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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe, insbesondere eine Radialkolbenpumpe.
Speziell betrifft die Erfindung das Gebiet der Brennstoffpumpen für
Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden
Brennkraftmaschinen.
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Aus
der
DE 198 29 547
A1 ist eine Radialkolbenpumpe zur Hochdruckerzeugung bei
Brennstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen bekannt. Dabei
ist eine in einem Pumpengehäuse gelagerte Antriebswelle
vorgesehen, die einen exzentrisch ausgebildeten Wellenabschnitt
aufweist, auf dem ein Polygonring leitend gelagert ist. Der Polygonring weist
an der dem exzentrischen Wellenabschnitt abgewandten Oberfläche
mehrere Abflachungen auf, an denen jeweils ein bezüglich
der Antriebswelle radial angeordneter Kolben mit seinem plattenförmigen Fuß anliegt.
Dabei werden die Kolben durch Drehen der Antriebswelle in einer
jeweiligen Bohrung in radialer Richtung hin- und herbewegt. Der
Polygonring ist dabei in mehrere Polygonringsegmente unterteilt
und jedem Kolben ist ein Polygonringsegment zugeordnet.
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Bei
der aus der
DE 198
29 547 A1 bekannten Radialkolbenpumpe werden die Kolben
im Förderhub infolge der Exzenterbewegung des exzentrischen
Wellenabschnitts, die über die Polygonringsegmente auf
die Kolben übertragen wird, von der Achse der Antriebswelle
weg nach außen bewegt. Im Saughub bewegen sich die Kolben
radial auf die Achse der Antriebswelle zu, um Brennstoff zu saugen. Die
Saughubbewegung der Kolben wird durch Federn erreicht, die gegen
Füße der Kolben vorgespannt sind. Dabei besteht
der Nachteil, dass durch den exzentrischen Wellenabschnitt die Baugröße
der Radialkolbenpumpe vergrößert ist, wobei durch
den von dem Exzenter benötigten Platz eine Hubvergrößerung
mit einer weiteren Bauraumvergrößerung einhergeht.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Hochdruckpumpe mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass die Funktion der Hochdruckpumpe
in Bezug auf den benötigten Bauraum, insbesondere die Gehäusegröße,
optimiert ist. Speziell kann ein relativ großer Hub der
Pumpenbaugruppen erzielt werden.
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Durch
die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen
Hochdruckpumpe möglich.
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In
vorteilhafter Weise ist ein geteilter Polygonring vorgesehen, der
an dem Exzenterabschnitt gleitend gelagert ist, wobei die Pumpenbaugruppe von
einem Teil des Polygonrings antreibbar ist. Speziell kann ein geteiltes
Polygon für mehr als eine Pumpenbaugruppe, beispielsweise
zwei oder drei Pumpenbaugruppen, vorgesehen sein. Durch die geteilte
Ausgestaltung des Polygonrings muss dieser nicht über die
Welle geschoben werden, so dass der Durchmesser des Exzenterabschnitts
unabhängig von dem Durchmesser der Antriebswelle, insbesondere
den Durchmessern der Lagerabschnitte, gewählt werden kann.
Dabei kann der Durchmesser des ersten Lagerabschnitts insbesondere
gleich dem Durchmesser des zweiten Lagerabschnitts sein. Ferner
kann die Antriebswelle abgesehen von dem Exzenterabschnitt einen
im Wesentlichen gleich bleibenden Durchmesser aufweisen, wobei der
Durchmesser des Exzenterabschnitts kleiner als dieser Durchmesser
gewählt ist. Durch den relativ kleinen Durchmesser des
Exzenterabschnitts kann ein relativ großer Hub erzielt
werden, wobei eine zuverlässige Lagerung der Antriebswelle
möglich ist.
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Vorteilhaft
ist es, dass der Exzenterabschnitt in einer radialen Richtung einen Überstand
in Bezug auf den ersten Lagerabschnitt und/oder den zweiten Lagerabschnitt
aufweist, um den der Exzenterabschnitt über den ersten
Lagerabschnitt beziehungsweise den zweiten Lagerabschnitt in der
radialen Richtung übersteht. Dadurch kann ein relativ ausgeprägter
Achsversatz des Exzenterabschnitts in Bezug auf eine Drehachse der
Antriebswelle erfolgen, wodurch ein vergrößerter
Hub für die Pumpenbaugruppe ermöglicht ist. Ferner
ist es vorteilhaft, dass der Achsversatz des Exzenterabschnitts
in der radialen Richtung, in der der Exzenterabschnitt um den Überstand über
den ersten Lagerabschnitt beziehungsweise den zweiten Lagerabschnitt übersteht, größer
ist als der überstand, wobei der Achsversatz vorzugsweise
mindestens das 1,5-fache des Überstandes ist. Dadurch kann
in vorteilhafter Weise eine gewisse Verringerung des Durchmessers
im Exzenterabschnitt mit einem relativ großen Achsversatz kombiniert
werden, um eine hohe Festigkeit der Antriebswelle und gleichzeitig
einen großen Hub zu erzielen.
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In
vorteilhafter Weise steht ein Teil eines Polygonrings, der an dem
Exzenterabschnitt gleitend gelagert und der Pumpenbaugruppe zugeordnet
ist, in einer weiteren radialen Richtung, die entgegengesetzt zu
der radialen Richtung orientiert ist, in der der Exzenterabschnitt
um den Überstand über den ersten Lagerabschnitt
beziehungsweise den zweiten Lagerabschnitt übersteht, in
einem Totpunkt eines Saughubs der Pumpenbaugruppe nicht über
den ersten Lagerabschnitt beziehungsweise den zweiten Lagerabschnitt über.
Dadurch wird ein großer Saughub und ein entsprechend großer
Förderhub im Betrieb ermöglicht.
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Dabei
ist es ferner vorteilhaft, dass der Teil des Polygonabschnitts eine
zumindest im Wesentlichen ebene Anlagefläche aufweist,
und dass in dem Totpunkt des Saughubs der ersten Pumpenbaugruppe
ein wesentlicher Bereich der ebenen Anlagefläche innerhalb
des Durchmessers des ersten Lagerabschnitts beziehungsweise des
zweiten Lagerabschnitts der Antriebswelle liegt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden
Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen, in denen
sich entsprechende Elemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen
versehen sind, näher erläutert. Es zeigt:
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1 eine
Hochdruckpumpe in einer schematischen, radialen Schnittdarstellung
entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2 einen
schematischen, radialen Schnitt durch einen Exzenterabschnitt einer
Antriebswelle mit einem Polygonring einer Hochdruckpumpe entsprechend
einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung und
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3 einen
auszugsweisen, axialen Schnitt durch den in 2 gezeigten
Polygonring mit der Antriebswelle entlang der mit III bezeichneten
Schnittlinie.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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1 zeigt
eine Hochdruckpumpe 1 in einer schematischen, radialen
Schnittdarstellung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Die Hochdruckpumpe 1 kann insbesondere als Radialkolbenpumpe
ausgestaltet sein. Speziell eignet sich die Hochdruckpumpe 1 als
Brennstoffpumpe für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden
Brennkraftmaschinen. Ein bevorzugter Einsatz der Hochdruckpumpe 1 besteht
für eine Brennstoffeinspritzanlage mit einem Common-Rail,
das Dieselbrennstoff unter hohem Druck speichert. Die erfindungsgemäße
Hochdruckpumpe 1 eignet sich jedoch auch für andere
Anwendungsfälle.
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Die
Hochdruckpumpe 1 weist ein Pumpengehäuse 2 auf.
In dem Pumpengehäuse 2 ist eine Antriebswelle 3 angeordnet.
Dabei ist an der Antriebswelle 3 ein Exzenterabschnitt 4 vorgesehen, der
zwischen einem ersten Lagerabschnitt 5 und einem zweiten
Lagerabschnitt 6 angeordnet ist, wie es auch anhand der 3 veranschaulicht
ist. Dadurch ist die Antriebswelle 3 in dem Gehäuse 2 gelagert.
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Die
Hochdruckpumpe 1 weist Pumpenbaugruppen 7, 8, 9 auf,
die innerhalb des Gehäuses 2 der Hochdruckpumpe 1 angeordnet sind.
Die Ausgestaltung der Pumpenbaugruppen 7, 8, 9 ist
im Folgenden anhand der Pumpenbaugruppe 7 in weiterem Detail
beschrieben.
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Die
Pumpenbaugruppe 7 weist einen Zylinderkopf 10 auf,
an dem ein Einlassventil und ein Auslassventil vorgesehen sind.
An dem Gehäuse 2 ist eine Zylinderbohrung 11 vorgesehen,
in der ein Kolben 12 der Pumpenbaugruppe 7 bewegbar
geführt ist. Hierbei ist durch die Zylinderbohrung 11 und
eine dem Zylinderkopf 10 zugewandte Stirnfläche
des Kolbens 17 ein Pumpenarbeitsraum 18 begrenzt,
der als Zylinderraum ausgestaltet ist. Die Pumpenbaugruppe 7 weist
eine Achse 19 auf, die radial orientiert ist. Im Betrieb
ist der Kolben 17 entlang der Achse 19 betätigbar,
wobei bei einem Saughub Brennstoff über das Einlassventil
des Zylinderkopfes 10 in den Pumpenarbeitsraum 18 gesaugt
wird und bei einem Förderhub der Brennstoff im Pumpenarbeitsraum 18 komprimiert
wird und über das Auslassventil des Zylinderkopfes 10 abfließt.
Die Betätigung erfolgt dabei durch die exzentrische Bewegung
des Exzenterabschnitts 4 der Antriebswelle 3,
die über ein Teil 20 eines Polygonrings 21 auf
einen mit dem Kolben 17 in Wirkverbindung stehenden Fuß 22 übertragen
wird, wobei eine Rückstellung durch eine Feder 23 gewährleistet
ist. In diesem Fall ist außerdem ein Gleitlagersegment 24 vorgesehen,
mittels dem der Teil 20 des Polygonrings 21 an
dem Exzenterabschnitt 4 gleitend gelagert ist.
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Der
Polygonring 21 weist außerdem Teile 25, 26 auf,
die den Pumpenbaugruppen 8, 9 zugeordnet sind.
Dadurch ist der Polygonring 21 als geteilter Polygonring
ausgestaltet, der in diesem Ausführungsbeispiel drei Teile 20, 25, 26 umfasst.
Dies ermöglicht die Betätigung der Pumpenbaugruppen 7, 8, 9 der
als Drei-Kolbenpumpe ausgestalteten Hochdruckpumpe 1.
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Hierbei
sind weitere Gleitlagersegmente 27, 28 vorgesehen,
mittels der die Teile 25, 26 an dem Exzenterabschnitt 4 der
Antriebswelle 3 gleitend gelagert sind.
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Der
Exzenterabschnitt 4 weist einen Durchmesser d auf. Die
Ausgestaltung der Hochdruckpumpe 1, insbesondere der Antriebswelle 3,
entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel ist im Folgenden
auch anhand der 2 und 3 in weiterem Detail
beschrieben.
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2 zeigt
eine schematische, radiale Schnittdarstellung einer Antriebswelle 3 mit
einem Polygonring 21 entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Polygonring 21 zweiteilig
ausgestaltet, wobei die Teile 20, 25 vorgesehen
sind. Ferner ist die Antriebswelle 3 in einer Drehstellung
gezeigt, in der der Exzenterabschnitt 4 den Teil 25 maximal
in einer radialen Richtung 30 betätigt, was einem
Totpunkt des Förderhubs der zugehörigen Pumpenbaugruppe entspricht.
Ferner ist eine weitere radiale Richtung 31, die entgegengesetzt
zu der radialen Richtung 30 ist, gezeigt. Die radiale Richtung 30 und
die weitere radiale Richtung 31 sind in Bezug auf eine
Drehachse 32 der Antriebswelle 3 definiert. Dabei
zeigt die radiale Richtung 30 in Richtung eines Achsversatzes zwischen
der Drehachse 32 und einer Achse 34 des Exzenterabschnitts 4.
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Die
Teile 20, 25 weisen ebenen Anlagenflächen 35, 36 auf.
In der dargestellten Stellung wird in Bezug auf eine dem Teil 20 des
Polygonrings 21 zugeordnete Pumpenbaugruppe ein Totpunkt
des Saughubs angenommen. Dabei befindet sich ein wesentlicher Bereich 37 der
ebenen Anlagefläche 35 des Teils 20 innerhalb
eines Durchmessers D1 des ersten Lagerabschnitts 5. Dadurch
kann ein großer Saughub erzielt werden und der anschließende Förderhub
groß ausfallen.
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3 zeigt
die in 2 dargestellte Antriebswelle 3 mit dem
Polygonring 21 der Hochdruckpumpe 1 des ersten
Ausführungsbeispiels in einer auszugsweisen Schnittdarstellung
entlang der mit III bezeichneten Schnittlinie. Dabei ist die Antriebswelle 3 abschnittsweise
dargestellt. Die Antriebswelle 3 weist den ersten Lagerabschnitt 5 und
den zweiten Lagerabschnitt 6 auf, an denen die Antriebswelle 3 an
dem Gehäuse 2 (1) gelagert
ist. Zwischen den Lagerabschnitten 5, 6 ist der
Exzenterabschnitt 4 vorgesehen. Der erste Lagerabschnitt 5 weist
den Durchmesser D1 auf und der zweite Lagerabschnitt 6 weist
einen Durchmesser D2 auf. Der Durchmesser d des Exzenterabschnitts 4 ist
kleiner als der Durchmesser D1 des ersten Lagerabschnitts 5.
Außerdem ist der Durchmesser d des Exzenterabschnitts 4 auch kleiner
als der Durchmesser D2 des zweiten Lagerabschnitts 6. Zwischen
der Achse 34 des Exzenterabschnitts 4 und der
Drehachse 32 der Antriebswelle 3 ist der Achsvorsatz 33 vorgesehen.
Der Achsversatz 33 ist dabei relativ stark ausgeprägt,
so dass der Exzenterabschnitt 4 in der radialen Richtung 30 einen Überstand
U1 in Bezug auf den ersten Lagerabschnitt 5 sowie einen Überstand
U2 in Bezug auf den zweiten Lagerabschnitt 6 aufweist.
Da der Durchmesser d des Exzenterabschnitts 4 allerdings
kleiner ist als sowohl der Durchmesser D1 des ersten Lagerabschnitts 5 als
auch des Durchmessers D2 des zweiten Lagerabschnitts 6,
ist der Achsversatz 33 größer als sowohl
der Überstand U1 in Bezug auf den ersten Lagerabschnitt 5 als
auch der Überstand U2 in Bezug auf den zweiten Lagerabschnitt 6.
Somit kann bei einer kompakten Ausgestaltung der Antriebswelle 3 ein
großer Hub durch den Exzenterabschnitt 4 bei der
Betätigung der zugeordneten Pumpenbaugruppen erfolgen.
Dies gilt entsprechend für die Pumpenbaugruppen 7, 8, 9 der
Hochdruckpumpe 1 des ersten Ausführungsbeispiels,
die in der 1 dargestellt ist.
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Vorzugsweise
ist der Durchmesser d des Exzenterabschnitts 4 so gewählt,
dass der Achsversatz 33 mindestens das 1,5-fache des Überstandes
U1 und/oder des Überstandes U2 ist.
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Der
Exzenterabschnitt 4 weist in der radialen Richtung 30 den Überstand
U1 und den Überstand U2 auf. In der weiteren radialen Richtung 31,
die entgegengesetzt zu der radialen Richtung 30 orientiert ist,
steht die ebene Anlagefläche 35 des Teils 20 des Polygonrings 21 in
dieser Drehstellung, in der ein Totpunkt des Saughubs der dem Teil 20 zugeordneten Pumpenbaugruppe
erreicht ist, nicht über die Lagerabschnitte 5, 6.
Dadurch ist ein kompakter Aufbau erzielt, so dass sich ein optimierter
Platzbedarf der Antriebswelle 3 mit dem Polygonring 21 ergibt,
der eine kompakte Ausgestaltung der Hochdruckpumpe 1 ermöglicht.
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Der
Durchmesser D1 des ersten Lagerabschnitts 5 kann gleich
dem Durchmesser D2 des zweiten Lagerabschnitts 6 gewählt
sein. Speziell kann die Antriebswelle 3 abgesehen von dem
Exzenterabschnitt 4 zumindest im Wesentlichen einen einheitlichen
Durchmesser aufweisen. In diesem Fall sind auch der Überstand
U1 und der Überstand U2 gleich groß.
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Die
Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19829547
A1 [0002, 0003]