Beschreibung

Radialkolbenpumpe

Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe.

Radialkolbenpumpen können starken Beanspruchungen unterliegen, wenn sie beispielsweise als Hochdruckpumpen für Drücke von bis zu 2000 bar und mehr eingesetzt werden. Derartige vergleichsweise hohe Drücke stellen sowohl hohe Anforderungen an das Material der Radialkolbenpumpe als auch an deren Konstruktion. Gleichzeitig müssen von derartigen Radialkolbenpumpen große Kräfte aufgenommen werden können.

Eine derartige Radialkolbenpumpe ist beispielsweise aus der DE 100 39 210 Al bekannt. Die Radialkolbenpumpe weist eine Antriebswelle mit einem Exzenterabschnitt auf, die in einem Pumpengehäuse drehbar gelagert ist. Auf dem exzentrischen Wellenabschnitt ist ein Hubring gleitend gelagert angeordnet. Die Radialkolbenpumpe weist drei in einem Abstand von je 120 Grad zueinander angeordnete Pumpeneinheiten auf. Jede Pumpeneinheit weist einen radial im Pumpengehäuse längs bewegbar geführten Pumpenkolben auf. Die einzelnen Pumpenkolben liegen jeweils an einem Gleitschuh an, der sich über eine Feder ge- gen den Hubring abstützt, um so das Mitdrehen des Hubrings mit der Antriebswelle zu verhindern. Hierzu hat der Hubring eine der Anzahl der Pumpenkolben entsprechende Zahl von Abflachungen. Während des Betriebs der Pumpe führt der Exzenterabschnitt eine Taumelbewegung aus, durch die es sowohl zu einer Bewegung in Richtung der Achse des Pumpenkolbens als auch zu einer Relativbewegung zwischen der Abflachung des Hubrings und der Gleitfläche des Gleitschuhs kommt.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Hochdruckpumpe zu schaffen, die auch bei hohen Pumpendrücken und hoher Drehzahl einem geringen Verschleiß unterliegt und einen zuverlässigen und präzisen Betrieb ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung zeichnet sich aus durch eine Radialkolbenpumpe, mit einem Pumpengehäuse, einer in dem Pumpengehäuse angeordneten Antriebswelle, über die die Radialkolbenpumpe antreibbar ist, mindestens zwei Pumpeneinheiten, die aufweisen jeweils einen Zylinder mit einer Zylinderlängsachse und einem Zylinderraum, und jeweils einen Pumpenkolben, der axial bewegbar in dem Zylinderraum angeordnet ist, und einem Pleuel, der so ausgebildet ist, dass die Antriebswelle über den einen Pleuel mit zwei der Pumpenkolben in Wirkverbindung steht, wobei die zwei Pumpeneinheiten, die den mit dem Pleuel in Wirk- Verbindung stehenden zwei Pumpenkolben jeweils zugeordnet sind, zueinander entgegengesetzt wirkend angeordnet sind.

Eine entgegengesetzte Wirkung der Pumpeneinheiten bedeutet, dass die Pumpeneinheiten so angeordnet sind, dass ein Ansau- gen von Fluid in einer Pumpeneinheit der Radialkolbenpumpe mit einem Ausstoß von Fluid aus der anderen Pumpeneinheit verknüpft ist und umgekehrt.

Durch die Nutzung eines Pleuels für den Antrieb von zwei Pum- penkolben sind weniger Einzelbauteile erforderlich. Insbesondere können ein Pleuel und Gehäuseteile für das Pumpengehäuse eingespart werden. Darüber hinaus kann die Radialkolbenpumpe so ausgeführt werden, dass für zwei Pumpeneinheiten nur eine

einzige Pleuelebene in Längsrichtung der Antriebswelle erforderlich ist, die zu geringen Außenmaßen der Radialkolbenpumpe führen kann. Durch die Ausbildung einer einzigen Pleuelebene kann die Antriebswelle eine geringe Länge haben, wodurch eine kleine Durchbiegung der Antriebswelle ermöglicht ist. Des Weiteren können sich der Einbau und die Montage der Pumpeneinheiten und des Pleuels in dem Pumpengehäuse vereinfachen, da diese Komponenten vormontiert über öffnungen im Pumpengehäuse eingeschoben werden können.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Pumpeneinheiten bezüglich der Antriebswelle einander gegenüberliegend angeordnet sind. Damit ist es möglich, einen entgegengesetzt wirkenden Betrieb der beiden Pum- peneinheiten einfach zu realisieren.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Radialkolbenpumpe weist die Radialkolbenpumpe einen Exzenter auf, die mit der Antriebswelle in einem Großauge des Pleuels gelagert ist, und der Pleuel ist bezüglich einer durch einen Mittelpunkt des Exzenters verlaufenden senkrecht zu der Zylinderlängsachse ausgebildeten Mittelachse symmetrisch ausgebildet. Damit kann eine geringe Belastung der Antriebswelle durch eine möglichst gleichmäßige Kraftbeaufschlagung der Antriebs- welle erreicht werden. Des Weiteren sind besonders günstige Kraftflüsse von der Antriebswelle zu den Pumpenkolben ermöglicht.

In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Radialkolbenpumpe weist die Pumpeneinheit einen Kreuzkopf mit einem Kreuzkopfbolzen auf, über den der Pumpenkolben mit dem Pleuel in Wirkverbindung steht, und der Kreuzkopfbolzen ist in einem Kleinauge des Pleuels gelagert, wobei das Kleinauge

als Langloch mit einer Längsachse senkrecht zu der Zylinderlängsachse ausgebildet ist. Damit ist eine definierte Lagerung und Führung des Pleuels gegenüber dem Pumpenkolben über das als Langloch ausgebildete Kleinauge des Pleuels möglich.

Besonders bevorzugt ist weiterhin, wenn die Pumpeneinheit einen Kreuzkopf mit einem Kreuzkopfbolzen aufweist, über den der Pumpenkolben mit dem Pleuel in Wirkverbindung steht, und der Kreuzkopfbolzen in einem Kleinauge des Pleuels gelagert ist, wobei das Kleinauge als kreiszylindrisches Loch ausgebildet ist, und der Kreuzkopf aufweist eine Kreuzkopfausnehmung mit einem Kreuzkopfausnehmungsbereich, in dem der Kreuzkopfbolzen gelagert ist und der als Langloch mit einer Längsachse senkrecht zu der Zylinderlängsachse ausgebildet ist. Damit ist eine definierte Lagerung und Führung des Pleuels gegenüber dem Pumpenkolben über den als Langloch ausgebildeten Kreuzkopfausnehmungsbereich des Kreuzkopfs möglich.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 eine schematische, teilweise geschnittene Ansicht ei- ner Radialkolbenpumpe in einer ersten Ausführungsform mit einem Pleuel und zwei mit diesem gekoppelten Kreuzköpfen,

Figur 2 eine weitere schematische, teilweise geschnittene Ansicht der Radialkolbenpumpe der Figur 1 entlang einer Linie H-II' der Figur 1,

Figur 3 eine detaillierte schematische, teilweise geschnittene Ansicht der Verbindung zwischen dem Pleuel und einem der Kreuzköpfe,

Figur 4 eine schematische, teilweise geschnittene Ansicht der Radialkolbenpumpe in einer weiteren Ausführungsform, und

Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

Figur 1 zeigt eine Ansicht einer Radialkolbenpumpe 10 zur Förderung eines Fluids, mit einem Pumpengehäuse 12, in dem sich zwei Pumpeneinheiten 13 und 13' befinden, die zueinander in einem Winkel von 180 Grad angeordnet sind.

Die Radialkolbenpumpe 10 weist zentral eine Antriebswelle 14 mit einem Exzenter 15 auf. Die Antriebswelle 14 und der Exzenter 15 treiben über einen Pleuel 16 und Kreuzköpfe 24, 24' die Pumpeneinheiten 13, 13' an.

Die Pumpeneinheiten 13 und 13' sind grundsätzlich identisch aufgebaut. Die Pumpeneinheiten 13, 13' bestehen im Wesentlichen aus einem Zylinder 38 bzw. 38', einem in dem Zylinder 38 bzw. 38' angeordneten Zylinderraum 32 bzw. 32' mit einer Längsachse Z bzw. Z' und einem Pumpenkolben 30 bzw. 30', der axial bewegbar in dem Zylinderraum 32 bzw. 32' angeordnet ist .

Die Kreuzköpfe 24 und 24' sind ebenfalls bevorzugt identisch aufgebaut. Die Kreuzköpfe 24 und 24' weisen jeweils eine

Kreuzkopfausnehmung 26 bzw. 26' zur Aufnahme eines Kreuzkopfbolzens 22 bzw. 22' auf. Die Kreuzkopfbolzen 22 bzw. 22' sind

jeweils in einem Kleinauge 20 bzw. 20' des Pleuels 16 angeordnet .

Im Folgenden soll die Pumpeneinheit 13, der Kreuzkopf 24 und eine Hälfte des Pleuels 16 anhand der Figuren 1 und 2 stellvertretend auch für die andere Pumpeneinheit 13' , den anderen Kreuzkopf 24' und die zweite Hälfte des Pleuels 16 beschrieben werden.

Der Pumpenkolben 30 der Pumpeneinheit 13 wird von der Antriebswelle 14 über den Pleuel 16 und den Kreuzkopf 24 angetrieben .

Der Pleuel 16 hat ein Großauge 18 sowie die zwei Kleinaugen 20, 20' . Wie in Figur 3 gezeigt, ist das Großauge 18 des

Pleuels 16 mit einem ersten Gleitlager 21a versehen, das als Gleitlagerbuchse ausgebildet ist. In dem ersten Gleitlager 21a ist die Antriebswelle 14 mit dem Exzenter 15 um eine Drehachse S in einer Drehrichtung R drehbar angeordnet. Um eine möglichst gleichmäßige Kraftbeaufschlagung der Antriebswelle 14 zu erreichen, ist der Pleuel 16 symmetrisch bezüglich einer durch einen Mittelpunkt MP des Exzenters 15 verlaufenden senkrecht zu der Zylinderlängsachse Z ausgebildeten Mittelachse M. Das Kleinauge 20 des Pleuels 16 ist als Lang- loch ausgebildet, wobei die Längsachse L des Kleinauges 20 senkrecht zur Zylinderlängsachse Z des Zylinders 38 angeordnet ist. Das Kleinauge 20 des Pleuels 16 ist mit einem zweiten Gleitlager 21b versehen. Der in dem Kleinauge 20 des Pleuels 16 angeordnete Kreuzkopfbolzen 22 ermöglicht eine Kopplung des Pleuels 16 mit dem Kreuzkopf 24, wobei das zweite Gleitlager 21b eine besonders reibungsarme Bewegung des Pleuels 16 relativ zu dem Kreuzkopfbolzen 22 in Richtung der Längsachse L des Kleinauges 20 ermöglicht. Die Bewegung des

Pleuels 16 relativ zum Kreuzkopfbolzen 22 kann auch dann besonders reibungsarm sein, wenn alternativ der Kreuzkopfbolzen 22 und/oder das Kleinauge 20 des Pleuels 16 gehärtet oder mit einer Beschichtung versehen sind.

Am Pumpenkolben 30 ist ein Ring 29 angeordnet, der fest mit dem Pumpenkolben 30 gekoppelt ist. Der Ring 29 kann auch einstückig mit dem Pumpenkolben 30 ausgeführt sein. Zur Kopplung des Pumpenkolbens 30 mit dem Kreuzkopfbolzen 22 weist die Pumpeneinheit 13 eine Haltebuchse 28 auf, mittels der der Pumpenkolben 30 über den Ring 29 fest mit dem Kreuzkopfbolzen 22 gekoppelt ist.

Um den Zylinderraum 32 mit Fluid befüllen zu können, weist der Zylinder 38 eine Zylinderraumzulaufleitung 33 auf, in der vorzugsweise ein Zylinderraumeinlassventil 34 angeordnet ist. Das Zylinderraumeinlassventil 34 erleichtert die Befüllung des Zylinderraums 32 und verhindert beim Befüllen das Zurückströmen des Fluids aus der Zylinderraumzulaufleitung 33. Der Zylinder 38 weist weiter eine Zylinderraumablaufleitung 35 und ein in dieser angeordnetes Zylinderraumauslassventil 36 auf. Damit kann Fluid aus dem Zylinderraum 32 ausgestoßen werden .

Der Zylinder 38' der Pumpeneinheit 13' hat in entsprechender Weise eine Zylinderraumzulaufleitung 33', ein Zylinderraumeinlassventil 34', eine Zylinderraumablaufleitung 35' und ein Zylinderraumauslassventil 36' .

Im Folgenden soll die Funktionsweise der Radialkolbenpumpe beschrieben werden:

Im Ausgangszustand sollen sich der Pleuel 16 und damit die Pumpenkolben 30, 30' in den Pumpeneinheiten 13, 13' in oberen Positionen befinden, wie dies in Figur 1 dargestellt ist.

Durch eine Drehbewegung der Antriebswelle 14 um die Drehachse S in eine Drehrichtung R gegen den Uhrzeigersinn wird das Kleinauge 20 des Pleuels 16 von dem Zylinderraum 32 wegbewegt. Durch die Ausführung des Kleinauges 20 als Langloch erfolgt gleichzeitig eine Verlagerung des Kleinauges 20 des Pleuels 16 in Richtung der Längsachse L. über den Kreuzkopfbolzen 22 wird der Kreuzkopf 24 bei dieser Bewegung mitgenommen, wodurch wegen der festen Kopplung zwischen dem Kreuzkopf 24 einerseits und dem Pumpenkolben 30 andererseits der Pumpenkolben 30 in Richtung der Längsachse Z des Zylinderraums 32 vom Pumpengehäuse 38 wegbewegt wird. Die Kraftübertragung von dem Kreuzkopf 24 auf den Pumpenkolben 30 erfolgt hierbei über die Haltebuchse 28 und den Ring 29.

Durch die Bewegung des Pumpenkolbens 30 wird der Zylinderraum 32 vergrößert und über das als Rückschlagventil ausgebildete Zylinderraumeinlassventil 34 und die Zylinderraumzulauflei- tung 33 mit Fluid befüllt.

Gleichzeitig wird durch die Drehbewegung der Antriebswelle 14 in Drehrichtung R gegen den Uhrzeigersinn das Kleinauge 20' des Pleuels 16 in Richtung auf den Zylinder 38' hinbewegt. Die Kraft wird auf den Pumpenkolben 30' übertragen, wodurch eine direkte Druckbeaufschlagung des Zylinderraums 32' und damit eine Verdichtung des in dem Zylinderraum 32' befindli- chen Fluids erfolgt. In dem Zylinderraum 32' können dabei

Drücke von 2000 bar und mehr auftreten. Das komprimierte Fluid wird im Anschluss an den Kompressionshub über die Zylin-

derraumablaufleitung 35' und das nun geöffnete Zylinder- raumauslassventil 36' ausgestoßen.

Die Pumpeneinheiten 13, 13' wirken also einander entgegenge- setzt, indem ein Ansaugen von Fluid im Zylinderraum 32 mit einem gleichzeitigen Ausstoßen von Fluid aus dem Zylinderraum 32' einhergeht.

Handelt es sich bei der Radialkolbenpumpe beispielsweise um eine Kraftstoffhochdruckpumpe einer Einspritzanlage einer

Brennkraftmaschine, so kann das mit hohem Druck beaufschlagte Fluid zu einem HochdruckkraftstoffSpeicher, dem Common Rail, gelangen .

In Bezug auf Figur 1 befinden sich der Pleuel 16 und damit die Pumpenkolben 30, 30' in den Pumpeneinheiten 13, 13' nun in unteren Positionen.

Im Weiteren wird durch die Drehbewegung der Antriebswelle 14 in Drehrichtung R gegen den Uhrzeigersinn das Kleinauge 20 des Pleuels 16 wieder in Richtung auf den Zylinder 38 hinbewegt. Gleichzeitig wird durch die Ausführung des Kleinauges 20 als Langloch das Kleinauge 20 des Pleuels 16 in Richtung der Längsachse L des Kleinauges 20 verlagert. Die Kraft wird vom Kreuzkopfbolzen 22 direkt auf den Pumpenkolben 30 übertragen, wodurch eine direkte Druckbeaufschlagung des Zylinderraums 32 und damit eine Verdichtung des in dem Zylinderraum 32 befindlichen Fluids erfolgt. Das komprimierte Fluid wird über die Zylinderraumablaufleitung 35 und das geöffnete Zylinderraumauslassventil 36 ausgestoßen und gelangt so in den Common Rail.

Gleichzeitig wird durch die Drehbewegung der Antriebswelle 14 um die Drehachse S in eine Drehrichtung R gegen den Uhrzeigersinn das Kleinauge 20' des Pleuels 16 von dem Zylinderraum 32' wegbewegt. über den Kreuzkopfbolzen 22' wird der Kreuz- köpf 24' mitgenommen, wodurch wegen der festen Kopplung zwischen dem Kreuzkopf 24' einerseits und dem Pumpenkolben 30' andererseits der Pumpenkolben 30' in Richtung der Längsachse Z' des Zylinderraums 32' vom Pumpengehäuse 38' wegbewegt wird.

Durch die Bewegung des Pumpenkolbens 30' wird der Zylinderraum 32' vergrößert und über das als Rückschlagventil ausgebildete Zylinderraumeinlassventil 34' und die Zylinderraumzulaufleitung 33' mit Fluid befüllt.

In dieser Betriebsphase ist also ein Ausstoßen von Fluid aus dem Zylinderraum 32 mit einem gleichzeitigen Ansaugen von Fluid im Zylinderraum 32' verbunden.

Die Radialkolbenpumpe 10 kann auch mehr als die zwei Pumpeneinheiten 13, 13' aufweisen. Insbesondere kann die Radialkolbenpumpe 10 eine beliebige gerade Zahl von Pumpeneinheiten 13, 13' haben, von denen jeweils zwei paarweise in einem Winkel von 180 Grad zueinander angeordnet sind. Den jeweils paarweise in einem Winkel von 180 Grad zueinander angeordneten Pumpeneinheiten 13, 13' ist dabei jeweils ein Pleuel 16 zugeordnet .

Die in Figur 4 gezeigte weitere Ausführungsform der Radial- kolbenpumpe 10 mit den Pumpeneinheiten 13, 13' unterscheidet sich von der Ausführungsform der Figur 1 dadurch, dass das Kleinauge 20, 20' des Pleuels 16 als kreiszylindrisches Loch ausgebildet ist, in dem der Kreuzkopfbolzen 22, 22' gelagert

ist. Des weiteren hat der Kreuzkopf 24, 24' einen Kreuzkopf- ausnehmungsbereich 26a, 26a', in dem der Kreuzkopfbolzen 22, 22' gelagert ist und der als Langloch mit der Längsachse L, L' senkrecht zu der Zylinderlängsachse Z, Z' ausgebildet ist

Die Funktionsweise der Radialkolbenpumpe 10 entsprechend der Ausführungsform der Figur 4 unterscheidet sich von Funktionsweise der Ausführungsform der Figur 1 dadurch, dass der Kreuzkopfbolzen 22, 22' gegenüber dem Pleuel 16 in Rich- tung der Längsachse L, L' des Kreuzkopfausnehmungsbereichs

26a, 26a' fixiert bleibt. Dagegen erfolgt bei dieser Ausführungsform bei einer Drehbewegung der Antriebswelle 14 in Drehrichtung R gegen den Uhrzeigersinn eine Verlagerung des Kreuzkopfbolzens 22, 22' und damit des Pleuels 16 gegenüber dem Kreuzkopf 24, 24' in dem als Langloch ausgebildeten

Kreuzkopfausnehmungsbereich 26a, 26a' in Richtung der Längsachse L.