DE102009032307A1

DE102009032307A1 - Lagerung für eine Radial-Kolbenpumpe

Info

Publication number: DE102009032307A1
Application number: DE102009032307A
Authority: DE
Inventors: Andreas Bohr; Horst Steinbinder
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-07-09
Filing date: 2009-07-09
Publication date: 2011-01-13
Also published as: WO2011003821A1

Abstract

Die Erfindung betrifft die Verwendung mindestens eines ein- oder mehrreihigen Kugelrollenlagers (1) in einer Hochdruckpumpe (5) eines Common-Rail-Einspritzsystems.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Lagerung für eine Radial-Kolbenpumpe nach den oberbegriffsbildenden Merkmalen des Patentanspruchs 1, und sie ist insbesondere vorteilhaft in einer Hochdruckpumpe eines Common-Rail-Einspritzsystems für einen Verbrennungsmotor einsetzbar.
Hintergrund der Erfindung
Die zurzeit serienmäßig zum Einsatz kommenden Hochdruckpumpen eines Common-Rail-Einspritzsystems weisen Exzenterwellen mit Gleitlagern auf. Insbesondere bei Hochdruckpumpen für Common-Rail-Diesel-Einspritzsysteme ergeben sich Lagerlebensdauerprobleme aus den erhöhten Belastungen durch desaxierte Riemeneinwirkungen sowie die zusätzlichen hohen radialen und axialen Beschleunigungen aus den Motordrehungleichförmigkeiten. Für derartige Hochdruckpumpen werden auch als Kugellager und/oder Nadellager ausgebildete Wälzlager genutzt, wobei Kugellager gegenüber Nadellagern einige Vorteile aufweisen, etwa den geringeren axialen Bauraum, die geringere Reibung im Betrieb, die geringere Geräuschemission und die Fähigkeit, auch Axialkräfte in gewissem Umfang übertragen zu können. Diese konventionellen Kugellager haben jedoch den Nachteil, dass sie bei vorgegebenem Durchmesser aufgrund der zu geringen Tragzahl sowie wegen eines zu geringen Schmiermittelraumes im Lager für erhöhte Last- und/oder Lebensdaueranforderungen weniger geeignet sind.
Wie bei allen Anwendungen im Fahrzeugbau wird auch von einer Hochdruckpumpe für ein Common-Rail-Einspritzsystem und deren Drehlagerung gefordert, dass diese axial möglichst kurz baut und vergleichsweise große Radialkräfte sowie in geringerem Umfang auch Axialkräfte bei langer Lebensdauer übertragen kann.
Aufgabe der Erfindung
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einer Hochdruckpumpe eines Common-Rail-Einspritzsystems ein Wälzlager einzusetzen, das eine vergleichsweise lange Lebensdauer aufweist, für hohe Radialkräfte geeignet ist und in gewissem Umfang auch Axialkräfte übertragen kann.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Lösung dieser Aufgabe besteht in der Verwendung mindestens eines ein- oder mehrreihigen Kugelrollenlagers in einer Hochdruckpumpe eines Common-Rail-Einspritzsystems.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein Kugelrollenlager gegenüber einem konventionellen Kugellager bei ansonsten gleichen Abmessungen einen größeren Schmiermittelraum aufweist, der daher mit einer größeren Schmiermittelmenge befüllbar ist. Dies sorgt für eine Lebensdauerverlängerung bei einem relativ kleinen Axialplatzbedarf in einer Hochdruckpumpe eines Common-Rail-Einspritzsystems. Zudem können durch die Kugelrollen in gewissem Umfang auch Axialkräfte übertragen werden und diese weisen im Betrieb eine geringere Reibung auf als Nadellager.
Die Kugelrollen weisen jeweils von der Kugelform abweichend abgeflachte sowie parallel zueinander angeordnete Seitenflächen auf. Durch diesen Aufbau wird insbesondere erreicht, dass für die Wälzkörper ein geringerer axialer Bauraum als konventionell benötigt wird. Der so gewonnene axiale Bauraum wird bevorzugt als zusätzlicher Schmiermittelraum genutzt. Die verbesserte Schmiermittel- bzw. Fettversorgung erlaubt eine geringere Reibung, wodurch die Lebensdauer deutlich erhöht wird.
Kugelrollenlager sind an sich bekannt und in der DE 43 34 195 A1 dargestellt sowie beschrieben. Bei Befüllen des Lagers mit den Kugelrollen werden diese axial zum Lager zwischen Innen- und Außenring eingeführt. Wenn sich ihr Mittelpunkt auf der Höhe der Rollbahnenachse befindet, werden die Kugelrollen um 90° gedreht, so dass ihre Kugeloberfläche in den Rollbahnen der Lagerringe abrollen kann. Derartige Kugelrollenlager lassen sich im Vergleich zu herkömmlichen Kugellagern mit einer größeren Anzahl Kugelrollen befüllen und weisen daher bei gleichen radialen Abmessungen eine höhere Tragzahl auf. In axialer Richtung können die Abmessungen eines Kugelrollenlagers gegenüber einem üblichen Rillenkugellager geringer sein, oder es ist möglich, bei gleicher axialer Ausdehnung das Fettreservoir zu erhöhen. Des Weiteren besteht durch Bauraumoptimierung die Möglichkeit der Integration von Radialwellendichtungen in das Lager.
Im Vergleich zu einem bauraumgleichen Rillenkugellager ergibt sich durch die Verwendung eines Kugelrollenlagers eine Steigerung der Lagerlebensdauer durch Erhöhung der Kugelanzahl und eine Steigerung der Fettgebrauchsdauer durch Schaffung eines größeren Fettreservoirs. Ebenso ist es möglich, durch die Verwendung eines Kugelrollenlagers unter Beibehaltung der Lagerlebensdauer die Lagerherstellkosten durch Optimierung der Bauraumverhältnisse durch eine Verminderung des Bauraums in radialer und axialer Richtung herabzusetzen. Gegenüber Gleitlagern und Nadellagern lässt sich ferner durch die Herabsetzung der Reibungsverluste eine Kraftstoffersparnis erreichen.
Das ein- oder mehrreihige Kugelrollenlager lässt sich vorzugsweise zur ein- oder beidseitigen Lagerung einer Welle und/oder wenigstens eines Pumpenstößels, der an einem Exzenter der Welle oder einem Außenring des mit einem exzentrisch ausgebildeten Innenring des Kugelrollenlagers anliegt, verwenden, wobei das Kugelrollenlager wenigstens eine zum Wellenausgang gerichtete Dichtscheibe aufweisen kann und ein elektrischer Antrieb für die Hochdruckpumpe eines Common-Rail-Einspritzsystems vorgesehen sein kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die einzige beiliegende Zeichnung zeigt dabei einen Querschnitt durch eine Hochdruckpumpe eines Common-Rail-Einspritzsystems.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Eine in der Zeichnung dargestellte Hochdruckpumpe 5 eines Common-Rail-Einspritzsystems weist eine Welle 12 mit einem Exzenter 11 auf, dessen Längesachse 17 exzentrisch sowie achsparallel zur Längsachse 16 der Welle 12 ausgerichtet ist.
Die Welle 12 ist mittels eines Kugelrollenlagers 1 im Gehäuse der Hochdruckpumpe 5 gelagert, wobei ein Innenring 2 des Kugelrollenlagers 1 fest auf der Welle 12 sitzt und ein Außenring 3 im Gehäuse der Hochdruckpumpe 5 angeordnet ist. Zwischen den beiden Lagerringen 2, 3 sind in Laufbahnen abrollende Kugelrollen 4 angeordnet, die von einem Käfig 13 geführt sind. Die Kugelrollen 4 weisen jeweils von der Kugelform abweichend abgeflachte sowie parallel zueinander angeordnete Seitenflächen 6, 7 auf, wodurch gegenüber vollkugeligen Wälzkörpern ein axial vergrößerter Schmiermittelraum 10 gebildet ist. Das gegenüber konventionellen Kugellagern vergrößerte Schmiermitteldepot verlängert die Lebensdauer dieses Wälzlagers 1.
Auf die radiale Außenseite des Exzenters 11 wirkt ein Pumpenstößel 8, der auf dem Exzenter 11 mittels eines Gleitschuhs 18 geführt ist, so dass der Pumpenstößel 8 bei einer Drehbewegung der Welle 12 aufgrund der exzentrischen Anordnung des Exzenters 11 gegen die Kraft einer Feder 19 radial nach außen bzw. nach innen bewegt wird und so über eine Ansaugleitung 23 und ein Ansaugventil 24 Kraftstoff in einen Druckraum 22 ansaugt sowie über ein Druckventil 26 und eine Druckleitung 27 in einen nicht dargestellten Druckbehälter fördert.
Das Kugelrollenlager 1 ist axial beidseitig mit Dichtscheiben 14 versehen und mit Schmierfett gefüllt. Das zwischen den Dichtscheiben 14 gebildete Schmierfettreservoir weist ein größeres Volumen als bei herkömmlichen Kugellagern auf, so dass dadurch die Lagerlebensdauer erhöht ist.
Eine zusätzliche Radialwellendichtung 15 ist in der Zeichnung dargestellt, jedoch kann gegebenenfalls darauf verzichtet werden, um so zusätzlichen axialen Bauraum einzusparen, da die Dichtscheiben 14 für eine ausreichende Abdichtung des Kugelrollenlagers 1 und einen die Lebensdauer erhöhenden, ausreichenden Schmierfettvorrat sorgen.
Das Ansaugventil 24 lässt sich gesteuert mittels eines Elektromagneten 25 offen halten, wenn kein Bedarf an einer Kraftstoffförderung in die Druckleitung 27 besteht, so dass der angesaugte Kraftstoff in die Ansaugleitung 23 zurückgefördert wird, während das Druckventil 26 geschlossen bleibt.
Da das Kugelrollenlager 1 die Hauptbelastung durch den Antrieb der Hochdruckpumpe 5 und den Exzenter 11 aufnimmt, kann ein auf der entgegengesetzten Seite des Exzenters 11 angeordnetes Wellenendstück 20 in einem Gleitlager, einem Nadellager 21 oder auch in einem Kugelrollenlager mit geringeren Abmessungen gelagert sein.
Ferner ist es möglich, auf der Welle 12 statt des Exzenters 11 ein Kugelrollenlager anzuordnen, das einen auf der Welle 12 befestigten exzentrischen Innenring aufweist, während der stillstehende Außenring mit dem Pumpenstößel 8 zusammenwirkt.
Ein mit einem Konus und einem Gewinde versehener Wellenansatz 28 kann über eine Antriebsverbindung 29 direkt von einer Welle einer Brennkraftmaschine oder durch einen elektromotorischen Antrieb 9 angetrieben sein, wobei die letztere Antriebsweise nur sehr schematisch dargestellt ist.
Bezugszeichenliste

1: Kugelrollenlager
2: Innenring
3: Außenring
4: Kugelrolle
5: Hochdruckpumpe
6: Seitenfläche
7: Seitenfläche
8: Pumpenstößel
9: Elektromotorischer Antrieb
10: Schmiermittelraum
11: Exzenter
12: Welle
13: Käfig
14: Dichtscheibe
15: Radialwellendichtung
16: Längsachse der Welle 12
17: Achse des Excenters 11
18: Gleitschuh
19: Feder
20: Wellenendstück
21: Zweites Wellenlager, Nadellager
22: Druckraum
23: Ansaugleitung
24: Ansaugventil
25: Elektromagnet
26: Druckventil
27: Druckleitung
28: Wellenansatz
29: Antriebsverbindung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 4334195 A1 [0008]

Claims

Verwendung mindestens eines ein- oder mehrreihigen Kugelrollenlagers (1) in einer Hochdruckpumpe (5) eines Common-Rail-Einspritzsystems.
Verwendung des oder der Kugelrollenlager (1) nach Anspruch 1 zur ein- oder beidseitigen Lagerung einer Welle (12) und/oder wenigstens eines Pumpenstößels (8), der an einem Exzenter (11) der Welle (12) oder einem Außenring (3) des mit einem exzentrisch ausgebildeten Innenring (2) versehenen Kugelrollenlagers (1) anliegt.
Verwendung nach Anspruch 1 oder 2 mit einer Hochdruckpumpe (5) eines Common-Rail-Einspritzsystems mit einem elektromotorischen Antrieb (9, 29).
Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 eines Kugelrollenlagers (1) mit wenigstens einer zum Wellenausgang (28) gerichteten Dichtscheibe (14).