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Die Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe.
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Vorzugsweise wird eine derartige Hochdruckpumpe als Förderpumpe zur Förderung von Fluid für ein Speichereinspritzsystem für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen verwendet.
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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 Hockdruckpumpen große Kräfte aufgenommen werden können. Damit werden sowohl hohe Anforderungen an das Material als auch an die Konstruktion der Hockdruckpumpe gestellt.
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Da Hochdruckpumpen Drücken von beispielsweise bis zu über 2000 bar ausgesetzt sind, müssen sie hohen Beanspruchungen standhalten.
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Die Druckschrift
DE 10 2006 006 555 A1 offenbart eine Hochdruckpumpe mit einem Trägerelement sowie einer in dem Trägerelement drehbar gelagerten Antriebswelle mit wenigstens einer von der Antriebswelle antreibbaren Pumpeneinheit, die ein Zylindergehäuse mit einem bei bestimmungsgemäßen Einsatz hochdruckbeaufschlagten Zylinderraum aufweist, in dem ein axial bewegbarer Hochdruckkolben angeordnet ist, der mit der Antriebswelle in Wirkverbindung steht.
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Die Druckschrift
DE 10 2010 001 882 A1 offenbart eine Kraftstoffhochdruckpumpe einer Brennkraftmaschine mit einem Pumpengehäuse, in dem zur Betätigung wenigstens eines im Pumpengehäuse angeordneten Pumpenelementes eine Antriebswelle mit einem Nocken- oder Exzentertrieb aufgenommen und drehbar um eine Antriebswellenlängsachse gelagert ist, wobei das Pumpengehäuse zur Aufnahme und drehbaren Lagerung der Antriebswelle ein als Flansch ausgebildetes Gehäuseteil mit einer Lagerbohrung umfasst.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Hochdruckpumpe zu schaffen, die auch bei starken mechanischen Beanspruchungen einen zuverlässigen und präzisen Betrieb ermöglicht. 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 Pumpengehäuse, einem sich in Richtung einer Längsachse erstreckenden Achselement, das in einer Gehäuseausnehmung des Pumpengehäuses gelagert ist, einer auf dem Achselement drehbar gelagerten Antriebswelle, und einem fest mit der Antriebswelle gekoppelten Antriebselement, das ausgebildet ist zum Antreiben der Antriebswelle. Ferner umfasst die Hochdruckpumpe eine Pumpeneinheit, die von der Antriebswelle antreibbar ist. Die Hochdruckpumpe weist überdies ein Lagerelement auf, das fest mit dem Pumpengehäuse gekoppelt oder einstückig mit dem Pumpengehäuse ausgebildet ist, und das eine Ausnehmung aufweist, in der das Achselement gelagert ist. Die Ausnehmung des Lagerelements ist relativ zu der Gehäuseausnehmung derart angeordnet, dass das Antriebselement axial zwischen der Ausnehmung des Lagerelements und der Gehäuseausnehmung angeordnet ist.
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Dies hat den Vorteil, dass eine sehr präzise Ausrichtung des Achselements erreicht werden kann. Dies gilt insbesondere auch dann, wenn von dem Antriebselement große Kräfte über die Antriebswelle auf das Achselement übertragen werden. Des Weiteren kann erreicht werden, dass nur ein geringer Verschleiß an dem Achselement und an der Antriebswelle auftritt. Damit kann erreicht werden, dass die für die Überwindung der Reibungskräfte erforderliche Antriebsleistung klein ist.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform erstreckt sich das Antriebselement im Wesentlichen in einer Ebene senkrecht zu der Längsachse. In der Ebene radial zwischen dem Achselement und der Antriebswelle ist ein Gleitlager angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass das Gleitlager in der Ebene liegt, in der auch die Kräfte des Antriebselements wirken. Damit kann vermieden werden, dass Kanten von Komponenten der Hochdruckpumpe auf das Gleitlager einwirken. Damit kann das Gleitlager eine geringe Reibung zwischen dem Achselement und der Antriebswelle ermöglichen, auch dann, wenn die von dem Antriebselement ausgehenden Kräfte auf die Antriebswelle und das Achselement groß sind.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform erstreckt sich die mindestens eine von der Antriebswelle antreibbare Pumpeneinheit im Wesentlichen in einer weiteren Ebene senkrecht zu der Längsachse. Die weitere Ebene ist axial zwischen der Ausnehmung des Lagerelements und der Gehäuseausnehmung angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass eine sehr präzise Ausrichtung des Achselements erreicht werden kann. Dies gilt insbesondere auch dann, wenn von der Antriebswelle große Kräfte auf die Pumpeneinheit übertragen werden. Des Weiteren kann erreicht werden, dass nur ein geringer Verschleiß an dem Achselement und an der Antriebswelle auftritt. Damit kann erreicht werden, dass die für die Überwindung der Reibungskräfte erforderliche Antriebsleistung klein ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist in der weiteren Ebene radial zwischen dem Achselement und der Antriebswelle mindestens ein weiteres Gleitlager angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass das weitere Gleitlager in der Ebene liegt, in der auch die Kräfte der Pumpeneinheit wirken. Damit kann das Gleitlager eine geringe Reibung zwischen dem Achselement und der Antriebswelle ermöglichen, auch dann, wenn die Kräfte zwischen der Antriebswelle und dem Achselement groß sind.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Lagerelement als Bügel ausgebildet, der an einem ersten Bügelabschnitt fest mit dem Pumpengehäuse gekoppelt ist. Das Lagerelement weist an einem bezüglich des ersten Bügelabschnitts distalen zweiten Bügelabschnitt die Ausnehmung des Lagerelements auf. Dies hat den Vorteil, dass die Hochdruckpumpe einfach aufgebaut sein kann. Damit kann die Hochdruckpumpe einfach zu montieren und damit zu geringen Kosten zu fertigen sein.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine teilweise geschnittene, teilweise perspektivische Ansicht einer Hochdruckpumpe, und
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2 eine Detailansicht der Hochdruckpumpe.
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Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine Hochdruckpumpe 10 mit einem Pumpengehäuse 12. Das Pumpengehäuse 12 ist vorzugsweise ganz oder teilweise aus einem Metall gebildet. Das Pumpengehäuse 12 ist in der dargestellten Ausführungsform zweiteilig aus einem ersten Teil 12a und einem zweiten Teil 12b ausgeführt. Der erste Teil 12a ist insbesondere topfförmig ausgebildet. Der zweite Teil 12b ist insbesondere als Flansch ausgebildet. Das Pumpengehäuse 12 kann jedoch auch einteilig ausgeführt sein oder mehr als zwei Teile aufweisen. Die Hochdruckpumpe 10 hat in der hier dargestellten Ausführungsform eine Pumpeneinheit 14. In weiteren Ausführungsformen kann die Hochdruckpumpe 10 jedoch auch zwei oder mehr Pumpeneinheiten aufweisen.
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Die Hochdruckpumpe 10 weist zentral ein Achselement 15 auf. Das Achselement 15 hat eine Längsachse Z. Das Pumpengehäuse 12 hat eine Gehäuseausnehmung 13. Das Achselement 15 ist in der Gehäuseausnehmung 13 gelagert.
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Das als Flansch ausgebildete zweite Teil 12b des Pumpengehäuses 12 ist mit dem ersten Teil 12a des Pumpengehäuses 12 fest gekoppelt. Das Achselement 15 steht mit einer als Nockenwelle ausgebildeten Antriebswelle 16 in Wirkverbindung. Anstelle der als Nockenwelle ausgebildeten Antriebswelle 16 kann auch eine Exzenterwelle zum Einsatz kommen.
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Die Pumpeneinheit 14 besteht im Wesentlichen aus einem mit dem Pumpengehäuse 12 gekoppelten Zylindergehäuse 17, einer in dem Zylindergehäuse 17 angeordneten Zylinderkammer 18, einer Feder 20 und einem Hochdruckkolben 21. Das Zylindergehäuse 17, die Zylinderkammer 18, der Hochdruckkolben 21 und die Feder 20 sind zueinander koaxial angeordnet.
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Der Hochdruckkolben 21 ist axial bewegbar in der Zylinderkammer 18 des Zylindergehäuses 17 gelagert. Der Hochdruckkolben 21 wird mittels der Feder 20, die sich vorzugsweise am Zylindergehäuse 17 abstützt und mit dem Hochdruckkolben 21 zusammenwirkt, in ständiger Wirkverbindung mit der Antriebswelle 16 gehalten.
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Um die Zylinderkammer 18 mit Fluid befüllen zu können, weist das Zylindergehäuse 17 eine Zulaufleitung 22 auf, in der vorzugsweise ein Einlassventil 24 angeordnet ist. Das Einlassventil 24 erleichtert die Befüllung der Zylinderkammer 18 und verhindert während der Kompressionsphase das Zurückströmen des Fluids aus der Zulaufleitung 22. Das Zylindergehäuse 17 weist weiter eine Ablaufleitung 26 und ein in dieser angeordnetes Auslassventil 28 auf. Über die Ablaufleitung 26 und das Auslassventil 28 kann das Fluid aus der Zylinderkammer 18 ausgestoßen werden.
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In der hier gezeigten Ausführungsform hat die Pumpeneinheit 14 einen mit dem Hochdruckkolben 21 gekoppelten Rollenstößel 32. Der Rollenstößel 32 ist über eine zylinderförmige Rolle 30 in Wirkverbindung mit der Antriebswelle 16. In alternativen Ausführungsformen kann die Pumpeneinheit 14 beispielsweise auch mit einem Exzenterring und einem mit dem Hochdruckkolben gekoppelten Gleitschuh ausgebildet sein.
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Radial zwischen dem Achselement 15 und der Antriebswelle 16 sind ein Gleitlager 36 sowie ein weiteres Gleitlager 38 angeordnet. In weiteren Ausführungsformen können auch mehr als zwei Gleitlager zwischen dem Achselement 15 und der Antriebswelle 16 angeordnet sein. Die Gleitlager 36, 38 ermöglichen, dass nur eine geringe Reibung zwischen dem Achselement 15 und der Antriebswelle 16 auftritt, auch wenn die zwischen dem Achselement 15 und der Antriebswelle 16 auftretenden Kräfte groß sind.
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Die Hochdruckpumpe 10 hat ferner ein Antriebselement 40. Das Antriebselement 40 ist fest mit der Antriebswelle 16 gekoppelt. Das Antriebselement 40 ist vorzugsweise als Riemenrad oder als Kettenrad ausgebildet.
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An der Antriebswelle 16 ist insbesondere eine Mutter 42 mit einem Gewinde 44 angeordnet. Mittels der Mutter 42 kann das Antriebselement 40 fest mit der Antriebswelle 16 gekoppelt sein. Damit kann insbesondere ein Verschieben oder ein Verkippen des Antriebselements 40 gegenüber dem Achselement 15 und der Antriebswelle 16 vermieden werden.
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Die Hochdruckpumpe 10 weist weiterhin ein Lagerelement 46 auf. Das Lagerelement 46 ist fest mit dem Pumpengehäuse 12 gekoppelt. In einer alternativen Ausführungsform kann das Lagerelement 46 auch einstückig mit dem Pumpengehäuse ausgebildet sein. Das Lagerelement 46 weist eine Ausnehmung 48 auf. Besonders bevorzugt ist das Lagerelement 46 als Bügel ausgebildet. Das als Bügel ausgebildete Lagerelement 46 hat einen ersten Bügelabschnitt 50. Der erste Bügelabschnitt 50 ist fest mit dem Pumpengehäuse 12 gekoppelt. Das als Bügel ausgebildete Lagerelement 46 hat einen bezüglich des ersten Bügelabschnitts 50 distalen zweiten Bügelabschnitt 52. In dem zweiten Bügelabschnitt 52 ist die Ausnehmung 48 angeordnet. Das Lagerelement 46 hat weiter einen Zwischenabschnitt 54, der den ersten Bügelabschnitt 50 mit dem zweiten Bügelabschnitt 52 verbindet. Vorzugsweise ist das Lagerelement 46 aus dem ersten Bügelabschnitt 50, dem zweiten Bügelabschnitt 52 und dem Zwischenabschnitt 54 einstückig ausgebildet.
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Das Achselement 15 ist in der Ausnehmung 48 des Lagerelements 46 gelagert. Das Antriebselement 40 ist axial zwischen der Ausnehmung 48 und der Gehäuseausnehmung 13 angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass eine sehr präzise Ausrichtung des Achselements 15 erreicht werden kann. Werden insbesondere von dem Antriebselement 40 große Kräfte über die Antriebswelle 16 auf das Achselement 15 übertragen, so kann eine sichere Lagerung des Achselements 15 in dem Pumpengehäuse 12 und in dem Lagerelement 46 erreicht werden. Damit kann ein geringer Verschleiß an dem Achselement 15 und an der Antriebswelle 16 erreicht werden. Damit kann auch erreicht werden, dass die für die Überwindung der Reibungskräfte erforderliche Antriebsleistung für die Hochdruckpumpe 10 klein sein kann.
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Das Antriebselement 40 erstreckt sich im Wesentlichen in einer Ebene E1, die senkrecht zu der Längsachse z ist. Damit kann auch bei großen in Richtung der Ebene E1 wirkenden Kräften des Antriebselements 40 eine stabile Lagerung des Achselements 15 und der Antriebswelle 16 erreicht werden. Mittels des Gleitlagers 36 kann des Weiteren erreicht werden, dass eine geringe Reibung zwischen dem Achselement 15 und der Antriebswelle 16 auftritt, auch dann, wenn die von dem Antriebselement 40 ausgehenden Kräfte auf die Antriebswelle 16 und das Achselement 15 groß sind.
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Die Pumpeneinheit 14 erstreckt sich im Wesentlichen in einer weiteren Ebene E2 senkrecht zu der Längsachse Z. Das weitere Gleitlager 38 ist radial zwischen dem Achselement 15 und der Antriebswelle 16 in der weiteren Ebene E2 angeordnet. Das weitere Gleitlager 38 liegt also in der weiteren Ebene E2, in der auch die Kräfte der Pumpeneinheit 14, insbesondere des Hochdruckkolbens 21 wirken. Es ist so möglich, zu erreichen, dass das weitere Gleitlager 38 nur zu einer geringen Reibung zwischen dem Achselement 15 und der Antriebswelle 16 führt. Dies gilt auch dann, wenn die Kräfte zwischen der Antriebswelle 16 und dem Achselement 15 groß sind.
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In der Antriebswelle 16 ist ein Schmiermittelzulaufkanal 56 ausgebildet, mittels dem es möglich ist, insbesondere einen Raum zwischen dem Achselement 15 und der Antriebswelle 16, in dem die Gleitlager 36, 38 angeordnet sind, mit einem Schmiermittel zu spülen. Durch die Spülung des Raums zwischen dem Achselement 15 und der Antriebswelle 16 kann eine Kühlung und Schmierung der Hochdruckpumpe 10 bewirkt werden. Das Schmiermittel kann anschließend von dem Zwischenraum zwischen dem Achselement 15 und der Antriebswelle 16 vorzugsweise über die Antriebswelle 16 und das Pumpengehäuse 12 über einen Schmiermittelrücklaufkanal 58 aus der Hochdruckpumpe 10 abgeführt werden.
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In 2 ist eine Detailansicht von Teilen der Hochdruckpumpe 10 gezeigt. Insbesondere ist das als Riemenrad oder als Kettenrad ausgebildete Antriebselement 40 dargestellt, das mit einem Transmissionselement 60 gekoppelt ist. Über das Transmissionselement 60 kann eine Antriebskraft beispielsweise von der Brennkraftmaschine auf das Antriebselement 40 übertragen werden. Das Transmissionselement 60 ist vorzugsweise entsprechend der Ausbildung des Antriebselements 40 als Riemen oder als Kette ausgebildet. Des Weiteren zeigt 2 das als Bügel ausgebildete Lagerelement 46, in dem das Achselement 15 gelagert ist. Vorzugsweise wird das Lagerelement 46 mittels Befestigungselementen 62 an einem nicht dargestellten Motorgehäuse befestigt.
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Im Folgenden soll die Funktion der Hochdruckpumpe 10 anhand der 1 und 2 beschrieben werden:
Durch eine Drehbewegung der Antriebswelle 16 wird zunächst ein Saughub durchgeführt, das heißt eine Bewegung des Hochdruckkolbens 21 in Richtung auf die Längsachse z des Achselements 15 hin. Dabei wird Fluid aus der Zulaufleitung 22 über das Einlassventil 24 in die Zylinderkammer 18 gefördert, wobei das Auslassventil 28 geschlossen ist. Durch eine weitere Drehung der Antriebswelle 16 wird dann ein Pumphub durchgeführt, das heißt eine Bewegung des Hochdruckkolbens 21 von der Längsachse Z des Achselements 15 weg. Dabei wird das in der Zylinderkammer 18 befindliche Fluid komprimiert beziehungsweise über das Auslassventil 28 unter hohem Druck abgegeben, wobei das Einlassventil 24 geschlossen ist. 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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Über das Transmissionselement 60 werden in der Ebene E1 Spannkräfte FS, die in einer Querkraft FQ resultieren, auf das Antriebselement 40 ausgeübt. Durch die Lagerung des Achselements 15 in der Ausnehmung 48 des Lagerelements 46 und der Gehäuseausnehmung 13 kann erreicht werden, dass die Querkraft FQ insbesondere auch von dem Lagerelement 46 aufgenommen wird, und so eine präzise Lagerung des Achselements 15 und der Antriebswelle 16 erreicht wird. Dies gilt in entsprechender Weise für die von dem Hochdruckkolben 21 auf die Antriebswelle 16 und das Achselement 15 ausgehenden Kräfte quer zu der Längsachse z in der weiteren Ebene E2.
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Durch die Anordnung der Gleitlager 36, 38 in den Ebenen E1, E2 radial zwischen dem Achselement 15 und der Antriebswelle 16 kann des Weiteren vermieden werden, dass die Gleitlager 36, 38 gegenüber dem Achselement 15 beziehungsweise der Antriebswelle 16 verkanten. Damit kann der Verschleiß an dem Achselement 15 und der Antriebswelle 16 gering gehalten werden. Damit kann eine geringe Reibleistung zwischen dem Achselement 15 und der Antriebswelle 16 erreicht werden.
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Des Weiteren kann durch den Aufbau der Hochdruckpumpe 10 mit dem Lagerelement 46, in dessen Ausnehmung 48 das Achselement 15 gelagert ist, die Hochdruckpumpe 10 als kompakte Einheit ausgebildet werden. An der Hochdruckpumpe 10 kann so eine definierte Schnittstelle für den Kunden bereitgestellt werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Hochdruckpumpe
- 12
- Pumpengehäuse
- 12a, 12b
- Teile von 12
- 13
- Gehäuseausnehmung
- 14
- Pumpeneinheit
- 15
- Achselement
- 16
- Antriebswelle
- 17
- Zylindergehäuse
- 18
- Zylinderkammer
- 20
- Feder
- 21
- Hochdruckkolben
- 22
- Zulaufleitung
- 24
- Einlassventil
- 26
- Ablaufleitung
- 28
- Auslassventil
- 30
- Rolle
- 32
- Rollenstößel
- 36
- Gleitlager
- 38
- weiteres Gleitlager
- 40
- Antriebselement
- 42
- Mutter
- 44
- Gewinde
- 46
- Lagerelement
- 48
- Ausnehmung von 46
- 50
- 1. Bügelabschnitt
- 52
- 2. Bügelabschnitt
- 54
- Zwischenabschnitt
- 56
- Schmiermittelzulaufkanal
- 58
- Schmiermittelrücklaufkanal
- 60
- Transmissionselement (Riemen/Kette)
- 62
- Befestigungselement
- E1, E2
- Ebenen
- Z
- Längsachse
- FS
- Spannkräfte
- FQ
- Querkraft
