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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Axiallager einer Nockenwelle einer Kraftstoffhochdruckpumpe, wobei die Nockenwelle in einem Pumpengehäuse über zumindest zwei Radiallager gelagert ist, und wobei neben zumindest einem Radiallager das Axiallager angeordnet ist.
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Stand der Technik
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Ein derartiges Axiallager ist aus der
DE 10 2007 012 704 A1 bekannt. Dieses Axiallager zeichnet sich dadurch aus, dass seitlich neben einem Radiallager eine Axiallagerscheibe des Axiallagers vorgesehen ist, welche an eine Radiallagerbuchse des Radiallagers angeschweißt ist. Die Axiallagerscheibe beziehungsweise das Axiallager dient zur Aufnahme von axial in Richtung der Nockenwellenachse wirkenden Kräften, welche entweder extern oder durch den Nockentrieb selbst in die Nockenwelle eingeleitet werden. Die zweite Axiallagerscheibe liegt an einem Flanschkörper des Pumpengehäuses an, wobei die Radiallagerbuchse sowie die zweite Axiallagerscheibe in den Flanschkörper eingepresst sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Axiallager für eine Nockenwelle einer Kraftstoffhochdruckpumpe bereitzustellen, durch das der Axialverschleiß in dem Axiallager selbst und zwischen einer Anlauffläche der Nockenwelle und dem Pumpengehäuse zumindest minimiert ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Axiallager ein Magnetlager ist. Dieser Ausgestaltung liegt zunächst einmal die Erkenntnis zugrunde, dass bei Hochdruckpumpen insbesondere für Common-Rail-Einspritzsysteme neben der standardmäßigen Radiallagerung der Nockenwelle auch eine axiale Lagerung benötigt wird. Insbesondere bei Anwendungen mit schrägverzahnten Antriebszahnrädern, die auf einen aus dem Pumpengehäuse herausgeführten Nockenwellenende befestigt sind und/oder aufgrund von negativen Drehmomenten der Hochdruckpumpe können hohe Axialkräfte entstehen, die eine besondere Anforderung an das Axiallager stellen. Durch die Dynamik des Hochdruckpumpenantriebs entstehen unter anderem auch Kräfte, welche die Nockenwelle in eine axiale Anlauffläche des Pumpengehäuses oder eines Gehäuseflanschs als Teil des Pumpengehäuses drücken. Dadurch kann ein Verschleiß von den jeweiligen Kontaktbereichen des Axiallagers untereinander oder mit dem Pumpengehäuse oder mit der Nockenwelle erfolgen. Durch Partikel, welche durch diese tribologischen Effekte entstehen, können weitere Schäden an der Kraftstoffhochdruckpumpe entstehen. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Axiallagers als Magnetlager werden die zuvor beschriebenen Nachteile und Probleme zumindest weitgehend oder vollständig vermieden.
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In Weiterbildung der Erfindung weist das Magnetlager zwei Magnetringe auf. Jeder der Magnetringe ist als Vollmagnet ausgebildet, wobei weiterhin jeder der Magnetringe vorzugsweise als Permanentmagnetring ausgestaltet ist. Diese Ausführungsform ist konstruktiv und kostenmäßig günstig umsetzbar.
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In Weiterbildung der Erfindung weist das Magnetlager zumindest einen in einem Lagerring eingesetzten Einzelmagnet auf, wobei bevorzugt mehrere Einzelmagnete auf dem Umfang des Lagerrings verteilt angeordnet sind. Eine solche Ausgestaltung ist insbesondere bei großen Lagerdurchmessern des Axiallagers umsetzbar.
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In Weiterbildung der Erfindung ist das Magnetlager ein aktives Magnetlager. Ein solches aktives Magnetlager ist hinsichtlich seiner Magnetkräfte einstellbar und kann somit auf unterschiedliche axiale Kräfte, die auf das Magnetlager einwirken, eingestellt werden. Diese unterschiedlichen Axialkräfte können beispielsweise in unterschiedlichen Betriebsbereichen der Kraftstoffhochdruckpumpe entstehen. Ein solches aktives Magnetlager ist beispielsweise durch einen regelbaren Elektromagneten im Zusammenwirken mit einem ferromagnetischen Körper realisierbar. Der Elektromagnet bildet dabei einen Magnetring und der ferromagnetische Körper den weiteren Magnetring.
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In Weiterbildung der Erfindung weisen die Magnetringe und/oder die Einzelmagnete auf zueinander zugewandten Seiten die gleiche Polarität auf. Je nach Ausgestaltung und Anordnung des Magnetlagers ist dabei die Polarität entweder abstoßend oder anziehend.
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In Weiterbildung der Erfindung ist zumindest ein Magnetring und/oder Lagerring von einem Metallmantel umgeben. Mit einem solchen Metallmantel kann die Verschleißbeständigkeit des Axiallagers erhöht werden.
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In Weiterbildung der Erfindung liegt der erste Magnetring und/oder Lagerring an einer Nockenanlauffläche der Nockenwelle und der zweite Magnetring und/oder Lagerring an einem Gehäuseteil des Pumpengehäuses an. Das Gehäuseteil kann sowohl das eigentliche Pumpengehäuse als auch ein Flanschkörper sein, der mit dem Pumpengehäuse vorzugsweise verschraubt ist und wobei der Flanschkörper eine Durchtrittsöffnung aufweist, durch die die Nockenwelle mit einem antriebsseitigen Endbereich aus dem Pumpengehäuse herausgeführt ist.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der erste Magnetring und/oder Lagerring auf der Nockenwelle festgelegt und der zweite Magnetring und/oder Lagerring liegt an einem Gehäuseteil an. Bei dieser Ausgestaltung hat der erste Magnetring und/oder Lagerring keinen direkten Kontakt mit dem Nocken der Nockenwelle. Dabei wird die Verbindung zwischen dem Magnetring und/oder Lagerring mit der Nockenwelle beispielsweise mittels einer Pressverbindung hergestellt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist neben beiden Radiallagern jeweils ein Magnetlager angeordnet. Durch diese Ausgestaltung können auch hohe auf die Nockenwelle einwirkende Kräfte abgefangen werden.
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Im optimalen Fall kann durch das erfindungsgemäße Magnetlager ein axialberührungsfreies Laufen der Nockenwelle in dem Pumpengehäuse erreicht werden. In jedem Falle wird durch das Magnetlager aber die Axialschmierung durch eine Schmierstoffförderung beispielsweise in Form von einer Kraftstoffförderung in den Kontaktbereich der Nockenwelle zu dem Pumpengehäuse verbessert. Durch die verbesserten Kühl- und Schmiereigenschaften der Axiallagerung kann eine bisher benötigte Pumpbuchse entfallen. Dies ist mit weiteren Kostenvorteilen verbunden. Insgesamt können höhere Axialkräfte durch die Axiallagerung aufgenommen werden. Hierbei ist es so, dass die resultierenden Kräfte umgekehrt proportional zum quadratischen Abstand der gegenüberliegenden Magnetringe beziehungsweise der in einem Lagerring eingesetzten Einzelmagnete sind.
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Schließlich wird durch das erfindungsgemäße Magnetlager ein dauernd wirksamer Magnetfilter bereitgestellt, der eine ferromagnetische Partikelkontaminierung in der Kraftstoffhochdruckpumpe vermeidet. Eventuelle metallische Partikel werden von den Magnetscheiben oder Einzelmagneten angezogen und lagern sich an diesen an.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben sind.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es zeigen:
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1 eine Schnittdarstellung eines Teilbereichs einer Kraftstoffhochdruckpumpe mit einer erfindungsgemäß in einem Pumpengehäuse gelagerten Nockenwelle,
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1a eine Detailansicht eines als Magnetlager ausgebildeten Axiallagers gemäß 1 und
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2 eine Detailansicht einer weiteren Anordnung eines als Magnetlager ausgebildeten Axiallagers an einer Nockenwelle.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt einen Schnitt durch eine teilweise dargestellte Kraftstoffhochdruckpumpe 1. Die Kraftstoffhochdruckpumpe 1 weist ein Pumpengehäuse 2 auf, das mit einem Gehäuseflansch 3 verbunden, beispielsweise verschraubt ist. Der Gehäuseflansch 3 bildet ein Gehäuseteil des Pumpengehäuses 2. In dem Pumpengehäuse 2 und dem Gehäuseflansch 3 ist eine Nockenwelle 4 angeordnet und gelagert. Die Nockenwelle 4 weist einen Nocken 5 auf, der mit einem Rollenstößel 6 zusammenwirkt. Der Rollenstößel 6 ist Teil eines Pumpenelements, wobei bei einer Drehbewegung der Nockenwelle 4 durch den Rollenstößel 6 die Drehbewegung in eine translatorische Auf und Abbewegung eines Pumpenkolbens des Pumpenelements umgesetzt wird. Der Pumpenkolben ist in einem Pumpenzylinder geführt, wobei der Pumpenkolben zusammen mit dem Pumpenzylinder und einem mit dem Pumpenzylinder verbundenen Pumpenzylinderkopf einen Arbeitsraum bildet, in den Kraftstoff von einer Kraftstoffniederdruckpumpe beispielsweise über eine Zumesseinheit gesteuert einbringbar ist. Bei einer Aufwärtsbewegung des Pumpenkolbens wird der in dem Arbeitsraum befindliche Kraftstoff über ein in den Pumpenzylinderkopf eingebautes Rückschlagventil in eine Hochdruckleitung und weiter in einen Hochdruckspeicher gefördert, aus dem der dort gespeicherte Kraftstoff von Kraftstoffinjektoren zur gesteuerten Einspritzung in zugeordnete Brennräume einer Brennkraftmaschine entnommen werden kann. Das solchermaßen ausgebildete Kraftstoffeinspritzsystem ist ein Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem und wird vorzugsweise mit Dieselkraftstoff betrieben.
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In dem Pumpengehäuse 2 ist ein Nockenraum 7 gebildet, in den Kraftstoff von der Kraftstoffniederdruckpumpe eingebracht wird. Ein Teilstrom dieses Kraftstoffs wird – wie zuvor beschrieben – dem Arbeitsraum zugeführt und ein weiterer Teilstrom dient zur Kühlung und Schmierung der entsprechenden Komponenten der Kraftstoffhochdruckpumpe 1. Die Nockenwelle 4 ist in zwei Radiallagern 8a, 8b gelagert, wobei das Radiallager 8a in dem Gehäuseflansch 3 und das Radiallager 8b in dem Pumpengehäuse 2 angeordnet ist. Durch die Radiallager 8a, 8b wird insbesondere zur Schmierung eine definierte Kraftstoffmenge hindurchgeführt. Zur Abführung des durch das Radiallager 8b geführten Kraftstoffs ist eine Abführleitung 9 in das Pumpengehäuse 2 eingearbeitet, während der durch das Radiallager 8a hindurchgeführte Kraftstoff in geeigneter Weise außerhalb des Gehäuseflanschs 3 aufgefangen und zusammen mit dem durch die Abführleitung 9 abgeführten Kraftstoff zurück in einen Kraftstofftank geführt wird.
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Neben den Radiallagern 8a, 8b ist jeweils ein als Magnetlager 10a, 10b ausgebildetes Axiallager angeordnet. Jedes der beiden Magnetlager 10a, 10b weist einen ersten Magnetring 11a und einen zweiten Magnetring 11b auf. Der erste Magnetring 11a des Magnetlagers 10a ist in eine Ausnehmung in dem Gehäuseflansch 3 eingesetzt, während der zweite Magnetring 11b des Magnetlagers 10a an einer Nockenanlauffläche 12a des Nockens 5 der Nockenwelle 4 anliegt.
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Auf der gegenüberliegenden Seite des Nockens 5 ist der erste Magnetring 11a des Magnetlagers 10b in eine Ausnehmung des Pumpengehäuses 2 eingesetzt, während hier der zweite Magnetring 11b an einer Nockenanlauffläche 12b des Nockens 5 der Nockenwelle 4 anliegt. Der erste Magnetring 11a und der zweite Magnetring 11b der beiden Magnetlager 10a, 10b weisen, wie in 1a dargestellt ist, auf den zueinander zugewandten Seiten die gleiche Polarität auf. Die beiden Magnetlager 10a, 10b können gleich oder unterschiedlich ausgebildet sein. Weiterhin können die Abstände der jeweiligen Magnetringe 11a, 11b der beiden Magnetlager 10a, 10b gleich oder – wie dargestellt – unterschiedlich groß sein.
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Die Nockenwelle 4 ist mit einem Endabschnitt durch eine Öffnung in dem Gehäuseflansch 3 hindurchgeführt. Dieser Endbereich der Nockenwelle 4 weist einen Konus 13 und einen Gewindeabschnitt 14 auf. Auf den Konus 13 wird ein vorzugsweise schrägverzahntes Antriebszahnrad verdrehgesichert aufgesetzt und durch eine auf den Gewindeabschnitt 14 aufgeschraubte Mutter fixiert. Das Antriebszahnrad wirkt mit einem korrespondierenden Zahnrad der Brennkraftmaschine zusammen, das seinerseits in geeigneter Weise von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetrieben wird. Bei einer Drehbewegung der Kurbelwelle wird folglich diese Drehbewegung auf die Nockenwelle 4 übertragen. Durch die Schrägverzahnung des Antriebszahnrads und/oder von negativen Drehmomenten der Kraftstoffhochdruckpumpe 1 entstehen auf die Nockenwelle 4 einwirkende Axialkräfte, die durch die Magnetlager 10a, 10b zumindest weitgehend ohne eine gegenseitige Berührung der ersten Magnetringe 11a und der zweiten Magnetringe 11b der Magnetlager 10a, 10b aufgefangen werden.
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2 zeigt nur den linken Bereich der Nockenwelle 4 mit dem Nocken 5. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der zweite Magnetring 11b des Magnetlagers 10a beabstandet zu der Nockenanlauffläche 12a angeordnet und beispielsweise durch eine Pressverbindung auf der Nockenwelle 4 festgelegt. Weiterhin sind in diesem Ausführungsbeispiel der erste Magnetring 11a, der auch hier in eine Ausnehmung in dem Gehäuseflansch 3 eingesetzt ist, und der zweite Magnetring 11b mit einem Metallmantel 15a, 15b umgeben. Der weitere Aufbau der Kraftstoffhochdruckpumpe 1 ist analog zu dem unter 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007012704 A1 [0002]
