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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffsystem einer
Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Eine
Hochdruckpumpe der eingangs genannten Art ist vom Markt her bekannt.
Sie wird beispielsweise bei Common-Rail-Kraftstoffsystemen eingesetzt
und fördert
den Kraftstoff unter hohem Druck in den als „Rail" bezeichneten Kraftstoff-Druckspeicher,
an den wiederum Injektoren angeschlossen sind. Diese spritzen den
Kraftstoff in Brennräume
der Brennkraftmaschine ein. Die Hochdruckpumpe wird mechanisch von
der Brennkraftmaschine angetrieben. Sie verfügt über eine Nockenwelle, auf der
mindestens ein Rollenstößel läuft, der
wiederum einen Kolben der Hochdruckpumpe antreibt. Um zu verhindern,
dass sich die Rolle aus ihrer optimalen Betriebslage in axialer
Richtung verschiebt, weist ein Federteller des Rollenstößels Laschen
auf, die über die
axialen Enden der Rolle ragen. Um ferner den Rollenstößel gegenüber einer
Verdrehung um seine Längsachse
zu sichern, weist der Rollenstößel eine seitliche
Nut auf, in die ein gehäuseseitiger
Führungsstift
eingreift.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Hochdruckpumpe zu schaffen,
welche möglichst preisgünstig hergestellt
werden kann.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Hochdruckpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen sind in Unteransprüchen angegeben. Darüber hinaus
finden sich wichtige Merkmale in der nachfolgenden Beschreibung und
in der Zeichnung, wobei die Merkmale auch in ganz unterschiedlichen
Kombinationen für
die vorliegende Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf explizit
hingewiesen wird.
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Bei
der erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe
kann zum einen auf die Laschen am Federteller zur axialen Sicherung
der Rolle und zum anderen auf die Nut im Rollenstößel und
den gehäuseseitigen Stift
verzichtet werden. Stattdessen wird durch die Aufnahme der Rolle
zwischen zwei gehäuseseitigen stationären Gleitflächen derart,
dass die beiden entgegengesetzten Stirnflächen der Rolle jeweils mit
einer der stationären
gehäuseseitigen
Gleitflächen
zusammenarbeiten, eine kombinierte axiale Sicherung der Rolle und
Verdrehsicherung des Rollenstößels geschaffen,
die durch technisch einfach vorzunehmende gehäuseseitige Maßnahmen
realisiert sind. Hierdurch werden Kosten bei der Herstellung der Hochdruckpumpe
gespart. Der Entfall der Längsnut im
Rollenstößel macht
auch das bisher dort erforderliche Entgraten hinfällig. Auch
die arbeitsintensive Montage des Fixierstifts, der je nach Drehrichtung
in der nicht belasteten Stößelbahn
positioniert werden musste, ist nicht mehr erforderlich. Die erfindungsgemäße axiale
Sicherung der Rolle weist darüber
hinaus eine lange Lebensdauer auf, wodurch die Zuverlässigkeit
im Betrieb der Hochdruckpumpe verbessert wird.
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Bei
einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe
sind die beiden gehäuseseitigen
Gleitflächen
jeweils an einem separaten Fixierelement ausgebildet, das in dem
Gehäuse
gehalten ist. Hierdurch wird die Herstellung der gehäuseseitigen
Gleitflächen
vereinfacht, wodurch nochmals die Kosten gesenkt werden. Dies gilt
insbesondere auch für
jene Weiterbildung, bei welcher das Fixierelement ein Fixierbolzen und
in einer Gehäusebohrung
aufgenommen ist. Eine solche Gehäusebohrung
kann mit einfachen Mitteln passgenau in das Gehäuse der Brennkraftmaschine
eingebracht werden. Die Anordnung der gehäuseseitigen Gleitflächen an
einem Fixierbolzen hat darüber
hinaus den Vorteil, dass die Gleitflächen sehr präzise gearbeitet
werden können
und der Fixierbolzen aus einem Material hergestellt werden kann,
welches über
eine große
Lebensdauer das Zusammenwirken der entgegengesetzten Stirnflächen der
Rolle mit den gehäuseseitigen
Gleitflächen
gewährleistet.
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Die
besagte Gehäusebohrung,
in der der Fixierbolzen aufgenommen ist, kann durch ein Verschlusselement,
insbesondere eine Kappe oder eine Schraube, nach außen verschlossen
werden. Hierdurch wird die Fluiddichtigkeit der Hochdruckpumpe gewährleistet
und die Montage des Fixierbolzens in der Gehäusebohrung vereinfacht.
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Die
Gehäusebohrung
wird vorteilhafterweise als Sacklochbohrung ausgebildet, da hierdurch
die axiale Positionierung des Fixierbolzens einfach realisiert werden
kann, wodurch die Montage erleichtert wird und Kosten gespart werden.
Auch wird die Abdichtung des Innenraums des Gehäuses auf diese Weise verbessert.
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Der
Fixierbolzen kann Freisparungen aufweisen, beispielsweise im Bereich
seiner beiden axialen Enden. Hierdurch wird zum einen die Masse
des Fixierbolzens reduziert, was das Gewicht der Hochdruckpumpe
insgesamt reduziert, es können
durch diese Freisparungen aber auch Strömungswege für den Kraftstoff geschaffen
werden, welche bei den Hubbewegungen des Rollenstößels ein
einfaches Hin- und Herströmen
des Kraftstoffs ermöglichen. Hierdurch
wird der Wirkungsgrad der Hochdruckpumpe verbessert.
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Der
Fixierbolzen kann aus Metall aber auch aus Kunststoff sein, in letzterem
Falle vorzugsweise aus glaserverstärktem Polyamid. Dieses weist
eine hohe Verschleißfestigkeit
auf bei gleichzeitig geringem Reibkoeffizienten.
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Dies
gilt insbesondere dann, wenn die beiden entgegengesetzten Stirnseiten
der Rolle nach außen
gewölbt
sind. In diesem Falle liegt die Rolle im Wesentlichen nur punktförmig an
den gehäuseseitigen
Gleitflächen
an. Da in axialer Richtung aber keine Kräfte zu übertragen sind, ist dies unproblematisch.
Durch eine solche mehr oder weniger punktförmige Kontaktierung zwischen
Rolle und gehäuseseitigen
Gleitflächen
wird jedoch gleichzeitig die Reibung zwischen der Rolle und den
gehäuseseitigen Gleitflächen reduziert,
was dem Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe zugute kommt.
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Eine
erfindungsgemäße Variante
der Hochdruckpumpe weist mindestens zwei nebeneinander angeordnete
Rollenstößel auf,
die solchermaßen ausgebildete
Hochdruckpumpe ist also eine mehrzylindrige Reihenpumpe. Es wird
vorgeschlagen, dass ein zwischen beiden Rollenstößeln angeordneter Fixierbolzen
auf entgegengesetzten Längsseiten
Gleitflächen
aufweist, wobei die eine Gleitfläche
mit der Rolle des einen Rollenstößels und
die andere Gleitfläche
mit der Rolle des anderen Rollenstößels zusammenarbeitet. Damit
kann die Anzahl der Fixierbolzen reduziert werden, was zum einen
Herstellkosten, zum anderen aber auch Montagekosten, und schließlich auch
Gewicht spart.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend
wird ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. In
der Zeichnung zeigen:
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1 einen
teilweisen Schnitt durch eine Hochdruckpumpe mit einem Rollenstößel mit
einer Rolle und einem Fixierbolzen;
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2 einen
Schnitt längs
der Linie II-II von 1, wobei sich der Rollenstößel in seinem
unteren Totpunkt befindet;
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3 eine
Darstellung ähnlich 2,
wobei sich der Rollenstößel in seinem
oberen Totpunkt befindet;
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4 eine
Seitenansicht des Fixierbolzens;
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5 eine
Stirnansicht des Fixierbolzens;
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6 einen
Schnitt längs
der Linie VI-VI von 4;
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7 eine
perspektivische Darstellung eines Federtellers der Hochdruckpumpe
von 1;
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8 eine
Darstellung einer Stößeltasse
der Hochdruckpumpe von 1;
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9 einen
Schnitt durch ein Gehäuse
der Hochdruckpumpe von 1; und
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10 eine
perspektivische Darstellung des Fixierbolzens.
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Ausführungsform(en)
der Erfindung
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Eine
Hochdruckpumpe trägt
in 1 insgesamt das Bezugszeichen 10. Sie
ist Teil eines Kraftstoffsystems einer Brennkraftmaschine und dient
dazu, Kraftstoff auf einen sehr hohen Druck zu verdichten und in
eine als „Rail" bezeichnete Kraftstoff-Sammelleitung
zu fördern.
In dieser ist der Kraftstoff unter hohem Druck gespeichert. Das
Rail ist in 1 jedoch nicht dargestellt.
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Die
Hochdruckpumpe 10 weist eine Antriebswelle 12 auf,
die direkt, also mechanisch mit der Brennkraftmaschine gekoppelt
ist. Ein Abschnitt der Antriebswelle 12 ist als Nockenabschnitt 14 ausgebildet,
der in einem Nockenfreiraum 16 eines Gehäuses 18 angeordnet
ist. Radial zu einer Längsachse
der Antriebswelle 12 ist in dem Gehäuse 18 eine Stößelbohrung 20 vorhanden.
In dieser ist ein Rollenstößel 22 gleitend
aufgenommen.
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Der
Rollenstößel 22 umfasst
eine Stößeltasse 24 (vgl. 8),
die in ihrer in 1 unteren Stirnseite eine im
Wesentlichen halbkreisförmige
zylindrische Ausnehmung 26 aufweist, in der eine kreiszylindrische
Rolle 28 aufgenommen ist. Eine radial äußere Umfangsfläche 30 arbeitet
im Gleitsitz mit der Stößelbohrung 20 im
Gehäuse 18 zusammen.
Im Inneren der Stößeltasse 24 ist
in 1 ein Endbereich eines Stößelkörpers 32 sichtbar,
an dem ein Federteller 34 (vgl. 7) befestigt
ist, an dem sich wiederum eine Druckfeder 36 abstützt. Das
andere, in 1 nicht sichtbare Ende der Druckfeder 36 stützt sich
an einem Gehäusebereich
ab. Der Stößelkörper 32 ist mit
einem Pumpenkolben 38 verbunden, durch dessen Hin- und
Herbewegung (Doppelpfeil 40 in 1) Kraftstoff
in einen Verdrängerraum
angesaugt, dort verdichtet und in das oben bereits erwähnte Rail
gefördert
wird. Diese Hin- und Herbewegung wird auf den Pumpenkolben 38 über den
Rollenstößel 22 übertragen,
indem bei einer Drehung der Antriebswelle 12 die Rolle 28 auf
dem Nockenabschnitt 14 abrollt.
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Damit
sich der Rollenstößel 22 nicht
um seine Längsachse
verdrehen kann, was eine Schrägstellung
der Rolle 28 gegenüber
dem Nockenabschnitt 14 zur Folge hätte, muss eine Einrichtung
zur Verdrehsicherung des Rollenstößels 22 vorgesehen werden.
Ferner muss durch eine Einrichtung zur axialen Sicherung sichergestellt
sein, dass sich die Rolle 28 in ihrer axialen Richtung
gegenüber
der Stößeltasse 24 nicht
verschieben kann. Dies hätte
im ungünstigsten
Fall zur Folge, dass die Rolle 28 nur noch zum Teil auf
dem Nockenabschnitt 14 der Antriebswelle 12 abrollt.
Bei der in 1 gezeigten Hochdruckpumpe 10 wird
die Verdrehsicherung einerseits und die axiale Sicherung andererseits
durch zwei Fixierbolzen 42a und 42b bewirkt, wobei
in 1 nur der Fixierbolzen 42a gestrichelt
sichtbar ist. An dieser Stelle sei ferner darauf hingewiesen, dass
dann, wenn ein Bezugszeichen ohne zugehörige Indices a, b, etc. verwendet
wird, die entsprechenden Ausführungen
für alle
diese Elemente gelten.
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Die
genaue Ausgestaltung der Fixierbolzen 42 ist aus den 4 bis 6 sowie 10 ersichtlich:
danach umfasst der Fixierbolzen 42 zwei entgegengesetzt
angeordnete kreissegmentzylindrische Mantelflächen 44 sowie zwei
seitliche, ebenfalls entgegengesetzt zueinander angeordnete Gleitflächen 46.
Die Gleitflächen 46 sind
jedoch nur in einem axial mittleren Bereich des Fixierbolzens 42 vorhanden. Die
axialen Endbereiche des Fixierbolzens 42 verfügen jeweils über Freisparungen 48,
die gegenüber den
Gleitflächen 46 deutlich
zurückgenommen
sind. Die beiden Fixierbolzen 42a und 42b sind
in Sacklochbohrungen 50a und 50b im Gehäuse 18 der Hochruckpumpe 10 aufgenommen.
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Wie
insbesondere aus den 2 und 3 hervorgeht,
weist die Rolle 28 entgegengesetzte Stirnseiten 52a und 52b auf,
welche kugelsegmentartig nach außen gewölbt sind. Die Position der
Sackbohrungen 50a und 50b, die axiale Länge der
Fixierbolzen 42a und 42b, sowie die Positionierung
der Gleitflächen 46 am
Fixierbolzen 42a und 42b sind so aufeinander abgestimmt,
dass der in den 1 bis 3 dargestellten
Einbaulage die auf der linken Seite dargestellte Stirnseite 52a der
Rolle 28 mit einer der beiden Gleitflächen 46 des linken
Fixierbolzens 42a und die rechte Stirnseite 52b der
Rolle 28 mit einer der beiden Gleitflächen 46 des rechten
Fixierbolzens 42b zusammenarbeitet. Die Rolle 28 ist also
stirnseitig zwischen den beiden einander zugewandten Gleitflächen 46 der
beiden Fixierbolzen 42a und 42b aufgenommen.
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Die
Gleitflächen 46 sind
dabei, wie aus den 2 und 3 hervorgeht,
so dimensioniert, dass die Stirnseiten 52a und 52b der
Rolle 28 die entsprechenden Gleitflächen 46 sowohl in
dem in 2 dargestellten unteren Totpunkt
des Rollenstößels 22 als auch
in dem in 3 dargestellten oberen Totpunkt des
Rollenstößels 22 berühren. Auf
diese Weise ist sichergestellt, dass sich die Rolle 28 in
keiner Betriebslage des Rollenstößels 22 axial
gegenüber
dem Rollenstößel 22 verschieben
kann. Ebenso ist durch die Anordnung der beiden aufeinander zugewandten Gleitflächen 46 der
beiden Fixierbolzen 42a und 42b sichergestellt,
dass sich der Rollenstößel 22 nicht
um seine Längsachse
verdrehen kann.
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Im
Betrieb der Hochdruckpumpe 10 wird durch die Freisparungen 48 sichergestellt,
dass während
der Hin- und Herbewegung des Rollenstößels 22 Kraftstoff
aus dem Nockenfreiraum 16 in die Stößelbohrung 20 und
zurück
strömen
kann. Insoweit bilden die Freisparungen 48 also Strömungswege
für den
Kraftstoff. Die Fixierbolzen 42 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel
aus glasfaserverstärktem Polyamid
hergestellt. Grundsätzlich
denkbar ist aber auch eine Herstellung aus Metall, beispielsweise Stahl.
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Wie
insbesondere aus 9 hervorgeht, verfügt die Hochdruckpumpe 10 über insgesamt
zwei Stößelbohrungen 20a und 20b,
die parallel zueinander und nebeneinander angeordnet sind. Man erkennt
ferner aus 9, dass die Sackbohrungen 50a und 50b sowie
die nur in 9 sichtbare Sackbohrung 50c aus
wechselnden Richtungen in das Gehäuse 18 eingetrieben
sind. Die Sackbohrung 50b ist dabei genau mittig zwischen
den beiden nebeneinander liegenden Stößelbohrungen 20 angeordnet.
Im Betrieb wirkt dann die eine Gleitfläche 46 des Fixierbolzens 42b mit
der Rolle 28 des einen Rollenstößels 22 und die entgegengesetzt
angeordnete Gleitfläche 46 des
Fixierbolzens 42b mit der Rolle 28 des anderen
Rollenstößels 22 zusammen.
Es versteht sich, dass nach dem Einsetzen der Fixierbolzen 42 in
die entsprechenden Sackbohrungen 50 die Sackbohrungen durch
geeignete Verschlusselemente, beispielsweise eine Kappe oder eine
Schraube, verschlossen werden, um die Fluiddichtigkeit des Gehäuses 18 zu gewährleisten.
Ein solches Verschlusselement ist mit dem Bezugszeichen 54 gestrichelt
in 1 gezeichnet.