DE102005060957A1

DE102005060957A1 - Hochdruckpumpe mit mehreren Kolben pro Zylinder

Info

Publication number: DE102005060957A1
Application number: DE200510060957
Authority: DE
Inventors: Martin Keller; Sven Kessler; Dirk Jakob; Johann Egler; Rolf Prillwitz
Original assignee: Industriehansa Consulting & En; Industriehansa Consulting & Engineering GmbH
Current assignee: Industriehansa Consulting & En; Industriehansa Consulting & Engineering GmbH
Priority date: 2005-12-20
Filing date: 2005-12-20
Publication date: 2007-06-21
Anticipated expiration: 2025-12-21
Also published as: DE102005060957B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pumpeneinheit für eine Hochdruckpumpe, welche infolge einer neuartigen Kolbenanordnung besonders flachbauend ausgebildet werden kann. Fernerhin betrifft die Erfindung eine Hochdruckpumpe (1), welche mit zumindest einer erfindungsgemäßen Pumpeneinheit ausgestattet ist, wodurch die Pumpe als Ganzes verhältnismäßig kleinbauend ausgeführt werden kann. Die Pumpeneinheit umfasst einen Zylinder (3) mit einem Fußabschnitt (14), welcher ausgebildet ist, um in einen Arbeitsraum (5) der Pumpe (1) eingepasst zu werden, sowie eine Mehrzahl m an Kolben (6). Dabei weist der Zylinder (3) ebenfalls eine Mehrzahl m an Kolbenführungen (12) auf, welche den Zylinder (3) durchsetzen, um die Mehrzahl m an Kolben (6) zur Ausführung einer Hubbewegung verschieblich aufzunehmen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen das technische Gebiet der Pumpentechnik. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Pumpeneinheit für eine Hochdruckpumpe, welche infolge einer neuartigen Kolbenanordnung besonders flachbauend ausgebildet werden kann.
Fernerhin betrifft die Erfindung eine Hochdruckpumpe, welche mit zumindest einer erfindungsgemäßen Pumpeneinheit ausgestattet ist, wodurch die Pumpe als Ganzes verhältnismäßig kleinbauend ausgeführt werden kann.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

In der Automobilindustrie ist es zwischenzeitlich üblich, dass immer mehr Motoren mit einem Einspritzsystem ausgestattet werden, mit welchem Kraftstoff direkt in die Zylinder des Motors eingespritzt werden kann. Insbesondere hat sich in jüngerer Vergangenheit das so genannte Common – Rail – Verfahren durchgesetzt, bei dem der Einspritzzeitpunkt und die Einspritzmenge durch die Motorelektronik gesteuert wird. Hierbei steuern elektrische Signale je Zylinder ein elektrisch betätigbares Ventil, das in den Injektor eingebaut ist. Durch die kurzen Wege zwischen Ventil und Einspritzdüse ergeben sich kurze Druckanstiegszeiten, was dem Verbrennungsprozess und dessen Steuerung zu Gute kommt.

Um bei derartigen Einspritzsystemen den Kraftstoff auf den für die Einspritzung erforderlichen Druck transformieren zu können, werden üblicherweise Hochdruckpumpen eingesetzt, welche den Kraftstoff auf einen Druck bis 2000 bar und mehr komprimieren.

Neben derartigen Einspritzpumpen werden im Bereich der Automobilindustrie auch an anderer Stelle, aber auch in anderen Industriezweigen häufig Hochdruckpumpen eingesetzt, um ganz allgemein ein beliebiges Fluid auf einen Arbeitsdruck transformieren zu können. Derartige Hochdruckpumpen sind in verschiedensten Bauformen allgemein bekannt und weisen die Gemeinsamkeit auf, dass sie einen oder mehrere Hochdruckzylinder umfassen, in welchem ein Hochdruckpumpenkolben als Pumpenelement läuft. Von diesen Pumpeneinheiten werden je nach Kraftstoffbedarf mehrere in unterschiedlichsten Konfigurationen angeordnet. So sind beispielsweise Reihenpumpen, V-Pumpen, parallel laufende oder gegenüberliegend angeordnete Doppelreihenpumpen sowie Pumpen bekannt, bei denen die einzelnen Pumpenelemente kreisförmig und radial um eine Exzenterwelle herum angeordnet sind.

Da derartige Hochdruckpumpen beispielsweise zur Kraftstoffversorgung von Einspritzmotoren in einem Motorraum eingebaut werden, steht nicht selten nur relativ wenig Platz zum Einbau der Pumpe zur Verfügung, weshalb es häufig wünschenswert ist, die Hochdruckpumpe möglichst kleinbauend auszugestalten. Zwar wurden Versuche unternommen, das Bauvolumen derartiger Hochdruckpumpen dadurch zu reduzieren, indem sowohl die Führungslänge der Kolben wie auch der Hub selbst kleiner dimensioniert wurde, jedoch war dieser Ansatz häufig nicht zielführend, da mit der Verkleinerung des Hubs selbstverständlich auch eine Verringerung des Pumpvolumens mit einher ging, so dass derartig modifizierte Pumpen nicht mehr in der Lage waren, die nötige Kraftstoffmenge zu fördern.

Da vielfach Hochdruckpumpen für Common-Rail-Dieseleinspritzsysteme drei Pumpeneinheiten umfassen, welche im Kreis und radial um eine Exzenterwelle herum mit einem Winkel von 120° zueinander angeordnet sind, wurde fernerhin bereits der Versuch unternommen, das geringere Pumpvolumen dadurch wieder auszugleichen, indem die Pumpe derart umgestaltet wurde, dass anstelle von drei Pumpeneinheiten vier Pumpeneinheiten vorgesehen wurden, welche nunmehr unter einem Winkel von jeweils 90° zueinander angeordnet sind. Diese Anordnung bringt jedoch den Nachteil mit sich, dass durch die Phasenlage der einzelnen Pumpenelemente das Spitzenantriebsmoment der Exzenterwelle um ca. 40% ansteigt, was eine nicht unerhebliche Verstärkung der Exzenterwelle mit sich bringt, wodurch der gewonnene Bauraum infolge des kleineren Hubes der Kolben wieder aufgehoben wird.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Ausgehend von den zuvor beschriebenen Problemen, welche sich bei der Minimierung der Baugröße einer Hochdruckpumpe aufgeworfen haben, besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Realisierung anzugeben, welche es erlaubt, eine Hochdruckpumpe weniger großbauend auszubilden.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die derselben zugrunde liegende Aufgabe mit einer Pumpeneinheit gelöst, welche einen Zylinder und eine Mehrzahl m an Kolben umfasst. Im Unterschied zu bekannten Pumpeneinheiten läuft somit in einem Zylinder nicht nur ein Kolben, um eine Hubbewegung auszuführen; vielmehr sind mehrere Kolben in einem einzigen Zylinder beweglich angeordnet, um in dem Zylinder eine Hubbewegung auszuführen. Der Zylinder ist dabei so ausgestaltet, dass er ebenfalls eine Mehrzahl m an Kolbenführungen aufweist, welche den Zylinder so durchsetzen, dass die Mehrzahl m an Kolben zur Ausführung einer Hubbewegung verschieblich in dem Zylinder aufgenommen werden kann.

Sofern hierbei von einer Mehrzahl m an Kolben und einer Mehrzahl m an Kolbenführungen die Rede ist, so bedeutet dies selbstverständlich, dass die Mehrzahl m an Kolben stets gleich groß ist wie die Mehrzahl m an Kolbenführungen. Aufgrund der räumlichen und konstruktiven Gegebenheiten hat sich gezeigt, dass eine gewöhnliche Pumpeneinheit mit einem entsprechend ausgebildeten Zylinder so umgestaltet werden kann, dass sie bis zu sieben Kolben beweglich aufnehmen kann. Andererseits kann der positive Effekt hinsichtlich der Verringerung der Baugröße auch bereits erzielt werden, wenn der Zylinder lediglich zwei Kolben zur Ausführung einer Hubbewegung verschieblich aufnimmt.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung einer Pumpeneinheit mit mehr als einem Kolben pro Zylinder kann erreicht werden, dass die Kolbenführungslänge im Zylinder reduziert werden kann, was sich darauf zurückführen lässt, dass sich die Kolbenführungslänge rechnerisch näherungsweise zum 2,75-fachen des Kolbendurchmessers ergibt. Da bei der erfindungsgemäßen Ausbildung einer Pumpeneinheit mehr als einem Kolben pro Zylinder vorgesehen wird, kann jeder einzelne entsprechend reduziert werden, so dass sich die Kolbenführungslänge im Zylinder, welche sich zum 2,75-fachen des Kolbendurchmessers ergibt, geringer und damit der Zylinder insgesamt flacher gestalten lässt, weshalb insgesamt eine mit solch einer Pumpeneinheit ausgestattete Hochdruckpumpe weniger großbauend ausgeführt werden kann.

Zwar wird der verständige Leser erkennen, dass mit die Reduzierung der Kolbendurchmesser auch eine Reduzierung des Pumpvolumens einhergeht, jedoch lässt sich diese Reduktion dadurch ausgleichen, indem eine entsprechend größere Anzahl an Kolben je Zylinder vorgesehen wird. Sollte beispielsweise das Pumpvolumen, welches mit drei Kolben mit reduziertem Durchmesser gepumpt werden kann, nicht ausreichen, so kann die Pumpeneinheit ohne weiteres mit einem Zylinder ausgestattet werden, welcher vier Kolbenführungen aufweist, so dass vier Kolben in dem Zylinder eine gekoppelte, gemeinsame Hubbewegung ausführen können, so dass gegenüber der Variante mit drei Kolben wiederum ein höheres Pumpvolumen gefördert werden kann.

Sollte eine solche Erhöhung der Anzahl an Kolben je Pumpeneinheit, aus welchen Gründen auch immer, nicht realisierbar sein, so ist es infolge der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Pumpeneinheit auch möglich, anstelle beispielsweise von drei Pumpeneinheiten, welche um 120° versetzt zueinander angeordnet sind, vier Pumpeneinheiten mit einem Phasenversatz von 90° anzuordnen, ohne dass dabei durch eine Erhöhung des Spitzenantriebsmoments die Exzenterwelle wesentlich stärker dimensioniert werden müsste. Zwar vergrößert sich auch hier rechnerisch betrachtet erst einmal das Spitzenantriebsdrehmoment infolge der um 90° versetzten Pumpeneinheiten ebenfalls um ca. 40%, jedoch stehen nun zur Förderung eines definierten Pumpvolumens nicht mehr nur drei sondern vier Pumpeinheiten zur Verfügung, so dass jede Pumpeinheit nur noch 75% des ursprünglich zu fördernden Pumpvolumens zu fördern hat, was wiederum eine Reduktion des Spitzenantriebsdrehmoments auf nur noch 6% (75% von 140%) gegenüber dem Ausgangswert bedeutet. Da das Widerstandsmoment der Exzenterwelle deren Durchmesser jedoch in der dritten Potenz (W_T = π d³/16) beinhaltet, führt diese Erhöhung um 6% lediglich zu einer erforderlichen Verstärkung des Exzenterwellendurchmessers um etwa 2%, was jedoch gegenüber dem eingesparten Bauraum infolge der Verringerung der Kolbenführungen kaum ins Gewicht fällt.

Davon abgesehen, können anstelle von drei auch fünf, sechs oder noch weitere, jedoch kleinere Pumpeneinheiten angeordnet werden, wodurch sogar noch eine Verkleinerung des Exzenterwellendurchmessers möglich ist.

Damit die einzelnen Kolben der Mehrzahl an Kolben m bei der Ausführung einer gemeinsamen Hubbewegung in dem Zylinder nicht verkanten oder asynchron laufen, können die einzelnen Kolbenführungen der Mehrzahl m an die Kolbenführung im Grundriss betrachtet so in dem Zylinder angeordnet werden, dass benachbarte Kolbenführungen einheitlich den selben Abstand zueinander aufweisen. Sofern hier von benachbarten Kolbenführungen die Rede ist, so sind hierunter so zueinander angeordnete Kolbenführungen zu verstehen, welche den jeweils geringsten Abstand zueinander aufweisen. Im Falle, dass mehr als zwei Kolbenführungen vorhanden sind, bedeutet dies, dass die einzelnen Kolbenführungen der Mehrzahl m an Kolbenführungen im Grundriss betrachtet so angeordnet sind, dass sie die Eckpunkte eines regelmäßigen m-Ecks bilden.

Selbstverständlich ist es jedoch auch möglich, mehrere Kolben so in dem Zylinder anzuordnen, dass sie zwei ineinander geschachtelte regelmäßige m-Ecken bilden, wobei ein m-Eck in ein anderes regelmäßiges Mehreck konzentrisch eingepasst ist.

Damit die Mehrzahl m an Kolbenführungen eine gemeinsame und synchrone Hubbewegung in dem Zylinder ausführen können, umfasst die erfindungsgemäße Pumpeneinheit fernerhin einen Stößel, welcher fußseitig einen Stößelboden ausbildet, wobei der Stößel als Ganzes so ausgebildet ist, um in dem Arbeitsraum einer Pumpe zur Ausführung einer Hubbewegung verschieblich angeordnet zu werden. Die Hubbewegung des Stößels wird auf die einzelnen Kolben der Mehrzahl an Kolben übertragen, indem diese mit dem Stößelboden des Stößels zumindest mittelbar gekoppelt sind, so dass die Kolben zusammen mit dem Stößelboden eine gemeinsame Hubbewegung ausführen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pumpeneinheit durchsetzen die einzelnen Kolbenführungen der Mehrzahl m an Kolbenführungen den Zylinder in einer Weise, in der sie an einem ersten Ende in den Arbeitsraum der Pumpe einmünden und an einem zweiten Ende in einen aufgeweiteten Hochdruckbereich in dem Zylinder einmünden, wobei der Arbeitsraum der Pumpe und der Hochdruckbereich des Zylinders durch die in den Kolbenführungen laufenden Kolben voneinander getrennt sind.

Um die Bauhöhe weiter zu reduzieren, umfasst die erfindungsgemäße Pumpeneinheit fernerhin einen Niederdruckbereich sowie eine Mehrzahl m an Ventilen, wobei der Niederdruckbereich von den am zweiten Ende der Kolbenführung befindlichen Hochdruckbereichen durch jeweils eines der Mehrzahl m an Ventilen abgetrennt bzw. abgesperrt ist. Der Niederdruckbereich kann dabei beispielsweise durch einen Deckel nach außen hin abgegrenzt werden, welcher seinerseits an einem äußeren Abschnitt des Zylinders befestigt ist.

Üblicherweise werden die Stößel über einen im Triebwerksraum der Pumpe angeordneten Gleitkörper zu der gewünschten Hubbewegung veranlasst. Der Gleitkörper führt dabei im Triebwerksraum eine kombinierte translatorische Bewegung in zwei Richtungen aus, was darauf zurückzuführen ist, dass in einer Durchgangsbohrung des Gleitkörpers die Exzenterwelle der Pumpe rotiert. Auf diese Weise werden die Stößel jedoch nicht nur zu der gewünschten Hubbewegung, sondern auch zu einer translatorischen Bewegung quer zu der Hubbewegung veranlasst, was dazu führen kann, dass die Kolben in unerwünschter Art und Weise mit Querkräften beaufschlagt werden, was letztendlich dazu führen kann, dass sich die Kolben in den Kolbenführungen verkeilen.

Um diese unerwünschte Querkraftübertragung zwischen dem Stößel und den einzelnen Kolben auszuschließen, ist es daher wünschenswert, den Stößel von den einzelnen Kolben zu entkoppeln. Hierzu umfasst die Pumpeneinheit ferner eine Mehrzahl m an Kraftübertragungselementen mit ersten und zweiten gekrümmten, sich gegenüberliegenden Bereichen, wobei in diesem Falle der Stößel einen speziell ausgebildeten Stößelboden und jeder einzelne Kolben der Mehrzahl m an Kolben eine in den Arbeitsraum der Pumpe ragende speziell ausgebildete Stirnseite aufweist. Die einzelnen Kraftübertragungselemente werden dabei zwischen die jeweiligen Stirnseiten der Kolben und den Stößelboden zwischengeschaltet, wozu der Stößelboden eine Mehrzahl m entgegengesetzt gekrümmter Bereiche im Vergleich zu den gekrümmten Bereichen des Kraftübertragungselementes ausbildet. Ebenfalls bilden auch die Stirnseiten der Kolben entgegengesetzt gekrümmte Bereiche aus, so dass die Kraftübertragungselemente so zwischen den Stirnseiten der Kolben und den Stößelboden angeordnet werden können, dass der erste gekrümmte Bereich eines jeden Kraftübertragungselementes mit dem entgegengesetzt gekrümmten Bereich des jeweiligen Kolbens und der zweiten gekrümmte Bereich eines jeden Kraftübertragungselementes mit einem entgegengesetzt gekrümmten Bereich des Stößelbechers in Eingriff steht.

Durch die Anordnung der Kraftübertragungselemente zwischen die Stirnseiten der Kolben und den Stößelboden kann eine weitestgehende Entkopplung des Stößels von den Kolben erreicht werden, so dass keine oder nur noch geringe Querkräfte von dem Stößel auf die einzelnen Kolben übertragen werden können.

Um eine möglichst gute Entkopplung zu erzielen, kann das Kraftübertragungselement beispielsweise als Kugel ausgebildet werden. Da jedoch der zur Verfügung stehende Raum in Hochdruckpumpen in aller Regel begrenzt ist, kann das Kraftübertragungselement auch als linsenartiges Bauteil mit sich gegenüberliegenden kugeligen, konkaven oder konvexen Oberflächen ausgebildet werden, welche mit entsprechend entgegengesetzt gekrümmten Oberflächen am Stößelboden bzw. an den Stirnseiten der Kolben in Eingriff gelangen.

Wie bereits zuvor angedeutet, können die Kraftübertragungselemente als Kugel ausgebildet sein. Da eine kugelige Ausbildung der Kraftübertragungselemente jedoch aufgrund des geringen zur Verfügung stehenden Platzes in aller Regel nur schwer zu realisieren ist, können die Kraftübertragungselemente beispielsweise als Bikonvexlinsen oder als rotationssymmetrischer Ausschnitt solch einer Bikonvex-Linse ausgebildet sein. Unter einem rotationssymmetrischen Ausschnitt einer Bikonvex-Linse wird in diesem Zusammenhang eine Bikonvex-Linse verstanden, bei der sich die gegenüberliegenden konvexen Linsenabschnitte nicht in einem gemeinsamen Kreis treffen, da die Linse eine geringere radiale Ausdehnung aufweist, als dass sich die gegenüberliegenden konvexen Bereich in einem gemeinsamen Kreis schneiden könnten. Allgemein gesprochen können die ersten und zweiten gekrümmten, sich gegenüberliegenden Bereiche des Kraftübertragungselementes eine konvexe Wölbung aufweisen und in entsprechender Weise können die entgegengesetzt gekrümmten Bereiche des Stößelelementes sowie der Kolben eine konkave Wölbung aufweisen.

Eine zuverlässige Entkopplung des Stößels von den Kolben kann sichergestellt werden, wenn der erste konvexe Bereich und der zweite konvexe Bereich der Kraftübertragungselemente, der konkave Bereich der Kolben sowie die konkaven Bereiche des Stößelbodens doppelt gewölbt (also in zwei Richtungen gewölbt) ausgebildet werden. Jedoch ist es selbstverständlich ebenfalls möglich, sämtliche gekrümmte Bereiche nur mit einer einfachen Wölbung zu versehen, welche lediglich in einer Richtung gekrümmt sind.

Um sicherzustellen, dass die von dem Stößel auf die Kolben übertragenen Seiten- oder Querkräfte möglichst gering sind, und um einen möglichst ausreichenden Bewegungsausgleich des Stößelelementes gegenüber den Kolben zu ermöglichen, sollte die Krümmung des ersten konvexen Bereichs und des zweiten konvexen Bereichs der Kraftübertragungselemente größer sein als die Krümmung des konkaven Bereichs der Kolben und der konkaven Bereiche des Stößelbechers. Dabei können die Krümmungen der Kraftübertragungselemente gleich groß oder unterschiedlich groß sein. Ebenfalls können die Krümmungen des konkaven Bereichs der Kolben und der konkaven Bereiche des Stößelbechers gleich groß oder auch unterschiedlich groß sein.

Zwar können beliebige linsenartig gewölbte Oberflächen auf Seiten der Kraftübertragungselemente sowie auf Seiten der Kolben bzw. des Stößelbechers zum Einsatz kommen, jedoch lassen sich gute Ergebnisse erzielen, wenn sowohl der konkave Bereich der Kolben sowie die konkaven Bereiche des Stößelbechers als kugelige, also sphärische Ausnehmungen ausgebildet sind.

In den voranstehenden Passagen wurde eine beispielhafte Ausbildung der Kraftübertragungselemente beschrieben, bei dem diese von entsprechenden Ausnehmungen im Stößelboden bzw. in der Stirnseite der Kolben aufgenommen werden. Alternativ hierzu ist es selbstverständlich ebenfalls möglich, dass das Kraftübertragungselement entsprechende Ausnehmungen bzw. Aufnahmen aufweist, um in entsprechender Weise ausgewölbte Bereiche an den Stirnenden der Kolben bzw. am Stößelboden aufzunehmen. In diesem Falle können die ersten und zweiten gekrümmten, sich gegenüberliegenden Bereiche der Kraftübertragungselemente beispielsweise eine konkave Wölbung aufweisen, wohingegen die entgegengesetzt gekrümmten Bereiche des Stößelbechers sowie der Kolbenstange eine konvexe Wölbung aufweisen.

Wie bereits zuvor dargestellt wurde, wird die Hubbewegung des Stößels sowie der Kolben durch einen Gleitkörper herbeigeführt, welcher seinerseits durch eine Exzenterwelle zu einer translatorischen Bewegung in zwei Richtungen veranlasst wird. Auf diese Weise kann allerdings lediglich eine Hubbewegung des Stößels sowie der Kolben in eine Richtung erzielt werden, um ein Fluid zu komprimieren. Um die Kolben zusammen mit dem Stößel aus dieser Kompressionsstellung wieder zurückzubewegen, um neuen Kraftstoff anzusaugen, muss jedoch eine Rückstellkraft erzeugt werden, welche mit dem Gleitkörper nicht herbeigeführt werden kann. Hierzu umfasst die erfindungsgemäße Pumpeneinheit ferner zumindest eine Feder, welche sich mit einem ersten Ende an dem Fußabschnitt des Zylinders und mit einem zweiten Ende zumindest mittelbar an dem Stößelboden abstützt, um für die gemeinsame Hubbewegung der Kolben und des Stößels eine Rückstellkraft zu erzeugen.

Diese Federn können beispielsweise konzentrisch um die einzelnen Kolben angeordnet werden, so dass im Inneren jeder einzelnen Schraubenfeder ein Kolben läuft. Eine andere Ausgestaltung kann beispielsweise so aussehen, dass eine große Feder sämtliche Kolben umgibt, so dass die Kolben innerhalb der Schraubenfeder ihre Hubbewegung durchführen. Da eine bevorzugte Anordnung der Kolben sowie der Kolbenführungen derart organisiert ist, dass die einzelnen Kolben bzw. Kolbenführungen die Ecken eines regelmäßigen m-Ecks bilden, kann es sich anbieten, zumindest eine Rückstellfeder im Grundriss betrachtet innerhalb des von den Kolbenführungen bzw. den Kolben gebildeten m-Ecks anzuordnen.

Um eine möglichst gleichmäßige Kraftbeaufschlagung des Stößels zu erzielen, können beispielsweise auch vier Federn zwischen dem Fußabschnitt des Zylinders und einem Niederhalter eingebaut werden, welcher zwischen das zweite Ende der Federn und den Stößelboden eingepasst ist. Bei diesem Niederhalter kann es sich um ein Bauteil mit einer Mehrzahl m an Armen handeln, so dass sich der Niederhalter mit seinen jeweiligen Armen zwischen den Abständen der einzelnen Kolben hindurch erstrecken kann. In diesem Falle können sich die einzelnen Arme des Niederhalters beispielsweise kragartig über die Umfangsberandung des Stößelbechers hinweg erstrecken, so dass die zuvor erwähnten vier Federn im Grundriss betrachtet außerhalb des von den Kolbenführungen gebildeten m-Ecks angeordnet werden können, um sich auf den auskragenden freien Enden des Niederhalters abzustützen. Eine derartige Anordnung kann sich insbesondere dann als zweckmäßig erweisen, wenn aufgrund des verfügbaren Platzes die Federn nicht im Inneren des m-Ecks der Kolben angeordnet werden können und auch außerhalb im Bereich des Stößels nicht genügend Platz zur Verfügung steht, um die Federn unterzubringen.

Zwar weist ein Stößel üblicherweise eine durchgehende Umfangswandung auf, jedoch kann diese im vorliegenden Falle beispielsweise zumindest abschnittsweise Unterbrechungen aufweisen, so dass sich die einzelnen Arme des Niederhalters durch die Unterbrechungen hindurch erstrecken können. In diesem Falle können die einzelnen Federn so angeordnet werden, dass sie mit ihren Schwerpunkten außerhalb des Stößels liegen. Im Falle von vier Federn kann dies beispielsweise bedeuten, dass der Niederhalter vier Arme aufweist, welche sich durch die Unterbrechungen in der Umfangswandung des Stößelbechers hindurch erstrecken, so dass sich die zweiten Enden der Federn an den jeweiligen Armen des Niederhalters abstützen können.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die derselben zugrunde liegende Aufgabe mit einer Hochdruckpumpe gelöst, welche ein Pumpengehäuse umfasst, in dem ein Triebwerksraum zur Aufnahme einer Exzenterwelle sowie zur Aufnahme eines von der Exzenterwelle angetriebenen Gleitkörpers ausgebildet ist, welcher von der Exzenterwelle zur Ausführung einer kombinierten translatorischen Bewegung in zwei Richtungen veranlasst wird. Fernerhin umfasst die erfindungsgemäße Hochdruckpumpe zumindest einen Arbeitsraum, welcher sich von dem Triebwerksraum radial nach außen erstreckt. In diesen zumindest einen Arbeitsraum ist eine Pumpeneinheit mit dem Fußabschnitt ihres Zylinders eingepasst, wie sie in den voranstehenden Absätzen bereits ausführlich beschrieben wurde.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe ist diese so ausgebildet, dass sich von dem Triebwerksraum vier Arbeitsräume radial um 90° phasenversetzt nach außen erstrecken, in welchen jeweils eine Pumpeneinheit eingepasst ist, wie sie zuvor beschrieben wurde.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen exemplarisch erläutert. An dieser Stelle sei betont, dass die in den Figuren gezeigten Ausführungsformen der Erfindung diese lediglich rein exemplarisch erläutern und insbesondere nicht als Schutzbereich einschränkend aufgefasst werden dürfen. Es zeigt:

1 zeigt einen Querschnitt durch eine bekannte Hochdruckpumpe mit drei Pumpeneinheiten;

2a–2c stellt eine erfindungsgemäße Hochdruckpumpe mit vier Pumpeneinheiten in unterschiedlichen Querschnittdarstellungen dar;

3 erläutert eine erfindungsgemäße Hochdruckpumpe mit vier Pumpeneinheiten und drei Kolben je Pumpeneinheit in unterschiedlichen Querschnittdarstellungen;

4 erläutert eine erfindungsgemäße Hochdruckpumpe mit vier Pumpeneinheiten und zwei Kolben je Pumpeneinheit in unterschiedlichen Querschnittdarstellungen;

5 erläutert eine erfindungsgemäße Hochdruckpumpe mit vier Pumpeneinheiten und einem Kolben je Pumpeneinheit in unterschiedlichen Querschnittdarstellungen;

6 erläutert den Einbau eines Kraftübertragungselementes zwischen Kolben und Stößelboden; und

7 zeigt eine vergrößerte Querschnittdarstellung im Bereich des Kraftübertragungselementes der 6.

In sämtlichen Figuren hinweg sind gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen oder übereinstimmenden Bezugsziffern gekennzeichnet. Die Figuren sind nicht maßstäblich, können jedoch qualitative Größenverhältnisse wiedergeben.

BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Im Folgenden wird zum besseren Verständnis der Erfindung zunächst unter Bezugnahme auf die 1 eine bekannte Hochdruckpumpe beschrieben. Die Pumpe 1 weist ein Gehäuse 2 auf, in welchem sich zentral angeordnet ein Triebwerksraum 4 befindet. Vom Triebwerksraum 4 aus erstrecken sich drei Arbeitsräume 5 radial nach außen, in denen jeweils ein Stößel 10 angeordnet ist. Da die Ausbildung der drei Arbeitsräume 5 im Wesentlichen identisch ist, wird im Folgenden lediglich auf den oberen Arbeitsraum 5 detailliert eingegangen. Im Triebwerksraum 4 befindet sich ein Gleitkörper bzw. "Stern" 7, welcher mittig mit einer Durchgangsöffnung versehen ist, in welcher sich eine Exzenterwelle 8 befindet. Die Exzenterwelle 8 rotiert mit ihrer Exzentrizität in der Durchgangsöffnung des Gleitkörpers 7, wodurch dieser zur Ausführung einer kombinierten translatorischen Bewegung in zwei Richtungen im Triebwerksraum 4 veranlasst wird, wie dies in der 1 durch die Doppelpfeile angedeutet ist.
Wie bereits erwähnt, erstrecken sich von dem Triebwerksraum 4 drei Arbeitsräume 5 radial nach außen, in welchen jeweils ein Stößel 10 angeordnet ist. Die Arbeitsräume 5 werden nach außen durch einen Zylinder 3 verschlossen, welche mit seinem Zylinderfuß 14 in den Arbeitsraum 5 eingepasst ist. Im Gegensatz zum Zylinderfuß 14, welcher sich somit innerhalb des Gehäuses 2 erstreckt, umfasst der Zylinder 3 fernerhin einen Zylinderkopf 15, welcher außerhalb des Gehäuses 2 liegt und dieses dicht nach außen hin abschließt. Durch den gesamten Zylinder 3 geht eine Durchgangsbohrung hindurch, welche im Bereich des Zylinderfußes 14 als Kolbenführung 12 zur Führung des Kolbens 6 ausgebildet ist. Die Kolbenführung 12 nimmt somit den Kolben 6 bzw. Plunger auf, welcher an seiner Stirnseite am Boden des becherförmigen Stößels 10 mit geeigneten Mitteln befestigt ist. Sofern im Rahmen der vorliegenden Erfindung vom Stößelboden 20 die Rede ist, so ist hierunter entweder der Stößelboden 20 selbst oder eine Übertragungsplatte 18 zu verstehen, welche in den Stößelboden 20 unterseitig eingepasst ist.
Durch die translatorische Bewegung des "Sterns" 7 im Triebwerksraum 4 in zwei Richtungen wird der Stößel 10 zu einer Bewegung in den Arbeitsraum 5 veranlasst, wodurch, da der Kolben 6 mit dem Stößel 10 verbunden ist, der Kolben 6 ebenfalls zu einer Hubbewegung in dem Arbeitszylinder 10 veranlasst wird. Durch diese Bewegung kann ein zu pumpendes Medium über hier nicht dargestellte Saugleitungen in ebenfalls nicht dargestellte Druckleitungen befördert werden.
Wie der hier dargestellten bekannten Hochdruckpumpe der 1 entnommen werden kann, weist diese sehr großbauende bzw. sehr hohe Zylinderköpfe 15 auf, so dass die Pumpe 1 insgesamt verhältnismäßig großbauend ist. Da jedoch gerade im Bereich der Automobilindustrie nicht immer der erforderliche Einbauraum zur Aufnahme solch großer Hochdruckpumpen zur Verfügung gestellt werden kann, wäre es wünschenswert, die Pumpe 1 kleiner zu dimensionieren, ohne jedoch Abstriche hinsichtlich der Pumpfördermenge hinnehmen zu müssen.
Demgemäß schlägt die vorliegende Erfindung vor, im Unterschied zu der bekannten, in der 1 dargestellten Hochdruckpumpe in einem Zylinder 3 nicht nur einen Kolben 6 laufen zu lassen, sondern darin vielmehr eine Mehrzahl m an Kolben 6 zur Ausführung einer Hubbewegung anzuordnen, wie dies in den 2 bis 4 dargestellt ist.
Zunächst wird nun unter Bezugnahme auf die 2a bis 2c eine erfindungsgemäße Hochdruckpumpe 1 mit vier erfindungsgemäßen Pumpeneinheiten erläutert. Auch hier weist die Pumpe 1 ein Gehäuse 2 auf, in welchem sich zentral angeordnet ein Triebwerksraum 4 befindet. Vom Triebwerksraum 4 aus erstrecken sich vier Arbeitsräume 5 nach außen, in welchen jeweils ein Stößel 10 angeordnet ist. Da die Ausbildung der vier Arbeitsräume 5 im Wesentlichen identisch ist, wird im Folgenden lediglich auf die Ausbildung des oberen Arbeitsraumes 5 detailliert eingegangen. Im Triebwerksraum 4 befindet sich ein Gleitkörper bzw. "Stern" 7, welcher mittig mit einer Durchgangsöffnung versehen ist, in welcher sich eine Exzenterwelle 8 befindet. Die Exzenterwelle 8 rotiert mit ihrer Exzentrizität in der Durchgangsöffnung des Gleitkörpers 7, wodurch dieser zur Ausführung einer kombinierten translatorischen Bewegung in zwei Richtungen im Triebwerksraum 4 veranlasst wird, wie dies in der 2a durch die Doppelpfeile angedeutet ist.
Wie bereits erwähnt, erstrecken sich bei der hier dargestellten erfindungsgemäßen Pumpe 1 von dem Triebwerksraum 4 vier Arbeitsräume 5 radial nach außen, in welchen jeweils ein Stößel 10 angeordnet ist. Die Arbeitsräume 5 werden nach außen durch im Querschnitt betrachtet, sehr flache T-förmige Zylinder 3 verschlossen, in welchen jeweils vier Kolbenführungen 12 ausgebildet sind, um darin vier Kolben 6 aufzunehmen. Die Kolben 6 sind stirnseitig mit geeigneten Mitteln am Boden des becherförmigen Stößels 10 bzw. an der Übertragungs- bzw. Gleitplatte 18 mit geeigneten Mitteln befestigt.
Durch die translatorische Bewegung des "Sterns" 7 im Triebwerksraum in zwei Richtungen wird der Stößel 10 zu einer Hubbewegung in dem Arbeitsraum 5 veranlasst, wodurch, da die Kolben 6 mit dem Stößel 10 verbunden sind, die Kolben 6 ebenfalls zu einer Hubbewegung im Arbeitszylinder 12 veranlasst werden. Durch diese Hubbewegung kann ein zu pumpendes Medium befördert und mit Druck beaufschlagt werden, worauf im weiteren Verlauf noch genauer eingegangen wird.
Wie der 2a entnommen werden kann, weist der Zylinder 3 in Vergleich zu der bekannten Ausführungsform einer Hochdruckpumpe gemäß 1 einen wesentlich flacheren Zylinderkopf 15 auf, so dass die erfindungsgemäße Pumpe 1 wesentlich kleiner baut. Darüber hinaus weist auch der Zylinderfuß 14 eine geringere Bauhöhe auf, was auf die geringere Kolbenführungslänge zurückgeführt werden kann. Die geringe Kolbenführungslänge sowie die flachere Ausgestaltung des Zylinderkopfes 15 ergibt sich dadurch, dass die einzelnen Kolben 6 einen geringeren Durchmesser aufweisen, wodurch sich – infolge der überschläglichen Berechnung der Kolbenführungslänge zu etwa dem 2,75-fachen des Kolbendurchmessers – eine geringere Kolbenführungslänge und damit eine Verringerung der Bauhöhe des Zylinders 3 ergibt.
Zwar sinkt möglicherweise durch die Verringerung des einzelnen Kolbendurchmessers die Pumpfördermenge ab, jedoch lässt sich dieses wieder dadurch ausgleichen, dass eine entsprechende Anzahl von Kolben 6 in den einzelnen Zylinder 3 eingebaut wird. Sollte jedoch hierzu nicht genügend Bauraum innerhalb des einzelnen Zylinders zur Verfügung stehen, so kann, wie dies in der 2a gezeigt ist, ausgehend von der 1, eine vierte Pumpeneinheit vorgesehen werden, so dass nun die vier Pumpeneinheiten unter einem Phasenversatz von 90° zueinander angeordnet sind. Wie bereits zuvor erläutert wurde, ergibt sich jedoch bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung, bei der die Durchmesser der einzelnen Kolben 6 verringert wurden, keine oder nur eine geringe Erhöhung des Spitzenantriebsdrehmomentes der Exzenterwelle 8, was darauf zurückzuführen ist, dass von jeder einzelnen Pumpeneinheit nur noch 75% des Volumens gepumpt werden muss.
Unter Bezugnahme auf die 2a bis 2c soll nun die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Pumpeneinheiten mit mehreren Kolben 6 je Zylinder 3 genauer beschrieben werden. Wie der 2a entnommen werden kann, weisen die einzelnen Zylinder 3 jeweils einen Fußabschnitt 15 auf, mit welchem die Zylinder 3 in jeweils einen Arbeitsraum 5 der Pumpe 1 eingepasst sind. Wie insbesondere die 2b zu erkennen gibt, weist die Pumpeneinheit fernerhin vier Kolben 6 auf, welche in entsprechenden Kolbenführungen 12 laufen, welche den Zylinder 3 durchsetzen, so dass darin die vier Kolben 6 in der gewünschten Weise eine Hubbewegung ausführen können. Zwar zeigt die 2b lediglich vier Kolben 6, welche in dem Zylinder 3 laufen, jedoch ist es selbstverständlich ebenfalls möglich, eine andere Anzahl an Kolben 6 in dem Zylinder 3 laufen zu lassen, wozu selbstverständlich eine entsprechend modifizierte Anzahl von Kolbenführungen 12 vorgesehen werden muss. Zwar kann sich die Anordnung mit vier Kolben 6 pro Zylinder 3 als vorteilhaft erweisen, jedoch können beispielsweise bei geringerer Pumpfördermenge auch weniger als vier, beispielsweise zwei oder drei, oder bei höherer Pumpfördermenge fünf, sechs oder gar sieben Kolben 6 pro Zylinder 3 vorgesehen werden.
Wie die 2b zeigt, sind die vier Kolben 6 im Grundriss betrachtet so angeordnet, dass sie die Eckpunkte eines Quadrats bilden. Ganz allgemein gesprochen können die einzelnen Kolben 6 im Grundriss betrachtet so angeordnet werden, dass sie die Eckpunkte eines regelmäßigen Vielecks bilden.
Wie der 2a fernerhin entnommen werden kann, schließen die einzelnen Kolben 6 stirnseitig am Boden 20 des Stößels 10 an. Zwar ist bei der hier gezeigten Ausführungsform unterseitig in den Stößel eine Übertragungs- oder Gleitplatte 18 eingesetzt, an welcher der Gleitkörper 7 unterseitig entlang gleitet, jedoch ist es selbstverständlich ebenso möglich, die Übertragungs- bzw. Gleitplatte 18 einstückig mit dem Stößel 10 auszubilden, weshalb im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Übertragungsplatte 18 bzw. Gleitplatte 8 gleichbedeutend mit dem Stößelboden ist.
Um die erforderliche Rückstellkraft zu erzeugen, sind zwischen die Unterseite des Zylinderfußes 14 und den Stößel 10 mehrere Federn 13 eingepasst. Die Federn 13 stützen sich dabei nur mittelbar am Stößelboden 20 ab, da zwischen den Stößelboden 20 und die Federn 13 ein sogenannter Niederhalter eingefügt ist, auf dessen Funktion und Ausbildung später noch genauer eingegangen wird. Die 2b zeigt die Anordnung der Federn 13 im Grundriss, woraus erkannt werden kann, dass die Federn 13 nicht vollständig im Bereich des Stößels 10 angeordnet sind. Vielmehr weist der Stößel 10 eine Umfangswandung auf, welche abschnittsweise unterbrochen ist, so dass in diesen Unterbrechungen oder ganz außerhalb des Stößels 10 die Federn 13 angeordnet werden können. Da die Federn 13 somit mit ihrem Schwerpunkt im Wesentlichen außerhalb des Stößels 10 angeordnet sind, werden zusätzliche Mittel erforderlich, um die Federkraft zuverlässig auf den Stößelboden 20 zu übertragen.
Um diese Kraftübertragung zu gewährleisten, wird zwischen die Enden der Federn 13 und den Stößelboden 20 der zuvor angesprochene Niederhalter eingepasst, welcher eine Vielzahl an Armen aufweist, welche sich durch die Unterbrechungen in der Umfangswandung des Stößelbechers 10 hindurcherstrecken und kragartig über den Stößelboden 20 hinausragen, so dass sich die Federn 13 an den kragartigen Überständen des Niederhalters abstützen können. Bei der in der 2b gezeigten Anordnung der Kolben 6 sowie der Federn 13 kann der Niederhalter beispielsweise eine X-Form mit vier Armen aufweisen, welche sich im Zentrum der vier Kolben 6 treffen, wobei die einzelnen Arme durch die Abstände der einzelnen Kolben 6 nach außen durch die Unterbrechungen in der Umfangswandung des Stößels 10 hindurchragen und dabei kragartig über den Stößel 10 hinaus stehen, so dass sich die einzelnen Federn 13 an den freien Enden des X-förmigen Niederhalters abstützen können.
Im Folgenden wird auf die Kraftstoffförderung und die Druckbeaufschlagung mit Hilfe der erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe eingegangen. Zunächst wird der Kraftstoff mit Hilfe einer hier nicht gezeigten Vorförderpumpe in einen Niederdruckraum 16 befördert, welcher durch einen Deckel 9 gebildet wird, welcher außenseitig an dem Zylinderkopf 15 dicht angebracht ist. Der so von dem Deckel 9 gebildete Niederdruckraum 16 wird von den einzelnen Hochdruckräumen 16, welche im Zylinderkopf 15 durch die Fortsetzung von den Kolbenführungen 12 ausgebildet sind, durch einzelne Ventile 21 abgetrennt, welche den Hochdruckraum 17 vom Niederdruckraum 16 während des Verdichtungsvorgangs des Kraftstoffs dicht abtrennen. Hierzu bildet der jeweilige Hochdruckraum 17 einen konischen Zylindersitz aus, an welchem die Ventile 21 dichtend anliegen. Um den von der Vorförderpumpe in den Niederdruckraum 16 beförderten Kraftstoff in den Hochdruckraum 17 weiterzubefördern, bewegt sich der Stößel 10 mitsamt den einzelnen Kolben 6 in Richtung des Triebwerkraums 4, wodurch in den einzelnen Hochdruckräumen 17 ein Unterdruck erzeugt wird, welcher letztendlich die Ventile 21 dazu veranlasst, sich entgegen einer Federkraft ein Stück weit in die einzelnen Hochdruckräume 17 zu bewegen, wodurch zwischen dem Ventilsitz und dem Ventil 21 Kraftstoff in die einzelnen Hochdruckräume 17 einströmen kann. Sobald sich der Stößel 10 mitsamt den einzelnen Kolben 6 wieder in Richtung der einzelnen Hochdruckräume 17 bewegt, legt sich das Ventil 21 wieder an seinen zugehörigen Ventilsitz an, wodurch der Niederdruckraum 16 vom Hochdruckraum 17 abgedichtet wird und der nun darin befindliche Kraftstoff infolge des nun durch den Exzenter eingeleiteten Hubvorgangs in dem Hochdruckraum 17 verdichtet und komprimiert werden kann, um letztendlich in eine hier nicht gezeigte Druckleitung weiterbefördert zu werden.
Die Rückstellkraft der einzelnen Ventile 21 wird über eine Feder 22 erzeugt, welche im Niederdruckraum 16 angeordnet ist, und sich außenseitig am Zylinderkopf 15 mittelbar über einen unteren Federteller 23 abstützt. Auf der anderen Seite stützt sich die Feder 22 an einem oberen Ventilteller 24 ab, welcher mit einer konischen Innenumfangsfläche den Schaft des Ventils 21 umgibt. Der Ventilschaft ist dabei mit einer Ringnut umfangsseitig ausgestattet, in welche zwei sich gegenüberliegende Ventilkeile 25 formschlüssig eingreifen und welche (außen) umfangsseitig ebenfalls mit einer Konusform ausgestattet sind, welche mit der innenliegenden konusförmigseitigen Umfangsfläche des oberen Federtellers 24 passgenau zusammenpasst. Auf diese Weise kann eine Federdruckkraft zuverlässig über den oberen Federteller 24 auf die beiden Ventilkeile 25 und von diesen auf den Schaft des Ventils 21 übertragen werden.
Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die 3 bis 5 weitere Kolbenanordnungen erläutert. Wie die Querschnittdarstellungen dieser Figuren zeigen, ändert sich zunächst einmal der grundsätzliche Aufbau der erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe im Gegensatz zu der Ausführungsform der 2 nicht. Wie jedoch der rechten Querschnittdarstellung der 3 entnommen werden kann, welche eine Schnittdarstellung durch einen der Zylinderköpfe der in der linken Abbildung dargestellten Hochdruckpumpe zeigt, weist hier der Zylinderkopf 15 lediglich drei Kolbenführungen 12 auf, in welchen dementsprechend drei Kolben 6 laufen. In entsprechender Weise weist der Zylinder 3 der in der 4 gezeigten Pumpe lediglich noch zwei Kolbenführungen 12 auf, in welchen dementsprechend auch nur zwei Kolben 6 laufen. Wird noch ein Kolben 6 weniger vorgesehen, so dass letztendlich nur noch ein Kolben 6 vorhanden ist, so gelangt man letztendlich zu der Ausführungsform einer Hochdruckpumpe 1, wie sie in der 5 dargestellt ist, bei der lediglich noch ein Kolben 6 in einer Kolbenführung 12 im Zylinder 3 der Hochdruckpumpe 1 läuft.
Wie den Übergängen zwischen den 2 und 3, 3 und 4 sowie 4 und 5 entnommen werden kann, ändert sich der grundsätzliche Aufbau der Hochdruckpumpe 1 selbst nicht, was bedeutet, dass das Gehäuse 2 mit dem in dem Triebwerksraum 4 angeordneten Gleitkörper 7 samt Exzenterwelle 8 unverändert bleibt. Die einzelnen Pumpen 1 der 2 bis 5 unterscheiden sich lediglich durch den Einbau unterschiedlicher erfindungsgemäßer Pumpeneinheiten, so dass ausgehend von einem Pumpengrundtyp durch den Einbau unterschiedliche Pumpeneinheiten ganz unterschiedliche Pumpenvarianten mit unterschiedlichen Fördermengen erzeugt werden können.
Um eine gesicherte Abdichtung der Hochdruckflächen aber auch der Niederdruckflächen zur Verfügung zu stellen, sind sämtliche der in den 2 bis 5 gezeigten Hochdruckpumpen 1 mit einem Überwachungssystem ausgestattet, welches es erlaubt, die Dichtigkeit der Hoch- und Niederdruckflächen dauerhaft zu überwachen. So sind in die Dichtflächen zwischen dem Zylinderkopf 15 und Pumpengehäuse 2 sowie zwischen die Dichtflächen zwischen den Deckeln 9 und den Zylinderköpfen 15 geeignete Detektoren 26 eingefügt, welche in der Lage sind, möglicherweise austretende Flüssigkeit zu detektieren. Sämtliche dieser Detektoren 26 werden von einer zentralen Überwachungseinheit überwacht, so dass eine etwaige Undichtigkeit in einer Dichtfläche sofort registriert werden kann.
Abschließend wird nun auf die Entkopplung zwischen den Stößeln 10 und den einzelnen Kolben 6 eingegangen, welche unter Bezugnahme auf die Detaildarstellung der 6 erläutert wird. Da der "Stern" 7 im Triebwerksraum 4 nicht nur in der gewünschten Weise eine vertikale translatorische, sondern auch eine horizontale, translatorische Bewegung ausführt, gleitet er gleichzeitig in horizontaler Richtung an dem Stößel 10 bzw. an der Unterseite dessen Übertragungsplatte 18 entlang, wodurch auf die Kolben 6 in günstiger Art und Weise eine Querkraft übertragen wird. Daneben führt eine derartige Querkraftbeaufschlagung dazu, dass auf die Kolben 6 ein Biegemoment aufgebracht wird, zu dessen Abtragung die Kolben 6 jedoch üblicherweise nicht ausgelegt sind.
Um diesen zuvor beschriebenen negativen Effekten entgegenzuwirken, werden zwischen die Stirnseiten der einzelnen Kolben 6 und den Stößelboden 20 des Stößels 10 Übertragungselemente 19 angeordnet, wie dies in der linken Abbildung der 6 im Überblick zu erkennen ist. Durch den Einbau der Kraftübertragungselemente 19 zwischen den Stößelboden 20 und die Stirnseiten der Kolben 6 wird eine Entkopplung zwischen den Kolben 6 und dem Stößel 10 erzielt, so dass sich der Stößel 10 unabhängig von den Kolben 6 bewegen kann, wodurch keine oder nur noch geringe Querkräfte übertragen werden.
Im Folgenden wird ein Kraftübertragungselement 19 unter Bezugnahme auf die Detaildarstellung der 6 sowie der 7 genauer erläutert. Wie hieraus hervorgeht, ist zwischen die Stirnseite jedes Kolbens 6 und den Stößelboden 20 bzw. die den Stößelboden 20 bildende Übertragungsplatte 18 ein Kraftübertragungselement 19 eingepasst. Das Kraftübertragungselement 19 umfasst einen oberen und einen unteren gekrümmten Bereich, welche sich einander gegenüberliegen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die beiden gekrümmten Bereiche des Kraftübertragungselements 19 konvex gewölbt ausgebildet, wobei sich die Wölbungen in zwei Richtungen erstrecken, so dass die gekrümmten Bereich sphärische Auswölbungen bilden. Allerdings erstrecken sich die sphärischen Auswölbungen nicht so weit radial, als dass sie sich in einem gemeinsamen Kreis schneiden könnten. Vielmehr wird das Kraftübertragungselement 19 radial durch eine Berandung begrenzt, so dass das Kraftübertragungselement 19 einen rotationssymmetrischen Ausschnitt einer Bikonvex-Linse darstellt. Im Stößelboden 20 sowie in der Stirnseite des Kolbens 6 sind zu den Krümmungsbereichen des Kraftübertragungselementes 19 entgegengesetzt gekrümmte Bereiche ausgebildet, welche im gezeigten Ausführungsbeispiel konkav gewölbte sphärische Ausnehmungen bilden. Wie erkannt werden kann, sind die Krümmungen der sphärischen Ausnehmungen im Kolben 6 bzw. in dem Stößelboden 20 kleiner als die Krümmungen der oberen und unteren gekrümmten Bereiche des Kraftübertragungselementes 19. Durch diese Abstimmung der Krümmungen aufeinander kann gewährleistet werden, dass sich das Kraftübertragungselement 19 in den Ausnehmungen der Stirnseite des Kolbens 6 bzw. im Stößelboden 20 durch eine Rollbewegung verdrehen kann. Da sich das Kraftübertragungselement 19 aufgrund seiner bikonvexen Linsenform in den Ausnehmungen des Stößelbodens 20 nicht selbsttätig zentrieren kann, wie dies bei einer Kugelform der Fall wäre, ist an der Stirnseite des Kolbens 6 ein Zentrierelement 11 angebracht, welches ausgebildet ist, das Kraftübertragungselement 19 in der Ausnehmung des Stößelbodens zu zentrieren. Dabei kann das Zentrierelement 11 beispielsweise Teil eines auf den Kolben 6 aufgeschrumpften Kragens sein, welcher über geeignete Mittel mit der Übertragungsplatte 18 verbunden ist.
Durch die Zwischenschaltung der Kraftübertragungselemente 19 zwischen die Stirnseiten der einzelnen Kolben 6 und den Stößelboden 20 kann somit auf den Stößel 10 eine horizontale Verschiebung über den Gleitkörper 7 aufgebracht werden, ohne dass diese Verschiebung in Form von Querkräften auf die Kolben 6 übertragen wird, da durch die Zwischenschaltung des Kraftübertragungselements 19 eine derartige horizontale Verschiebung zumindest teilweise kompensiert werden kann. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass die Übertragungsplatte 18 zum Stössel 10 fixiert werden muss, was hier jedoch nicht weiter dargestellt ist.
BEZUGSZEICHENLISTE

Claims

Pumpeneinheit für eine Hochdruckpumpe (1), umfassend: – einen Zylinder (3) mit einem Fußabschnitt (14), welcher ausgebildet ist, um in einen Arbeitsraum (5) der Pumpe (1) eingepasst zu werden; und – eine Mehrzahl m an Kolben (6); wobei der Zylinder (3) ebenfalls eine Mehrzahl m an Kolbenführungen (12) aufweist, welche den Zylinder (3) durchsetzen, um die Mehrzahl m an Kolben (6) zur Ausführung einer Hubbewegung verschieblich aufzunehmen.
Pumpeneinheit gemäß Anspruch 1, wobei die Mehrzahl m an Kolben (6) gleichgroß ist wie die Mehrzahl m an Kolbenführungen (12), wobei für m gilt: m ∊ {2, 3, 4, 5, 6, 7}.
Pumpeneinheit gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die einzelnen Kolbenführungen (12) der Mehrzahl m an Kolbenführungen (12) im Grundriss betrachtet so angeordnet sind, dass benachbarte Kolbenführungen (12) einheitlich denselben Abstand zueinander aufweisen.
Pumpeneinheit gemäß Anspruch 3, wobei im Falle von m > 2 gilt, dass die einzelnen Kolbenführungen (12) der Mehrzahl m an Kolbenführungen im Grundriss betrachtet so angeordnet sind, dass sie die Eckpunkte eines regelmäßigen m-Ecks bilden.
Pumpeneinheit gemäß Anspruch 4, ferner umfassend: – einen Stößel (10) mit einem Stößelboden (18, 20), wobei der Stößel (10) ausgebildet ist, um in dem Arbeitsraum (5) der Pumpe (1) zur Ausführung einer Hubbewegung verschieblich angeordnet zu werden; wobei die einzelnen Kolben (6) der Mehrzahl an Kolben (6) mit dem Stößelboden (18, 20) des Stößels (10) zur Ausführung einer gemeinsamen Hubbewegung zumindest mittelbar miteinander gekoppelt sind.
Pumpeneinheit gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die einzelnen Kolbenführungen (12) der Mehrzahl an Kolbenführungen (12) den Zylinder (3) durchsetzen, indem sie an einem ersten Ende in den Arbeitsraum (5) der Pumpe (1) und an einem zweiten Ende in einen Hochdruckbereich (17) in dem Zylinder (3) münden.
Pumpeneinheit gemäß Anspruch 6, ferner umfassend: – einen Niederdruckbereich (16); und – eine Mehrzahl m an Ventilen (21); wobei der Niederdruckbereich (16) von den am zweiten Ende der Kolbenführungen (12) befindlichen Hochdruckbereichen (17) durch jeweils eines der Mehrzahl m an Ventilen (21) abgesperrt ist.
Pumpeneinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner umfassend: – eine Mehrzahl m an Kraftübertragungselementen (19) mit ersten und zweiten gekrümmten, sich gegenüberliegen Bereichen, wobei der Stößel (10) einen Stößelboden (18, 20) und jeder einzelne Kolben (6) der Mehrzahl m an Kolben eine in den Arbeitsraum (5) der Pumpe (1) ragende Stirnseite aufweist, wobei der Stößelboden (18, 20) eine Mehrzahl m entgegengesetzt gekrümmter Bereiche ausbildet, wobei auch die Stirnseiten der Kolben (6) entgegengesetzt gekrümmte Bereiche ausbilden, und wobei die Kraftübertragungselemente (19) so zwischen den Stirnseiten der Kolben (6) und dem Stößelboden (20) angeordnet sind, dass der erste gekrümmte Bereich eines jeden Kraftübertragungselements (19) mit dem entgegengesetzt gekrümmten Bereich des jeweiligen Kolbens (6) und der zweite gekrümmte Bereich eines jeden Kraftübertragungselements (19) mit einem entgegengesetzt gekrümmten Bereich des Stößelbechers (10) in Eingriff steht.
Pumpeneinheit gemäß Anspruch 8, wobei die ersten und zweiten gekrümmten, sich gegenüberliegen Bereiche der Kraftübertragungselemente (19) eine konvexe Wölbung aufweisen und die entgegengesetzt gekrümmten Bereiche des Stößelbechers (10) sowie der Kolben (6) eine konkave Wölbung aufweisen.
Pumpeneinheit gemäß Anspruch 9, wobei der erste konvexe Bereich und der zweite konvexe Bereich der Kraftübertragungselemente (19), der konkave Bereich der Kolben (6) sowie die konkaven Bereiche des Stößelbechers (10) doppelt gewölbt ausgebildet sind.
Pumpeneinheit gemäß Anspruch 9 oder 10, wobei die Krümmung des ersten konvexen Bereichs und des zweiten konvexen Bereichs der Kraftübertragungselemente (19) größer ist als die Krümmung der konkaven Bereiche der Kolben (6) und der konkaven Bereiche des Stößelbechers (10).
Pumpeneinheit gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die konkaven Bereiche der Kolben (6) sowie die konkaven Bereiche des Stößelbechers (10) als kugelige Ausnehmungen ausgebildet sind.
Pumpeneinheit gemäß einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die Kraftübertragungselementselemente (19) als Kugel ausgebildet sind.
Pumpeneinheit gemäß einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei die Kraftübertragungselementselemente (19) zumindest als rotationssymmetrischer Ausschnitt einer Bikonvexlinse ausgebildet sind.
Pumpeneinheit gemäß einem der Ansprüche 5 bis 14, ferner umfassend: – zumindest eine Feder (13), welche sich mit einem ersten Ende an dem Fußabschnitt (14) des Zylinders (3) und mit einem zweiten Ende zumindest mittelbar an dem Stößelboden (18, 20) abstützt, um für die gemeinsame Hubbewegung der Kolben (6) und des Stößels (10) eine Rückstellkraft zu erzeugen.
Pumpeneinheit gemäß Anspruch 15, wobei zumindest eine Feder (13) im Grundriss betrachtet innerhalb des von den Kolbenführungen (12) gebildeten m-Ecks angeordnet ist.
Pumpeneinheit gemäß Anspruch 15, wobei sich vier Federn (13) zwischen dem Fußabschnitt (14) des Zylinders (3) und einem Niederhalter erstrecken, welcher zwischen das zweite Ende der Federn (13) und den Stößelboden (18, 20) eingepasst ist.
Pumpeneinheit gemäß Anspruch 17, wobei die vier Federn (13) im Grundriss betrachtet außerhalb des von den Kolbenführungen (12) gebildeten m-Ecks angeordnet sind.
Pumpeneinheit gemäß Anspruch 15, 17 oder 18, wobei der Stößel (10) eine Umfangswandung aufweist, welche zumindest abschnittsweise Unterbrechungen aufweist, in welchen die einzelnen Federn (13) so angeordnet sind, dass die Schwerpunkte der Federn (13) außerhalb des Stößels (10) liegen.
Pumpeneinheit gemäß Anspruch 17, wobei der Niederhalter vier Arme aufweist, welche sich durch die Unterbrechungen in der Umfangswandung des Stößels (10) hindurcherstrecken, so dass sich die zweiten Enden der Federn an den Armen des Niederhalters abstützen.
Hochdruckpumpe (10), umfassend: – ein Pumpengehäuse (2), in dem ein Triebwerksraum (4) zur Aufnahme einer Exzenterwelle (8) ausgebildet ist, – zumindest ein Arbeitsraum (5), welcher sich von dem Triebwerksraum (4) radial nach außen erstreckt, und – zumindest eine Pumpeneinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 20, welche mit dem Fußabschnitt (14) ihres Zylinders (3) in den zumindest einen Arbeitsraum (5) der Pumpe (1) eingepasst ist.
Hochdruckpumpe gemäß Anspruch 21, wobei sich von dem Triebwerksraum (4) zumindest vier Arbeitsräume (5) radial um 90° phasenversetzt nach außen erstrecken, in welchen jeweils eine Pumpeneinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 20 eingepasst ist.