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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe für
eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Stand der Technik
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Im
Stand der Technik werden für Common Rail Systeme unter
anderem Radialkolbenpumpen zum Aufbau eines Hochdrucks in einem
Hochdruckspeicher des Common Rail Systems verwendet. Die Radialkolbenkumpen
weisen zumindest einen, vorzugsweise jedoch mehrere, Pumpenkolben
auf, welche von einer Antriebswelle mittelbar beispielsweise über
einen Nocken oder einen Exzenter in eine Hubbewegung versetzt werden,
um einen Saughub, während welchem Kraftstoff in einen Pumpenarbeitsraum der
Hochdruckpumpe eingesaugt wird, und einen Druckhub auszuführen,
in welchem der angesaugte Kraftstoff komprimiert wird und an den
Hochdruckspeicher des Common Rail Systems ausgegeben wird.
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Bei
den aus dem Stand der Technik bekannten Hochdruckpumpen ist es jedoch
erforderlich, dass eine Stößelbaugruppe und der
Pumpenkolben durch eine vorgespannte Feder zum Nocken der Antriebswelle
hin gedrückt werden.
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Beispielsweise
ist in
DE 10 2006
045 933 A1 ist eine Hochdruckpumpe beschrieben, bei der
die Feder als den Pumpenkolben umgebende und in den Stößelkörper
hieinragende Schraubendruckfeder ausgebildet ist. Die Feder stützt
sich dabei einerseits am Pumpengehäuseteil und andererseits
an einem Federteller ab. Der Federteller ist mit dem Pumpenkolben
verbunden und liegt auf einer einem Rollenschuh der Stößelbaugruppe
abgewandten Seite eines Ringstegs an. Die Feder wirkt daher über
den Federteller sowohl auf den Pumpenkolben als auch auf den Stößelkörper.
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Um
den Bauraumbedarf zu verkleinern, wird gemäß
DE 103 56 262 A1 eine
Radialkolbenpumpe mit einer im Gegensatz zu den standardmäßig
eingesetzten Federn verkleinerten Feder beschrieben, wobei der Stößel
einer Stößelbaugruppe der in
DE 103 56 262 A1 beschriebenen
Radialkolbenpumpe nicht nur durch die verkleinerte Feder in Anlage
an der Nockenwelle gehalten wird, sondern zusätzlich hydraulisch
unterstützt in Anlage an der Nockenwelle gehalten wird.
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Aus
dem Erfordernis des Vorsehens der oben beschriebenen Feder zum Drücken
der Stößelbaugruppe und des Pumpenkolbens zum
Nocken der Antriebswelle hin, resultiert jedoch eine aufwändige Konstruktion
des Zylinderkopfs, der mit einem Schaftbereich, um welchen die Feder
angeordnet ist, versehen sein muss. Weiterhin resultiert aus dieser Konstruktion
des Zylinderkopfes mit einem Schaftbereich insbesondere bei hohen
Drücken ein schlechter Wirkungsgrad aufgrund der Aufweitung
des Kolbens, der im Inneren des Schaftbereichs angeordnet ist.
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Daher
ist es erforderlich, eine Hochdruckpumpe zu schaffen, bei welcher
auf eine Feder zum Drücken des Pumpenkolbens und der Stößelbaugruppe
zum Nocken der Antriebswelle hin verzichtet werden kann, so dass
eine einfachere Konstruktion des Zylinderkopfs, insbesondere eine
Konstruktion des Zylinderkopfs ohne Schaftbereich, ermöglicht wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird
eine Hochdruckpumpe für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung
einer Brennkraftmaschine vorgesehen, welche zumindest ein Pumpenelement
mit einem Pumpenkolben aufweist, welcher durch einen auf einer drehbar
gelagerten Antriebswelle vorgesehenen Nocken mittelbar in einer Hubbewegung
in im Wesentlichen radialer Richtung zu einer Drehachse der Antriebswelle
angetrieben wird, um abwechselnd einen Saughub zum Ansaugen eines
Fluids in ei nen Pumpenarbeitsraum und einen Druckhub zum Komprimieren
des Fluids, auszuführen. Zur Kraftübertragung
von der Antriebswelle zu dem Pumpenkolben im Saughub ist zumindest
ein Saugnocken vorgesehen. Durch die erfindungsgemäße
Konfiguration, insbesondere durch die Verwendung eines Hubnockens
und eines Saugnockens, ist die Notwendigkeit einer Feder zum Drücken
des Pumpenkolbens und der Stößelbaugruppe im Saughub
gegen den Nocken der Antriebswelle nicht mehr erforderlich. Hierdurch
kann auch der Zylinderkopf ohne einen Schaftbereich, an welchem
die Feder anliegt, und in welchem der Pumpenkolben geführt
ist, ausgebildet werden, wodurch besonders bei hohen Drücken
ein stark verbesserter Wirkungsgrad der Hochdruckpumpe erzielt werden
kann, da die Aufweitung des Pumpenkolbens durch die erfindungsgemäße
Konfiguration deutlich reduziert wird.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist der zumindest eine Saugnocken
beidseitig des Nockens angeordnet.
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Gemäß noch
einer bevorzugten Ausführungsform ist der zumindest eine
Saugnocken an einer ersten Seite des Nockens und an einer zweiten Seite
des Nockens, welche der ersten Seite gegenüberliegt, angeordnet.
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Gemäß noch
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Nocken
als Doppelnocken ausgeführt.
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Vorzugsweise
ist die Hochdruckpumpe als Radialkolbenpumpe ausgebildet. Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Hochdruckpumpe
eine Zweikolbenpumpe.
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Es
ist auch bevorzugt, wenn dem Pumpenelement eine Stößelbaugruppe
zugeordnet ist, über die sich der Pumpenkolben an dem Nocken
der Antriebswelle abstützt, wobei die Stößelbaugruppe
einen Stößelkörper und einen an dem Stößelkörper vorgesehenen
Rollenschuh aufweist.
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Bevorzugt
ist darüber hinaus, dass der Rollenschuh über
einen Bügel an dem Pumpenkolben befestigt ist.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform ist in dem Rollenschuh
eine Aufnahme auf der dem Nocken der Antriebswelle zugewandten Seite
des Rollenschuhs vorgesehen, in welcher eine Rolle drehbar gelagert.
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Gemäß noch
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird über
die Drehung der Antriebswelle um die Drehachse herum im Druckhub eine
Kraft über den Nocken auf die Rolle und den Rollenschuh
an den Pumpenkolben übertragen.
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Besonders
bevorzugt ist zwischen dem zumindest einen Saugnocken und dem Rollenschuh zumindest
eine Rolle, insbesondere eine Vielzahl von Rollen, vorgesehen.
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Darüber
hinaus wird vorzugsweise über die Drehung der Antriebswelle
um die Drehachse herum im Saughub die Kraft über den zumindest
einen Saugnocken auf die zumindest eine Kugel und den Rollenschuh
mit dem Bügel an den Pumpenkolben übertragen.
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Es
ist auch vorteilhaft, wenn zwischen dem Nocken und dem zumindest
einen Saugnocken ein Kontaktbereich besteht, wobei der Nocken und
der zumindest eine Saugnocken an dem Kontaktbereich einer festigkeitserhöhenden
Behandlung unterzogen worden sind. Durch Vorsehen der festigkeitserhöhenden
Behandlung an dem Kontaktbereich wird der Verschleiß reduziert
und die Kraftstoffhochdruckpumpe weist eine längere Lebensdauer
auf.
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Vorzugsweise
ist das Fluid Kraftstoff.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im
Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung
unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher
beschrieben. Es zeigt:
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1 einen
Längsschnitt durch eine Hochdruckpumpe gemäß dem
Stand der Technik;
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2 einen
Längsschnitt durch eine Hochdruckpumpe gemäß einer
Ausführungsform;
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3 einen
Querschnitt durch eine Hochdruckpumpe gemäß der
in 2 dargestellten Ausführungsform.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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In 1 ist
eine Hochdruckpumpe 1 für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung
einer Brennkraftmaschine gemäß dem Stand der Technik
dargestellt, welche eine Feder 27 verwendet, um einen Pumpenkolben 10 und
eine Stößelbaugruppe 21 zu einem Nocken 7 der
Antriebswelle 3 hin zu drücken, wie weiter unten
beschrieben wird.
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Die
Hochdruckpumpe 1 gemäß dem Stand der
Technik weist ein Gehäuse 2 auf, das mehrteilig ausgebildet
ist und in dem eine rotierend angetriebene Antriebswelle 3 angeordnet
ist. Die Antriebswelle 3 ist im Gehäuse 2 über
zwei in Richtung der Drehachse 4 der Antriebswelle 3 voneinander
beabstandete Lagerstellen drehbar gelagert. Die Lagerstellen können
in verschiedenen Gehäuseteilen 5, 6 des
Gehäuses 2 angeordnet sein.
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In
einem zwischen den beiden Lagerstellen liegenden Bereich weist die
Antriebswelle 3 wenigstens einen Nocken 7 oder
Exzenter auf, wobei der Nocken 7 auch als Mehrfachnocken
ausgebildet sein kann. Die Hochdruckpumpe 1 weist wenigstens
ein oder mehrere in jeweils einem Gehäuseteil 8 angeordnete
Pumpenelemente 9 mit jeweils einem Pumpenkolben 10 auf,
der durch den Nocken 7 der Antriebswelle 3 mittelbar
in einer Hubbewegung in zumindest annähernd radialer Richtung
zur Drehachse 4 der Antriebswelle 3 angetrieben
wird. Der Pumpenkolben 10 ist in einer Zylinderbohrung 11 im
Gehäuseteil 8 dicht verschiebbar geführt
und begrenzt mit seiner der Antriebswelle 3 abgewandten
Stirnseite in der Zylinderbohrung 11 einen Pumpenarbeitsraum 12.
Wie in der Figur erkannt werden kann, ist das Gehäuseteil 8,
welches den Zylinderkopf 33 bildet, mit einem Schaftabschnitt 34 versehen,
in welchem die den Pumpenkolben 10 aufnehmende Zylinderbohrung 11 vorgesehen
ist, und um welchen herum die Feder 27 angeordnet ist.
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Der
Pumpenarbeitsraum 12 weist über einen im Gehäuse 2 verlaufenden
Kraftstoffzulaufkanal 13 eine Verbindung mit einem Kraftstoffzulauf
beispielsweise einer Förderpumpe auf. An der Mündung
des Kraftstoffzulaufkanals 13 in den Pumpenarbeitsraum 12 ist
ein in den Pumpenarbeitsraum 12 öffnendes Einlassventil 14 angeordnet,
das ein federbelastetes Ventilglied 15 aufweist. Der Pumpenarbeitsraum 12 weist
außerdem über einen im Gehäuseteil 8 verlaufenden
Kraftstoffablaufkanal 16 eine Verbindung mit einem Auslass
auf, der beispielsweise mit einem Hochdruckspeicher 17 verbunden
ist. Mit dem Hochdruckspeicher 17 sind ein oder vorzugsweise
mehrere an den Zylindern der Brennkraftmaschine angeordnete Injektoren 18 verbunden,
durch die Kraftstoff in die Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt wird.
An der Mündung des Kraftstoffablaufkanals 16 in
den Pumpenarbeitsraum 12 ist ein aus dem Pumpenarbeitsraum 12 öffnendes
Auslassventil 19 angeordnet, das ebenfalls ein federbelastetes
Ventilglied 20 aufweist.
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Dem
Pumpenelement 9 ist eine Stößelbaugruppe 21 zugeordnet, über
die sich der Pumpenkolben 10 am Nocken 7 der Antriebswelle 3 abstützt.
Die Stößelbaugruppe 21 umfasst einen
hohlzylindrischen Stößelkörper 22,
der in einer Bohrung 23 eines Teils 5 des Gehäuses 2 der
Hochdruckpumpe 1 verschiebbar geführt ist. Der
Pumpenkolben 10 weist einen kleineren Durchmesser auf als
der Stößelkörper 22 und ragt
mit seinem dem Pumpenarbeitsraum 12 abgewandten Endbereich
aus der Zylinderbohrung 11 heraus und in den Stößelkörper 22 hinein.
An seinem dem Pumpenarbeitsraum 12 abgewandten Ende kann
der Pumpenkolben 10 einen im Durchmesser gegenüber
seinem übrigen Bereich vergrößerten Kolbenfuß 24 aufweisen.
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Die
Stößelbaugruppe 21 und der Pumpenkolben 10 werden
durch die vorgespannte Feder 27 zum Nocken 7 der
Antriebswelle 3 hin gedrückt. Die Feder 27 ist
als den Pumpenkolben 10 umgebende und in den Stößelkörper 22 hineinragende
Schraubendruckfeder ausgebildet. Die Feder 27 stützt
sich einerseits am Pumpengehäuseteil 8 und andererseits
an einem Federteller 28 ab.
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Der
Federteller 28 ist mit dem Pumpenkolben 10 verbunden
und liegt auf der dem Rollenschuh 26 abgewandten Seite
des Ringstegs 29 an. Die Feder 27 wirkt somit über
den Federteller 28 sowohl auf den Pumpenkolben 10 als
auch auf den Stößelkörper 22,
um diese wie oben beschrieben, gegen den Nocken 7 der Antriebswelle 3 zu
drücken.
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In
den Stößelkörper 22 ist von
dessen der Antriebswelle 3 zugewandter Seite her in Richtung der
Längsachse 25 des Stößelkörpers 22 ein
Rollenschuh 26 eingefügt. Im Rollenschuh 26 ist
in einer zylinderabschnittförmigen Aufnahme 30 auf
der dem Nocken 7 der Antriebswelle 3 zugewandten
Seite des Rollenschuhs 26 eine zylindrische Rolle 31 drehbar gelagert.
Der Rollenschuh 26 kommt im Stößelkörper 22 in
Richtung der Längsachse 25 an einem Anschlag 32 zur
Anlage, der beispielsweise durch einen vom Stößelkörper 22 radial
nach innen hervorstehenden Ringsteg gebildet ist.
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2 ist
ein Längsschnitt durch eine Hochdruckpumpe 1 gemäß einer
Ausführungsform. Dabei ist ein Pumpenkolben 10 ebenfalls
in einem Gehäuseteil 8, welches den Zylinderkopf 33 bildet,
vorgesehen. Im Gegensatz zu der in 1 dargestellten
Ausführungsform gemäß dem Stand der Technik
weist der Zylinderkopf 33 jedoch keinen Schaftabschnitt 34 auf,
wodurch er stark an Wirkungsgrad insbesondere bei hohen Drücken
gewinnt, da die Aufweitung des Pumpenkolbens 10 minimiert
ist.
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Das
Pumpenelement 9 gemäß der Ausführungsform
weist ebenfalls eine Stößelbaugruppe 21 auf, über
die sich der Pumpenkolben 10 am Nocken 7 der Antriebswelle 3 abstützt.
Der Nocken 7 ist in der Ausführungsform als Doppelnocken
ausgeführt. Die Stößelbaugruppe 21 weist
im Wesentlichen die bereits im Zusammenhang mit 1 beschriebene Komponenten
eines Stößelkörpers 22 und eines
Rollenschuhs 26 auf. Jedoch sind im Unterschied zu der in 1 dargestellten
Ausführungsform der Rollenschuh 26 und der Pumpenkolben 10 bzw.
der Stößelkörper 22 über
einen Bügel 35 aneinander fixiert.
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Darüber
hinaus unterscheidet sich auch der Rollenschuh 26 gemäß der
Ausführungsform dadurch, dass er an seinem der Rolle 31 zugewandten Ende,
welches ebenfalls mit der Aufnahme 30 versehen ist, mit
einem umlaufenden Kragen 36 ausgebildet ist.
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Auch
im Gegensatz zu der Ausführungsform des Standes der Technik,
welche in 1 dargestellt ist, werden die
Stößelbaugruppe 21 und der Pumpenkolben 10 nicht
durch eine Feder zum Nocken 7 der Antriebswelle 3 hin
gedrückt, sondern beidseitig des Nockens 7 sitzt
ein Saugnocken 37 auf der Antriebswelle 3, was
die oben bereits ausgeführten Vorteile mit sich bringt.
Dabei ist der Saugnocken 37 an einer ersten Seite 43 des
Nockens 7 und an einer zweiten Seite 44 des Nockens 7,
welche der ersten Seite 43 gegenüberliegt, angeordnet.
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Der
Saugnocken 37 kontaktiert an einem ersten Endabschnitt 39 an
einem Kontaktbereich 38 die Antriebswelle 3. In
einem in etwa rechten Winkel ragt von dem ersten Endabschnitt 39 ein
Hauptabschnitt 40 ab, von dem sich wiederum in etwa in
einem rechten Winkel ein zweiter Endabschnitt 41 des Saugnockens 37 erstreckt.
Zwischen dem zweiten Endabschnitt 41 des Saugnockens 37 und
dem umlaufenden Kragen 36 sind Kugeln 42 angeordnet.
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3 stellt
schließlich ein Querschnitt durch eine Hochdruckpumpe 1 gemäß der
in 2 dargestellten Ausführungsform dar.
In der Darstellung sind die Kontaktbereiche 38 schematisch
durch Doppelpfeile dargestellt. An den Kontaktbereichen 38,
d. h. an den Bereichen, wo sich der Nocken 7 und der Saugnocken 37 kontaktieren,
sind diese einer Festigkeitsbehandlung unterzogen worden, um die
Haltbarkeit zu erhöhen. Der Saugnocken 37 selbst
bzw. die Bereiche, die nicht in den Kontaktbereichen 38 mit dem
Nocken 7 liegen, können einfach aufgebaut sein und
es sind bezüglich des Materials, aus dem er hergestellt
ist oder dessen Bearbeitung keine besonderen Anforderungen zu erfüllen.
Der hier dargestellte Saugnocken 37 kann maximal eine Kraft
von 1000 N übertragen.
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Im
Betrieb der Hochdruckpumpe 1 wirkt diese wie folgt. Über
die Drehung der mit dem Nocken 7 versehenen Antriebswelle 3 im
Druckbetrieb wird die Kraft über den Nocken 7 auf
die Rolle 31 und den Rollenschuh 26 und von diesem
auf den Pumpenkolben 10 übertragen. Dagegen wird
im Saugbetrieb die Kraft von dem Saugnocken 37 auf die
Kugeln 42 und den Rollenschuh 26 mit dem Bügel 35 auf
den Pumpenkolben 10 übertragen. Daher ist die
im Stand der Technik verwendete Feder nicht notwendig und das Gehäuse
bzw. der Zylinderkopf kann ohne Schaftabschnitt ausgebildet werden,
was effektiv den Wirkungsgrad – wie oben bereits ausgeführt – der
Hochdruckpumpe 1 erhöht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102006045933
A1 [0004]
- - DE 10356262 A1 [0005, 0005]