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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Kupplung zum Antrieb einer Zahnradpumpe eines Kraftstoffsystems einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Eine Kopplung von zwei drehbaren Körpern, wie z. B. die Antriebswelle mit dem Zahnrad kann z. B. durch eine Kreuzschlitzkupplung erfolgen, die auch als Kreuzscheiben- oder Oldham-Kupplung bezeichnet wird. Sie werden vorwiegend bei nicht genau fluchtenden Achsen eingesetzt.
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Ein Ausführungsbeispiel einer solchen Kupplung ist aus der
DE 199 14 269 A1 bekannt. Diese Kupplung umfasst zwei Kupplungshälften (Antrieb und Abtrieb) und eine Zwischenscheibe als Kupplungselement. An einer der Kupplungshälften kann ein nahezu beliebig ausgestaltetes Profil ausgebildet sein, bevorzugt in Form einer Führungsleiste oder Führungsnut, das mit einer an dem Kupplungselement komplementär ausgestalteten Führungsnut oder Führungsleiste zusammenwirkt.
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Das bekannte Funktionsprinzip beruht also auf einer Reihenschaltung des Antriebselements (Antriebswelle), der Zwischenscheibe (Kupplungselement) und des Abtriebselements (Zahnrad) zur Übertragung eines Drehmoments und zum axialen Ausgleich eines eventuellen Achsversatzes. Das Auftreten einer großen Flächenpressung mit einer gewissen axialen Relativbewegung einer kraftübertragenden Fläche zu einer kraftaufnehmenden Fläche in der Führung führt, insbesondere bei hohen Drehzahlen, zu einem starken Abrieb und damit zu einem hohen Verschleiß. Dies kann zu Einkerbungen beziehungsweise einer Bildung von Stufen an der Antriebswelle führen, so dass kein axialer Ausgleich mehr möglich ist. Schlecht schmierender Kraftstoff in der Zahnradpumpe des Kraftstoffsystems kann diesen Effekt noch verstärken.
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Offenbarung der Erfindung
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Zur Lösung der erfindungsgemäßen Problemstellung wird vorgeschlagen, dass die kraftübertragende Fläche des Antriebselements in axialer Richtung kleiner ist als die mit der kraftübertragenden Fläche zusammenwirkende kraftaufnehmende Fläche des Kupplungselements. Das bedeutet, dass die Vorrichtung eine Relativbewegung der kraftübertragende Fläche an der Antriebswelle zur kraftaufnehmenden Fläche am Kupplungselement zwar zulässt, dass es aber wegen der Überdeckung der kraftaufnehmenden Fläche nicht zu Einkerbungen bzw. zu einer Stufenbildung an der kraftübertragenden Fläche kommen kann. Die kraftaufnehmende Fläche bedeckt vollständig die kraftübertragende Fläche. Mögliche Blockaden in axialer Richtung werden verhindert.
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Vorteilhafterweise ist das Antriebselement ein Zweiflach und die Aussparung des Kupplungselements im Wesentlichen ein Langloch mit zwei parallel ausgerichteten, kraftaufnehmenden Flächen. Dabei ist der Zweiflach Teil der Antriebswelle und so gestaltet, dass er formschlüssig in das Langloch des Kupplungselements eingreifen kann. Die längere Seite des Zweiflachs stellt damit die kraftübertragende Fläche und die längere Seitenfläche des Langlochs die kraftaufnehmende Fläche dar. Beide Flächen sind sehr kostengünstig herzustellen und zu montieren. Natürlich sind andere Ausgestaltungen der beiden zusammenwirkenden Teile denkbar, wie bspw. ein drei- oder mehreckiger Bolzen, der in eine drei- oder mehreckige Aussparung eingreift oder ein elliptisch ausgestalteter Bolzen, der mit einer elliptischen Aussparung zusammenwirkt.
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Ergänzend hierzu ist möglich, dass die kraftaufnehmenden Flächen des Langlochs durch halbrunde Aussparungen unterbrochen sind. Durch die Aussparungen kann eine Schmierung der beiden Kontaktflächen erhöht werden und Abrieb weggefördert werden.
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Außerdem ist vorteilhaft, dass die kraftübertragende Fläche des Zweiflachs an einem freien Ende von einer Fase begrenzt ist. Die Fase unterstützt den Vorgang, dass beim Abrieb keine Einkerbungen bzw. Stufen am Zweiflach entstehen können. Des Weiteren erleichtert die Fase eine Montage der Antriebswelle.
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Ferner ist vorteilhaft, dass die kraftübertragende Fläche des Zweiflachs zur Antriebswelle hin von einer bevorzugt rund ausgebildeten Nut begrenzt ist. Die Nut stellt einen schrägen Abschluss der kraftübertragende Fläche (ähnlich der Fase) dar und unterstützt damit ebenfalls den Vorgang, dass beim Abrieb keine Einkerbungen bzw. Stufen am Zweiflach entstehen können. Die Nut ist bevorzugt rund ausgestaltet, um bspw. bei einer eckig ausgebildeten Nut einer Kerbwirkung im Bereich der Nut entgegenzuwirken, was sonst zu einem Bruch der Antriebswelle führen könnte.
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Weiterhin ist vorteilhaft, dass das Kupplungselement die Form einer Scheibe hat, wobei über einen Umfang der Scheibe mehrere, vorzugsweise vier, spitz zulaufende Nasen in gleichem Abstand ausgebildet sind, wobei in dem Zahnrad eine zentrale Aussparung vorgesehen ist, deren Kontur komplementär zu der Kontur des Kupplungselements ausgebildet ist. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann die Kupplung im Zahnrad integriert sein. Üblicherweise ist eine Kupplung außerhalb eines Funktionsraumes angeordnet. Erfindungsgemäß wird die Kupplung aber ins Innere des Funktionsraumes verlegt. Dies macht die Vorrichtung besonders kompakt.
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Nachfolgend wird anhand der Figuren ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beispielhaft erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Kraftstoffsystems mit einer Hochdruckpumpe und einer Zahnradpumpe;
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2 eine detaillierte Darstellung einer erfindungsgemäßen Kupplung zum Antrieb der Zahnradpumpe aus 1 in einem Längsschnitt;
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3 ein Schnitt durch den Antrieb der Zahnradpumpe aus 2 entlang der Linie A-A; und
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4 eine perspektivische Darstellung des Kupplungselements aus 2 oder 3.
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1 zeigt das Umfeld der Erfindung. 1 zeigt ein Kraftstoffsystem 10, das für ein sog. Common-Rail-Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine 12 ausgelegt ist. Zum Betrieb der Brennkraftmaschine 12 wird Kraftstoff unter Hochdruck in einen Kraftstoffverteiler (Common Rail) 14 gefördert und dort gespeichert, wobei am Kraftstoffverteiler 14 Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 16 angeschlossen sind, die den Kraftstoff unter Hochdruck in Brennräume 18 der Brennkraftmaschine 12 einspritzen.
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Der Kraftstoff wird dabei aus einem Kraftstofftank 20 eines Kraftfahrzeugs gefördert. In Strömungsrichtung sind im Kraftstoffförderpfad ausgehend vom Kraftstofftank 20 eine Saugdrossel 24 und eine mechanisch betriebene Vorförderpumpe, die als Zahnradpumpe 26 ausgestaltet ist, angeordnet. Der Kraftstoffpfad mündet zum Schmieren von Antriebsteilen in einem Antriebs- bzw. Kurbelraum 30 einer Hochdruckpumpe 32, die bevorzugt als eine mechanisch angetriebene Radialkolbenpumpe ausgebildet ist. Für den Betrieb weist die Hochdruckpumpe 32 einen Exzenter 33 auf, der durch eine Antriebswelle 34 in Rotation gebracht wird. Die Antriebswelle 34 treibt ebenfalls die Zahnradpumpe 26 an (vgl. Bezugszeichen 28). Der Antrieb der Zahnradpumpe 26 über die Antriebswelle 34 geschieht über eine in 1 nicht sichtbare Kupplung. Die Hochdruckpumpe 32 und die Zahnradpumpe 26 sind demnach räumlich sehr nah zueinander angeordnet. Der Verlauf des Kraftstoffs im normalen Betrieb des Kraftstoffsystems 10 ist in der Zeichnung durch Pfeile gekennzeichnet.
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In Strömungsrichtung wird der Kraftstoff durch den Antriebs- bzw. Kurbelraum 30 gefördert und schließlich einer Zumesseinrichtung 35 zugeführt, die als ein steuerbares, proportionales federbelastetes Schieberventil ausgebildet ist. Die Zumesseinrichtung 35 ist also fluidisch bzw. hydraulisch zwischen der Zahnradpumpe 26 und der Hochdruckpumpe 32 angeordnet und dient zur Dosierung des Kraftstoffs für die Hochdruckpumpe 32. Stromabwärts von der Zumesseinrichtung 35 ist der Kraftstofffluss zweigeteilt. Einerseits zweigt ein Nullförderlauf ab, in dem eine Nullförderdrossel 36 angeordnet ist. Im Nullförderlauf werden Leckagen der Zumesseinrichtung 34, wenn diese an sich geschlossen ist, in den Tank 20 zurück bzw. wieder zur Saugseite der Vorförderpumpe 26 gefördert. Andererseits zweigt ein Förderlauf ab, in dem über ein Saugventil 38 der Kraftstoff in einen Förderraum 40 der Hochdruckpumpe 32 gefördert wird. Anschließend wird der Kraftstoff unter Hochdruck über ein Rückschlagventil 42 in den Kraftstoffverteiler 14 eingebracht.
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2 zeigt den Antrieb der Zahnradpumpe 26 durch eine Kupplung 43 im Detail. Dabei weist die Antriebswelle 34 an dem freien Ende einen Zweiflach 44 auf, der in ein Langloch 45 des Kupplungselements 46 formschlüssig eindringt. Die Länge l eines in das Langloch 45 eindringenden Bereichs des Zweiflachs 44 ist dabei kleiner als die zugeordnete Länge L des Kupplungselements 46. Dabei stellt die Fläche des Zweiflachs 44 mit der Länge l eine kraftübertragende Fläche 47 dar und die Fläche des Kupplungselements 46 mit der Länge L eine kraftaufnehmende Fläche 49 dar. Das bedeutet, dass die kraftaufnehmende Fläche 49 die kraftübertragende Fläche 47 überragt. Eine detaillierte Beschreibung des Langlochs 45 folgt weiter hinten. Das Kupplungselement 46 ist in einer Aussparung 48 eines Antriebszahnrads 50 der Zahnradpumpe 26 formschlüssig eingesetzt. Der Zweiflach 44 weist an seinem freien Ende eine Fase 52 auf und ist zur Antriebswelle 34 hin durch eine eingefräste Nut 54 mit bevorzugt halbrundem Querschnitt begrenzt.
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Während des Betriebs der Hochdruckpumpe 32 bzw. der Zahnradpumpe 26 kann sich die Antriebswelle 34 neben der eigentlichen Rotationsbewegung auch leicht in axialer Richtung hin- und herbewegen, wie dies durch den Doppelpfeil 56 angedeutet ist. Dabei kommt es im Laufe der Zeit zu einem Abrieb 58 an der kraftübertragenden Fläche 47 des Zweiflachs 44. Im Gegensatz zu bekannten Kupplungen wird dabei die gesamte kraftübertragenden Fläche 47 des Zweiflachs 44 abgetragen, so dass es auf der kraftübertragenden Fläche 47 nicht zu Einkerbungen oder einer Stufenbildung kommt, die Blockaden in axialer Richtung hervorrufen können.
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Die 3 und 4 zeigen zwei Ausführungsformen des Kupplungselements 46 im Detail. 3 zeigt dabei das Kupplungselement 46 in einem Schnitt A-A aus 2, 4 zeigt das Kupplungselement 46 in einer perspektivischen Darstellung. Hierbei gilt, dass solche Elemente und Bereiche, welche funktionsäquivalent sind zu Elementen und Bereichen der Darstellung von 1 oder 2, die gleichen Bezugszeichen tragen und lediglich ergänzend erläutert werden. Wie aus der Draufsicht des Kupplungselements 46 aus 3 ersichtlich ist, weist das Kupplungselement 46 die Form einer Scheibe auf, wobei über den Umfang der Scheibe vier spitz zulaufende Nasen in gleichem Abstand ausgebildet sind. Zwischen den Nasen 60 weist das Kupplungselement 46 von
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3 an jeder Seite eine leicht nach außen gewölbte Rundung 62 auf. Die Aussparung 48 des Zahnrads 50 ist derart ausgebildet, dass deren Kontur komplementär zu der Kontur des Kupplungselements 46 ausgebildet ist und das Kupplungselement 46 mit etwas Spiel drehfest aufnehmen kann. Im Zentrum weist das Kupplungselement 46 das Langloch 45 auf, um den Zweiflach 44 drehfest aufnehmen zu können. Das Langloch 45 wird dabei an der Längsseite jeweils durch halbrunde Aussparungen 64 unterbrochen.
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4 zeigt zum Unterschied zu 3 das Kupplungselement 46 mit einem geänderten Umriss. Am Umfang sind hier jeweils zwei Rundungen 62 und zwei Eindellungen 66 (jeweils gegenüberliegend) am Umfang des Kupplungselements 46 angeordnet. Die Funktion und Wirkungsweise sind mit der Ausführungsform von 3 identisch.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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