Beschreibung
Radialkolbenpumpe
Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe, insbesondere eine Radialkolbenhochdruckpumpe, für ein Kraftstoffeinspritz¬ system nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine gattungsgemäße Radialkolbenpumpe ist beispielsweise aus der DE 100 39 210 Al bekannt. Die Radialkolbenpumpe weist ei¬ ne Antriebswelle mit einem Exzenterabschnitt auf, die in ei¬ nem Pumpengehäuse drehbar gelagert ist. Auf dem exzentrischen Wellenabschnitt ist ein Hubring gleitend gelagert angeordnet. Die Radialkolbenpumpe weist drei in einem Abstand von je 120° zueinander angeordnete Pumpeneinheiten auf. Jede Pumpenein¬ heit ist einen radial im Pumpengehäuse längs bewegbar geführ¬ ten Pumpenkolben zugeordnet. Die einzelnen Pumpenkolben lie¬ gen jeweils an einem Gleitschuh an, der sich über eine Feder gegen den Hubring abstützt, um so das Mitdrehen des Hubrings mit der Antriebswelle zu verhindern. Hierzu weist der Hubring eine der Anzahl der Pumpenkolben entsprechende Zahl von Ab¬ flachungen auf. Im Pumpenbetrieb kommt es zu einer Relativbe¬ wegung zwischen der Gleitfläche des Gleitschuhs und der Ab¬ flachung des Hubrings. Diese führt, insbesondere bei den bei Kraftstoffhochdruckpumpen auftretenden hohen Drücken und ho¬ hen Drehzahlen, zu einem starken Verschleiß der Gleitschuhe sowie der Abflachungen des Hubrings .
Zur Reduzierung des Verschleißes ist aus der DE 196 35 164 Al bekannt, Schmierrillen in die Abflachungen am Hubring auszu¬ bilden, die im Wesentlichen quer zur Relativbewegung zwischen Kolben und Hubring angeordnet sind.
Schließlich ist aus der DE 198 36 901 Cl bekannt, in der Ab- flachung des Hubrings Schmiernuten auszubilden, die parallel zur Richtung der Bewegung der jeweiligen Abflachung relativ zu den zugehörigen Kolben angeordnet sind.
Nachteilig an solchen Schmiernuten ist, dass die Quer¬ schnittsfläche der Schmiernuten relativ groß im Verhältnis zur Querschnittsfläche der gesamten Abflachung ist. Hierdurch nimmt die tragende Fläche der Abflachung ab, wodurch wiederum ein erhöhter Verschleiß auftritt. Zudem kann das Öl leicht aus den Schmiernuten herausgedrückt werden, so dass bei hohen Drehzahlen keine ausreichende Schmierung der Gleitflächen ge¬ währleistet ist. Nicht zuletzt müssen die Schmiernuten in ei- nem aufwendigen Fertigungsverfahren in die entsprechende Flä¬ che eingebracht werden.
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Radialkol- benpumpe bereitzustellen, die eine sichere und dauerhafte
Funktion auch bei hohen Pumpendrücken und Drehzahlen gewähr¬ leistet und darüber hinaus einen einfachen Aufbau aufweist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Pa- tentanspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen, welche ein¬ zeln oder in Kombination miteinander einsetzbar sind, sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die erfindungsgemäße Radialkolbenpumpe mit einem Pumpengehäu¬ se; wenigstens einer Pumpeneinheit umfassend einen Pumpenkol¬ ben und einen Zylindereinsatz, in dem der Pumpenkolben hin- und her bewegbar gelagert ist; sowie einer Exzenterwelle, ü- ber die die Pumpeneinheit antreibbar ist; zeichnet sich da¬ durch aus, dass der Pumpenkolben über einen Pleuel und einen Kreuzkopf mit der Exzenterwelle verbunden ist. Durch die Ver¬ wendung eines Pleuels in Verbindung mit einem Kreuzkopf wird in vorteilhafter Weise die Reibung zwischen den Bauteilen mi- nimiert und dadurch die Lebensdauer der Bauteile erhöht.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Pleuel und der Kreuzkopf mittels eines Bolzens gegenein¬ ander schwenkbar verbunden sind. Der Kreuzkopf ist in einer Öffnung im Pumpengehäuse geführt, wodurch sich die Drehbewe- gung der Exzenterwelle auf einfache Weise in eine Linearbewe¬ gung umwandeln lässt. Vorzugsweise ist der Kreuzkopf mittels zweier Gleitlagerbuchsen auf dem Bolzen gelagert. Anstelle der Gleitlager können auch Wälzlager Anwendung finden. Die Kräfte werden vorteilhaft von den Gleitlagerbuchsen auf- genommen, wodurch die Reibung zwischen den Bauteilen weiter verringert wird. Die Gleitlagerbuchsen können hohe Kräfte gut aufnehmen und ermöglichen somit eine hohe Lebensdauer der Ra¬ dialkolbenpumpe.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Pumpenkolben formschlüssig mit dem Kreuzkopf verbunden ist. Durch die formschlüssige Verbindung sind keine zusätzlichen Rückholelemente für den Kolben notwendig.
Erfindungsgemäß bevorzugt weist der Kreuzkopf eine T-Nut auf, die mit einem am Pumpenkolben ausgebildeten Absatz eine form¬ schlüssige Verbindung zwischen Pumpenkolben und Kreuzkopf ausbildet. Eine solche T-Nut ist verhältnismäßig einfach in den Kreuzkopf auszubilden und gewährleistet vorteilhaft eine einfache und sehr sichere Verbindung zwischen dem Kreuzkopf und dem Pumpenkolben auch bei hohen Belastungen sowie hohen Drehzahlen.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Kreuzkopf im Wesentlichen zylindrisch ausgebil¬ det und in einer im Pumpengehäuse ausgebildeten Bohrung ge¬ führt ist. Die im Wesentlichen zylindrische Ausbildung des Kreuzkopfes lässt sich gleichermaßen einfach wie preiswert beispielsweise durch Drehen herstellen. Ebenso ist die im Pumpengehäuse korrespondierende Bohrung auf einfache Weise, beispielsweise durch Bohren, herstellbar.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Kreuzkopf parallel zu seiner Längsachse wenigs¬ tens eine Abflachung aufweist. Durch die Abflachung ergibt sich eine einfache Entlüftung. Die Luft kann dadurch in vor- teilhafter Weise bei der Aufwärtsbewegung des Kreuzkopfes aus dem Zwischenraum zwischen dem Zylindereinsatz und dem Kreuz¬ kopf entweichen. Anderenfalls müsste diese Luft jeweils komp¬ rimiert werden, was zu einer Verringerung des Wirkungsgrades führen und die Funktion der Radialkolbenpumpe erheblich be- hindern würde.
Der erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe liegt der Gedanke zugrunde anstelle eines Gleitschuhs ein Pleuel zu verwendet, der über einen Kreuzkopf den Pumpenkolben hin und her bewegt. Die Umwandlung der Drehbewegung der Exzenterwelle in eine li¬ neare Hubbewegung des Kreuzkopfes und damit des Pumpenkolbens erfolgt bevorzugt über Gleitlager, welche die auftretenden Kräfte sehr gut aufnehmen können. Hierdurch ergibt sich eine im Vergleich zum Stand der Technik wesentlich langlebigere Ausbildung einer Radialkolbenpumpe auch bei sehr hohen Drü¬ cken bzw. Drehzahlen, wie sie z.B. bei Kraftstoffhochdruck¬ pumpen auftreten, wofür sich die vorliegende Erfindung insbe¬ sondere eignet.
Ausführungsbeispiele und weitere Vorteile der Erfindung wer¬ den im Folgenden anhand der Zeichnungen erläutert.
Es zeigt schematisch:
Figur 1: einen Radialschnitt durch eine erfindungsgemäße Ra¬ dialkolbenpumpe;
Figur 2 : einen Axialschnitt durch die in Figur 1 gezeigte
Radialkolbenpumpe; und
Figur 3: eine dreidimensionale Ansicht der in Figur 1 und 2 gezeigten Radialkolbenpumpe.
Bei den Figuren handelt es sich jeweils um stark vereinfachte Darstellungen, bei denen nur die wesentlichen, zur Beschrei¬ bung der Erfindung notwendigen, Bauteile gezeigt sind.
Figur 1 zeigt einen Radialschnitt durch eine Radialkolbenpum¬ pe. Die Radialkolbenpumpe besteht im Wesentlichen aus einem Pumpengehäuse 1 und einem Zylindereinsatz 4. Der Zylinderein¬ satz 4 weist einen Zylinderraum 13 auf, in dem ein Pumpenkol- ben 3 hin- und her bewegbar angeordnet ist. Der Pumpenkolben 3 wird von einer Exzenterwelle 5 über einen Pleuel 6 und ei¬ nen Kreuzkopf 7 angetrieben. Der Pleuel 6 weist ein Großauge 14 sowie ein Kleinauge 15 auf. Das Großauge 14 des Pleuels 6 ist mit einer Gleitlagerbuchse 16 versehen und drehbar auf der Exzenterwelle 5 angeordnet. Das Kleinauge 15 des Pleuels 6 ist mit einem Bolzen 8 versehen. Der Bolzen 8 sorgt für die Verbindung zwischen dem Pleuel 6 und dem Kreuzkopf 7. Der Kreuzkopf 7 weist hierzu eine gabelförmige Aufnahme für das Kleinauge 15 des Pleuels 6 auf. Das Kleinauge 15 wird bei der Montage in die gabelförmige Aufnahme des Kreuzkopfes 7 ge¬ steckt und über den Bolzen 8 mit dem Kreuzkopf 7 formschlüs¬ sig verbunden. Die gabelförmige Aufnahme des Kreuzkopfes 7 weist zwei Gleitlagerbuchsen 18 auf, wodurch das Pleuel 6 und der Kreuzkopf 7 besonders reibungsarm und leicht gegeneinan- der schwenkbar sind.
Der Kreuzkopf 7 ist in einer Bohrung 11 des Pumpengehäuses 1 geführt. Durch die Führung des Kreuzkopfes 7 im Pumpengehäuse 1 kann der Kreuzkopf 7 lediglich eine lineare Hubbewegung ausführen. Auf diese Weise wird die Umwandlung der Drehbewe¬ gung der Exzenterwelle 5 in eine lineare Hubbewegung des Kreuzkopfes ermöglicht.
Der Kreuzkopf 7 ist in seinem oberen von der Exzenterwelle 5 abgewandten Bereich mit dem Pumpenkolben 3 verbunden. Zur
Verbindung des Pumpenkolbens 3 mit dem Kreuzkopf 7 ist in den Kreuzkopf 7 eine T-förmige Nut 9 ausgebildet, die mit einem
am Pumpenkolben 3 ausgebildeten Absatz 10 eine formschlüssige Verbindung ausbildet. Durch die formschlüssige Verbindung von Pumpenkolben 3 und Kreuzkopf 7 sind vorteilhaft keine zusätz¬ lichen Rückholelemente wie beispielsweise Rückholfedern not- wendig. Hierdurch vereinfacht sich der Aufbau der Radialkol¬ benpumpe erheblich. Zusätzlich wird die Funktionssicherheit der Radialkolbenpumpe erhöht.
Die Radialkolbenpumpe ist vorzugsweise in einer modularen Bauweise ausgebildet. Die Pumpeneinheit bestehend aus Exzen¬ terwelle 5, Pleuel 6, Kreuzkopf 7 und Pumpenkolben 3 kann da¬ bei im Wesentlich bereits vor dem Zusammenbau der Radialkol¬ benpumpe als selbstständige Baueinheit vormontiert werden.
Die Funktionsweise der Radialkolbenpumpe gleicht der Funkti¬ onsweise üblicher Radialkolbenpumpen mit Gleitschuhanordnung. Der Kraftstoff tritt während des Saughubes des Pumpenkolbens 3 über ein Saugventil 17 in den Zylinderraum 13 ein. Während des Kompressionshubs sind das Saugventil 17 sowie ein dem Zy- linderraum 13 nachgeschaltetes Hochdruckventil 21 geschlos¬ sen. Der Kraftstoff wird durch den Kompressionshub verdichtet und anschließend über das Hochdruckventil 21 einem nicht dar¬ gestellten Kraftstoffhochdruckspeicher zugeführt.
Figur 2 zeigt einen Axialschnitt durch die in Figur 1 gezeig¬ te Radialkolbenpumpe. In der Figur 2 ist zu erkennen, dass der Kreuzkopf 7 zwei einander gegenüberliegende Abflachungen 12 aufweist. Die Abflachungen sind im Wesentlichen parallel zur Längsachse des Kreuzkopfes ausgebildet. Die parallele Ausbildung hat im Wesentlichen fertigungstechnische Vorteile; prinzipiell sind auch nicht parallel Abflachungen denkbar. Durch die Abflachungen 12 ergibt sich zwischen der Bohrung 11, im Pumpengehäuse 1 und dem Kreuzkopf 7 ein Entlüftungs¬ querschnitt 19. Der Entlüftungsquerschnitt 19 sorgt vorteil- haft dafür, dass die Luft in der Bohrung 11 bei der Aufwärts¬ bewegung des Kreuzkopfes 7 entweichen kann. Anderenfalls wäre die Funktion der Radialkolbenpumpe stark eingeschränkt, da
zwischen dem Kreuzkopf 7 und dem Zylindereinsatz 4 ein Luft¬ polster vorhanden wäre, das bei jeder Aufwärtsbewegung des Kreuzkopfes 7 komprimiert werden müsste.
Anhand von Figur 2 wird noch einmal die bereits in Figur 1 beschriebene Befestigung zwischen dem Pleuel 6 und dem Kreuz¬ kopf 7 über einen Bolzen 8 verdeutlich. Die gabelförmige Auf¬ nahme des Kreuzkopfes 7 weist eine mit zwei Gleitlagerbuchsen 18 ausgebildete Durchgangsbohrung auf. Der Pleuel 6 wird bei der Montage mit dem Kleinauge 15 derart in der gabelförmigen Aufnahme des Kreuzkopfes 7 angeordnet, dass die Achse des Kleinauges 15 mit der Achse der Durchgangsbohrung im Kreuz¬ kopf 7 fluchtet. Anschließend wird der Kreuzkopf 7 mit dem Pleuel 6 durch den Bolzen 8 formschlüssig verbunden.
Figur 3 schließlich zeigt eine dreidimensionale Darstellung der in Figur 1 und 2 gezeigten Radialkolbenpumpe. Die dreidi¬ mensionale Darstellung verdeutlicht die räumliche Anordnung der einzelnen Bauteile. Deutlich erkennbar ist, wie die zwei Pumpeneinheiten 2, 22 der Radialkolbenpumpe in einer V-
Anordnung zueinander angeordnet sind. Jede Pumpeneinheit 2, 22 weist ein eigenes Pleuel 6 auf. Die jeweiligen Pleuels 6 sind räumlich nah beieinander auf der Exzenterwelle 5 ange¬ ordnet. Hierdurch kann eine sehr kompakte Bauform der Radial- kolbenpumpe gewährleistet werden. Anstelle der Gleitlager¬ buchsen 16, 18 lassen sich auch Wälzlager verwenden.
Durch den Antrieb des Pumpenkolbens über einen Pleuel und ei¬ nem Kreuzkopf ist erstmals ein besonders reibungsarmer und damit verschleißarmer Betrieb einer Radialkolbenpumpe ermög¬ licht. Hierdurch ergibt sich eine Radialkolbenpumpe mit be¬ sonders hoher Lebensdauer auch bei sehr hohen Drücken bzw. Drehzahlen, wie sie z.B. bei Kraftstoffhochdruckpumpen auf¬ treten, wofür sich die vorliegende Erfindung insbesondere eignet.