DE19902324A1 - Hochdruckpumpe - Google Patents

Abstract

Offenbart ist eine Hochdruckpumpe, insbesondere eine Radialkolbenpumpe mit mindestens einer Pumpeinheit, deren Kolben über einen Gleitschuh auf einem Exzenterring einer Antriebswelle abgestützt ist. Zur Lagesicherung des Exzenterrings ist in der Pumpeinheit ein Stützkolben angeordnet, der über eine Druckfeder gegen den Exzenterring vorgespannt ist. Die Axialbewegung des Stützkolbens wird über eine Haltescheibe auf den Kolben der Pumpeinheit übertragen. Der Stützkolben liegt dabei direkt oder über die Mitnahmescheibe oder auf sonstige Weise auf dem Gleitschuh auf.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe, insbesonde­ re eine Radialkolbenpumpe gemäß dem Oberbegriff des Patent­ anspruchs 1.

Radialkolbenpumpen werden zur Erzeugung hoher Drücke, beispielsweise als Kraftstoffhochdruckpumpe in Common-Rail- Einspritzsystemen eingesetzt. Diese Pumpen zeichnen sich durch geringe Leckage und einen hohen volumetrischen Wir­ kungsgrad aus, wobei der vergleichsweise einfache konstruk­ tive Aufbau es ermöglicht, Dichtspalte mit den zur Minimie­ rung der Leckage erforderlichen Fertigungstoleranzen auszu­ führen.

Die DE 197 27 294 A1 zeigt eine gattungsgemäße Hoch­ druckpumpe, bei der beispielsweise drei oder fünf von einer Exzenterwelle angetriebene Pumpeinheiten in einem Pumpenge­ häuse aufgenommen sind. Jede der Pumpeinheiten hat einen in einem Verdrängergehäuse geführten Kolben, der über einen Gleitschuh auf einem Exzenterring aufliegt, der drehbar auf einem Exzenter der Exzenterwelle gelagert ist. Dabei liegt der Gleitschuh auf einer Abflachung des Exzenterrings auf. Während der Drehung der Antriebswelle wird der Exzenterring mit der Abflachung senkrecht zur Kolbenachse verschoben, so daß eine entsprechende Relativbewegung und die damit ver­ bundene Reibung zwischen dem Gleitschuh und dem Exzenter­ ring entsteht. Bei hohen Drehzahlen kann diese Relativbewe­ gung und die damit verbundene Reibung zwischen Exzenterring und Gleitschuh zu einem Kippen des Exzenterrings und damit zu einer Zerstörung der Pumpe führen. Um dies auszuschlie­ ßen, wird beim Stand der Technik ein Stützkolben im Ver­ drängergehäuse gelagert, der den Kolben im Abstand umgreift und der über eine Druckfeder gegen den Exzenterring vorge­ spannt ist, so daß ein Kippen oder Verdrehen des Exzenter­ ringes praktisch ausgeschlossen ist. Bei dieser Konstruk­ tion ist der Kolben über eine Haltescheibe mit dem Stütz­ kolben verbunden, so daß der Kolbenauszug, d. h. die Bewe­ gung des Kolbens in Radialrichtung nach innen im wesentli­ chen durch die Ankoppelung an den Stützkolben bewirkt wird, der über die Druckfeder gegen den Exzenterring vorgespannt wird.

Problematisch bei dieser Konstruktion ist, daß die vor­ beschriebenen Relativbewegungen auch zwischen dem Exzenter­ ring und dem Stützkolben erfolgen, so daß der Anlagebereich an den Exzenterring einem besonderen Verschleiß unterworfen ist. Dieser Verschleiß läßt sich zwar durch Auswahl einer geeigneten Gleitpaarung verringern, insbesondere bei Anwen­ dungen in der Automobiltechnik reichen die erzielbaren Standzeiten der Pumpe, ohne daß eine Wartung mit einem Er­ satz der Verschleißteile erforderlich ist, nicht aus.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Hochdruckpumpe zu schaffen, bei der der Verschleiß verringert ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Hochdruckpumpe mit den Merkmalen des Patentanspruch 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird der Stützkolben - nicht wie beim Stand der Technik - auf dem Exzenterring sondern auf dem Gleitschuh abgestützt, so daß es zu keiner wesentlichen Re­ lativbewegung quer zur Stützkolbenachse im Anlagebereich des Stützkolbens kommen kann. D. h., die Stützkraft des Stützkolbens wird über den Gleitschuh auf den Exzenterring übertragen, wobei die Relativbewegung zwischen Gleitschuh und Exzenterring keine Rolle spielt, da der Gleitschuh hin­ sichtlich seiner Materialauswahl ohnehin an eine optimale Gleitfähigkeit und Abriebfestigkeit ausgewählt ist. Die Er­ findung deckt dabei Ausführungsbeispiele ab, bei denen der Stützkolben direkt oder über ein zwischengeschaltetes Bau­ element auf dem Gleitschuh abgestützt ist.

Es wird bevorzugt, wenn der Stützkolben mit einer Mit­ nahmeschulter ausgeführt ist, die zur Übertragung der Aus­ zugsbewegung auf den Kolben in Anlage an die Halteeinrich­ tung bringbar ist.

Diese Halteeinrichtung wird in vorteilhafter Weise als Haltescheibe ausgeführt, die mit einem nabenförmigen Mit­ telabschnitt auf den Kolben aufgesetzt ist und deren Um­ fangsabschnitt zum Kolbenauszug in Anlage an den Stützkol­ ben bringbar ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel liegt der Stützkolben direkt auf dem Gleitschuh auf.

Bei einem Alternativausführungsbeispiel ist der Stütz­ kolben über die Haltescheibe oder eine sonstige Halteein­ richtung auf dem Gleitschuh abgestützt. Bei dieser Varian­ te, bei der die Haltescheibe mit einer großen Stützkraft beaufschlagt ist, muß jedoch ein vergleichsweise hartes Ma­ terial zur Ausbildung der Haltescheibe verwendet werden, um den Verschleiß zu minimieren.

Bei der erstgenannten Variante, bei der der Stützkolben direkt auf dem Gleitschuh aufliegt, ist der Stützkolben mit einer Radialschulter versehen, in die der Umfangsabschnitt der Haltescheibe eintaucht, so daß dieses bei der Kolben­ auszugsbewegung (radial nach innen) von dem Stützkolben mitgenommen wird.

Der Gleitschuh ist besonders einfach montierbar, wenn er mittels eines Sicherungsrings in einer stirnseitigen Aufnahme des Stützkolbens festgelegt ist. Die Haltescheibe wird vorzugsweise auf den Kolben aufgepreßt.

Die Anpreßkraft des Gleitschuhs auf dem Exzenterring läßt sich insbesondere bei hohen Drehzahlen noch optimie­ ren, indem im Stützkolben Durchbrüche vorgesehen werden, über die Druckmittel in einen Druckraum einleitbar ist, um den Gleitschuh auch hydraulisch gegen den Exzenterring vor­ zuspannen.

Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Unteransprüche.

Im folgenden werden bevorzugte Auführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Rückansicht einer erfindungsgemäßen Ra­ dialkolbenpumpe;

Fig. 2 einen Schnitt durch die Radialkolbenpumpe aus Fig. 1 entlang der Linie A-A und

Fig. 3 zwei Ausführungsbeispiele zur Ausgestaltung ei­ ner Pumpeinheit der Radialkolbenpumpe aus Fig. 2.

Fig. 1 zeigt eine Rückansicht einer Förderpumpe 1, wie sie beispielsweise bei Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsys­ temen für Verbrennungsmotoren vewendet wird. Als Hoch­ druckpumpe zur Druckbeaufschlagung des Kraftstoffes mit Drücken von bis zu 2000 bar werden in der Regel Radialkol­ benpumpen eingesetzt, bei denen mehrere Pumpeinheiten, bei­ spielsweise drei Pumpeinheiten 2a, 2b, 2c in einem Pumpen­ gehäuse 4 aufgenommen sind.

Fig. 2 zeigt eine Teildarstellung eines Schnittes durch die Radialkolbenpumpe gemäß Fig. 1 entlang der Linie A-A. Demgemäß hat jede Pumpeinheit 2 ein Verdrängergehäuse 6 mit einem Zylinderkopf 8 und einem sich in Radialrichtung nach innen erstreckenden, gegenüber dem Zylinderkopf 8 ra­ dial zurückgesetzten Zylinder 10, der in das Pumpengehäuse 4 eintaucht.

Im Verdrängergehäuse 6 ist ein Kolben 12 geführt, der über einen Gleitschuh 14 auf einem Exzenterring 16 auf­ liegt. Die Auflagefläche des Exzenterrings 16 ist durch ei­ ne Abflachung gebildet, die sich in der Darstellung gemäß Fig. 2 senkrecht zur Zeichenebene erstreckt.

Der Exzenterring 16 ist über eine Gleitbuchse 18 auf einem Exzenter 20 einer Antriebswelle 22 gelagert, die ih­ rerseits über Gleitlager im Pumpengehäuse 4 geführt ist.

Wie eingangs erläutert, kann es insbesondere bei hohen Drehzahlen zu einem Verdrehen oder Kippen des Exzenterrings 16 kommen. Zu dessen Sicherung ist bei dem in Fig. 2 dar­ gestellten Ausführungsbeispiel am Außenumfang des Zylinders 10 ein Stützkolben 24 geführt, der über eine am Zylinder­ kopf 8 abgestützte Druckfeder 26 in Richtung auf den Exzen­ terring 16 vorgespannt ist. Hinsichtlich weiterer Details des Stützkolbens 24 und der damit in Wirkverbindung stehen­ den Bauelemente sei auf die folgenden Ausführungen im Zu­ sammenhang mit Fig. 3 verwiesen.

Im Zylinderkopf ist ein Saugkanal 28 mit einem Saugven­ til 30 angeordnet, über das das Druckmittel (Kraftstoff) zuführbar ist. Druckseitig ist ein Druckkanal 32 im Zylin­ derkopf 8 vorgesehen, der zu einem Druckventil 34 führt, das in der Trennebene zwischen dem Zylinderkopf 8 und einem Befestigungsflansch des Pumpengehäuses 4 angeordnet ist.

Der Ausgang des Druckventils 34 ist über einen pumpen­ gehäuseseitigen Druckkanal 36 mit einer nicht dargestellten Sammelleitung verbunden, über die das von den drei Pumpein­ heiten 2a, 2b, 2c geförderte Druckmittel (Kraftstoff) einem Verbraucher, im vorliegenden Fall einer Common-Rail zuführ­ bar ist.

Der Sauganschluß der Pumpe ist über einen pumpengehäu­ seseitigen Saugkanal 38 mit dem Eingang des Saugventils 30 verbunden. Das Druckventil 34 und das Saugventil 30 sind beide als federvorgespannte Sitzventile, insbesondere als Rückschlagventile ausgeführt.

Der Kolben 12 ist über ein Haltescheibe mit dem Stütz­ kolben 24 verbunden, so daß eine Auszugsbewegung des Stütz­ kolbens 24 zur Achse 42 der Antriebswelle 22 hin zur Ein­ leitung eines Saughubes auf den Kolben 12 übertragen wird.

In Fig. 3 ist der Auflagebereich des Stützkolbens 24 auf den Gleitschuh 14 in vergrößerter Darstellung gezeigt, wobei der links der Kolbenachse 44 dargestellte Zeichnungs­ teil ein erstes Ausführungsbeispiel und der rechts von der Kolbenachse 44 dargestellte Zeichnungsteil ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigen.

Das links dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht im wesentlichen derjenigen Konstruktion, wie sie der Dar­ stellung gemäß Fig. 2 entnehmbar ist.

Der bei beiden Ausführungsbeispielen identisch ausge­ bildete Zylinder 10 hat eine Zylinderbohrung 46, in der der Kolben 12 geführt ist. Die Zylinderbohrung 46 ist im Mün­ dungsbereich radial erweitert, so daß ein Ringraum 48 ge­ bildet wird, der vom Kolben 12, vom Gleitschuh 14 und vom Stützkolben 24 begrenzt ist.

Die Haltescheibe 40 hat einen nabenförmigen Vorsprung 50, mit dem sie auf den in Fig. 3 untenliegenden Endab­ schnitt des Kolbens 12 aufgepreßt ist. Um die Pressung mit der erforderlichen Güte ausführen zu können, sollte die Haltescheibe 40 aus einem weichen Material ausgebildet sein. Der nabenförmige Vorsprung 50 taucht in den Ringraum 48 ein. Die in Fig. 3 untere Stirnfläche der Haltescheibe fluchtet etwa mit der benachbarten Stirnfläche des Kolbens 12, so daß dieser und die Haltescheibe 40 flächig auf dem Gleitschuh aufliegen.

Bei dem in Fig. 3 links dargestellten Ausführungsbei­ spiel hat der am Außenumfang des Zylinders 10 geführte Stützkolben 24 einen radialerweiterten Endabschnitt 52, in dessen Stirnseite eine Aufnahme 54 für den Gleitschuh 14 ausgebildet ist. Die Axiallänge der Aufnahme 54 ist dabei so gewählt, daß die Stirnfläche des Gleitschuhs 14 über die benachbarte Stirnfläche des Stützkolbens 24 hinaussteht, so daß letzterer keinen Kontakt mit dem Exzenterring 16 (siehe Fig. 2) hat.

Ein Außenumfangsbereich 56 der Haltescheibe 40 er­ streckt sich in die Aufnahme 54 hinein, so daß der Stütz­ kolben 24 mit einer Ringstirnfläche 58 auf der Haltescheibe 40 und diese wiederum auf dem Gleitschuh 14 aufliegt. D. h., bei dem links dargestellten Ausführungsbeispiel stützt sich der Stützkolben 24 über die Mitnahmescheibe 40 auf dem Gleitschuh 14 ab. Dieser ist über einen in einer Ringnut der Aufnahme 54 aufgenommenen Sicherungsring 60 in Axial­ richtung gesichert, der an einer Schulter des Gleitschuhs 14 anliegt. Diese Schulter wird durch eine Rückstufung der stirnseitigen Stützfläche 62 des Gleitschuhs 14 ausgebil­ det, so daß die Auflagefläche des Gleitschuhs 62 etwas ver­ ringert wird. Dies wird jedoch in Kauf genommen, da die Montage des Gleitschuhs 14 durch Einsetzen des Befesti­ gungsrings 60 wesentlich vereinfacht ist.

Im Ringmantel des Stützkolbens 24 sind zwei axialbeab­ standete Durchbrüche 64, 66 ausgebildet, die durch die un­ tere Außenumfangskante 68 des Zylinders 10 nacheinander auf- bzw. zusteuerbar sind. Die Durchbrüche 64, 66 münden im Bereich des Federraums des Stützkolbens 24, der mit Druckmittel (beispielsweise Kraftstoff) gefüllt ist. D. h., durch die über die Umfangskante 68 geöffneten Durchbrüche 64 bzw. 66 kann Druckmittel in den Ringraum 48 eintreten und die Haltescheibe 40 sowie den Gleitschuh 14 in Richtung auf den Exzenterring 16 vorspannen.

In der gezeigten Position befindet sich der Kolben 12 an seinem oberen Totpunkt, in dem die maximale Druckbeauf­ schlagung des Druckmittels erfolgt. Gemäß Fig. 3 ist dann der Durchbruch 66 vollständig zugesteuert, während der Durchbruch 68 nicht vollständig zugesteuert ist. Bei der Bewegung des Stützkolbens 24 werden nacheinander die Durch­ brüche 64, 66 auf- bzw. zugesteuert, so daß sich in Abhän­ gigkeit von der Relativanordnung und Geometrie der Durch­ brüche 64, 66 im Ringraum 48 ein vom Hub des Steuerkolbens 24 abhängiger Druck erzeugen läßt, über den die Halte­ scheibe 40 und der Gleitschuh 14 zusätzlich zur Kraft der Druckfeder 26 auf den Exzenterring 16 gepreßt wird. Hin­ sichtlich der exakten Funktionsweise dieser hydraulischen Anpressung des Gleitschuhs 14 an den Exenterring 16 sei auf die in der Beschreibungseinleitung genannte DE 197 27 247 A1 verwiesen, deren Inhalt diesbezüglich zum Inhalt der vorliegenden Anmeldung zu zählen ist.

Obwohl der Verschleiß der Haltescheibe 40 gegenüber der in der vorgenannten Offenlegungsschrift beschriebenen Lö­ sung wesentlich verringert werden konnte, zeigten Versuchs­ läufe, daß zwischen der Haltescheibe, deren Lage senkrecht zur Achse 44 des Kolbens 12 und des Stützkolbens 24 durch die Führung des Kolbens 12 im Zylinder 10 bestimmt ist, und dem Stützkolben 24 immer noch eine Relativbewegung erfolgt, die - wenn auch im verringerten Maße - zu einem Verschleiß der Haltescheibe 40 führt.

Fig. 3 zeigt rechts der Mittelachse 44 eine verbesser­ te Ausführungsform, die sich im wesentlichen von der vorbe­ schriebenen Ausführungsform dadurch unterscheidet, daß der Stützkolben 24 nicht über die Haltescheibe 40 sondern di­ rekt auf dem Gleitschuh 14 abgestützt ist. Dies wird bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch erzielt, daß die Haltescheibe 40 nicht bis zum Umfangsrand des Gleit­ schuhs (wie beim linken Ausführungsbeispiel) geführt ist, sondern im Abstand dazu endet. Der Stützkolben 24 hat eine Radialschulter 70, die den Außenumfang der Haltescheibe 40 umgreift und auf dem Gleitschuh 62 aufliegt. Die der Halte­ scheibe 40 zugeordnete Ringstirnfläche 58 ist derart ausge­ bildet, daß sie mit einem minimalen Spalt zur Haltescheibe 40 steht, so daß praktisch keine Stützkraft über die Halte­ scheibe 40 in den Gleitschuh 14 eingeleitet wird.

Der sonstige Aufbau entspricht demjenigen des vorbe­ schriebenen Ausführungsbeispiels, so daß auf weitere Erläu­ terungen verzichtet werden kann.

Beim Kolbenauszug, d. h. bei der Bewegung des Stützkol­ ben 24 aus seiner gezeigten Endposition nach unten läuft dieser bei dem in Fig. 3 rechts dargestellten Ausführungs­ beispiel mit der Ringstirnfläche 58 auf die Haltescheibe 40 auf, so daß der Kolben 12 aufgrund seiner Verbindung mit der Haltescheibe 40 nach unten bewegt wird. Im Anlagebe­ reich zwischen der Haltescheibe 40 und dem Stützkolben 24 wirken dann lediglich diejenigen Kräfte, die zum Kolbenaus­ zug, d. h. zur Bewegung des Kolbens 12 nach unten in Fig. 3 erforderlich sind. Diese Kräfte sind wesentlich geringer als die Kräfte der Druckfeder 26, die beim links darge­ stellten Ausführungsbeispiel über den Stützkolben 24 in die Haltescheibe 40 und von dort in den Gleitschuh 14 eingelei­ tet werden. D. h., bei der in Fig. 3 rechts dargestellten Ausführungsform ist der Verschleiß der Haltescheibe 58 mi­ nimal, so daß diese hinsichtlich der Materialwahl an die optimale Ausgestaltung der Pressung mit dem Kolben 12 ange­ paßt werden kann, da keine besonderen Anforderungen an die Verschleißfestigkeit gestellt sind.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die bei­ den vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, bei denen die Stützkraft entweder über die Haltescheibe 40 oder direkt in den Gleitschuh 14 eingeleitet wird. Prinzipiell vorstellbar ist es auch, den Stützkolben 24 über einen ei­ genen Stützring auf den Gleitschuh 14 abzustützen, so daß der Aufbau des Stützkolbens 24 vereinfacht ist, da keine Radialabstufung zur Aufnahme der Haltescheibe 40 vorgesehen werden muß.

Die Anmelderin behält sich vor, auf die Gleitschuhan­ ordnung einen von der Pumpenbauart unabhängigen Anspruch zu richten.

Offenbart ist eine Hochdruckpumpe, insbesondere eine Radialkolbenpumpe mit zumindest einer Pumpeinheit, deren Kolben über einen Gleitschuh auf einem Exzenterring einer Antriebswelle abgestützt ist. Zur Lagesicherung des Exzen­ terrings ist in der Pumpeinheit ein Stützkolben angeordnet, der über eine Druckfeder gegen den Exzenterring vorgespannt ist. Die Axialbewegung des Stützkolbens wird über eine Hal­ tescheibe auf den Kolben der Pumpeinheit übertragen. Der Stützkolben liegt dabei direkt oder über die Mitnahmeschei­ be oder auf sonstige Weise auf dem Gleitschuh auf.

Claims (8)

1. Hochdruckpumpe, insbesondere Radialkolbenpumpe mit zu­ mindest einer von einer Antriebswelle (22) angetriebe­ nen Pumpeinheit (2), mit einem Verdrängergehäuse (6), in dem ein Kolben (12) axialverschiebbar geführt ist, der mit einem Gleitschuh (14) an einem Exzenterring (16) anliegt, der über einen den Kolben (12) zumindest abschnittsweise im Abstand umgreifenden, im Verdränger­ gehäuse (6) geführten und in eine Anlageposition vorge­ spannten Stützkolben (24) abgestützt ist, wobei die Auszugsbewegung des Stützkolbens (24) über eine Halte­ einrichtung (40) auf den Kolben (12) übertragbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkolben (12) mit­ telbar oder direkt gegen den Gleitschuh (14) vorge­ spannt ist.

2. Hochdruckpumpe nach Patentanspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Stützkolben (24) eine Mitnahmeschul­ ter (58) hat, die zur Übertragung der Auszugsbewegung in Anlage an die Halteeinrichtung (40) bringbar ist.

3. Hochdruckpumpe nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteeinrichtung eine Halte­ scheibe (40) ist, die mit einem nabenförmigen Abschnitt (50) mit dem Kolben (12) verbunden ist und deren Um­ fangsabschnitt (56) zum Kolbenauszug in Anlage an dem Stützkolben (24) steht.

4. Hochdruckpumpe nach Patentanspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Stützkolben (24) über die Halte­ scheibe (40) auf dem Gleitschuh (14) abgestützt ist.

5. Hochdruckpumpe nach Patentanspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Stützkolben (24) im Anlagebereich an den Gleitschuh (14) eine Radialstufe hat, in die ein Umfangsabschnitt (56) der Haltescheibe (40) eintaucht.

6. Hochdruckpumpe nach einem der vorhergehenden Patentan­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkolben (24) eine Aufnahme (54) zur stirnseitigen Abstützung des Gleitschuhs (14) hat, wobei in einer Ringnut in der Umfangswandung der Aufnahme (54) ein Befestigungsring (60) zur Axialfestlegung des Gleitschuhs (14) angeord­ net ist.

7. Hochdruckpumpe nach einem der Patentansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltescheibe (40) auf den Kolben (12) aufgepreßt ist.

8. Hochdruckpumpe nach einem der vorhergehenden Patentan­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wandung des Stützkolbens (24) zumindest ein Durchbruch (64, 66) vorgesehen ist, der während der Axialbewegung des Stützkolbens (24) aufsteuerbar ist, so daß Druckmittel in einen an den Gleitschuh (24) angrenzenden Druckraum (48) einleitbar ist.