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Die Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe.
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Eine derartige Hochdruckpumpe kann vorzugsweise zur Förderung von Fluid für ein Speichereinspritzsystem für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen verwendet werden.
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Speichereinspritzsysteme für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen, 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 Hochdruckpumpen große Kräfte aufgenommen werden können. Damit werden sowohl hohe Anforderungen an das Material als auch an die Konstruktion der Hochdruckpumpe gestellt.
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Da derartige Hochdruckpumpen Drücken von beispielsweise bis zu 2500 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 und dabei einem möglichst geringen Verschleiß unterliegt. 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 einstückig ausgebildeten Gehäuseteil mit einer Gehäuseausnehmung, einer teilweise in der Gehäuseausnehmung angeordneten Antriebswelle mit einer Längsachse, mindestens einer Pumpeneinheit mit einem Hochdruckkolben, der von der Antriebswelle antreibbar ist, und einem ersten Wellenlager und einem zweiten Wellenlager. Die Antriebswelle ist in dem ersten Wellenlager und in dem zweiten Wellenlager drehbar gelagert. Das erste Wellenlager und das zweite Wellenlager sind in der Gehäuseausnehmung des einstückig ausgebildeten Gehäuseteils angeordnet.
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Das erste Wellenlager und das zweite Wellenlager sind vorzugsweise in zwei einander gegenüberliegenden axialen Endbereichen der Gehäuseausnehmung angeordnet.
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In der von der Antriebswelle antreibbaren Hochdruckpumpe wird mittels des Hochdruckkolbens bei normalem Einsatz der Hochdruckpumpe in einem Zylinderraum ein sehr hoher Druck erzeugt. Dieser Druck hat zum Effekt, dass sehr starke Kräfte sowohl zwischen dem Hochdruckkolben, der vorzugsweise linear bewegbar ist, und der mit diesem in Wirkverbindung stehenden Antriebswelle als auch zwischen der Antriebswelle und dem Pumpengehäuse auftreten können.
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Eine derartige Hochdruckpumpe hat den Vorteil, dass Fertigungs- und Montagetoleranzen reduziert oder vermieden werden können. Damit kann eine sehr geringe Schiefstellung zwischen Teilen der mindestens einen Pumpeneinheit und der Antriebswelle erreicht werden, was zu einer geringen mechanischen Belastung dieser miteinander in Kontakt stehenden Elemente führen kann. Damit können sehr hohe Drücke in einer derartigen Hochdruckpumpe erzeugt werden. Des Weiteren kann ein großer Durchmesser der Antriebswelle und der Wellenlager in dem einstückig ausgebildeten Gehäuseteil erreicht werden. Die großen Durchmesser der Antriebswelle und der Wellenlager können hohe Umfangsgeschwindigkeiten von Antriebswelle und Wellenlager ermöglichen, wodurch sehr schnell ein hydrodynamisch wirksamer Schmierfilm ausgebildet werden kann. Verschleißeffekte insbesondere an der Antriebswelle können so klein gehalten werden, insbesondere bei der Inbetriebnahme und dem Abstellen der Hochdruckpumpe. Durch den Schmierfilm kann des Weiteren eine kleine Reibung und ein hoher Wirkungsgrad der Hochdruckpumpe erreicht werden. Die Hochdruckpumpe kann damit besonders robust ausgebildet sein.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Hochdruckpumpe ein weiteres Gehäuseteil auf, das mit dem einstückig ausgebildeten Gehäuseteil fest gekoppelt ist, und das an einem axialen Ende der Antriebswelle anliegt und mit dem einstückig ausgebildeten Gehäuseteil derart zusammenwirkt, dass eine Bewegung der Antriebswelle in axialer Richtung verhindert ist. Damit ist es möglich, das weitere Gehäuseteil als einfach aufgebautes Deckelelement auszubilden, das lediglich dem Verschluss der Gehäuseausnehmung dient und keine Lagerfunktion übernehmen muss.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das einstückig ausgebildete Gehäuseteil einen Deckelabschnitt mit einer durchgehenden Deckelausnehmung auf, durch die ein Abschnitt der Antriebswelle geführt ist. Der Deckelabschnitt ist radiallagerfrei ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass der Deckelabschnitt lediglich dem Verschluss der Hochdruckpumpe dient und keine Lagerfunktion ausüben muss.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert.
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Die einzige Figur zeigt eine schematische Ansicht einer Hochdruckpumpe in einem Längsschnitt.
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Die Figur zeigt eine Hochdruckpumpe 10 mit einem Pumpengehäuse 11. Das Pumpengehäuse 11 hat ein Gehäuseteil 12 mit einer Gehäuseausnehmung 14. Das Gehäuseteil 12 ist einstückig ausgebildet. Das Gehäuseteil 12 weist einen Deckelabschnitt 16 mit einer durchgehenden Deckelausnehmung 18 auf. Die Hochdruckpumpe 10 hat ein weiteres Gehäuseteil 20. Das weitere Gehäuseteil 20 ist mit dem einstückig ausgebildeten Gehäuseteil 12 fest gekoppelt.
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Die Hochdruckpumpe 10 weist zentral eine Antriebswelle 22 auf. Die Antriebwelle 22 hat eine zentrale Längsachse L und steht vorzugsweise mit zwei Nocken 24 in Wirkverbindung. Die Antriebswelle 22 ist in einer Drehrichtung D drehbar in dem Pumpengehäuse 11 gelagert. Anstelle der Wirkverbindung der Antriebwelle 22 mit den Nocken 24 kann die Antriebswelle 22 mit einem Exzenterring in Wirkverbindung stehen. Die Hochdruckpumpe 10 kann alternativ auch als Kurbeltriebpumpe ausgeführt sein.
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Die Hochdruckpumpe 10 hat mindestens eine Pumpeneinheit 26. Die Pumpeneinheit 26 weist ein Zylindergehäuse 28 auf. Das Zylindergehäuse 28 ist aus einem Metall, vorzugsweise einem Stahl gebildet. Die Pumpeneinheit 26 besteht weiter aus einem in dem Zylindergehäuse 28 angeordneten Zylinderraum 30, einer Feder 32, einem Hochdruckkolben 34 und einer Stößelbaugruppe 35. Das Zylindergehäuse 28, der Zylinderraum 30, die Feder 32, der Hochdruckkolben 34 und die Stößelbaugruppe 35 sind zueinander koaxial angeordnet.
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Der Hochdruckkolben 34 ist linear bewegbar in dem Zylinderraum 30 des Zylindergehäuses 28 gelagert und steht mit den Nocken 24 in Wirkverbindung.
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Die Stößelbaugruppe 35 umfasst eine Rolle 35a. Die Rolle 35a ist mittels einer durch die Feder 32 auf die Rolle 35a übertragenen Kraft in Anlage an die Antriebswelle 22 gehalten, insbesondere in Anlage an den zumindest einen Nocken 24 der Antriebswelle 22, und rollt auf der Antriebswelle 22 beziehungsweise den Nocken 24 ab. Damit kann ein Abheben und Wiederauftreffen der Rolle 35a auf die Nocken 24 vermieden werden.
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Um den Zylinderraum 30 mit Fluid befüllen zu können, weist dieser eine (nicht dargestellte) Zylinderraumzulaufleitung auf. Der Zylinderraum 30 weist weiter eine (nicht dargestellte) Zylinderraumablaufleitung, über die Fluid aus dem Zylinderraum 30 ausgestoßen werden kann.
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In der Gehäuseausnehmung 14 des einstückig ausgebildeten Gehäuseteils 12 ist ein erstes Wellenlager 36 und ein zweites Wellenlager 38 angeordnet. Das erste Wellenlager 36 und das zweite Wellenlager 38 sind insbesondere in zwei einander gegenüberliegenden axialen Endbereichen der Gehäuseausnehmung 14 angeordnet. Die Antriebswelle 22 ist in dem ersten Wellenlager 36 und in dem zweiten Wellenlager 38 drehbar gelagert.
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Die Antriebswelle 22 hat einen Abschnitt 40, der durch die durchgehende Deckelausnehmung 18 des einstückig ausgebildeten Gehäuseteils 12 geführt ist. Radial zwischen dem Abschnitt 40 der Antriebswelle 22 und dem Deckelabschnitt 16 des einstückig ausgebildeten Gehäuseteils 12 ist ein Dichtring 42 angeordnet, durch den eine Fluiddichtigkeit zwischen der Gehäuseausnehmung 14 und der Umgebung des einstückig ausgebildeten Gehäuseteils 12 erreicht werden kann. Der Deckelabschnitt 16 des einstückig ausgebildeten Gehäuseteils 12 ist frei von Radiallagern ausgebildet.
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Das weitere Gehäuseteil 20 liegt an einem axialen Ende 44 der Antriebswelle 22 an. Das mit dem einstückig ausgebildeten Gehäuseteil 12 fest gekoppelte weitere Gehäuseteil 20 wirkt mit dem einstückig ausgebildeten Gehäuseteil 12 so zusammen, dass eine axiale Bewegung der Antriebswelle 22 verhindert ist. Dies bedeutet, dass das weitere Gehäuseteil 20 als einfach aufgebautes Deckelelement ausgebildet ist, das dem Verschluss der Gehäuseausnehmung 14 dient. Das als Deckelelement ausgebildete weitere Gehäuseteil 20 muss dabei keine Lagerfunktion ausüben.
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Im Folgenden soll die Funktion der Hochdruckpumpe 10 im Detail dargestellt werden:
Durch eine Drehbewegung der Antriebswelle 22 in der Drehrichtung D wird der Hochdruckkolben 34 mittels einer der Nocken 24 radial zur Antriebswelle 22 hinbewegt. Dabei wird der Zylinderraum 30 mit Fluid befüllt. Durch die weitere Drehbewegung der Antriebswelle 22 wird der Hochdruckkolben 34 durch die Nocken 24 axial von der Antriebswelle 22 wegbewegt und verdichtet dabei in dem Zylinderraum 30 befindliches Fluid. Das komprimierte Fluid kann schließlich im Anschluss an den Kompressionshub aus der Hochdruckpumpe 10 ausgestoßen werden. 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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Durch die Lagerung der Antriebswelle 22 in dem ersten Wellenlager 36 und in dem zweiten Wellenlager 38 kann eine sehr geringe Schiefstellung zwischen Teilen der mindestens einen Pumpeneinheit 26, insbesondere der Rolle 35a, und der Antriebswelle 22 erreicht werden, was zu einer geringen mechanischen Belastung dieser miteinander in Kontakt stehenden Elemente führen kann. Damit kann ein hoher mechanischer Wirkungsgrad der Hochdruckpumpe 10 erreicht werden. Die Wellenlager 36, 38 und das Gehäuseteil 12, in dem die Wellenlager 36, 38 angeordnet sind, sind sehr robust ausgebildet, und können so große Kräfte aufnehmen. Dies ermöglicht Drücke von bis zu 2500 bar in der Hochdruckpumpe 10 zu erzeugen. Wird eine derartige Hochdruckpumpe 10 zur Förderung von Fluid für ein Speichereinspritzsystem für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen verwendet, so kann insbesondere ein sehr günstiges Emissionsverhalten der Brennkraftmaschine erreicht werden.
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Da ein großer Durchmesser der Antriebswelle 22 und der Wellenlager 36, 38 in dem einstückig ausgebildeten Gehäuseteil 12 erreicht werden kann, ist es möglich, dass die Umfangsgeschwindigkeiten der Antriebswelle 22 und der Wellenlager 36, 38 sehr hoch sind. Dadurch kann sehr schnell ein hydrodynamisch wirksamer Schmierfilm ausgebildet werden. Verschleißeffekte insbesondere an der Antriebswelle 22 können so klein gehalten werden, insbesondere bei der Inbetriebnahme und dem Abstellen der Hochdruckpumpe 10. Durch den Schmierfilm kann des Weiteren eine kleine Reibung und ein hoher Wirkungsgrad der Hochdruckpumpe 10 erreicht werden. Wird eine derartige Hochdruckpumpe 10 zur Förderung von Fluid für ein Speichereinspritzsystem für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen verwendet, so kann damit ein geringer Kohlendioxidausstoß der Brennkraftmaschinen erreicht werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Hochdruckpumpe
- 11
- Pumpengehäuse
- 12
- Gehäuseteil
- 14
- Gehäuseausnehmung
- 16
- Deckelabschnitt
- 18
- Deckelausnehmung
- 20
- weiteres Gehäuseteil
- 22
- Antriebswelle
- 24
- Nocken
- 26
- Pumpeneinheit
- 28
- Zylindergehäuse
- 30
- Zylinderraum
- 32
- Feder
- 34
- Hochdruckkolben
- 35
- Stößelbaugruppe
- 35a
- Rolle
- 36
- erstes Wellenlager
- 38
- zweites Wellenlager
- 40
- Abschnitt der Welle
- 42
- Dichtring
- 44
- axiales Ende der Antriebswelle
- L
- zentrale Längsachse
- D
- Drehrichtung
