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Die Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe.
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Vorzugsweise wird eine derartige Hochdruckpumpe als Förderpumpe zur Förderung von Fluid für ein Speichereinspritzsystem für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen verwendet.
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Speichereinspritzsysteme für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeuge, beispielsweise in Common-Rail-Systemen, sollen den notwendigen Volumenstrom und den erforderlichen Fluiddruck bereitstellen können. Die Hochdruckpumpe unterliegt in Speichereinspritzsystemen für Kraftfahrzeuge starken Belastungen, insbesondere mechanischen Beanspruchungen. Insbesondere müssen von derartigen Hockdruckpumpen große Kräfte aufgenommen werden können. Damit werden sowohl hohe Anforderungen an das Material als auch an die Konstruktion der Hockdruckpumpe gestellt.
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Da Hochdruckpumpen Drücken von beispielsweise bis zu über 2000 bar ausgesetzt sind, müssen sie hohen Beanspruchungen standhalten.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Hochdruckpumpe zu schaffen, die auch bei hohen Pumpendrücken einen zuverlässigen und präzisen Betrieb ermöglicht. Zugleich soll die Hochdruckpumpe kostengünstig herstellbar sein.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Die Erfindung zeichnet sich aus durch eine Hochdruckpumpe zur Förderung eines Fluids, mit einem Pumpengehäuse, einer in dem Pumpengehäuse drehbar gelagerten Antriebswelle, einem auf der Antriebswelle gleitend gelagerten Exzenter, mindestens einer von der Antriebswelle antreibbaren Pumpeneinheit, und einem Volumenstromsteuerventil. Die Pumpeneinheit weist auf ein Zylindergehäuse mit einer Zylinderlängsachse und einer Zylinderkammer, einen in der Zylinderkammer axial bewegbar angeordneten Hochdruckkolben ist, und einen fest mit dem Hochdruckkolben gekoppelten Gleitschuh, der ausgebildet ist zu einem Gleitkontakt mit dem Exzenter. Das Volumenstromsteuerventil ist ausgebildet zum Einstellen des Fluidzuflusses in die Hochdruckpumpe. Das Volumenstromsteuerventil ist fest mit dem Pumpengehäuse gekoppelt und wenigstens teilweise außerhalb des Pumpengehäuses angeordnet ist.
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Dies hat den Vorteil, dass für Radialkolbenpumpen mit einem Gleitschuh, der mit einem Exzenter in Gleitkontakt ist, eine kurze Länge der Hochdruckpumpe erreicht werden kann. Des Weiteren kann das Volumenstromsteuerventil so angeordnet werden, dass nur wenige Umlenkungen der Fluidströmung in der Hochdruckpumpe erforderlich sind. Damit kann ein geringer Druckverlust in der Hochdruckpumpe erreicht werden. Des Weiteren kann ein einfacher Aufbau der Hochdruckpumpe erreicht werden. Darüber hinaus ist es möglich, die Hochdruckpumpe sehr einfach zu montieren und damit zu geringen Kosten zu fertigen.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform weist das Pumpengehäuse eine Ausnehmung auf, in der das Volumenstromsteuerventil teilweise angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass eine sichere Kopplung zwischen dem Pumpengehäuse und dem Volumenstromsteuerventil möglich ist. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform hat das Pumpengehäuse in Richtung einer Zentralachse der Antriebswelle eine Länge von maximal 80 mm.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform hat die Hochdruckpumpe in Richtung senkrecht zu der Zentralachse der Antriebswelle eine maximale Erstreckung von zirka 150 mm.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Ansicht einer Hochdruckpumpe in einem Längsschnitt,
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2 eine schematische Ansicht der Hochdruckpumpe in einem Querschnitt entlang der Linie II-II' der 1, und
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3 eine schematische Ansicht der Hochdruckpumpe in einem Querschnitt entlang der Linie III-III' der 1.
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Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die Figuren zeigen eine Hochdruckpumpe 10 mit einem Pumpengehäuse 12. Das Pumpengehäuse 12 ist ganz oder teilweise aus einem Metall, vorzugsweise einem Stahl oder einem Gusseisen, insbesondere einem grauen Gusseisen, gebildet. Das Pumpengehäuse 12 ist in der dargestellten Ausführungsform zweiteilig aus einem ersten Teil 12a und einem als Buchse ausgebildeten zweiten Teil 12b ausgeführt (2). Das Pumpengehäuse 12 kann jedoch auch einteilig ausgeführt sein oder mehr als zwei Teile aufweisen. Die Hochdruckpumpe 10 hat in der hier dargestellten Ausführungsform zwei Pumpeneinheiten 14. In weiteren Ausführungsformen kann die Hochdruckpumpe 10 jedoch auch eine Pumpeneinheit oder mehr als zwei Pumpeneinheiten aufweisen.
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Die Hochdruckpumpe 10 weist zentral eine Antriebswelle 15 auf, die drehbar in dem Pumpengehäuse 12 gelagert ist. Die Antriebswelle 15 ist mittels Gleitlagern 38 in dem Pumpengehäuse 12 gelagert.
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Die Gleitlager 38 bestehen vorzugsweise aus einem Polytetrafluorethylen oder weisen ein Polytetrafluorethylen auf. Besonders bevorzugt ist, wenn die Gleitlager 38 aus einem Polyetheretherketon bestehen oder ein Polyetheretherketon aufweisen.
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Insbesondere hat das erste Teil 12a des Pumpengehäuses 12 ein Sackloch 13, das zur Lagerung eines Endabschnitts 15a der Antriebswelle 15 ausgebildet ist. Das als Buchse ausgebildete zweite Teil 12b des Pumpengehäuses 12 ist mit dem ersten Teil 12a des Pumpengehäuses 12 fest gekoppelt, und ermöglicht eine sichere Lagerung der Antriebswelle 15 in dem Pumpengehäuse 12. Die Antriebswelle 15 steht mit einem Exzenter 16 in Wirkverbindung (1 und 3). Anstelle des Exzenters 16 kann eine Nockenwelle zum Einsatz kommen. In diesem Fall kann die Anzahl der Förder- und Kompressionshübe über die Anzahl der Nocken vorgegeben werden.
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Jede der Pumpeneinheiten 14 besteht im Wesentlichen aus einem mit dem Pumpengehäuse 12 gekoppelten Zylindergehäuse 17 mit einer Zylinderlängsachse L, einer in dem Zylindergehäuse 17 angeordneten Zylinderkammer 18, einer Feder 20 und einem Hochdruckkolben 21. Das Zylindergehäuse 17, die Zylinderkammer 18, der Hochdruckkolben 21 und die Feder 20 sind zueinander koaxial angeordnet. Das Zylindergehäuse 17 ist aus einem Metall, vorzugsweise einem Stahl gebildet.
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Der Hochdruckkolben 21 ist axial bewegbar in der Zylinderkammer 18 des Zylindergehäuses 17 gelagert und steht mit dem Exzenter 16 in Wirkverbindung. Der Hochdruckkolben 21 wird mittels der Feder 20, die sich vorzugsweise am Zylindergehäuse 17 abstützt und mit dem Hochdruckkolben 21 zusammenwirkt, in ständiger Anlage an den Exzenter 16 gehalten. Damit kann ein Abheben und Wiederauftreffen des Hochdruckkolbens 21 auf den Exzenter 16 vermieden werden, was zu Beschädigungen sowohl des Exzenters 16 als auch des Hochdruckkolbens 21 führen könnte.
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Um die Zylinderkammer 18 mit Fluid befüllen zu können, weist das Zylindergehäuse 17 eine Zulaufleitung 22 auf, in der vorzugsweise ein Einlassventil 23 angeordnet ist. Das Einlassventil 23 erleichtert die Befüllung der Zylinderkammer 18 und verhindert während der Kompressionsphase das Zurückströmen des Fluids aus der Zulaufleitung 22. Das Zylindergehäuse 17 weist weiter eine Ablaufleitung 24 und ein in dieser angeordnetes Auslassventil 25 auf. Über die Ablaufleitung 24 und das. Auslassventil 25 kann das Fluid aus der Zylinderkammer 18 ausgestoßen werden.
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Die Pumpeneinheit 14 hat einen mit dem Hochdruckkolben 21 dem fest gekoppelten Gleitschuh 32. Der Gleitschuh 32 weist auf seiner dem Exzenter 16 zugewandten Seite eine Abflachung auf. Die Abflachung des Gleitschuhs 32 ist in Wirkverbindung mit dem Exzenter 16. Damit kann ein Gleitkontakt zwischen dem Gleitschuh 32 und dem Exzenter 16 erreicht werden (3).
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Im Folgenden soll die Funktion der Hochdruckpumpe 10 insbesondere anhand der 1 und 3 beschrieben werden:
Durch eine Drehbewegung der Antriebswelle 15 und einer damit verbundenen Bewegung des Exzenters 16 wird zunächst ein Saughub durchgeführt, das heißt eine Bewegung des Hochdruckkolbens 21 in Richtung auf eine Zentralachse Z der Antriebswelle 15 hin. Dabei wird Fluid aus der Zulaufleitung 22 über das Einlassventil 23 in die Zylinderkammer 18 gefördert, wobei das Auslassventil 25 geschlossen ist. Durch eine weitere Drehung der Antriebswelle 15 und einer damit verbundenen Bewegung des Exzenters 16 wird dann ein Pumphub durchgeführt, das heißt eine Bewegung des Hochdruckkolbens 21 von der Zentralachse Z der Antriebswelle 15 weg. Dabei wird das in der Zylinderkammer 18 befindliche Fluid komprimiert beziehungsweise über das Auslassventil 25 unter hohem Druck abgegeben, wobei das Einlassventil 23 geschlossen ist.
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Handelt es sich bei der Hochdruckpumpe 10 beispielsweise um eine Kraftstoffhochdruckpumpe einer Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine, so kann das mit hohem Druck beaufschlagte Fluid zu einem Hochdruckkraftstoffspeicher, dem so genannten Common-Rail gelangen.
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Die Hochdruckpumpe 10 hat ein Volumenstromsteuerventil 34, mittels dem der Fluidzufluss in die Hochdruckpumpe 10 eingestellt werden kann. Das Volumenstromsteuerventil 34 ist fest mit dem Pumpengehäuse 12 gekoppelt. Das Pumpengehäuse 12 hat in der hier dargestellten Ausführungsform eine Ausnehmung 36. Das Volumenstromsteuerventil 34 ist teilweise in der Ausnehmung 36 und teilweise außerhalb des Pumpengehäuses 12 angeordnet.
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Die dargestellte Anordnung des Volumenstromsteuerventils 34 wenigstens teilweise außerhalb des Pumpengehäuses 12 hat den Vorteil, dass das Volumen des Pumpengehäuses 12 klein sein kann und eine kurze Länge L1 des Pumpengehäuses 12 und damit eine geringe Länge der Hochdruckpumpe 10 erreicht werden kann. Die Länge L1 des Pumpengehäuses 12 liegt vorzugsweise in einem Bereich zwischen 50 mm und 150 mm, besonders bevorzugt in einem Bereich von kleiner 80 mm. Des Weiteren kann die Hochdruckpumpe 10 in einer Richtung senkrecht zu der Zentralachse Z der Antriebswelle 15 eine maximale Erstreckung E1 von vorzugsweise 130 bis 200 mm haben. Besonders bevorzugt ist eine maximale Erstreckung E1 der Hochdruckpumpe 10 von zirka 150 mm. Der Systemdruck der Hochdruckpumpe 10 liegt vorzugsweise zwischen 1200 und 2200 bar, besonders bevorzugt bei 2000 bar. Die Radialkraft der Hochdruckpumpe 10 liegt vorzugsweise zwischen 1000 N und 3000 N, besonders bevorzugt bei 2000 N.
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Des Weiteren kann das Volumenstromsteuerventil 34 mit seinem Zu- und Ablauf so angeordnet werden, dass im Hinblick auf die hydraulische Kopplung mit weiteren Komponenten der Hochdruckpumpe 10 nur wenige Umlenkungen der Fluidströmung erforderlich sind. Damit kann ein geringer Druckverlust erreicht werden.
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Des Weiteren kann ein sehr einfacher Aufbau der Hochdruckpumpe 10, insbesondere des Pumpengehäuses 12 erreicht werden. Insbesondere kann die Anzahl der Teile des Pumpengehäuses 12 und damit die Anzahl von Kleinteilen wie Schrauben, O-Ringen und Verschlusskugeln klein gehalten werden oder diese Kleinteile können ganz entfallen. Damit kann eine sehr einfache Montage der Hochdruckpumpe 10 erreicht werden. Aufgrund der geringen Anzahl von Teilen der Hochdruckpumpe 10 und des geringen Montageaufwands können so geringe Gesamtkosten der Hochdruckpumpe 10 erreicht werden.
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Die Auslassventile 25 sind vorzugsweise derart angeordnet, dass sie in einer Ebene E mit dem in dem Sackloch 13 angeordneten Endabschnitt 15a der Antriebswelle 15 liegen. Die Einlassventile 23 der Pumpeneinheiten 14 liegen den Auslassventilen 25 bezüglich der Zylinderlängsachse L jeweils gegenüber. Diese Anordnung der Einlassventile 23 und der Auslassventile 25 hat zum einen den Vorteil, dass Hochdruckbohrungen, die die Auslassventile 25 hydraulisch miteinander verbinden, in einfacher Weise in dem ersten Teil 12a des Pumpengehäuses 12 nahe der Ebene E angeordnet sein können. Zum anderen kann die Zahl von Umlenkungen der Fluidströmung in der Hochdruckpumpe 10 gering gehalten werden. Insbesondere kann die Zahl von Umlenkungen der Fluidströmung zwischen dem Volumenstromsteuerventil 34 und den Einlassventilen 23 gering gehalten werden. Dadurch kann der Druckverlust in der Hochdruckpumpe 10 klein gehalten werden (1).
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Hochdruckpumpe
- 12
- Pumpengehäuse
- 12a, 12b
- Teile von 12
- 13
- Sackloch
- 14
- Pumpeneinheit
- 15
- Antriebswelle
- 15a
- Endabschnitt von 15
- 16
- Exzenter
- 17
- Zylindergehäuse
- 18
- Zylinderkammer
- 20
- Feder
- 21
- Hochdruckkolben
- 22
- Zulaufleitung
- 23
- Einlassventil
- 24
- Ablaufleitung
- 25
- Auslassventil
- 32
- Gleitschuh
- 34
- Volumenstromsteuerventil
- 36
- Ausnehmung im Pumpengehäuse
- 38
- Gleitlager
- E
- Ebene
- L
- Zylinderlängsachse
- Z
- Zentralachse von 15
- L1
- Länge
- E1
- Erstreckung
