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Die Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Stand der Technik
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Als Exzenterpumpe ausgebildete Hochdruckpumpen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Solche Pumpen werden beispielsweise als Dieseleinspritzpumpen in Kraftfahrzeugen mit Dieselmotor verwendet.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Hochdruckpumpe mit einem verbesserten Wirkungsgrad bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch eine Hochdruckpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Offenbarung der Erfindung
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Eine erfindungsgemäße Hochdruckpumpe umfasst ein Gehäuse und einen Zylinder. Dabei weist das Gehäuse einen Exzenterraum auf, in dem ein Exzenter angeordnet ist. Der Zylinder ist in einem Zylinderführungsraum des Gehäuses gehalten. Außerdem ist im Zylinder ein Kolben geführt, wobei zwischen dem Exzenter und dem Kolben ein Stößel angeordnet ist, um eine Bewegung des Exzenters auf den Kolben zu übertragen. Ferner ist im Gehäuse ein Zulaufkanal vorgesehen, der in den Exzenterraum mündet. Dabei weist das Gehäuse einen Überlaufkanal auf, der sich zwischen dem Zylinderführungsraum und dem Zulaufkanal erstreckt. Vorteilhafterweise ermöglicht diese Anordnung des Überlaufkanals einen strömungsgünstigen Fluidverlauf innerhalb der Hochdruckpumpe. Dadurch wird vorteilhafterweise ein hoher Wirkungsgrad der Hochdruckpumpe ermöglicht. Die Anordnung des Überlaufkanals ergibt außerdem vorteilhafterweise eine materialsparende Geometrie des Gehäuses der Hochdruckpumpe.
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Bevorzugt ist der Überlaufkanal geradlinig ausgebildet. Vorteilhafterweise kann der geradlinig ausgebildete Überlaufkanal dann bei der Herstellung der Hochdruckpumpe einfach mechanisch nachbearbeitet werden. So kann der Überlaufkanal vorteilhafterweise mittels eines Sandgusskerns vorgegossen und die entstehende Gussoberfläche durch mechanisches Abarbeiten von Sand befreit werden. Dies ermöglicht vorteilhafterweise eine kostengünstige Herstellung.
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In einer Ausführungsform der Hochdruckpumpe mündet der Überlaufkanal senkrecht in den Zulaufkanal. Vorteilhafterweise ergibt sich dadurch eine strömungsgünstige Geometrie der Hochdruckpumpe.
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In einer Weiterbildung der Hochdruckpumpe weist das Gehäuse eine Tüllenbohrung auf, wobei eine Tülle in der Tüllenbohrung angeordnet ist. Dabei ist der Zulaufkanal als Bohrung in der Tülle ausgebildet. Vorteilhafterweise ermöglicht dies eine materialsparende Geometrie des Gehäuses der Hochdruckpumpe, da die für die Tüllenbohrung und die für den Überlaufkanal benötigten Wandstärken des Gehäuses teilweise doppelt genutzt werden können.
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In einer Weiterbildung dieser Ausführungsform mündet der Überlaufkanal senkrecht in die Tüllenbohrung. Vorteilhafterweise ergibt sich dadurch eine strömungsgünstige Geometrie, die einen hohen Wirkungsgrad ermöglicht.
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Es ist zweckmäßig, dass sich die Tülle bis zur Mündung des Überlaufkanals erstreckt. Vorteilhafterweise verbleibt dann im Bereich der Mündung des Überlaufkanals in die Tüllenbohrung ein großer freier Durchmesser der Tüllenbohrung, was einen verlustarmen Fluidverlauf ermöglicht.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Hochdruckpumpe ist die Tüllenbohrung im Bereich der Mündung des Überlaufkanals so ausgebildet, dass ein im Wesentlichen geradliniger Fluidverlauf zwischen der Mündung des Überlaufkanals, der Tüllenbohrung und dem Exzenterraum möglich ist. Vorteilhafterweise gestattet diese Geometrie einen kontinuierlichen Fluidverlauf mit strömungstechnisch günstigen Eigenschaften, was einen hohen Wirkungsgrad der Hochdruckpumpe ermöglicht. Vorteilhafterweise werden außerdem Druckpulsationen in den Zulaufkanal hinein vermindert.
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In einer Weiterbildung der Hochdruckpumpe weist das Gehäuse einen weiteren Überlaufkanal auf, der sich zwischen dem Zylinder und dem Exzenterraum erstreckt. Vorteilhafterweise erhöht sich dadurch der maximal mögliche Fluidfluss durch den Überlaufkanal und den weiteren Überlaufkanal der Hochdruckpumpe.
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In einer Ausführungsform der Hochdruckpumpe ist diese eine Dieseleinspritzpumpe. Vorteilhafterweise kann die Dieseleinspritzpumpe dann einen hohen Wirkungsgrad aufweisen.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügte Figur genauer beschrieben. Dabei zeigt:
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1 eine schematisierte Schnittdarstellung einer Hochdruckpumpe.
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Genaue Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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1 zeigt in leicht schematisierter Darstellung einen Schnitt durch einen Teil einer Hochdruckpumpe 100. Die Hochdruckpumpe 100 kann beispielsweise als Dieseleinspritzpumpe in einem Kraftfahrzeug dienen. Die Hochdruckpumpe 100 kann jedoch auch für andere Zwecke eingesetzt werden.
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Die Hochdruckpumpe 100 weist ein Gehäuse 200 und einen Zylinder 300 auf. Der Zylinder 300 weist einen Führungsabschnitt 310 auf. Das Gehäuse 200 weist einen Zylinderführungsraum 230 auf. Der Zylinder 300 ist so am Gehäuse 200 angesetzt und befestigt, dass der Führungsabschnitt 310 des Zylinders 300 in den Zylinderführungsraum 230 des Gehäuses 200 hineinragt und dort gehalten wird. Zwischen dem Gehäuse 200 und dem Zylinder 300 ist eine Dichtfläche 220 ausgebildet.
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Das Gehäuse 200 weist ferner einen Exzenterraum 210 auf, in dem ein Exzenter 110 angeordnet ist. Der Exzenter 110 ist als exzentrische Scheibe ausgebildet und drehbar im Exzenterraum 210 gelagert.
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Der Zylinder 300 weist eine in den Zylinderführungsraum 230 ragende Kolbenführung 320 auf, in der ein Kolben 130 beweglich geführt ist. Zwischen dem Kolben 130 und dem Exzenter 110 ist ein Stößel 120 angeordnet, der dazu vorgesehen ist eine Drehbewegung des Exzenters 110 in eine lineare Bewegung des Kolbens 130 zu übertragen. Ferner ist im Zylinderführungsraum 230 eine Druckfeder 140 angeordnet, deren erstes Längsende sich am Zylinder 300 abstützt und deren zweites Längsende sich am Stößel 120 abstützt. Somit wird der Stößel 120 durch eine Drehbewegung des Exzenters 110 gegen die von der Druckfeder 140 ausgeübte Kraft gegen den Kolben 130 gedrückt, wodurch der Kolben 130 relativ zum Zylinder 300 bewegt wird. Eine weitere Drehbewegung des Exzenters 110 bewirkt ein durch die Druckfeder 140 bedingtes Zurückbewegen des Stößels 120 und des Kolbens 130.
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Das Gehäuse 200 weist außerdem eine Tüllenbohrung 240 auf, die sich zwischen einer Außenseite des Gehäuses 200 und dem Exzenterraum 210 erstreckt. In der Tüllenbohrung 240 ist eine Tülle 250 angeordnet. Die Tülle 250 erstreckt sich von dem der Außenseite des Gehäuses 200 zugewandten Längsende der Tüllenbohrung 240 bis zu einem mittleren Abschnitt der Tüllenbohrung 240. Die Tülle 250 weist einen Zulaufkanal 260 auf, der als Bohrung in der Tülle 250 ausgebildet ist. Der Zulaufkanal 260 verläuft koaxial zur Tüllenbohrung 240. Der Zulaufkanal 260 weist einen gegenüber der Tüllenbohrung 240 reduzierten Durchmesser auf.
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Im Betrieb der Hochdruckpumpe 100 tritt Kraftstoff, insbesondere Dieselkraftstoff in der Bildebene von rechts durch den Zulaufkanal 260 in die Hochdruckpumpe ein und gelangt vom Zulaufkanal 260 in den Exzenterraum 210. Dort kann er insbesondere zur Schmierung von Lagern, wie Gleitlagern verwendet werden. Anschließend gelangt der Kraftstoff aus dem Exzenterraum 210 in den Überlaufkanal 500, von wo er durch einen Filter 51 über entsprechende Ansaugleitungen dann in einen Hochdruckraum 322 gelangt. Dort kann er von dem Kolben 130 bei dessen Aufwärtsbewegung stark verdichtet werden. Der so verdichtete Kraftstoff kann dann beispielsweise in einen Kraftstoffspeicher (Common Rail) eines Dieseleinspritzsystems gepumpt werden.
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Aufgrund der Tatsache, dass zwischen der Kolbenführung 320 und dem Kolben 130 ein gewisses Spiel besteht, tritt beim Verdichten des Kraftstoffs in der Hochdruckkammer 322 Leckagekraftstoff entlang des Kolbens in Richtung nach unten in der Bildebene aus, der dann in den Zylinderführungsraum 230 gelangt. Dieser Kraftstoff kann nun in den Überlaufkanal 500 (in Richtung des Exzenterraums 210) strömen, aber auch über einen weiteren Überlaufkanal 400. Auf diese Weise gelangt der Leckagekraftstoff wieder zurück in den Exzenterraum, von wo er dann wieder (im Ansaugtakt der Hochdruckpumpe) in die Hochdruckkammer 322 strömen kann. Somit wird der Leckagekraftstoff mehr oder weniger in den Überlaufkanälen bzw. dem Exzenterraum gesammelt, wodurch zum Befüllen der Hochdruckkammer weniger Kraftstoff aus dem Kraftstofftank über den Zulaufkanal in die Hochdruckpumpe gepumpt werden muss.
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Das Gehäuse 200 der Hochdruckpumpe 100 weist wie gerade erwähnt ferner den Überlaufkanal 400 auf, der sich zwischen dem Zylinderführungsraum 230 und der Tüllenbohrung 240 erstreckt. Ein erstes Längsende 410 des Überlaufkanals 400 mündet im Bereich der Druckfeder 140 in den Zylinderführungsraum 230. Ein zweites Längsende 420 des Überlaufkanals 400 mündet rechtwinklig in die Tüllenbohrung 240. Die Tülle 250 erstreckt sich von der Außenseite des Gehäuses 200 bis zur Mündung des Überlaufkanals 400 in die Tüllenbohrung 240. Das zweite Längsende 420 des Überlaufkanals 400 mündet also in einen Abschnitt der Tüllenbohrung 240, in den die Tülle 250 nicht hineinreicht.
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Der Überlaufkanal 400 ist bevorzugt geradlinig ausgebildet. Es wäre jedoch auch möglich, den Überlaufkanal 400 gekrümmt oder mit Knicken auszubilden.
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Der Überlaufkanal 400 mündet an seinem zweiten Längsende 420 rechtwinklig in die Tüllenbohrung 240. Es wäre jedoch auch möglich, den Überlaufkanal 400 unter einem anderen Winkel als einem rechten Winkel in die Tüllenbohrung 240 münden zu lassen.
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Da der Überlaufkanal 400 an seinem zweiten Längsende 420 in einen Bereich der Tüllenbohrung 240 mündet, der nahe am Exzenterraum 210 liegt und in dem die Tüllenbohrung 240 einen großen Durchmesser aufweist, ergibt sich ein günstiger Fluidverlauf 430 zwischen dem Exzenterraum 210 und dem Überlaufkanal 400 über die Tüllenbohrung 240. Der Fluidverlauf 430 verläuft im Wesentlichen geradlinig und kontinuierlich, ohne dass ein Fluid Kurven mit engen Kurvenradien und/oder großen Kurvenwinkeln folgen muss. Dadurch ergeben sich nur geringe Strömungsverluste des Fluids im Fluidverlauf 430. Dies ermöglicht vorteilhafterweise einen hohen Wirkungsgrad der Hochdruckpumpe 100.
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In einer alternativen Ausführungsform (nicht dargestellt) der Hochdruckpumpe 100 erstreckt sich die Tülle 250 in der Tüllenbohrung 240 bis zum Exzenterraum 210. In dieser Ausführungsform weist die Tülle 250 im Bereich der Einmündung des Überlaufkanals 400 in die Tüllenbohrung 240 eine Öffnung auf, wodurch sich eine Einmündung des Überlaufkanals 400 in den Zulaufkanal 260 ergibt. Die Einmündung des Überlaufkanals 400 in den Zulaufkanal 260 kann rechtwinklig oder mit einem anderen Winkel ausgestaltet sein.
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In einer Weiterbildung der Hochdruckpumpe könnte eine Kante 270 des Gehäuses 200 im Übergangsbereich zwischen dem Exzenterraum 210 und der Tüllenbohrung 240 abgeschrägt oder entfernt werden, um den Fluidverlauf 430 noch geradliniger zu gestalten. Die abzuschrägende oder zu entfernende Kante 270 liegt dabei der Mündung des Überlaufkanals 400 in die Tüllenbohrung 240 gegenüber.
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Das Gehäuse 200 der Hochdruckpumpe 100 weist außerdem einen weiteren Überlaufkanal 500 auf, der sich geradlinig zwischen dem Exzenterraum 210 und dem Zylinder 300 erstreckt. Am dem Zylinder 300 zugewandten Längsende des weiteren Überlaufkanals 500 ist ein Filter 150 vorgesehen. Durch den weiteren Überlaufkanal 500 erhöht sich eine Menge eines insgesamt durch den Überlaufkanal 400 und den weiteren Überlaufkanal 500 förderbaren Fluids. Der weitere Überlaufkanal 500 kann in einer vereinfachten Ausführungsform der Hochdruckpumpe 100 jedoch auch entfallen.
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Ein Vorteil der Hochdruckpumpe 100 besteht darin, dass die für die Tüllenbohrung 240 und die für den Überlaufkanal 400 notwendigen Wandstärken im Gehäuse 200 teilweise doppelt genutzt werden, wodurch das Gehäuse 200 insgesamt weniger massiv und damit materialsparender ausgebildet werden kann. Dies ermöglicht eine kostengünstigere Herstellung des Gehäuses 200 der Hochdruckpumpe 100.
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Ein weiterer Vorteil der Anordnung des Überlaufkanals 400 besteht darin, dass durch die Mündung des Überlaufkanals 400 in den Zylinderführungsraum 230 am ersten Längsende 410 des Überlaufkanals 400 eine Bearbeitung der Dichtfläche 220 zwischen dem Gehäuse 200 und dem Zylinder 300 nicht notwendig ist. Der Überlaufkanal 400 mündet im Bereich einer Seitenwand des Zylinderführungsraums 230 unterhalb der Dichtfläche 220 in den Zylinderführungsraum. Dadurch ist eine einfache und kostengünstige Herstellung der Hochdruckpumpe 100 möglich.
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Die geradlinige Ausbildung des Überlaufkanals 400 hat außerdem den Vorteil, dass der Überlaufkanal 400 einfach mechanisch nachbearbeitet werden kann. Das Gehäuse 200 der Hochdruckpumpe 100 könnte beispielsweise unter Verwendung eines Sandgusskerns hergestellt werden, um den Überlaufkanal 400 zu erzeugen. Anschließend kann der Überlaufkanal 400 mechanisch abgearbeitet werden, um die Gussoberfläche des Überlaufkanals 400 zu reinigen. Dadurch wird ein unerwünschtes nachträgliches Einbringen von Sand in kritische Bereiche der Hochdruckpumpe 100 kostengünstig und sicher verhindert. Das mechanische Abarbeiten der Gussoberfläche des Überlaufkanals 400 ist dabei wesentlich einfacher und kostengünstiger durchführbar als andere nicht-mechanische Nachbearbeitungsverfahren, etwa Waschverfahren.
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Vorteilhafterweise werden durch den im Wesentlichen geradlinigen Fluidverlauf 430 außerdem in den Zulaufkanal 260 hinein wirkende Druckpulsationen vermindert oder vollständig verhindert.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Hochdruckpumpe
- 110
- Exzenter
- 120
- Stößel
- 130
- Kolben
- 140
- Druckfeder
- 150
- Filter
- 200
- Gehäuse
- 210
- Exzenterraum
- 220
- Dichtfläche
- 230
- Zylinderführungsraum
- 240
- Tüllenbohrung
- 250
- Tülle
- 260
- Zulaufkanal
- 270
- Kante
- 300
- Zylinder
- 310
- Führungsabschnitt
- 320
- Kolbenführung
- 400
- Überlaufkanal
- 410
- erstes Längsende
- 420
- zweites Längsende
- 430
- Fluidverlauf
- 500
- weiterer Überlaufkanal
