DE4305791A1 - Radialkolbenpumpe, insbesondere Kraftstoffpumpe für Verbrennungsmotoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe, die die Merkmale aus dem Oberbegriff des Anspruches 1 aufweist und die insbeson­ dere als Kraftstoffpumpe für Verbrennungsmotoren verwendet wer­ den soll.

Eine Radialkolbenpumpe mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruches 1 ist z. B. aus der DE 37 06 028 A1 bekannt. Die An­ triebswelle der Pumpe ist beidseits eines Exzenters drehbar in einem Gehäuse gelagert, wobei in das Gehäuse Gleitlagerbuchsen eingepreßt sind, in denen sich die Antriebswelle dreht. Da das Material, aus dem das Gehäuse gefertigt ist, üblicherweise keine guten Lagereigenschaften hat, sind neben den Gleitlagerbuchsen auch zwei Anlaufscheiben vorhanden, die den Exzenter flankieren und axial zwischen diesem und Gehäuseteilen angeordnet sind. Mit mindestens einem Radialkolben, der an dem Exzenter abgestützt ist, wird Fördermedium von einem Sauganschluß der Pumpe zu einem Druckanschluß gefördert. Die Lagerspalte zwischen der Antriebs­ welle und den Gleitlagerbuchsen sind über ein Kanalsystem mit dem Sauganschluß verbunden, so daß die Lagerflächen durch das Fördermedium geschmiert werden können. Eine solche Schmierung ist ohne weiteres möglich, wenn das Fördermedium, wie z. B. Hydrauliköl, höherviskos ist. Fördert die Radialkolbenpumpe da­ gegen ein niederviskoses Medium, wie z. B. Dieselkraftstoff oder Benzin, so ist eine ausreichende Schmierung der Wellenlagerstel­ len jedoch nicht in jedem Fall gegeben. Zu denken ist dabei in erster Linie an Radialkolbenpumpen, für die, wie z. B. im LKW, im Schiffs- und Stationärbereich, eine außergewöhnlich hohe Stand­ zeit gefordert ist. Auch bei Radialkolbenpumpen, die hauptsäch­ lich mit kleinen Drehzahlen im Bereich < 1500/min betrieben wer­ den, kann die Schmierung mit einem niederviskosen Fördermedium Schwierigkeiten bereiten.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Radialkol­ benpumpe mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruches 1 so weiterzuentwickeln, daß eine ausreichende Standzeit auch dann erreicht werden kann, wenn eine Schmierung mit dem Fördermedium nicht den gestellten Anforderungen genügt. Der Aufwand zur Er­ füllung der gestellten Anforderungen soll dabei gering gehalten werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Radialkolbenpumpe gelöst, die die Merkmale aus dem Oberbegriff des Anspruches 1 aufweist und bei der gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspru­ ches 1 die Anlaufscheiben federnd gegen den Exzenter gedrückt sind und auf ihre dem Exzenter abgewandten Seite an einem Dicht­ ring anliegen. Die Anlaufscheiben liegen somit vorgespannt am Exzenter an, so daß zwischen dem Exzenter und einer Anlauf­ scheibe eine radiale Gleitringdichtung besteht. Auf der gegen­ überliegenden Seite einer Anlauf scheibe befindet sich ein Dicht­ ring, so daß insgesamt ein innerer Raum der Radialkolbenpumpe und ein äußerer, mit Fördermedium gefüllter Bereich voneinander getrennt sind. Der Aufwand für diese Trennung ist denkbar ge­ ring, da die Gleitflächen des Exzenters und der Anlaufscheiben ohnehin mit hoher Genauigkeit bezüglich Ebenheit und Paralleli­ tät gefertigt werden müssen. Die Anlaufscheiben sind gegenüber dem Gehäuse beweglich und können sich entsprechend den Anlage­ flächen des Exzenters einstellen. Mögliche Winkelfehler werden durch die beiden Dichtringe ausgeglichen. An zusätzlichen Bau­ teilen sind nur die Dichtringe und evt. ein Federelement oder zwei Federelemente notwendig. Der innere Raum der Pumpe kann nun mit einem geeigneten vom Fördermedium verschiedenen Schmierme­ dium beaufschlagt werden, ohne daß die beiden Medien vermischt würden.

Der Bauteileaufwand ist besonders gering, wenn nach der vorteil­ haften Weiterbildung gemäß Anspruch 2 jeweils der Dichtring auf der dem Exzenter abgewandten Seite eine Anlaufscheibe das ela­ stische Element bildet, das die Anlauf scheibe gegen den Exzenter drückt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen kann man den Unteransprü­ chen 3 bis 9 entnehmen.

Es sind Radialkolbenpumpen bekannt (siehe z. B. EP 0 128 787 A1), bei denen der Exzenter einen einstückig mit der Antriebswelle verbundenen Grundkörper, einen fest auf dem Grundkörper sitzen­ den Lagerring und einen gegenüber dem Grundkörper drehbaren Ex­ zenterring aufweist, an dem sich der Radialkolben abstützt. Bei einer solchen Radialkolbenpumpe ist die Gleitbewegung zwischen einem Radialkolben und dem Exzenterring wesentlich geringer als bei einer Ausbildung, bei der ein Radialkolben auf einem mit der Antriebswelle umlaufenden Exzenter gleitet. Bei einer Radialkol­ benpumpe mit einem gegenüber einem Grundkörper drehbaren Exzen­ terring ist es besonders vorteilhaft, wenn gemäß Anspruch 3 die Anlaufscheiben gegen den Exzenterring gedrückt sind und Schmier­ medium an der dem Exzenter zugekehrten Seite einer Anlauf scheibe entlang von dem Lagerspalt des Exzenterrings weg nach innen bzw. zum Lagerspalt des Exzenterrings hin nach außen gelangt. Damit wird zweierlei erreicht. Zum einen wird auch der Lagerspalt des Exzenterrings durch das Schmiermedium geschmiert. Zum anderen ist die Gleitgeschwindigkeit zwischen den Anlaufscheiben und dem Exzenterring relativ gering, so daß nur eine geringe Reiblei­ stung vom System aufgebracht werden muß.

In der bevorzugten Ausführung nach Anspruch 4 ist ein erster An­ schluß für den Eintritt von Schmiermedium und ein zweiter An­ schluß für den Austritt von Schmiermedium vorhanden. Es besteht also ein Schmiermediumkreislauf, der einen stetigen Austausch von Schmiermedium gewährleistet. Ist die erfindungsgemäße Radi­ alkolbenpumpe z. B. als Kraftstoffpumpe eines Verbrennungsmotors eingesetzt, so kann als Schmiermedium das Motorenöl verwendet werden, das durch den ersten Anschluß in die Pumpe eintritt und sie durch den zweiten Anschluß wieder verläßt.

Die Schmierung eines Lagerspaltes ist besonders gut, wenn der Lagerspalt unabhängig von einem anderen Lagerspalt mit Schmier­ medium versorgt werden kann, wenn also das Schmiermedium nicht erst durch einen Lagerspalt fließen muß, um zu einem anderen La­ gerspalt zu gelangen. Vorzugsweise ist jeder Lagerspalt an jeder Stirnseite unabhängig von einem anderen Lagerspalt mit Schmier­ medium versorgbar. Ein Schmiermediumkreislauf zwischen einem er­ sten Anschluß und einem zweiten Anschluß erhält man dabei schon dann, wenn wenigstens ein Lagerspalt sowohl mit dem ersten als auch mit dem zweiten Anschluß verbunden ist.

In der vorteilhaften Ausgestaltung gemäß Anspruch 7, wird das Schmiermedium auch dazu benutzt, um in der Radialkolbenpumpe entstandene Wärme abzutransportieren. Es ist dazu vorgesehen, daß zwischen dem ersten Anschluß und dem zweiten Anschluß unab­ hängig von den Lagerspalten ein Schmiermediumkreislauf besteht. Die Menge des durch die Pumpe fließenden Schmiermediums hängt somit nicht von der Breite und Länge der Lagerspalte ab, sondern kann unabhängig davon gewählt werden.

Die Antriebswelle einer Radialkolbenpumpe tritt üblicherweise mit einem Antriebsstummel durch eine Öffnung des Gehäuses nach außen, wobei die Öffnung durch einen die Antriebswelle umgeben­ den Dichtring abgedichtet ist. Der Dichtring begrenzt dabei eine axial zwischen ihm und dem Gehäuse befindliche Kammer. Gemäß An­ spruch 8 liegt nun auch diese Kammer im Schmiermediumkreislauf. Dadurch ist eine Schmierung der aneinanderanliegenden Flächen von Antriebswelle und Dichtring möglich. Auch kann Wärme vom Dichtring abgeführt werden.

Wie in vorteilhafter Weise Schmiermedium den Lagerspalten über die Antriebswelle zugeführt und ein Schmiermediumkreislauf über die Antriebswelle hergestellt werden kann, ist den Ansprüchen 9 und 10 zu entnehmen.

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Radialkolben­ pumpe, bei dem die Anlaufscheiben an einem Exzenterring anliegen und bei dem ein Schmiermediumkreislauf zwischen einem ersten und einem zweiten Anschluß vorhanden ist, ist in der Zeichnung dar­ gestellt. Anhand dieses Ausführungsbeispiels wird die Erfindung nun näher erläutert.

Das zweiteilige Gehäuse 10 der gezeigten Radialkolbenpumpe be­ steht aus einem Gehäusetopf 11 und einem Gehäuseflansch 12, die axial zwischen sich eine Exzenterkammer 13 bilden, die sich an mehreren im gleichen Winkelabstand zueinander befindlichen Stel­ len nach radial außen zu Zylinderaufnahmeräumen 14 erweitert.

Zentral besitzt der Gehäuseflansch 12 eine zum Exzenterraum 13 hin offene Sackbohrung 15, während der Boden 16 des Gehäuse­ topfes 11 eine mit der Sackbohrung 15 fluchtende Durchgangsboh­ rung 17 aufweist. Sowohl in die Sackbohrung 15 als auch in die Durchgangsbohrung 17 ist eine Gleitlagerbuchse 18 bzw. 19 einge­ preßt, wobei die Gleitlagerbuchse 18 nicht aus der Sackbohrung 15 und die Gleitlagerbuchse 19 nicht aus der Durchgangsbohrung 17 herausragt. Eine Antriebswelle 25 ist beidseits eines sich in der Exzenterkammer 13 befindlichen Exzenters 26 in den Gleitla­ gerbuchsen 18 und 19 drehbar gelagert und ragt mit einem An­ triebsstummel 27 aus dem Gehäusetopf 11 heraus. Vom Exzenterraum 13 aus gesehen jenseits der Durchgangsbohrung 17 befindet sich im Boden 16 eine Aufnahme 27 für einen die Antriebswelle 25 um­ gebenden Dichtring 28. Da die axiale Ausdehnung der Aufnahme 27 etwas größer als die axiale Ausdehnung des Dichtrings 28 ist und da der Dichtring mit der Außenseite des Bodens 16 fluchtet, be­ findet sich axial zwischen ihm und dem Boden 16 eine Ringkammer 29.

Der Exzenter 26 besteht aus einem einstückig mit der Antriebs­ welle 25 hergestellten exzentrischen Grundkörper 30, einem La­ gerring 31, der auf den Grundkörper 30 aufgepreßt ist, und einem Exzenterring 32, der drehbar auf dem Lagerring 31 gelagert ist. In der axialen Abmessung ist der Exzenterring 32 geringfügig größer als der Lagerring 31 und der Grundkörper 30, die in ihrer axialen Abmessung übereinstimmen. Auf beiden Seiten ist der Ex­ zenter 26 von jeweils einer die Antriebswelle 25 umgebenden An­ laufscheibe 40 flankiert, die an der ihr zugewandten Stirnseite des Exzenterrings 32 anliegt. Die stirnseitigen Gleitflächen 41 des Exzenterrings 32 sind mit hoher Genauigkeit bezüglich Eben­ heit und Parallelität gefertigt. Auch die dem Exzenterring 32 zugewandte Gleitfläche 42 jeder Anlauf scheibe 40 ist hochgenau eben. Auf der dem Exzenter 26 abgewandten Seite 43 jeder Anlauf­ scheibe 40 befindet sich im Boden 16 des Gehäusetopf s 11 bzw. im Gehäuseflansch 12 eine im Abstand von der Antriebswelle 25 um diese heraumlaufende Ringnut 44, die zur jeweiligen Anlauf­ scheibe 40 hin offen ist und in die als Dichtring ein O-Ring 45 eingelegt ist. Die Tiefe der Ringnut 44 und der Materialdurch­ messer des O-Rings 45 sind so aufeinander abgestimmt, daß der O- Ring im entspannten Zustand etwas über die Ringnut 44 vorsteht und nach dem Zusammenbau der Pumpe die jeweilige Anlaufscheibe 40 mit einer gewissen Kraft gegen den Exzenterring 32 drückt. Zwischen diesem und jeder Anlauf scheibe besteht also eine ra­ diale Gleitringdichtung, die wegen der hochgenauen Bearbeitung der Flächen 41 und 42 sehr effektiv ist. Der Dichtring 45 hat neben seiner Funktion als Dichtung auch die Funktion eines ela­ stischen Elements, das auf die Anlaufscheibe 40 eine Kraft in Richtung auf den Exzenterring 32 hin ausüben soll. Die Anlauf­ scheiben 40 sind im Gehäuse 10 innerhalb bestimmter Grenzen axial beweglich und verkippbar, so daß Winkelfehler zwischen Ge­ häuse und Exzenterring 32 durch die O-Ringe ausgeglichen werden können.

In jeder Zylinderaufnahmekammer 14 ist ein Zylinder 46 befe­ stigt, in dem ein Radialkolben 47 radial geführt ist, der von einer Druckfeder 48 gegen den Exzenterring 32 gedrückt wird. Wenn die Antriebswelle 25 umläuft, folgt der Radialkolben 47 aufgrund der Druckfeder 48 dem Exzenterring 32, wodurch sich ein Arbeitsraum 49 im Zylinder 46 zyklisch vergrößert und ver­ kleinert. Dadurch wird ein Fördermedium, z. B. Dieselkraftstoff durch eine Saugventil 50 angesaugt und durch ein Druckventil 51 abgegeben.

Die Lagerspalte zwischen den Gleitlagerbuchsen 18 und 19 und der Antriebswelle 25 sowie zwischen dem Exzenterring 32 und dem La­ gerring 31 werden nicht durch das Fördermedium geschmiert, son­ dern über einen vom Fördermedium völlig getrennten Kreislauf mit einem vom Fördermedium verschiedenen Schmiermedium versorgt. Dieses Schmiermedium kann z. B. das Motorenöl eines Verbrennungs­ motors sein. Die Trennung wird durch die dichte Anlage der An­ laufscheiben 40 am Exzenterring 32 und durch die Dichtringe 45 erhalten.

Das Schmiermedium kann durch einen ersten Anschluß z. B. den An­ schluß 55, der sich im Gehäuseflansch 12 befindet und axial in die Sackbohrung 15 mündet, in die Pumpe eintreten und sie über einen zweiten Anschluß, z. B. über den zwischen zwei Zylinderauf­ nahmekammern 14 gelegenen, radial abgehenden Anschluß 56 wieder verlassen. Die Antriebswelle 25 weist eine zentrale Sackbohrung 57 auf, die zum Anschluß 55 hin offen ist und sich etwa bis in den Bereich des Dichtrings 28 erstreckt. Beidseits des Grundkör­ pers 30 des Exzenters 26 und ganz nahe an diesem Grundkörper ist die Sackbohrung 57 durch jeweils eine Radialbohrung 58 mit der Außenfläche der Antriebswelle 25 verbunden, wobei sich die Radi­ albohrungen 58 an der Außenfläche, vom Grundkörper 30 aus gese­ hen, vor den Gleitlagerbuchsen 18 und 19 befinden. Eine weitere Verbindung zwischen der Sackbohrung 57 und der Außenfläche der Antriebswelle 25 besteht durch eine Radialbohrung 59, die zwi­ schen dem Dichtring 28 und der Gleitlagerbuchse 19 auf der Au­ ßenfläche der Antriebswelle 25 erscheint und durch die somit un­ abhängig von den Lagerspalten eine direkte Verbindung zwischen der Sackbohrung 57 und der Kammer 29 geschaffen ist. Die Kammer 29 schließlich ist über zwei rechtwinklig zueinander verlaufende Bohrungen mit dem zweiten Anschluß 56 verbunden.

Die beschriebene Konstruktion bringt es mit sich, daß Schmierme­ dium vom ersten Anschluß 55 durch den bodennahen Bereich der Sackbohrung 15, durch die Sackbohrung 57, durch die Radialboh­ rung 59 und die Kammer 29 unabhängig von den zu schmierenden La­ gerspalten direkt zum zweiten Anschluß 56 fließen kann und somit unabhängig von den Lagerspalten ein Schmiermediumkreislauf be­ steht. Durch die dauernd fließende Schmiermediummenge wird Wärme aus der Pumpe abgeführt.

Der Lagerspalt zwischen der Antriebswelle 25 und der Gleitlager­ buchse 18 ist, da die Antriebswelle 25 nicht ganz bis zum Boden der Sackbohrung 15 reicht, an der einen Stirnseite über den bo­ dennahen Bereich der Sackbohrung 15 und an der anderen Stirn­ seite über die Radialbohrung 58 mit Schmiermedium versorgbar. Der Lagerspalt zwischen dem Lagerring 31 und dem Exzenterring 32 ist an jeder Stirnseite über eine Radialbohrung 58 und über den Spalt zwischen dem Grundkörper 30 und dem Lagerring 31 einer­ seits und der jeweiligen Anlauf scheibe 40 andererseits mit Schmiermedium versorgbar. Der Lagerspalt zwischen der Antriebs­ welle 25 und der Gleitlagerbuchse 19 kann an der einen Stirn­ seite über die eine Radialbohrung 58 und der anderen Stirnseite über die Radialbohrung 59 mit Schmiermedium versorgt werden. Je­ der Lagerspalt ist also unabhängig von einem anderen Lagerspalt mit Schmiermedium versorgbar.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist jeder Lagerspalt unab­ hängig von einem anderen Lagerspalt sowohl mit dem ersten An­ schluß 55 als auch mit dem zweiten Anschluß 56 verbunden. Wird in der Pumpe nur soviel Wärme erzeugt, daß auf eine Wärmeabfuhr durch das Schmiermedium verzichtet werden kann, so kann man die Radialbohrung 59 weglassen. Auch dann kann noch zu jedem Lager­ spalt Schmiermedium gelangen, ohne daß es zunächst durch einen anderen Lagerspalt fließt. Die Lagerspalte zwischen der An­ triebswelle 25 und der Gleitlagerbuchse 18 sowie zwischen dem Lagerring 31 und dem Exzenterring 32 sind dann noch an beiden Stirnseiten mit dem ersten Anschluß 55 verbunden. Der Lagerspalt zwischen der Antriebswelle 25 und der Gleitlagerbuchse 19 dage­ gen ist an der einen Stirnseite mit dem ersten Anschluß 55 und an der anderen Stirnseite mit dem zweiten Anschluß 56 verbunden, so daß noch ein gewisser Schmiermitteldurchsatz vom ersten An­ schluß 55 zum zweiten Anschluß 56 erfolgt.

Claims (10)

1. Radialkolbenpumpe, insbesondere Kraftstoffpumpe für Ver­ brennungsmotoren, mit einer Antriebswelle (25), die beidseits eines axial von zwei Anlaufscheiben (40) flankierten Exzenters (26) drehbar in einem Gehäuse (10) gelagert ist, mit mindestens einem Radialkolben (47), der an dem Exzenter (26) abgestützt ist, und mit einer Schmierung der Lagerspalte der Antriebswelle (25) mit einem Schmiermedium, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlaufscheiben (40) federnd gegen den Exzenter (26) gedrückt sind und auf ihrer dem Exzenter (26) abgewandten Seite (43) an einem Dichtring (45) anliegen.

2. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Dichtring (45) ein die entsprechende Anlauf scheibe (40) gegen den Exzenter (26) drückendes elastisches Element bil­ det.

3. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Exzenter (26) einen drehfest, vorzugsweise einstückig mit der Antriebswelle (25) verbundenen Grundkörper (30), vorzugsweise einen fest auf den Grundkörper (30) sitzenden Lagerring (31) und einen gegenüber dem Grundkörper (30) drehba­ ren Exzenterring (32) aufweist, an den sich der Radialkolben (47) abstützt, daß die Anlaufscheiben (40) federnd gegen den Ex­ zenterring (32) gedrückt sind und daß Schmiermedium an der dem Exzenter (26) zugekehrten Seite (42) einer Anlauf scheibe (40) entlang von dem Lagerspalt des Exzenterrings (32) weg nach innen bzw. zum Lagerspalt des Exzenterrings (32) hin nach außen ge­ langt.

4. Radialkolbenpumpe nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Anschluß (55; 56) für den Eintritt von Schmiermedium und ein zweiter Anschluß (56; 55) für den Austritt von Schmiermedium vorhanden ist.

5. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß jeder Lagerspalt unabhängig von einem anderen Lager­ spalt mit Schmiermedium versorgbar ist, wobei wenigstens ein La­ gerspalt sowohl mit dem ersten Anschluß (55; 56) als auch mit dem zweiten Anschluß (56; 55) verbunden ist.

6. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß jeder Lagerspalt an jeder Stirnseite unabhängig von ei­ nem anderen Lagerspalt mit Schmiermedium versorgbar ist.

7. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwischen dem ersten Anschluß (55; 56) und dem zweiten Anschluß (56; 55) unabhängig von den Lagerspalten ein Schmiermediumkreislauf besteht.

8. Radialkolbenpumpe nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (25) mit einem An­ triebsstummel (24) durch eine Öffnung (17, 27) des Gehäuses (10) nach außen ragt, daß die Öffnung (17, 27) durch einen die An­ triebswelle (25) umgebenden Dichtring (28) abgedichtet ist und daß der Dichtring (28) eine axial zwischen ihm und dem Gehäuse (10) befindliche Kammer (29) begrenzt, die mit Schmiermedium be­ aufschlagbar ist, vorzugsweise in einem Schmiermediumkreislauf liegt.

9. Radialkolbenpumpe nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (25) mit einer Axialbohrung (57) versehen ist, von der zwei Querbohrungen (58) ausgehen, von denen die eine auf der einen Seite und die andere auf der anderen Seite des Exzenters (26) zwischen dem Exzenter (26) und einem Lagerspalt der Antriebswelle (25) auf der Außen­ seite der Antriebswelle (25) mündet.

10. Radialkolbenpumpe nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (25) mit einer axialen Sackbohrung (57) versehen ist, von der eine Querbohrung (59) ausgeht, die, von der Mündung der Sackbohrung (57) aus ge­ sehen, axial jenseits der Lagerspalte auf die Außenseite der An­ triebswelle (25) mündet und über die der eine Anschluß (56) mit der axialen Sackbohrung (57) verbunden ist.