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Die Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Stand der Technik
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Eine Hochdruckpumpe der vorstehend genannten Art geht beispielsweise aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2006 041 673 A1 hervor. Zum Antrieb eines Pumpenkolbens eines Pumpenelementes der als Radialkolbenpumpe ausgebildeten Hochdruckpumpe weist die hierein beschriebene Hochdruckpumpe eine Antriebswelle mit wenigstens einem Nocken oder Exzenter auf, an welchem der Pumpenkolben mittelbar über eine Stößelbaugruppe mit Rolle abgestützt ist. Die Rolle übersetzt die Drehbewegung der Antriebswelle in eine Hubbewegung des Pumpenkolbens. Das Gehäuse der Hochdruckpumpe umfasst einen Grundkörper und ein mit dem Grundkörper verbundenes Flanschbauteil, in welchen jeweils eine Lagerbohrung zur Aufnahme der Antriebswelle ausgebildet ist. In die Lagerbohrungen ist jeweils eine Lagerbuchse zur Ausbildung eines Gleitlagers eingesetzt. Im Betrieb der Hochdruckpumpe werden die Gleitlager durch Reibung hohen Beanspruchungen ausgesetzt, so dass eine hinreichende Kühlung und/oder Schmierung der Lagerstellen sicherzustellen ist.
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Aus der
DE 199 24 064 A1 geht eine weitere als Radialkolbenpumpe ausgebildete Hochdruckpumpe hervor, bei welcher die Antriebswelle einerseits über ein im Grundkörper ausgebildetes Gleitlager, andererseits über ein im Flanschbauteil vorgesehenes Wälzlager drehbar gelagert ist. Das Gleitlager im Grundkörper wird über eine in die Lagerbohrung des Grundkörpers eingesetzte Lagerbuchse ausgebildet, welche im Kontaktbereich mit der Antriebswelle wenigstens eine Nut aufweist, über welche Druckmittel zur Kühlung und/oder Schmierung in den Lagerbereich führbar ist. Die Nut ist vorzugsweise wendelförmig gestaltet und erstreckt sich über den gesamten Lagerbereich, d.h. von der einen Stirnseite der Lagerbuchse zur anderen Stirnseite, so dass ein Kühl- bzw. Schmierkanal zwischen der Lagerbuchse und der Antriebswelle ausgebildet wird. Die Nut ist zur Versorgung mit einem Druckmittel mit einem Sauganschluss der Hochdruckpumpe verbunden und mündet in einen Exzenterraum der Hochdruckpumpe. Über die Nut wird demnach das Druckmittel von außen nach innen geführt.
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Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Hochdruckpumpe mit wenigstens einem Gleitlager zur drehbaren Lagerung einer Antriebswelle anzugeben, welche im Bereich des Gleitlagers eine verbesserte Kühlung aufweist.
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Zur Lösung der Aufgabe wird eine Hochdruckpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorgeschlagene Hochdruckpumpe umfasst ein vorzugsweise mehrteilig ausgeführtes Gehäuse, in dem eine Antriebswelle über wenigstens ein Gleitlager zum Antrieb wenigstens eines Pumpenelementes der Hochdruckpumpe drehbar gelagert ist. Zur Aufnahme der Antriebswelle ist wenigstens eine Lagerbohrung in einem Gehäuseteil des Gehäuses ausgebildet. Zur Ausbildung des Gleitlagers ist in die Lagerbohrung eine Lagerbuchse eingesetzt. Erfindungsgemäß ist innerhalb eines Kontaktbereiches der Lagerbuchse mit der Lagerbohrung wenigstens eine Aussparung in einer Außenumfangsfläche der Lagerbuchse und/oder in einer Innenumfangsfläche der Lagerbohrung zur Aufnahme eines Kühlmediums vorgesehen. Über die Aussparung innerhalb des Kontaktbereiches der Lagerbuchse mit der Lagerbohrung, welche im Betrieb der Hochdruckpumpe mit einem Kühlmedium, vorzugsweise Kraftstoff befüllt ist, kann eine wirksame Kühlung und/oder Schmierung des Lagerbereiches bewirkt werden. Die Anordnung innerhalb des Kontaktbereiches der Lagerbuchse mit der Lagerbohrung ist derart zu verstehen, dass die Aussparung jeweils in einem axialen Abstand zu den Stirnflächen der Lagerbuchse ausgebildet ist. Die Randbereiche des Gleitlagers, die regelmäßig einer höheren Belastung ausgesetzt sind, werden auf diese Weise nicht geschwächt. Ebenso wird die radiale Führung der Welle im Lagerbereich nicht beeinträchtigt. Die Schmierung des Lagerbereiches sowie eine zusätzliche Kühlung wird über das Lagerspiel bewirkt, welches zwischen der Lagerbuchse und der Antriebswelle besteht. Auf diese Weise wird die Lagerbuchse beidseitig gekühlt, d.h. sowohl innenumfangseitig als auch außenumfangseitig. Dabei strömt das Kühlmedium vorzugsweise von innen nach außen ab. In Abhängigkeit von der Ausbildung des Kühlkreislaufes der Lager kann die Flussrichtung auch von außen nach innen zeigen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind mehrere Aussparungen vorgesehen, die über den Außen- und/oder Innenumfang der Lagerbuchse bzw. der Lagerbohrung gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Dadurch ist eine gleichmäßige Kühlung der Lagerbuchse über ihren Umfang gewährleistet.
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Weiterhin bevorzugt sind mehrere Aussparungen vorgesehen, die in einem axialen Abstand zueinander in der Außen- und/oder Innenumfangsfläche der Lagerbuchse bzw. der Lagerbohrung angeordnet sind. Dadurch ist eine gleichmäßige Kühlung der Lagerbuchse über ihre axiale Erstreckung gewährleistet.
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Vorteilhafterweise ist wenigstens eine Aussparung über eine Nut mit einer weiteren Aussparung, einem Triebwerksraum oder einem Rücklauf hydraulisch verbunden. Die Nut dient somit der Versorgung wenigstens einer Aussparung mit einem Kühlmedium bzw. dem Austausch des in der bzw. den Aussparung en vorhandenen Kühlmediums, indem verbrauchtes Kühlmedium dem Rücklauf zugeführt wird. Vorzugsweise sind mehrere Nuten vorgesehen, über welche die Versorgung mit dem Kühlmedium und der Abtransport des Kühlmediums sichergestellt ist. Die Nut bzw. Nuten weisen in Umfangsrichtung eine deutlich geringere Breite als die Aussparung bzw. Aussparungen auf, so dass die Schwächung in den Randbereichen des Gleitlagers minimal ist.
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Vorzugsweise ist wenigstens eine Aussparung und/oder eine Nut im Bereich einer Stoßfuge der Lagerbuchse angeordnet. Die Stoßfuge der Lagerbuchse ist üblicherweise außerhalb des hochbelasteten Lagerbereiches angeordnet, so dass die Robustheit des Gleitlagers weiter gesteigert wird.
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Die Dimensionierung der wenigstens einen Aussparung und/oder Nut richtet sich nach den Anforderungen der Hochdruckpumpe, wobei es ein vorhandenes Lagerspiel, die Viskosität und/oder die Temperatur des Kühlmediums zu berücksichtigen gilt.
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Vorteilhafterweise ist die wenigstens eine Aussparung und/oder Nut bei der Herstellung der Lagerbuchse und/oder der Lagerbohrung mit eingeformt worden. Beispielsweise kann ein Stanzwerkzeug bei der Lagerschalenherstellung genutzt werden, das mittels dessen zugleich die Aussparung und/oder die Nut ausformbar ist. Alternativ kann die wenigstens eine Aussparung und/oder Nut auch in einem nachfolgenden Bearbeitungsschritt eingebracht worden sein, beispielsweise durch eine nachträgliche zerspanende Bearbeitung des Gleitlagerrückens. Ebenso ist der Einsatz eines Prägewerkzeuges, beispielsweise einer Prägewalze, möglich.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass die Lagerbuchse zumindest teilweise aus einem Gleitlagermaterial, vorzugsweise aus Polyetheretherketon, hergestellt ist. Diese Maßnahme wirkt sich günstig auf die Robustheit des Gleitlagers aus. Beispielsweise kann die Lagerbuchse mit dem Gleitlagermaterial beschichtet sein.
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Eine erfindungsgemäße Hochdruckpumpe wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
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1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Hochdruckpumpe,
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2 eine perspektivische Schnittdarstellung des Flanschbauteils der Hochdruckpumpe der 1,
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3 eine Ansicht einer Außenumfangsfläche einer Lagerbuchse einer erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe,
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4 eine Ansicht einer Außenumfangsfläche einer Lagerbuchse einer weiteren erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe und
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5 eine schematische Darstellung eines Niederdruckkreislaufes einer erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Die in der 1 dargestellte erfindungsgemäße Hochdruckpumpe besitzt ein mehrteiliges Gehäuse 1, umfassend einen Grundkörper 1.1 sowie ein Flanschbauteil 1.2, in welchen jeweils eine Lagerbohrung 5 zur Aufnahme einer Antriebswelle 2 ausgebildet ist. Die Antriebswelle 2 ist mit einem Nocken 14 verbunden, an dem ein Pumpenkolben 15 eines Pumpenelementes 4 mittelbar über eine Stößelbaugruppe 16 abgestützt ist. Der Pumpenkolben 15 ist in einer Bohrung eines Zylinderkopfes 1.3 hubbeweglich aufgenommen, so dass die Rotation der Antriebswelle 2 über den Nocken 14 und die Stößelbaugruppe 16 in eine Hubbewegung des Pumpenkolbens 15 umgesetzt wird. Die Antriebswelle 2 ist hierzu in Gleitlagern 3, welche durch in die Lagerbohrungen 5 der Gehäuseteile 1.1 und 1.2 eingesetzte Lagerbuchsen 6 ausgebildet werden, drehbar gelagert.
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Die Lagerbuchsen 6 sind im Betrieb der Hochdruckpumpe hohen Belastungen ausgesetzt. Insbesondere werden sie auf Reibung beansprucht, welche mit einem hohen Wärmeeintrag einhergeht. Um eine Überbeanspruchung zu vermeiden, werden die Lagerbereiche gekühlt.
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In der Regel werden die Lagerbereiche mittels Kraftstoff als Kühlmedium druckgeschmiert und damit gekühlt. Dabei wird aufgrund eines in einem Triebwerksraum 11 herrschenden Innenraumdrucks Kraftstoff über das Lagerspiel zwischen der Lagerbuchse 6 und der Antriebswelle 2 einem Rücklauf 12 zugeführt. Zur Einstellung der erforderlichen Schmier- und/oder Kühlmenge ist in der Regel ein Überströmventil im Niederdruckbereich der Hochdruckpumpe vorgesehen. Sofern eine Elektrokraftstoffpumpe als Vorförderpumpe eingesetzt wird, kann die erforderliche Schmier- und/oder Kühlmenge auch über eine Schmier- und/oder Kühldrossel eingestellt werden, so dass ein ausreichender Wärmeabtransport auch ohne Überströmventil gewährleistet ist.
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Bei der in der 1 dargestellten erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe ist der Einsatz eines Überströmventils und/oder einer Schmier- und/oder Kühldrossel entbehrlich. Denn in der Innenumfangsfläche 9 der Lagerbohrung 5 sind Aussparungen 7 vorgesehen, welche im Betrieb der Hochdruckpumpe Kraftstoff als Kühlmedium aus dem Triebwerksraum 11 aufnehmen. Die Aussparungen 7 sind vorliegend in der Lagerbohrung 5 des Flanschbauteils 1.2 vorgesehen (siehe 2). Alternativ oder ergänzend kann auch die Lagerbohrung 5 des Grundkörpers 1.1 entsprechende Ausspraungen 7 aufweisen. Ferner kann alternativ oder ergänzend auch wenigstens eine Aussparung 7 in der Außenumfangsfläche 8 der Lagerbuchse 6 vorgesehen sein (siehe 3 und 4). Die Aussparungen 7 sind jeweils in einem axialen Abstand zu den Randbereichen der Lagerbuchse 6 angeordnet, so dass diese durch die Aussparungen 7 nicht geschwächt werden.
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Wie in der 5 schematisch dargestellt, kann der Niederdruckkreislauf einer erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe ohne Überströmventil oder Schmier- und/oder Kühldrossel ausgebildet werden, da über die wenigstens eine Aussparung 7 eine hinreichende Kühlung der Gleitlager 3 sichergestellt werden kann. Der Niederdruckkreislauf umfasst einen Kraftstoffvorratsbehälter 17, aus dem Kraftstoff über eine Vorförderpumpe 18 dem Triebwerksraum 11 der Hochdruckpumpe zugeführt wird. Ein Teil der Fördermenge des Kraftstoffs gelangt dann aufgrund des im Triebwerksraum 11 herrschenden Innenraumdrucks über ein radiales Lagerspiel in den Bereich der Gleitlager 3 und wird von dort aus einem Rücklauf 12 zugeführt. Auch die Aussparungen 7 werden dabei mit Kraftstoff befüllt.
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Um die Versorgung der Aussparungen 7 mit Kraftstoff zu optimieren, kann ferner wenigstens eine Nut 10 vorgesehen sein, welche die Aussparungen 7 mit dem Triebwerksraum 11, dem Rücklauf 12 und/oder die Aussparungen 7 untereinander verbindet. Alternative Ausgestaltungen sind beispielhaft in den 3 und 4 dargestellt.
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In dem Ausführungsbeispiel der 3 ist eine Aussparung 7 in einer Außenumfangsfläche 8 der Lagerbuchse 6 ausgebildet, so dass diese in axialem Abstand zu den Stirnflächen der Lagerbuchse 6 zu liegen kommt. Die Aussparung 7 ist im Bereich einer Stoßfuge 13 der Lagerbuchse 6 angeordnet, welche fertigungsbedingt ist. Im Bereich der Stoßfuge 13 verbinden Nuten 10 die Aussparung 7 mit dem Triebwerksraum 11 und dem Rücklauf 12 der Hochdruckpumpe. Die Strömungsrichtung 19 des als Kühlmediums dienenden Kraftstoffs ist durch einen Pfeil angegeben.
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In dem Ausführungsbeispiel der 4 sind zwei Aussparungen 7 vorgesehen, welche zueinander axial beabstandet und über eine Nut 10 im Bereich einer Stoßfuge 13 verbunden sind.
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Darüber hinaus sind weitere Ausführungen denkbar, die sich beispielsweise hinsichtlich der Anordnung und/oder der Form der Aussparungen 7 der 3 und 4 unterscheiden. Zudem können alternativ oder ergänzend entsprechende Aussparungen 7 auch in der Innenumfangsfläche 9 einer Lagerbohrung 5 vorgesehen sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006041673 A1 [0002]
- DE 19924064 A1 [0003]
