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Die Erfindung betrifft eine Pumpeneinheit einer Fluidpumpe. Die Erfindung betrifft weiter eine Fluidpumpe.
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Vorzugsweise werden derartige Fluidpumpen als Förderpumpen zur Förderung von Kraftstoff 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 Fluidpumpe unterliegt in Speichereinspritzsystemen für Kraftfahrzeuge starken Belastungen, insbesondere mechanischen Beanspruchungen. Insbesondere müssen von derartigen Fluidpumpen große Kräfte aufgenommen werden können. Damit werden sowohl hohe Anforderungen an das Material als auch an die Konstruktion der Fluidpumpe gestellt.
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Da Fluidpumpen einerseits beispielsweise Drücken von bis zu 2000 bar ausgesetzt sein können, müssen sie hohen Beanspruchungen standhalten. Andererseits besteht der Wunsch nach Fluidpumpen für Speichereinspritzsysteme von Brennkraftmaschinen, die vergleichsweise niedrige Drücke von beispielsweise circa 70 bar haben sollen.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Pumpeneinheit einer Fluidpumpe und eine Fluidpumpe zu schaffen, die bei vorgegebenen Pumpendrücken einen zuverlässigen und präzisen Betrieb ermöglichen und dabei einem möglichst geringen Verschleiß unterliegen. Zugleich sollen die Pumpeneinheit und die Fluidpumpe kostengünstig herstellbar sein.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Gemäß eines ersten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch eine Pumpeneinheit einer Fluidpumpe zur Förderung eines Fluids, die aufweist einen Zylinder mit einer Zylinderlängsachse und einer Zylinderkammer, einen in der Zylinderkammer axial bewegbar angeordneten Pumpenkolben, und eine Stößelbaugruppe mit einem fest mit dem Pumpenkolben gekoppelten Stößel, einem mit dem Stößel gekoppelten Rollenschuh, und einer in dem Rollenschuh drehbar gelagerten Rolle. Die Rolle ist ausgebildet zum zumindest mittelbaren Abstützen des Pumpenkolbens an einer zum Antrieb der Fluidpumpe ausgebildeten Antriebswelle. Axial zwischen dem Stößel und dem Rollenschuh ist eine Federanordnung angeordnet, die ausgebildet ist zum Begrenzen einer von dem Rollenschuh auf den Pumpenkolben übertragenen Kraft entsprechend einem vorgegebenen maximalen Förderdruck der Fluidpumpe.
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Eine derartige Pumpeneinheit und insbesondere die zwischen dem Stößel und dem Rollenschuh angeordnete Federanordnung haben den Vorteil, dass der maximale Förderdruck der Fluidpumpe in sehr einfacher Weise durch die Federanordnung begrenzt werden kann. Des Weiteren kann gewährleistet werden, dass auch in einer Phase eines Druckaufbaus die volle Förderleistung der Fluidpumpe abgerufen werden kann. Darüber hinaus kann die Federanordnung sehr einfach gefertigt werden, so dass sie eine sehr kostengünstige Lösung zur Begrenzung der Kraft zwischen dem Rollenschuh und den Pumpenkolben darstellen kann.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Pumpeneinheit weist die Federanordnung eine Spiralfeder auf. Damit ist eine einfache mechanische Ausbildung der Federanordnung möglich. Eine derartige Ausführung der Federanordnung stellt eine besonders kostengünstige Lösung der Pumpeneinheit dar.
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Gemäß eines zweiten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch eine Fluidpumpe zur Förderung eines Fluids, mit einem Pumpengehäuse, einer in dem Pumpengehäuse drehbar gelagerten Antriebswelle, über die die Fluidpumpe antreibbar ist, und mindestens einer Pumpeneinheit gemäß des ersten Aspekts der Erfindung. Die Vorteile des zweiten Aspekts der Erfindung entsprechen den Vorteilen des ersten Aspekts der Erfindung.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind nachfolgend anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert.
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Die einzige Figur zeigt eine schematische Ansicht einer Fluidpumpe in einem Längsschnitt.
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Die Figur zeigt eine Fluidpumpe 10 mit einem Pumpengehäuse 12 und einer Pumpeneinheit 13. Die Fluidpumpe 10 kann weitere nicht dargestellte Pumpeneinheiten aufweisen. Die Fluidpumpe 10 kann insbesondere zur Kraftstoffhochdruckversorgung bei einem Speichereinspritzsystem einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs verwendet werden.
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Das Pumpengehäuse 12 ist vorzugsweise aus einem Metall gebildet. Das Metall weist vorzugsweise Aluminium oder eine Aluminiumverbindung auf.
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Die Fluidpumpe 10 weist eine Antriebswelle 16 auf, die mit zwei Nocken 20 in Wirkverbindung steht und in einer Drehachse D drehbar in dem Pumpengehäuse 12 gelagert ist. Die Anzahl der Förder- und Kompressionshübe kann über die Anzahl der Nocken 20 vorgegeben werden. Die Anzahl der Förder- beziehungsweise Kompressionshübe entspricht dabei der Anzahl der Nocken 20. In der hier dargestellten bevorzugten Ausführungsform hat die Fluidpumpe 10 zwei Nocken 20.
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Die Pumpeneinheit 13 besteht im Wesentlichen aus einem Zylinder 14 mit einer Zylinderlängsachse L, einer in dem Zylinder 14 angeordneten Zylinderkammer 18, einer Feder 26, einem Pumpenkolben 28 und einer Stößelbaugruppe 30, die im Weiteren noch genauer dargestellt wird. Der Zylinder 14, die Zylinderkammer 18, die Feder 26 und der Pumpenkolben 28 sind zueinander koaxial angeordnet. Der Zylinder 14 ist fest mit dem Pumpengehäuse 12 gekoppelt und aus einem Metall, vorzugsweise einem Stahl, gebildet.
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Der Pumpenkolben 28 ist axial bewegbar in der Zylinderkammer 18 des Zylinders 14 gelagert und steht über die Stößelbaugruppe 30 und die Nocken 20 mit der Antriebswelle 16 in Wirkverbindung. Der Pumpenkolben 28 wird insbesondere durch die Nocken 20 der Antriebswelle 16 in einer Hubbewegung in zumindest annähernd radialer Richtung zur Drehachse D der Antriebswelle 16 angetrieben.
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Die Stößelbaugruppe 30 wird mittels der Feder 26, die vorzugsweise als Schraubendruckfeder ausgebildet ist und sich vorzugsweise am Zylinder 14 und an einem Stößel 32 der Stößelbaugruppe 30 abstützt, in ständiger Anlage an die Nocken 20 der Antriebswelle 16 gehalten. Damit kann ein Abheben und Wiederauftreffen der Stößelbaugruppe 30 auf die Antriebswelle 16 mit den Nocken 20 vermieden werden, was zu Beschädigungen sowohl der Antriebswelle 16 und der Nocken 20 als auch der Stößelbaugruppe 30 führen könnte.
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Um die Zylinderkammer 18 mit Fluid befüllen zu können, weist der Zylinder 14 eine Zylinderkammerzulaufleitung 22 auf, in der vorzugsweise ein Zylinderkammereinlassventil 23 angeordnet ist.
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Das Zylinderkammereinlassventil 23 erleichtert die Befüllung der Zylinderkammer 18 und verhindert beim Befüllen das Zurückströmen des Fluids aus der Zylinderkammerzulaufleitung 22. Das Zylinderkammereinlassventil 23 ist vorzugsweise als einfaches mechanisches Ventil mit einem federbelasteten Schließkörper ausgebildet. Damit kann auf den Einsatz eines digital geschalteten Ventils für das Zylinderkammereinlassventil 23 verzichtet werden. Damit kann eine kostengünstige Lösung für das Zylinderkammereinlassventil 23 erreicht werden.
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Der Zylinder 14 weist weiter eine Zylinderkammerablaufleitung 24 und ein in dieser angeordnetes Zylinderkammerauslassventil 25 auf. Damit kann Fluid aus der Zylinderkammer 18 ausgestoßen werden. Auch das Zylinderkammereinlassventil 23 ist vorzugsweise als einfaches mechanisches Ventil mit einem federbelasteten Schließkörper ausgebildet.
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Während eines Saughubs, das heißt einer bezüglich der Figur abwärts gerichteten Bewegung des Pumpenkolbens 28, wird Fluid, insbesondere Kraftstoff aus der Zylinderkammerzulaufleitung 22 über das Zylinderkammereinlassventil 23 in die Zylinderkammer 18 gefördert, wobei das Zylinderkammerauslassventil 25 geschlossen ist. Während eines Pumphubs, das heißt einer bezüglich der Figur aufwärts gerichteten Bewegung des Pumpenkolbens 28, wird der in der Zylinderkammer 18 befindliche Kraftstoff komprimiert beziehungsweise unter hohem Druck über das Zylinderkammerauslassventil 25 an die Zylinderkammerablaufleitung 24 abgegeben, wobei das Zylinderkammereinlassventil 23 geschlossen ist.
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Die Stößelbaugruppe 30 umfasst den Stößel 32, einen Rollenschuh 34 und eine Rolle 36.
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Der zylinderförmige Stößel 32 kann innerhalb des Pumpengehäuses 12 in Richtung der Zylinderlängsachse L geführt sein und steht in Mitnahmeverbindung mit dem Pumpenkolben 28. Der Pumpenkolben 28 weist vorzugsweise einen kleineren Durchmesser auf als der Stößel 32. Der Pumpenkolben 28 und der Stößel 32 können aus demselben oder jeweils einem anderen Werkstoff bestehen, vorzugsweise aus einem Stahl.
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Der Stößel 32 dient zur zumindest mittelbaren Abstützung des Pumpenkolbens 28 über die in dem Rollenschuh 34 drehbar gelagerte Rolle 36 an der Antriebswelle 16.
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Der Stößel 32 wird bevorzugt am Zylinder 14 geführt. Dies hat den Vorteil, dass der Stößel 32 klein ausgebildet sein kann und damit eine kleine bewegte Masse in der Pumpeneinheit 13 vorliegen kann. Außerdem steht ein großes Volumen für die Feder 26 zur Verfügung.
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Abhängig von den geometrischen Bedingungen in dem Raum zwischen dem Zylinder 14 und dem Pumpengehäuse 12 kann es auch vorteilhaft sein, dass der Stößel 32 am Pumpengehäuse 12 geführt wird.
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Die Rolle 36 ist mittels einer durch die Feder 26 über den Stößel 32 und den Rollenschuh 34 auf die Rolle 36 übertragenen Kraft in Anlage an die Antriebswelle 16 gehalten, vorzugsweise in Anlage an den zumindest einen Nocken 20 der Antriebswelle 16, und rollt auf der Antriebswelle 16 beziehungsweise den Nocken 20 ab.
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Ein der Antriebswelle 12 zugewandter Abschnitt des Rollenschuhs 34 umfasst im zentralen Bereich eine Rollenschuhausnehmung 38, in der die zylindrische Rolle 36 zumindest teilweise aufgenommen und drehbar angeordnet ist. Der Rollenschuh 34 ist bevorzugt so ausgebildet, dass er bezüglich eines axialen Teils der Mantelfläche der Rolle 36 die Rolle 36 mit einem Umschlingungswinkel von mindestens 180° bezogen auf einen Querschnitt der zylinderförmigen Rolle 36 aufnimmt. Bevorzugt ist die Rollenschuhausnehmung 38 an die radiale Lagerung und Führung der Rolle 36 angepasst.
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Axial zwischen dem Stößel 32 und dem Rollenschuh 34 ist eine Federanordnung 42 angeordnet. Die Federanordnung 42 ist sowohl mit dem Stößel 32 als auch dem Rollenschuh 34 gekoppelt. In der hier gezeigten bevorzugten Ausführungsform hat die Federanordnung 42 einen becherförmigen Behälter 44 und einen Deckel 46. Mittels des Deckels 46 kann der becherförmige Behälter 44 abgeschlossen werden. Weiter weist die Federanordnung 42 eine Spiralfeder 48 auf. Die Spiralfeder 48 ist vorzugsweise in dem becherförmigen Behälter 44 angeordnet.
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Im Folgenden soll die Funktionsweise der Fluidpumpe 10 beschrieben werden:
Im Ausgangszustand soll sich der Pumpenkolben 28 in einer Position in der Pumpeneinheit 13 befinden, in der er einen maximalen Abstand von der Antriebswelle 16 aufweist, wie in der Figur dargestellt.
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Durch eine Drehbewegung der Antriebswelle 16 mit den Nocken 20 um die Drehachse D wird die Rolle 36, bedingt durch die Federkraft der Feder 26, von der Zylinderkammer 18 wegbewegt. Über den Rollenschuh 34 und die Federanordnung 42 wird der Stößel 32 bei dieser Bewegung mitgenommen, wodurch wegen der bestehenden festen Kopplung zwischen dem Stößel 32 und dem Pumpenkolben 28 der Pumpenkolben 28 in Richtung der Zylinderlängsachse L bezüglich der Figur nach unten bewegt wird.
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Durch die Bewegung des Pumpenkolbens 32 wird die Zylinderkammer 18 vergrößert und über das als Rückschlagventil ausgebildete Zylinderkammereinlassventil 23 und die Zylinderkammerzulaufleitung 22 mit Fluid befüllt.
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Im Weiteren wird durch die Drehbewegung der Antriebswelle 14 die Rolle 36 wieder in Richtung auf den Zylinder 14 hinbewegt. Die Kraft wird über den Rollenschuh 34 auf den Pumpenkolben 28 übertragen, wodurch eine Druckbeaufschlagung der Zylinderkammer 18 und damit eine Verdichtung des in der Zylinderkammer 18 befindlichen Fluids erfolgt. Hierbei können hohe Drücke in der Zylinderkammer 18 erreicht werden. Dadurch können hohe Kräfte zwischen der Rolle 36 und dem Pumpenkolben 28 auftreten.
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Mittels der Federanordnung 42 kann die von dem Rollenschuh 34 auf den Pumpenkolben 28 übertragene Kraft begrenzt werden. Dazu wird die Federanordnung 42, in der hier gezeigten Ausführungsform insbesondere die Spiralfeder 48, derart vorgespannt, dass über die Federanordnung 42 maximal eine Kraft von dem Rollenschuh 34 auf den Pumpenkolben 28 übertragen kann, die einer Kraft auf den Pumpenkolben 28 entsprechend einem vorgegebenen maximalen Förderdruck der Fluidpumpe 10 entspricht. Vorzugsweise wird die Federanordnung 42 derart vorgespannt, dass auf den Pumpenkolben 28 maximal eine Kraft übertragen werden kann, die einem Förderdruck der Fluidpumpe 10 von 70 bar entspricht.
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Das komprimierte Fluid kann im Anschluss an den Kompressionshub über die Zylinderkammerablaufleitung 24 und das nun geöffnete Zylinderkammerauslassventil 25 ausgestoßen werden. Handelt es sich bei der Fluidpumpe 10 beispielsweise um eine Kraftstoffpumpe einer Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine, so kann das mit hohem Druck beaufschlagte Fluid zu einem Hochdruckkraftstoffspeicher, dem so genannten Common Rail, gelangen.
