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Die Erfindung betrifft eine Kreuzscheibenkupplung zur Übertragung eines Drehmoments von einer ersten Welle auf eine zweite Welle mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Kraftstoffhochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einer solchen Kreuzscheibenkupplung.
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Stand der Technik
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Kraftstoffhochdruckpumpen der vorstehend genannten Art dienen dazu, Kraftstoff, insbesondere Dieselkraftstoff, in einen Hochdruckspeicher zu fördern, von wo aus der Kraftstoff unter hohem Druck in den Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Hierzu weist die Kraftstoffhochdruckpumpe eine Antriebswelle mit einem Nocken- oder Exzentertrieb auf, mittels derer ein Pumpenkolben wenigstens eines Pumpenelementes zu einer Hubbewegung antreibbar ist. Im Saughub des Pumpenkolbens wird Kraftstoff aus einem Niederdruckbereich angesaugt und im Förderhub des Pumpenkolbens im Pumpenarbeitsraum verdichtet, um dann unter hohem Druck stehend dem Hochdruckspeicher zugeführt zu werden. Bei einer gattungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe ist die Antriebswelle der Pumpe über eine Kreuzscheibenkupplung mit einer motorseitigen Antriebswelle drehmomentübertragend verbindbar. Eine entsprechende Antriebskupplung weist den Vorteil auf, dass die Kraftstoffhochdruckpumpe querkraftfrei betrieben werden kann, so dass die Belastungen im Bereich der Pumpenlager reduziert werden. Eine Kreuzscheibenkupplung als Antriebskupplung ermöglicht darüber hinaus sowohl einen radialen als auch axialen Versatz.
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Eine gattungsgemäße Kreuzscheibenkupplung geht beispielhaft aus der Offenlegungsschrift
DE 198 57 248 A1 hervor. Die hierin beschriebene Kreuzscheibe ermöglicht über ein Nut-Feder-System die Verbindung zweier Wellenenden zur Drehmomentübertragung. Da im Betrieb das Nut-Feder-System einer hohen Belastung ausgesetzt ist, werden die Kontaktstellen zwischen Nut und Feder geschmiert. Die Kupplungseinheit ist hierzu in einem Ölbad angeordnet. Aufgrund der Zentrifugalkraft wird der Zutritt des Schmiermittels im Betrieb jedoch erschwert. Um die Schmierung an den Kontaktstellen zwischen Nut und Feder zu verbessern, wird daher in der genannten Offenlegungsschrift vorgeschlagen, an der Kreuzscheibe eine Schmiermittelfördereinrichtung vorzusehen. Die Schmiermittelfördereinrichtung umfasst zwei senkrecht zueinander versetzte Radialnuten, die in einer Stirnseite der Kreuzscheibe ausgespart sind, wobei die seitlichen Begrenzungswände jeweils an einem Ende einer Nut unterschiedlich lang ausgebildet sind, um über die radial vorstehende Begrenzungswand nach Art einer Schaufel das Schmiermittel nach radial innen zu fördern.
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Eine weitere Kreuzscheibenkupplung bzw. Klauenkupplung als Bestandteil einer Kraftstoffeinspritzpumpe wird in der Offenlegungsschrift
DE 39 43 299 A1 offenbart. Die Klauenkupplung dient der Verbindung einer Antriebswelle mit einem Nockentriebwerk, umfassend einen Rollenring sowie eine Hubscheibe, und ist gemeinsam mit dem Nockentriebwerk in einem mit Schmieröl teilgefüllten Triebwerksraum der Pumpe angeordnet. Zur Sicherstellung einer ausreichenden Schmierölversorgung der hochbelasteten Antriebsflächen der Klauenkupplung besteht ein Schmierölfluss durch die Antriebswelle hindurch bis in die Klauenkupplung, wobei der Schmierölfluss über Schmierölöffnungen in mindestens denjenigen Klauenflächen der Klauenkupplung austritt, die eine Drehkraft übertragen. Eine als Kreuzscheibe ausgebildete Kupplungsscheibe weist hierzu Verteilerbohrungen auf, die sich von den Klauenflächen der Kupplungsklaue, die an den die Schmierölöffnungen tragenden Klauenflächen der Antriebsklauen anliegen, bis zu den in Drehrichtung vorauseilenden Klauenflächen der gleichen Kupplungsklaue erstrecken. Durch diese konstruktive Gestaltung ist sichergestellt, dass die ein Drehmoment übertragenden Klauenflächen der Klauenkupplung stets ausreichend mit Schmieröl versorgt sind. Darüber hinaus wird das an den Klauenflächen austretende Öl im Betrieb der Pumpe durch die Zentrifugalkraft nach außen geschleudert und schmiert somit die Rollen des Triebwerks.
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In den 1 und 2 ist eine weitere aus dem Stand der Technik bekannte Kraftstoffhochdruckpumpe mit einer Kreuzscheibenkupplung dargestellt, bei welcher die Kreuzscheibenkupplung 1 außerhalb eines Gehäuseteils 13 der Hochdruckpumpe stirnseitig auf eine Nockenwelle 2 der Pumpe aufgesetzt ist. Die Kreuzscheibenkupplung 1 umfasst eine drehfest mit der Nockenwelle 2 verbundene Klauennabe 3, in welcher eine Kreuzscheibe 4 aufgenommen ist. Diese ist wiederum mit einer weiteren Klaueneinrichtung einer motorseitigen Antriebswelle (nicht dargestellt) drehmomentübertragend verbindbar. Wie der 2 zu entnehmen ist, verdeckt die Kreuzscheibenkupplung den gesamten Öffnungsquerschnitt eines Wellendichtrings 15, welcher in eine Gehäuseteilbohrung 14 eingesetzt ist und der Abdichtung des Ringspalts zwischen der Nockenwelle 2 und dem Gehäuseteil 13 dient. Da zudem der axiale Abstand der Kreuzscheibenkupplung 1 zum Wellendichtring 15 bauraumbedingt gering bemessen ist, ist nicht sichergestellt, dass der Wellendichtring 15 von der Motorseite mit ausreichend Motoröl zur Schmierung versorgt wird. Eine unzureichende Schmierung hat zur Folge haben, dass sich der Verschleiß an den Kontaktflächen des Wellendichtrings 15 und der Nockenwelle 2 erhöht. Dabei kann sich der Wellendichtring 15 in die Nockenwelle 2 eingraben. Ferner ist aufgrund des erhöhten Verschleißes die Funktionalität des Wellendichtrings 15 nicht mehr gewährleistet. Es kann somit zur Ölleckage kommen. Werden über das Öl ferner Rußpartikel, welche im Motoröl gelöst sein können, eingetragen, kann dies ferner zur Schädigung eines zweiten pumpenseitigen Wellendichtrings führen. Über die Ölleckage kann es dann zu einem Öleintrag in die Pumpe kommen, während in umgekehrter Richtung die Gefahr einer Kraftstoffleckage besteht.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kreuzscheibenkupplung bzw. eine Kraftstoffhochdruckpumpe mit einer Kreuzscheibenkupplung derart weiterzubilden, dass die vorstehend genannten Probleme nicht oder zumindest in deutlich verringertem Maße auftreten. Insbesondere soll die Kreuzscheibenkupplung derart gestaltet sein, dass eine ausreichende Schmierung bzw. Beölung des motorseitigen Wellendichtrings sichergestellt ist.
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Zur Lösung der Aufgabe wird eine Kreuzscheibenkupplung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Kraftstoffhochdruckpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 7 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorgeschlagene Kreuzscheibenkupplung umfasst eine Klauennabe und eine Kreuzscheibe, die in die Klauennabe einsetzbar und mit einer weiteren Klaueneinrichtung drehmomentübertragend koppelbar ist. Erfindungsgemäß weist die Kreuzscheibe wenigstens einen Schmierölversorgungskanal in Form einer Bohrung und/oder einer Nut auf, die sich von einer Stirnfläche zur anderen Stirnfläche der Kreuzscheibe erstreckt. Die Ausrichtung des Schmierölversorgungskanals ermöglicht somit den Transport des Schmieröls von der Antriebseite auf die Abtriebseite. Findet eine derartige Kreuzscheibenkupplung Einsatz in einer Kraftstoffhochdruckpumpe der eingangs genannten Art, wird über den Schmierölversorgungskanal eine ausreichende Schmierung bzw. Beölung der Nockenwelle und/oder eines hierauf angeordneten Wellendichtrings der Hochdruckpumpe sichergestellt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Kreuzscheibe mehrere als Schmierölversorgungskanal dienende Bohrungen und/oder Nuten auf. Diese sind weiterhin bevorzugt im Bereich der in Eingriff mit den Klauen der Klauennabe stehenden kreuzförmig angeordneten Klauen der Kreuzscheibe entlang einer Kreislinie im gleichen Winkelabstand zueinander angeordnet. Im Falle von Bohrungen weist die Kreislinie, entlang derer die Bohrungen angeordnet sind, einen Durchmesser auf, der kleiner als der Außendurchmesser der Kreuzscheibe ist. Im Falle der Nuten entspricht der Durchmesser der Kreislinie dem Außendurchmesser der Kreuzscheibe. D. h., dass die Nuten bevorzugt außenumfangseitig ausgebildet sind. Letzteres besitzt den Vorteil, dass bei einer Beölung der Kreuzscheibenkupplung im Wege einer außenumfangseitigen Betropfung, die außenumfangseitig ausgebildeten Nuten den Transport des Schmieröls zur Abtriebseite hin sicherstellen. Ferner wird über die außenumfangseitigen Nuten eine Zerstäubung des Öls bewirkt, wobei der entstehende Ölnebel bis zum Wellendichtring vordringen kann.
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Bei der Ausbildung mehrerer als Schmierölversorgungskanal dienender Bohrungen sind diese weiterhin bevorzugt über eine an einer Stirnfläche der Kreuzscheibe ausgebildete Ringnut verbunden. Eine entsprechende Ringnut ist insbesondere auf der antriebseitigen bzw. motorseitigen Stirnfläche der Kreuzscheibe vorgesehen. Alternativ oder ergänzend kann eine entsprechende Ringnut auch auf der abtriebseitigen Stirnfläche, d. h. bei Einsatz der Kreuzscheibenkupplung in einer Kraftstoffhochdruckpumpe, pumpenseitigen Stirnfläche angeordnet sein. Die Ringnut verhindert, dass das auf die Stirnfläche auftreffende Schmieröl aufgrund der Zentrifugalkraft nach radial außen abströmt. Das Schmieröl wird vielmehr in der Ringnut gesammelt und über den Umfang verteilt den Bohrungen zugeführt.
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Vorteilhafterweise verlaufen die mehreren Bohrungen und/oder Nuten schräg zur Längsachse A der Nockenwelle. Die Ausrichtung der Bohrungen und/oder Nuten erfolgt vorzugsweise in der Weise, dass der Ölfluss durch die Bohrungen bzw. Nuten erhöht wird. Hierzu werden die Bohrungen und/oder Nuten unter einem Winkel gefertigt.
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Um die Zentrifugalkraft zu nutzen, wird vorgeschlagen, dass die mehreren Bohrungen von der antriebseitigen Stirnfläche aus nach radial außen verlaufen. Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass die Bohrungen schräg gegen die Drehrichtung verlaufen. Beide Maßnahmen bewirken eine Erhöhung des Ölflusses durch die Bohrungen.
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Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass die mehreren außenumfangseitig ausgebildeten Nuten der Kreuzscheibe von der antriebseitigen Stirnfläche aus schräg gegen die Drehrichtung verlaufen. Durch diese Maßnahme kann der Ölfluss durch die Nuten gesteigert werden. Zugleich wird die Zerstäubungswirkung erhöht.
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Die zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe ebenfalls vorgeschlagene Kraftstoffhochdruckpumpe umfasst eine Nockenwelle und zur drehmomentübertragenden Verbindung der Nockenwelle mit einer Motorantriebswelle eine erfindungsgemäße Kreuzscheibenkupplung. Bei dieser Kraftstoffhochdruckpumpe handelt es sich insbesondere um eine Common-Rail-Pumpe für ein Common-Rail-Einspritzsystem.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
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1 eine perspektivische Darstellung einer Kraftstoffhochdruckpumpe mit einer Kreuzscheibenkupplung,
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2 eine Schnittdarstellung durch die Hochdruckpumpe der 1 im Bereich der Kreuzscheibenkupplung,
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3 eine perspektivische Schnittdarstellung einer Kreuzscheibe einer ersten erfindungsgemäßen Kreuzscheibenkupplung und
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4 eine perspektivische Darstellung einer Kreuzscheibe einer zweiten erfindungsgemäßen Kreuzscheibenkupplung.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Im Hinblick auf die in den 1 und 2 dargestellte Kraftstoffhochdruckpumpe wird auf die bereits erfolgte Beschreibung in der Beschreibungseinleitung verwiesen. Die erfindungsgemäße Hochdruckpumpe kann eine Kreuzscheibenkupplung entsprechend der der bekannten Hochdruckpumpe der 1 und 2 umfassen, wobei jedoch die Kreuzscheibe abweichend gestaltet ist. Beispielhafte Gestaltungen der Kreuzscheibe einer erfindungsgemäßen Kreuzscheibenkupplung gehen aus den 3 und 4 hervor.
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Die in der 3 dargestellte erste Ausführungsform einer Kreuzscheibe 4, welche in eine Klauennabe 3 einer Kreuzscheibenkupplung 1 derart einsetzbar ist, dass über die jeweiligen Anlageflächen an den Klauen 10, 11 ein Drehmoment übertragbar ist, weist mehrere Schmierölversorgungskanäle 5 in Form von Bohrungen 6 auf, die entlang einer Kreislinie angeordnet sind und im Wesentlichen axial verlaufen. Die Bohrungen 6 sind über eine Ringnut 12 verbunden, welche ein Abströmen des Schmieröls nach radial außen verhindert. Über die Ringnut 12 wird demnach das Schmieröl den Bohrungen 6 zugeführt. Die Ringnut 12 fällt mit der Kreislinie zusammen, entlang welcher die Bohrungen 6 angeordnet sind. Der Durchmesser der Kreislinie ist größer als der Außendurchmesser eines ringförmigen Innenteils der Kreuzscheibe 4, jedoch kleiner als der Außendurchmesser der Kreuzscheibe 4 gewählt. Somit kommen die Bohrungen 6 im Bereich der Klauen 11 der Kreuzscheibe 4 zu liegen. Im Bereich der Ausnehmungen zwischen den Klauen 11 ist die Ringnut 12 unterbrochen. Um eine weitgehend durchlaufende Ringnut 12 und damit eine gleichmäßige Verteilung des Schmieröls zu realisieren, kann die Ringnut 12 im Bereich der Klauen 10 der Klauennabe 3 fortgeführt sein. Des weiteren kann die Klaue 10 der Klauennabe 3 ebenfalls mit Bohrungen 6 als Schmierölversorgungskanal 5 versehen sein, welche den Transport des Schmieröls von der Antriebseite auf die Abtriebseite ermöglichen.
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Zur Erhöhung des Ölflusses kann ferner vorgesehen sein, dass die Bohrungen 6 nicht parallel zur Längsachse A der Nockenwelle 2 verlaufen. Die Bohrungen 6 können beispielsweise von der Stirnfläche 8 zur Stirnfläche 9 hin nach radial außen verlaufen, um den Ölfluss unter Zuhilfenahme der Zentrifugalkraft zu erhöhen. Ferner können alternativ oder ergänzend die Bohrungen 6 entgegen die Drehrichtung angestellt sein, so dass der Ölfluss durch die Rotationsbewegung der Kupplungseinrichtung gefördert wird.
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Eine weitere Ausführungsform einer Kreuzscheibe 4 einer erfindungsgemäßen Kreuzscheibenkupplung geht aus der 4 hervor. Anstelle von Bohrungen 6 weist die Kreuzscheibe 4 außenumfangseitig angeordnete Nuten 7 als Schmierölversorgungskanäle 5 auf, die sich von der Stirnfläche 8 bis zur Stirnfläche 9 der Kreuzscheibe 4 erstrecken. Somit dienen auch die Nuten 7 der Förderung des Schmieröls von der Antriebseite auf die Abtriebseite der Kreuzscheibenkupplung 1. Diese Ausführungsform eignet sich insbesondere für Kreuzscheibenkupplungen, welche zur Schmierölversorgung mit Schmieröl betropft werden. Das außenumfangseitig auftreffende Schmieröl kann in den Nuten 7 gesammelt und zur abtriebseitigen Stirnfläche 9 befördert werden. Die Nuten 7, welche zur Ausbildung außenumfangseitiger Rippen führen, bewirken ferner eine Zerstäubung des Schmieröls, wobei der dabei entstehende Ölnebel ebenfalls zu einer Optimierung der Schmierung der angrenzenden Bauteile, insbesondere einer Nockenwelle 2, beiträgt. Ergänzend zu den außenumfangseitig angeordneten Nuten 7 der Kreuzscheibe 4 kann eine entsprechende Nutenausbildung auch außenumfangseitig an den Klauen 10 der Klauennabe 3 vorgesehen sein.
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Während die Nuten 7 der in der 4 dargestellten Kreuzscheibe 4 axial verlaufen, kann zur Erhöhung des Ölflusses alternativ vorgesehen sein, dass die Nuten 7 nicht axial, sondern schräg gegen die Drehrichtung verlaufen. Gleiches gilt bei einer entsprechenden Nutenausbildung im Bereich des Außenumfangs der Klauen 10 der Klauennabe 3.
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Die Vorteile einer erfindungsgemäßen Kreuzscheibenkupplung 1 lassen sich anschaulich am Beispiel einer Kraftstoffhochdruckpumpe entsprechend der 2 darstellen. Da zur Verringerung des Bauraums die Kreuzscheibenkupplung 1 mit geringem axialem Abstand gegenüber dem Gehäuseteil 13 der Hochdruckpumpe auf der Nockenwelle 2 angeordnet ist, wird eine ausreichende Schmierung der Nockenwelle 2 im Bereich des Wellendichtrings 15 durch die Kreuzscheibenkupplung 1 erschwert. Weist die Kreuzschreibenkupplung 1 jedoch eine Kreuzscheibe 4 und/oder eine Klauennabe 3 entsprechend der erfindungsgemäßen Kreuzscheibenkupplung 1 auf, ist eine ausreichende Schmierölversorgung über die im Wesentlichen axial verlaufenden Bohrungen 6 und/oder Nuten 7 der Kreuzscheibe 4 und/oder der Klauennabe 3 sichergestellt. Aufgrund einer ausreichenden Schmierung verringert sich der Verschleiß im Kontaktbereich des Wellendichtrings 15 mit der Nockenwelle 2, so dass ein dichter Anschluss gewährleistet bleibt. Eine Öl- und/oder Kraftstoffleckage können somit wirksam verhindert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19857248 A1 [0003]
- DE 3943299 A1 [0004]
