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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rotationskolbenpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und ein Hochdruckeinspritzsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 15.
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Stand der Technik
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Rotationskolbenpumpen mit Elektromotor werden für die verschiedensten technischen Anwendungen zum Fördern eines Fluides eingesetzt. Beispielsweise dienen Vorförderpumpen als Kraftstoffpumpen zum Fördern von Kraftstoff zu einer Hochdruckpumpe.
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In Hochdruckeinspritzsystemen werden dabei als Vorförderpumpen auch Gerotorpumpen mit einem Innenzahnrad und einem exzentrisch dazu gelagerten Außenzahnrad eingesetzt. Die Gerotorpumpen weisen dabei einen Zuströmkanal auf, der in einem Zuströmarbeitsraum mündet, um das zu fördernde Fluid in den Zuströmarbeitsraum einzuleiten und einen Abströmkanal, welcher in einen Abströmarbeitsraum mündet, um das zu fördernde Fluid aus dem Abströmarbeitsraum auszuleiten. Der Zuströmarbeitsraum stellt damit eine Saugseite eines Arbeitsraumes der Gerotorpumpe dar und der Abströmarbeitsraum stellt eine Druckseite des Arbeitsraumes dar.
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Ein Arbeitsraum der Gerotorpumpen, welche den Zuströmarbeitsraum und den Abströmarbeitsraum umfasst, ist von einem Gehäuse begrenzt. Innerhalb des Arbeitsraums sind das Innenzahnrad und das Außenzahnrad mittels einer Gleitlagerung an dem Gehäuse gelagert. Das Innen- und Außenzahnrad ist mit Radiallager-Geometrien an unterschiedlichen Gehäuseteilen radial gleitgelagert.
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Bei der Herstellung der Gerotorpumpe werden diese unterschiedlichen Gehäuseteile miteinander verbunden. Die Rotationsachse des Innenzahnrads weist einen Abstand zu der Rotationsachse des Außenzahnrads auf, das heißt das Innen- und das Außenzahnrad sind exzentrisch zueinander gelagert. Aufgrund der Ausbildung der Radiallager-Geometrien für das Innen- und Außenzahnrad an unterschiedlichen Gehäuseteilen verursachen Fertigungsungenauigkeit eine vergrößerte Toleranzgrenze, sodass dadurch große Toleranzen zwischen dem Innen- und Außenzahnrad auftreten. Diese Ungenauigkeiten bewirken einen erhöhten mechanischen Verschleiß und einen geringeren hydraulischen Wirkungsgrad der Gerotorpumpe in nachteiliger Weise.
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Aus der
DE 36 24 532 C2 ist eine Flügelzellen- oder innenachsige Zahnradpumpe mit mehreren abgeschlossenen Förderzellen bekannt, deren Volumen sich während eines Umlaufs von einem Minimal- auf einen Maximalwert und zurück ändert. Die Pumpe wird insbesondere zur Brennstoffförderung einer Brennkraftmaschine eingesetzt. Mit axial in die Förderzellen eintretenden Saug- und Druckkanälen, deren Mündungsquerschnitte für eine Förderung ohne innere Verdichtung ausgelegt sind, eine solche jedoch durch gegen axiale Flächen der Pumpenteile angelegte, Rückschlagventile bildende feststehende Anlaufscheiben erreicht ist.
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Aus der
DE 34 06 349 A1 ist eine Verdrängermaschine mit mindestens zwei Zahnradmaschinen bekannt, denen ein eigener oder gemeinsamer Hydraulikkreis zugeordnet ist, und deren gemeinsamer Förderstrom durch ein Steuermittel veränderbar ist, wobei das Steuermittel in einem Gehäuseteil der Verdrängermaschine angeordnet ist.
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Die
DE 299 13 367 U1 zeigt eine Innenzahnradpumpe mit wenigstens einem innenverzahnten Hohlrad und einem damit kämmenden, außen verzahnten Laufrad, mit oder ohne Sichel, und mit einem elektrischen Antrieb, der dadurch gebildet ist, dass das Hohlrad das Innere eines Rotors eines bürstenlosen Elektromotors und dem Rotor benachbart ein Stator angeordnet ist, wobei der das Hohlrad enthaltende Rotor außenseitig von einem Lager oder einem Gleitlager drehbar gehalten ist, wobei der Stator gegenüber dem Rotor und gegenüber dem Inneren der Pumpe dadurch abgeschirmt und abgedichtet ist, dass das zwischen Stator und Rotor befindliche Lager oder Gleitlager für Flüssigkeit undurchlässig und an seinen beiden Stirnseiten jeweils mit einem Abschlussdeckel dicht verbunden ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Erfindungsgemäße Rotationskolbenpumpe zum Fördern eines Fluides, umfassend wenigstens zwei Laufräder mit Förderelementen, von denen um je eine Rotationsachse eine Rotationsbewegung ausführbar ist, einen an den wenigstens zwei Laufrädern vorhandenen Arbeitsraum, ein mehrteiliges Gehäuse mit einem ersten Gehäuseteil und einem zweiten Gehäuseteil, wobei an dem Gehäuse wenigstens zwei Radiallager-Geometrien zur radialen Gleitlagerung der wenigstens zwei Laufräder ausgebildet sind, wobei die wenigstens zwei Radiallager-Geometrien an nur einem Gehäuseteil ausgebildet sind. Die wenigstens zwei Radiallager-Geometrien für die wenigstens zwei Laufräder sind in vorteilhafter Weise an nur einem Gehäuseteil ausgebildet. Dadurch sind die Rotationsachsen der wenigstens zwei Laufräder in einer hohen Genauigkeit zueinander ausgerichtet, da die zwei Radiallager-Geometrien die radiale Ausrichtung der zwei Laufräder und damit auch die Rotationsachsen der wenigstens zwei Laufräder bestimmen. Eine Aufsummierung von Fertigungsungenauigkeiten aufgrund der Ausbildung der wenigstens zwei Radiallager-Geometrien an verschiedenen Gehäuseteilen tritt dadurch nicht auf.
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In einer ergänzenden Ausführungsform sind sämtliche Radiallager-Geometrien für sämtliche Laufräder an nur einem Gehäuseteil ausgebildet, insbesondere sind sämtliche Radiallager-Geometrien an nur einer Seite des nur einen Gehäuseteiles ausgebildet und/oder der Arbeitsraum ist in einen Zuströmarbeitsraum und in einen Abströmarbeitsraum unterteilt. Bei der Ausbildung der Radiallager-Geometrien an nur einer Seite des Gehäuseteils können die Gehäuseteile zunächst in einer Bearbeitungsmaschine, beispielsweise Fräs- und/oder Bohrmaschine, zur spanabhebenden Bearbeitung befestigt bzw. aufgespannt werden und anschließend kann mit dieser nur einmaligen Aufspannung spanabhebend, beispielsweise mittels Fräsen und/oder Bohren, aus einem Rohbauteil das Gehäuseteil hergestellt werden, sodass dadurch die Radiallager-Geometrien besonders genau mit einer hohen Fertigungsgenauigkeit zueinander ausgerichtet sind. Dadurch sind auch die Rotationsachsen der wenigstens zwei Laufräder der Rotationskolbenpumpe mit einer besonders hohen Genauigkeit zueinander ausgerichtet.
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In einer zusätzlichen Ausführungsform ist an dem Gehäuseteil mit den wenigstens zwei Radiallager-Geometrien eine Zentrier-Geometrie zur radialen Zentrierung eines anderen Gehäuseteiles ausgebildet, insbesondere sind sämtliche Radiallager-Geometrien und die Zentrier-Geometrie an nur einer Seite des Gehäuseteiles ausgebildet. Durch die Ausbildung der Zentrier-Geometrie für das andere Gehäuseteil an dem Gehäuseteil mit den wenigstens zwei Radiallager-Geometrien ist auch das andere Gehäuseteil mit einer besonders hohen Genauigkeit zu den Laufrädern ausgerichtet.
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In einer zusätzlichen Ausgestaltung sind die wenigstens zwei Laufräder, insbesondere sämtliche Laufräder, in einer ersten axialen Richtung an dem ersten Gehäuseteil in axialer Richtung gelagert und sind in einer zweiten axialen Richtung an dem zweiten Gehäuseteil in axialer Richtung gelagert.
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Zweckmäßig umfasst die Rotationskolbenpumpe einen in den Zuströmarbeitsraum mündenden Zuströmkanal zum Einleiten des zu fördernden Fluides in den Zuströmarbeitsraum und einen in den Abströmarbeitsraum mündenden Abströmkanal zum Ableiten des zu fördernden Fluides aus dem Abströmarbeitsraum.
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In einer zusätzlichen Variante ist der Zuströmkanal und/oder der Abströmkanal an dem Gehäuseteil mit den wenigstens zwei Radiallager-Geometrien, insbesondere sämtlichen Radiallager-Geometrien, ausgebildet. An dem zweiten Gehäuseteil ist somit im Allgemeinen kein Zuström- und/oder Abströmkanal erforderlich, sodass dadurch das zweite Gehäuseteil ohne den Radiallager-Geometrien und ohne den Zuströmkanal und/oder ohne den Abströmkanal besonders einfach bei einer geringen Masse ausgebildet ist.
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In einer ergänzenden Ausführungsform ist eine erste Radiallager-Geometrie als ein Lagerstutzen ausgebildet und der Lagerstutzen ist innerhalb einer Lagerbohrung eines ersten Laufrades angeordnet oder umgekehrt, so dass mittels des Lagerstutzes das erste Laufrad radial gelagert ist.
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In einer zusätzlichen Ausgestaltung ist eine zweite Radiallager-Geometrie als eine wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, ringförmig ausgebildete Lagerstufe ausgebildet und die Lagerstufe liegt an einer komplementär ausgebildeten Lagerausnehmung eines zweiten Laufrades auf oder umgekehrt, so dass mittels der Lagerstufe das zweite Laufrad radial gelagert ist. Die erste und/oder zweite Radiallager-Geometrie kann eine beliebige Geometrie bzw. Form aufweisen, beispielsweise auch als ein Ring ausgebildet sein, der in einer komplementären ringförmigen Nut an dem wenigstens einen Laufrad angeordnet ist.
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Zweckmäßig sind die Förderelemente Zähne eines Zahnrades und/oder die Rotationskolbenpumpe ist eine Zahnradpumpe, vorzugsweise Innenzahnradpumpe, insbesondere Gerotorpumpe.
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In einer ergänzenden Ausführungsform umfasst die Rotationskolbenpumpe einen Elektromotor und der Elektromotor ist in die Rotationskolbenpumpe, insbesondere die Zahnradpumpe, integriert, insbesondere indem ein Rotor des Elektromotors ein Laufrad bildet, vorzugsweise indem Permanentmagnete in das Laufrad eingebaut sind und/oder die Förderleistung der Rotationskolbenpumpe, vorzugsweise mit integriertem Elektromotor, ist steuerbar und/oder regelbar, insbesondere indem die Leistung und/oder Drehzahl des Elektromotors steuerbar und/oder regelbar ist.
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In einer weiteren Variante umfasst die Innenzahnradpumpe ein Innenzahnrad mit der Lagerbohrung als erstes Laufrad und ein Außenzahnrad mit der Lagerausnehmung als zweites Laufrad.
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In einer zusätzlichen Ausgestaltung ist das Gehäuseteil mit den wenigstens zwei Radiallager-Geometrien, insbesondere sämtlichen Radiallager-Geometrien, als erstes Gehäuseteil im Wesentlichen plattenförmig ausgebildet.
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Vorzugsweise ist das Gehäuseteil ohne den wenigstens zwei Radiallager-Geometrien, insbesondere ohne sämtliche Radiallager-Geometrien, als zweites Gehäuseteil im Wesentlichen topfförmig ausgebildet.
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In einer ergänzenden Variante sind die wenigstens zwei Gehäuseteile, insbesondere sämtliche Gehäuseteile, und/oder die wenigstens zwei Laufräder, insbesondere sämtliche Laufräder, aus dem gleichen Werkstoff, insbesondere Stahl oder Aluminium, ausgebildet und/oder das zweite Gehäuseteil mit dem ersten Gehäuseteil mit wenigstens einem Befestigungselement, insbesondere eine Schraub- oder Nietverbindung, vorzugsweise lösbar, miteinander verbunden sind und/oder zwischen dem ersten und zweiten Gehäuseteil ist eine Dichtung, insbesondere O-Ring-Dichtung, zur fluiddichten Abdichtung des Arbeitsraumes angeordnet.
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Erfindungsgemäßes Hochdruckeinspritzsystem für einen Verbrennungsmotor, umfassend eine Hochdruckpumpe, ein Hochdruck-Rail, eine Vorförderpumpe zum Fördern eines Kraftstoffes von einem Kraftstofftank durch eine Kraftstoffleitung zu der Hochdruckpumpe, wobei die Vorförderpumpe als eine in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebene Hochdruckpumpe ausgebildet ist.
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Vorzugsweise umfasst die Innenzahnradpumpe ein Innenzahnrad mit einem Innenzahnring und ein Außenzahnrad mit einem Außenzahnring, wobei die Zähne des Innenzahnringes mit den Zähnen des Außenzahnringes ineinander kämmen und der Arbeitsraum zwischen Innenzahnrad und dem Außenzahnrad ausgebildet ist.
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In einer zusätzlichen Ausführungsform ist das Innenzahnrad exzentrisch zu dem Außenzahnrad gelagert.
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Zweckmäßig ist die Rotationskolbenpumpe eine Drehkolbenpumpe.
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Zweckmäßig umfasst die Rotationskolbenpumpe mit, vorzugsweise integriertem, Elektromotor eine, vorzugsweise elektronische, Steuerungseinheit zur Steuerung der Bestromung der Elektromagnete und/oder der Elektromotor ist ein bürstenloser oder ein elektronisch kommutierter Elektromotor.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
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1 einen Querschnitt einer Hochdruckpumpe zum Fördern eines Fluides,
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2 einen Schnitt A-A gemäß 1 einer Laufrolle mit Rollenschuh und einer Antriebswelle,
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3 eine stark schematisierte Ansicht eines Hochdruckeinspritzsystems,
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4 einen stark vereinfachten Querschnitt der Hochdruckpumpe mit einer Vorförderpumpe,
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5 eine perspektivische Ansicht einer Vorförderpumpe ohne Gehäuse und eines Stators,
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6 eine Explosionsdarstellung der Vorförderpumpe gemäß 5 mit Gehäuse,
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7 einen Querschnitt eines Innen- und Außenzahnrades der Vorförderpumpe gemäß 5 und
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8 einen stark vereinfachten Querschnitt der Vorförderpumpe.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In 1 ist ein Querschnitt einer Hochdruckpumpe 1 zum Fördern von Kraftstoff dargestellt. Die Hochdruckpumpe 1 dient dazu, Kraftstoff, z. B. Benzin oder Diesel, zu einem Verbrennungsmotor 39 für ein Kraftfahrzeug unter Hochdruck zu fördern. Der maximal von der Hochdruckpumpe 1 erzeugbare Druck liegt beispielsweise in einem Bereich zwischen 1000 und 3000 bar.
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Die Hochdruckpumpe 1 weist eine Antriebswelle 2 mit zwei Nocken 3 auf, die um eine Rotationsachse 26 eine Rotationsbewegung ausführt. Die Rotationsachse 26 liegt in der Zeichenebene von 1 und steht senkrecht auf der Zeichenebene von 2. Ein Kolben 5 ist in einem Zylinder 6 als Kolbenführung 7 gelagert, der von einem Hochdruckpumpengehäuse 8 der Hochdruckpumpe 1 gebildet ist. Ein Hochdruckarbeitsraum 29 wird von dem Zylinder 6 als Kolbenführung 7, dem Hochdruckpumpengehäuse 8 und dem Kolben 5 begrenzt. In den Hochdruckarbeitsraum 29 mündet ein Einlasskanal 22 mit einem Einlassventil 19 und ein Auslasskanal 24 mit einem Auslassventil 20. Durch den Einlasskanal 22 mit einer Einlassöffnung 21 strömt der Kraftstoff in den Hochdruckarbeitsraum 29 ein und durch den Auslasskanal 24 mit einer Auslassöffnung 23 strömt der Kraftstoff unter Hochdruck aus den Hochdruckarbeitsraum 29 wieder aus. Das Einlassventil 19, z. B. ein Rückschlagventil, ist dahingehend ausgebildet, dass nur Kraftstoff in den Arbeitsraum 29 einströmen kann und das Auslassventil 20, z. B. ein Rückschlagventil, ist dahingehend ausgebildet, dass nur Kraftstoff aus dem Arbeitsraum 29 ausströmen kann. Das Volumen des Hochdruckarbeitsraumes 29 wird aufgrund einer oszillierenden Hubbewegung des Kolbens 5 verändert. Der Kolben 5 stützt sich mittelbar auf der Antriebswelle 2 ab. Am Ende des Kolbens 5 bzw. Pumpenkolbens 5 ist ein Rollenschuh 9 mit einer Laufrolle 10 befestigt. Die Laufrolle 10 kann dabei eine Rotationsbewegung ausführen, deren Rotationsachse 25 in der Zeichenebene gemäß 1 liegt und senkrecht auf der Zeichenebene von 2 steht. Die Antriebswelle 2 mit wenigstens zwei Nocken 3 weist eine Wellen-Rollfläche 4 und die Laufrolle 10 eine Rollen-Rollfläche 11 auf.
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Die Rollen-Lauffläche 11 der Laufrolle 10 rollt sich auf der Wellen-Rollfläche 4 als Kontaktfläche 12 der Antriebswelle 2 mit den beiden Nocken 3 ab. Der Rollenschuh 9 ist in einer von dem Hochdruckpumpengehäuse 8 gebildeten Rollenschuhlagerung als Gleitlager gelagert. Eine Feder 27 bzw. Spiralfeder 27 als elastisches Element 28, die zwischen dem Hochdruckpumpengehäuse 8 und dem Rollenschuh 9 eingespannt ist, bringt auf den Rollenschuh 9 eine Druckkraft auf, so dass die Rollen-Rollfläche 11 der Laufrolle 10 in ständigen Kontakt mit der Wellen-Rollfläche 4 der Antriebswelle 2 steht. Der Rollenschuh 9 und der Kolben 5 führen damit gemeinsam eine oszillierende Hubbewegung aus. Die Laufrolle 10 ist mit einer Gleitlagerung 13 in dem Rollenschuh 9 gelagert.
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In 3 ist in stark schematisierter Darstellung ein Hochdruckeinspritzsystem 36 für das Kraftfahrzeug (nicht dargestellt) abgebildet mit einem Hochdruck-Rail 30 oder einem Kraftstoffverteilerrohr 31. Von dem Hochdruck-Rail 30 bzw. einem Kraftstoffverteilerrohr 31 wird der Kraftstoff mittels Ventilen (nicht dargestellt) in den Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors 39 eingespritzt. Eine elektrische Vorförderpumpe 35 fördert Kraftstoff von einem Kraftstofftank 32 durch eine erste Kraftstoffleitung 33a zu dem Einlasskanal 22 und durch eine zweite Kraftstoffleitung 33b zu einem Schmierraum 40 (4) der Hochdruckpumpe 1. Die Hochdruckpumpe 1 wird dabei von der Antriebswelle 2 angetrieben und die Antriebswelle 2 ist eine Welle, z. B. eine Kurbel- oder Nockenwelle, des Verbrennungsmotors 39. Die Förderleistung der elektrischen Vorförderpumpe 35 ist steuerbar und/oder regelbar, so dass dadurch die zu dem Einlasskanal 22 geförderte Menge an Kraftstoff gesteuert und/oder geregelt werden kann. Das Hochdruck-Rail 30 dient dazu, den Kraftstoff in den Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors 39 einzuspritzen. Der von der Hochdruckpumpe 1 nicht benötigte Kraftstoff wird dabei durch eine optionale Kraftstoffrücklaufleitung 34 wieder in den Kraftstofftank 32 zurückgeleitet.
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4 zeigt einen Teil des Hochdruckeinspritzsystems 36. Innerhalb des Hochdruckpumpengehäuses 8 der Hochdruckpumpe 1 ist der Schmierraum 40 ausgebildet. In dem Schmierraum 40 sind die Antriebswelle 2, die Laufrolle 10, der Rollenschuh 9 (nicht in 4) dargestellt und teilweise der Kolben 5 angeordnet. Durch den durch den Schmierraum 40 geleiteten Kraftstoff werden diese Komponenten 2, 5, 9 und 10 von dem Kraftstoff geschmiert. Der durch die zweite Kraftstoffleitung 33b in den Schmierraum 40 eingeleitete Kraftstoff wird durch die Kraftstoffrücklaufleitung 34 aus dem Schmierraum 40 ausgeleitet dem Kraftstofftank 32 wieder zugeführt (4). In 4 ist das in 3 dargestellte Hochdruckeinspritzsystem 36 detaillierter ohne dem Hochdruck-Rail 30 und ohne dem Verbrennungsmotor 39 dargestellt. Der von der Vorförderpumpe 35 aus dem Kraftstofftank 32 angesaugte Kraftstoff wird von der Vorförderpumpe 35 mit einem Vorförderdruck, z. B. von 4 bar, durch die erste Kraftstoffleitung 33a dem Einlasskanal 22 der Hochdruckpumpe 1 zugeführt. Ferner wird der von der Vorförderpumpe 35 geförderte Kraftstoff während eines Betriebes des Verbrennungsmotors 39 durch die zweite Kraftstoffleitung 33b dem Schmierraum 40 zugeführt zur Schmierung, z. B. der Antriebswelle 2, der Laufrolle 10 und des Kolbens 5. Nach dem Durchströmen des Kraftstoffes durch den Schmierraum 40 wird der Kraftstoff wieder durch die Kraftstoffrücklaufleitung 34 dem Kraftstofftank 32 zugeführt. Dadurch können diese Komponenten 2, 5, 9 und 10 geschmiert sowie auch gekühlt werden. Die Vorförderpumpe 35 fördert dabei neben der Fördermenge für die Hochdruckpumpe 1 an Kraftstoff auch eine zusätzliche Kraftstoffmenge zur Schmierung der Hochdruckpumpe 1, das heißt des Kraftstoffes der durch den Schmierraum 40 strömt.
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Die elektrische Vorförderpumpe 35 weist einen Elektromotor 17 und eine Rotationskolbenpumpe 16, nämlich eine Zahnradpumpe 14, das heißt eine Innenzahnradpumpe 15 bzw. Gerotorpumpe 15 auf (5 bis 8). Dabei ist der Elektromotor 17 der Gerotorpumpe 15 in die Gerotorpumpe 15 integriert. Die Hochdruckpumpe 1 fördert Kraftstoff unter Hochdruck, beispielsweise einem Druck von 1000, 3000 oder 4000 bar, durch eine Hochdruckkraftstoffleitung zu einem Hochdruck-Rail 31. Von dem Hochdruck-Rail 31 wird der Kraftstoff unter Hochdruck von einem Injektor einem Verbrennungsraum (nicht dargestellt) des Verbrennungsmotors 39 zugeführt. Der Elektromotor 17 (5 und 6) der elektrischen Vorförderpumpe 35 wird mit Drehstrom bzw. Wechselstrom betrieben und ist in der Leistung und somit auch in der Drehzahl steuerbar und/oder regelbar. Der Drehstrom bzw. Wechselstrom für den Elektromotor 17 wird von einer nicht dargestellten Leistungselektronik aus einem Gleichspannungsnetz eines Bordnetzes eines Kraftfahrzeuges (nicht dargestellt) zur Verfügung gestellt. Die elektrische Vorförderpumpe 35 ist damit eine elektronisch kommutierte Vorförderpumpe 35.
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Die elektrische Vorförderpumpe 35 bzw. Gerotorpumpe 15 weist ein Gehäuse 42 als Rotationskolbenpumpengehäuse 42 mit einem plattenförmigen ersten Gehäuseteil 44 und einem topfförmigen zweiten Gehäuseteil 43 auf (6 und 8). Innerhalb des Gehäuses 42 der Vorförderpumpe 35 sind die Gerotorpumpe 15 als Innenzahnradpumpe 15 bzw. Zahnradpumpe 14 und der Elektromotor 17 angeordnet. Der Elektromotor 17 weist einen Stator 47 mit Wicklungen 48 als Elektromagnete 49 und einen Weicheisenkern 70 als weichmagnetischen Kern 68, der als ein Blechpaket 69 ausgebildet ist. Innerhalb des Stators 47 ist die Gerotorpumpe 15 als Innenzahnradpumpe 15 mit einem Innenzahnrad 56 mit einem Innenzahnring 57 und ein Außenzahnrad 58 mit einem Außenzahnring 59 positioniert. Das Innen- und Außenzahnrad 56, 58 stellt damit ein Zahnrad 54 und ein Laufrad 52 dar und der Innen- und Außenzahnring 57, 59 weisen Zähne 55 als Förderelemente 53 auf. Zwischen dem Innen- und Außenzahnrad 56, 58 bildet sich ein Arbeitsraum 62 aus. In das Außenzahnrad 58 sind Permanentmagnete 51 eingebaut, so dass das Außenzahnrad 58 auch einen Rotor 50 des Elektromotors 17 bildet. Der Elektromotor 17 ist damit in die Gerotorpumpe 15 integriert bzw. umgekehrt. Die Elektromagnete 49 des Stators 47 werden abwechselnd bestromt, so dass aufgrund des sich an den Elektromagneten 49 entstehenden Magnetfeldes der Rotor 50 bzw. das Außenzahnrad 58 in eine Rotationsbewegung um eine Rotationsachse 61 versetzt wird.
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Das zweite Gehäuseteil 43 und das erste Gehäuseteil 44 dient als Axiallager 45 bzw. Gleitlager 45 für das Innen- bzw. Außenzahnrad 56, 58. Außerdem weist der erste Gehäuseteil 44 und der zweite Gehäuseteil 43 jeweils drei Bohrungen 71 auf, in denen nicht in 6 dargestellte Schrauben für Schraubverbindungen 81 als Befestigungselemente 76 zum Zusammenschrauben des ersten Gehäuseteiles 44 und des zweiten Gehäuseteiles 43 positioniert sind, wobei mit einer nicht in 6 dargestellten Dichtung 80 das erste Gehäuseteil 44 und das zweite Gehäuseteil 43 fluiddicht unter Vorspannung aufeinander liegen zur Abdichtung des Arbeitsraumes 62.
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In 7 ist der Querschnitt des Innenzahnrades 56 und des Außenzahnrades 58 der Gerotorpumpe 15 dargestellt. Zwischen dem Innenzahnrad 56 und dem Außenzahnrad 58 bildet sich der Arbeitsraum 62 der Innenzahnradpumpe 15 aus. Wird das Innen- und Außenzahnrad 56, 58 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht, wobei das Innen- und Außenzahnrad 56, 58 exzentrisch zueinander gelagert sind, bildet sich an dem Innen- und Außenzahnrad 56, 58, das heißt zwischen dem Innen- und Außenzahnrad 56, 58, der Arbeitsraum 62 aus. An einem Winkelbereich 73 von 180° bildet sich dabei ein Zuströmarbeitsraum 63 aus, an welchem sich der Arbeitsraum 62 vergrößert und dadurch eine Saugseite der Innenzahnradpumpe 15 vorliegt. An einem Winkelbereich 74 des Arbeitsraumes 62 entsteht der Abströmarbeitsraum 64, bei welchem sich der Arbeitsraum 62 verkleinert und dadurch eine Druckseite der Innenzahnradpumpe 15 entsteht. In den Zuströmarbeitsraum 63 mündet ein Zuströmkanal 65 als Saugniere 84, welcher an dem Gehäuse 42 der Innenzahnradpumpe 15 ausgebildet ist. Die Saugniere 84 weist dabei einen Winkelbereich von weniger als 180° auf. In den Abströmarbeitsraum 64 mündet ein Abströmkanal 66 als Druckniere 85. Der Zuströmkanal 65 als Saugniere 84 und der Abströmkanal 66 als Druckniere 85 sind in 7 jeweils strichliert dargestellt. Der durch den Abströmkanal 66 geleitete Kraftstoff wird durch die erste Kraftstoffleitung 33a dem Einlassventil 19 der Hochdruckpumpe 1 zugeführt und durch die zweite Kraftstoffleitung 33b dem Schmierraum 40 zugeführt (4).
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In 8 ist ein Querschnitt der Innenzahnradpumpe 15 bzw. Gerotorpumpe 15 dargestellt. An dem im Wesentlichen plattenförmig ausgebildeten ersten Gehäuseteil 44 sind der Zuströmkanal 65 und der Abströmkanal 66 ausgebildet. Ein Endbereich des Zuströmkanals 65 bildet eine nierenförmige Öffnung als Saugniere 84 in den Zuströmarbeitsraum 63 und ein Ende des Abströmkanals 66 mündet als Druckniere 85 in den Abströmarbeitsraum 64. In den Bohrungen 71 sind Schrauben angeordnet, sodass dadurch das topfförmige zweite Gehäuseteile 43 lösbar mit dem ersten Gehäuseteil 44 verbunden ist, das heißt Schraubverbindungen 81 zwischen dem ersten und zweiten Gehäuseteil 44, 43 ausgebildet sind. Die beiden Gehäuseteile 43, 44 begrenzen den Arbeitsraum 62, innerhalb dessen das Innenzahnrad 56 und das Außenzahnrad 58 angeordnet sind. Die Rotationsachse 61 des Innenzahnrads 56 ist dargestellt, jedoch ist die Rotationsachse des Außenzahnrads 58 nicht dargestellt und die Rotationsachse des Außenzahnrads 58 ist parallel mit einem Abstand zu der Rotationsachse 61 des Innenzahnrads 56 ausgerichtet, das heißt das Innen- und Außenzahnrad 56, 58 sind exzentrisch zueinander ausgerichtet.
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Das Innen- und Außenzahnrad 56, 58 sind mittels einer Gleitlagerung an den beiden Gehäuseteilen 43, 44 gelagert. In axialer Richtung, das heißt in Richtung der Rotationsachse 61, ist in einer ersten axialen Richtung 67 das Innen- und Außenzahnrad 56, 58 auf einer ersten axialen Gleitlagerfläche 83 des ersten Gehäuseteils 44 gleitgelagert. In einer zweiten axialen Richtung 72, die senkrecht zu der ersten axialen Richtung 67 ausgerichtet ist, sind die Laufräder 52 als das Innen- und Außenzahnrad 56, 58 an einer zweiten axialen Gleitlagerfläche 75 an dem zweiten Gehäuseteil 43 gelagert. Die erste axiale Gleitlagerfläche 83 und die zweite axiale Gleitlagerfläche 75 bilden damit ein Axialgleitlager 45. Die radiale Ausrichtung des Innenzahnrads 56 und des Außenzahnrads 58 zueinander, das heißt des Abstands zwischen der Rotationsachse 61 des Innenzahnrads 56 und der Rotationsachse des Außenzahnrads 58 als der Exzentrizität zwischen dem Innen- und Außenzahnrad 56, 58, ist von einer ersten Radiallager-Geometrie 37 und einer zweiten Radiallager-Geometrie 38 bestimmt. Die erste Radiallager-Geometrie 37 ist als ein Lagerstutzen 78 an dem ersten Gehäuseteil 44 ausgebildet und die zweite Radiallager-Geometrie 38 ist als eine ringförmige Lagerstufe 46 an dem ersten Gehäuseteil 44 ausgebildet. Die erste Radiallager-Geometrie 37 und die zweite Radiallager-Geometrie 38 sind einteilig mit dem übrigen ersten Gehäuseteil 44 ausgebildet. Der Lagerstutzen 78 ist innerhalb einer Lagerbohrung 77 an dem Innenzahnrad 56 angeordnet. Die Lagerbohrung 77 ist eine beliebige Aussparung, beispielsweise als Sack- oder Durchgangsloch ausgebildet. An dem Außenzahnrad 56 ist eine ringförmige Lagerausnehmung 60 ausgebildet und im Bereich der ringförmigen Lagerausnehmung 60 liegt das Außenzahnrad 58 auf der zweiten Radiallager-Geometrie 38 als der Lagerstufe 46 auf. Mit den beiden Radiallager-Geometrien 37, 38 sind somit das Innen- und Außenzahnrad 56, 58 in radialer Richtung senkrecht zu der Rotationsachse 61 radial gelagert.
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An dem ersten Gehäuseteil 44 ist außerdem eine Zentrier-Geometrie 18 ausgebildet und an dem zweiten Gehäuseteil 43 ist eine Gegenzentrier-Geometrie 82 ausgebildet. Die Zentrier-Geometrie 18 ist als ein einteilig mit dem ersten Gehäuseteil 44 ausgebildeter Ring ausgebildet und die Gegenzentrier-Geometrie 82 ist als eine ringförmige Aussparung an dem zweiten Gehäuseteil 43 ausgebildet. Mittels der Zentrier-Geometrie 18 ist in radialer Richtung das zweite Gehäuseteil 43 bezüglich des ersten Gehäuseteils 44 ausgerichtet oder umgekehrt. An dem ersten und/oder zweiten Gehäuseteil 43, 44 ist jeweils eine Dichtnut 79 ausgebildet und innerhalb der Dichtnut 79 ist die Dichtung 80 angeordnet. Aufgrund der von der Schraubverbindung 81 zwischen dem ersten und zweiten Gehäuseteil 43, 44 wirkenden Vorspannkraft ist dadurch der Arbeitsraum 62 von der vorgespannten Dichtung 80 fluiddicht abgedichtet.
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Sämtliche Radiallager-Geometrien 37, 38 und vorzugsweise die Zentrier-Geometrie 18 sind an einer Seite des plattenförmigen ersten Gehäuseteils 44 ausgebildet. Bei der Herstellung des ersten Gehäuseteils 44 weist ein Rohbauteil zur Herstellung des ersten Gehäuseteils 44 eine entsprechende Geometrie auf, sodass anschließend nach dem Aufspannen und Befestigen an einer spanabhebenden Bearbeitungsmaschine, spanabhebend beispielsweise mittels Bohren und/oder Fräsen, die erste und zweite Radiallager-Geometrie 37, 38 und die Zentrier-Geometrie 18 ohne eine Veränderung der Aufspannung oder Befestigung an der Bearbeitungsmaschine spanabhebend hergestellt werden können. Dadurch kann die Ausrichtung der ersten und zweiten Radiallager-Geometrie 37, 38 und der Zentrier-Geometrie 18 zueinander mit einer besonders hohen Fertigungsgenauigkeit hergestellt werden. Das Gehäuse 42 und das Innen- und Außenzahnrad 56, 58 sind aus dem gleichen Werkstoff, beispielsweise Stahl oder Aluminium, hergestellt. Dadurch weist die Rotationskolbenpumpe 16 einen identischen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, sodass auch bei Temperaturänderung die Exzentrizität zwischen dem Innen- und Außenzahnrad 56, 58 im Wesentlichen konstant ist. Bei einer Ausbildung des Gehäuses 48 aus einem Werkstoff, der nicht für eine Gleitlagerung der Laufräder 52 geeignet ist, kann der Bereich des Gehäuses 52 an dem Arbeitsraum 62, welcher zur radialen und/oder axialen Gleitlagerung der Laufräder 52 bestimmt ist, mit einer entsprechenden Beschichtung bzw. Plattierung versehen sein, beispielsweise aus Messing oder einem zur Gleitlagerung geeigneten Kunststoff, beispielsweise PTFE.
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Insgesamt betrachtet sind mit der erfindungsgemäßen Rotationskolbenpumpe 16 und dem erfindungsgemäßen Hochdruckeinspritzsystem 36 wesentliche Vorteile verbunden. Sämtliche Radiallager-Geometrien 37, 38 zur radialen Ausrichtung der Laufräder 52 zueinander sind an nur einem Gehäuseteil 44, nämlich dem ersten Gehäuseteil 44, ausgebildet. Dadurch können die Laufräder 52 in radialer Richtung mit einer besonders hohen Genauigkeit zueinander ausgerichtet werden, sodass dadurch in vorteilhafter Weise die Rotationskolbenpumpe 16 einen hohen hydraulischen Wirkungsgrad aufweist und mit einem geringen mechanischen Verschleiß arbeitet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3624532 C2 [0006]
- DE 3406349 A1 [0007]
- DE 29913367 U1 [0008]
