EP0991863B1

EP0991863B1 - Radialkolbenpumpe mit dichtung am antriebswellenende zur fluiddichten kapselung des pumpenraumes

Info

Publication number: EP0991863B1
Application number: EP98936190A
Authority: EP
Inventors: Egon Eisenbacher; Franz Pawellek; Johann Schneider; Manfred Unger
Original assignee: Hydraulik Ring GmbH
Current assignee: Hilite Germany GmbH
Priority date: 1997-06-17
Filing date: 1998-06-17
Publication date: 2002-11-20
Anticipated expiration: 2018-06-17
Also published as: KR20010013938A; DE59806362D1; US6328537B1; BR9810179A; WO1998058171A1; EP0991863A1; JP2002508821A; WO1998058172A1; DE19826961A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe, insbesondere eine Benzinhochdruckpumpe, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Derartige Radialkolbenpumpen (DE 43 05 791 A1) werden als Kraftstoffpumpen für Verbrennungsmotoren verwendet. Die Kraftstoffförderung erfolgt über zumindest einen Radialkolben, der von einem Exzenter einer Welle betätigt wird. Üblicherweise sind drei solche Radialkolben gleichmäßig am Außenumfang der Exzenterwelle vorgesehen. Jeder der Radialkolben liegt über einen Gleitschuh und einen Exzenterring auf der Exzenterwelle auf. Der Exzenterring ist über ein Gleitlager drehbar auf der Exzenterwelle gelagert und gewährleistet eine sichere Führung des Gleitschuhs mit minimalen Reibverlusten. Die Zylinder zur Aufnahme der Radialkolben sind im Pumpengehäuse angeordnet und mit jeweils einem Saug- und Druckventil versehen, über die der Kraftstoff aus dem Kurbelraum angesaugt bzw. der druckbeaufschlagte Kraftstoff zum Verbrennungsmotor führbar ist.

Die Schmierung dieser bekannten Radialkolbenpumpe erfolgt über einen eigenen Schmiermittelkreislauf, bei dem das Schmiermittel durch eine Axialbohrung der Exzenterwelle zu den Wellenlagern und dem Gleitlager des Exzenterringes geführt wird.

Bei derartigen Pumpen muß stets gewährleistet sein, daß der Schmiermittelkreislauf gegenüber dem Kraftstoffkreislauf, insbesondere gegenüber dem Kurbelraum des Exzenters, abgedichtet ist, so daß keine Leckageströmung auftreten kann, die entweder den Wirkungsgrad der Pumpe verschlechtert oder aber die Schmierung negativ beeinträchtigt.

Dies wird bei der bekannten Pumpe durch eine vergleichsweise komplizierte Konstruktion mit federvorgespannten Anlaufscheiben verhindert, die einerseits zur Axialführung des Exzenterringes dienen und andererseits auf Dichtungen wirken, über die der Kurbelraum vom Schmiermittelkreislauf getrennt ist.

Bei der Förderung von leichtflüchtigen Kraftstoffen, wie beispielsweise Benzin, sind besondere Maßnahmen zur Unterdrückung der Dampfblasenbildung im gesamten Drehzahl- und Temperaturbereich des Motors erforderlich. Da die Kraftstoffe üblicherweise eine geringere Viskosität als Diesel haben, sind zur Vermeidung von Leckageströmungen die Bauteiltoleranzen, insbesondere im Dichtungsbereich, relativ gering auszulegen. Derartige enge Bauteiltoleranzen bedürfen jedoch eines erheblichen fertigungstechnischen Aufwands, der die Herstellungskosten der Pumpe erhöht.

Bei einer anderen bekannten Pumpe dieser Art (FR 23 48 378 A1) ist der Exzenterring auf der Welle mit dem Exzenterteil unter Zwischenlage eines Gleitlagers angeordnet. Der Fluidraum und der Schmiermittelraum werden durch gehäuseseitige ortsfeste Dichtringe voneinander getrennt.

Es ist auch ein Hochdruckreinigungsgerät zum Versprühen von Wasser und/oder Reinigungsmittel bekannt (DE 26 51 885 A1), das eine Hochdruckkolbenpumpe aufweist, die zwei über eine Gabel fest miteinander verbundene Kolben aufweist. Sie sind über einen Lagerring fest auf einem Exzenter vorgesehen, der an der Stirnseite einer Motorwelle vorgesehen ist.

Es ist auch eine Radialkolbenpumpe (DE 197 01 392 A1) bekannt, bei der sich ein Nocken auf der Antriebswelle ungefähr mittig in einem Raum befindet, der durch ein in Axialrichtung angeordnetes Trennelement in einen Arbeitsfluidbereich und einen Schmiermittelbereich unterteilt ist. Da somit das flexible Trennelement eine große Ausdehnung in Axialrichtung aufweist, ergibt sich ebenfalls bei dieser Pumpe ein hoher fertigungstechnischer Aufwand.

Bei einer anderen Kolbenpumpe (WO 95/33924) sind ein am Umfang des Exzenters vorgesehener Schmiermittelraum und ein Schmiermittelraum in der Nähe des Antriebswellen-Lagerabschnittes über einen Schmiermittelkanal in der Antriebswelle miteinander verbunden. Bei dieser Kolbenpumpe ist der vorrichtungstechnische Aufwand zum Abdichten der Schmiermittelräume bereits durch ihre Anordnung bedingt hoch.

Bei einer bekannten Radialkolbenpumpe in einem Hydropumpenaggregat (DE 196 37 646 A1) ist ein stabförmiges Exzenterelement in einem Endabschnitt außermittig in der Antriebswelle sowie am anderen Endabschnitt gehäusefest gelagert, so daß sich das Exzenterelement bei Drehung der Antriebswelle innerhalb einer Kegelmantelfläche bewegt. Es erfolgt keine vom Arbeitsfluidkreislauf unabhängige, zuverlässige Schmierung der Lagerabschnitte am stabförmigen Exzenterelement.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Radialkolbenpumpe so auszubilden, daß Leckageströmungen mit minimalem vorrichtungstechnischem Aufwand reduzierbar sind.

Diese Aufgabe wird bei einer Radialkolbenpumpe der gattungsbildenden Art erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Eine erfindungsgemäße Radialkolbenpumpe weist somit eine Trenneinrichtung mit einem gehäuseseitigem und einem exzenterseitigem Dichtelement auf, die fluiddicht miteinander verbunden sind, wobei die Trenneinrichtung Aufnahmeräume für Fördermittel bzw. Arbeitsfluid und Schmiermittel voneinander trennt. Ein Exzenterelement nimmt eine Drehbewegung von einer Antriebswelle auf und überträgt diese, so daß an einem Förderelement, das ein Gleitschuh sein kann, eine Radialbewegung entsteht. Dabei ist das exzenterseitige Dichtelement in Umfangsrichtung des Exzenterelementes gleitfähig und das gehäuseseitige Dichtelement am Pumpengehäuse fluiddicht angeordnet. Das Exzenterelement ist an einem Endabschnitt der Antriebswelle bzw. Exzenterwelle angeordnet und die Antriebswelle ist durch eine Wellenlagerung im Pumpengehäuse gelagert.

Somit wird eine verlustarme Energieübertragung von der Exzenterwelle zum Gleitschuh vorgesehen und gleichzeitig der Fördermittelraum vom Schmiermittel.raum effektiv getrennt sowie eine hohe Lebensdauer der Radialkolbenpumpe abgesichert.

Zwischend dem gehäuseseitigem und dem exzenterseitigen Dichtelement tritt eine Orbitalbewegung auf, die von der Trenneinrichtung aufgenommen wird, so daß keine Verschlechterung der Betriebsparameter eintritt.

In einer ersten Ausführungsform ist das Exzenterelement in Form eines Axialvorsprungs an der Antriebswelle ausgebildet, wodurch eine geringe Bauteilanzahl erreicht wird.

In einer Abwandlung der ersten Ausführungsform gleiten das gehäuseseitige und das exzenterseitige Dichtelement aufeinander. Somit steht eine kompakte Radialkolbenpumpe zur Verfügung.

Entsprechend weiteren Abwandlungen der ersten Ausführungsform ist das exzenterseitige Dichtelement kappenförmig ausgebildet, so daß mit nur einem Bauteil der Umfang des Exzenterelementes abdichtbar ist.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn dieses kappenförmige Dichtelement ein dünnwandiges Bauteil in Form eines Gleitlagers oder als Außenring eines Wälzlagers ist. Auf diese Weise läßt sich der Wirkungsgrad der Radialkolbenpumpe bei gleichzeitig guter Abdichtung erhöhen.

Durch eine Andruckeinrichtung am Boden des exzenterseitigen Dichtelements läßt sich das exzenterseitige Dichteleinent gegen das Exzenterelement vorspannen, wodurch sich Energieverluste durch ein Spiel des exzenterseitigen Dichtelementes verringern lassen.

Entsprechend einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat das Exzenterelement die Form einer Axialvertiefung. Auf diese Weise läßt sich die Länge der Antriebswelle verringern und lassen sich somit störende Geräusche in Lagern und der Verschleiß der Lager einschränken.

Bei einer solchen Ausgestaltung ist das exzenterseitige Dichtelement vorzugsweise ein sich in Axialrichtung erstreckendes Koppelelement, das Bewegungen von der Antriebswelle zum Gleitschuh überträgt und dessen Endabschnitt in der Axialvertiefung drehbar gelagert ist. Somit ist durch ein elastisches Trennelement das Fördermittel und das Schmiermittel in Linienform trennbar und sind auf diese Weise die Auswirkungen axialer Kräfte besser aufnehmbar.

Wenn dieses Koppelelement am Pumpengehäuse geführt wird, kann die Genauigkeit bei der Fertigung der Lagerung verringert werden.

Wird der zur Axialvertiefung entgegengesetzt liegende Endabschnitt des Koppelelements durch das Pumpengehäuse gelagert, so ist das Exzentrizitätsmaß größer als der Hub des Gleitschuhs.

Wenn das Koppelelement am Pumpengehäuse mittig gelagert wird, ist der Hub des Förderelements in Abhängigkeit von Hebelverhältnissen des Koppelelements einstellbar.

Ein Dichtelement zwischen dem exzenterseitigen und dem gehäuseseitigen Dichtelement nimmt in besonders guter Weise die Relativbewegung zwischen den Dichtelementen und Axialkräfte zwischen den Fördermittelaufnahmeraum und dem Schmiermittelaufnahmeraum auf.

Das elastische Element kann am Koppelelement dicht anliegen, was eine entsprechende Profilgestaltung beim elastischen Element voraussetzt, oder an diesem befestigt sein, wobei in diesem Fall der Einfluß von Materialermüdung als Fehlerursache verringert wird.

Durch die Verhinderung des Verdrehens vom Koppelelement durch eine entsprechende mechanische Einrichtung wird einem Energieverlust in der Radialkolbenpumpe entgegengewirkt.

Durch die Maßnahmen, die Exzenterwelle einseitig zu lagern und am auskragenden freien Ende der Exzenterwelle einen kappenförmigen Exzenterring auszubilden, der die freie Stirnseite der Exzenterwelle abdeckt und dessen Ringstirnflächen auf eine Wellendichtung wirken, die zwischen der Wellenlagerung und dem Exzenter ausgebildet ist, kann der Schmiermittelkreislauf zuverlässig von dem Fördermittelkreislauf, insbesondere vom im Kurbelgehäuse angeordneten Fördermittel getrennt werden. Der kappenförmige Exzenterring wirkt bei dieser Konstruktion praktisch als Teil der Wellendichtung und trägt dazu bei, den freien Endabschnitt der Exzenterwelle dichtend zu umschließen.

Durch die einseitige Wellenlagerung ist die Montage der Exzenterwelle gegenüber herkömmlichen Lösungen mit geteilten Lagern, die beidseitig des Exzenters angeordnet sind, wesentlich vereinfacht, so daß auch die Montagekosten gegenüber der vorbekannten Lösung reduziert sind.

Der Andruck des kappenförmigen Exzenterrings an die Wellendichtung kann allein aufgrund des Fluiddrucks im Kurbelraum erfolgen. Die Dichtwirkung läßt sich jedoch weiter erhöhen, wenn auf den Boden des Exzenterrings eine Andruckeinrichtung wirkt, über die der Exzenterring gegen die Dichtung gepreßt wird.

Diese Andruckvorrichtung hat vorteilhafterweise einen winkeleinstellbaren Druckring, der über eine Vorspannfeder gegen den kappenförmigen Exzenterring vorgespannt ist.

Die bei der erfindungsgemäßen Konstruktion eingesetzte Wellendichteinrichtung hat vorzugsweise einen Gleitring, auf dessen eine Gleitfläche der Druckring wirkt und über den ein Dichtring gegen die Welle und die Wellenlagerung gepreßt wird.

Zur Verminderung der Reibung zwischen dem kappenförmigen Exzenterring und dem Gleitring kann in der Reibfläche des letzteren ein reibungsmindernder Einsatz, beispielsweise aus Teflon vorgesehen werden.

Die einseitige Wellenlagerung wird vorzugsweise durch eine fettgefüllte Wälzlageranordnung realisiert.

Um einen Öleintritt von außen zu verhindern, ist im Bereich zwischen dem antriebsseitigen Endabschnitt der Exzenterwelle und dem Wellenlager eine weitere Dichteinrichtung angeordnet.

Vorteilhafterweise wird zwischen dem Exzenterring und dem Exzenter der Exzenterwelle ein Gleitlager vorgesehen.

Die Montage der Radialkolbenpumpe ist besonders einfach, wenn die Wellenlagerung im Pumpentopf des Gehäuses angeordnet ist.

Sonstige Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Unteransprüche.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe,

Fig. 2 einen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe,

Fig. 3 einen Schnitt durch eine erste Abwandlung des zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe,

Fig. 4 einen Schnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe,

Fig. 5 einen Schnitt durch ein viertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe, und

Fig. 6 einen Schnitt durch ein fünftes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe,

Figur 1 zeigt einen Schnitt durch eine Radialkolbenpumpe 1 entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel , wobei der Schnitt so gelegt ist, daß nur eine Fördereinheit 2 sichtbar ist. Nachfolgend werden nun unter Bezugnahme auf Fig. 1 die Bauteile der erfindungsgemäßen Radiakolbenpumpe beschrieben, die allen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung gemeinsam sind.

Die in Fig. 1 gezeigte Radialkolbenpumpe 1 hat ein Pumpengehäuse mit einem Gehäusetopf 4, der durch einen Gehäusedeckel, im folgenden Gehäuseflansch 6 genannt, geschlossen ist. Im Pumpengehäuse sind eine Vielzahl, beispielsweise drei Zylinderaufnahmeräume 8 ausgebildet, in denen jeweils eine der Fördereinheiten 2 aufgenommen ist. In der Trennebene zwischen Gehäusetopf 4 und Gehäuseflansch 6 ist eine umlaufende, gasdichte Dichtung 9 angeordnet, die ähnlich einer Zyinderkopfdichtung ausgeführt ist. Die beiden Gehäuseteile sind mittels Spannschrauben 11 miteinander verschraubt.

Der Antrieb der Fördereinheiten 2 erfolgt über eine Exzenterwelle 10, die im Gehäusetopf 4 gelagert ist. Die Schmierung/Kühlung der Wellenlager erfolgt über einen gestrichelt dargestellten Schmiermittelkreislauf 7.

Das Fördermittel, im vorliegenden Fall Benzin, wird über einen nicht dargestellten Eingangsanschluß in einen zwischen Gehäusetopf 4 und Gehäuseflansch 6 ausgebildeten Kurbelraum 16 mit einem vorbestimmten Vordruck (1 bis 3 bar) zugeführt und nach Druckbeaufschlagung über einen ebenfalls nicht gezeigten Ausgangsanschluß zum Verbrennungsmotor geleitet.

Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die Trennung von Fördermittel und Schmiermittel begrenzt, sondern es können beliebige Fluide getrennt werden, wobei auch zwei Fluide der gleichen Fluidart mit beispielsweise unterschiedlichem Druck oder/und unterschiedlicher Temperatur vorliegen können.

Die Exzenterwelle 10 hat ein Exzenterelement 20, dessen Mittelpunkt um das Exzentrizitätsmaß e gegenüber der Drehachse 22 der Exzenterwelle 10 versetzt ist.

im Gegensatz zum eingangs zitierten Stand der Technik ist die Antriebswelle 10 bei den erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen nur einseitig gelagert, wobei eine als Wälzlager ausgebildete, fettgefüllte Wellenlagerung 18 in einer Axialbohrung 24 des Gehäusetopfes 4 befestigt ist. Die Axialbohrung 24 ist mit einer Radialschulter 26 versehen, an der der in Fig. 1 linke Endabschnitt der Wellenlagerung 18 abgestützt ist.

Die Drehbewegung der Antriebswelle 10 wird durch eine weiter unten beschriebene Übertragungseinrichtung in eine Orbitalbewegung eines als Exzenterring ausgebildeten exzenterseitigen Dichtelementes 36 ausgebildeten exzenterseitigen Dichtelementes umgewandelt. Unter Orbitalbewegung ist dabei die Bewegung auf einem Kreis ohne Änderung der Ausrichtung bei Draufsicht auf den Kreis zu verstehen. Das Dichtelement 36 ist an seinem in der Figur oberen Endabschnitt abgeflacht, wobei die Abflachung etwas senkrecht zur Zeichenebene in der Figur verläuft. Während der Drehung der Antriebswelle 10 behält die Abflachung ihre Orientierung zur Fördereinheit 2 bei, so daß eine definierte Anlagefläche geschaffen wird. Aufgrund der Taumelbewegung des Exzenterelementes 20 vollführt das Dichtelement 36 dabei eine Ausgleichsbewegung, so daß zwischen Fördereinheit 2 und Abflachung eine Relativverschiebung etwa senkrecht zur Zeichenebene erfolgt. Hinsichtlich weiterer Details der Fördereinheit 3 sei auf die folgenden Ausführungen verweisen.

Der Gehäusetopf 4 und der Gehäuseflansch 6 begrenzen den Kurbelraum 16, aus dem heraus sich in Axialrichtung die Aufnahmeräume 8 für die Fördereinheiten 2 erstrecken. Jede dieser Fördereinheiten 2 hat einen feststehenden, radial in der Trennebene zwischen Gehäusetopf 4 und dem Gehäuseflansch 6 befestigten stehenden zylinderförmigen Kolben 52, auf dem ein oszillierend bewegbarer Zylinder 54 geführt ist. Die Befestigung des Kolbens 52 erfolgt mittels einer Klemmeinrichtung mit einem Klemmstück 56,
das durch eine Spannschraube 58 festlegbar ist. Letztere durchsetzt einen Flansch 60 des Gehäusetopfs 4. Der auf dem Kolben 52 geführte Zylinder 54 hat an seinem Umfang eine Ringstirnfläche 62, an der eine Druckfeder 64 angreift, deren anderes Ende über einen am Gehäuse gelagerten Federteller abgestützt ist. Der Zylinder 54 wird mittels der Druckfeder 36 in Richtung auf den Außenumfang des Exzenterrings 36 vorgespannt. Anstelle der Spannschraube 58 können auch andere geeignete Einrichtungen zur Klemmung des Kolbens 52 verwendet werden, beispielsweise können Blattfeder- und Elastomerelemente eingesetzt werden. In der Trennebene sind hochgenau ausgebildete Aufnahmen vorgesehen, die eine einfache Lagepositionierung des Kolbens 52 ermöglichen. Der zylinderförmige Kolben kann sehr einfach, beispielsweise durch spitzenloses Schleifen feinstbearbeitet werden. Anstelle des zylinderförmigen Kolbens 52 kann auch eine andere Kolbenform, beispielsweise ein Kolben mit Kolbenfuß verwendet werden, wie er in der parallelen Anmeldung P ..., (unser Zeichen: MA7214) (Radialkolbenpumpe) der Anmelderin dargestellt ist.

Der Gleitschuh 50 hat einen in Axialrichtung verlaufenden Führungszapfen 66, der in die den feststehenden Kolben 52 umgreifende Zylinderbohrung 68 eintaucht. An den Führungszapfen 66 schließt sich ein Führungsflansch 70 des Gleitschuhs 50 an, der in Radialrichtung gegenüber dem Führungszapfen 66 erweitert ist. Der Zylinder 54 liegt auf der vom Exzenterring 36 abgewandten Ringstirnfläche des Führungsflansches 70 auf. Der Gleitschuh 50 hat eine mittige Durchgangsbohrung 72, die in einem Tangentialschlitz 74 des Exzenterrings 36 mündet.

Im Bereich der Stirnfläche des Führungsflansches 70 ist ein Saugventil befestigt, das beim gezeigten Ausführungsbeispiel als Plattenventil 76 ausgeführt ist, über das die Verbindung zum Zylinderraum auf- oder zusteuerbar ist. Die Platte des Plattenventils 76 ist mit Durchgangsbohrungen 78 (nur eine dargestellt) versehen, die bei vom Ventilsitz abgehobener Platte eine Fluidverbindung des Zylinderraums mit der Durchtrittsbohrung 72 ermöglicht. Die Platte des Plattenventils 76 wird über eine in der Abbildung angedeutete Druckfeder in ihre Schließstellung vorgespannt. Die Axialbewegung der Platte weg von dem Ventilsitz an der Stirnseite des Führungszapfens 66 ist durch einen Anschlagring 80 in der Zylinderbohrung 68 begrenzt. Die Anlageflächen für die Platte an der Stirnseite des Führungszapfens 66 und an dem Anschlagring 80 sind als Ventilsitzflächen ausgeführt. In der gezeigten Position ist die Fluidverbindung von der Durchtrittsbohrung 72 hin zum Kolben 52 verschlossen, da die Durchgangsöffnungen 78 durch Anlage der Platte an die Sitzfläche des Führungszapfens 66 zum Exzenterraum 16 hin abgedeckt sind. Bei abgehobener Platte kann das Benzin durch die Durchgangsbohrungen 72 und die Durchgangsbohrungen 78 hindurch in die Zylinderbohrungen 68 einströmen.

Anstelle des Gleitschuhs 50 kann auch eine eigene Befestigungsschraube zur Festlegung der Platte verwendet werden, die dann ihrerseits mit einer Durchgangsbohrung ausgeführt ist. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel ist in der parallelen Anmeldung 197...(unser Zeichen: MA7214) der Anmelderin beschrieben, deren Offenbarung zu derjenigen der vorliegenden Anmeldung zu zählen ist.

Wie der Figur des weiteren entnehmbar ist, ist der Kolben 52 mit einer Axialbohrung 82 versehen, in deren in Figur 1 oberen Endabschnitt ein Druckventil 84 eingeschraubt ist. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Druckventil 84 als Kugelrückschlagventil ausgeführt, dessen kugelförmiger Ventilkörper 86 federnd gegen einen Ventilsitz in der Axialbohrung 82 vorgespannt ist. Bei abgehobenen Ventilkörper 86 kann das druckbeaufschlagte Benzin (ca. 100 bar) über einen Verbindungskanal 88 zu einer Sammelleitung (nicht gezeigt) geführt werden. Von dort strömt das druckbeaufschlagte Benzin zum Ausgangsanschluß.

Die in der Figur dargestellte Konstruktion der Fördereinheit hat den Vorteil, daß die Einheit aus Druckventil 84, Kolben 52, Zylinder 54 sowie Saugventil 76 vormontiert werden kann und dann als vorgeprüfte Patrone oder Cartridge in das Pumpengehäuse eingeschraubt wird, so daß der fertigungs- und montagetechnische Aufwand auf ein Minimum reduziert ist.

Die vorbeschriebene Konstruktion hat den weiteren Vorteil, daß die Strömungswege vom Kurbelraum 16 hin zum Zylinderraum sehr kurz sind, so daß die Strömungswiderstände auf ein Minimum reduziert sind.

Der zum Druckventil 84 benachbarte Teil des Verbindungskanals 88 ist etwa in Axialrichtung verlaufend im Gehäuseflansch 6 ausgebildet und mündet in einer Radialbohrung des Gehäuseflansches 6, die nach außen hin durch Verschlußstopfen 89 abgedichtet ist.

Das Eintreten von Öl von außen her wird über einen weiteren Wellendichtring 90 verhindert, der an dem antriebsseitigen Endabschnitt der Exzenterwelle 10 befestigt ist.

Beim Saughub des Zylinders 54, d.h. bei dessen Abwärtsbewegung aus der in Figur 1 dargestellten Position steht unterhalb des im Zylinder 54 befestigten Plattenventils 76 eine Flüssigkeitssäule, die aufgrund ihrer Massenträgheit der Abwärtsbewegung der Platte und damit des Zylinders 54 entgegenwirkt und somit das Abheben der Platte und das Füllen des sich vergrößernden Zylinderraumes unterstützt, so daß die Füllung schneller und mit weniger Strömungswiderstand erfolgen kann.

Die Ausgleichsbewegung des Exzenterringes 36 verursacht eine Verwirbelung des sich in der Kurbelkammer 16 befindlichen Benzins, so daß eventuell im Kurbelraum auftretende Gasblasen verwirbelt werden und sich nicht an einer Stelle ansammeln können.

Im folgenden wird nun der Aufbau der Übertragungseinrichtung entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei diesem ist das Exzenterelement 20 als radial vorspringendes Exzenter ausgeführt.

An der zur Radialschulter 26 entgegengesetzt liegenden Stirnseite des Wälzlagers 18 ist eine Wellendichteinrichtung 28 vorgesehen, über die der Kurbelraum 16 und die sonstigen Strömungswege des Fördermittels gegenüber dem Schmiermittelkreislauf 7 abgedichtet ist. Die Wellendichteinrichtung 28 hat einen am Innenumfang der Axialbohrung 24 und an der Wälzlageranordnung 18 anliegenden Dichtring 30, der über einen Gleitring 32 in seine Dichtungsposition gedrückt wird. Letzterer liegt mit seiner Gleitfläche 34 an der Ringstirnfläche 40 eines kappenförmig ausgebildeten Exzenterrings 36 an, der über ein Gleitlager 38 auf dem Exzenter 20 der Exzenterwelle 10 gelagert ist.

Wie Figur 1 entnehmbar ist, hat der Exzenterring 36 einen kappen- oder tassenförmigen Querschnitt und umgreift in der gezeigten Darstellung den Exzenter 20, der das frei auskragende Ende der Exzenterwelle 10 bildet. Die Ringstirnfläche 40 des Exzenterrings 36 liegt an der Dichtfläche 34 des Gleitrings 32 an. Zur Verminderung der Reibung zwischen der Ringstirnfläche 40 und der Dichtfläche 34 kann der Gleitring 32 mit einem reibungsmindernden Einsatz 42 versehen werden, der beispielsweise aus Teflon besteht und von einem O-Ring federnd gegen die Ringstirnfläche 40 gedrückt wird.

Beim gezeigten ersten Ausführungsbeispiel erfolgt die Vorspannung des Exzenterrings 36 in Axialrichtung auf den Gleitring 32 zu durch eine Andruckeinrichtung, die durch einen Druckring 44 gebildet ist, der mittels einer Vorspannfeder 46 gegen die Stirnseite eines Bodens 48 des Exzenterrings 36 gedrückt wird. Der Druckring 44 ist winkeleinsteilbar, so daß er exakt an die Geometrie des Bodens 48 anpaßbar ist.

Bei dieser Konstruktion ist somit der Exzenterring 36 Teil der Weliendichteinrichtung 28, da dieser den Gleitring 32 gegen den Dichtring 30 preßt.

Bei der gewählten Konstruktion ist die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Gleitring 32 und dem Exzenterring 36 vergleichsweise gering, so daß der Wärmeeintrag in das Benzin aufgrund der Reibung und auch der Verschleiß der Dichtflächen minimal ist.

Der Andruck des Exzenterrings 36 gegen den Gleitring 32 erfolgt neben der Andruckeinrichtung noch durch den Fluiddruck im Kurbelraum 16, der etwa dem am Eingangsanschluß anliegenden Vordruck des Kraftstoffes entspricht. Theoretisch könnte der Andruck des Exzenterrings 36 auch allein durch diesen Vordruck erfolgen, so daß unter Umständen auf die Andruckeinrichtung (Druckring 44, Vorspannfeder 46) verzichtet werden könnte. Durch die Ausbildung des den freien Endabschnitt der Exzenterwelle 10 umgreifenden Exzenterrings 36 und dessen fluiddichter Anlage am Gleitring 32 kann das im Kurbelraum 16 befindliche Benzin nicht zu den Lagerstellen (Gleitlager 38, Wälzlager 18) gelangen, so daß eine Vermischung der beiden Fluidkreisläufe (Schmiermittel, Benzin) verhindert ist.

Die erfindungsgemäße Konstruktion entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel zeichnet sich dadurch aus, daß die Wellenlagerung sehr einfach ausgeführt ist, so daß die Anzahl der Spalte, in denen eine Leckageströmung auftreten kann, gegenüber dem eingangs beschriebenen Stand der Technik auf ein Minimum reduziert ist. Die Abdichtung zwischen dem Fördermittelkreislauf und dem Schmiermittelkreislauf erfolgt im wesentlichen durch eine zentrale Wellendichteinrichtung, die durch den Exzenterring 36 in ihre Dichtstellung vorgespannt ist. Letzterem kommt somit eine Doppelfunktion - die Führung des Gleitschuhs 50 und die Druckbeaufschlagung der Wellendichteinrichtung - zu. Durch die kappenförmige Ausbildung des Exzenterrings 36 kann das Benzin nicht von der frei auskragenden Stirnseite der Exzenterwelle 10 her in den Schmiermittelkreislauf gelangen.

Nachfolgend wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Bauteile der Radialkolbenpumpe des zweiten Ausführungsbeispiels entsprechen mit Ausnahme der Übertragungseinrichtung im wesentlichen denen der Radialkolbenpumpe entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel. Die konstruktiven Abwandlungen beim Gehäusetopf 4 und Gehäuseflansch 6, insbesondere der verringerte Außendurchmesser des Gehäuseflansches 6, beeinflussen nicht die Funktionsweise der erfindungswesentlichen Bauteile und werden daher nicht detailliert erläutert

Die Radialkolbenpumpe entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel weist anstelle der Wellendichteinrichtung 28, des Dichtrings 30 und des Einsatzes zur Reibungsminderung 42 des ersten Ausführungsbeispiels einen Dichtring 33 und ein elastisches Element 35 auf.

Der Dichtring 35 befindet sich im Innenumfang des Gehäusetopfes benachbart zur Wellenlagerung 18 und ist bezüglich dieser Innenumfangsfläche fluiddicht ausgebildet, beispielsweise mittels Preßpassung. Das elastische Element 35 ist vorzugsweise eine verformbare Membran, die mit dem Innenumfang des Dichtrings 35 fluiddicht verbunden ist. Der Innenumfangsabschnitt des elastischen Elementes 35 steht mit dem Außenumfang von einem Gleitlager 138 in fluiddichter Verbindung. Dabei liegt entweder das elastische Element 35 am Gleitlager 138 fluiddicht an oder ist an diesem fluiddicht befestigt.

Das Gleitlager 138 wird von einer tiefgezogenen Buchse mit Gleitlagerfunktion gebildet, ist kappenförmig sowie dünnwandig und befindet sich auf dem Exzenterelement 20, das wie im ersten Ausführungsbeispiel als vorspringendes Exzenter ausgebildet ist. Der Exzenterring 136 ist im zweiten Ausführungsbeispiel als Hohlzylinder ausgeformt und auf das Gleitlager 138 aufgebracht.

Somit sind der Schmiermittelkreislauf und das Arbeitsfluid über den Dichtring 33, die Membran 35 und das Gleitlager 138 bei geringem vorrichtungstechnischem Aufwand sicher voneinander getrennt. Gleichzeitig ist aber der Antrieb des Kolbens 52 durch die Exzenterwelle 10 möglich, wobei das Exzenterlement 20 und damit der Innenumfang des elastischen Elements 35 um die Exzenterwelle 10 eine Orbitalbewegung beschreibt. Diese Orbitalbewegung wird durch die Elastizität des Elementes 35 aufgenommen, so daß der Dichtring 33 bezüglich dem Gehäusetopf 4 ortsfest bleibt.

Optional kann beim zweiten Ausführungsbeispiel auch eine zur Andruckeinrichtung 44, 46 des ersten Ausführungsbeispiels analoge Vorrichtung ausgebildet sein, die die konstante Lage des Gleitlagers 138 sicherstellt.

Bei einer in Fig. 3 gezeigten Abwandlung des dritten Ausführungsbeispiels ist statt des Gleitlagers 138 ein kappenförmiger Außenring 238 eines Wälzlagers mit Wälzkörpern 139 vorgesehen. Auf diese Weise läßt sich das Gleitverhalten zwischen dem Exzenterelement 20 und dem Exzenterring 136 verbessern, was zu einem geringeren Verschleiß der Bauteile führt.

Eine in Fig. 4 gezeigte Radialkolbenpumpe entsprechend dem dritten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von der Radialkolbenpumpe entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel im Aufbau der Übertragungseinrichtung.

Genauer gesagt weist die Radialkolbenpumpe entsprechend dem dritten Ausführungsbeispiel als Exzenterelement an der Exzenterwelle 10 eine Exzenterausnehmung 120 auf, an deren Innenumfang Wälzkörper 139 eines Wälzlagers vorgesehen sind. Diese Wälzkörper 139 nehmen einen vorzugsweise massiven, zylinderförmigen Endabschnitt 91a eines Koppelelementes 91 auf.

Das Koppelelement 91 erstreckt sich in Längsrichtung der Exzenterwelle 10 und hat eine bezüglich der Mittellinie 22 der Exzenterwelle 10 versetzte Mittellinie 25. Der zum Endabschnitt 91a in Axialrichtung entgegengesetzt liegende Endabschnitt 91b hat einen größeren Außendurchmesser als der Endabschnitt 91a und befindet sich mit dem Exzenterring in Berührung. Ferner steht auch der Innenumfang des elastischen Elementes 35 mit dem Außendurchmesser des Koppelelementes 91 in fluiddichter Verbindung.

An der kreisringförmigen Fläche zwischen den Endabschnitten 91a und 91b kann eine Einrichtung 142 zur Reibungsminderung vorgesehen sein.

Somit sind beim dritten Ausführungsbeispiel die Exzenterwelle 10 und das Koppelelement 91 bezüglich Vibrationen entkoppelt, was auch die Geräusche beim Betrieb der erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe verringert. Ferner wird im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel der Zusammenbau der Radialkolbenpumpe erleichtert, da die genaue Positionierung der Wellendichteinrichtung 28 entfällt.

Optional kann, wie es in Fig. 4 gezeigt ist, die Exzenterwelle 10 einstückig mit dem Innenring der Welleniagerung 18 ausgebildet sein, wodurch die Bauteilanzahl und der Platzbedarf weiter verringerbar sind.

Bei dem in Fig. 5 gezeigten vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in der Exzenterwelle 10 die Exzenterausnehmung 120 halbkugelförmig ausgebildet und nimmt einen halbkugelförmigen Endabschnitt 92a des Koppelelements 92 gleitfähig auf. Der Aufbau dieser Radiaikolbenpumpe entspricht bis auf die Übertragungseinrichtung dem des zweiten Ausführungsbeispiels.

Das Koppelelement 92 erstreckt sich bezüglich der Exzenterwelle 10 im wesentlichen in Axialrichtung. Der zum Endabschnitt 92a in Axialrichtung entgegengesetzt angeordnete Endabschnitt 92b befindet sich in einer gehäusefesten halbkugelartigen Führung 94, die den Endabschnitt 92b fest hält und bei einer Orbitalbewegung des Endabschnitts 92a in der Exzenterausnehmung 120 das Koppelelement 92 auf einer Kegel-Mantelfläche führt.

In der Nähe des Endabschnittes 92a ist ein tellerartiger Vorsprung 92c ausgebildet, an dem ein innerer Abschnitt des elastischen Elementes 35 befestigt ist. Der äußere Abschnitt des elastischen Elementes 35 ist genauso wie beim zweiten und dritten Ausführungsbeispiel am Dichtring 33 befestigt. An den Vorsprung 92c schließt sich ein kugelartiger Lagerabschnitt 92d an, der sich in einem Lager 95 am Innenumfang des Exzenterrings 136 befindet und dadurch bei einer Orbitalbewegung des Endabschnitts 92a in der Exzenterausnehmung 120 eine Kippbewegung zwischen dem Exzenterring 136 und dem Koppelelemente 92 ermöglicht.

Durch eine solche Gestaltung wird Undichtigkeiten zwischen Arbeitsfluid und Schmiermittelkreislauf entgegengewirkt und werden gleichzeitig die Anforderungen an die Fertiungsgenauigkeit gesenkt, da die gehäusefeste Führung 94 nicht genau mit der Exzenterwelle 10 fluchten muß und trotzdem kein erhöhter Verschleiß, geringerer Wirkungsgrad oder störende Geräusche die Folge sind.

Fig. 6 zeigt eine Alternative für das vierte Ausführungsbeispiel in Form eines fünften Ausführungsbeispiels. Dabei ist die gehäusefeste Führung 94 aus Fig. 5, die mit einem Endabschnitt des Koppelelements 92 in Eingriff steht, durch einen Dicht- und Lagerabschnitt 96 an einem mittleren kugelartigen Abschnitt 93c eines Koppelelements 93 ersetzt. Der Außenumfang des Dicht- und Lagerabschnitt 96 ist über einen Dichtring am Innenumfang des Gehäusetopfes 4 ortsfest angeordnet.

Der eine Endabschnitt 93a des sich in Axialrichtung erstreckenden Koppelelementes 93 ist über ein Exzenterlager 121, vorzugsweise ein Gleitlager, in der Exzenterausnehmung 120 der Exzenterwelle 10 aufgenommen. Der zum Endabschnitt 93a in Axialrichtung entgegengesetzt liegende Endabschnitt 93b des Koppelelementes 93 ist über ein Lager 95 im Exzenterring 136 aufgenommen.

Benachbart zum mittleren kugelartigen Abschnitt 93c erstreckt sich das elastische Element 35 zum Dicht- und Lagerabschnitt 96 hin, an dem ein radial äußerer Abschnitt des elastischen Elementes 35 befestigt ist.

Das elastische Element 35 ist in einer Variante dieses Ausführungsbeispiels ein im oberen Abschnitt von Fig. 6 gezeigter Metallmembranbalg 35p, wodurch verschleißerscheinungen nur in sehr geringem Umfang auftreten. Der Dicht- und Lagerabschnitt 96p kann aufgrund der guten Elastizität des Metallmembranbalgs 35p in Axialrichtung kurz gestaltet werden und über den Dichtring am Außenumfang des Dicht- und Lagerabschnitts 96p im Gehäusetopf 4 befestigt sein.

In einer weiteren, im unteren Abschnitt von Fig. 6 gezeigten Variante dieses Ausführungsbeispiels ist das elastische Element 35 als eine massive verformbarme Membran 35r ausgebildet, die durch den Dicht- und Lagerabschnitt 96r gegen einen Vorsprung 4m im Gehäusetopf 4 gedrückt wird. Somit erstreckt sich das elastische Element 35r auch eine bestimmte Entfernung in Axialrichtung, was eine ausgeglichene Bewegung des elastischen Elements 35r bei geringer Materialbeanspruchung ermöglicht.

Bei Betrieb der Radialkolbenpumpe entsprechend dem fünften Ausführungsbeispiel beschreibt das Koppelelement 93 eine Taumelbewegung innerhalb einer Doppelkegel-Mantelfläche.

Während sich bei der Radialkolbenpumpe entsprechend dem vierten Ausführungsbeispiel bei einer halben Umdrehung der Exzenterwelle 10 nur ein Hub des Exzenterrings kleiner als das Exzentrizitätsmaß e ergibt, ist beim fünften Ausführungsbeispiel der Hub des Exzenterrings bei einer halben Umdrehung der Exzenterwelle 10 entsprechend dem Hebelgesetz kleiner oder größer als das Exzentrizitätsmaß e wählbar.

Bei den Radialkolbenpumpen entsprechend dem dritten bis fünften Ausführungsbeispiel ist es vorteilhaft, wenn das Koppelelement mechanisch gegen Verdrehen gesichert ist. Dadurch wird verhindert, daß auf das elastische Element 35 und Befestigungsstellen von diesem in Drehrichtung eine Kraft wirkt.

Durch die vorliegende Erfindung lassen sich somit Probleme bei Dichtsystemen in Benzinpumpen, wie beispielsweise bezüglich Verschleiß und Undichtigkeiten, lösen, während gleichzeitig bei hermetisch voneinander getrennten Schmiermittel- und Arbeitsfluidbereichen der Pumpenantrieb im Schmiermittelbereich den Verdränger im Arbeitsfluidbereich betätigen kann.

Axial wirkende Kräfte, die durch Druckunterschiede im Arbeitsfluidbereich und im Schmiermittelbereich hervorgerufen werden, wobei der Arbeitsfluiddruck in der Regel höher ist, sind entsprechend der vorliegenden Erfindung durch das Gehäuse der Radialkolbenpumpe aufnehmbar, ohne die Funktionsfähigkeit der Pumpe zu beeinträchtigen.

Offenbart ist somit eine Radialkolbenpumpe, bei der eine Exzenterwelle zum Antreiben einer Fördereinheit einseitig im Pumpengehäuse gelagert ist und an dem frei auskragenden Endabschnitt der Welle eine als Gleitringdichtung ausgebildete Wellendichtung angeordnet ist. Der Gleitring liegt an einem Exzenterring der Exzenterwelle an, der durch eine Andruckeinrichtung und/oder den Vordruck des Fördermittels gegen den Gleitring gedrückt ist. Der Exzenterring ist kappenförmig ausgebildet und umgreift den frei auskragenden Endabschnitt der Exzenterwelle. In Abwandlungen dieses Ausführungsbeispiels befindet sich eine Membran zwischen einem am Gehäuse vorgesehenen Dichtring und einem exzenterseitigen Dichtabschnitt, der als eine kappenförmige Buchse, optional mit Gleitlager, auf einem Exzenterelement oder als Koppelelement in einer Exzenterausnehmung der Exzenterwelle vorsehbar ist. Ein mittlerer Abschnitt oder ein Endabschnitt des Koppelelements kann durch das Gehäuse gelagert sein. Ein Endabschnitt bzw. ein mittlerer Abschnitt von diesem kann dabei eine Hubbewegung an einem Förderelement der Radialkolbenpumpe bewirken.

Claims

Radialkolbenpumpe mit zumindest einer Fördereinrichtung (2) und mit einer Trenneinrichtung, die einen ersten Aufnahmeraum für ein erstes Fluid, insbesondere ein Fördermittel, und einen zweiten Aufnahmeraum für ein zweites Fluid, insbesondere ein Schmiermittel, voneinander trennt und ein gehäuseseitiges Dichtelement (28; 33; 96) sowie ein exzenterseitiges Dichtelement (36; 38; 138; 238; 91; 92; 93) aufweist, die fluiddicht miteinander verbunden sind, wobei eine Drehbewegung einer Antriebswelle (10) über ein Exzenterelement (20; 120; 220) in eine Radialbewegung eines Förderelementes (50) der Fördereinheit (2) umsetzbar ist und bei der das gehäuseseitige Dichtelement (28; 33; 96) am Pumpengehäuse (4) fluiddicht angeordnet ist und die Antriebswelle (10) durch eine Wellenlagerung (18) im Pumpengehäuse (4) gelagert ist,
dadurch gekennzeichnet, daß das exzenterseitige Dichtelement (36; 38; 138; 238; 91; 92; 93) in Umfangsrichtung des Exzenterelementes (20; 120; 220) gleitfähig angeordnet ist, und daß das Exzenterelement (20; 120; 220) an einem Endabschnitt der Antriebswelle (10) vorgesehen ist.
Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Trenneinrichtung so ausgebildet ist, daß eine Orbitalbewegung zwischen dem gehäuseseitigen Dichtelement (28; 33; 96) und dem exzenterseitigen Dichtelement (36; 38; 138; 238; 91; 92; 93) vorsehbar ist.
Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß das Exzenterelement (20) an der Axialwelle (10) als Axialvorsprung ausgebildet ist.
Radialkolbenpumpe nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß das gehäuseseitige Dichtelement (28) und das exzenterseitige Dichtelement (36) stirnseitig aufeinandergleitend ausgebildet sind.
Radialkolbenpumpe nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß das exzenterseitige Dichtelement (36; 38; 138; 238) kappenförmig ausgebildet ist.
Radialkolbenpumpe nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß das exzenterseitige Dichtelement (38; 138; 238) ein dünnwandiges Bauteil ist, das als Gleitlager oder Außenring eines Wälzlagers vorgesehen ist.
Radialkolbenpumpe nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet, daß an einem Boden (48) des exzenterseitigen Dichtelementes (36) eine Andruckeinrichtung (44, 46) angreift, die das exzenterseitige Dichtelement (36) gegen das Exzenterelement (20) vorspannt.
Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß das Exzenterelement (120; 220) als Axialvertiefung der Antriebswelle (10) ausgebildet ist.
Radialkolbenpumpe nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß das exzenterseitige Dichtelement (91; 92; 93) ein sich im wesentlichen in Axialrichtung erstrekkendes Element aufweist, durch das die Bewegung von der Antriebswelle (10) auf das Förderlement (50) übertragbar ist und dessen einer Endabschnitt in der Axialvertiefung (120; 220) drehbar angeordnet ist.
Radialkolbenpumpe nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelelement (92; 93) durch das Pumpengehäuse (4) geführt ist.
Radialkolbenpumpe nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß der Endabschnitt (92b) des Koppelelementes (92), der bezüglich dem in der Axialvertiefung (120) angeordneten Endabschnitt (92a) des Koppelelementes (92) entgegengesetzt liegt, am Pumpengehäuse (4) schwenkbar angeordnet ist.
Radialkolbenpumpe nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß ein zwischen den beiden Endabschnitten (93a, 93b) des Koppelelementes (93) angeordneter Abschnitt (93c) des Koppelelementes (93) am gehäuseseitigen Dichtelement (96) schwenkbar angeordnet ist.
Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und 5 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen dem gehäuseseitigen Dichtelement (33; 96) und dem exzenterseitigen Dichtelement (38; 138; 238; 91; 92; 93) ein elastisches Element (35) erstreckt.
Radialkolbenpumpe nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Element (35) am Koppelelement (91; 92; 93) dicht anliegt oder an diesem befestigt ist.
Radialkolbenpumpe nach Anspruch 13 oder 14,
dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelelement (91; 92; 93) mechanisch gegen Verdrehen gesichert ist.