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Die Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe für eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Stand der Technik
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Eine gattungsgemäße Hochdruckpumpe geht beispielhaft aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2008 015 547 A1 hervor. Sie dient insbesondere als Radial- oder Reihenkolbenpumpe für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen. Die Hochdruckpumpe weist eine Pumpenbaugruppe mit einem hubbeweglichen Pumpenkolben und eine Antriebswelle mit einem Nocken auf, an welchem der Pumpenkolben mittelbar über einen in einer Führungsbohrung eines Gehäuseteils hubbeweglich aufgenommenen Stößelkörper und eine Rolle abgestützt ist. Um den Pumpenkolben bzw. die Rolle in Anlage mit dem Nocken der Antriebswelle zu halten, wird der mit dem Pumpenkolben und der Rolle verbundene Stößelkörper von der Druckkraft eines Federelementes beaufschlagt, das den Stößelkörper einschließlich des Pumpenkolbens in Richtung der Antriebswelle axial vorspannt. Um im Betrieb der Hochdruckpumpe ein Verdrehen des Stößelkörpers in Bezug auf die Achse der Führungsbohrung und damit eine Fehlstellung der im Stößelkörper aufgenommenen Rolle zu verhindern, ist der Stößelkörper abschnittsweise exzentrisch zu dieser Achse ausgestaltet, wobei die Führungsbohrung korrespondierend hierzu ebenfalls abschnittsweise exzentrisch ausgestaltet ist. Dadurch wird eine Verdrehsicherung erreicht, bei der eine näherungsweise koaxiale Ausrichtung der Rolle in Bezug auf die Achse der Antriebswelle gewährleistet ist.
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Da eine Fehlstellung der Rolle zu einer Beschädigung der Pumpe bis hin zur vollständigen Zerstörung der Pumpe führen kann, hilft die vorgeschlagene Verdrehsicherung Triebwerkschäden zu verhindern.
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Ein zumindest abschnittsweise exzentrisch ausgestalteter Stößelkörper einschließlich einer korrespondierend hierzu ausgebildeten Führungsbohrung zur Aufnahme des Stößelkörpers sind jedoch aufwendig herzustellen. Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zu Grunde, eine vereinfachte gattungsgemäße Hochdruckpumpe anzugeben, bei welcher ferner eine Verdrehung des Stößels im Betrieb der Pumpe verhindert wird. Dadurch soll eine Hochdruckpumpe geschaffen werden, die insbesondere auch für den Einsatz mit schlecht schmierenden Kraftstoffen geeignet ist.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Hochdruckpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen dieser Hochdruckpumpe werden in den Unteransprüchen angegeben.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorgeschlagene Hochdruckpumpe umfasst wenigstens ein Pumpenelement mit einem in einer Bohrung eines Gehäuseteils hubbeweglich geführten Pumpenkolben, der mittelbar über einen Stößel und eine Rolle an einem Nocken oder Exzenter einer Antriebswelle abgestützt und mittels der Federkraft eines Federelementes gegenüber dem Nocken oder Exzenter der Antriebswelle axial vorgespannt ist. Erfindungsgemäß ist das Federelement als am Pumpenkolben oder am Stößel abgestützte Druckfeder ausgebildet, die den Pumpenkolben oder den Stößel mit einer im Wesentlichen torsionsmomentfreien Druckkraft beaufschlagt. Als Federelement wird demnach keine Schraubendruckfeder gewählt, die üblicherweise in einer Hochdruckpumpe als Kolbenfeder Einsatz findet und im Betrieb der Hochdruckpumpe eine auf den Stößel in tangentialer Richtung wirkende Kraft ausübt. Denn bei einer Stauchung einer herkömmlichen, als Schraubendruckfeder ausgebildeten Kolbenfeder verändert sich die Winkellage der Kolbenfeder in Bezug auf ihre Längsachse um bis zu 5°. Demnach besteht immer auch die Gefahr, dass der Stößel einschließlich der Rolle dreht und ein Triebwerkschaden eintritt. Um dies zu verhindern, wird in eine erfindungsgemäße Hochdruckpumpe ein Federelement eingesetzt, das in axialer Richtung im Wesentlichen torsionsfrei stauchbar ist. Das Federelement der erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe ist daher vorzugsweise vollständig rotationssymmetrisch ausgebildet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt das Federelement eine hohlzylindrische Form mit einer gewellten oder gefalteten Außenkontur. Beispielsweise kann das Federelement als Rundbalg oder Faltenbalg ausgebildet sein, wobei als Werkstoff zur Ausbildung des Federelementes ein elastisch verformbares Material, insbesondere ein Federstahl oder ein Kunststoff, Einsatz findet. Somit ist das Federelement unter axialer Vorspannung in die Hochdruckpumpe einsetzbar. Zudem ermöglicht die gewellte oder gefaltete Außenkontur eine Stauchung des vorgespannten Federelementes ohne dabei ein Torsionsmoment auf ein mit dem Federelement verbundenes Bauteil zu übertragen. Die Wellen bzw. Falten sind in mehreren gleichmäßig zueinander beabstandeten Radialebenen angeordnet, so dass das Federelement vollständig rotationsnsymmertrisch ausgebildet ist.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt das Federelement eine hohlzylindrische Form mit Durchbrechungen. Die Durchbrechungen sind derart gestaltet, dass sie eine elastische Verformung bei einer Stauchung des Federelementes ermöglichen ohne dabei jedoch ein Torsionsmoment auf ein mit dem Federelement verbundenes Bauteil zu übertragen. Vorzugsweise sind daher die Durchbrechungen über den Umfang gleichmäßig verteilt angeordnet. Das Federelement kann beispielsweise eine Rohrfeder sein, deren Durchbrechungen derart angeordnet sind, dass das Rohr aus einer gitterartigen Struktur gebildet wird. Die gitterartige Struktur bzw. die Durchbrechungen ermöglichen eine torsionsfreie elastische Verformung des Federelementes, so dass bei einer Stauchung des Federelementes kein Torsionsmoment auf ein mit dem Federelement verbundenes Bauteil ausgeübt wird. Als Material wird vorzugsweise wiederum ein elastisch verformbares Material, wie beispielsweise ein Federstahl oder ein Kunststoff, verwendet.
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Weiterhin bevorzugt ist das Federelement einerseits an dem Gehäuseteil, in welchem der Pumpenkolben hubbeweglich aufgenommen ist, und andererseits zumindest mittelbar an dem Pumpenkolben oder dem Stößel abgestützt. An dem Gehäuseteil ist hierzu bevorzugt eine radial verlaufende Stützfläche zur Anlage des Federelementes ausgebildet. Die Stützfläche kann von einem ringförmigen axialen Ansatz zur Lagesicherung des Federelementes in radialer Richtung eingefasst sein. Der Innendurchmesser des ringförmigen axialen Ansatzes ist daher an den Außendurchmesser des Federelementes angepasst.
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Zur Abstützung des Federelementes am Stößel wird vorgeschlagen, dass der Stößel eine im Wesentlichen hohlzylindrische Form besitzt und innenumfangsseitig einen als Federteller dienenden radial verlaufenden Absatz und/oder scheibenförmigen Einsatz aufweist. Im letztgenannten Fall ist das Federelement mittelbar am Stößel abgestützt. Der scheibenförmige Einsatz kann zudem der Verbindung des Stößels mit dem Pumpenkolben dienen.
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Zur drehbaren Lagerung der Rolle wird weiterhin vorgeschlagen, dass in dem Stößel ein Stützelement aufgenommen ist, das vorzugsweise eine an den Querschnitt der Rolle angepasste Ausnehmung besitzt. Auf diese Weise bilden der Stößel, die Rolle und der Pumpenkolben eine in die Hochdruckpumpe einfach einsetzbare Baueinheit aus, wobei durch die Verbindung der die Baueinheit bildenden Bauteile eine optimale Kraftübertragung gewährleistet ist.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
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1 einen Längsschnitt durch eine aus dem Stand der Technik bekannte Hochdruckpumpe im Bereich eines Pumpenelementes und
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2a–d einen Längsschnitt, einen Teillängsschnitt, eine Teilansicht und eine perspektivische Detailansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe,
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3a–d einen Längsschnitt, einen Teillängsschnitt, eine Teilansicht und eine perspektivische Detailansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe und
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4a–d einen Längsschnitt, einen Teillängsschnitt, eine Teilansicht und eine perspektivische Detailansicht einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Dem Längsschnitt der 1 durch eine aus dem Stand der Technik bekannte Hochdruckpumpe ist ein Pumpenelement mit einem in einer Bohrung 1 eines Gehäuseteils 2 hubbeweglich geführten Pumpenkolben 3 zu entnehmen, der über einen Stößel 4 und eine Rolle 5 an einem Nocken 6 einer Antriebswelle 7 abgestützt ist. Bei einer Rotation der Antriebswelle 7 läuft die Rolle außenumfangsseitig am Nocken 6 ab, wobei der Stößel 4 und der Pumpenkolben 3 mit dem Anstieg der Nockenbahn angehoben werden und bei abfallender Nockenbahn durch die Federkraft eines einerseits am Gehäuseteil 2, andererseits am Stößel 4 abgestützten Federelementes 8 in Form einer Schraubendruckfeder in Anlage mit dem Nocken 6 der Antriebswelle 7 gehalten werden. Auf diese Weise führt der Pumpenkolben 3 abwechselnd einen Förderhub und einen Saughub aus.
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Die in den 2a–d dargestellte erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe weist im Unterschied zur bekannten Hochdruckpumpe der 1 ein Federelement 8 auf, das als Rundbalg ausgebildet ist. Das heißt, dass das Federelement 8 eine hohlzylindrische Form mit einer wellenförmigen Außenkontur besitzt. Zudem ist das Federelement 8 aus einem elastisch verformbaren Material hergestellt, so dass der Rundbalg in axialer Richtung zusammendrückbar bzw. stauchbar ist und nach der Stauchung wieder seine Ausgangsform einnimmt. Da das Federelement 8 zudem vollständig rotationssymmetrisch ausgebildet ist, erfährt das Federelement 8 bei einer Stauchung keine Verdrehung oder Verdrillung, so dass auch auf mit dem Federelement 8 verbundene Bauteile keine in tangentialer Richtung wirksamen Kräfte ausgeübt werden. Das Zusammenziehen und Dehnen des Federelementes 8 erfolgt somit torsionsfrei.
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Gleiches gilt in Bezug auf die in den 3a–d dargestellte zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe, wobei hier das Federelement 8 als Faltenbalg ausgebildet ist. Das heißt, dass das Federelement 8 eine hohlzylindrische Form mit einer gefalteten Außenkontur besitzt. Auch dieses Federelement 8 ist aus einem elastisch verformbaren Material hergestellt, so dass es nach einer Stauchung in seine Ursprungsform zurückfindet.
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Schließlich trifft das zuvor Gesagte auch auf die in den 4a–d dargestellte dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe zu. Das Federelement 8 weist wiederum eine hohlzylindrische Form, diesmal jedoch mit einer glatten Außenkontur auf. Statt einer welligen oder gefalteten Außenkontur weist das Federelement 8 Durchbrechungen 9 auf, die über den Umfang des Hohlzylinders gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Die Durchbrechungen 9 führen zur Ausbildung einer gitterartigen Struktur, welche die Verformbarkeit des Federelementes 8 gewährleistet. Voraussetzung ist ferner die Verwendung eines elastisch verformbaren Materials, damit das Federelement 8 nach der Verformung wieder seine Ausgangsform einnimmt. Die gitterartige Struktur wird vorzugsweise aus sich scherenartig kreuzenden Stegen 14 und den dazwischen liegenden Durchbrechungen 9 gebildet. Die Kreuzungspunkte der Stege 14 bilden auf diese Weise Gelenke aus, so dass das die Gitterstruktur zusammendruckbar bzw. stauchbar ist. Eine darüber hinaus gehende Formveränderung des Federelementes 8 findet im Wesentlichen nicht statt, auch keine Verdrehung oder Verdrillung. Die Stauchung erfolgt demnach torsionsfrei und es wird kein Torsionsmoment auf mit dem Federelement 8 verbundene Bauteile übertragen.
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Allen drei in den 2 bis 4 dargestellten Ausführungsformen ist gemein, dass der Stößel 4 ebenfalls hohlzylindrisch ausgebildet ist und innenumfangseitig einen radial verlaufenden Absatz 10 aufweist, an dem das Federelement 8 zumindest mittelbar abgestützt ist. Denn an dem radial verlaufenden Absatz 10 liegt ein scheibenförmiger Einsatz 11 an, der als Federteller dient. Der scheibenförmige Einsatz 11 besitzt ferner die Funktion, eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Pumpenkolben 3 und dem Stößel 4 herzustellen, da der scheibenförmige Einsatz 11 den Pumpenkolben 3 im Bereich seines Kolbenfußes hintergreift. Somit ist eine Mitnahme des Pumpenkolbens 3 über den Stößel 4 gewährleistet.
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Zur drehbaren Lagerung der Rolle 5 ist in dem Stößel 4 ferner ein Stützelement 12 eingesetzt, das eine an die Querschnittsform der Rolle 5 angepasste Ausnehmung 13 besitzt. In axialer Richtung ist das Stützelement 12 am radial verlaufenden Absatz 10 abgestützt.
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Auch am Gehäuseteil 2 ist eine radial verlaufende Fläche 15 zur Abstützung des Federelementes 8 vorgesehen. Die radial verlaufende Fläche 15 wird seitlich von einem ringförmigen axialen Ansatz 16 begrenzt, um eine Lageänderung des Federelementes 8 in radialer Richtung zu verhindern. Auch diese Maßnahme, die eine parallele Ausrichtung des Federelementes 8 in Bezug auf eine axial wirksame Kraft sicherstellt, trägt dazu bei, dass eine gleichmäßige Belastung und eine gleichmäßige Verformung des Federelementes 8 erfolgt, die zudem torsionsfrei ist, so das keine in tangentialer Richtung wirksame Kraft auf ein mit dem Federelement 8 verbundenes Bauteil übertragen wird.
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Die vorgeschlagene Hochdruckpumpe macht demnach eine zusätzliche, aufwendig herstellbare Verdrehsicherung des Stößels 4 entbehrlich. Die erfindungsgemäße Hochdruckpumpe ist demnach einfach und kostengünstig herstellbar. Zudem wird eine Beschädigung der Hochdruckpumpe bzw. ein Triebwerkschaden wirksam verhindert, da eine optimale Ausrichtung der Rolle 5 zur Nockenbahn dauerhaft sicherstellt ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008015547 A1 [0002]
