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Die
Erfindung geht aus von einer Pumpe, insbesondere Kraftstoffhochdruckpumpe
nach Gattung des Anspruchs 1.
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Stand der Technik
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Aus
der Offenlegungsschrift
EP
1 253 313 A1 ist eine Kraftstoffhochdruckpumpe bekannt,
mit einer in einem Pumpengehäuse gelagerten Antriebswelle
mit wenigstens einem Nockenpaar, dessen Nockenform symmetrisch ist,
mit einem Paar von Pumpenelementen, die jeweils einen mittelbar
durch die Nocken in einer Hubbewegung angetriebenen Pumpenkolben
aufweisen und die Pumpenkolben des Paares von Pumpenelementen zueinander
parallel angeordnet sind. Der Druckhub der Pumpenkolben erfolgt über
die Drehbewegung der Nocken, wobei der Nocken den Pumpenkolben in
Richtung des Pumpenarbeitsraums bewegt. Beim Saughub wird der Pumpenkolben über
eine Feder, die an einem Anschlag im Zylinderkopf der Kraftstoffhochdruckpumpe
anliegt, zurückgestellt. Die Pumpenkolben bewegen sich
gegenläufig, um eine möglichst gleichbleibende
Fördermenge liefern zu können.
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Nachteilig
an der beschriebenen Kraftstoffhochdruckpumpe ist der von der Feder
benötigte Bauraum, der Auswirkungen auf die Gesamtgröße der
Pumpe und somit auf den benötigten Einbauraum, sowie auf
das Pumpengewicht hat. Ferner ist nachteilig, dass die Feder aufgrund
ihrer Beschaffenheit drehzahlbegrenzend ist. Je höher die
geforderte Drehzahl gewünscht ist, desto höher
muss die Federkonstante gewählt werden wodurch die zu leistende Arbeit
pro Hub steigt und der Wirkungsgrad der Kraftstoffhochdruckpumpe
sinkt.
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Offenbarung der Erfindung
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Daraus
ergibt sich die Aufgabe eine kompaktere Pumpe zu entwickeln.
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Die
erfindungsgemäße Pumpe, insbesondere Kraftstoffhochdruckpumpe,
sieht vor, Pumpenkolben eines Paares von Pumpenelementen zumindest mittelbar
mit einem Kopplungselement zu verbinden, so dass auf Federn zum
Zurückstellen der Kolben im Saughub verzichtet werden kann,
wobei das Kopplungselement dafür sorgt, dass die Pumpenelemente stets
in Anlagekontakt mit den Nocken der Nockenwelle stehen. Daraus folgend
wird durch den Einsatz des Kopplungselements Bauraum eingespart,
weil im Gegensatz zu den Federn nach dem Stand der Technik, auf
eine Abstützung verzichtet werden kann. Der eingesparte
Bauraum ermöglicht eine kompaktere Bauform und ermöglicht
so einen Einsatz der Pumpe bei noch höheren Drücken.
Ein weiterer Vorteil ist, dass der zu überwindende Federwiderstand
während des Druckhubes ausbleibt, wodurch eine höhere Drehzahl
möglich ist. Des Weiteren wird der Herstellungsprozess
des Zylinderkopfes der Pumpe vereinfacht, indem auf die nun nicht
mehr notwendigen Federanschläge verzichtet wird.
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Vorteilhafterweise
weisen die Pumpenkolben Mitnahmeelemente auf, über die
das Kopplungselement mit den Pumpenkolben verbunden ist. Die Mitnahmeelemente
sind derart angeordnet und ausgeführt, dass das Kopplungselement
um diese greifen kann und dadurch bei einer Hubbewegung der Pumpenkolben
mitbewegt wird.
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Bevorzugt
ist das Kopplungselement als zweiarmiger Hebel ausgebildet und über
ein im Pumpengehäuse zwischen den Pumpenkolben angeordnetes
Lager schwenkbar gelagert. Die Lagerung im Pumpengehäuse
bietet den Vorteil, dass das Pumpengehäuse als bestehendes
Bauteil zur Lagerung des Hebels benutzt wird. Ferner liegen die
Hübe der Pumpenkolben im Bereich von ungefähr
2 bis 15 Millimeter, beispielsweise 4 bis 14 Millimeter, was eine kurze
Hebellänge ermöglicht und wenig Bauraum erfordert.
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Für
eine Vielzahl von Anwendungen kann es vorteilhaft sein, das Nockenpaar
aus Einfachnocken zu bilden, wobei die Einfachnocken des Nockenpaars
vorteilhaft um eine Drehachse der Antriebswelle so zueinander verdreht
angeordnet ist, dass deren Nockenkuppen um etwa 180° zueinander
verdreht angeordnet sind.
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Von
Vorteil ist ferner, das Nockenpaar aus Doppelnocken zu bilden. Dabei
sind in vorteilhafter Weise die Nocken je Doppelnocken um etwa 180° um
die Drehachse der Antriebswelle zueinander verdreht angeordnet.
Des Weiteren sind die Doppelnocken des Nockenpaars um eine Drehachse
der Antriebswelle so zueinander verdreht, dass deren Nockenkuppen
um etwa 90° zueinander verdreht angeordnet sind.
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Weitere
Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus der Beschreibung
und der nachfolgenden Zeichnung.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Ausführungsformen
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1:
eine Schnittzeichnung einer ersten Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Pumpe;
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2:
einen Schnitt A-A der ersten Ausführungsform der Pumpe
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3:
einen Schnitt einer zweiten Ausführungsform der Pumpe analog
zu 2.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Die
in 1 dargestellte Schnittzeichnung zeigt eine erste
Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Pumpe 1, insbesondere Kraftstoffhochdruckpumpe einer Brennkraftmaschine,
wie sie beispielsweise für Kraftstoff 35, insbesondere
Dieselkraftstoff verwendet wird. Die Pumpe 1 umfasst im
Wesentlichen ein Pumpengehäuse 2 und ein Zylinderkopf 3, in
denen, wie in diesem Ausführungsbeispiel gezeigt, ein Paar
von Pumpenelementen 4, 5 und eine Antriebswelle 10,
insbesondere Nockenwelle mit einer Drehachse 17, aufgenommen
sind. Die Antriebswelle 10 wird beispielsweise über
wenigstens ein Gleitlager 11 im Pumpengehäuse 2 gelagert
und weist Nocken, in dieser Ausführungsform ein Nockenpaar 12 auf,
das aus einer ersten und einer zweiten Doppelnocke 13, 14 gebildet
ist. Die erste und die zweite Doppelnocke 13, 14 sind
axial nebeneinander angeordnet.
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Die
Pumpenelemente 4, 5 sind jeweils im Wesentlichen
aus einem Pumpenkolben 15, 16 mit einem Kolbenfuß 20 und
einer darin aufgenommenen Laufrolle 21 gebildet, wobei
die Pumpenkolben 15, 16 mit ihren Kolbenachsen 22, 23 zueinander
zumindest annähernd parallel angeordnet, und ihre Hubbewegungen
gegenläufig sind. Die beiden Pumpenkolben 15, 16 stehen über
ein Kopplungselement 24, in diesem Ausführungsbeispiel
ein Hebel, miteinander in Verbindung. Dabei umgreifen an den Hebel angeformte
Vorsprünge 25 zumindest teilweise jeweils ein
Mitnahmeelement 30, 31 der Pumpenkolben 15, 16.
Die Mitnahmeelemente 30, 31 weisen zwischen den
Vorspüngen 25 des Hebels zumindest so viel Bewegungsfreiheit
auf, dass die Bewegung der Pumpenkolben 15, 16 nicht
beeinträchtigt ist. Die jeweiligen Mitnahmeelemente 30, 31,
beispielsweise Bolzen, Stangen oder ähnliches, sind als
Vorsprünge ausgebildet und können fest mit dem
zugehörigen Pumpenkolben 15, 16 verbunden
sein, indem sie beispielsweise eingeschraubt, angeschweißt
oder einstückig angeformt sind. Ferner ist es auch möglich, dass
die Mitnahmeelemente 36, 31 als Zylinder ausgebildet
und in einer Bohrung der Pumpenkolben 15, 16 angeordnet
sind. Das Kopplungselement 24 ist über ein im
Pumpengehäuse 2 angeordnetes Lager 33 um
eine gehäusefeste Lagerachse 32 drehbar gelagert.
Die Lagerache 32 ist zwischen den Mitnahmeelmenten 30, 31 angeordnet
und das Kopplungselement 24 ist als zweiarmiger Hebel ausgeführt.
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Die
Doppelnocken 13, 14 stehen jeweils in Wechselwirkung
mit dem dazugehörigen Pumpenelement 4, 5 und
somit mit den Pumpenkolben 15, 16. Deren Kolbenfüße 20,
die als Rollenschuhe ausgebildet sein können, sind hier
in verein fachter Darstellung einstückig mit den Pumpenkolben 15, 16 ausgeführt.
Anstelle eines einteiligen Pumpenkolbens 15, 16 mit
Rollenschuh, kann der Rollenschuh auch als separates Bauteil ausgeführt
sein. Dabei sind die Laufrollen 21 im Rollenschuh gelagert
und rollen auf dem jeweiligen Nocken ab.
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Der
Zylinderkopf 3, der in dieser Ausführung zweiteilig
ausgeführt ist, kann alternativ auch einteilig ausgeführt
sein. Zweiteilig bedeutet hier, dass jeweils ein Zylinderkopf 3 für
ein Pumpenelement 4, 5 ausgeführt ist.
Der Zylinderkopf 3 führt die Pumpenkolben 15, 16 in
axialer Richtung ihrer Kolbenachsen 22, 23 in
Bohrungen im Zylinderkopf 3. An der der Antriebswelle 10 abgewandten
Seite weist der Zylinderkopf 3 je Pumpenelement 4, 5 ein
Einlassventil 34 auf, über das im geöffneten
Zustand während eines Saughubes des Pumpenkolbens 15, 16 Kraftstoff 35 in
einen Pumpenarbeitsraum 36 gelangt. Im Pumpenarbeitsraum 36 ist
ein Auslass 37 vorhanden, der beispielsweise ein nicht
dargestelltes Rückschlagventil beinhaltet und eine Verbindung
zu einem nicht dargestellten Druckspeicher ermöglicht.
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Die
Pumpe 1 mit ihrer Antriebswelle 1 0 ist
so ausgelegt, dass sich das Paar von Pumpenelementen 4, 5 wie
folgt verhält. Wenn sich der erste Pumpenkolben 15,
wie in dieser Ausführungsform dargestellt, im oberen Totpunkt
OT befindet, ist der zweite Pumpenkolben 16 zeitgleich
im unteren Totpunkt UT und umgekehrt. Das heißt, wenn beispielsweise
der erste Pumpenkolben 15 einen Druckhub ausführt, führt
der zweite Pumpenkolben 16 einen Saughub aus.
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Die
Funktion des Kopplungselements 24 ist das Rückstellen
der Pumpenkolben 15, 16 gegen die Nocken der Antriebswelle 10,
so dass die Laufrollen 21 stets im Kontakt mit den zugehörigen
Nocken 13, 14 sind.
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Beispielsweise
liegt im Betrieb der Pumpe 1 beim Druckhub des ersten Pumpenelements 4 die dazugehörige
Laufrolle 21 zwangsläufig an der ersten Doppelnocke 13 auf,
wobei die Doppelnocke 13 den Pumpenkolben 15 in
zumindest annähernd axialer Richtung der Kolbenachse 22 und
radial zur Drehachse 17 der Antriebswelle 10 in
den Pumpenarbeitsraum 36 hinein drückt. Der bereits
eingesaugte Kraftstoff 35 wird komprimiert und beim Öffnen
des nicht dargestellten Rückschlagventils in den Auslass 37 gefördert.
Zwei Kräfte wirken in axialer Richtung auf den Pumpenkolben 15:
pumpenarbeitsraumseitig der sich aufbauende Druck im Pumpenarbeitsraum 36 und
auf der dem Pumpenarbeitsraum 36 abgewandten Seite die
Bewegung des Doppelnockens 13. Die Bewegung des sich im
Druckhub befindlichen ersten Pumpenkolbens 15 wird demnach
vom Nocken gesteuert und bewirkt das Aufliegen der ersten Laufrolle 21 auf
der Doppelnocke 13 und der erste Pumpenkolben 15 wirkt
aktiv über das Mitnahmeelement 30 auf das Kopplungselement 24.
Der gleichzeitig im Saughub befindliche zweite Pumpenkolben 16 wird aktiv
vom Kopplungselement 24 über das Mitnahmeelement 31 in
die vom Pumpenarbeitsraum 36 abgewandte Richtung bewegt,
wobei die Laufrolle 21 an dem zugehörigen Doppelnocken 14 anliegt.
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In 2 ist
ein Schnitt A-A der ersten Ausführungsform der Pumpe 1 dargestellt,
wobei das Nockenpaar 12 aus den zwei Doppelnocken 13, 14 gebildet
ist und das erste Pumpenelement 4 in vereinfachter Darstellung
mit dem Pumpenkolben 15, dem Kolbenfuß 20 und
der Laufrolle 21 gezeigt ist.
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Der
Pumpenkolben 15 weist in der hier dargestellten Ausführungsform
das Mitnahmeelement 30 in Form eines Bolzens auf, der durch
den Pumpenkolben 15 geführt ist und auf beiden
Seiten des Pumpenkolbens 15 Vorsprünge 300, 301 aufweist. Die
Vorsprünge 300, 301 des Mitnahmeelements 30 sind
von den Vorsprüngen 25 des Kopplungselements 24 zumindest
teilweise umschlossen. Zwei Varianten von Kopplungselementen 24 sind
exemplarisch für dieses Ausführungsbeispiel möglich.
Zum einen die Benutzung von zwei Hebeln, die jeweils im Pumpengehäuse 2 über
je ein Lager 33 um die Lagerachse 32 drehbar gelagert
sind, oder als zweite Variante ein Hebel in X-Form, an dem die Vorsprünge 25 angeformt
sind und der über ein Lager 33 um die Lagerachse 32 drehbar
im Pumpengehäuse 2 gelagert ist.
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Die
Doppelnocken 13, 14 des Nockenpaars 12 sind
so angeordnet, dass deren Nocken je Doppelnocken 13, 14 um
etwa 180° um die Drehachse 17 der Antriebswelle 10 zueinander
verdreht angeordnet sind. Zudem sind die Doppelnocken 13, 14 des
Nockenpaars 12 um die Drehachse 17 der Antriebswelle so
zueinander verdreht, dass deren Nockenkuppen 40, 41 um
etwa 90° zueinander verdreht angeordnet sind.
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Die
Nockenform der Doppelnocken 13, 14 ist derart
gestaltet, dass diese von einer Drehrichtung 42 abhängige
Auflauf- 43 und Ablaufflanken 44 aufweisen. Dabei
bezeichnet die Auflaufflanke 43 die Nockenflanke, die während
des Druckhubes mit der jeweiligen Laufrolle 21 in Kontakt
ist und die Ablaufflanke 44 die No ckenflanke, die während
des Saughubes mit der jeweiligen Laufrolle 21 in Kontakt ist.
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In 3 ist
ein Schnitt einer zweiten Ausführungsform der Pumpe 1 analog
zu 2 dargestellt. Abweichend zur ersten Ausführungsform
sind bei der zweiten Ausführungsform die Ausführung
des Nockenpaares 12 aus zwei Einfachnocken 45, 46 und die
Ausgestaltung des Mitnahmeelements 30 des Pumpenkolbens 15 als
ein einzelner Vorsprung 300, der beispielsweise an dem
Pumpenkolben 15 angeschweisst ist und von den Vorsprüngen 25 des
Kopplungselements 24 zumindest teilweise umschlossen ist.
Die Einfachnocken 45, 46 des Nockenpaars 12 sind
um die Drehachse 17 der Antriebswelle so zueinander verdreht
angeordnet, dass deren Nockenkuppen 50, 51 um
etwa 180° zueinander verdreht angeordnet sind. Die Nockenform
der Einfachnocken 45, 46 ist analog der der Doppelnocken 13, 14 derart gestaltet,
dass diese von der Drehrichtung 42 abhängige Auflauf- 43 und
Ablaufflanken 44 aufweisen.
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Die
Funktion des Kopplungselements 24 ist insbesondere dann
gewährleistet, wenn die Nockenformen eines Nockenpaares 12 beispielsweise
so ausgelegt sind, dass die Geometrie der Auflaufflanke 43 (Nockenflanke
im Druckhub) der ersten Doppelnocke 13 symmetrisch zur
Geometrie der Ablaufflanke 44 (Nockenflanke im Saughub)
der zweiten Doppelnocke 14 ist und umgekehrt. Dies gilt
analog auch für die Auflauf- 43 und Ablaufflanken 44 der
Einfachnocken 45, 46.
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Weitere
nicht dargestellte Mehrfachnocken, wie zum Beispiel Dreifachnocken,
sind auch möglich, wenn sich der erste Pumpenkolben eines
Paares von Pumpenelementen im oberen Totpunkt OT befindet und der
zweite Pumpenkolben zeitgleich im unteren Totpunkt UT ist und umgekehrt.
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Des
Weiteren sind auch Bauarten von Pumpen 1 möglich,
die mehrere Paare von Pumpenelementen 4, 16 in
Reihe angeordnet haben, wenn die jeweiligen Paare wie in den hier
dargestellten Ausführungsformen ausgelegt sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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