Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Radialkolbenpumpe
zu schaffen, deren Pumpengehäuse mit verringertem Aufwand herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Radialkolbenpumpe mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß werden die Druckkanäle in demjenigen Radialbereich
des Pumpengehäuses ausgebildet, der durch die Pumpeneinheiten aufgespannt ist. Dadurch
wird es ermöglicht, die Druckventile der Pumpeinheiten direkt über Druckkanäle miteinander
zu verbinden, ohne dass es der Zwischenschaltung eines Ringkanals bedarf.
Die Druckkanäle können auf einfache Weise von der Außenseite des Gehäuses
her eingebohrt werden und verbinden die Pumpeinheiten direkt miteinander.
Da durch die direkte Verbindung der Pumpeinheiten miteinander der
Dichtspalt zwischen dem Wellenlager und dem Hochdruckkanalsystem entfällt, kann
auf die Dichtbuchse zur Abdichtung dieses Dichtspaltes verzichtet werden, so dass
das Pumpengehäuse nochmals darüber hinaus einfacher als beim Stand der Technik ausgeführt
werden kann. Durch den Wegfall der Dichtbuchse kann der nabenförmige Vorsprung zur
Aufnahme der Wellenlagerung wesentlich kleiner ausgeführt werden, so dass das Pumpengehäuse
zudem noch kompakter und leichter wird.
Durch die vereinfachte Kanalführung ist der Entgratungsaufwand nach
dem Bohren minimal, so dass die Fertigung weiter vereinfacht ist. Durch die Verringerung
der Anzahl der Dichtspalte kann die Leckage der Pumpe minimiert werden.
Die Druckkanäle sind im Tangentialabstand, d. h. parallel zu Tangenten
zur Exzenterwelle angeordnet, so dass das Druckkanalssystem nahezu symmetrisch im
Pumpengehäuse angeordnet ist.
Besonders bevorzugt wird es, wenn die Druckkanäle in der Ebene angeordnet
sind, die durch die Achsen der Verdränger aufgespannt ist.
Vorteilhafterweise werden die Pumpeinheiten in Aufnahmen des Gehäuses
angeordnet, wobei jeweils zwei Aufnahmen direkt über einen Druckkanal miteinander
verbunden sind. Bei dieser Variante mündet der Druckkanal vorteilhafterweise in
einem in der Aufnahme ausgebildeten Verbindungsraum, der über einen Verbindungskanal
mit dem Druckventil der zugeordneten Pumpeinheit verbunden ist.
Die Herstellung dieses Verbindungsraums ist besonders einfach, wenn
dieser durch eine Anfassung gebildet ist, so daß der Verbindungsraum durch die Fase
und die benachbarte Innenumfangsfläche der Aufnahme begrenzt ist.
Zur Absicherung des Drucks im Hochdruckkanalsystem
wird vorteilhafterweise ein Druckbegrenzungsventil vorgesehen, daß ebenfalls in
einer durch die Pumpeinheiten aufgespannten Radialebene angeordnet ist. Diese Variante
hat den Vorteil, daß der überwiegende Teil der Versorgungskanäle im Radialbereich
zwischen den Pumpeinheiten ausgebildet ist, so daß die Herstellung des Pumpengehäuses
und die Relativanordnung von zugeordneten Bauteilen (Anschlüsse, Steuerventile etc.)
vereinfacht ist.
Das Druckbegrenzungsventil wird vorteilhafterweise über einen Verbindungskanal
mit einer Pumpeinheit verbunden, der bei der Variante mit Anfasung in dem durch
die Anfasung gebildeten Verbindungsraum mündet.
Ein besonders kompaktes und einfach aufgebautes Pumpengehäuse erhält
man, wenn dies zur Aufnahme von drei Pumpeinheiten vorgesehen ist, wobei zwei Pumpeinheiten
über v-förmig zueinander angeordnete Druckkanäle mit der dritten Pumpeinheit verbunden
sind, während der Verbindungskanal für das Druckbegrenzungsventil in demjenigen
Teil des Pumpengehäuses ausgebildet ist, der der letztgenannten Pumpeinheit gegenüber
liegt.
Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand
der weiteren Unteransprüche.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung
anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Teilschnittdarstellung durch ein
Gehäuse einer bekannten Radialkolbenpumpe;
2 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße
Radialkolbenpumpe (Schnitt E-E in 3);
3 einen Schnitt durch die Radialkolbenpumpe
entlang der Linie A-A in 2; und
4 einen Schnitt durch ein Pumpengehäuse
für ein zweites Ausführungsbeispiel einer Radialkolbenpumpe.
In der folgenden Beschreibung werden für einander entsprechende Bauteile
die gleichen Bezugszeichen wie bei der anhand von 1
beschriebenen Ausführungsform verwendet.
Radialkolbenpumpen 1 der in den 1
bis 4 dargestellten Bauart können beispielsweise
bei Kraftstoffeinspritzsystemen eingesetzt werden. Bei derartigen Einspritzsystemen
wird der Kraftstoff (Benzin, Diesel) über eine Vorförderpumpe aus einem Tank angesaugt
und über die Radialkolbenpumpe 1 (Hochdruckpumpe) auf den Einspritzdruck
gebracht. Der von der Radialkolbenpumpe druckbeaufschlagte Kraftstoff wird einer
Common-Rail zugeführt, an die Einspritzventile angeschlossen sind. Über diese wird
der druckbeaufschlagte Kraftstoff individuell in die Zylinder des Verbrennungsmotors
eingespritzt.
2 zeigt einen Schnitt durch die Radialkolbenpumpe
1 entlang einer in 3 mit E-E angedeuteten
Schnittebene. Demgemäß hat die Radialkolbenpumpe 1 ein Pumpengehäuse
2, in dem drei Pumpeinheiten 6a, 6b, 6c angeordnet
sind. Der Antrieb der Pumpeinheiten 6a, 6b, 6c erfolgt
über eine Exzenterwelle 4, auf deren Exzenter ein Exzenterring
24 gelagert ist. Gemäß 3 ist die Exzenterwelle
4 in einer Axialsacklochbohrung 26 des Gehäuses 2 aufgenommen.
Die Lagerung der Antriebswelle 4 erfolgt über ein Gleitlager
28 und ein Wälzlager 30, das in die in der Darstellung gemäß
3 nach links hin erweiternde Axialsacklochbohrung
26 eingesetzt ist.
Zwischen dem Gleitlager 28 und dem Wälzlager 30
ist in der Axialsacklochbohrung 26 ein Exzenterraum 32 gebildet,
in dem der Exzenterring 24 angeordnet ist. Die Abdichtung des Exzenterraums
32 gegenüber dem Wälzlager 30 erfolgt über eine Gleitringdichtung
34. Die stirnseitige Abdichtung des Pumpengehäuses 2 erfolgt über
einen Wellendichtring 36, der in den Mündungsabschnitt der Axialsacklochbohrung
26 eingesetzt ist. An dem aus dem Gehäuse 2 vorstehenden Endabschnitt
der Antriebswelle 4 ist eine Kupplung 38 zur Verbindung der Exzenterwelle
4 mit einer Antriebswelle, beispielsweise einer Nockenwelle angeordnet.
Wie insbesondere aus 2 hervorgeht, sind
die Pumpeinheiten 6a, 6b, 6c in Radialvorsprüngen
40 des Gehäuses 2 aufgenommen. In diesen ist jeweils eine Aufnahmebohrung
42 für die Pumpeinheiten 6 vorgesehen. Die Aufnahmebohrung
42 mündet einerseits in der Stirnseite des Vorsprungs 40 und andererseits
im Exzenterraum 32. Jede Pumpeinheit 6 hat einen Zylinderdeckel
44, der in einen radial erweiterten Teil der Aufnahmebohrung
42 eingesetzt ist. Der Zylinderdeckel 44 trägt einen feststehenden
Hohlkolben 46, in dessen Axialbohrung ein Druckventil 48 gelagert
ist.
An dem aus dem Zylinderdeckel 44 auskragenden Teil des feststehenden
Kolbens 46 ist ein radial (bezogen auf die Exzenterwelle 4) bewegbarer
Zylinder 50 geführt, der über eine am Zylinderdeckel 44 abgestützte
Druckfeder 52 in Richtung auf den Exzenterring 24 vorgespannt
ist. Bei dem in den 2 und 3
dargestellten Ausführungsbeispiel liegt der Zylinder 40 über einen Gleitschuh
54 auf einer Abflachung des Exzenterrings 24 auf. Im Zylinder
50 ist ein Saugventil 56 ausgebildet, so daß Druckmittel bei geöffnetem
Saugventil 56 durch Nuten 58 und eine Axialbohrung des Gleitschuhs
54 aus dem Exzenterraum 32 in den vom Kolben 46 und dem
Zylinder 50 begrenzten Zylinderraum eintreten kann.
Stromabwärts, d. h. in der Darstellung nach 3
oberhalb des Druckventils 48 ist in der Kolbenwandung 46 eine
Radialbohrung 60 ausgebildet, die in einer Schrägbohrung 62 des
Zylinderdeckels 44 mündet. Diese Schrägbohrung 62 verläuft vom
Mündungsbereich der Radialbohrung 60 schräg nach unten in den Eckbereich
des Zylinderdeckels 44. Dieser ist in dem radial außen liegenden Eckbereich
mit einer Fase 64 versehen, so daß ein umlaufender Ringkanal
66 gebildet wird. Gemäß 2 haben die anderen
Pumpeinheiten 6a, 6b, 6c diesbezüglich einen identischen
Aufbau.
Wie insbesondere aus 2 hervorgeht, ist
zwischen den Ringkanälen 66 der Pumpeinheiten 6a, 6b
ein Druckkanal 68 ausgebildet, der im Parallelabstand zu einer Tangentialen
der Antriebswelle 4 verläuft. Bei dem in den 2
und 3 dargestellten Ausführungsbeispiel verläuft
dieser Druckkanal 68 in der Radialebene, die durch die Achsen
70 der Pumpeinheiten 6a, 6b, 6c aufgespannt
wird. Auch die beiden Pumpeinheiten 6b und 6c sind mit einem strichpunktiert
angedeuteten Druckkanal 72 verbunden, der jeweils in einem der Ringkanäle
66 mündet.
Der Durchmesser des den Zylinderdeckel 44 aufnehmenden Teils
der Aufnahmebohrung 42 und die Position der Druckkanäle 68,
72 ist so gewählt, daß letzterer von außen, d. h. von der Stirnseite des
Gehäuses her gebohrt werden kann. Durch diese gerade Ausgestaltung des Druckkanals
68, 72 kann der Aufbau des Pumpengehäuses gegenüber dem in
1 dargestellten Ausführungsbeispiel wesentlich vereinfacht
werden, da im Gleitlagerbereich für die Exzenterwelle 4 keine Dichtungsanordnungen
oder Ringkanäle für das Hochdruckkanalsystem vorgesehen werden müssen.
Die zur Befestigung der Radialkolbenpumpe 1 vorgesehenen
Flanschbohrungen 74 werden so gelegt, daß genügend Wandstärke zwischen
Druckkanal 68, 72 und Flanschbohrung 74 verbleibt.
Die Zuführung des Druckmittels (Kraftstoff) erfolgt über einen strichpunktiert
angedeuteten Sauganschluß 76, der einerseits am Außenumfang des Gehäuses
2 und andererseits im Exzenterraum 32 mündet. Für den Fall, daß
der Sauganschluß 76 in der in 2 angedeuteten
Position angeordnet werden soll, muß dieser aus der Zeichenebene heraus nach unten
oder oben gerückt werden, um eine Kollision mit dem Druckkanal 72 zu vermeiden.
Prinzipiell ist es selbstverständlich auch möglich, den Sauganschluß 76
an einem anderen Gehäuseabschnitt auszubilden, in dem keine Kollision mit einem
der Hochdruck- oder Niederdruckkanäle erfolgt.
Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel
ist örtlich zwischen den Pumpeinheiten 6a, 6c ein Druckbegrenzungsventil
78 vorgesehen, das in eine radial verlaufende Bohrung 80 eingesetzt
ist. Der als Radialbohrung ausgebildete Eingangsanschluß 82 des Druckbegrenzungsventils
78 ist über einen den Vorsprung 40 durchsetzenden Verbindungskanal
84 mit dem Ringkanal 66 der Pumpeinheit 6c verbunden.
Auch dieser Ringkanal 66 kann von der Stirnseite des Vorsprungs
40 her gebohrt werden, so daß die Herstellung sehr einfach ist.
Bei dem in 2 dargestellten Druckbegrenzungsventil
78 wird ein Ventilkörper 86 über eine Druckfeder 88 gegen
einen Ventilsitz 90 vorgespannt. Bei Überschreiten des Maxiamaldruckes
hebt der Ventilkörper 86 vom Ventilsitz 90 ab, so daß der Verbindungskanal
84 über das Druckbegrenzungsventil 78 mit dem Exzenterraum
32 verbunden wird – das Druckmittel kann in den Exzenterraum
32 abströmen, so daß der Druck im Verbindungskanal 84 abgebaut
wird. Letzterer ist über die Druckkanäle 72, 68 und die Ringkanäle
66 mit den anderen Pumpeinheiten 6a, 6b hydraulisch verbunden,
so daß der gesamte Hochdruckbereich durch das einzige Druckbegrenzungsventil
78 abgesichert ist. Gemäß 2 liegt dieses Druckbegrenzungsventil
78 ebenfalls in der durch die Achsen 70 aufgespannten Radialebene.
Der Druckanschluß der Radialkolbenpumpe 1 ist als Fitting
92 ausgeführt, das einstückig mit dem Gehäuse 94 des Druckbegrenzungsventils
ausgebildet ist.
Demzufolge sind bei dem in 2 dargestellten
Ausführungsbeispiel lediglich drei etwa tantential verlaufende Bohrungsabschnitte
(Druckkanäle 68, 72, Verbindungkanal 84) erforderlich,
um die Hochdruckseite der drei Pumpeinheiten 6a, 6b,
6c mit dem Druckanschluß (Fitting 92) zu verbinden. Zur Ausbildung
der Ringkanäle 66 ist lediglich eine Anfasung der Zylinderdeckel
44 erforderlich.
Zum besseren Verständnis sei die Funktion der Radialkolbenpumpe
1 kurz erläutert. Bei der Verwendung in einem Kraftstoffeinspritzsystem
wird der Kraftstoff über den Sauganschluß 76 mittels einer Vorförderpumpe
in den Exzenterraum 32 gefördert. Bei rotierender Exzenterwelle
4 wird der Kraftstoff über die Nuten 58 des Gleitschuhs
54 beispielsweise in den Zylinderraum der Pumpeinheit 6a angesaugt
und bei der weiteren Drehung der Exzenterwelle 4 durch die Verschiebung
des Zylinders 50 mit Druck beaufschlagt, so daß das Druckventil
48 öffnet und das Druckmittel über die Radialbohrung 60, die Schrägbohrung
62 und den Ringkanal 66 an den Druckkanal 68 abgegeben
wird. Von dort gelangt der Kraftstoff in den Ringraum 66 der Pumpeinheit
6b und von dort über den Druckkanal 72, den Ringraum
66 der Pumpeinheit 6c, den Verbindungskanal 84 und den
Eingang des Druckbegrenzungsventils 94 zur Bohrung des Fittings
92, und damit zum Druckanschluß der Radialkolbenpumpe. Der druckbeaufschlagte
Kraftstoff strömt dann über eine Druckleitung zur Common-Rail und von dort über
Einspritzventile in die Zylinder des Verbrennungsmotors eingespritzt.
Bei dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Hochdruckkanäle
im wesentlichen in der gleichen Ebene wie die Achsen der Pumpeinheiten
6a, 6b, 6c angeordnet.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei
dem die beiden Druckkanäle 68, 72 versetzt zu der vorbeschriebenen
Radialebene der Achsen 70 angeordnet sind. Das heißt, bei dem in
4 dargestellten Ausführungsbeispiel liegen die Druckkanäle
68, 72 in der Ebene, die in 3 mit
der Schnittlinie B-B angedeutet ist. Bei dieser Variante kann der Sauganschluß
76 in der Radialebene der Achsen 10 ausgebildet werden, so daß
dieser in der Darstellung gemäß 4
oberhalb der Zeichenebene verläuft und den Druckkanal 72 nicht schneidet.
Das Fitting 92 und das Druckbegrenzungsventil 78 mit dem Verbindungskanal
84 bleiben in der in 2 dargestellten Anordnung
in der Achsebene der Pumpebene 6a, 6b, 6c. Die Fertigung
der Druckkanäle 68, 72 erfolgt in der gleichen Weise wie beim
vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel, d.h. diese können ebenfalls von der Stirnseite
der Vorsprünge 40 her entlang der zweifach gepunkteten Linie
96 ins Gehäuse 2 eingebohrt werden. Aus der Darstellung nach
4 geht hervor, daß die Schrägbohrung 62 in
einer Ebene senkrecht zur Schnittebene B-B verläuft.
Die Anordnung der sonstigen Bauelemente entspricht dem in
2 dargestellten Ausführungsbeispiel, so daß auf eine
weitere Erläuterung verzichtet werden kann. Bei dieser Variante sind somit sämtliche
Anschlüsse, d.h. Sauganschluß 76, Fitting 78 sowie die Pumpeinheiten
6a, 6b, 6c in einer Ebene angeordnet, so daß das Gehäuse
2 sehr kompakt ausgebildet werden kann.
Wesentlich bei der vorliegenden Erfindung ist, daß die Pumpeinheiten
6a, 6b, 6c durch Druckkanäle 62, 72
direkt verbunden sind, wobei die Aufnahmen 42 der Pumpeinheiten durch geeignete
Ausgestaltung des Zylinderdeckels 44 oder eines sonstigen Bauteils der
Pumpeinheiten 6a, 6b, 6c einen Teil des Hochdruckkanals
bilden.
Bei den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen erfolgte die Ausbildung
des Ringkanals 66 durch die Fase 64. In Abweichung von diesem
Ausführungsbeispiel kann, wie in 2 bei der Pumpeinheit
6b angedeutet, anstelle der Fase auch eine umlaufende Ausdrehung
98 oder eine sonstige Nut am Zylinderdeckel 44 zur Ausbildung
des Ringkanals 66 verwendet werden.
Selbstverständlich ist auch der Aufbau der Pumpeinheiten
6 nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel, mit feststehendem Kolben
46 und bewegbarem Zylinder 50 beschränkt, sondern auch bei einem
Ausführungsbeispiel mit bewegbaren Kolben und feststehenden Zylinder einsetzbar.
In diesem Fall könnte die Anbindung der Druckkanäle 68, 72 an
die Pumpeinheiten über entsprechende Ausdrehungen am Außenumfang des Zylinders erfolgen,
die dann in der vorbeschriebenen Weise mit dem Ausgang des Druckventils
48 verbunden sind.
Bei Radialkolbenpumpen mit mehr als drei Pumpeinheiten werden wie
bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils
zwei benachbarte Pumpeinheiten über Druckkanäle untereinander und eine Pumpeinheit
über einen Verbindungskanal mit dem Druckbegrenzungsventil 78 verbunden.
Offenbart ist eine Radialkolbenpumpe, bei der jeweils zwei Pumpeinheiten
direkt über einen Druckkanal verbunden sind, der als Bohrung ins Pumpengehäuse eingebracht
ist. Diese Druckkanäle verlaufen in einer der Radialebenen, die durch die Pumpeinheiten
ausgespannt ist.
