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Die
Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
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Derartige,
beispielsweise aus der
DE
196 52 831 A1 bekannte Radialkolbenpumpen werden beispielsweise
als Hochdruckpumpen in Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystemen eingesetzt.
Bei Benzineinspritzsystemen werden dabei Drücke in Höhe bis zu 300 bar erzeugt,
während
bei Dieseleinspritzsystemen wesentlich höhere Drücke, bis zu 2000 bar auftreten
können.
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Die
bekannten Radialkolbenpumpen haben ein Gehäuse, in dem eine Exzenterwelle
zum Antrieb mehrerer über
den Umfang verteilter Pumpeinheiten gelagert ist. Die Verdränger der
Pumpeinheiten sind gegen einen Exzenter der Exzenterwelle vorgespannt,
so daß durch
die Betätigung
der Verdränger Kraftstoff
in die Zylinderräume
der Pumpeinheiten eingesaugt, in diesen verdichtet und über Druckventile
an einen Druckkanal im Pumpengehäuse
abgegeben wird. Dieser ist hydraulisch mit allen Pumpeinheiten verbunden
und führt
zum Druck- oder Ausgangsanschluß der
Hochdruckpumpe. Zur Begrenzung des Maximaldruckes ist im Druckkanal
ein Druckbegrenzungsventil vorgesehen, über das bei Überschreiten
des vorbestimmten Maximaldruckes eine Verbindung zum Tank oder zur
Saugseite der Hochdruckpumpe aufsteuerbar ist, so daß Druckmittel
zur Absenkung des Druckes im Druckkanal abströmen kann.
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Bei
den bekannten Lösungen
muß ein
erheblicher fertigungstechnischer Aufwand betrieben werden, um die
die einzelnen Pumpeinheiten mit den Druckkanälen und die Aufnahme für das Druckbegrenzungsventil
auszubilden. Letzteres wird bei der aus der
DE 196 52 831 A1 bekannten
Lösung
in Verlängerung
der Antriebswelle im Pumpengehäuse
aufgenommen.
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Demgegenüber liegt
der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Radialkolbenpumpe zu schaffen,
deren Gehäuse
mit minimalem Aufwand herstellbar ist.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Radialkolbenpumpe mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist das
Druckbegrenzungsventil etwa in einer durch die Pumpeinheiten aufgespannten
Ebene angeordnet, so daß praktisch kein
zusätzlicher
axialer Bauraum zur Aufnahme des Druckbegrenzungsventils erforderlich
ist. Dies hat zur Folge, daß das
Pumpengehäuse. äußerst kompakt
und in Axialrichtung kurzbauend ausgeführt werden kann. Dabei ist
die Bohrung zur Aufnahme des Druckbegrenzungsventils als Radialbohrung
ausgebildet, die einerseits am Außenumfang und andererseits
im Exzenterraum des Pumpengehäuses
mündet.
Diese Bohrung läßt sich äußerst einfach
vom Außenumfang
her in das Pumpengehäuse
einbringen, so daß der
fertigungstechnische Aufwand weiter verringert ist. Die Anordnung
des Druckbegrenzungsventils in einer Radialebene der Pumpeinheiten
hat den weiteren Vorteil, daß die
Anbindung an das Druckkanalsystem der Pumpeinheiten durch kurze Einstichkanäle erfolgen
kann, so daß der
Bearbeitungsaufwand sowie die Druckverluste im Pumpengehäuse aufgrund
der verkürzten
Strömungswege verringert
sind.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn jede Pumpeinheit in eine Zylinderaufnahme
des Pumpengehäuses
eingesetzt wird und die Anbindung des Druckbegrenzungsventils über einen
Verbindungskanal erfolgt, der im Pumpengehäuse vom Druckanschluß einer
Pumpeinheit zur Aufnahmebohrung für das Druckbegrenzungsventil
geführt
ist.
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Die
Achse dieses Verbindungskanals ist derart angeordnet, daß er von
der Zylinderaufnahme für die
Pumpeinheit her bohrbar ist. Dabei ist es besonders vorteilhaft,
wenn dieser Verbindungskanal ebenfalls etwa in der Radialebene liegt,
in der die Pumpeinheit und das Druckbegrenzungsventil angeordnet
sind.
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Der
fertigungstechnische Aufwand und die Anzahl der Dichtflächen lassen
sich weiter verringern, wenn der Druck- oder Ausgangsanschluß der Radialkolbenpumpe
im Gehäuse
des Druckbegrenzungsventils ausgebildet ist. D.h., das Fitting zur
Ausbildung des Druckanschlusses ist einstöckig mit dem Gehäuse des
Druckbegrenzungsventils ausgebildet, so daß beide Bauelemente in einer
gemeinsamen Aufnahmebohrung mit einer gemeinsamen Dichtung aufgenommen
sind. Diese Variante ist noch wesentlich kompakter als die vorstehend
beschriebene Ausführungsform,
da Druckbegrenzungsventil, Pumpeinheiten und Druckanschluß der Radialkolbenpumpe
in einer Radialebene angeordnet sind.
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Bei
einem Druckbegrenzungsventil mit integriertem Fitting wird das druckbeaufschlagte
Druckmittel (Kraftstoff) vorzugsweise über Querbohrungen zum Eingang
des Druckbegrenzungsventils (Sitz des Ventilkörpers) und zu einer Anschlußbohrung
des Fittings geführt.
Diese Querbohrung ist durch einen Ringraum der Aufnahmebohrung für das Druckbegrenzungsventil
mit dem Druckkanal verbunden, über
den das Druckmittel von den Pumpeinheiten zum Druckanschluß geführt ist.
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Vorteilhafterweise
wird auch der Sauganschluß in
der Radialebene ausgebildet, so daß sämtliche Anschlüsse (Sauganschluß, Druckanschluß) und die
Aufnahmen für
die Pumpeinheit sowie das Druckbegrenzungsventil in Radialrichtung
verlaufen. Bei Ausführungsbeispielen
mit mehr als zwei Pumpeinheiten werden das Druckbegrenzungsventil
und der Sauganschluß vorteilhafter
Weise jeweils zwischen zwei benachbarten Pumpeinheiten angeordnet.
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Sonstige
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren
Unteransprüche.
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Im
folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung
anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen Schnitt durch eine
erfindungsgemäße Radialkolbenpumpe
entlang der Linie E-E der 2;
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2 einen Schnitt entlang
der Linie A-B im Ausführungsbeispiel
gemäß 1;
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3 eine vergrößerte Teildarstellung
der 1 und
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4 ein Druckbegrenzungsventil
eines weiteren Ausführungsbeispiels
einer Radialkolbenpumpe.
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Die
in den folgenden Figuren beschriebene Radialkolbenpumpe 1 kann
beispielsweise bei Kraftstoffeinspritzsystemen eingesetzt werden.
Bei derartigen Systemen wird der Kraftstoff über eine Vorförderpumpe
aus einem Tank angesaugt und über
die Radialkolbenpumpe (Hochdruckpumpe) auf den Einspritzdruck gebracht.
Der von der Radialkolbenpumpe 1 druckbeaufschlagte Kraftstoff
wird einer Common-Rail zugeführt,
an die Einspritzventile angeschlossen sind, über die der druckbeaufschlagte Kraftstoff
individuell in die Zylinder des Verbrennungsmotors eingespritzt
werden kann.
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1 und 2 zeigen Schnitte durch eine Radialkolbenpumpe 1,
in deren Pumpengehäuse 2 drei Pumpeinheiten 4, 6 und 8 aufgenommen
sind. Diese werden von einer im Pumpengehäuse 2 gelagerten Exzenterwelle 10 angetrieben.
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Das
Druckmittel (im vorliegenden Fall Benzin) wird über einen Sauganschluß 12 in
einen Exzenterraum 14 des Pumpengehäuses 2 angesaugt und
das druckbeaufschlagte Benzin über
einen Ausgangsanschluß abgegeben,
der als Fitting 16 ausgebildet ist.
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Der
Maximaldruck des von der Radialkolbenpumpe druckbeaufschlagten Benzins
kann über
ein im Hochdruckbereich der Pumpe angeordnetes Druckbegrenzungsventil 18 begrenzt
werden.
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2 zeigt einen Schnitt entlang
der spitzwinklig verlaufenden Schnittebene A-B in 1. Demgemäß liegt das Druckbegrenzungsventil 18 in einer
Radialebene, die durch die Pumpeinheiten 4, 6, 8 aufgespannt
wird. Genau genommen handelt es sich dabei nicht um eine Ebene,
sondern um einen Bereich mit axialer Streckung (bezogen auf die
Achse der Exzenterwelle 10) der durch die Pumpeinheiten 4, 6, 8 definiert
wird. Im vorliegenden Fall liegt das Druckbegrenzungsventil 18 exakt
in derjenigen Radialebene, die durch die Achsen 20 der
Pumpeinheiten 4, 6, 8 aufgespannt ist.
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3 zeigt denjenigen Bereich
der Radialkolbenpumpe 1 in vergrößerter Darstellung, in dem der
Sauganschluß 12,
das Fitting 16 und die Pumpeinheit 6 aufgenommen
sind.
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Demgemäß ist die
Pumpeinheit 6 in eine sich radial erstreckende Aufnahmebohrung 21 des
Pumpengehäuses 2 eingesetzt.
Die Befestigung erfolgt mittels eines Zylinderdeckels 22,
der in einen radialerweiterten Bereich der Aufnahmebohrung 21 eingeschraubt
ist.
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Am
Zylinderdeckel 22 ist eine Druckfeder abgestützt, die
einen in Radialrichtung (d.h. parallel zur Achse 20) verschiebbaren
Zylinder 24 in Richtung auf einen Exzenter ring 26 vorspannt,
der auf der Exzenterwelle 10 drehbar gelagert ist. Bei
dem in 3 dargestellten
Ausführungsbeispiel
stützt
sich der radial verschiebbare Zylinder 24 über einen
Gleitschuh 28 an die Antriebswelle 10 ab. Der
Gleitschuh 28 hat im Bereich seiner Auflagefläche auf
dem Exzenterring 26 Nuten 30 über die Benzin aus dem Exzenterraum 14 in
eine Axialbohrung des Gleitschuhs 28 eintreten kann, die
durch ein Saugventil 32 absperrbar ist. Bei geöffnetem
Saugventil 32 kann das Benzin über die Nuten 30 und
die Axialbohrung des Gleitschuhs 28 in einen Zylinderraum 34 des
Zylinders 24 eintreten.
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Im
Zylinderdeckel 22 ist ein feststehender Kolben 36 gelagert,
in dessen Axialbohrung 38 ein Druckventil 40 aufgenommen
ist, über
das das druckbeaufschlagte Benzin an die Hochdruckkanäle des Pumpengehäuses 2 abgegeben
werden kann. Hierzu ist im Zylinderdeckel 22 eine schräg nach unten (Ansicht
nach 3) zur Ringstirnfläche 42 der
Aufnahmebohrung 21 hin verlaufende Schrägbohrung 44 ausgebildet,
die in den im folgenden beschriebenen Druckkanälen mündet.
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Gemäß den 1 bis 3 ist das Druckbegrenzungsventil 18 in
einer Radialgehäusebohrung 46 aufgenommen,
die einerseits am Außenumfang
des Pumpengehäuses 2 und
andererseits im Exzenterraum 14 mündet.
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Der
Eingangsanschluß des
Druckbegrenzungsventils 18 ist durch eine Radialbohrung 48 in der
Hülse 50 des
Druckbegrenzungsventils 18 ausgebildet. Diese Radialbohrung 48 mündet in
einem Ringraum 52, der durch einen zurückgesetzten Teil der Hülse 50 und
den Außenumfang
der Radialgehäusebohrung 46 begrenzt
ist. In diesem Ringraum 52 endet ein Verbindungskanal 54,
der in der Darstellung gemäß 3 von der Ringstirnfläche 42 schräg nach unten
zur Radialgehäusebohrung 46 verläuft.
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Bei
dem in 3 dargestellten
Ausführungsbeispiel
ist der Zylinderdeckel 22 an seiner auf der Ringstirnfläche 42 dichtend
aufliegenden Stirnfläche mit
einer Fase 56 versehen, durch die ein Ringkanal gebildet
wird, über
den die Schrägbohrung 44 und der
Verbindungskanal 54 miteinander verbunden sind. Der Ausgangsanschluß 58 des
Druckbegrenzungsventils 18 mündet – wie bereits erwähnt – im Exzenterraum 14.
Das Druckbegrenzungsventils 18 hat einen herkömmlichen
Aufbau, der im Zusammenhang mit 4 noch
detaillierter beschrieben wird.
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Bei
dem in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel
ist der Sauganschluß 12 ebenfalls
in der durch die Pumpeinheiten 4, 6, 8 oder
genauer gesagt, durch die Achsen 20 der Pumpeinheiten 4, 6, 8 aufgespannten
Ebene angeordnet. Der Sauganschluß 12 ist wiederum
durch eine Radialbohrung 60 gebildet, in die ein Anschlußnippel 62 eingesetzt
ist.
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Gemäß den 1 und 2 haben auch die in 3 nicht dargestellten Pumpeinheiten 4, 8 prinzipiell
den gleichen Aufbau wie die in 3 dargestellte
Pumpeinheit 6. D.h., das druckbeaufschlagte Benzin wird über eine
oder mehrere Schrägbohrungen 44 in
den durch die Fase 56 gebildeten Ringraum eingeleitet,
der somit einen Teil des Hochdruckkanalsystems bildet.
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In
den Ringstirnflächen 42 der
Aufnahmebohrungen 21 der Pumpeinheiten 4, 8 (Pumpeinheit 8 im
Schnitt gemäß 2 nicht sichtbar) mündet dann
jeweils ein Druckkanal 62, der zu einem Ringkanal 64 geführt ist.
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Dieser
Ringkanal 64 umgreift den Außenumfang einer Dichtbuchse 66,
in der ein Gleitlager 68 der Exzenterwelle 10 aufgenommen
ist. Die Dichtbuchse 66 ist in einen nabenförmigen Vorsprung 70 des
Pumpengehäuses 2 eingesetzt
und trägt
zwei O-Ring-Dichtungen, die beidseitig des Ringkanals 64 ausgebildet
sind, so daß der
Ringkanal 64 gegenüber dem
Exzenterraum 14 abgedichtet ist. Das andere Lager der Exzenterwelle 10 ist
durch ein lediglich angedeutetes Wälzlager 72 gebildet,
wobei die Abdichtung gegenüber
dem Exzenterraum 14 über
eine Gleitringdichtung 74 erfolgt.
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In
entsprechender weise wie die in 2 dargestellte
Pumpeinheit 4 sind die Pumpeinheiten 6, 8 ebenfalls über einen
Druckkanal 62 mit dem Ringkanal 64 verbunden – d.h.,
sämtliche
Pumpeinheiten 62 sind über
das Hochdruckkanalsystem mit dem Ringkanal 64 und mit dem
Verbindungskanal 54 verbunden, so daß der Ausgangsdruck sämtlicher
Pumpeinheiten über
das Druckbegrenzungsventil 18 begrenzbar ist.
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Das
den Druck- oder Ausgangsanschluß der Radialkolbenpumpe 1 bildende
Fitting 16 ist in eine radial verlaufende Befestigungsbohrung 76 eingeschraubt,
die gegenüber
der Radialgehäusebohrung 46 des
Druckbegrenzungsventils 18 axial versetzt ist. Eine Innenbohrung 78 des
Fittings 16 ist über
einen Ausgangskanal 80 mit dem Ringkanal 64 verbunden.
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Bei
dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel
können
die Kanäle 44, 54, 62 auf
einfache Weise durch Bohrungen von Außenumfang her gebohrt werden,
so daß eine
kostengünstige
Herstellung möglich
ist.
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Die
vorbeschriebene Konstruktion hat den wesentlichen Vorteil, daß sämtliche
Hochdruckkanäle
und Aufnahmebohrungen sowie Anschlußbohrungen etwa in Radialrichtung
verlaufen und somit auf einfache Weise vom Außenumfang des Pumpengehäuses 2 her
eingebohrt werden können.
Desweiteren sind sämtliche
Ausgangs- und Eingangsanschlüsse
des Pumpengehäuses
in einem vergleichsweise eng begrenztem Umfangsbereich angeordnet, so
daß das
Pumpengehäuse
mit geringer Baulänge ausgeführt werden
kann, wobei die radial verlau fenden Anschlüsse die Verbindung zum Einspritzsystem erleichtern.
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Zum
besseren Verständnis
sei im folgenden die Funktion der Radialkolbenpumpe 1 erläutert. Durch
die Drehung der Antriebswelle 10 werden die Zylinder 24 in
Radialrichtung entlang den feststehenden Kolben 36 verschoben,
so daß der
Zylinderraum 34 oszillierend vergrößert und verkleinert wird.
Entsprechend wird Benzin über
das Saugventil 32 in den Zylinderraum 34 der Pumpeinheiten 4, 6, 8 angesaugt
und druckbeaufschlagt über
das Druckventil 40 abgegeben. Das druckbeaufschlagte Benzin
gelangt dann über
die Schrägbohrung 44 in
den durch die Fase 56 gebildeten Ringraum und von dort über die Verbindungskanäle 54,
die Druckkanäle 62,
den umlaufenden Ringkanal 64 und den Ausgangskanal 80 zum
Fitting 16, an das die Zuleitung zur Common-Rail angeschlossen
ist. Bei Überschreiten
des Maximaldruckes im Hochdruckbereich öffnet das Druckbegrenzungsventil,
so daß das
Benzin über den
Ausgangsanschluß 58 direkt
in den Exzenterraum 14 abströmen kann – der Druck im Hochdruckbereich
wird abgebaut, bis das Druckbegrenzungsventil 18 schließt.
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In 4 ist ein Ausführungsbeispiel
dargestellt, bei dem der Aufwand zur Ausbildung des Pumpengehäuses 2 nochmals
gegenüber
dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel
wesentlich verringert werden kann. Bei der in 4 dargestellten Variante ist das Fitting 16 praktisch
in das Druckbegrenzungsventil 18 integriert. Dazu ist das
Druckbegrenzungsventil 18 mit einem Gehäuse 82 ausgeführt, das
mit einer das Druckbegrenzungsventil bildenden Hülse 84 in die Radialgehäusebohrung 46 eingesetzt ist.
Eine Hülsenbohrung 86 geht
in die Innenbohrung 78 eines Gehäusevorsprungs 88 über, der
das Fitting 16 ausbildet. Das Gehäuse 82 hat einen Flansch 90, über den
die Einheit aus Druckbegrenzungsventil 18 und Fitting 16 am
Pumpengehäuse 2 befestigt
wird.
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Ähnlich wie
bei dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel
ist die Radialgehäusebohrung 46 radial
erweitert, so daß ein
Ringraum 52 gebildet wird, in dem der Verbindungskanal 54 mündet. Im Übergangsbereich
von der Innenbohrung 78 in die Hülsenbohrung 86 sind
eine oder mehrere Querbohrungen 90 ausgebildet, die ebenfalls
in dem Ringraum 52 münden,
so daß das
druckbeaufschlagte Benzin über
den Verbindungskanal 54 in die Innenbohrung 78 des
Fittings 16 bzw. zum Eingang des Druckbegrenzungsventils 18 gelangen
kann. Dieses hat einen Ventilkörper 92,
der über
eine Druckfeder 93 gegen einen Ventilsitz 94 vorgespannt
ist. Die Druckfeder 93 stützt sich an einer Anschlagschraube 96 ab,
in der auch der im Exzenterraum 14 mündende Ausgangsanschluß 58 des
Druckbegrenzungsventils 18 ausgebildet ist.
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Bei Überschreiten
des von der Federrate der Druckfeder 93 abhängigen Maximalsdruckes
wird der Ventilkörper 92 vom
Ventilsitz 94 abgehoben, so daß das Benzin direkt in den
Exzenterraum 14 einströmen
kann.
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Der
wesentliche Vorteil des in 4 beschriebenen
Ausführungsbeispiels
besteht darin, daß lediglich
eine einzige Radialbohrung (Radialgehäusebohrung 46) ausgebildet
werden muß,
um das Druckbegrenzungsventil 18 und das Fitting 16 aufzunehmen.
Dadurch läßt sich
auch die Anzahl der Dichtspalte verringern, so daß für beide
Bauelemente eine einzige gemeinsame Dichtung 98 hinreichend ist,
um den Hochdruckbereich vom Niederdruckbereich zu trennen.
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Bei
dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel
sind somit sämtliche
Anschlüsse
in der Radialebene der Pumpeinheiten 4, 6, 8 angeordnet,
so daß das
Pumpengehäuse
noch kompakter als dasjenige des eingangs beschriebenen Ausführungsbeispiel ausgeführt werden
kann, bei dem Fitting 16 und Druckbegrenzungsventil 18 axial
versetzt waren.
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Die
erfindungsgemäße Anordnung
des Druckbegrenzungsventils 18 ermöglicht es, das Pumpengehäuse mit
minimaler Baulänge
und kompakt auszubilden, wobei der vorrichtungstechnische Aufwand
zur Ausbildung der Niederdruck- und Hochdruckkanäle minimal ist.
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Offenbart
ist eine Radialkolbenpumpe, bei der der Hochdruckbereich über ein
Druckbegrenzungsventil abgesichert ist. Dieses ist in einer von Pumpeinheiten
der Radialkolbenpumpe aufgespannten Radialebene angeordnet, so daß das Pumpengehäuse mit
geringem Aufwand und minimaler Axiallänge her stellbar ist.