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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Pumpe zur Förderung eines Fluids, insbesondere eines Kraftstoffs.
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Hintergrund der Erfindung
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Pumpen, insbesondere Hochdruckpumpen, werden regelmäßig zur Förderung von Fluid für Speichereinspritzsysteme für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen verwendet. Speichereinspritzsysteme für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen, beispielsweise in Common Rail-Systemen, müssen den notwendigen Volumenstrom und den erforderlichen Fluiddruck bereitstellen können. Insbesondere müssen von derartigen Hochdruckpumpen große Kräfte aufgenommen werden. Die Pumpen werden herkömmlich mit einem Riemen oder einer Kette mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine gekoppelt und von dieser angetrieben. Die Antriebswelle der Pumpe ist damit herkömmlich hohen Querkräften ausgesetzt. Die Querkräfte werden herkömmlich von Gleitlagern, die die Antriebswelle lagern, aufgenommen. Dies kann zu einer Schrägstellung der Antriebswelle und zu einem Verschleiß der Antriebswelle führen.
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Herkömmlich werden deshalb die Antriebswelle und die zugehörigen Gleitlager verstärkt ausgebildet, um die Querkräfte aufnehmen zu können. Die Verstärkung führt zu erhöhtem Aufwand und Kosten.
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Es ist wünschenswert, eine Pumpe anzugeben, die einen zuverlässigen Betrieb ermöglicht und dabei einem geringen Verschleiß unterliegt. Weiterhin ist es wünschenswert, dass die Pumpe auch kostengünstig herstellbar ist.
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In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst eine Pumpe zur Förderung eines Fluids ein Gehäuse. In dem Gehäuse ist eine Antriebswelle zumindest teilweise angeordnet. Die Pumpe umfasst weiterhin ein Koppelelement, das mit dem Gehäuse gekoppelt ist. Das Koppelelement ist relativ zu dem Gehäuse drehbar gelagert. Das Koppelelement ist weiterhin mit der Antriebswelle gekoppelt, um ein Drehmoment von dem Koppelelement auf die Antriebswelle zu übertragen.
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Das Koppelelement ist insbesondere ausgebildet, mit einem Antriebselement, beispielsweise einem Riemen oder einer Kette, koppelbar zu sein. Mittels dem Riemen oder der Kette kann eine Drehbewegung einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine auf das Koppelelement übertragen werden. Somit wird das Koppelelement in eine Drehbewegung versetzt und ist eingerichtet, das Drehmoment dieser Drehbewegung auf die Antriebswelle zu übertragen. Somit wird die Antriebswelle der Pumpe in eine Drehbewegung versetzt und die Pumpe somit angetrieben.
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Durch das Koppelelement ist der Antrieb (insbesondere der Riemen oder die Kette), von der Antriebswelle abgekoppelt und insbesondere nicht mit der Antriebswelle in Berührung. Die Querkräfte, die quer zur Längsachse der Antriebswelle wirken und durch den quer zur Längsachse verlaufenden Riemen oder Kettenantrieb verursacht werden, werden von dem Koppelelement aufgenommen. Das Koppelelement überträgt lediglich das Drehmoment auf die Antriebswelle. Die Querkräfte werden von dem Koppelelement nicht oder nur teilweise auf die Antriebswelle überragen. Somit wird eine Schrägstellung aufgrund der Querkräfte des Antriebs der Antriebswelle verringert. Damit arbeitet die Pumpe mit einem geringen Verschleiß. Die Pumpe ist dadurch über einen langen Lebenszyklus zuverlässig.
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Dadurch dass keine oder nur ein Teil der Querkräfte des Antriebs auf die Antriebswelle übertragen werden, ist es möglich, die Antriebswelle und Gleitlager, die die Antriebswelle und das Gehäuse gegeneinander lagern, leicht und kompakt auszubilden. Damit werden die Herstellung der Pumpe und die Pumpe kostengünstig. Zudem ist die Pumpe kompakt mit geringen Außenmaßen ausbildbar.
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In weiteren Ausführungsformen ist das Koppelelement mit der Antriebswelle drehfest miteinander gekoppelt. Die Antriebswelle und das Koppelelement sind in Ausführungsformen mittels einer Klauenkupplung, insbesondere einer Oldham-Kupplung, miteinander gekoppelt. Somit ist es möglich, das Drehmoment von dem Koppelelement auf die Antriebswelle zu übertragen und dabei keine oder nur sehr gering Querkräfte auf die Antriebswelle zu übertragen.
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In Ausführungsformen umfasst die Pumpe ein Wälzlager, das zwischen dem Koppelelement und dem Gehäuse angeordnet ist, sodass das Koppelelement mit dem Gehäuse mittels des Wälzlagers gekoppelt ist. Das Wälzlager ist zusätzlich zu den herkömmlich vorhandnen Gleitlagern in der Pumpe vorgesehen. Das Wälzlager dient zur Lagerung des Koppelelements an dem Gehäuse. Das Wälzlager ist insbesondere ein Zylinderrollenlager, ein Schrägkugellager oder ein zweireihiges Kugellager. Es können auch andere Typen von Wälzlagern vorgesehen sein, beispielsweise ein Nadellager. Durch das Wälzlager können die Querkräfte auf das Pumpengehäuse übertragen werden. In Ausführungsformen ist ein weiteres Element vorgesehen, das beispielsweise das Pumpengehäuse mit dem Gehäuse der Brennkraftmaschine koppelt, und das die Querkräfte wiederum von dem Pumpengehäuse auf das Gehäuse der Brennkraftmaschine abführt. Somit kann die Pumpe möglichst Querkräfte frei betrieben werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Vorteile, Merkmale und Weiterbildungen ergeben sich aus den nachfolgenden in Verbindung mit den 1 und 2 erläuterten Beispielen. Gleiche, gleichartige und gleich wirkende Elemente können in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse zueinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Pumpe gemäß einer Ausführungsform,
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2 eine schematische Darstellung einer Pumpe gemäß einer Ausführungsform.
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Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen
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1 zeigt einen Ausschnitt einer Pumpe 100 zur Förderung eines Fluids in einer Schnittansicht. Das Fluid umfasst beispielsweise flüssigen oder gasförmigen Kraftstoff zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere Diesel. Die Pumpe 100 ist eingerichtet, Fluid aus einem Fluidvorratsbehälter (nicht gezeigt) zu fördern. Die Pumpe 100 ist insbesondere eine Kolbenpumpe und wird in einem Kraftstoffversorgungssystem, insbesondere einem Speichereinspritzsystem, einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs verwendet.
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Die Pumpe 100 umfasst ein Gehäuse 101, das einen Kurbelraum 108 umgibt. In dem Kurbelraum 108 ist eine Antriebswelle 103 drehbar gelagert. Die Antriebswelle 103 kann relativ zu dem Gehäuse 101 um eine Längsachse L der Antriebswelle 103 gedreht werden. Die Längsachse L entspricht einer Hauptrotationsachse der Antriebswelle 103. Durch die Drehung der Antriebswelle 103 relativ zu dem Gehäuse 101 ist die Pumpe 100 antreibbar und fördert somit Fluid. Beispielsweise weist die Antriebswelle 103 innerhalb des Gehäuses 101 eine exzenterförmige Ausformung auf, die mit einem oder mehreren Pumpenkolben in Kontakt ist. Die Antriebswelle kann auch eine Nockenwelle sein. In diesem Fall kann die Anzahl der Förder- oder Kompensionshübe der Pumpe über die Anzahl der Nocken vorgegeben werden.
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Zwischen der Antriebswelle 103 und dem Gehäuse 101 ist mindestens ein Gleitlager 107 angeordnet. Das Gleitlager ist eingerichtet, die Reibung zwischen der Antriebswelle 103 und dem Gehäuse 101 zu vermindern. Das Gleitlager 107 wird durch das Fluid geschmiert, insbesondere durch Diesel.
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An einem dem Exzenter oder den Nocken abgewandten Ende 109 der Antriebswelle 103 ist ein Koppelelement 102 angeordnet. Das Koppelelement ist insbesondere zumindest abschnittsweise zylinderförmig. Das Koppelelement weist einen hohlzylinderförmigen Abschnitt auf.
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Das Koppelelement 102 ist mit dem Gehäuse 101 der Pumpe 100 gekoppelt. Zwischen dem Koppelelement 102 und dem Gehäuse 101 ist ein Lager 104 angeordnet. Das Lager 104 ist insbesondere ein Wälzlager und in der gezeigten Ausführungsform ein Zylinderrollenlager. In weiteren Ausführungsformen sind andere Lagertypen vorgesehen, beispielsweise ein Kugellager. Das Lager 104 ist eingerichtet, die Reibung zwischen dem Koppelelement und dem Gehäuse 101 zu verringern. Das Lager 104 wird in Ausführungsformen durch ein Fett geschmiert.
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Das Koppelelement 102 weist eine Aufnahme 106 zur Aufnahme eines Antriebelements auf, insbesondere eines Riemens oder einer Kette. Im Betrieb wird mittels des Riemens oder der Kette eine Drehbewegung einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine auf das Koppelelement 102 übertragen. Der Riemen oder die Kette ist sowohl mit dem Koppelelement als auch mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine gekoppelt. Das Antriebelement, also insbesondere der Riemen oder die Kette, ist zur Übertragung der Antriebsenergie mit dem Koppelelement in Berührung. Das Antriebselement berührt die Antriebswelle 103 nicht direkt und das Antriebselement und die Antriebswelle weisen keine gemeinsamen Kontaktbereiche auf.
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Das Koppelelement 102 ist eingerichtet, relativ zu dem Gehäuse 101 um die Längsachse L der Antriebswelle 103 gedreht zu werden. Die Hauptrotationsachse des Koppelelements 102 entspricht der Längsachse L der Antriebswelle 103. Das Lager 104, das die Reibung der Drehbewegung des Koppelelements 102 relativ zu dem Gehäuse 101 verringert, ist auf einer der Antriebswelle 103 abgewandten Seite des Gehäuses 101 angeordnet. Der Bereich des Koppelelements 102, der mit dem Lager 104 in Kontakt ist, ist auf einer der Antriebswelle 103 abgewandten Seite des Lagers 104 mit dem Lager 104 gekoppelt. Die Aufnahme 106 ist auf der der Antriebswelle 103 abgewandten Seite des Koppelelements 102 und verläuft im Wesentlichen parallel zur Längsachse L.
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Das Koppelelement 102 weist quer zu der Aufnahme 106 einen Bereich auf, der sich zu der Antriebswelle 103 erstreckt. An einer Kopplung 105 ist das Koppelelement 102 mit der Antriebswelle 103 gekoppelt. Das Koppelelement 102 ist mit der Antriebswelle 103 derart gekoppelt, dass die Rotation des Koppelelements 102 auf die Antriebswelle 103 übertragbar ist. Die Antriebswelle 103 kann durch die Kopplung 105 mit dem Koppelelement 102 durch eine Drehung des Koppelelements 102 in Rotation versetzt werden und somit die Pumpe 100 antreiben.
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Die Kopplung 105 ist eingerichtet, ein Drehmoment des Koppelelements 102 auf die Antriebswelle 103 zu übertragen. Querkräfte, die quer zur Längsachse L wirken, werden nicht oder nur geringfügig von dem Koppelelement 102 auf die Antriebswelle 103 übertragen. Die Kopplung 105 umfasst insbesondere eine Klauenkopplung, beispielsweise eine Oldham-Kupplung.
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Die Querkräfte, die auf das Koppelelement 102 wirken, werden beispielsweise beim Start der Pumpe durch den Riemen oder die Kette, die in der Aufnahme 106 verlaufen, verursacht. Diese Querkräfte werden von dem Koppelelement 102 aufgenommen und mittels des Lagers 104 auf das Gehäuse 101 der Pumpe übertragen. In Ausführungsformen ist ein weiteres Element 110 mit dem Gehäuse 101 gekoppelt, das die Querkräfte wiederum von dem Gehäuse 101 der Pumpe aufnimmt. Beispielsweise werden die Querkräfte durch das Element 110 von dem Gehäuse 101 der Pumpe auf ein Gehäuse der Brennkraftmaschine übertragen.
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Durch das Koppelelement 102, mit dem die Querkräfte, die durch den Riemen- oder Kettenantrieb verursacht werden, von der Antriebswelle 103 ferngehalten werden, ist die Pumpe 100 einem geringen Verschleiß ausgesetzt. Insbesondere die Welle 103 und das Lager 107 können vergleichsweise klein und leicht ausgebildet werden. Die Antriebswelle 103 ist aufgrund der fehlenden Querkräfte keiner Schiefstellung innerhalb des Gehäuses 101 ausgesetzt. Daraus resultiert eine vergleichsweise geringe Reibleistung und folglich ein geringer Verschleiß. Die Pumpe ist somit kompakt ausführbar. Das Koppelelement 102 ist zudem eine Schnittstelle zum Antrieb der Pumpe, die an unterschiedliche vorgegebene Umgebungen angepasst werden kann.
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Durch das Koppelelement 102, mittels dem die Antriebswelle 103 antreibbar ist, ist zudem das Losbrechmoment der Pumpe 100 im Vergleich zu herkömmlichen Pumpen, bei denen der Riemen oder die Kette direkt mit der Antriebswelle 103 in Berührung ist, reduziert. Dies ist insbesondere bei Brennkraftmaschinen mit Stopp-Start-Funktion vorteilhaft, bei denen eine sehr hohe Anzahl an Starts während der gesamten Lebensdauer durchgeführt wird. Das Start-Drehmoment der Pumpe 100 ist durch das Koppelelement 102 und das Lager 104 niedrig.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer Schnittansicht eines Ausschnitts der Pumpe 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Die Pumpe 100 entspricht im Wesentlichen der Pumpe 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1.
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Im Unterschied zu der 1 ist im Ausführungsbeispiel gemäß der 2 das Lager 104 teilweise innerhalb des Gehäuses 101 der Pumpe 100 angeordnet. Das Lager 104 stützt sich an einer der Antriebswelle 103 zugewandten Seite des Gehäuses 101 ab. Das Koppelelement 102 ist in einem Bereich, der innerhalb des Lagers 104 liegt, mit der Antriebswelle 103 gekoppelt. Der Innenring des Lagers 104 ist kegelförmig nach außerhalb des Gehäuses 101 geführt und in der kegelförmigen Region außerhalb des Gehäuses 101 mit dem Koppelelement 102 gekoppelt. Das Lager 104 ist als zweireihiges Schrägkugellager ausgebildet, es ist aber möglich, ein anderes Lager 104 vorzusehen, beispielsweise ein Kegelrollenlager. Die Kopplung 105 zum Übertragen des Drehmoments von dem Koppelelement auf die Antriebswelle 103 ist in Kontakt mit dem Innenring des Lagers 104. Eine Drehung des Koppelelements 102 wird in Betrieb auf den Innenring des Lagers 104 übertragen. Die Drehung des Innenrings des Lagers 104 wird mittels der Kopplung 105 auf die Antriebswelle übertragen.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Pumpe
- 101
- Gehäuse
- 102
- Koppelelement
- 103
- Antriebswelle
- 104
- Lager
- 105
- Kupplung
- 106
- Aufnahme
- 107
- Gleitlager
- 108
- Kurbelraum
- 109
- Ende
- 110
- Element
- L
- Längsachse
