DE102004048714A1

DE102004048714A1 - Radialkolbenpumpe

Info

Publication number: DE102004048714A1
Application number: DE200410048714
Authority: DE
Inventors: Ngoc-Tam Vu
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2004-10-06
Filing date: 2004-10-06
Publication date: 2006-04-13
Also published as: WO2006037671A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe mit einem Pumpengehäuse (1); wenigstens einer Pumpeneinheit (2), umfassend einen Pumpenkolben (3) und einen Zylindereinsatz (4); in dem der Pumpenkolben (3) hin- und herbewegbar gelagert ist; sowie einer Exzenterwelle (5), über die die Pumpeneinheit (2) antreibbar ist. Erfindungsgemäß ist der Pumpenkolben (3) über ein Pleuel (6) und einen Kreuzkopf (7) mit der Exzenterwelle (5) verbunden, wodurch sich vorteilhaft ein besonders reibungsarmer und verschleißarmer Antrieb der Radialkolbenpumpe ergibt. Derartige Radialkolbenpumpen sind insbesondere für die bei Kraftstoffhochdruckpumpen auftretenden hohen Drücke und hohen Drehzahlen geeignet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe, insbesondere eine Radialkolbenhochdruckpumpe, für ein Kraftstoffeinspritzsystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine gattungsgemäße Radialkolbenpumpe ist beispielsweise aus der DE 100 39 210 A1 bekannt. Die Radialkolbenpumpe weist eine Antriebswelle mit einem Exzenterabschnitt auf, die in einem 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 Pumpeneinheit ist einen radial im Pumpengehäuse längs bewegbar geführten Pumpenkolben zugeordnet. Die einzelnen Pumpenkolben liegen 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 Abflachungen auf. Im Pumpenbetrieb kommt es zu einer Relativbewegung zwischen der Gleitfläche des Gleitschuhs und der Abflachung des Hubrings. Diese führt, insbesondere bei den bei Kraftstoffhochdruckpumpen auftretenden hohen Drücken und hohen Drehzahlen, zu einem starken Verschleiß der Gleitschuhe sowie der Abflachungen des Hubrings.

Zur Reduzierung des Verschleißes ist aus der DE 196 35 164 A1 bekannt, Schmierrillen in die Abflachungen am Hubring auszubilden, die im Wesentlichen quer zur Relativbewegung zwischen Kolben und Hubring angeordnet sind.

Schließlich ist aus der DE 198 36 901 C1 bekannt, in der Abflachung 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 Querschnittsfläche 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 gewährleistet ist. Nicht zuletzt müssen die Schmiernuten in einem aufwendigen Fertigungsverfahren in die entsprechende Fläche eingebracht werden.

Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Radialkolbenpumpe bereitzustellen, die eine sichere und dauerhafte Funktion auch bei hohen Pumpendrücken und Drehzahlen gewährleistet und darüber hinaus einen einfachen Aufbau aufweist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruch 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kombination miteinander einsetzbar sind, sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die erfindungsgemäße Radialkolbenpumpe mit einem Pumpengehäuse; wenigstens einer Pumpeneinheit umfassend einen Pumpenkolben und einen Zylindereinsatz, in dem der Pumpenkolben hin- und her bewegbar gelagert ist; sowie einer Exzenterwelle, über die die Pumpeneinheit antreibbar ist; zeichnet sich dadurch aus, dass der Pumpenkolben über einen Pleuel und einen Kreuzkopf mit der Exzenterwelle verbunden ist. Durch die Verwendung eines Pleuels in Verbindung mit einem Kreuzkopf wird in vorteilhafter Weise die Reibung zwischen den Bauteilen minimiert und dadurch die Lebensdauer der Bauteile erhöht.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Pleuel und der Kreuzkopf mittels eines Bolzens gegeneinander schwenkbar verbunden sind. Der Kreuzkopf ist in einer Öffnung im Pumpengehäuse geführt, wodurch sich die Drehbewegung der Exzenterwelle auf einfache Weise in eine Linearbewegung 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 aufgenommen, wodurch die Reibung zwischen den Bauteilen weiter verringert wird. Die Gleitlagerbuchsen können hohe Kräfte gut aufnehmen und ermöglichen somit eine hohe Lebensdauer der Radialkolbenpumpe.

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 formschlüssige 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 ausgebildet und in einer im Pumpengehäuse ausgebildeten Bohrung geführt 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 wenigstens eine Abflachung aufweist. Durch die Abflachung ergibt sich eine einfache Entlüftung. Die Luft kann dadurch in vorteilhafter Weise bei der Aufwärtsbewegung des Kreuzkopfes aus dem Zwischenraum zwischen dem Zylindereinsatz und dem Kreuzkopf entweichen. Anderenfalls müsste diese Luft jeweils komprimiert werden, was zu einer Verringerung des Wirkungsgrades führen und die Funktion der Radialkolbenpumpe erheblich behindern 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 lineare 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 Drücken bzw. Drehzahlen, wie sie z.B. bei Kraftstoffhochdruckpumpen auftreten, wofür sich die vorliegende Erfindung insbesondere eignet.

Ausführungsbeispiele und weitere Vorteile der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen erläutert.
Es zeigt schematisch:
1: einen Radialschnitt durch eine erfindungsgemäße Radialkolbenpumpe;
2: einen Axialschnitt durch die in 1 gezeigte Radialkolbenpumpe; und
3: eine dreidimensionale Ansicht der in 1 und 2 gezeigten Radialkolbenpumpe.
Bei den Figuren handelt es sich jeweils um stark vereinfachte Darstellungen, bei denen nur die wesentlichen, zur Beschreibung der Erfindung notwendigen, Bauteile gezeigt sind.
1 zeigt einen Radialschnitt durch eine Radialkolbenpumpe. Die Radialkolbenpumpe besteht im Wesentlichen aus einem Pumpengehäuse 1 und einem Zylindereinsatz 4. Der Zylindereinsatz 4 weist einen Zylinderraum 13 auf, in dem ein Pumpenkolben 3 hin- und her bewegbar angeordnet ist. Der Pumpenkolben 3 wird von einer Exzenterwelle 5 über einen Pleuel 6 und einen 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 gesteckt und über den Bolzen 8 mit dem Kreuzkopf 7 formschlüssig verbunden. Die gabelförmige Aufnahme des Kreuzkopfes 7 weist zwei Gleitlagerbuchsen 18 auf, wodurch das Pleuel 6 und der Kreuzkopf 7 besonders reibungsarm und leicht gegeneinander 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 Drehbewegung 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 zusätzlichen Rückholelemente wie beispielsweise Rückholfedern notwendig. Hierdurch vereinfacht sich der Aufbau der Radialkolbenpumpe erheblich. Zusätzlich wird die Funktionssicherheit der Radialkolbenpumpe erhöht.
Die Radialkolbenpumpe ist vorzugsweise in einer modularen Bauweise ausgebildet. Die Pumpeneinheit bestehend aus Exzenterwelle 5, Pleuel 6, Kreuzkopf 7 und Pumpenkolben 3 kann dabei im Wesentlich bereits vor dem Zusammenbau der Radialkolbenpumpe als selbstständige Baueinheit vormontiert werden.
Die Funktionsweise der Radialkolbenpumpe gleicht der Funktionsweise 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 Zylinderraum 13 nachgeschaltetes Hochdruckventil 21 geschlossen. Der Kraftstoff wird durch den Kompressionshub verdichtet und anschließend über das Hochdruckventil 21 einem nicht dargestellten Kraftstoffhochdruckspeicher zugeführt.
2 zeigt einen Axialschnitt durch die in 1 gezeigte Radialkolbenpumpe. In der 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 Entlüftungsquerschnitt 19. Der Entlüftungsquerschnitt 19 sorgt vorteilhaft dafür, dass die Luft in der Bohrung 11 bei der Aufwärtsbewegung des Kreuzkopfes 7 entweichen kann. Anderenfalls wäre die Funktion der Radialkolbenpumpe stark eingeschränkt, da zwischen dem Kreuzkopf 7 und dem Zylindereinsatz 4 ein Luftpolster vorhanden wäre, das bei jeder Aufwärtsbewegung des Kreuzkopfes 7 komprimiert werden müsste.
Anhand von 2 wird noch einmal die bereits in 1 beschriebene Befestigung zwischen dem Pleuel 6 und dem Kreuzkopf 7 über einen Bolzen 8 verdeutlich. Die gabelförmige Aufnahme 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 Kreuzkopf 7 fluchtet. Anschließend wird der Kreuzkopf 7 mit dem Pleuel 6 durch den Bolzen 8 formschlüssig verbunden.
3 schließlich zeigt eine dreidimensionale Darstellung der in 1 und 2 gezeigten Radialkolbenpumpe. Die dreidimensionale 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 angeordnet. Hierdurch kann eine sehr kompakte Bauform der Radialkolbenpumpe gewährleistet werden. Anstelle der Gleitlagerbuchsen 16, 18 lassen sich auch Wälzlager verwenden.
Durch den Antrieb des Pumpenkolbens über einen Pleuel und einem Kreuzkopf ist erstmals ein besonders reibungsarmer und damit verschleißarmer Betrieb einer Radialkolbenpumpe ermöglicht. Hierdurch ergibt sich eine Radialkolbenpumpe mit besonders hoher Lebensdauer auch bei sehr hohen Drücken bzw. Drehzahlen, wie sie z.B. bei Kraftstoffhochdruckpumpen auftreten, wofür sich die vorliegende Erfindung insbesondere eignet.

Claims

Radialkolbenpumpe, mit – einem Pumpengehäuse (1), – wenigstens einer Pumpeneinheit (2, 22) umfassend einen Pumpenkolben (3) und einen Zylindereinsatz (4), in dem der Pumpenkolben (3) hin und her bewegbar gelagert ist; sowie – einer Exzenterwelle (5), über die die Pumpeneinheit (2) antreibbar ist; dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpenkolben (3) über einen Pleuel (6) und einen Kreuzkopf (7) mit der Exzenterwelle (5) verbunden ist.
Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Pleuel (6) und der Kreuzkopf (7) mittels eines Bolzens (8) gegeneinander schwenkbar verbunden sind.
Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpenkolben (3) formschlüssig mit dem Kreuzkopf (7) verbunden ist.
Radialkolbenpumpe nach einem der Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kreuzkopf (7) eine T-Nut (9) aufweist, der mit einem am Pumpenkolben (3) ausgebildeten Absatz (10) eine formschlüssige Verbindung ausbildet.
Radialkolbenpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kreuzkopf (7) im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet und in einer im Pumpengehäuse (1) ausgebildeten Bohrung (11) geführt ist.
Radialkolbenpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kreuzkopf (7) parallel zu seiner Längsachse wenigstens eine Abflachung (12) aufweist.