weniger Einzelteile benötigt, wodurch Kosten eingespart werden können .
Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß in dem Bördelrand mindestens eine Öffnung ausgespart ist. Die Öffnung dient vorteilhaft dazu, daß der Verbindung Kolben/Platte Schmiermittel zugeführt werden kann.
Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Kugelabschnitts geringfügig kleiner als der Durchmesser des Kolbens ist. Diese Dimensionierung hat sich in der Praxis als vorteilhaft erwiesen.
Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Platte die Form einer runden Scheibe hat. Andere Grundformen der Platte sind ebenfalls möglich, jedoch hat sich die runde Form als vorteilhaft erwiesen.
Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Platte auf der zu der Antriebswelle gewandten Seite am Umfang eine Abfasung aufweist. Die Abfasung bricht die Unterkante der Platte und schafft einen weicheren Übergang. Dadurch wird die Beanspruchung der Platte im Umfangsbereich verringert.
Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Platte einen Bund aufweist. Der Bund dient vorteilhaft als Anschlag für eine Feder, welche die Platte gegen die Antriebswelle in Anlage hält. Dabei handelt es sich in der Regel um eine Schraubenfeder, die parallel zu dem Kolben angeordnet ist und den Saughub des Kolbens bewirkt .
Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Antriebswelle und der Platte ein Ring angeordnet ist . Der Ring dient zur Übertragung der Kräfte von der exzentrisch ausgebildeten Antriebswelle auf die Platte. Vorteilhaft ist der Ring gleitend auf der Antriebswelle gelagert. Dabei kann der Ring entweder zylindrisch oder polygonförmig ausgebildet sein.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen einer vorab geschilderten Radialkolbenpumpe. Zum Befestigen der Platte an dem Kolben wird bei herkömmlichen Radialkolbenpumpen ein Plattenhalter verwendet. Dabei erfolgt die Befestigung des Plattenhalters an dem Kolben durch einen Sprengring. Die Montage der Platte an dem Kolben ist kompliziert und zeitaufwendig.
Deshalb ist liegt der vorliegenden Erfindung des weiteren das Problem zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen einer vorab geschilderten Radialkolbenpumpe bereitzustellen, das einfach und schnell ausgeführt werden kann.
Das Problem ist bei einem Verfahren zum Herstellen einer vorab geschilderten Radialkolbenpumpe dadurch gelöst, daß der Kugelabschnitt des Kolbens in die Vertiefung der Platte eingeführt wird, bis der Kugelabschnitt an der Vertiefung anliegt, und daß anschließend der Bördelrand angelassen und gleichzeitig mit einem Formwerkzeug gegen den Kugelabschnitt und oder die Rille verformt wird. In der Regel wird die Platte zunächst gehärtet. Das nachfolgende Anlassen erfolgt dann induktiv. Das sogenannte "Warmbördeln" hat den Vorteil, daß der Bördelrand infolge der Elastizität des Werkstoffs wieder zurückfedert. Dadurch stellt sich das für die Beweglichkeit der Verbindung benötigte Grundspiel automatisch ein. Das Verfahren hat zudem den Vorteil, daß es weitestgehend automatisiert werden kann.
Die vorliegende Erfindung hat allgemein den Vorteil, daß der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung in einfacher Art und Weise auf bestehende Radialkolbenpumpen angewendet werden kann. Generell wird die Bauteilfestigkeit , insbesondere bei Teilbefüllung der Zylinderräume, erhöht. Der am Gehäuse vorgesehene Mittenversatz einer herkömmlichen Radialkolbenpumpe braucht nicht geändert zu werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Verschiedene Wege zum Ausführen der beanspruchten Erfindung sind nachfolgend anhand der Zeichnungen im Einzelnen erläutert .
Figur 1 zeigt einen Kolben und eine Platte von einer herkömmlichen Radialkolbenpumpe ;
Figur 2 zeigt einen Kolben und eine Platte von einer
Radialkolbenpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung;
Figur 3 zeigt einen Kolben und eine Platte von einer herkömmlichen Radialkolbenpumpe;
Figur 4 zeigt einen Kolben und eine Platte von einer
Radialkolbenpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung im Schnitt;
Figur 5 zeigt eine Draufsicht der Platte aus Figur 4 vor der Montage an dem Kolben;
Figur 6 zeigt einen Schnitt durch die Platte aus Figur 5 entlang der Linie A-A; und
Figur 7 zeigt eine erfindungsgemäße Radialkolbenpumpe im Schnitt.
Die Figur 1 zeigt einen Ausschnitt einer herkömmlichen Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckerzeugung bei Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen. In Figur 1 ist nur der Teil der Radialkolbenpumpe im Schnitt dargestellt, auf den es bei der vorliegenden Erfindung ankommt. Der prinzipielle Aufbau einer Radialkolbenpumpe wird als bekannt vorausgesetzt und ist deshalb im folgenden nur kurz angesprochen. Die Radialkolbenpumpe wird insbesondere in Common-Rail- Einspritzsystemen zur Kraftstofferzeugung von Verbrennungsmotoren eingesetzt. Dabei bedeutet "common rail" soviel wie "gemeinsame Leitung", "gemeinsame Schiene" oder "gemeinsame Verteilerleiste". 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 der Figur 1 gezeigte Radialkolbenpumpe umfaßt eine in einem Pumpengehäuse gelagerte Antriebswelle mit einem exzentrisch ausgebildeten Wellenabschnitt. Auf dem exzentrischen Wellenabschnitt ist ein polygonförmiger Ring vorgesehen, gegenüber dem der Wellenabschnitt drehbar ist. Der Ring umfaßt mehrere zueinander versetzte Abflachungen gegen die sich jeweils ein Kolben 1 abstützt. Statt des polygonförmigen Rings kann auch ein zylinderförmiger Ring verwendet werden. Die Kolben 1 sind jeweils in einem Zylinderraum 2 zur Antriebswelle in radialer Richtung hin- und herbewegbar aufgenommen .
Wie in Figur 1 gezeigt, ist an dem zur Antriebswelle hin gerichteten Ende des Kolbens 1 eine Platte 3 befestigt. Die Platte 3 ist durch einen Plattenhalter 4, der auch als Käfig bezeichnet wird, an dem zugehörigen Kolben 1 gehalten. Zudem wird die Platte 3 durch eine Feder 5 gegen den (nicht dargestellten) Ring gedrückt. Um zu verhindern, daß der Plattenhalter 4 von dem Kolben 1 herunterrutscht, ist ein Sprengring 6 in einer Nut 7 des Kolbens 1 angebracht .
In Figur 2 ist gezeigt, wie eine Platte 13 gemäß der vorliegenden Erfindung an einen Kolben 11 angelenkt ist. Der Kolben 11 hat am Ende die Form einer Halbkugel 17, die mit einer Abflachung 18 versehen ist. Die Abflachung 18 kann auch entfallen. Die Platte 13 hat in der Mitte eine Vertiefung 19, deren Form an die Form der Halbkugel 17 angepaßt is . Die Platte 13 wird durch einen Plattenhalter 14 gegen die Halbkugel 17 gedrückt.
Durch die kugelige Ausbildung der Anlagefläche zwischen dem Kolben 11 und der Platte 13 ist es möglich, daß sich die Platte 13 relativ zu dem Kolben 11 neigt, wenn ein Moment auf die Platte 13 aufgebracht wird. Das Neigen der Platte 13 relativ zu dem Kolben 11 wird dabei durch die besondere Ausbildung des Plattenrandes und des Plattenhalters 14 in vorteilhafter Weise begünstigt.
Abgesehen von der Vertiefung 19 hat die Platte 13 die Form eines Kegelstumpfes, der sich von dem Kolben weg verjüngt. Dabei ist die Mantelfläche des Kegelstumpfes abgerundet. Der Plattenhalter 14 ist mit mehreren Segmenten 20 versehen, deren Form an die Mantelfläche der Platte 13 angepaßt ist. An der zu dem Kolben 11 gewandten Außenkante der Platte 13 ist eine Abfasung 21 vorgesehen, welche die Montage der Platte 13 an den Kolben 11 erleichtert.
In der Regel ist der Plattenhalter 14 aus einem elastischen Material hergestellt. Wenn die Platte 13 bei der Montage konzentrisch auf die zu dem Kolben 11 gehörige Halbkugel 17 zu bewegt wird, spreizen sich die Segmente 20, wenn sie in /Anlage zu der Abfasung 21 kommen. Infolge der Verjüngung der Platte 13 gehen die Segmente 20 wieder zusammen, wenn die Platte 13 mit der Vertiefung 19 an der Halbkugel 17 des Kolbens 11 anliegt .
Der Plattenhalter 14 hat in der Mitte eine runde Öffnung 25, durch die der Kolben 11 im eingebauten Zustand hindurch ragt . Der Rand der Öffnung 25 des Plattenhalters 14 befindet sich im Anschlag gegen einen Bund 25, der an dem Kolben 11 ausgebildet ist. Dadurch wird der Plattenhalter an dem Kolben 11 gehalten. Ein Sprengring 6 (siehe Figur 1) , wie er bei herkömmlichen Radialkolbenpumpen verwendet wird, kann deshalb entfallen. Schließlich ist in Figur 2 noch gezeigt, daß der Kolben 11, der Plattenhalter 14 und die Platte 13 eine gemeinsame Symmetrieachse 23 aufweisen.
Die in den Figuren 1 und 2 nur ausschnittsweise dargestellte Radialkolbenpumpe dient dazu, Kraftstoff, der von einer Vorförderpumpe aus einem Tank geliefert wird, mit Hochdruck zu beaufschlagen. Der mit Hochdruck beaufschlagte Kraftstoff wird dann in die oben angesprochene gemeinsame Verteilerleiste gefördert .
Die Figur 3 zeigt einen Ausschnitt einer herkömmlichen Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckerzeugung bei Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen. In Figur 3 ist nur der Teil der Radialkolbenpumpe im Schnitt dargestellt, auf den es bei der vorliegenden Erfindung ankommt. Der prinzipielle Aufbau einer Radialkolbenpumpe ist in Figur 7 dargestellt.
In Figur 3 ist ein Kolben 1 dargestellt, der in einem Zylinderraum 2 hin- und herbewegbar ist. An dem freien Ende des Kolbens 1 ist eine Platte 3 befestigt. Die Platte 3 ist durch einen Plattenhalter 4, der auch als Käfig oder Federteller bezeichnet wird, an dem Kolben 1 gehalten. Zudem wird die Platte 3 durch eine Feder 5 mit einer Druckkraft beaufschlagt. Um zu verhindern, daß der Plattenhalter 4 von dem Kolben 1 herunterrutscht, ist ein Sprengring 6 in einer Nut 7 des Kolbens 1 angebracht.
Im Betrieb der Radialkolbenpumpe kommt es vor, daß sich die Platte 3 relativ zu dem Kolben 1 in dem Plattenhalter 4 verdreht . Das Verdrehen der Platte kann zu Beschädigungen und zu Brüchen der Platte, des Kolbens und/oder des Plattenhalters führen. Dieses bei herkömmlichen Radialkolbenpumpen auftretenden Problem wird durch die vorliegende Erfindung gelös .
In Figur 4 ist gezeigt, wie eine Platte 13 gemäß der vorliegenden Erfindung an einen Stößel 11 eines insgesamt mit 10 bezeichneten Kolbens angelenkt ist. Der Stößel 11 hat am Ende die Form einer Kugel 17. Die Platte 13 hat in der Mitte eine Vertiefung 19, die als Gelenkpfanne dient. Durch die kugelige Ausbildung der Anlagefläche zwischen dem Stößel 11 und der Platte 13 ist es möglich, daß sich die Platte 13 relativ zu dem Stößel 11 verdreht, wenn ein Moment auf die Platte 13 aufgebracht wird.
Die Platte 13 ist auf der von dem Kolben 10 abgewandten Seite mit einer Abfasung 20a versehen. Die Abfasung 20a geht in einen Bund 22 über. Der Bund 22 bildet einen Anschlag für eine Feder 23a.
Die Vertiefung 19 ist durch einen Bördelrand 24 eingefaßt. Im zusammengebauten Zustand greift der Bördelrand 24 in eine Rille 25a, die zwischen dem Stößel 11 und der Kugel 17 an dem Kolben 10 ausgebildet ist . Dabei ist zwischen dem Bördelrand 24 und der Kugel 17 bzw. der Rille 25a genügend Spiel vorhanden, daß sich die Platte 13 relativ zu dem Kolben 10 bewegen kann .
In den Figuren 5 und 6 ist die Platte 13 vor der Montage an den Kolben gezeigt. In Figur 6 ist zu sehen, daß der Bδrdelrand 24 der Platte 13 parallel zu der Mittellinie 26a der Platte 13 verläuft. Im Vergleich dazu ist der Bördelrand 24 in Figur 4 leicht nach innen gebogen. In dem in Figur 6 dargestellten Zustand kann die Kugel 17 bei der Montage in Anlage mit der Oberfläche der Vertiefung 19 gebracht werden. Anschließend kann der Bördelrand 24 induktiv angelassen und mit Hilfe eines entsprechenden Werkzeugs gegen den Kolben gedrückt werden. Nach dem Anlassen stellt sich der Bördelrand 24 infolge der Elastizität des verwendeten Materials von selbst so weit zurück, bis das vorab erwähnte Spiel zwischen dem Bördelrand 24 und der Kugel 17 erreicht ist. Dann befindet sich der Bördelrand 24 in dem in Figur 4 gezeigten leicht nach innen gebogenen Zustand, in dem die Platte 13 gelenkig mit dem Kolben 10 verbunden ist.
Wie am besten in Figur 5 gezeigt ist, sind in dem Bördelrand 24 zwei Öffnungen 28, 29 vorgesehen, die zum Schmieren der Verbindung zwischen dem Kolben 10 und der Platte 13 dienen.
In Figur 7 ist eine komplette Radialkolbenpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Radialkolbenpumpe wird insbesondere in Common-Rail-Einspritzsystemen zur Kraftstofferzeugung von Dieselmotoren eingesetzt. Dabei bedeutet "common rail" soviel wie "gemeinsame Leitung", "gemeinsame Schiene" oder "gemeinsame Verteilerleiste". 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 der Figur 7 gezeigte Radialkolbenpumpe umfaßt eine in einem Pumpengehäuse 50 gelagerte Antriebswelle mit einem exzentrisch ausgebildeten Wellenabschnitt 51. Auf dem exzentrischen Wellenabschnitt 51 ist ein polygonförmiger Ring 52 vorgesehen, gegenüber dem der Wellenabschnitt 51 drehbar ist. Der Ring 52 umfaßt drei zueinander versetzte Abflachungen 54 gegen die sich jeweils ein Kolben 55 abstützt. Statt des polygonförmigen Rings 52 kann auch ein zylinderförmiger Ring verwendet werden. Die Kolben 55 sind jeweils in einem Zylinderraum 56 zur Antriebswelle in radialer Richtung hin- und herbewegbar aufgenommen. An die Kolben 55 ist jeweils eine Platte 58 angelenkt. Die Verbindung zwischen dem Kolben 55 und der Platte 58 ist vergrößert in der Figur 4 dargestellt, die vorstehend beschrieben ist .
Die in Figur 7 dargestellte Radialkolbenpumpe dient dazu, Kraftstoff, der von einer Vorförderpumpe aus einem Tank geliefert wird, mit Hochdruck zu beaufschlagen. Der mit Hochdruck beaufschlagte Kraftstoff wird dann in eine gemeinsame Verteilerleiste (common rail) gefördert.

Claims

Ansprüche
1. Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckerzeugung bei Kraf stoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen, insbesondere bei einem Common-Rail-Einspritzsystem, mit einer in einem Pumpengehäuse (50) gelagerten Antriebswelle (51) , die exzentrisch ausgebildet ist oder in Umfangsrichtung nockenartige Erhebungen aufweist, und mit vorzugsweise mehreren bezüglich der Antriebswelle (51) radial in einem jeweiligen Zylinderraum (2, 56) angeordneten Kolben (1, 10, 55) , an deren zur Antriebswelle (51) gewandten Enden jeweils eine Platte (3, 13, 58) angebracht ist, wobei die Kolben (1, 10, 55) durch Drehen der Antriebswelle (51) in dem jeweiligen Zylinderraum (2, 56) in radialer Richtung hin und her bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (13, 58) an dem zugehörigen Kolben (10, 55) angelenkt ist.
2. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (3, 13) durch einen Plattenhalter (4, 14) an dem Kolben (11) gehalten ist.
3. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Antriebswelle gewandte Ende des Kolbens (11) die Form eines Kugelabschnitts (17) aufweist und in eine entsprechende Vertiefung (19) in der Mitte der Platte (13) aufgenommen ist.
4. Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 2 oder 3 , dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (13) die Form einer runden Scheibe hat, deren Umfangsrand abgerundet ist und sich zur Antriebswelle hin verjüngt, wobei die Form des Plattenhalters (14) an den abgerundeten Rand der Platte (13) angepaßt ist .
5. Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (13) auf der zu dem Kolben (11) gewandten Seite am Umfang eine Abfasung (21) aufweist .
6. Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (11) einen Bund (26) aufweist, der in das kugelabschnittsförmige Ende (17) des Kolbens (11) übergeht.
7. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (10, 55) einen Stößel (11) umfaßt, dessen zur Antriebswelle gewandtes Ende als Kugelabschnitt (17) ausgebildet ist, der in eine entsprechende Vertiefung (19) in der Mitte der Platte (13, 58) aufgenommen is .
8. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Kolben (10, 55) zwischen dem Stößel
(11) und dem Kugelabschnitt (17) eine Rille (25a) vorgesehen ist, in welche ein Bördelrand (24) eingreift, der an der Platte (13, 58) ausgebildet ist.
9. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Bördelrand (24) mindestens eine Öffnung (28, 29) ausgespart ist.
10. Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Kugelabschnitts (17) geringfügig kleiner als der Durchmesser des Kolbens ( 10 , 55 ) ist .
11. Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (13, 58) die Form einer runden Scheibe hat .
12. Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (13, 58) auf der zu der Antriebswelle gewandten Seite am Umfang eine Abfasung (20a) aufweist .
13. Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (13, 58) einen Bund
(22) aufweist.
14. Radialkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Antriebswelle und der Platte (13, 58) ein Ring (52) angeordnet ist .
15. Verfahren zum Herstellen einer Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Kugelabschnitt (17) des Kolbens (10, 55) in die Vertiefung (19) der Platte (13, 58) eingeführt wird, bis der Kugelabschnitt (17) an der Vertiefung (19) anliegt, und daß anschließend der Bördelrand (24) angelassen und gleichzeitig mit einem Formwerkzeug gegen den Kugelabschnitt (17) und oder die Rille (25a) verformt wird.
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