DE102011075479A1

DE102011075479A1 - Wellenlager für eine Hochdruckpumpe sowie Hochdruckpumpe

Info

Publication number: DE102011075479A1
Application number: DE102011075479A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Boecking
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-05-09
Filing date: 2011-05-09
Publication date: 2012-11-15
Also published as: WO2012152604A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wellenlager für eine Hochdruckpumpe, umfassend eine in einem Gehäuseteil (1) der Hochdruckpumpe ausgebildete Lagerbohrung (2) und/oder eine Lagerbuchse (3) sowie einen in der Lagerbohrung (2) und/oder der Lagerbuchse (3) aufgenommenen Wellenabschnitt (4) einer Antriebswelle (5), wobei das Wellenlager als Gleitlager (6) ausgebildet ist. Erfindungsgemäß besitzt bzw. besitzen die Lagerbohrung (2), die Lagerbuchse (3) und/oder der Wellenabschnitt (4) eine Umfangsfläche (7), in welcher wenigstens eine Nut (8) zur Aufnahme eines Schmier- und/oder Kühlmediums ausgebildet ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einem solchen Wellenlager.

Description

Die Erfindung betrifft ein Wellenlager für eine Hochdruckpumpe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Hochdruckpumpe mit einem solchen Wellenlager.
Stand der Technik
Ein Wellenlager bzw. eine Hochdruckpumpe mit einem Wellenlager der eingangs genannten Art geht beispielhaft aus der DE 10 2009 028 381 A1 hervor. Die hierin beschriebene Hochdruckpumpe ist vorzugsweise als Radialkolbenpumpe ausgebildet und weist zumindest ein Gehäuseteil sowie eine in dem Gehäuseteil gelagerte Antriebswelle zum Antrieb einer Pumpenbaugruppe auf. Die Lagerung der Antriebswelle im Gehäuseteil erfolgt über ein als Gleitlager ausgebildetes Wellenlager. Um ein kostengünstig herstellbares Wellenlager zu schaffen, das zugleich eine zuverlässige Lagerung der Antriebswelle gewährleistet, wird weiterhin vorgeschlagen, dass das Gleitlager in das Gehäuseteil eingespritzt ist. Der Spritzarbeitsgang zur Ausbildung des Gleitlagers ermöglicht eine hochgenaue Ausgestaltung des Lagers, insbesondere in Bezug auf den Lagerdurchmesser und den damit erzielbaren Rundlauf. Der Einsatz einer zusätzlichen Lagerbuchse, welche in das Gehäuseteil eingepresst ist, soll demzufolge entbehrlich sein. Stattdessen wird das Lagermaterial zur Ausbildung des Gleitlagers mittels eines Spritzgussarbeitsganges direkt in das Gehäuseteil eingespritzt. Im Gehäuseteil ist hierzu eine Lagerbohrung vorgesehen. Das Gehäuseteil kann hierbei ein Grundkörper der Hochdruckpumpe und/oder ein mit dem Grundkörper verbindbares Flanschbauteil sein.
Im Betrieb einer Hochruckpumpe der vorstehend genannten Art bildet sich zwischen dem Wellenabschnitt und dem Gehäuseteil ein Lagerspalt aus, über welchen Kraftstoff vom Pumpeninneren nach außen gelangt. Die Leckage ist gewollt und dient der Schmierung und/oder Kühlung des hochbelasteten Lagerbereiches der Hochdruckpumpe.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Wellenlager für eine Hochdruckpumpe bzw. eine Hochdruckpumpe der eingangs genannten Art mit einer verbesserten Schmierung und/oder Kühlung bereitzustellen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Wellenlager mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Ferner wird die Aufgabe gelöst durch eine Hochdruckpumpe mit einem solchen Wellenlager.
Offenbarung der Erfindung
Das vorgeschlagene Wellenlager für eine Hochdruckpumpe umfasst eine in einem Gehäuseteil der Hochdruckpumpe ausgebildete Lagerbohrung und/oder eine Lagerbuchse sowie einen in der Lageranordnung und/oder der Lagerbuchse aufgenommenen Wellenabschnitt einer Antriebswelle. Das Wellenlager ist als Gleitlager ausgebildet. Erfindungsgemäß besitzt bzw. besitzen die Lagerbohrung, die Lagerbuchse und/oder der Wellenabschnitt eine Umfangsfläche, in welcher wenigstens eine Nut zur Aufnahme eines Schmier- und/oder Kühlmediums ausgebildet ist. Durch Ausbildung einer Nut in einer Umfangsfläche der Lagerbohrung, der Lagerbuchse und/oder des Wellenabschnitts werden die Funktionen Lagern und Schmieren bzw. Kühlen unterschiedlichen Bereichen des Wellenlagers zugeordnet und somit getrennt. Die wenigstens eine Nut in der Umfangsfläche der Lagerbohrung, der Lagerbuchse und/oder des Wellenabschnitts vermag als Depot für ein Schmier- und/oder Kühlmedium zu dienen, aus welchem frisches Schmier- und/oder Kühlmedium zur Benetzung der die Nut umgebenden Lagerflächen entnommen werden kann. In Abhängigkeit von der konkreten Ausbildung der Nut kann diese zudem als Kanal zum Abtransport eines Schmierund/oder Kühlmediums dienen, um verbrauchtes Schmier- und/oder Kühlmedium abzuführen und frisches Medium zuzuführen.
Um die Funktion eines Kanals zu erfüllen, wird weiterhin vorgeschlagen, dass die Nut zur Aufnahme eines Schmier- und/oder Kühlmediums im wesentlichen parallel in Bezug auf die Längsachse der Antriebswelle verläuft. Erstreckt sich die Nut über die gesamte axiale Erstreckung des Lagerbereichs, kann eine gleichmäßige Schmierung und/oder Kühlung des Wellenlagers bewirkt werden. Gemäß einer alternativen Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Nut zur Aufnahme eines Schmier- und/oder Kühlmediums im wesentlichen schraubenförmig ausgebildet ist. Die schraubenförmig ausgebildete Nut kann sich dabei ein- oder mehrfach über den gesamten Umfang oder lediglich über einen Teilbereich des Umfangs der Lagerbohrung, der Lagerbuchse oder des Wellenabschnittes erstrecken.
Die Nut kann einen eckigen, vorzugsweise einen dreieckigen oder einen viereckigen Querschnitt besitzen. Weiterhin kann der Querschnitt der Nut auch gerundet sein. Diese Querschnittsform besitzt den Vorteil, dass das Schmierund/oder Kühlmedium leichter über die seitlichen Flanken der Nut austreten kann, um die an die Nut angrenzenden Lagerflächen zu schmieren und/oder zu kühlen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich die Nut über einen Teilbereich der Umfangsfläche der Lagerbohrung, der Lagerbuchse oder des Wellenabschnittes, so dass ein anderer Teilbereich, vorzugsweise der Hauptbelastungsbereich des Wellenlagers, frei von Nuten ist. Im Hauptbelastungsbereich des Wellenlagers steht demnach die gesamte Teilumfangsfläche als Lagerfläche zur Verfügung. Die Anordnung der Nut bzw. der Nuten erfolgt demnach bevorzugt in Abhängigkeit von der tatsächlichen Belastung des Wellenlagers.
Eine weiterbildende Maßnahme sieht vor, dass die Umfangsfläche der Lagerbohrung, der Lagerbuchse und/oder des Wellenabschnittes eine Beschichtung besitzt, welche ein Gleitlagermaterial umfasst. Als Gleitlagermaterial eignen sich insbesondere Materialien wie Polytetrafluorethylen (PTFE) oder Polyetherketon (PEEK). Die Beschichtung kann auch ausschließlich aus einem Gleitlagermaterial bestehen. Vorzugsweise wird jedoch eine Beschichtung vorgeschlagen, bei welcher das Gleitlagermaterial auf einer Bronzeschicht angeordnet ist. Diese wiederum kann direkt auf dem Werkstoff des Gehäuseteils, der Lagerbuchse oder des Wellenabschnitts aufgebracht sein, wobei es sich vorzugsweise um Stahl handelt.
Sofern eine solche Beschichtung vorgesehen ist, ist die Nut vorzugsweise nur in der Beschichtung ausgebildet. Alternativ kann sich die Nut aber auch bis in den Werkstoff der Lagerbohrung, der Lagerbuchse oder des Wellabschnittes erstrecken. Dies hängt unter anderem von der Schichtstärke der Beschichtung ab.
Da die vorstehend beschriebenen Vorteile eines erfindungsgemäßen Wellenlagers insbesondere bei einem Wellenlager einer Hochdruckpumpe zum Tragen kommen, wird weiterhin eine Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einem solchen Wellenlager vorgeschlagen. Das Wellenlager dient dann der Lagerung der Antriebswelle in einem Gehäuseteil der Hochdruckpumpe, wobei das Gehäuseteil ein Grundkörper oder ein mit dem Grundkörper verbindbares Flanschbauteil sein kann.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
1 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Wellenlager und
2 einen vergrößerten Ausschnitt des Wellenalgers der 1.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Aus dem in 1 dargestellten Querschnitt geht eine Antriebswelle 5 mit einem Wellenabschnitt 4 hervor, welcher gemeinsam mit einer Lagerbuchse 3 ein als Gleitlager 6 ausgeführtes Wellenlager ausbildet. Die Lagerbuchse 3 besitzt eine Umfangsfläche 7, auf welcher eine Beschichtung 9 umfassend ein Gleitlagermaterial 10 ausgebildet ist. Wie 2 zu entnehmen ist, ist die Beschichtung 9 zweischichtig ausgeführt und weist eine erste Schicht aus Bronze auf. Auf die Bronzeschicht folgt eine Beschichtung mit einem Gleitlagermaterial 10. Bei dem Gleitlagermaterial 10 handelt es sich vorliegend um Polytetrafluorethylen (PTFE). Alternativ kann beispielsweise auch Polyetherketon (PEEK) oder ein anderes Gleitlagermaterial Verwendung finden. Die Bronzeschicht weist eine gewisse Rauhigkeit auf, die zur Ausbildung einer Oberflächenstruktur führt, in welche das Gleitlagermaterial 10 tief eindringen kann. Die Lagerbuchse 3 ist bevorzugt aus Stahl gefertigt.
Im Gleitlagermaterial 10 der Beschichtung 9 sind Nuten 8 ausgebildet, welche vorliegend einen eckigen Querschnitt besitzen. Alternativ oder ergänzend zu den Nuten 8 kann auch wenigstens eine Nut 8 im Bereich einer Umfangsfläche 7 des Wellenabschnittes 4 der Antriebswelle 5 ausgebildet sein (nicht dargestellt).
Alternativ zum Ausführungsbeispiel der 1 und 2 kann der Wellenabschnitt 4 der Antriebswelle 5 auch direkt in einer Lagerbohrung 2 eines Gehäuseteils 1 aufgenommen sein (siehe Bezugszeichen in Klammern). Das erfindungsgemäße Wellenlager wird dann durch die Lagerbohrung 2 im Gehäuseteil 1 und dne Wellenabschnitt 4 der Antriebswelle 5 ausgebildet. Entsprechend dem Ausführungsbeispiel der 1 und 2 kann die Lagerbohrung 2 eine Beschichtung 9 mit einem Gleitlagermaterial 10 aufweisen. Sofern eine Beschichtung 9 vorgesehen ist, ist in dieser die erfindungsgemäß vorgesehene Nut 8 ausgebildet. Dabei kann die Nut 8 ausschließlich in der Beschichtung 9 ausgebildet sein oder sich bis in den Werkstoff des Gehäuseteils 1 erstrecken.
Unabhängig davon, ob die wenigstens eine Nut 8 in der Umfangsfläche 7 der Lagerbohrung 2, der Lagerbuchse 3 und/oder des Wellenabschnittes 4 ausgebildet sind, erfolgt deren Anordnung – wie in 1 dargestellt – bevorzugt nur in einem Teilbereich der Umfangsfläche 7. Eine schraubenförmig ausgebildete Nut 8 besitzt demnach eine Steigung, welche ausreichend groß bemessen ist, damit sich die Nut 8 nicht über den gesamten Umfang erstreckt. Dies gilt analog für mehrere parallel zur Längsachse der Antriebswelle 5 angeordnete Nuten 8, deren Abstand zueinander derart gewählt ist, dass zumindest ein Teilbereich der Umfangsfläche 7 nutenfrei ist. Der nutenfreie Teilbereich entspricht vorzugsweise dem Hauptbelastungsbereich des Wellenlagers, so dass im Hauptbelastungsbereich der gesamte nutenfreie Teilbereich der Umfangsfläche 7 als Lagerfläche zur Verfügung steht. Der Hauptbelastungsbereich des in 1 dargestellten Wellenlagers befindet sich in einem Bereich, in welchem der Lagerspalt 11 am geringsten ist.
Gemäß dem in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Umfangsfläche 7 der Lagerbuchse 3 in der oberen Hälfte des Querschnittes 5 Nuten 8 auf, welche jeweils einen Strömungskanal für ein Schmier- und/oder Kühlmedium ausbilden. Der Querschnitt der Nuten 8 ist vorliegend eckig gewählt. Alternativ ist auch ein gerundeter Querschnitt möglich.
Die Nuten 8 bewirken eine Trennung der Lagerfunktionen Lagern und Schmieren bzw. Kühlen. Während die zwischen den Nuten 8 liegenden Bereiche der Umfangsfläche 7 im Wesentlichen der Lagerung des Wellenabschnittes 4 der Antriebswelle 5 dienen, wird die Funktion der Schmierung und/oder Kühlung vorrangig von den Nuten 8 übernommen. Im nutenfreien Hauptbelastungsbereich des Wellenlagers wird eine ausreichende Schmierung und/oder Kühlung durch die Rotationsbewegung der Antriebswelle 5 sichergestellt, indem bei jeder Drehung Schmier- und/oder Kühlmedium aus den Nuten 8 aufgenommen und mitgeführt wird. Das Schmier- und/oder Kühlmedium wird somit gleichmäßig auf den den Lagerspalt 11 begrenzenden Lagerflächen verteilt. Die Nuten 8 dienen insofern auch als Depot für das Schmier- und/oder Kühlmedium.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009028381 A1 [0002]

Claims

Wellenlager für eine Hochdruckpumpe, umfassend eine in einem Gehäuseteil (1) der Hochdruckpumpe ausgebildete Lagerbohrung (2) und/oder eine Lagerbuchse (3) sowie einen in der Lagerbohrung (2) und/oder der Lagerbuchse (3) aufgenommenen Wellenabschnitt (4) einer Antriebswelle (5), wobei das Wellenlager als Gleitlager (6) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbohrung (2), die Lagerbuchse (3) und/oder der Wellenabschnitt (4) eine Umfangsfläche (7) besitzt bzw. besitzen, in welcher wenigstens eine Nut (8) zur Aufnahme eines Schmierund/oder Kühlmediums ausgebildet ist.
Wellenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (8) zur Aufnahme eines Schmierund/oder Kühlmediums im Wesentlichen parallel in Bezug auf die Längsachse der Antriebswelle (5) verläuft oder schraubenförmig ausgebildet ist.
Wellenlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (8) einen eckigen, vorzugsweise drei- oder viereckigen, oder gerundeten Querschnitt besitzt.
Wellenlager nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Nut (8) über einen Teilbereich der Umfangsfläche (7) der Lagerbohrung (2), der Lagerbuchse (3) oder des Wellenabschnitts (4) erstreckt, so dass ein anderer Teilbereich, vorzugsweise der Hauptbelastungsbereich des Wellenlagers, frei von Nuten (8) ist.
Wellenlager nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsfläche (7) der Lagerbohrung (2), der Lagerbuchse (3) und/oder des Wellenabschnitts (4) aus einer Beschichtung (9) gebildet wird, welche ein Gleitlagermaterial (10), beispielsweise Polytetrafluorethylen oder Polyetherketon, umfasst.
Wellenlager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (8) in der Beschichtung (9) ausgebildet ist oder sich bis in den Werkstoff der Lagerbohrung (2), der Lagerbuchse (3) oder des Wellenabschnitts (4) erstreckt.
Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einem Wellenlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche.