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Stand der Technik
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Radialkolbenpumpen
für Kraftstoffeinspritzsysteme sind beispielsweise aus
der
DE 102 21 305 A1 bekannt.
Bei dieser Radialkolbenpumpe ist das Pumpengehäuse sehr
kompliziert geformt. Beispielsweise sind die Niederdruckkanäle
und die Hochdruckkanäle sowie mindestens ein Lagersitz
für die Antriebswelle in das Pumpengehäuse integriert.
Daher ist das Pumpengehäuse sehr kompliziert in seiner
Form und sehr aufwändig und teuer in der Herstellung. Wegen
der komplizierten Geometrie kann es wirtschaftlich nur durch Gießen
hergestellt werden. Für jeden Typ von Radialkolbenpumpe
ist eine gesonderte Gussform erforderlich und jeder Pumpengehäuse-Typ
muss nach dem Gießen auf einer speziellen Fertigungslinie
spanend bearbeitet und montiert werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Radialkolbenpumpe bereitzustellen,
die fertigungstechnisch günstiger ist und gleichzeitig
eine große Flexibilität hinsichtlich der Zahl
der Pumpenelemente zulässt.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese
Aufgabe wird bei einer Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckversorgung
bei Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen mit mindestens
einem bezüglich einer in einen Pumpengehäuse gelagerten
Antriebswelle radial angeordneten Pumpenelement, wobei das oder
die Pumpenelemente von der Antriebswelle betätigt werden
und je eine Saugseite und je eine Hochdruckseite aufweisen, dadurch
gelöst, dass das Pumpengehäuse aus einem prismatischen
Grundkörper hergestellt wird.
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Durch
die Verwendung eines prismatischen Grundkörpers kann dieser
nicht nur durch Gießen, sondern durch Umformen, wie beispielweise
Walzen oder Strangpressen hergestellt werden. Dadurch ergeben sich
erstens mehr Freiheitsgrade bei der Werkstoffwahl und es können
auch hochfeste Werkstoffe eingesetzt werden.
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Des
weiteren ist die Herstellung eines prismatischen Grundkörpers,
der beispielsweise die Form eines kreisringförmigen Querschnitts
hat, fertigungstechnisch sehr einfach realisierbar und kann vollautomatisch
in einem Bearbeitungszentrum erfolgen.
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Eine
weitere sehr vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Grundkörpers sieht vor, dass die Außenkontur des
Grundkörpers einen Querschnitt in Form eines regelmäßigen
Polygons, insbesondere eines Dreiecks oder eines Vierecks, aufweist.
Dadurch sind an der Außenkontur des Grundkörpers
bereits Abflachungen vorhanden, die als Anlagefläche für
ein Pumpenelement, insbesondere einen Zylinderkopf eines Pumpenelements,
dienen können.
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Dies
bedeutet nicht anderes, als dass der Rohling eines erfindungsgemäßen
Grundkörpers für Kraftstoffhochdruckpumpen mit
einem Pumpenelement, zwei Pumpenelementen, drei Pumpenelementen
oder noch mehr Pumpenelementen, identisch ist. Der wesentliche Unterschied
zwischen fertig bearbeiteten erfindungsgemäßen
Grundkörpern von Radialkolbenpumpen mit einem, zwei oder
mehreren Pumpenelementen besteht hinsichtlich der Zahl der Aufnahmebohrungen
in dem Grundkörper, die der Zahl der Pumpenelemente entsprechen
muss. Diese Varianten können aber alle auf der gleichen
Werkzeugmaschine ohne Umrüstung bearbeitet werden. Dadurch
ergeben sich erhebliche fertigungstechnische und wirtschaftliche
Vorteile.
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Selbstverständlich
ist es auch möglich, diese Aufnahmebohrungen als Stufenbohrung
auszubilden, so dass an dem radial äußeren Ende
der Aufnahmebohrung eine Abflachung entsteht, die als Anlagefläche
und/oder Dichtfläche für das Pumpenelement dienen
kann.
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Auch
hier gilt wieder, dass durch den erfindungsgemäßen
Grundkörper mit einer sehr einfachen Geometrie, die Fertigung
verschiedener Ausführungsformen von Radialkolbenpumpen
mit verschiedenen Zahlen von Pumpenelementen, auf dem gleichen Bearbeitungszentrum
beziehungsweise der gleichen Fertigungseinrichtung vorgenommen werden
kann und dadurch die Zahl der Gleichteile bei der Fertigung von
Radialkolbenpumpen drastisch erhöht wird.
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In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Radialkolbenpumpe ist an einer ersten Stirnseite des Grundkörpers
ein Befestigungsflansch vorgesehen. Dieser Befestigungsflansch dient
erstens dazu, den Grundkörper beziehungsweise das Pumpengehäuse
mit der Brennkraftmaschine zu verbinden. Gleichzeitig kann der Befestigungsflansch
aber auch ein Lager für die Antriebswelle aufweisen. Dadurch
wird die Komplexität des Pumpengehäuses weiter
reduziert und das erste Lager für die Antriebswelle kann
mitsamt dem zugehörigen Dichtring in dem Befestigungsflansch
montiert werden, bevor dieser mit dem Grundkörper verbunden
wird.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist an
einer zweiten Stirnseite des Grundkörpers ein Lagerdeckel
vorgesehen, der ein zweites Lager für die Antriebswelle
aufweist.
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Dadurch,
dass beide Lager der Antriebswelle nicht direkt im Pumpengehäuse
angeordnet sind, sondern im Befestigungsflansch bzw. dem Lagerdeckel
angeordnet sind, erfolgt die Montage der Lager außerhalb
des Pumpengehäuses, was die Montage sehr vereinfacht.
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Um
den Befestigungsflansch und den Lagerdeckel sicher und einfach mit
dem Grundkörper zu verbinden, ist vorgesehen, dass zwischen
Befestigungsflansch und Lagerdeckel Verbindungsmittel, insbesondere
eine Schraubverbindung, vorhanden sind, die außerhalb des
Grundkörpers und parallel zu einer Längsachse
des Grundkörpers verlaufen und den Befestigungsflansch
und den Lagerdeckel in axialer Richtung gegen den Grundkörper
pressen.
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Diese
dazu erforderlichen Schrauben sind in Umfangsrichtung versetzt zu
den Pumpenelementen angeordnet, so dass die Pumpenelemente durch
diese in axialer Richtung verlaufenden Schrauben nicht behindert
werden.
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Alternativ
kann der Befestigungsflansch und/oder der Lagerdeckel lösbar,
insbesondere durch eine Schraubverbindung oder unlösbar,
insbesondere durch Schweißen, mit dem Grundkörper
verbunden werden.
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Die
Pumpenelemente der erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe
umfassen einen Kolben, einen Zylinder und einen Zylinderkopf, wobei
der Kolben in dem Zylinder oszilliert und einen Förderraum begrenzt.
Alternativ ist es möglich Zylinder und Zylinderkopf einstückig
oder als getrennte Bauteile auszubilden.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn Zylinder und Zylinderkopf der Pumpenelemente
lösbar, insbesondere durch eine Schraubverbindung oder
durch Schweißen mit dem Grundkörper verbunden
wird. Dadurch ist es auf einfache und sehr gut in einer Großserienfertigung
realisierbarer Weise möglich, die Pumpenelemente beziehungsweise
die ortsfesten Teile der Pumpenelemente mit dem Grundkörper zu
verbinden.
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Die
Komplexität des erfindungsgemäßen Pumpengehäuses
kann weiter dadurch reduziert werden, dass in dem Grundkörper
und/oder dem Lagerdeckel Niederdruckkanäle vorgesehen sind
und dass die Niederdruckkanäle mit der Saugseite des oder
der Pumpenelemente verbunden sind. Dadurch ist es möglich,
die Niederdruckkanäle außerhalb des Pumpengehäuses
herzustellen, was in aller Regel eine fertigungstechnische Vereinfachung
mit sich bringt.
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Auch
ist es bei der erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe
möglich, in dem Lagerdeckel noch weitere Baugruppen des
Niederdruckbereichs des Kraftstoffeinspritzsystems, wie beispielsweise
eine Zumesseinheit oder eine KÜV und anderes mehr, zu integrieren.
Weil der Lagerdeckel beziehungsweise der Befestigungsflansch lediglich
mit dem Niederdruck beaufschlagt wird und nicht dem Förderdruck der
Radialkolbenpumpe von über 2.000 bar ausgesetzt ist, ist
es oftmals ausreichend, den Befestigungsflansch und/oder den Lagerdeckel
aus Aluminium oder einem hochfesten Kunststoff herzustellen. Dadurch
lassen sich Fertigungskosten in erheblichem Umfang einsparen und
es können andere und sehr wirtschaftliche Herstellungsverfahren,
wie beispielsweise Kunststoffspritzen, eingesetzt werden. Diese
Fertigungsverfahren sind bei einem herkömmlichen Pumpengehäuse
nicht einsetzbar.
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In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass der Grundkörper durch Umformen, insbesondere durch
Warmwalzen, Kaltwalzen und/oder Strangpressen hergestellt wird. Auch
Schmieden ist eine Alternative. In jedem Fall ist allen Umformverfahren
gemeinsam, dass die Eigenschaften des solcher Art hergestellten
Rohlings oder Halbzeugs sehr gut sind, da durch das Umformen eine
Gefügeverbesserung stattfindet. Auch dadurch wird die Belastbarkeit
des erfindungsgemäßen Pumpengehäuses
weiter erhöht.
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Weitere
Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sind der nachfolgenden
Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen
entnehmbar. Alle in der Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen
offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in
beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es
zeigen:
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1 Einen
Teillängsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Pumpengehäuses
ohne Pumpenelemente und ohne Antriebswelle und
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2 ein
Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Radialkolbenpumpe.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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1 zeigt
einen Teillängsschnitt durch ein erfindungsgemäßes
Pumpengehäuse. Das erfindungsgemäße Pumpengehäuse
umfasst im Wesentlichen einen prismatischen Grundkörper 1,
der eine Aufnahmebohrung 5.1 aufweist. Diese Aufnahmebohrung 5.1 ist
radial und orthogonal zu einer Längsachse 3 angeordnet,
wie sich aus dem Schnitt entlang der Linie A-A im rechten Teil der 1 ergibt. Die
Aufnahmebohrung 5.1 dient dazu, ein Pumpenelement (nicht
dargestellt in 1) aufzunehmen.
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Senkrecht
zur Aufnahmebohrung 5.1 ist an dem prismatischen Grundkörper 1 eine
Abflachung 7.1 vorgesehen. Diese Abflachung 7.1 dient
als Anlagefläche und/oder Dichtfläche für
das nicht dargestellte Pumpenelement.
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Die
Abflachung 7.1 kann entweder bereits beim Umformen des
Grundkörpers 1, beispielsweise durch Strangpressen
hergestellt werden. Alternativ ist es auch möglich, den
Grundkörper 1 als dickwandiges Rohr mit kreiszylindrischem
Querschnitt herzustellen und anschließend die Abflachung 7.1,
beispielsweise durch Fräsen oder Drehen herzustellen. Selbstverständlich
ist es auch möglich, die Aufnahmebohrung 5.1 als
Stufenbohrung auszuführen und die Abflachung 7.1 mit
einem entsprechend geformten Stufenbohrer herzustellen.
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An
einer ersten Stirnseite (ohne Bezugszeichen) des Grundkörpers 1 ist
ein Befestigungsflansch 9 vorgesehen. Der Befestigungsflansch 9 weist
einen mit dem Innendurchmesser Di des prismatischen
Grundkörpers 1 kompatiblen zylindrischen Vorsprung 11 auf.
In diesem Vorsprung 11 sind eine Lagerfläche 13 und
ein Absatz 15, der zur Aufnahme eines nicht dargestellten
Axialwellendichtrings dient, vorgesehen.
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An
der anderen Stirnseite des prismatischen Grundkörpers 1 ist
ein Lagerdeckel 17 vorhanden, der ebenfalls einen Vorsprung 11 und
eine Lagerfläche 13 aufweist. Der Lagerdeckel 17 ist
im Gegensatz zum Befestigungsflansch 9 verschlossen, und dichtet
somit einen Innenraum des prismatischen Grundkörpers 1 flüssigkeitsdicht
ab.
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Wie
sich aus dem Schnitt der Linie A-A ergibt, sind in dem Lagerdeckel 17 drei
Durchgangsbohrungen 19 vorgesehen. Im Befestigungsflansch 9 sind
ebenfalls drei solcher Durchgangsbohrungen 19 vorhanden.
Um den Befestigungsflansch 9 und den Lagerdeckel 17 mit
dem Grundkörper 1 zu verbinden, werden Befestigungsflansch 9 und
den Lagerdeckel 17 durch Spannschrauben, die durch die
Durchgangsbohrungen 19 gesteckt werden, gegeneinander gezogen
und dadurch axial mit dem Grundkörper 1 verspannt.
Im linken Teil der 1 ist diese Schraubverbindung
durch eine strichpunktierte Linie 21 angedeutet.
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Wenn
die erfindungsgemäße Radialkolbenpumpe nur ein
Pumpenelement aufweisen soll, wird lediglich die Aufnahmebohrung 5.1 und
die Abflachung 7.1 aus dem Rohling des Grundkörpers 1 herausgearbeitet.
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Wenn
die Radialkolbenpumpe zwei Pumpenelemente aufweisen soll, werden
um 180° zu der Aufnahmebohrung 5.1 und der Abflachung 7.1 versetzt
eine zweite Aufnahmebohrung 5.2 sowie eine zweite Abflachung 7.2 aus
dem prismatischen Grundkörper 1 herausgearbeitet.
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Wenn
die erfindungsgemäße Radialkolbenpumpe zur Hochdruckversorgung
eines sehr leistungsstarken Motors dient, kann es auch erforderlich sein,
drei Pumpenelemente vorzusehen. In diesem Fall werden insgesamt
drei Aufnahmebohrungen 5.1, 5.3 und 5.4 sowie
drei Abflachungen 7.1, 7.3 und 7.4 aus
dem Rohling des Grundkörpers 1 herausgearbeitet.
Es empfiehlt sich in diesem Fall, die drei Aufnahmebohrungen 5.1, 5.3 und 5.4 sowie
die Abflachungen 7.1, 7.3 und 7.4 jeweils
120° zueinander versetzt anzuordnen.
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Die
optionalen zusätzlichen Aufnahmebohrungen 5.2, 5.3 und 5.4 sind
in dem Schnitt A-A durch gestrichelte Linien gekennzeichnet. Hervorzuheben bleibt,
dass der Grundkörper 1 unabhängig von
der Zahl der Pumpenelemente aus dem gleichen Rohling hergestellt
wird.
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In 2 ist
ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Radialkolbenpumpe mit zwei Pumpenelementen 29, die 180° zueinander
versetzt angeordnet sind, im Schnitt dargestellt. Zusätzlich
in dieser 2 ist ersichtlich, dass im Inneren
des Grundkörpers 1 eine Antriebswelle 23 vorgesehen ist.
Die Antriebswelle 23 ist an den Lagern 13 des
Befestigungsflansches 9 sowie des Lagerdeckels 17 drehbar
gelagert. Das in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel
einer Antriebswelle 23 weist einen exzentrischen Abschnitt 25 auf,
auf dem ein Polygonring, wie er aus dem Stand der Technik bekannt
ist, drehbar gelagert ist. Selbstverständlich ist die Erfindung
nicht auf diese Bauart beschränkt, sondern kann mit allen
Typen von Exzenterwellen oder Nockenwellen ausgestattet werden.
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In
die Aufnahmebohrungen 5.1 und 5.2 ist jeweils
ein Pumpenelement 29, umfassend unter anderem einen Kolben 31,
einen Zylinder 33 und einen Zylinderkopf 35, eingesetzt.
Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel
eines Pumpenelements 29 sind der Zylinderkopf 35 und
der Zylinder 33 einstückig ausgebildet.
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Zwischen
einem Kolbenfuß 37 und dem Zylinderkopf 35 ist
eine Schraubenfeder 39 eingespannt, welche den Kolbenfuß 37 und
damit den Kolben 31 gegen den Polygonring 27 hält.
Der Kolben 31, der Zylinder 33 und der Zylinderkopf 35 begrenzen
einen Förderraum 41.
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Ein
Hochdruckkanal 43 geht vom Förderraum 41 senkrecht
zur Zeichnungsebene ab und stellt die hydraulische Verbindung zwischen
einem druckseitigen Rückschlagventil (nicht dargestellt) und
dem Common Rail (ebenfalls nicht dargestellt) des Kraftstoffeinspritzsystems
her.
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In
der in 2 dargestellten Schnittebene ist die Saugseite
der Pumpenelemente 29 dargestellt. Diese Saugseite umfasst
ein Rückschlagventil 45, Niederdruckkanäle 47.1, 47.2 und 47.3 und
eine Ringnut 49.
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Die
Ringnut 49 ist am Außendurchmesser des Vorsprungs 11 des
Lagerdeckels 17 angeordnet und steht über einen
nicht dargestellten Kraftstoffzulauf von einer Vorförderpumpe
mit Kraftstoff aus einem Kraftstofftank versorgt. Das Rückschlagventil 45 wird
durch einen Deckel 51 im Zylinderkopf 35 befestigt.
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Von
der Ringnut
49 gelangt der Kraftstoff durch den im Grundkörper
1 im
Wesentlichen radial verlaufenden Niederdruckkanal
47.3 in
im Zylinder
33 und/oder im Zylinderkopf
35 vorhandenen
Niederdruckkanäle
41.1 und
41.2 und gelangt
von dort zum Rückschlagventil
45. Die Funktionsweise
der Pumpenelemente
29 und des Rückschlagventil
45 im
besonderen sind beispielsweise aus der
DE 102 21 305 bekannt, so dass an
dieser Stelle auf eine erneute Beschreibung verzichtet wird.
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Durch
die Ringnut 49 können – unabhängig von
der Zahl der Pumpenelemente 29 – alle Pumpenelemente 29 einer
erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe mit Kraftstoff
versorgte werden.
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Zusammenfassend
lässt sich festhalten, dass das erfindungsgemäße
Pumpengehäuse, welches einen prismatischen Grundkörper 1 umfasst und
durch einen Befestigungsflansch 9 und einen Lagerdeckel 17 ergänzt
wird, erstens sehr einfach aufgebaut ist, da der Grundkörper 1 eine
prismatische Form hat. Dadurch ist es möglich, diesen Grundkörper 1 durch
Umformen oder durch Drehen aus dem Vollen herzustellen. Damit steht
gleichzeitig eine Vielzahl leistungsfähiger Werkstoffe
zur Verfügung.
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Außerdem
kann der gleiche prismatische Grundkörper sowohl für
Radialkolbenpumpen mit einem Pumpenelement oder mehreren Pumpenelementen
benutzt werden. Die Lager der Befestigungsflansch 9, die
Antriebswelle 23, der Polygonring 27, der Lagerdeckel 17 sind
unabhängig von der Zahl der eingesetzten Pumpenelemente 29.
Der Grundkörper 1 wird an die gewünschte
Zahl von Pumpenelementen 29 dadurch angepasst, dass entsprechend
viele Aufnahmebohrungen 5 und Abflachungen 7 radial über
den Umfang verteilt in den Grundkörper 1 eingebracht
werden. Dadurch ist es auch möglich, Radialkolbenpumpen
mit unterschiedlichen Fördermengen auf einer Fertigungsstraße
herzustellen, so dass diese sehr gleichmäßig ausgelastet
werden kann und alle Radialkolbenpumpen die gleiche Fertigungstechnologie
benutzen können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10221305
A1 [0001]
- - DE 10221305 [0041]