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Die Erfindung betrifft eine Pumpe, aufweisend einen in einem von einem Pumpenzylinderkopf abgedeckten Pumpenzylinder unter Bildung eines Pumpenarbeitsraums bewegbaren Pumpenstößel, wobei ein Pumpenstößelfuß des Pumpenstößels zur Erzeugung insbesondere einer Aufwärtsbewegung mit einem Exzenter einer in einem Pumpengehäuse gelagerten Exzenterwelle zusammenwirkt.
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Stand der Technik
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Eine derartige Pumpe ist aus der
DE 10 2009 027 576 A1 bekannt. Diese Pumpe ist als Kraftstoffhochdruckpumpe für eine Brennkraftmaschine ausgebildet und weist zwei gegenüberliegende Pumpenstößel auf, deren Pumpenstößelfüße mit einer zentral zwischen den beiden Pumpenstößeln angeordneten Exzenterwelle zusammenwirken. Um einen dauernden Kontakt der Pumpenstößelfüße der beiden Pumpenstößel mit einem Exzenter der Exzenterwelle zu gewährleisten, sind die beiden Pumpenstößel im Bereich der beiden Pumpenstößelfüße über einen Bügel miteinander verbunden. Der Bügel ist dabei so gestaltet und ausgelegt, dass über den Bügel eine geringe Vorspannkraft auf die Pumpenstößelfüße aufgebracht wird, um diese in dauernder Anlage an dem Exzenter bzw. der von dem Exzenter gebildeten Lauffläche zu halten. Dazu ist der Bügel so steif wie eine adäquate Stößelfeder mit einer Federsteifigkeit von 300 bis 500 N/mm ausgelegt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pumpe bereitzustellen, deren Aufbau bei verbessertem Verschleißverhalten und geringem Bauvolumen vereinfacht 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 Pumpe ein eine Lauffläche des Exzenters umgebenden Polygon aufweist, dass die Exzenterwelle relativ zu dem Polygon drehbar ist und dass der Pumpenstößelfuß schwimmend mit dem Polygon zusammenwirkt. Das Polygon ist folglich zwischen dem Pumpenstößelfuß und dem Exzenter angeordnet und dient als Bindeglied zwischen dem Pumpenstößel und dem Exzenter. Dadurch wird erreicht, dass der Pumpenstößel nicht mit einer nur geringen Auflagefläche mit dem Exzenter zusammenwirkt, sondern der Exzenter mit der Innenkontur des Polygons nach Art einer Gleitlagerung großflächig zusammenwirkt und der Pumpenstößelfuß zumindest während eines Fördervorgangs mit seiner gesamten Grundfläche auf einer Außenfläche des Polygons aufliegt. Dabei ist die Bauhöhe des Polygons gering, so dass im Vergleich zu einer herkömmlichen Pumpe, bei der der Pumpenstößel über einen Rollenstößel mit einer Nockenwelle zusammenwirkt, die Bauhöhe der Pumpe (Excenterwellenlängsachse bis zu einem Hochdruckauslass) deutlich verringert wird. Somit kann insgesamt ein deutlich verringertes Bauvolumen der so ausgebildeten Pumpe erreicht werden. Durch das schwimmende Zusammenwirken kann der Pumpenstößelfuß insbesondere bei einer Nichtbefüllung oder nur einer Teilbefüllung eines Pumpenarbeitsraums von dem Polygon abheben, so dass in diesen Betriebszuständen ein möglicher Verschleiß, der bei der fluidgefüllten Pumpe insbesondere durch eine mangelhafte Schmiermittelzufuhr zwischen dem Pumpenstößelfuß und dem Polygon ausgeschlossen ist. Hierbei ist es so, dass diese Betriebszustände beim normalen Betrieb überwiegen und bei einer dauerhaften Anlage des Pumpenstößelfußes an dem Polygon eine kontinuierliche Schmierung der Auflagefläche problematisch ist, weil das Schmiermittel von der Auflagefläche weggedrückt wird. Diese Schmierung ist durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung sichergestellt.
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In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Führungsvorrichtung für den Polygon in dem Pumpengehäuse in der Form vorgesehen ist, dass eine Drehung des Polygons bei abgehobenem Pumpenstößelfuß in dem Pumpengehäuse bei drehender Exzenterwelle ausgeschlossen ist. Dadurch ist sichergestellt, dass das Polygon sich in dem Pumpengehäuse nicht drehen kann und/oder nicht zu stark verdreht ist, wenn der Pumpenkolbenfuß wieder auf das Polygon auftrifft. Der Pumpenkolbenfuß kann somit das Polygon problemlos wieder ausrichten. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Polygon ein Oktogon. Dabei weist das Oktogon in weiterer Ausgestaltung eine rechteckige Grundform mit Langseiten auf, die über Kurzseiten miteinander verbunden sind und wobei der Pumpenstößelfuß mit einer ersten Langseite zusammenwirkt. Ein solchermaßen ausgebildetes Polygon ist problemlos zu fertigen, wobei insbesondere, wenn die rechteckige Grundform zudem als quadratische Grundform ausgelegt ist, bei der Montage der Pumpe keine besondere Ausrichtung des Polygons zu dem Pumpenstößel notwendig ist.
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In Weiterbildung der Erfindung wirkt eine mit der Langseite über eine Kurzseite, die gerade oder gebogen ausgebildet sein kann, jeweils zusammenwirkende zweite und vierte Langseite so mit seitlichen Führungsflächen des Pumpengehäuses zur Bildung einer Führungsvorrichtung zusammen, so dass eine Drehung des Polygons bei abgehobenem Pumpenstößelfuß in dem Pumpengehäuse bei drehender Exzenterwelle ausgeschlossen ist. Dadurch ist sichergestellt, dass das Polygon bei abgehobenem Pumpenstößel durch die Führungsflächen des Pumpengehäuses geführt ist, so dass es nicht zu stark verdreht ist, wenn der Pumpenstößel wieder auf das Polygon auftritt. Der Pumpenstößel richtet das Polygon somit bei seinem Auftreffen auf die erste Langseite des Polygons wieder aus.
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In Weiterbildung der Erfindung ist zwischen dem Exzenter und dem Polygon eine Polygonbuchse angeordnet. Die Polygonbuchse fungiert folglich als Lagerring, der auf den Exzenter aufgepresst sein kann. Dabei ist dann nur die mit der inneren Kontur des Polygons zusammenwirkende Außenfläche der Polygonbuchse mit einer zur Darstellung einer Lagerfläche genügenden Oberflächengüte zu bearbeiten. Auch kann die Polygonbuchse aus einem für Lagerzwecke besonders geeigneten Material gefertigt sein. Durch den Einsatz der Polygonbuchse kann der Exzenter der Exzenterwelle aus einem weniger hochwertigen Material gefertigt sein, wobei dies besonders vorteilhaft ist, wenn die Exzenterwelle eine gebaute Exzenterwelle ist. Bei einer gebauten Exzenterwelle wird der Exzenter als eigenes Bauteil auf die Grundwelle der Exzenterwelle beispielsweise aufgepresst.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Pumpenstößelfuß in einen Stößelfuß eingesetzt, insbesondere eingepresst. Durch diese Ausgestaltung kann der Pumpenstößel als einfache Stange gefertigt sein, wobei durch die Vergrößerung des Pumpenstößelfußes durch den Stößelfuß die mögliche Kontaktfläche zu der Außenfläche des Polygons erhöht wird. Dabei kann die Grundfläche des Pumpenstößelfußes und des Stößelfußes nach dem Einpressvorgang feinbearbeitet sein, so dass mit geringem Fertigungsaufwand eine großflächige Kontaktfläche zu dem Polygon hergestellt ist. Der Pumpenstößel wird vorzugsweise kohlenstoffbeschichtet, um problemlos die auftretenden Querkräfte der Pumpe aufnehmen zu können.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Längsachse des Pumpenstößels einen Versatz in Bezug zu der Querachse der Exzenterwelle in Form einer Schränkung mit dem Maß x auf, so dass der Pumpenstößel in Drehrichtung der Exzenterwelle vor der Exzenterwelle steht. Dadurch werden die Pumpenstößel-Querkräfte minimiert. Die durch den Versatz gebildete Schränkung beträgt beispielsweise 0,2 mm bis 0,4 mm. Dadurch ist sichergestellt, dass ein möglicher Verschleiß auf der Außenfläche des Polygons durch den Pumpenstößel gering ist.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist ein einen Fluidzugang zu dem Pumpenarbeitsraum beherrschendes elektrisch betätigtes Einlassventil stromlos geschlossen. Diese Ausgestaltung stellt sicher, dass nur in einem angesteuerten Zustand des Saugventils Fluid in den Pumpenarbeitsraum gelangt. Dadurch, dass der Pumpenstößel von keiner Pumpenstößelfeder gegen das Polygon gedrückt wird, ist sichergestellt, dass der Pumpenstößel nur dann mit dem Polygon zusammenwirkt, wenn die Pumpe in Abhängigkeit von der Befüllung Hochdruck erzeugt. Das heißt also, wenn der Pumpenstößel translatorisch aufwärts in Richtung einer Verdrängung des Fluids aus dem Pumpenarbeitsraum bewegt wird, wirkt dieser mit dem Polygon zusammen. Bei anderen Betriebszuständen bleibt der Pumpenstößel beispielsweise im Bereich einer Position eines oberen Totpunkts stehen und das Polygon wird optimal mit einem Schmiermittel, beispielsweise Schmieröl, geschmiert und gekühlt. Auch diese Ausgestaltung trägt mit dazu bei, dass das Verschleißverhalten verbessert wird. Durch den Entfall einer Stößelfeder, eines Federtellers, eines Rollenstößels mit Rollenschuh und Rolle ist weiterhin ein Kostenvorteil erzielt und darüber hinaus ist die bewegte Masse reduziert. Auch kann dadurch die axiale Bauhöhe der Pumpe von der Exzenterwellenlängsachse 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.
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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 das Polygon 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 Exzenterwelle 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 einer auf einen Federteller einwirkenden Stößelfeder wird der Pumpenstößel über seinen Pumpenstößelfuß 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 Aufwärtsbewegung des Nockens oder des Exzenters wird auch der Pumpenstößel nach oben beschleunigt. Wenn nun der Pumpenstößel auf die Fluidsäule stößt, herrschen in Abhängigkeit von der Füllung vergleichbare Belastungsbedingungen wie bei dem zuvor beschriebenen Design ohne Stößelfeder. 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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In Weiterbildung der Erfindung weist der Exzenter und/oder die Exzenterwelle seitliche das Polygon führende Anlaufringe auf. Diese Anlaufringe können beispielsweise in Form von Sicherungsringen ausgebildet sein, die nach der Montage der Polygonbuchse und des Polygons montiert werden. Dadurch ist sichergestellt, dass das Polygon nicht in Axialrichtung der Exzenterwelle bis zur Anlage an das Pumpengehäuse auf der Exzenterwelle wandern kann.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Pumpe eine Kraftstoffpumpe einer Brennkraftmaschine und das Fluid Kraftstoff. Dies ist eine bevorzugte Ausführungsform, wobei die Pumpe aber grundsätzlich auch als beliebige andere Pumpe ausgebildet sein kann und zur Förderung anderer Fluide eingesetzt werden kann.
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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 eine erfindungsgemäß ausgebildete Pumpe,
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2 einen Querschnitt durch eine mit einem Pumpenstößel unter Einschaltung eines Polygons zusammenwirkende Exzenterwelle mit einer Darstellung eines Versatzes der Exzenterwelle in Bezug zu dem Pumpenstößel und
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3 einen Querschnitt durch ein Pumpengehäuse mit einer darin angeordneten und von einem Polygon umgebenen Exzenterwelle.
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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 Common-Rail-Einspritzsystem Verwendung findet. Der Pumpe 1 wird von einem Kraftstoffniederdrucksystem Kraftstoff in Form von beispielsweise Dieselkraftstoff zugeführt, der von der Pumpe 1 beispielsweise in einen Hochdruckspeicher gefördert wird. Aus dem Hochdruckspeicher wird dort unter einem hohen Druck von bis zu 3000 bar gespeicherter Kraftstoff von Kraftstoffinjektoren zur Einspritzung in zugeordnete Brennräume der Brennkraftmaschine entnommen.
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Die Pumpe 1 weist einen einstückig mit einem Pumpenzylinderkopf 2 ausgebildeten Pumpenzylinder 3 auf, der in ein Pumpengehäuse 4 eingebaut ist. Das Pumpengehäuse 4 weist ein Gehäuselager 5 und auf der gegenüberliegenden Seite eine Öffnung für einen Gehäuseflansch 6 auf. In dem Gehäuseflansch 6 ist ein Flanschlager 7 eingesetzt, wobei in dem Gehäuselager 5 und dem Flanschlager 7 eine Exzenterwelle 8, die mit einem Antriebsabschnitt aus dem Gehäuseflansch 6 herausragt, gelagert ist. Im Bereich zwischen dem Gehäuselager 5 und dem Flanschlager 7 weist die Exzenterwelle 8 einen Exzenter 9 auf, der als getrenntes Bauteil auf die eigentliche Welle der Exzenterwelle 8 vorzugsweise aufgepresst ist. Auf dem Exzenter 9 ist eine Polygonbuchse 10 aufgesetzt, vorzugsweise aufgepresst, die wiederum von einem Polygon 11 umgeben ist. Das Polygon 11 weist eine dem Außenumfang der Polygonbuchse 10 entsprechende umlaufende innere Lagerfläche auf, die bei einer Drehbewegung der Exzenterwelle 8 auf dem Außenumfang der Polygonbuchse 10 abgleitet.
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Auf dem Polygon 11 stützt sich ein Pumpenstößelfuß 26 eines Pumpenstößels 12 zusammenwirkend mit einem auf den Pumpenstößelfuß 26 aufgepressten Stößelfuß 13 ab. Der Pumpenstößel 12 ist in einer Zylinderbohrung in dem Pumpenzylinder 3 geführt und begrenzt zusammen mit dem Pumpenzylinderkopf 2 einen Pumpenarbeitsraum 14, in den über ein elektrisch betätigtes Einlassventil 15 ein Fluid, insbesondere Kraftstoff, einführbar 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 elektromagnetisch gesteuert bzw. betätigt und so ausgebildet, dass es im stromlosen Zustand seine geschlossene Position einnimmt. In der geschlossenen Position gelangt folglich kein Kraftstoff über den Kanal 16 und das Einlassventil 15 in den Pumpenarbeitsraum 14. Nur im angesteuerten Zustand, in dem das Einlassventil 15 geöffnet ist, gelangt Kraftstoff 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, die mit dem Hochdruckspeicher verbunden ist, gefördert.
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Um sicherzustellen, dass kein Leckagekraftstoff entlang der Zylinderbohrung und dem Pumpenstößel 12 in den Pumpenzylinder 3 in einen den Exzenter 9 und den Polygon 11 sowie den Pumpenstößel 12 mit dem Stößelfuß 13 aufnehmenden Triebwerksraum 20, der vorzugsweise mit Schmieröl befüllt ist, gelangt, ist in den Pumpenzylinder eine Ausnehmung 21 eingearbeitet, in die eine Dichtung 22, die vorzugsweise H-förmig ausgebildet ist, eingesetzt und mittels eines Halterings 23 gesichert ist.
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Wird nach einer erfolgten Hochdruckförderung kein Kraftstoff über das Einlassventil 15 in den Pumpenarbeitsraum 14 eingelassen, verbleibt der Pumpenstößel 12 in einer Position im Bereich einer oberen Totpunktstellung (OT-Punktstellung) und der Pumpenstößel 12 beziehungsweise der Pumpenstößelfuß 26 mit dem umgebenden Stößelfuß 13 steht bei einer weiteren Drehung der Exzenterwelle 8 nicht mehr in Kontakt mit dem Polygon 11. Dieser Kontakt wird erst wieder hergestellt, wenn der Pumpenstößel 12 bei einer Befüllung des Pumpenarbeitsraums 14 nach unten in Richtung zu dem Polygon 11 gedrückt wird. Um zu verhindern, dass das Polygon 11 in axialer Richtung auf der Polygonbuchse 10 wandert, können nicht dargestellte Anlaufringe auf dem Exzenter 9 befestigt sein, die dies verhindern. Die Anlaufringe können beispielsweise als Sicherungsringe, beispielsweise als Sprengringe, ausgebildet sein, die in entsprechende umlaufende Nuten in dem Exzenter 9 eingesetzt werden können.
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Die Schnittdarstellung durch die Exzenterwelle 8 mit dem Exzenter 9 und der umgebenden Polygonbuchse 10 sowie dem aufgesetzten Polygon 11 und dem Pumpenstößel 12 gemäß 2 zeigt einen Versatz der Längsachse durch den Pumpenstößel 12 in Bezug zu der Querachse der Exzenterwelle 8 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 Exzenterwelle 8 ausgerichtet, dass die Achse des Pumpenstößels 12 vor der Nockenachse angeordnet ist beziehungsweise liegt.
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3 zeigt in einer ähnlichen Ansicht wie 2 den Pumpenstößel 12 in einer abgehobenen Position des Pumpenstößelfußes und des Stößelfußes 13 von dem Polygon 11, der in den Triebwerksraum 20 in dem Pumpengehäuse 4 angeordnet ist. Dieses Abheben wird – wie zuvor erläutert worden ist – dadurch erreicht, dass über das Einlassventil 15 kein Kraftstoff in den Pumpenarbeitsraum 14 eingefüllt wird. Da der Pumpenstößel 12 folglich nicht von einströmendem Kraftstoff gegen den Polygon 11 gedrückt wird, entfernt sich eine erste Langseite 24a des Polygons 11 bei einer weiteren Drehbewegung der Exzenterwelle 8 von dem Pumpenstößelfuß 26 beziehungsweise dem Stößelfuß 13 und wird sich infolge der unter anderem durch das Schmieröl hervorgerufenen Reibung mit einer zweiten Langseite 24b in deren unteren Bereich entgegen der Darstellung in der 3 gegen eine Führungsfläche 25b des Pumpengehäuses 4 anlegen.
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Bei einer weiteren Drehbewegung der Exzenterwelle 8 entfernt sich die Langseite 24b im oberen Bereich immer weiter von der Führungsfläche 25b und die gegenüberliegende vierte Langseite 24d kommt zur Anlage auf der zugewandten Führungsfläche 25a. Wird im weiteren Betrieb der Pumpe 1 der Pumpenarbeitsraum 14 wieder mit Kraftstoff befüllt, wird der Pumpenstößel 12 mit dem Stößelfuß 13 in Richtung zu einer zugewandten ersten Langseite 24a des Polygons 11 gedrückt und richtet die erste Langseite 24a wieder parallel zu dem Stößelfuß 13 bis zur Anlage desselben auf der ersten Langseite 24a aus. Das Polygon 11 ist im Übrigen als Oktogon mit der dargestellten rechtwinkligen Grundform der Langseiten (24a, 24b, 24c, 24d) ausgebildet, wobei die Langseiten (24a, 24b, 24c, 24d) über Kurzseiten (27a, 27b, 27c, 27d) miteinander verbunden sind. Die Kurzseiten (27a, 27b, 27c, 27d) können entgegen der Darstellung in den Figuren auch abgerundet sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009027576 A1 [0002]
