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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betreiben einer Pumpeneinrichtung, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit wenigstens einer antreibbaren Welle, auf der wenigstens zwei Exzenterlager axial nebeneinander angeordnet sind, deren jeweiliger Außenring jeweils einem Kolben der Pumpeneinrichtung zugeordnet und auf einen jeweiligen Innenring unter Zwischenschaltung von Wälzkörpern axial auf einen jeweiligen Innenring axial aufgeschoben ist, wobei der jeweilige Außenring auf nur einen Seite einen insbesondere kreisringförmigen radial nach innen ragenden Abschnitt aufweist, der einen Axialanschlag für den jeweiligen Innenring bildet.
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Ferner betrifft die Erfindung eine Pumpeneinrichtung mit einer derartigen Vorrichtung.
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Stand der Technik
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Vorrichtungen und Pumpeneinrichtungen der Eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Häufig werden Pumpen im Automobilbereich als Kolbenpumpen ausgebildet, deren Kolben zum Erzielen einer Pumpenleistung linear beziehungsweise axial bezüglich ihrer Längserstreckung verlagert beziehungsweise betätigt werden. Häufig wird dazu ein Exzenterprinzip verwendet, bei welchem durch die Verwendung eines Exzenters, beispielsweise eines Nockens, der auf einer drehbaren Welle angeordnet ist, die Rotationsbewegung der Welle in eine Linearbewegung des Kolbens gewandelt. Im weitesten Sinne spricht man dabei von einem Kurbelgetriebe. Bei einem Nockengetriebe ist der Exzenter fest mit der Welle verbunden und dreht sich mit dieser mit, so dass stets eine Reibung zwischen dem dem Nocken zugeordneten Kolbenende und dem Nocken entsteht. Um diese Reibung zu verringern, ist es möglich, den Exzenter als Exzenterlager auszubilden, der einen Außenring und einen Innenring aufweist, zwischen denen Wälzkörper, beispielsweise Nadelrollen, angeordnet sind. Der Innenring ist drehfest mit der Welle verbunden, während der Außenring aufgrund der Reibwirkung zwischen Außenring und Kolben bezüglich des Kolbens im Wesentlichen stillsteht, während die Wälzkörper zwischen Außenring und Innenring abrollen. Um die Position des Außenrings auf dem Innenring zu bestimmen, ist der Außenring bekanntermaßen mit einem kreisringförmigen und radial nach innen ragenden Abschnitt versehen, der einen Axialanschlag für den Innenring bildet. Der Abschnitt ist somit letztendlich kreisringscheibenförmig ausgebildet und definiert die maximale Aufschiebeposition des Außenrings auf den Innenring. Der Innendurchmesser des Abschnitts ist dabei kleiner gewählt, als der Außendurchmesser des Innenrings. Üblicherweise sind die Außenringe bei einer derartigen Vorrichtung stets gleich ausgerichtet, um beispielsweise die Montage zu vereinfachen. Durch die Ausbildung des Außenrings führt dies jedoch dazu, dass Reibstellen zwischen benachbarten Exzenterlagern auftreten, die zwischen dem Außenring des einen Exzenterlagers und dem Innenring des benachbarten Exzenterlagers liegen. Da sich Außenring und Innenring üblicherweise relativ zueinander bewegen, können hierdurch hohe Reibverluste an den Kontaktstellen oder auch Späne entstehen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass die Reibstellen einer derartigen Vorrichtung auf ein Minimum reduziert werden. Dabei bedarf es keiner zusätzlichen Mittel oder einer Neukonstruktion der Exzenterlager. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Außenringe benachbarter Exzenterlager spiegelverkehrt zueinander ausgerichtet sind. Dadurch liegen bei zwei benachbarten Exzenterlagern entweder die Axialanschläge der Außenringe oder die Innenringe einander gegenüber oder aneinander an. Die Relativbewegung zwischen den benachbarten Außenringen und den benachbarten Innenringen dürfte im Regelfall gleich Null sein, so dass an dieser Stelle auch bei Berührungskontakt keine Reibung auftritt. Dadurch wird insgesamt die Lebensdauer der Vorrichtung erhöht, eine Verlustreibung sowie eine reibungsbedingte Temperaturerhöhung in der Vorrichtung minimiert.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass wenigstens drei Exzenterlager bei der Vorrichtung vorgesehen sind. Dabei sind die Außenringe der außen liegenden Exzenterlager zweckmäßigerweise entsprechend den erfindungsgemäßen Vorgaben ausgerichtet, so dass der Axialanschlag des mittleren Exzenterlagers dem Axialanschlag des einen außen liegenden Exzenterlagers, und der Innenring des mittleren Exzenterlagers, dem Innenring des anderen Exzenterlagers gegenüberliegt. Es ergeben sich hierdurch die genannten Vorteile bezüglich der verminderten Reibstellen.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass einem in der Reihe der Exzenterlager außen liegenden Exzenterlager, dessen Axialanschlag des Außenrings seiner außen liegenden Stirnseite zugeordnet ist, eine Axiallagerscheibe, insbesondere Stahlanlaufscheibe zugeordnet ist. Ist ein außen liegendes Exzenterlager der in Reihe angeordneten Exzenterlager an seiner freien Stirnseite mit dem Axialanschlag versehen, so ist diesem also eine Axiallagerscheibe zugeordnet, die zur Axialabstützung des Außenrings dieses Exzenterlagers dient. Vorzugsweise handelt es sich dabei um eine Stahlanlaufscheibe, die sich vorteilhaft auf Lebensdauer und Stabilität der Vorrichtung auswirkt.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Axiallagerscheibe zwischen dem außen liegenden Exzenterlager und einem Drehlager der Welle und/oder einem das Drehlager tragenden Gehäuse angeordnet ist. Die Axiallagerscheibe ist somit zwischen Exzenterlager und Drehlager oder Gehäuse zwischengeschaltet, um auch hier einen direkten Kontakt, der zu entsprechenden Reibstellen führen könnte, zu vermeiden.
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Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Kolben derart ausgerichtet und/oder mit dem jeweiligen Außenring gekoppelt sind, dass ihre Krafteinleitung in den jeweiligen Außenring gezielt in Richtung seines Axialanschlags erfolgt. Aufgrund der dem jeweiligen Kolben üblicherweise zugeordneten Rückstelleinrichtung, insbesondere Rückstellfeder, übt der Kolben stets eine radial auf das jeweilige Exzenterlager wirkende Kraft aus. Durch die vorteilhafte Ausrichtung und/oder Kopplung mit dem jeweiligen Außenring kann die Krafteinleitung in den Außenring auch in eine Axialrichtung eingestellt werden. Vorliegend ist dabei vorgesehen, dass die Krafteinleitung derart erfolgt, dass der jeweilige Außenring in Richtung seines Axialanschlags gedrängt wird. Dadurch wird das Risiko auftretender Reibungsstellen zwischen den Axialanschlägen und den ihnen zugeordneten Innenringen verringert.
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Die erfindungsgemäße Pumpeneinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 zeichnet sich durch die erfindungsgemäße Vorrichtung aus. Es ergeben sich hierdurch die bereits genannten Vorteile.
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigen:
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1 eine Druckeinrichtung in einer vereinfachten Darstellung und
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2 eine Vorrichtung zum Betreiben der Druckeinrichtung in einer vergrößerten schematischen Darstellung.
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1 zeigt in einer vereinfachten Darstellung eine Pumpeneinrichtung 1, die drei Kolbenpumpen 2, 3 und 4 aufweist, die nebeneinander angeordnet sind. Weiterhin weist die Pumpeneinrichtung 1 eine Antriebsmaschine 5 auf, die vorliegend als Elektromotor ausgebildet ist. Ein Rotor des Elektromotors ist mit einer Welle 6 zu deren Antrieb wirkverbunden. Insbesondere kann es sich bei der Welle 6 auch um die Rotorwelle selbst handeln, die aus einem Gehäuse des Elektromotors herausragt. Die Welle 6 ist durch wenigstens ein Wälzkörperlager 7 in einem Gehäuse der Pumpeneinrichtung 1 drehbar gelagert. Auf der Welle 6 sind für jeweils eine der Pumpen 2 bis 4 jeweils ein Exzenterlager 8, 9 und 10 angeordnet. Die Wälzkörperlager 8 bis 10 weisen jeweils einen auf der Welle 6 drehfest angeordneten Innenring 8’, 9’ beziehungsweise 10’, und einen Außenring 8’’, 9’’ beziehungsweise 10’’ auf. Zwischen dem jeweiligen Innenring und Außenring sind mehrere Wälzkörper, vorliegend Nadelrollen angeordnet, die durch einen Käfig geführt werden und eine reibungsfreie Relativbewegung zwischen Außenring und Innenring ermöglichen. Die Innenringe 8’, 9’ und 10’’ sind dabei exzentrisch ausgebildet, so dass durch eine Rotation der Welle 6 die Außenringe 8’’, 9’’ und 10’’ in ihrer Radiallage bezüglich der Welle 6 verändert werden.
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Jedem der Wälzkörperlager 8, 9 und 10 ist dabei ein Kolben 11, 12 beziehungsweise 13 einer der Kolbenpumpen 2, 3 und 4 derart zugeordnet, dass durch die Relativbewegung des jeweiligen Außenrings 8’’, 9’’ und 10’’ bezüglich der Welle 6 die Kolben 11, 12 und 13 linear, wie durch Doppelpfeile angedeutet, betätigt werden. Rückstellfedern sorgen dabei dafür, dass die Kolben 11 bis 13 stets im Anlagekontakt mit den Außenringen 8’’, 9’’ und 10’’ stehen. In den Kolbenpumpen 2, 3 und 4 wird die Kolbenbewegung der Kolben 11 bis 13 dazu genutzt, ein flüssiges und/oder gasförmiges Medium zu fördern und/oder mit Druck zu beaufschlagen. Die Welle 6 bildet somit zusammen mit den Wälzkörperlagern 8 bis 10 eine Vorrichtung 14 zum Betreiben der Pumpeneinrichtung 1, da durch sie die Antriebskraft der elektrischen Maschine 5 auf die einzelnen Kolbenpumpen 2 bis 4 übertragen wird, wobei eine Umwandlung einer Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung erfolgt.
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2 zeigt eine vereinfachte Detailansicht der Vorrichtung 14. Die Exzenterlager 8, 9 und 10 sind jeweils für sich genommen auf bekannte Art und weise ausgebildet. Die Außenringe 8’’, 9’’ und 10’’ weisen an einer Seite – im Längsschnitt gesehen – einen kreisringförmigen Abschnitt 15, 16 beziehungsweise 17 auf. Die Abschnitte 15 bis 17 ragen radial nach innen und bilden dadurch kreisringscheibenförmige Axialanschläge 18, 19, 20 für den jeweiligen Innenring 8’, 9’, 10’ des jeweiligen Exzenterlagers 8, 9, 10. Die Außenringe 8’’, 9’’, 10’’ lassen sich somit axial auf den jeweiligen Innenring 8’, 9’, 10’ bis zu dem Axialanschlag 18, 19, 20 aufschieben, der die maximale Aufschiebeposition definiert. Dadurch erhalten die Außenringe 8’’, 9’’, 10’’ zu dem jeweiligen Innenring 8’, 9’, 10’ eine eindeutige Positionierung in der Vorrichtung 14.
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Vorteilhafterweise ist gemäß der vorliegenden Ausführungsform vorgesehen, dass die Außenringe 8’’, 9’’, 10’’ benachbarter Exzenterlager 8, 9 und 10 spiegelverkehrt zueinander ausgerichtet sind. Dies hat zur Folge, dass die Außenringe 8’’ und 9’’ mit ihren Abschnitten 15 und 16 einander gegenüber liegen, während der Innenring 9’ des Exzenterlagers 9 dem Innenring 10’ des Exzenterlagers 10 gegenüberliegt. Die Abschnitte 16 und 17 befinden sich somit auf den voneinander abgewandten Seiten der benachbarten Exzenterlager 9 und 10.
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Hierdurch wird erreicht, dass, wenn ein Berührungskontakt zwischen Exzenterlagern 8 und 9 auftritt, die zumindest im Wesentlichen stillstehenden Außenringe 8’’, 9’’ miteinander in axialen Berührungskontakt geraten, wodurch kaum oder keine Reibung zwischen den benachbarten Exzenterlagern 8 und 9 entsteht. Die Innenringe 9’ und 10’ der Exzenterlager 9 und 10 können nicht miteinander in axialen Berührungskontakt geraten, da sie fest auf der Welle angeordnet sind. Da sie auch drehfest mit der Welle 6 verbunden sind, würde jedoch auch bei Berührungskontakt keine Relativbewegung zwischen den Innenringen 9’ und 10’ auftreten können. Insgesamt sind dadurch die Reibungsstellen der Vorrichtung 14 auf ein Minimum reduziert worden. Abrieb und Verschleiß sind entsprechend verringert, wodurch auch eine Temperaturbelastung der Vorrichtung 1 minimal ist. Da die Exzenterlager 8, 9 und 10 selbst nur in ihrer Ausrichtung verändert wurden, ist die Vorrichtung 14 einfach und kostengünstig herstellbar.
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Um ein Anlaufen des außen liegenden Exzenterlagers 10 mit seinem Außenring 10’’ an einem Gehäuse 24 der Pumpeneinrichtung 1 zu vermeiden, ist außerdem vorteilhafterweise eine Axialanlagescheibe 22 vorgesehen, die zwischen einem weiteren Drehlager 23 der Welle 6 und dem das Drehlager tragenden Gehäuse 24 der Pumpeneinrichtung 1 vorgesehen ist. Die Axialanlagescheibe 22 ist vorzugsweise als insbesondere gehärtete Stahlanlaufscheibe ausgebildet, die zwischen dem Abschnitt 17 und dem aus Aluminium gefertigten Gehäuse 24 liegt. Alternativ kann gemäß einem hier nicht dargestellten Ausführungsbeispiel vorgesehen sein, dass das Drehlager 23 axial in Richtung des Abschnitts 17 aus dem Gehäuse 24 vorsteht, um dadurch einen Reibkontakt zwischen Außenring 10’’ und Gehäuse 24 zu vermeiden. Wie in dem Ausführungsbeispiel von 2 dargestellt, sind die Außenringe 8’’, 9’’ und 10’’ jeweils in ihrer Längserstreckung derart kurz ausgebildet, dass ihr dem jeweiligen Axialanschlag 18, 19, 20 gegenüberliegendes Ende die entsprechende Stirnseite des jeweiligen Innenrings 8’, 9’, 10’ nicht axial überragt, sondern zurückgesetzt dazu endet, so dass insbesondere ein axialer Sicherheitsabstand zwischen dem Außenring 8’’ und dem Wälzkörperlager 7 gebildet wird, der verhindert, dass der Außenring 8’’ mit dem Innenring des Wälzkörperlagers 7 axial in Berührungskontakt gelangen könnte. Entsprechende Vorteile ergeben sich auch bei den Exzenterlagern 9 und 10. Alternativ oder zusätzlich kann das Exzenterlager 8 durch die Festlegung auf der Welle 6 beabstandet zu dem Wälzkörperlager 7 entsprechend angeordnet werden, um den Berührungskontakt zu vermeiden, wie ebenfalls in 2 gezeigt.
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Durch die vorteilhafte Ausbildung werden insbesondere Reibstellen vermieden, in denen Trockenreibung entstehen kann, da an dieser Stelle üblicherweise im Betrieb keine Schmierung vorgesehen oder sichergestellt ist. Es verbleibt lediglich die jeweilige Exzenterinnenreibung, die jedoch bei sehr robust gekapselten Exzenterlagern auch beherrschbar ist.
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Optional ist hierzu insbesondere vorgesehen, dass die durch die Kolben 11, 12, 13 eingeleitete Kraft in den jeweiligen Außenring 8’’, 9’’, 10’’ derart eingeleitet wird, dass der jeweilige Außenring 8’’, 9’’, 10’’ in Richtung seines Axialanschlags 18, 19, 20 beziehungsweise Abschnitts 15, 16, 17 gedrängt wird, wie durch Pfeile 21 angedeutet. Hierdurch wird insbesondere die innere Erwärmung des jeweiligen Exzenterlagers 8, 9, 10 weiter reduziert, die zwischen den Axialanschlägen 18. 19, 20 und dem jeweiligen Innenring 8’, 9’, 10’ entstehen kann.
