DE19814506A1 - Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckversorgung - Google Patents
Radialkolbenpumpe zur KraftstoffhochdruckversorgungInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckversorgung bei Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen, insbesondere bei einem Common-Rail-Einspritzsystem. An radial in einem jeweiligen Zylinderraum angeordneten Kolben ist jeweils eine Platte (14) angebracht. DOLLAR A Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat sich gezeigt, daß die herkömmlich verwendeten Platten (14) im Betrieb insbesondere in der Mitte häufig beschädigt werden. Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, Beschädigungen der Platte zu verhindern. DOLLAR A Das Problem ist dadurch gelöst, daß die Platte (14) in der Mitte (25, 26) so ausgebildet ist, daß die im Betrieb auftretenden Spannungen an dieser Stelle verringert werden. Durch das Verringern der Spannungen in der Plattenmitte (25, 26) wird die Lebensdauer der Platte (14) vorteilhaft verlängert. Somit ist auch bei Spitzendrücken bis zu 2000 bar eine einwandfreie Funktion der Platte (14) gewährleistet.
Description
Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe zur
Kraftstoffhochdruckversorgung 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 herbewegbar sind.
Bei einer derartigen innen abgestützten Radialkolbenpumpe
hat die jeweils an den Enden der Kolben angebrachte Platte
Kontakt mit der Antriebswelle. Die Kolben werden durch die
Exzentrizität der Antriebswelle oder durch nockenartige
Erhebungen auf der Antriebswelle nacheinander 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. Beim Ansaugen von Kraftstoff werden
die Kolben mit der Platte in der Regel jeweils durch eine
Feder gegen die Antriebswelle gedrückt.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat sich gezeigt, daß
die herkömmlich verwendeten Platten im Betrieb,
insbesondere in der Mitte, häufig beschädigt werden. Diese
Verschleißerscheinungen können zum Bruch der Platte führen
und sind deshalb unerwünscht. Die Funktion der
Radialkolbenpumpe ist mit einer beschädigten Platte nicht
mehr gewährleistet. Ein Austauschen einer beschädigten
Platte ist zeitaufwendig, weil die Radialkolbenpumpe
zerlegt und die Antriebswelle ausgebaut werden muß, um an
die beschädigte Platte heranzukommen.
Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, eine
Radialkolbenpumpe bereitzustellen, welche die vorstehend
genannten Nachteile überwindet. Insbesondere sollen
Beschädigungen der Platte verhindert werden. Die Platte
soll im Betrieb verschleißfrei arbeiten und zwar auch bei
hohen Drücken. Dabei soll ein einwandfreier Betrieb der
Radialkolbenpumpe auch bei Teilbefüllung der Zylinderräume
gewährleistet sein. Die erfindungsgemäße Radialkolbenpumpe
soll einen Pumpendruck von bis zu 2000 bar aushalten.
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
Kraftstoffhochdruckversorgung 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 herbewegbar sind, dadurch gelöst, daß die
Platte in der Mitte so ausgebildet ist, daß die im Betrieb
auftretenden Spannungen an dieser Stelle verringert werden.
Bei Untersuchen unter Zuhilfenahme der Finite-Elemente-
Methode hat sich herausgestellt, daß in der Mitte der
Platte im Betrieb die größten Spannungen auftreten. Die
Beschädigungen der Platte im Betrieb werden auf diese
Spannungen zurückgeführt. Durch das Verringern der
Spannungen in der Plattenmitte wird die Lebensdauer der
Platte vorteilhaft verlängert. Somit ist auch bei
Spitzendrücken bis zu 2000 bar eine einwandfreie Funktion
der Platte gewährleistet.
Eine besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch
gekennzeichnet, daß die Platte in der Mitte eine geringere
Dicke aufweist als in den äußeren Bereichen. Dadurch werden
die Spannungen in der Mitte der Platte vermindert. Der
Kraftfluß wird auf die äußeren Bereiche umgeleitet. Dadurch
erfolgt eine Kraftumleitung an diejenigen Stellen, die
weniger belastet werden. So wird der kritische Bereich in
der Mitte der Platte entlastet. Eine besondere Bedeutung
kommt der konkreten Gestalt der Platte zu. Dabei sind
verschiedene Ausführungen möglich, die jedoch alle den
gemeinsamen Grundgedanken der vorliegenden Erfindung
verwirklichen. Je nach Plattentyp kann die Platte eine
mittige Vertiefung zur Aufnahme eines Endes von einem der
Kolben aufweisen. In einem solchen Fall ist die
erfindungsgemäße Ausbildung der Plattenmitte innerhalb der
Vertiefung angeordnet.
Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist
dadurch gekennzeichnet, daß die Platte in der Mitte auf der
von der Antriebswelle abgewandten Seite eine Aussparung in
Form die Form eines Kegels hat, dessen Spitze zum Inneren
der Platte gerichtet ist. Diese kegelige Ausbildung der
Platte in der Mitte kann beispielsweise durch eine
Drehbearbeitung hergestellt werden. Dies hat zum Vorteil,
daß herkömmliche Platten einfach gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgebildet werden können. Darüber hinaus hat
sich gezeigt, daß die Kegelform besonders gut geeignet ist,
um die Spannungsverteilung in der Platte zu optimieren.
Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist
dadurch gekennzeichnet, daß die Platte in der Mitte auf der
zur Antriebswelle gewandten Seite eine Aussparung in Form
eines Kegels hat, dessen Spitze zum Inneren der Platte
gerichtet ist. Die Platte kann entweder auf ihrer Oberseite
oder auf ihrer Unterseite kegelförmig ausgebildet sein. Die
Entscheidung für die Ober- oder die Unterseite hängt von
den auf die Platte wirkenden Kräften ab. Es hat sich im
Rahmen der vorliegenden Erfindung erwiesen, daß es
vorteilhaft ist, den Kegel insbesondere auf der Seite
auszubilden, auf der die größten Kräfte auftreten. Dies
wird in der Regel die Seite sein, auf der die Antriebswelle
angeordnet ist.
Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist
dadurch gekennzeichnet, daß die Platte in der Mitte auf der
von der Antriebswelle abgewandten Seite und auf der zur
Antriebswelle gewandten Seite jeweils eine Aussparung in
Form eines Kegels hat, wobei die Spitzen der beiden Kegel
zueinander gerichtet sind. Erfindungsgemäß werden die
besten Ergebnisse erzielt, wenn sowohl die Oberseite als
auch die Unterseite der Platte in der Mitte kegelförmig
ausgebildet werden. Dadurch ergibt sich ein optimaler
Spannungsverlauf im Betrieb. Die Verschleißfestigkeit einer
derart gestalteten Platte ist vorteilhaft erhöht.
Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist
dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Kegels auf der von
der Antriebswelle abgewandten Seite etwa 1/10 der Höhe des
Kegels auf der zur Antriebswelle gewandten Seite beträgt.
Das ist deshalb von Vorteil, weil auf der zur Antriebswelle
gewandten Seite die größten Kräfte auftreten. Dies ist
insbesondere der Fall, wenn die Zylinderräume nicht
vollständig befüllt werden. Die genauen Abmessungen der
Platte hängen unter anderem vom Pumpendruck und von der
Anzahl der Lastwechsel pro Zeiteinheit ab.
Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist
dadurch gekennzeichnet, daß die Platte rund ist. Der
Einsatz von rechteckigen Platten ist prinzipiell auch
möglich, allerdings ist die runde Form wegen der
günstigeren Krafteinleitung im Zusammenwirken mit der
Antriebswelle vorzuziehen.
Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist
dadurch gekennzeichnet, daß die Platte in der Mitte ein
runde Vertiefung aufweist. Die runde Vertiefung in der
Mitte der Platte dient zur Aufnahme des zur Antriebswelle
gerichteten Endes eines der Kolben. Wenn das Ende des
Kolbens in der Vertiefung aufgenommen ist, kann sich die
Platte im wesentlichen nicht mehr relativ zur Antriebswelle
verschieben.
Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist
dadurch gekennzeichnet, daß die Platte einen Bund aufweist.
Der Bund bildet einen Anschlag für einen Käfig, der an dem
Kolben befestigt ist und dazu dient, die Platte an dem
Kolben zu halten.
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 hat allgemein den Vorteil, daß
der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung in einfacher
Art und Weise auf bestehende Radialkolbenpumpen angewendet
werden kann. Darüber hinaus wird die Bauteilfestigkeit,
insbesondere bei einer Nullförderung im Saughub, erhöht.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung
ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der
nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die
Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen
beschrieben ist. Dabei können die in den Ansprüchen und in
der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzelne für
sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich
sein. Ein Weg zum Ausführen der beanspruchten Erfindung ist
nachfolgend anhand der Zeichnungen im Einzelnen erläutert.
Fig. 1 zeigt eine Schnittdarstellung einer
Radialkolbenpumpe;
Fig. 2 zeigt eine Platte gemäß der vorliegenden
Erfindung;
Fig. 3 zeigt eine vergrößerte Ansicht der Einzelheit X
aus Fig. 1 im Maßstab 20 : 1;
Fig. 4 zeigt eine vergrößerte Ansicht der Einzelheit Y
aus Fig. 1 im Maßstab 20 : 1.
Die Fig. 1 zeigt eine Radialkolbenpumpe zur
Kraftstoffhochdruckversorgung bei
Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen. Die
Radialkolbenpumpe ist mit einer integrierten
Bedarfsmengenregelung ausgestattet. Die Kraftstoffzufuhr
und Dimensionierung erfolgt über eine nicht dargestellte
Zumesseinheit.
Die erfindungsgemäße Radialkolbenpumpe wird insbesondere in
Common-Rail-Einspritzsystemen zur Kraftstoffversorgung von
Dieselmotoren eingesetzt. Dabei bedeutet "common rail"
soviel wie "gemeinsame Leitung" oder "gemeinsame Schiene".
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 Fig. 1 gezeigte Radialkolbenpumpe umfaßt eine
in einem Pumpengehäuse 2 gelagerte Antriebswelle 4 mit
einem exzentrisch ausgebildeten Wellenabschnitt 6. Auf dem
exzentrischen Wellenabschnitt 6 ist ein polygonförmiger
Ring 8 vorgesehen, gegenüber dem der Wellenabschnitt 6
drehbar ist. Der Ring 8 umfaßt drei jeweils um 120°
zueinander versetzte Abflachungen 10 gegen die sich jeweils
ein Kolben 12 abstützt. Statt des polygonförmigen Rings 8
kann auch ein zylinderförmiger Ring verwendet werden. Die
Kolben 12 sind jeweils in einem Zylinderraum 18 zur
Antriebswelle 4 in radialer Richtung hin- und herbewegbar
aufgenommen.
An dem zur Antriebswelle 4 hin gerichteten Ende der Kolben
12 ist jeweils eine Platte 14 befestigt. Die Platten 14
sind jeweils durch einen Käfig 15 an den zugehörigen Kolben
12 gehalten. Zudem sind die Platten 14 jeweils durch eine
Feder 16 gegen den Ring 8 vorgespannt. Wie in Fig. 1 zu
sehen ist, befinden sich die Platten 14 in Anlage mit den
Abflachungen 10 des Rings 8.
In Fig. 2 ist die erfindungsgemäße Platte 14 alleine
gezeigt. Die in Fig. 2 im Querschnitt dargestellte Platte
hat die Form eines Kreiszylinders mit einem Durchmesser von
etwa 15 Millimetern und einer Höhe von etwa 5 Millimetern.
Auf der Oberseite der Platte 14 ist mittig eine ebenfalls
kreiszylinderförmige Vertiefung 20 mit einer abgerundeten
Kante 21 ausgespart. Die Vertiefung 20 dient zur Aufnahme
von einem Ende eines der Kolben 12. An der Platte 14 ist
zudem ein Bund 22 vorgesehen, dessen oberer Rand 23
angeschrägt ist und in die Oberseite der Platte 14
übergeht. An der Unterseite der Platte 14 ist eine Abfasung
24 vorgesehen.
Fig. 3 zeigt die Einzelheit X aus Fig. 1 im Maßstab 20 : 1.
In der vergrößerten Ansicht sieht man, daß die Platte 14
auf der der Vertiefung 20 gegenüberliegenden Unterseite
mittig eine kegelförmigen Aussparung 25 aufweist. Die Höhe
H der kegelförmigen Aussparung 25 beträgt etwa 0,2
Millimeter. Der Durchmesser der kegelförmigen Aussparung 25
beträgt etwa 2,8 Millimeter.
Fig. 4 zeigt die Einzelheit Y aus Fig. 1 im Maßstab 20 : 1.
In der vergrößerten Ansicht sieht man, daß die Platte 14 in
der Mitte der Vertiefung 20 eine kegelförmigen Aussparung
26 aufweist. Die Höhe h der kegelförmigen Aussparung 26
beträgt etwa 0,02 Millimeter.
Claims (10)
1. Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckversorgung
bei Kraftstoffeinspritzsystemen von
Brennkraftmaschinen, insbesondere bei einem Common-
Rail-Einspritzsystem, mit einer in einem Pumpengehäuse
(2) gelagerten Antriebswelle (4), die exzentrisch
ausgebildet ist oder in Umfangsrichtung nockenartige
Erhebungen aufweist, und mit vorzugsweise mehreren
bezüglich der Antriebswelle (4) radial in einem
jeweiligen Zylinderraum (18) angeordneten Kolben, an
deren zur Antriebswelle (4) gewandten Enden jeweils
eine Platte (14) angebracht ist, wobei die Kolben (12)
durch Drehen der Antriebswelle (4) in dem jeweiligen
Zylinderraum (18) in radialer Richtung hin- und her
bewegbar sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Platte (14) in der Mitte so ausgebildet ist,
daß die im Betrieb auftretenden Spannungen an dieser
Stelle verringert werden.
2. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Platte (14) in der Mitte eine
geringere Dicke aufweist als in den äußeren Bereichen.
3. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Platte (14) in der Mitte auf
der von der Antriebswelle (4) abgewandten Seite eine
Aussparung in Form eines Kegels (26) hat, dessen
Spitze zum Inneren der Platte (14) gerichtet ist.
4. Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (14) in der
Mitte auf der zur Antriebswelle (4) gewandten Seite
eine Aussparung in Form eines Kegels (25) hat, dessen
Spitze zum Inneren der Platte (14) gerichtet ist.
5. Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (14) in der
Mitte auf der von der Antriebswelle (4) abgewandten
Seite und auf der zur Antriebswelle (4) gewandten
Seite jeweils eine Aussparung in Form eines Kegels
(25, 26) hat, wobei die Spitzen der beiden Kegel (25,
26) zueinander gerichtet sind.
6. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Höhe des Kegels (26) auf der
von der Antriebswelle (4) abgewandten Seite etwa 1/10
der Höhe des Kegels (25) auf der zur Antriebswelle (4)
gewandten Seite beträgt.
7. Radialkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (14)
rund ist.
8. Radialkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (14)
in der Mitte ein runde Vertiefung (20) aufweist.
9. Radialkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (14)
einen Bund (22) aufweist.
10. Radialkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der
Antriebswelle (4) und der Platte (14) ein Ring (8)
angeordnet ist.
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