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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und ein Hochdruckeinspritzsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 10.
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Stand der Technik
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In Hochdruckeinspritzsystemen für Verbrennungsmotoren, insbesondere in Common-Rail-Einspritzsystemen von Diesel- oder Benzinmotoren, sorgt eine Hochdruckpumpe dauernd für die Aufrechterhaltung des Druckes in dem Hochdruckspeicher des Common-Rail-Einspritzsystems. Die Hochdruckpumpe kann beispielsweise durch eine Nockenwelle des Verbrennungsmotors mittels einer Antriebswelle angetrieben werden. Für die Förderung des Kraftstoffs zur Hochdruckpumpe werden Vorförderpumpen, z. B. eine Zahnrad- oder Drehschieberpumpe, verwendet, die der Hochdruckpumpe vorgeschaltet sind. Die Vorförderpumpe fördert den Kraftstoff von einem Kraftstofftank durch eine Kraftstoffleitung zu der Hochdruckpumpe.
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Als Hochdruckpumpen werden unter anderem Kolbenpumpen eingesetzt. In einem Gehäuse ist eine Antriebswelle gelagert. Radial dazu sind Kolben in einem Zylinder angeordnet. Auf der Antriebswelle mit wenigstens einem Nocken liegt eine Laufrolle mit einer Rollen-Rollfläche auf, die in einem Rollenschuh gelagert ist. Der Rollenschuh ist mit dem Kolben verbunden, so dass der Kolben zu einer oszillierenden Translationsbewegung gezwungen ist. Eine Feder bringt auf den Rollenschuh eine radial zu der Antriebswelle gerichtet Kraft auf, so dass die Laufrolle in ständigen Kontakt zu der Antriebswelle steht. Die Laufrolle steht mit der Rollen-Rollfläche an einer Wellen-Rollfläche als Oberfläche der Antriebswelle mit dem wenigstens einen Nocken in Kontakt mit der Antriebswelle. Die Laufrolle ist mittels eines Gleitlagers in dem Rollenschuh gelagert.
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Die Hochdruckpumpe weist einen innerhalb eines Gehäuse ausgebildeten Schmierraum auf und innerhalb des Schmierraumes ist die Antriebswelle mit den Nocken, der Rollenschuh und die Laufrolle angeordnet. Der Schmierraum ist dabei von Kraftstoff als Schmierflüssigkeit durchströmt zur Schmierung und Kühlung der Komponenten, d. h. insbesondere der Laufrolle, des Rollenschuhes und der Antriebswelle. Der von der Vorförderpumpe geförderte Kraftstoff wird dabei zu einem Teil der Hochdruckpumpe, d. h. einem Einlasskanal der Hochdruckpumpe, zugeführt und ein anderer Teil der von der Vorförderpumpe geförderte Kraftstoff wird durch den Schmierraum geleitet zur Kühlung und Schmierung der Komponenten innerhalb des Schmierraumes. Das Gehäuse umfasst eine Öffnung zur Durchführung und Gleitlagerung der Antriebswelle sowie ein Sackloch zur Lagerung der Antriebswelle. Dabei ist die Antriebswelle mittels je einer Lagerbuchse an dem Sackloch und der Öffnung gleitgelagert. Zwischen der Antriebswelle und den beiden Lagerbuchsen besteht ein Spalt, insbesondere ein Ringspalt, durch welchen der Kraftstoff strömt zur Schmierung und Kühlung des Wellengleitlagers an der Lagerbuchse. Dieser Kraftstoff, welcher aufgrund des Spieles zwischen der Antriebswelle und der Lagerbuchse axial diesen Zwischenraum bzw. Spalt, insbesondere Ringspalt, durchströmt, wird dabei nach dem Durchströmen durch eine Kraftstoffrücklaufleitung wieder dem Kraftstofftank zugeführt. Aufgrund eines unterschiedlichen Lagerspieles tritt auch ein unterschiedlicher Volumenstrom von Kraftstoff durch die beiden Wellengleitlager auf. Dieser durch die beiden Wellengleiter abfließende Kraftstoff aus dem Schmierraum reicht jedoch nicht für eine ausreichende Kühlung der Komponenten innerhalb des Schmierraumes aus. Aus diesem Grund ist das Gehäuse mit einer zusätzlichen Kühldrossel zur zusätzlichen Ableitung von Kraftstoff aus dem Schmierraum versehen. Diese Kühldrossel erfordert in nachteiliger Weise zusätzliche Bauteile und erhöht somit die Herstellungskosten der Hochdruckpumpe.
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Die
DE 10 2006 045 933 A1 zeigt eine Hochdruckpumpe zur Kraftstoffhochdruckförderung. Die Hochdruckpumpe weist eine Antriebswelle mit Nocken auf. Zylindrische Rollen sind von Rollenschuhen gelagert und liegen auf den Nocken auf. Die Rollenschuhe sind mittels einer Stößelbaugruppe in einer Bohrung eines Teils des Gehäuses gelagert. Die Pumpenelemente sind an der Stößelbaugruppe befestigt. Eine Schraubenfeder drückt die Stößelbaugruppe auf die Nocken.
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Aus der
DE 103 56 262 A1 ist eine Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckerzeugung bei Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen bekannt. In einem Pumpengehäuse ist eine Antriebswelle gelagert. Kolben stützen sich an der Antriebswelle ab, so dass durch Drehen der Antriebswelle die Kolben hin und her bewegt werden. Zwischen den Kolben und der Antriebswelle sind Stößel angeordnet.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Erfindungsgemäße Hochdruckpumpe zum Fördern eines Fluides, insbesondere Kraftstoff, z. B. Diesel, umfassend ein Gehäuse, eine Antriebswelle mit wenigstens einem Nocken, wenigstens einen Kolben, wenigstens einen Zylinder zur Lagerung des wenigstens einen Kolbens, wobei sich der wenigstens eine Kolben mittelbar mittels wenigstens einer Laufrolle auf der Antriebswelle mit dem wenigstens einen Nocken abstützt, so dass von dem wenigstens einen Kolben eine Translationsbewegung aufgrund einer Rotationsbewegung der Antriebswelle ausführbar ist, einen Schmierraum, innerhalb dessen die Antriebswelle mit dem wenigstens einen Nocken und die Laufrolle angeordnet ist, zur Schmierung und Kühlung der Antriebswelle und der Laufrolle mit Schmierflüssigkeit in dem Schmierraum, wenigstens ein Wellengleitlager zur Lagerung der Antriebswelle mit einer fluidleitenden Verbindung eines Spaltes, insbesondere Ringspaltes, zwischen dem Wellengleitlager und der Antriebswelle zu dem Schmierraum, so dass das wenigstens eine Wellengleitlager mit der Schmierflüssigkeit aus dem Schmierraum geschmiert und gekühlt ist, wobei die Antriebswelle an dem Wellengleitlager mit wenigstens einer axialen Aussparung versehen ist, so dass zwischen der Antriebswelle und dem Wellengleitlager an der wenigstens einen axialen Aussparung wenigstens ein Kanal ausgebildet ist zum Ableiten von Schmierflüssigkeit aus dem Schmierraum. Die Antriebswelle ist im Bereich des Wellengleitlagers mit wenigstens einer axialen Aussparung versehen, so dass dadurch wenigstens ein Kanal zum Ableiten der Schmierflüssigkeit aus dem Schmierraum durch die von der wenigstens einen axialen Aussparung gebildeten wenigstens einen Kanal vorhanden ist. Die Hochdruckpumpe erfordert dadurch keine gesonderte Kühldrossel als gesondertes Bauteil zur zusätzlichen Ableitung von Schmierflüssigkeit aus dem Schmierraum, um eine ausreichende Kühlung der Komponenten innerhalb des Schmierraumes zu gewährleisten. Dabei sind keine zusätzlichen Bauteile erforderlich und der Kanal kann beispielsweise einfach dadurch hergestellt werden, dass beim Schleifen der Antriebswelle im Bereich der späteren Anordnung an dem Wellengleitlager die axiale Aussparung eingeschliffen wird. Abweichend hiervon kann dies auch durch Prägen oder durch eine anderweitige spanabhebende Bearbeitung, z. B. Fräsen, erfolgen. Bei einer Ausführung mittels Schleifen ist jedoch kein zusätzlicher Bearbeitungsschritt zur Herstellung der Aussparung erforderlich. Dadurch können Kosten eingespart werden, weil an der Bearbeitungsstation zum Schleifen der Antriebswelle die wenigstens eine axiale Aussparung bereits mit hergestellt werden kann, so dass kein Umspannen der Antriebswelle erforderlich ist. Aufgrund dieser Integration der axialen Aussparung in das bereits vorhandene Bauteil der Antriebswelle ist ferner auch kein zusätzliches Bauteil für eine Kühldrossel an dem Gehäuse erforderlich sowie auch keine zusätzliche Maßnahme an einer derartigen Kühldrossel, z. B. Siebe oder Filter, um Partikel fern zu halten.
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Insbesondere weist das äußere Ende der Antriebswelle an der wenigstens einen axialen Aussparung in einem Schnitt senkrecht zu einer Rotationsachse der Antriebswelle einen kleineren minimalen Abstand, vorzugsweise einen um wenigstens 0,1%, 1% oder 5% kleineren minimalen Abstand, zu der Rotationsachse auf als außerhalb der wenigstens einen axialen Aussparung. Die axiale Aussparung benötigt eine ausreichende Größe, um dadurch für die Schmierflüssigkeit eine Strömungsquerschnittsfläche in einer ausreichenden Größe zur Verfügung stellen zu können.
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Zweckmäßig weist die Antriebswelle an je einem Wellengleitlager nur eine axiale Aussparung auf oder die Antriebswelle weist insgesamt nur eine axiale Aussparung auf.
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In einer weiteren Ausgestaltung weist in einem Schnitt senkrecht zu der Rotationsachse der Antriebswelle die wenigstens eine axiale Aussparung einen Öffnungswinkel zwischen 0,1° und 10°, insbesondere zwischen 0,2° und 5°, auf. In dem Schnitt senkrecht zu der Rotationsachse schneidet ein erster Schenkel des Winkels die Rotationsachse und ein erstes Ende der axialen Aussparung und ein zweiter Schenkel des Öffnungswinkels schneidet die Rotationsachse und ein zweites Ende der Aussparung. Der Öffnungswinkel ist relativ klein, z. B. 1° bis 5°, so dass dadurch die Auflagefläche der Antriebswelle auf dem Wellengleitlager im Wesentlichen nicht beeinträchtigt ist und dadurch eine dauerhafte und zuverlässige Gleitlagerung der Antriebswelle an dem Wellengleitlager weiterhin gewährleistet ist.
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In einer ergänzenden Ausführungsform ist in einem Schnitt senkrecht zu der Rotationsachse der Antriebswelle das äußere Ende der Antriebswelle außerhalb der wenigstens einen Aussparung als ein Kreissegment ausgebildet.
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Vorzugsweise mündet die wenigstens eine Aussparung und/oder der wenigstens eine Kanal in den Schmierraum. Zwischen dem Schmierraum und der wenigstens einen Aussparung bzw. dem wenigstens einen Kanal besteht eine fluidleitende Verbindung, um durch den wenigstens einen Kanal bzw. die wenigstens eine Aussparung, die Schmierflüssigkeit aus dem Schmierraum ausleiten zu können und dadurch eine zusätzliche Schmierung und Kühlung der zu schmierenden und zu kühlenden Komponenten innerhalb des Schmierraumes der Hochdruckpumpe ausführen zu können.
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In einer Variante ist die wenigstens eine Aussparung an der Antriebswelle axial vollständig durchgehend im Bereich des Wellengleitlagers ausgebildet, so dass von der Schmierflüssigkeit das Wellengleitlager an der wenigstens einen Aussparung durch den wenigstens einen Kanal vollständig durchströmbar ist. Die wenigstens eine Aussparung ist axial vollständig durchgehend im Bereich des Wellengleitlagers ausgebildet. Die axiale Ausdehnung bzw. Länge der wenigstens einen Aussparung entspricht somit mindestens der axialen Ausdehnung des Wellengleitlagers, so dass dadurch der Kanal zwischen der Antriebswelle und dem Wellengleitlager vollständig das Wellengleitlager durchströmen kann. Abweichend hiervon kann die wenigstens eine Aussparung axial nur teilweise im Bereich des Wellengleitlagers ausgebildet werden, jedoch besteht auch hierbei eine fluidleitende Verbindung zu dem Schmierraum. Das axiale Ende des Kanales endet somit innerhalb des Wellengleitlagers und anschließend durchströmt die durch den Kanal geleitete Schmierflüssigkeit den Spalt, insbesondere Ringspalt, zwischen dem Wellengleitlager und der Antriebswelle.
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In einer zusätzlichen Ausführungsform ist das Wellengleitlager von einer Lagerbuchse oder dem Gehäuse der Hochdruckpumpe gebildet. Zweckmäßig ist dabei die Lagerbuchse mittels eines Presssitzes mit dem Gehäuse verbunden.
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In einer zusätzlichen Ausführungsform ist das Gehäuse zweiteilig mit einem Rumpfgehäuse und einem Lagerdeckelgehäuse bzw. Flanschgehäuse. Dabei ist insbesondere an dem Rumpfgehäuse ein Sackloch ausgebildet und an dem Lagerdeckelgehäuse eine Öffnung. In der Öffnung und dem Sackloch ist jeweils eine Lagerbuchse angeordnet und aufgrund der Öffnung an dem Lagerdeckelgehäuse kann dadurch die Antriebswelle aus dem Lagerdeckelgehäuse bzw. dem Gehäuse der Hochdruckpumpe heraus geführt werden zum Antrieb der Antriebswelle.
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Zweckmäßig umfasst die Hochdruckpumpe wenigstens zwei oder drei Kanäle, insbesondere je Wellengleitlager für die Antriebswelle.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die wenigstens eine Aussparung parallel oder in einem spitzen Winkel, vorzugsweise zwischen 1° und 30°, zu der Rotationsachse der Antriebswelle ausgebildet. Die Aussparung bzw. der Kanal ist dabei geradlinig in die Antriebswelle eingearbeitet bei einer Ausbildung der Aussparung parallel zu der Rotationsachse und bei einer Ausrichtung der Aussparung in einem spitzen Winkel zu der Rotationsachse ist die Aussparung schraubenlinienförmig außenseitig an der Antriebswelle ausgebildet.
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Insbesondere ist in einem Schnitt senkrecht zu der Rotationsachse der Antriebswelle die Antriebswelle mit dem wenigstens einen Nocken mit fiktiven Geraden in fiktive axiale Segmente jeweils bezüglich einer Aussparung unterteilt und die Geraden schneiden die Rotationsachse der Antriebswelle und sämtliche obere oder untere Totpunkte und die wenigstens eine Aussparung ist an einem fiktiven Segment ausgebildet, welches einem fiktiven Segment gegenüber liegt an welchem die Laufrolle in einer Saugphase des Kolbens auf dem Nocken aufliegt. Mit dem wenigstens einen Nocken an der Antriebswelle wird während einer Druckphase der Hochdruckpumpe der Kolben nach oben bewegt und während einer Saugphase bewegt sich der Kolben nach unten bzw. in Richtung zu der Rotationsachse der Antriebswelle. Beim Erhöhen des Druckes in dem Hochdruckarbeitsraum während der Druckphase der Hochdruckpumpe treten zwischen der Laufrolle und der Antriebswelle große Kräfte auf, da von dem Kolben auf den Rollenschuh während der Druckphase große Kräfte zu übertragen sind. Diese großen Kräfte werden dabei von der Antriebswelle auf einen Bereich der Antriebswelle im Wesentlichen übertragen, welcher gegenüberliegend ist zu einem Bereich, auf welcher die Laufrolle an der Antriebswelle bzw. dem Nocken aufliegt. Um zu vermeiden, dass von der Antriebswelle auf das Wellengleitlager derart große Kräfte während der Saugphase auf das Wellengleitlager zu übertragen sind im Bereich der Aussparung ist diese an einem Segment der Antriebswelle ausgebildet, welche gegenüberliegend bzw. punktsymmetrisch (punktsymmetrisch bezüglich der Rotationsachse bei einem Schnitt senkrecht zu der Rotationsachse) zu einem Segment der Antriebswelle mit dem wenigstens einen Nocken ausgebildet ist, welche eine Auflagefläche für die Laufrolle bildet während der Saugphase. Dadurch treten zwischen der Antriebswelle und dem Wellengleitlager an einem Bereich bzw. Segment mit der Aussparung nur geringe Kräfte zwischen dem Wellengleitlager und der Antriebswelle auf.
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Erfindungsgemäßes Hochdruckeinspritzsystem für einen Verbrennungsmotor, umfassend eine Hochdruckpumpe mit einem Schmierraum, ein Hochdruck-Rail, eine Vorförderpumpe zum Fördern eines Kraftstoffes von einem Kraftstofftank zu der Hochdruckpumpe, wobei die Hochdruckpumpe als eine in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebene Hochdruckpumpe ausgebildet ist.
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In einer weiteren Ausgestaltung umfasst das Hochdruckeinspritzsystem, insbesondere die Hochdruckpumpe, einen Drucksensor zur Erfassung des Druckes in dem Schmierraum.
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In einer ergänzenden Variante ist die Förderleistung der Vorförderpumpe, insbesondere in Abhängigkeit von dem von dem Drucksensor in dem Schmierraum erfassten Druck und/oder in Abhängigkeit des von dem Verbrennungsmotor benötigten Volumenstromes an Kraftstoff, steuerbar und/oder regelbar.
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In einer zusätzlichen Ausführungsform besteht die Hochdruckpumpe wenigstens teilweise, insbesondere vollständig aus Metall, insbesondere Stahl und/oder Aluminium. Zweckmäßig bestehen die Antriebswelle und/oder die Lagerbuchse und/oder das Gehäuse, insbesondere das Lagerdeckelgehäuse und/oder das Rumpfgehäuse, und/oder die Laufrolle und/oder der Rollenschuh und/oder der Kolben aus Metall, insbesondere Stahl und/oder Aluminium.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist die Vorförderpumpe eine Vorförderpumpe mit Elektromotor, so dass die Vorförderpumpe von dem Elektromotor angetrieben ist und insbesondere ist die Förderleistung der Vorförderpumpe steuerbar und/oder regelbar.
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Zweckmäßig ist die Vorförderpumpe eine Zahnrad- oder Drehschieberpumpe.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
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1 einen Querschnitt einer Hochdruckpumpe zum Fördern eines Fluides,
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2 einen Schnitt A-A gemäß 1 einer Laufrolle mit Rollenschuh und einer Antriebswelle,
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3 eine stark schematisierte Ansicht eines Hochdruckeinspritzsystems,
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4 einen stark vereinfachten Querschnitt der Hochdruckpumpe mit einer Vorförderpumpe,
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5 einen Schnitt des Gehäuses der Hochdruckpumpe mit einer Öffnung und einem Sackloch zur Lagerung der Antriebswelle,
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6 einen Querschnitt der Antriebswelle an einer Aussparung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In 1 ist ein Querschnitt einer Hochdruckpumpe 1 zum Fördern von Kraftstoff dargestellt. Die Hochdruckpumpe 1 dient dazu, Kraftstoff, z. B. Benzin oder Diesel, zu einem Verbrennungsmotor 39 für ein Kraftfahrzeug (nicht dargestellt) unter Hochdruck zu fördern. Der von der Hochdruckpumpe 1 erzeugbare Druck liegt beispielsweise in einem Bereich zwischen 1000 und 3000 bar.
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Die Hochdruckpumpe 1 weist eine Antriebswelle 2 mit zwei Nocken 3 auf, die um eine Rotationsachse 26 eine Rotationsbewegung ausführt. Die Rotationsachse 26 liegt in der Zeichenebene von 1 und steht senkrecht auf der Zeichenebene von 2. Ein Kolben 5 ist in einem Zylinder 6 gelagert, der von einem Gehäuse 8 der Hochdruckpumpe 1 gebildet ist. Ein Hochdruckarbeitsraum 29 wird von dem Zylinder 6 als Kolbenführung 7, dem Gehäuse 8 und dem Kolben 5 begrenzt. In den Hochdruckarbeitsraum 29 mündet ein Einlasskanal 22 mit einem Einlassventil 19 und ein Auslasskanal 24 mit einem Auslassventil 20. Durch den Einlasskanal 22 mit einer Einlassöffnung 21 strömt der Kraftstoff in den Hochdruckarbeitsraum 29 ein und durch den Auslasskanal 24 mit einer Auslassöffnung 23 strömt der Kraftstoff unter Hochdruck aus den Hochdruckarbeitsraum 29 wieder aus. Das Einlassventil 19, z. B. ein Rückschlagventil, ist dahingehend ausgebildet, dass nur Kraftstoff in den Arbeitsraum 29 einströmen kann und das Auslassventil 20, z. B. ein Rückschlagventil, ist dahingehend ausgebildet, dass nur Kraftstoff aus dem Arbeitsraum 29 ausströmen kann. Das Volumen des Hochdruckarbeitsraumes 29 wird aufgrund einer oszillierenden Hubbewegung des Kolbens 5 verändert. Der Kolben 5 stützt sich mittelbar auf der Antriebswelle 2 ab. Am Ende des Kolbens 5 bzw. Pumpenkolbens 5 ist ein Rollenschuh 9 mit einer Laufrolle 10 befestigt. Die Laufrolle 10 kann dabei eine Rotationsbewegung ausführen, deren Rotationsachse 25 in der Zeichenebene gemäß 1 liegt und senkrecht auf der Zeichenebene von 2 steht. Die Antriebswelle 2 mit dem wenigstens einen Nocken 3 weist eine Wellen-Rollfläche 4 und die Laufrolle 10 eine Rollen-Rollfläche 11 auf.
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Die Rollen-Lauffläche 11 der Laufrolle 10 rollt sich auf der Wellen-Rollfläche 4 als Kontaktfläche 12 der Antriebswelle 2 mit den beiden Nocken 3 ab. Der Rollenschuh 9 ist in einer von dem Gehäuse 8 gebildeten Rollenschuhlagerung als Gleitlager gelagert. Eine Feder 27 bzw. Spiralfeder 27 als elastisches Element 28, die zwischen dem Gehäuse 8 und dem Rollenschuh 9 eingespannt ist, bringt auf den Rollenschuh 9 eine Druckkraft auf, so dass die Rollen-Rollfläche 11 der Laufrolle 10 in ständigen Kontakt mit der Wellen-Rollfläche 4 der Antriebswelle 2 steht. Der Rollenschuh 9 und der Kolben 5 führen damit gemeinsam eine oszillierende Hubbewegung aus. Die Laufrolle 10 ist mit einer Gleitlagerung 13 in dem Rollenschuh 9 gelagert.
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In 3 ist in stark schematisierter Darstellung ein Hochdruckeinspritzsystem 36 für das Kraftfahrzeug abgebildet mit einem Hochdruck-Rail 30 oder einem Kraftstoffverteilerrohr 31. Von dem Hochdruck-Rail 30 bzw. einem Kraftstoffverteilerrohr 31 wird der Kraftstoff mittels Ventilen (nicht dargestellt) in den Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors 39 eingespritzt. Eine elektrische Vorförderpumpe 35 fördert Kraftstoff von einem Kraftstofftank 32 durch eine erste Kraftstoffleitung 33a zu dem Einlasskanal 22 und durch eine zweite Kraftstoffleitung 33b zu einem Schmierraum 40 (4) der Hochdruckpumpe 1. Die Hochdruckpumpe 1 wird dabei von der Antriebswelle 2 angetrieben und die Antriebswelle 2 ist mit einer Welle, z. B. eine Kurbel- oder Nockenwelle, des Verbrennungsmotors 39 verbunden. Die Förderleistung der elektrischen Vorförderpumpe 35 ist steuerbar und/oder regelbar, so dass dadurch die zu dem Einlasskanal 22 geförderte Menge an Kraftstoff gesteuert und/oder geregelt werden kann. Das Hochdruck-Rail 30 dient dazu, den Kraftstoff in den Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors 39 einzuspritzen. Der von der Hochdruckpumpe 1 nicht benötigte Kraftstoff wird dabei durch eine optionale Kraftstoffrücklaufleitung 34 wieder in den Kraftstofftank 32 zurückgeleitet.
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4 zeigt einen Teil des Hochdruckeinspritzsystems 36. Innerhalb des Gehäuses 8 der Hochdruckpumpe 1 ist der Schmierraum 40 ausgebildet. In dem Schmierraum 40 sind die Antriebswelle 2, die Laufrolle 10, der Rollenschuh 9 (nicht in 4) dargestellt und teilweise der Kolben 5 angeordnet. Mittels des durch den Schmierraum 40 geleiteten Kraftstoffes werden diese Komponenten 2, 5, 9 und 10 von dem Kraftstoff geschmiert. Der durch die zweite Kraftstoffleitung 33b in den Schmierraum 40 eingeleitete Kraftstoff wird durch die Kraftstoffrücklaufleitung 34 aus dem Schmierraum 40 ausgeleitet dem Kraftstofftank 32 wieder zugeführt (4). In 4 ist das in 3 dargestellte Hochdruckeinspritzsystem 36 detaillierter ohne dem Hochdruck-Rail 30 und ohne den Verbrennungsmotor 39 dargestellt. Der von der Vorförderpumpe 35 aus dem Kraftstofftank 32 angesaugte Kraftstoff wird von der Vorförderpumpe 35 mit einem Vorförderdruck, z. B. von 4 bar, durch die erste Kraftstoffleitung 33a dem Einlasskanal 22 der Hochdruckpumpe 1 zugeführt. Ferner wird der von der Vorförderpumpe 35 geförderte Kraftstoff während eines Betriebes des Verbrennungsmotors 39 durch die zweite Kraftstoffleitung 33b dem Schmierraum 40 zugeführt zur Schmierung, z. B. der Antriebswelle 2, der Laufrolle 10 und des Kolbens 5. Nach dem Durchströmen des Kraftstoffes durch den Schmierraum 40 wird der Kraftstoff wieder durch die Kraftstoffrücklaufleitung 34 dem Kraftstofftank 32 zugeführt. Dadurch können diese Komponenten 2, 5, 9 und 10 geschmiert sowie auch gekühlt werden. Die Vorförderpumpe 35 fördert dabei neben der Fördermenge für die Hochdruckpumpe 1 an Kraftstoff auch eine zusätzliche Kraftstoffmenge zur Schmierung der Hochdruckpumpe 1, d. h. des Kraftstoffes der durch den Schmierraum 40 strömt.
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Die elektrische Vorförderpumpe 35 weist einen Elektromotor 17 und eine Rotationskolbenpumpe 16, nämlich eine Zahnradpumpe 14, d. h. eine Innenzahnradpumpe 15 bzw. Gerotorpumpe 15 auf (4). Die Hochdruckpumpe 1 fördert Kraftstoff unter Hochdruck, beispielsweise einem Druck von 1000, 3000 oder 4000 bar, durch eine Hochdruckkraftstoffleitung zu einem Hochdruck-Rail 31. Von dem Hochdruck-Rail 31 wird der Kraftstoff unter Hochdruck von einem Injektor einem Verbrennungsraum (nicht dargestellt) des Verbrennungsmotors 39 zugeführt. Der Elektromotor 17 der elektrischen Vorförderpumpe 35 wird mit Drehstrom bzw. Wechselstrom betrieben und ist in der Leistung steuerbar und/oder regelbar. Der Drehstrom bzw. Wechselstrom für den Elektromotor 17 wird von einer nicht dargestellten Leistungselektronik aus einem Gleichspannungsnetz eines Bordnetzes eines Kraftfahrzeuges (nicht dargestellt) zur Verfügung gestellt. Die elektrische Vorförderpumpe 35 ist damit eine elektronisch kommutierte Vorförderpumpe 35.
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Das Gehäuse 8 der Hochdruckpumpe 1 in ein Rumpfgehäuse 46 und in ein Lagerdeckelgehäuse 47 als getrennte Bauteile unterteilt (4 und 5). Das Rumpfgehäuse 46 ist mit einem Sackloch 45 ausgebildet und das Lagerdeckelgehäuse 47 bzw. Flanschgehäuse 47 weist eine Öffnung 44 auf (5). Die Öffnung 44 dient zur Ausbildung eines Wellengleitlagers 18 für die Antriebswelle 2 und außerdem zur Durchführung der Antriebswelle 2 außerhalb des Schmierraumes 40, so dass dadurch die Antriebswelle 2 mechanisch beispielsweise mit einer nicht dargestellten Nockenwelle des Verbrennungsmotors 39 verbunden werden kann. Das Sackloch 45 dient nur dazu, um ein Wellengleitlager 18 für die Antriebswelle 2 zur Verfügung zu stellen. Sowohl in das Sackloch 45 als auch in die Öffnung 44 ist je eine Lagerbuchse 41 mittels eines Presssitzes auf einer Auflagefläche 49 an dem Gehäuse 8, d. h. dem Rumpfgehäuse 46 und dem Lagerdeckelgehäuse 47, ein- oder aufgepresst. Die Lagerbuchse 41 bildet auf ihrer radialen Innenseite somit das Wellengleitlager 18, auf welchem die Antriebswelle 2 aufliegt.
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Zwischen der Antriebswelle 2 und den beiden Wellengleitlagern 18 an den beiden Lagerbuchsen 41 an der Öffnung 44 und dem Sackloch 45 besteht ein Spiel, so dass sich dadurch ein Spalt 37, insbesondere ein Ringspalt 38, zwischen der Antriebswelle 2 und der Lagerbuchse 41 ausbildet. Durch diesen Spalt 37 strömt der unter einem Druck von beispielsweise 4 bis 5 bar stehende Kraftstoff innerhalb des Schmierraumes 40 in axialer Richtung zu einem axialen Ende des Wellengleitlagers 18. An dem Sackloch 45 des Rumpfgehäuses 46 als Bestandteil des Gehäuses 8 ist ferner eine Abflussbohrung 52 vorhanden. Der durch den Spalt 37 zwischen der Antriebswelle 2 und der Lagerbuchse 41 durchströmende Kraftstoff wird somit an der Abflussbohrung 52 gesammelt und anschließend durch die in 4 dargestellte Kraftstoffrücklaufleitung 34 wieder dem Kraftstofftank 32 zugeführt. An der Öffnung 44 (5) ist eine nicht dargestellte O-Ringdichtung vorhanden sowie weitere Dichtmittel, z. B. Dichtringe, so dass dadurch der aus dem Ringspalt 38 zwischen der Antriebswelle 2 und der Lagerbuchse 41 an der Öffnung 44 ausströmende Kraftstoff gesammelt werden kann und der Kraftstoffrücklaufleitung 34 zugeführt wird.
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Zur Schmierung und Kühlung der Komponenten innerhalb des Schmierraumes 40, beispielsweise der Laufrolle 10, dem Rollenschuh 9 und der Antriebswelle 2, ist es erforderlich, einen ausreichend großen Volumenstrom an Schmierflüssigkeit, d. h. Kraftstoff, durch den Schmierraum 40 zu leiten, d. h. durch die zweite Kraftstoffleitung 33b einzuleiten und anschließend wieder aus dem Schmierraum 40 abzuleiten und durch die Kraftstoffrücklaufleitung 34 dem Kraftstofftank 32 zuzuführen. Hierzu mündet die Abflussbohrung 52 gemäß 5 in die Kraftstoffrücklaufleitung 34 und mittels einer in 5 nicht dargestellten O-Ringdichtung – wie bereits beschrieben – wird der durch den Spalt 37 an der Antriebswelle 2 und der Lagerbuchse 41 an der Öffnung 44 durchströmende Kraftstoff gesammelt und anschließend kanalisiert der Kraftstoffrücklaufleitung 34 zugeführt. Für eine ausreichende Kühlung und Schmierung ist jedoch der Volumenstrom des durch den Spalt 37 strömenden Kraftstoffes nicht ausreichend, so dass in die Antriebswelle 2 eine axiale Aussparung 43 eingearbeitet ist. Die axiale Aussparung 43 ist dabei in seiner axialen Ausdehnung lediglich im Bereich der beiden Wellengleitlager 18, d. h. im Bereich der beiden Lagerbuchsen 41, in die Antriebswelle 2 eingearbeitet. Dadurch bildet sich zwischen der Antriebswelle 2 an der Aussparung 43 und der Lagerbuchse 41 ein Kanal 42 aus, durch welchen zusätzlich Kraftstoff als Schmierflüssigkeit aus dem Schmierraum 40 ausströmen kann und anschließend der Kraftstoffrücklaufleitung 34 zugeführt wird. Die Hochdruckpumpe 1 benötigt dadurch keine gesonderte Kühldrossel an dem Gehäuse 8, so dass dadurch zusätzliche Bauteile eingespart werden können, weil die Aussparung 43 an dem bereits vorhandenen Bauteil der Antriebswelle 2 mit integriert ist.
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In 6 ist ein Schnitt durch die Antriebswelle 2 im Bereich der Aussparung 43 dargestellt. Dabei ist die Größe der Aussparung 43 zur Verdeutlichung der geometrischen Verhältnisse wesentlich überhöht dargestellt. Die Aussparung 43 weist einen Öffnungswinkel 57 zwischen ungefähr 1° und 5° auf. Der Öffnungswinkel 57 wird dabei von einem ersten Schenkel begrenzt, welcher die Rotationsachse 26 und ein erstes Ende der Aussparung 43 in dem Schnitt gemäß 6 schneidet und ein zweiter Schenkel des Öffnungswinkels 57 schneidet ebenfalls die Rotationsachse 26 und ein zweites Ende der Aussparung 43. Der minimale Abstand 56 der Aussparung 43 zu der Rotationsachse 26 ist dabei um ungefähr 1 % bis 3 % kleiner als außerhalb der Aussparung. Der Abstand zu einem äußeren Ende der Antriebswelle 2 außerhalb der Aussparung 43 entspricht dabei dem Radius der Antriebswelle 2 in 6. Die Aussparung 43 weist somit nur eine kleine Größe auf, so dass dadurch die Lagerung der Antriebswelle 2 an dem Wellengleitlager 18 im Wesentlichen nicht eingeschränkt ist und andererseits eine ausreichende Ableitung von Kraftstoff als Schmierflüssigkeit aus dem Schmierraum 40 durch die Kraftstoffrücklaufleitung 34 in den Kraftstofftank 32 gewährleistet ist.
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In 2 ist ein Schnitt durch die Antriebswelle 2 im Bereich des Nockens 3 sowie auch der darauf aufliegenden Laufrolle 10 dargestellt. Aufgrund der Schnittbildung in 2 ist somit die Aussparung 43 im Schnitt nicht sichtbar und in der axialen Ausdehnung senkrecht zu der Zeichenebene von 2 oberhalb und unterhalb von der Zeichenebene von 2 vorhanden, so dass in 2 die Aussparung 43 nur strichliert dargestellt ist. Gemäß der Darstellung in 2 führt die Antriebswelle 2 eine Rotationsbewegung entgegen dem Uhrzeigersinn aus, so dass dadurch aufgrund der zwei Nocken 3 unterschiedliche Belastungen bzw. Kräfte zwischen der Antriebswelle 2 und der Laufrolle 10 auftreten. In 2 ist die Antriebswelle 2 mit den beiden Nocken 3 durch zwei fiktiven Geraden 60 in vier Kreissegmente 58, 59 unterteilt. Die beiden fiktiven Geraden 60 schneiden dabei die Rotationsachse 26 der Antriebswelle 2 und den oberen Totpunkt 51 und den unteren Totpunkt 54 der Antriebswelle 2. Liegt die Laufrolle 10 auf einem Kreissegment 58 für die Druckphase auf, treten zwischen der Laufrolle 10 und der Antriebswelle 2 wesentlich größere Kräfte auf als bei einem Aufliegen der Laufrolle 10 auf einem Kreissegment 59 für die Saugphase, da während der Druckphase der Kolben 5 gemäß der Darstellung in 1 und 4 nach oben bewegt wird und während der Saugphase gemäß der Darstellung in 1 und 4 nach unten bewegt wird. An der Kontaktfläche 12 zwischen der Laufrolle 10 und der Antriebswelle 2 werden somit in der Druckphase wesentlich größere Kräfte übertragen und diese Kräfte werden an dem Wellengleitlager 18 im Wesentlichen im Bereich der Kontaktfläche 12 gegenüberliegend bezüglich der Antriebswelle 2 auf das Wellengleitlager 18 übertragen. In 2 entspricht der obere Totpunkt 51 an der Laufrolle 10 der Kontaktfläche 12 und die großen Kräfte treten gemäß der Darstellung in 2 an dem Wellengleitlager 18 im Wesentlichen im Bereich des in 2 dargestellten oberen Totpunktes 51 auf, welcher gegenüberliegend zu der Kontaktfläche 12 ist, d. h. in 2 der obere Totpunktes 51 an der Antriebswelle 2 unten. Die beiden Wellengleitlager 18 sind bezüglich der Schnittbildung in 2 in einem axialen Abstand zu der Schnittbildung in 2 ausgebildet, siehe 5. Die Aussparung 43 ist dabei an dem linken unteren Kreissegment 59 ausgebildet, so dass das Kreissegment 59 mit der Aussparung 43 gegenüberliegend bezüglich dem Kreissegment 59 für die Saugphase ist, welche in 2 rechts oben angeordnet ist. Dadurch treten zwischen der Antriebswelle 2 und dem Wellengleitlager 18 an dem axialen Segmentabschnitt der Antriebswelle 2, welcher dem linken unteren Kreissegment 59 entspricht, nur sehr geringe zu übertragende Kräfte zwischen der Antriebswelle 2 und dem Wellengleitlager 18 auf. Größere Belastungen zwischen der Antriebswelle 2 und dem Wellengleitlager 18 an einem axialen Segmentabschnitt mit der Aussparung 43 können dadurch vermieden werden.
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In dem Schmierraum 40 ist ein Drucksensor 53 vorhanden. Der Drucksensor 53 erfasst den Druck des Kraftstoffes innerhalb des Schmierraumes 40, der beispielsweise im Bereich von 4 bis 5 bar liegt. Die Förderleistung der Vorförderpumpe 35 ist steuerbar und/oder regelbar und wird dabei dahingehend gesteuert und/oder geregelt, dass in dem Schmierraum 40 ein konstanter Druck von 4 bis 5 bar vorhanden ist. Dabei kann der Druck in dem Schmierraum 40 auch erhöht werden, um durch eine Erhöhung des Druckes eine größere Menge an Kraftstoff aus dem Schmierraum 40 abzuleiten zur Vergrößerung der Kühlleistung mit dem durch den Schmierraum 40 geleiteten Volumenstrom an Kraftstoff und umgekehrt.
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Insgesamt betrachtet sind mit der erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe 1 wesentliche Vorteile verbunden. Zur ausreichenden Schmierung und Kühlung der Komponenten innerhalb des Schmierraumes 40 ist es erforderlich, einen ausreichenden Volumenstrom an Kraftstoff durch die zweite Kraftstoffleitung 33b einzuleiten und diesen eingeleiteten Kraftstoff wieder abzuleiten. Zur Vermeidung einer zusätzlichen Kühldrossel als gesondertes Bauteil an dem Gehäuse 8 sind in die Antriebswelle 2 Aussparungen 43 eingearbeitet, so dass dadurch Kraftstoff in einem zusätzlichen Volumenstrom durch den Kanal 42 aus dem Schmierraum 40 abgeleitet und durch die Kraftstoffrücklaufleitung 34 dem Kraftstofftank 32 zugeführt werden kann. Dadurch können die Kosten für die Herstellung der Hochdruckpumpe 1 verringert werden, weil kein gesondertes Bauteil als Kühldrossel erforderlich ist und die Kühldrossel in ein bereits vorhandenes Bauteil einfach integriert ist, in dem in die Antriebswelle 2 beim Schleifen einfach die beiden Aussparungen 43 eingeschliffen werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006045933 A1 [0005]
- DE 10356262 A1 [0006]
