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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pumpe, insbesondere Kraftstoffpumpe einer Brennkraftmaschine, aufweisend einen Pumpenzylinder und einen in dem Pumpenzylinder unter Bildung eines Pumpenarbeitsraums translatorisch auf und ab bewegbaren Pumpenstößel, wobei der Pumpenstößel zur Erzeugung einer translatorischen Bewegung mit einem Nocken einer Nockenwelle zusammenwirkt.
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Stand der Technik
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Eine derartige Pumpe ist aus der
DE 10 2010 064 221 A1 bekannt. Diese Pumpe ist als Kraftstoffpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine ausgebildet. Diese Pumpe ist mit einer mechanischen Druckregeleinrichtung versehen, die dazu angepasst ist, mit einer elektronischen Einspritzeinrichtung an einer Brennkraftmaschine, an der die Kraftstoffpumpe verbaut ist, zusammenzuwirken. Weiterhin weist die Kraftstoffpumpe einen stangenförmigen Pumpenstößel auf, der direkt mit einem Vierfachnocken einer Nockenwelle zusammenwirkt. Der Pumpenstößel ist federlos in einen Pumpenzylinder eingesetzt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pumpe bereitzustellen, die kostengünstig herstellbar und dabei robust ausgebildet 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 die Nockenwelle eine den Nocken bildende Nockenbuchse einen auf die Nockenbuchse aufgesetzten Nockenring aufweist. Der Pumpenstößel wirkt somit mit dem Nockenring zusammen. Dadurch kann die Nockenwelle mit der Nockenbuchse kostengünstig aus einem weniger hochwertigen Material als der Nockenring gefertigt werden. Auch ist es möglich die Nockenbuchse als getrenntes Bauteil zu der Welle der Nockenwelle zu fertigen und die Nockenbuchse in geeigneter Weise auf der Welle zu befestigen. Die Befestigung kann beispielsweise durch Schweißen, Kleben oder eine Pressverbindung erfolgen. Als Material für die Nockenbuchse kommt beispielsweise ein Verbundmaterial aus Stahl mit einer Gleitlagerschicht aus beispielsweise PTFE infrage.
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In Weiterbildung der Erfindung ist der Nockenring aus Kettenelementen gebildet. Die Kettenelemente sind so ausgebildet, dass diese der Kontur der Nockenbuchse folgen und sich zudem auf der Nockenbuchse in Nockenumfangsrichtung bewegen können. Dadurch ändert sich immer wieder die Position des Pumpenstößels auf den Nockenring.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist jedes Kettenelement einen Haken und eine Hakenöffnung auf. Dabei ist wiederum in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Hakenöffnung als Langloch ausgebildet und der Haken weist eine Breite auf, die maximal der Länge des Langlochs entspricht. Die so ausgebildeten Kettenelemente werden vor dem Aufschieben auf die Nockenbuchse ineinander gehakt und bilden so den Nockenring. Das Spiel des Hakens in Bezug zu der Hakenöffnung ist so ausgewählt, dass die Kettenelemente in ihrer Gesamtheit sich der von der Nockenbuchse gebildeten Nockenform anpassen können und zudem soviel Spiel zwischen dem Nockenring und der Nockenbuchse verbleibt, dass der aus den Kettenelementen gebildete Nockenring sich auf der Nockenbuchse in Nockenumfangsrichtung bewegen kann.
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In Weiterbildung der Erfindung ist der Werkstoff des Nockenrings beziehungsweise der Kettenelemente ein Wälzlagerstahl, insbesondere 100Cr6. Dieser Werkstoff weist eine genügende Festigkeit auf, kann aber problemlos bearbeitet werden. Zudem ist dieser Werkstoff problemlos und kostengünstig verfügbar.
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In Weiterbildung der Erfindung ist der Nockenring anliegend an einen seitlichen Ringanschlag auf die Nockenbuchse aufgeschoben. Der seitliche Ringanschlag gewährleistet eine definierte Lage des Nockenrings auf der Nockenbuchse, wobei in weiterer Ausgestaltung der Erfindung auf der gegenüber liegenden Seite zu dem Ringanschlag eine umlaufende Ringnut in die Nockenbuchse eingelassen ist. In die Ringnut ist ein Sicherungsring nach dem Aufschieben des Nockenrings auf die Nockenbuchse einsetzbar. Dadurch ist sichergestellt, dass der Nockenring beim Betrieb der Pumpe nicht seitlich von der Nockenbuchse wegwandern kann.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Längsachse des Pumpenstößels einen Versatz in Bezug zu der Querachse der Nockenwelle in Form einer Schränkung mit dem Maß x auf, so dass der Pumpenstößel in Drehrichtung der Nockenwelle vor der Nockenwelle steht. Dadurch werden die Pumpenstößel-Querkräfte minimiert und das Drehen des Nockenrings ist sichergestellt. Die durch den Versatz gebildete Schränkung beträgt beispielsweise 0,2 mm bis 0,4 mm. Durch die Drehbarkeit des Nockenrings sowie der Schränkung ist sichergestellt, dass ein möglicher Verschleiß auf dem Nockenring durch den Pumpenstößel gering ist. Dies gilt auch für den Fall, wenn der Pumpenstößel zwischen zwei Kettenelementen des Nockenrings zum Auflegen kommt, da die Kettenelemente – wie zuvor ausgeführt – robust gestaltet sind.
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In Weiterbildung der Erfindung weist der Pumpenstößel einen mit einer den Pumpenstößel bildenden, durchgangsgeschliffenen Stange verbundenen Stößelfuss auf. Der so gestaltete Pumpenstößel ist kostengünstig herstellbar und der Stößelfuss vergrößert die Kontaktfläche des Pumpenstößels mit dem Nockenring. Auch durch diese Ausgestaltung wird der mögliche Verschleiß an der Kontaktstelle zwischen dem Pumpenstößel und dem Nockenring weiter reduziert.
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In Weiterbildung der Erfindung ist ein den Fluidzugang zu dem Pumpenarbeitsraum beherrschendes elektrisch betätigtes Saugventil stromlos geschlossen. Diese Ausgestaltung stellt sicher, dass nur in einem angesteuerten Zustand des Saugventils Kraftstoff in den Pumpenarbeitsraum gelangt. Dadurch, dass der Pumpenstößel von keiner Pumpenstößelfeder gegen den Nockenring gedrückt wird, ist sichergestellt, dass der Pumpenstößel nur dann mit dem Nockenring zusammenwirkt, wenn die Pumpe in Abhängigkeit von der Befüllung Hochdruck erzeugt, dass heißt also, wenn der Pumpenstößel translatorisch aufwärts in Richtung einer Verdrängung des Fluids aus dem Pumpenarbeitsraum bewegt wird. Bei anderen Betriebszuständen bleibt der Pumpenstößel beispielsweise im Bereich einer Position eines oberen Totpunkts stehen und der Nockenring wird optimal mit Öl geschmiert und gekühlt. Auch diese Ausgestaltung trägt mit dazu bei, dass der Verschleiß minimiert wird. Durch den Entfall einer Stößelfeder, eines Federtellers, eines Rollenstößels mit Rollenschuh und Rolle ist ein Kostenvorteil erzielt und darüber hinaus die bewegte Masse reduziert. Auch kann dadurch die axiale Bauhöhe der Pumpe von der Nockenwellenlängsachse bis zu der Hochdruckabgangsseite deutlich reduziert werden. Insgesamt ergibt sich dadurch auch eine deutliche Gewichtsersparnis der Pumpe. Diese so ausgebildete Pumpe weist eine hohe Drehzahlfähigkeit auf, da keine Stößelfeder, die ermüden kann, vorhanden ist und insbesondere durch den Entfall des Rollenstößels die bewegte Masse minimiert ist. In Summe ergibt sich dadurch eine deutliche Robustheitssteigerung der Pumpe, da das Pumpentriebwerk nicht von der Hydrodynamik eines Rollenstößels mit einer Rolle und einem Rollenschuh abhängt. Die Pumpe beziehungsweise der Nockenring trifft bei der Aufwärtsbewegung auf den Pumpenstößel, der je nach Befüllungsgrad des Pumpenarbeitsraums eine bestimmte axiale Position in dem Pumpenzylinder eingenommen hat. Die Belastung des Pumpenstößels beziehungsweise des Pumpenstößelfußes und der Nockenwelle ist mit bekannten Ausgestaltungen vergleichbar, denn auch bei einer herkömmlich ausgebildeten Pumpe kann der sogenannte „Wasserschlag“ in Abhängigkeit von der Füllung zwischen einer Vollbefüllung (nahe am unteren Totpunkt) und einer extremen Teilbefüllung (nahe am oberen Totpunkt) stattfinden. Bei einem bekannten Design mit einem Federteller wird der Pumpenstößel über seinen Pumpenstößelfuß mit nach unten geführt und im unteren Totpunkt stößt der Rollenschuh gegen den Pumpenstößelfuß durch die Bewegungsumkehr an. Dadurch prallt der Pumpenstößel von dem Rollenschuh ab und bewegt sich in Richtung zu dem Federteller. Durch die Nockenaufwärtsbewegung wird auch der Pumpenstößel nach oben beschleunigt. Wenn nun der Pumpenstößel auf die Kraftstoffsäule stößt, herrschen in Abhängigkeit von der Füllung vergleichbare Belastungsbedingungen wie in der Erfindung beschriebenem Design ohne Federteller. Dadurch führt die erfindungsgemäße Pumpe insgesamt zu einer Belastungsverringerung, denn durch den stehenden Pumpenstößel entfällt der zusätzliche Impuls auf den Rollenschuh durch den sich bei bekannten Pumpen aufwärts bewegten Pumpenstößel.
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Die Pumpe ist insbesondere eine Kraftstoffpumpe zur Förderung von Benzin mit einem maximalen Betriebsdruck von 300 bar. Die Pumpe kann aber auch zur Förderung von anderen Fluiden eingesetzt werden und kann darüber hinaus bei entsprechend robuster Auslegung des Nockenrings auch für eine Förderung von Dieselkraftstoff mit einem maximalen Förderdruck von ca. 2000 bar eingesetzt werden.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der ein in den Figuren dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es zeigen:
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1 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäß ausgebildete Pumpe,
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2 einen Querschnitt durch eine mit einem Pumpenstößel zusammenwirkende Nockenwelle,
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3 eine Draufsicht auf ein Kettenelement eines Nockenrings und
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4 einen Querschnitt durch ein Kettenelement gemäß 3.
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Ausführungsform der Erfindung
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Die in 1 dargestellte Pumpe 1 ist insbesondere eine Kraftstoffpumpe, ganz bevorzugt eine Kraftstoffhochdruckpumpe, die insbesondere bei einem Einspritzsystem für Benzin Verwendung findet. Der Pumpe 1 wird aus einem Kraftstoffniederdrucksystem Kraftstoff in Form von Benzin zugeführt, der beziehungsweise das von der Pumpe 1 beispielsweise in einen Hochdruckspeicher gefördert wird.
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Die Pumpe 1 weist einen einstückig mit einem Pumpenzylinderkopf 2 ausgebildeten Pumpenzylinder 3 auf, der in ein Gehäuse 4 eingebaut ist. Das Gehäuse 4 weist ein Gehäuselager 5 und auf der gegenüberliegende Seite eine Öffnung für einen Gehäuseflansch 6 auf. In den Gehäuseflansch 6 ist ein Flanschlager 7 eingesetzt, wobei in dem Gehäuselager 5 und dem Flanschlager 7 eine Nockenwelle 8, die mit einem Antriebsanschnitt aus dem Gehäuseflansch 6 herausragt, gelagert ist. Im Bereich zwischen dem Gehäuselager 5 und dem Flanschlager 7 weist die Nockenwelle 8 einen Nocken 9 auf, der wie nachfolgend noch erläutert wird, der aus einer Nockenbuchse 10 mit einem auf die Nockenbuchse 10 aufgesetzten Nockenring 11 gebildet ist.
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Auf dem Nockenring 11 stützt sich ein Pumpenstößel 12 zusammenwirkend mit einem Pumpenstößelfuß 13 ab. Der Pumpenstößel 12 ist in dem Pumpenzylinder 3 geführt und begrenzt zusammen mit dem Pumpenzylinderkopf 2 einen Pumpenarbeitsraum 14 in, dem über ein elektrisch betätigtes Einlassventil 15 ein Fluid, insbesondere Benzin, zuführbar ist. Das Einlassventil 15 wirkt über einen Kanal 16 mit einem Niederdruckanschluss 17 zusammen, über den von einem Niederdrucksystem bereitgestellter Kraftstoff dem Einlassventil 15 zugeführt wird. Das Einlassventil 15 ist beispielsweise elektromagnetisch gesteuert sowie betätigt und so ausgebildet, dass es im stromlosen Zustand seine geschlossene Position einnimmt. In der geschlossenen Position gelangt folglich kein Benzin über den Kanal 16 und das Einlassventil 15 in den Pumpenarbeitsraum 14. Nur im angesteuerten Zustand, in dem das Einlassventil 15 geöffnet ist, gelangt Benzin in den Pumpenarbeitsraum 14. Nach der erfolgten Befüllung des Pumpenarbeitsraums 14 wird das Einlassventil 15 geschlossen und bei einer folgenden Aufwärtsbewegung des Pumpenstößels 12 wird der in dem Pumpenarbeitsraum 14 befindliche Kraftstoff über einen Hochdruckauslass 18 mit einem eingesetzten Rückschlagventil 19 in eine an den Hochdruckauslass 18 angeschlossene Hochdruckleitung gefördert.
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Um sicherzustellen, dass kein Leckagekraftstoff entlang der Führung des Pumpenstößels 12 in dem Pumpenzylinder 3 in einen den Nocken 9 aufnehmenden Triebwerksraum 20, der beispielsweise mit Schmieröl befüllt ist, gelangt, ist in den Pumpenzylinder 3 eine Ausnehmung 21 eingearbeitet, in die eine Dichtung 22 eingesetzt ist.
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Wird nach einer erfolgten Hochdruckförderung kein Benzin über das Einlassventil 15 in den Pumpenarbeitsraum 14 eingelassen, verbleibt der Pumpenstößel 12 in einer Position im Bereich des oberen Totpunkts und der Pumpenstößel 12 beziehungsweise der Pumpenstößelfuß 13 steht bei einer weiteren Drehung der Nockenwelle 8 nicht mehr in Kontakt mit dem Nockenring 11. Dieser Kontakt wird erst wieder hergestellt, wenn der Pumpenstößel 12 bei einer Befüllung des Pumpenarbeitsraums 14 nach unten in Richtung zu dem Nockenring 11 gedrückt wird.
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Die Nockenbuchse 10 weist einen Ringanschlag 23 auf, gegen den der Nockenring 11 angeschoben ist. Auf der gegenüberliegenden Seite zu dem Ringanschlag 23 ist in die Nockenbuchse 10 eine umlaufende Ringnut 24 eingelassen, in die ein Sicherungsring 25 eingesetzt ist. Der Sicherungsring 25, beispielsweise ein Sprengring, stellt sicher, dass der Nockenring 11 auf der Nockenbuchse 10 gehalten ist und nicht seitlich zu dem Gehäuseflansch 6 hin wandern kann.
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Die Schnittdarstellung durch die Nockenwelle 8 und den Pumpenstößel 12 gemäß 2 zeigt einen Versatz der Längsachse durch den Pumpenstößel 12 in Bezug zu der Querachse der Nockenwelle in Form einer Schränkung, die das Maß x aufweist. Die Schränkung bzw. das Schränkungsmaß beträgt zwischen 0,2 mm und 0,4 mm. Dabei ist die Schränkung so in Bezug zu der durch den Linksdrehpfeil dargestellten Drehrichtung der Nockenwelle 8 ausgerichtet, dass die Achse des Pumpenstößels 12 vor die Nockenachse angeordnet ist beziehungsweise liegt. Der Nockenring 11 besteht aus einer Anzahl von Kettenelementen 26, die ineinander verhakt sind. Die den Nockenring 11 bildenden Kettenelemente 26 weisen zueinander und gegenüber der Nockenbuchse 10 soviel Spiel auf, dass der Nockenring 11 sich in Nockenumfangsrichtung zu der Nockenwelle 8 beziehungsweise der Nockenbuchse 10 drehen kann.
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3 zeigt eine Draufsicht auf ein Kettenelement 26, dass im Wesentlichen aus einer aus einem Wälzlagerstahl, insbesondere 100Cr6 gefertigte Platte besteht, die eine als Langloch ausgebildete Hakenöffnung 27 und einen Haken 28 (siehe auch 4) aufweist. Die Länge l des Langlochs ist vorzugsweise geringfügig größer als die Breite b des Hakens.
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4 zeigt den in 3 gezeichneten Schnitt A-A durch ein solches Kettenelement 26. Neben der Hakenöffnung 27 weist das Hakenelement 26 einen Absatz 29 auf, über den der Haken 28 eines ersten Kettenelements 26 in die Hakenöffnung 27 eines zweiten Hakenelements 26 eingreift.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010064221 A1 [0002]
