[0001] Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe mit einem Pumpengehäuse, in dem ein
erster Kurbelraum ausgebildet ist, in dem drehbar eine Antriebswelle gelagert ist,
die über eine, in einem zweiten Kurbelraum eines Verbrennungsmotors gelagerte, Kurbelwelle
antreibbar ist. Zwischen dem ersten Kurbelraum und dem zweiten Kurbelraum ist eine
Wellenabdichtung ausgebildet, die die beiden Kurbelräume gegeneinander abdichtet.
[0002] Eine gattungsgemäße Radialkolbenpumpe ist bereits aus der DE 103 00 144 B3 bekannt.
Die Radialkolbenpumpe weist eine Antriebswelle auf, die über Gleitlager drehbar in
einem ersten Kurbelraum gelagert ist. Die Antriebswelle ist mit einem Exzenterabschnitt
ausgebildet, auf dem ein Hubring angeordnet ist an dem sich mehrere, vorzugsweise
drei, in einem Abstand von je 120 Grad zueinander versetzte Pumpenkolben abstützen.
Die Antriebswelle ragt aus dem Pumpengehäuse hinaus und ist über ein Verbindungselement
mit der Nockenwelle eines Verbrennungsmotors gekoppelt. Als Verbindungselement eignet
sich beispielsweise eine Oldham-Kupplung. Die Nockenwelle ist drehbar in einem mit
Motorenöl gefüllten zweiten Kurbelraum gelagert. Bei einer Undichtigkeit der Radialkolbenpumpe
kann, auf Grund von Druckunterschieden zwischen dem ersten und dem zweiten Kurbelraum,
Kraftstoff in den zweiten Kurbelraum angesaugt werden, wodurch der Verbrennungsmotor
u.U. nicht mehr abstellbar ist. Dies ist unter allen Umständen zu vermeiden.
[0003] Ausgehend vom Stand der Technik, ist es somit Aufgabe der Erfindung, eine sichere
Abdichtung zwischen dem Kurbelraum der Radialkolbenpumpe und dem Kurbelraum der Nockenwelle
zu gewährleisten.
[0004] Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs.
[0005] Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung, welche einzeln oder in Kombination miteinander
einsetzbar sind, sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
[0006] Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Wellenabdichtung aus wenigstens
einem Wellendichtring und wenigstens einem mit Dichtscheiben versehenen Wälzlager
besteht, wobei der Wellendichtring und das Wellenlager hintereinander auf der Antriebswelle
angeordnet sind derart, dass das Wälzlager näher an dem Kurbelraum der Nockenwelle
angeordnet ist als der Wellendichtring und wobei zwischen dem Wellendichtring und
dem Wälzlager ein Zwischenraum ausgebildet ist, von dem aus eine Entlastungsbohrung
abzweigt, in der ein Sicherheitsventil angeordnet ist. Der Zwischenraum bildet somit
einen Neutralraum zwischen dem ersten Kurbelraum der Radialkolbenpumpe und dem zweiten
Kurbelraum der Nockenwelle aus. Das Sicherheitsventil sorgt dafür, dass nur beim Überschreiten
eines vorgegebenen Öffnungsdrucks Kraftstoff bzw. Motoröl durch die Entlastungsbohrung
hindurch strömen kann. Die Entlastungsbohrung kann somit im einfachsten Fall mit der
Umgebung verbunden sein ohne, dass negative Auswirkungen für die Umwelt zu befürchten
sind. Es ist auch möglich, dass die Entlastungsbohrung mit einem zusätzlichen Auffangbehälter
verbunden ist, so dass unter keinen Umständen Motoröl bzw. Kraftstoff an die Umgebung
gelangen kann.
[0007] Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Öffnungsdruck des
Sicherheitsventils größer als der Betriebsdruck im Kurbelraum der Nockenwelle und
kleine als der Betriebsdruck im Kurbelraum der Radialkolbenpumpe ist. Die Dichtscheiben
der Wälzlager sind aufgrund ihrer einfachen Bauart häufig nicht absolut dicht. Dadurch
gelangt Motoröl in den Neutralraum. Dies stellt jedoch keine Störung dar, da das Motoröl
über den Wellendichtring weiterhin gegenüber dem Kurbelraum der Radialkolbenpumpe
abgedichtet ist. Bei einem Defekt des Wellendichtrings, bei dem der unter höherem
Druck stehende Kraftstoff, über den Wellendichtring austreten und über die nicht vollständig
dichtenden Dichtscheiben der Wälzlager in den Kurbelraum der Nockenwelle eintreten
würde, öffnet das Sicherheitsventil und sorgt dafür, dass kein Kraftstoff in den Kurbelraum
der Nockenwelle gelangen kann.
[0008] Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Öffnungsdruck
des Sicherheitsventils zwischen 20 und 100 mbar, vorzugsweise zwischen 20 und 30 mbar
liegt. Dieser Öffnungsdruck hat sich für Radialkolbenpumpen bei Common-Rail Einspritzsystemen
als besonders geeignet erwiesen.
[0009] In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Sicherheitsventil als federbelastetes
Kugelventil oder Zungenventil ausgebildet. Diese Ventile sind einfach und preiswert
aufgebaut und gewährleisten eine sichere Funktion. Es ist aber auch denkbar, insbesondere
bei geringen Druckdifferenzen zwischen dem ersten und dem zweiten Kurbelraum, als
Ventil ein mit schwererem Medium gefülltes Steigrohr zu verwenden.
[0010] Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass durch die vorgeschlagene Wellenabdichtung
eine besonders sichere Abdichtung der Kurbelräume von Radialkolbenpumpe und Nockenwelle
gegeneinander erreicht wird. Die Abdichtung ist besonders umweltschonend, da nur im
Falle eines Schadens des Wellendichtrings das Sicherheitsventil in der Entlastungsbohrung
öffnet und den Neutralraum mit der Umgebung verbindet. Dadurch wird ein ansaugen von
Kraftstoff in den Kurbelraum der Nockenwelle verhindert was ansonsten zu schweren
Motorschäden führen könnte.
[0011] Ein Ausführungsbeispiel, sowie weitere Vorteile der Erfindung werden im Folgenden
anhand der einzigen Zeichnung erläutert.
[0012] Die Figur zeigt schematisch einen Axialschnitt durch eine erfindungsgemäße Radialkolbenpumpe.
Die Radialkolbenpumpe weist eine Hochdruckpumpeneinheit 13 sowie eine Vorförderpumpe
14 auf die auf der gemeinsamen Antriebswelle 3 im Pumpengehäuse 1 angeordnet sind.
Das Pumpengehäuse 1 ist als zweiteiliges Topfgehäuse, bestehend aus einem Gehäusegrundkörper
16 und einem Flansch 17, ausgebildet. Die Antriebswelle ist einen Ends über ein Wälzlager
9 und anderen Ends über ein Gleitlager 15 im Pumpengehäuse 1 gelagert. Im Pumpengehäuse
1 ist ein erster Kurbelraum 2 ausgebildet in dem sich Kraftstoff mit einem Druck von
etwa 500mbar befindet. Die Antriebswelle 3 ragt aus dem Pumpengehäuse 1 hinaus und
ist über ein Verbindungselement 14 mit der Nockenwelle 5 verbunden. Die Nockenwelle
5 ist in einem zweiten Kurbelraum 4 drehbar gelagert. Der zweite Kurbelraum 4 ist
mit Motoröl gefüllt, wobei der Öldruck etwa ± 20mbar gegenüber der Umgebung beträgt.
Der erste Kurbelraum 2 ist zum zweiten Kurbelraum 4 über eine Wellenabdichtung 6 abgedichtet.
Die Wellenabdichtung 6 soll verhindern, dass Kraftstoff aus dem ersten Kurbelraum
2 in den zweiten Kurbelraum 4 des Verbrennungsmotors gelangen kann. Dies könnte dazu
führen, dass sich der Motor nicht mehr abstellen lässt.
[0013] Die Wellenabdichtung 6 besteht aus wenigstens einem Wellendichtring 7 und einem mit
Dichtscheiben 8 versehenen Wälzlager 9. Der Wellendichtring 7 und das Wälzlager 9
sind hintereinander, beabstandet voneinander, auf der Antriebswelle 3 angeordnet,
derart, dass das Wälzlager näher an dem zweiten Kurbelraum 4 angeordnet ist als der
Wellendichtring 6. Durch die voneinander beabstandete Anordnung des Wellendichtrings
6 und des Wälzlagers 9 ergibt sich ein Zwischenraum zwischen dem Wellendichtring 7
und dem Wälzlager 9. Dieser Zwischenraum 10 wird nachfolgend als Neutralraum 10 bezeichnet,
da er zu beiden Seiten hin abgedichtet ist. Vom Neutralraum 10 führt eine Entlastungsbohrung
11 in die Umgebung. In der Entlastungsbohrung 11 ist ein Sicherheitsventil 12 angeordnet,
welches bei einem festgelegten Druck öffnet und so die Verbindung zur Umgebung frei
gibt.
[0014] Bei einer einwandfreien Funktion des Wellendichtrings dichtet der Wellendichtring
7 den ersten Kurbelraum 2 der Radialkolbenpumpe sicher ab, so dass kein Kraftstoff
in den Neutralraum 10 zwischen Wellendichtring 7 und Wälzlager 9 gelangt. Die Dichtscheiben
8 des Wälzlagers 9 dichten aufgrund ihrer einfachen Bauart häufig nicht vollständig
ab. Dadurch kann Motoröl aus dem zweiten Kurbelraum 4, über das Wälzlager 9, in den
Neutralraum 10 fließen. Der Druck im Neutralraum 10 ist dabei gleichen Druck im zweiten
Kurbelraum 4, so dass am Sicherheitsventil 12 ein Druck von etwa 20 mbar anliegt.
Dieser Druck reicht allerdings nicht aus um das Sicherheitsventil 12 zu öffnen. Somit
kann kein Motoröl an die Umgebung gelangen. Das Motoröl im Neutralraum 2 schadet dabei
nicht, da über den Wellendichtring 7 weiterhin eine Abdichtung vom ersten und zweiten
Kurbelraum 2, 4 gewährleistet ist.
[0015] Im Falle eines Defektes des Wellendichtrings 7 strömt der Kraftstoff mit einem Druck
von bis zu 500 bar in den Neutralraum 10 ein. Dieser Druck reicht aus um das Sicherheitsventil
12 zu öffnen. Hierdurch kann der Kraftstoff über die Endlastungsbohrung 11 in die
Umgebung strömen. Durch das Öffnen des Sicherheitsventils 12 wird somit vermieden,
dass der Kraftstoff über die Dichtscheiben 8 des Wälzlagers 9 hinweg in den zweiten
Kurbelraum 4 der Nockenwelle 5 gelangen kann.
[0016] Das Sicherheitsventil 12 ist so ausgelegt, dass der Öffnungsdruck größer als der
im Normalbetrieb auftretende Betriebsdruck im zweiten Kurbelraum 4 und kleiner als
der im Normalbetrieb auftretende Betriebsdruck im ersten Kurbelraum 2 ist. Dadurch
ist gewährleistet, dass nur bei einem undichtem Wellendichtring 7, oder einem aus
anderen Gründen stark ansteigendem Druck im Neutralraum, das Sicherheitsventil öffnet
um größeren Schaden am Motor zu vermeiden. Eine geringe Undichtigkeit der Dichtscheibe
8 führt hingegen nicht zum Öffnen des Sicherheitsventils 12, so dass in diesem Fall
kein Motoröl in die Umgebung gelangen kann.
[0017] Bei üblichen Radialkolbenpumpen für Kraftfahrzeugeinspritzsysteme, insbesondere Common-Rail
Einspritzsysteme, hat sich ein Öffnungsdruck des Sicherheitsventils zwischen 20 und
100 mbar als sinnvoll erwiesen. Vorzugsweise liegt der Öffnungsdruck zwischen 20 und
30 mbar. Hierdurch ist ein sehr sensibles Ansprechen des Sicherheitsventils gewährleistet.
[0018] Das Sicherheitsventil 12 kann vorzugsweise als einfaches, federbelastetes Kugelventil
oder als Zungenventil ausgebildet sein. Diese Ventile sind äußerst robust und preiswert.
Denkbar ist aber auch, ein mit einem schweren Medium gefülltes Steigrohr zu verwenden.
[0019] Zusammenfassend lässt sich somit feststellen, dass die vorgeschlagene Wellenabdichtung
einen sicheren Betrieb der Radialkolbenpumpe gewährleistet und ein austreten von Motoröl
im Normalbetrieb sicher verhindert. Die vorgeschlagene Wellenabdichtung ist selbstverständlich
nicht nur für Radialkolbenpumpen geeignet sondern für jegliche Hochdruckabdichtung
von Räumen mit unterschiedlichen Drücken geeignet.
1. Radialkolbenpumpe mit einem Pumpengehäuse (1), in dem ein erster Kurbelraum (2) ausgebildet
ist, in dem drehbar eine Antriebswelle (3) gelagert ist, die über eine, in einem zweiten
Kurbelraum (4) eines Verbrennungsmotors gelagerte, Kurbelwelle (5) antreibbar ist,
und
bei der zwischen dem ersten Kurbelraum (2) und dem zweiten Kurbelraum (4) eine Wellenabdichtung
(6) ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
- die Wellenabdichtung (6) aus wenigstens einem Wellendichtring (7) und einem mit
Dichtscheiben (8) versehenen Wälzlager (9) besteht,
- der Wellendichtring (7) und das Wälzlager (9) hintereinander auf der Antriebswelle
(3) angeordnet sind derart, dass das Wälzlager näher an dem zweiten Kurbelraum (4)
angeordnet ist als der Wellendichtring (6),
- zwischen dem Wellendichtring (7) und dem Wälzlager (9) ein Zwischenraum (10) ausgebildet
ist, von dem aus eine Entlastungsbohrung (11) abzweigt, und dass
- in der Entlastungsbohrung (11) ein Sicherheitsventil (12) angeordnet ist.
2. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Öffnungsdruck des Sicherheitsventils (12) größer als der Betriebsdruck im zweiten
Kurbelraum (4) und kleiner als der Betriebsdruck im ersten Kurbelraum (2) ist.
3. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, das
der Öffnungsdruck des Sicherheitsventils (12) zwischen 20 und 100mbar, vorzugsweise
zwischen 20 und 30mbar liegt.
4. Radialkolbenpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Sicherheitsventil (12) ein federbelastetes Kugelventil oder ein Zungenventil ist.