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Stand der
Technik
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Die Erfindung geht aus von einer
Hochdruckpumpe für
eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine nach
der Gattung des Anspruchs 1.
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Eine solche Hochdruckpumpe ist durch
die
DE 198 29 548
A1 bekannt. Diese Hochdruckpumpe weist ein Gehäuse auf,
in dem eine Antriebswelle drehbar gelagert ist. Die Antriebswelle
weist einen exzentrisch zu ihrer Drehachse ausgebildeten Wellenabschnitt
auf, auf dem ein Ring gleitend gelagert ist. Im Gehäuse sind
mehrere Pumpenelemente angeordnet, die jeweils einen Pumpenkolben
aufweisen, der zumindest mittelbar durch den Ring in einer Hubbewegung
angetrieben wird. Die Pumpenkolben können sich dabei über Stößel am Ring
abstützen. Der
Ring ist über
den Umfang der Antriebswelle in mehrere Ringsegmente unterteilt,
wobei jedem Pumpenkolben ein Ringsegment zugeordnet ist. Die Ringsegmente
können
sich dabei in Umfangsrichtung frei an den jeweiligen Pumpenkolben
oder den zwischen dem jeweiligen Pumpenkolben und dem Ringsegment
angeordneten Stößel, über den
sich der Pumpenkolben am Ringsegment abstützt, anpassen und ermöglichen
dadurch einen geringen Verschleiß der Ringsegmente und der
Pumpenkolben bzw. der Stößel im Bereich
der Anlage zwischen Ringsegmenten und Pumpenkolben bzw. Stößel. Nachteilig
ist jedoch, dass die Ringsegmente in Umfangsrichtung mit großem Abstand
voneinander angeordnet sind, wodurch die Schmierung der Lagerung
der Ringsegmente auf dem Wellenabschnitt verschlechtert wird und
damit ein erhöhter
Verschleiß des
Wellenabschnitts und/oder der Ringsegmente auftreten kann.
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Die erfindungsgemäße Hochdruckpumpe mit den Merkmalen
gemäß Anspruch
1 hat demgegenüber
den Vorteil, dass der Verschleiß der
Lagerung der Ringsegmente auf dem Wellenabschnitt gering gehalten
werden kann.
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In den abhängigen Ansprüchen sind
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe
angegeben. Die Ausbildung gemäß Anspruch
2 ermöglicht
auf einfache Weise eine hydrodynamische Schmierung der Lagerung.
Die Ausbildung gemäß Anspruch
3 ermöglicht
eine weitere Verbesserung der hydrodynamischen Schmierung. Die Ausbildung
gemäß Anspruch
4 ermöglicht
eine Gewichtsreduzierung der Ringsegmente und damit eine Entlastung
der Lagerung. Die Ausbildung gemäß den Ansprüchen 4 und 5
ermöglicht
eine Verbindung der Ringsegmente unter Beibehaltung einer Bewegung
der Ringsegmente in Umfangsrichtung zueinander. Die Ausbildung gemäß den Ansprüchen 7 und
8 ermöglicht
einen Zusammenhalt der Ringsegmente auf dem Wellenabschnitt. Die
Weiterbildung gemäß Anspruch
9 ermöglicht
eine Änderung
der Winkellage der Ringsegmente auch bezüglich einer Radialebene des
Wellenabschnitts und damit eine weiter verbesserte Anpassung der
Ausrichtung der Ringsegmente zumindest mittelbar zu den Pumpenkolben.
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Zeichnung
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Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind
in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert. Es
zeigen 1 eine Hochdruckpumpe
in einem Länsschnitt, 2 die Hochdruckpumpe in
einem Querschnitt entlang Linie II-II in 1 gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel, 3 die Hochdruckpumpe ausschnittsweise
im Querschnitt gemäß einer
modifizierten Ausführung, 4 die Hochdruckpumpe ausschnittsweise
im Querschnitt gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel, 5 die Hochdruckpumpe ausschnittsweise
in einem Längsschnitt
gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel, 6 die Hochdruckpumpe ausschnittsweise
in einem Längsschnitt gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel
und 7 die Hochdruckpumpe
gemäß einer
gegenüber 6 modifizierten Ausführung.
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In den 1 bis 7 ist eine Hochdruckpumpe für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung
einer Brennkraftmaschine beispielsweise eines Kraftfahrzeugs dargestellt.
Durch die Hochdruckpumpe wird dabei Kraftstoff unter Hochdruck von
bis über
2000 bar gefördert,
beispielsweise in einen Speicher 8, aus dem Kraftstoff
zur Einspritzung an der Brennkraftmaschine entnommen wird. Die Hochdruckpumpe
ist als Radialkolbenpumpe ausgebildet und weist ein Gehäuse 10 auf,
in dem eine Antriebswelle 12 um eine Achse 13 drehbar
gelagert ist. Im Gehäuse 10 sind
mehrere, beispielsweise drei Pumpenelemente 14 angeordnet, die
durch die Antriebswelle 12 angetrieben werden. Die Antriebswelle 12 weist
einen exzentrisch zu ihrer Drehachse 13 ausgebildeten Wellenabschnitt 16 auf, auf
dem mehrere Ringsegmente 18 drehbar gelagert sind. Die
Pumpenelemente 14 weisen jeweils einen Pumpenkolben 20 auf,
der in einer zumindest annähernd radial
zur Drehachse 13 der Antriebswelle 12 verlaufenden
Zylinderbohrung 22 verschiebbar dicht geführt ist.
Der Pumpenkolben 20 jedes Pumpenelements 14 stützt sich über einen
Stößel 24 an
jeweils einem Ringsegment 18 ab. Der Stößel 24 ist dabei jeweils
in einer Bohrung 26 im Gehäuse 10 zumindest annähernd koaxial
zum Pumpenkolben 20 verschiebbar geführt. Der Pumpenkolben 20 wird
mit seinem Kolbenfuß 21 durch
eine Feder 28, die sich einerseits am Gehäuse 10 und
andererseits über
einen Federteller 23 am Kolbenfuß 21 abstützt, in
Anlage am Stößel 24 gehalten
und der Stößel 24 wird
durch die Feder 28 in Anlage am Ringsegment 18 gehalten.
Jedes Ringsegment 18 weist an seiner Aussenseite eine Abflachung 19 auf,
an der der jeweilige Stößel 24 anliegt.
Die Abflachung 19 weist eine zumindest annähernd ebene
Fläche
auf und der Stößel 24 weist der
Abflachung 19 zugewandt eine zumindest annähernd ebene
Anlagefläche
auf.
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Durch den jeweiligen Pumpenkolben 20 wird ein
Pumpenarbeitsraum 30 begrenzt, der durch ein in den Pumpenarbeitsraum 30 öffnendes
Einlassventil 32 mit einer Kraftstoffzuführung verbindbar
ist, in der Niederdruck herrscht. Der Pumpenarbeitsraum 30 ist außerdem durch
ein zum Speicher hin öffnendes Auslassventil 34 mit
dem Speicher 8 verbindbar. Bei der Rotation der Antriebswelle 12 wird
der Pumpenkolben 20 über
den exzentrischen Wellenabschnitt 16 der Antriebswelle 12 und
das jeweilige Ringsegment 18 in einer Hubbewegung angetrieben.
Wenn der Pumpenkolben 20 sich radial nach innen bewegt, so
führt dieser
einen Saughub aus, wobei das Einlassventil 32 geöffnet ist,
so dass Kraftstoff in den Pumpenarbeitsraum 30 einströmt, während das
Auslassventil 34 geschlossen ist. Wenn der Pumpenkolben 20 sich
radial nach außen
bewegt, so führt
dieser einen Förderhub
aus, wobei das Einlassventil 32 geschlossen ist und der
vom Pumpenkolben 20 verdichtete Kraftstoff durch das geöffnete Auslassventil 34 unter
hohem Druck in den Speicher 8 gelangt.
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In 2 ist
die Hochdruckpumpe gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
dargestellt. Zwischen den Ringsegmenten 18 ist in Umfangsrichtung des
Wellenabschnitts 16, auf dem diese angeordnet sind, jeweils
ein Spalt 40 vorhanden. Die Breite dieses Spalts 40 ist
einerseits so gross, dass die Ringsegmente 18 sich unabhängig voneinander
zu den Stößeln 24 derart
ausrichten können,
dass eine flächige
Anlage jedes Stößels 24 an
der Abflachung 19 des diesem zugeordneten Ringsegments 18 sichergestellt
ist. Andererseits ist der Spalt 40 so gering gewählt, dass
in der Lagerung der Ringsegmente 18 auf dem Wellenabschnitt 16 eine
hydrodynamische Schmierung sichergestellt ist. Die Ringsegmente 18 können dabei
direkt auf dem Wellenabschnitt 16 gelagert sein oder über eine
zwischen den Ringsegmenten 18 und dem Wellenabschnitt 16 angeordnete Lagerschale.
Es kann auch vorgesehen sein, dass der Wellenabschnitt 16 und/oder
die Ringsegmente 18 an ihren Anlageflächen mit einer Beschichtung aus
einem Material mit günstigen
Gleiteigenschaften versehen sind. Bei der Rotation der Antriebswelle 12 bewegen
sich die Pumpenkolben 20 durch den exzentrischen Wellenabschnitt 16 bewirkt
abwechselnd in radialer Richtung nach aussen und nach innen, wobei
sich die Ringsegmente 18 nicht mit der Antriebswelle 12 mitdrehen,
sondern durch die sich an diesen abstützenden Stößeln 24 festgehalten
werden. Die Ringsegmente 18 sind alle identisch ausgebildet
und können
vorzugsweise aus einem Strangprofil hergestellt sein.
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Die Ringsegmente 18 können, wie
in 2 dargestellt, im
Bereich der Abflachungen 19 eine grössere Erstreckung in radialer
Richtung bezüglich der
Mittelachse 17 des Wellenabschnitts 16 aufweisen
als in deren zu den angrenzenden Ringsegmenten hin gerichteten Bereichen.
Für die
Ringsegmente 18 ergeben sich dann wie in 2 dargestellt zwischen den Abflachungen 19 gegenüber einem
vollen Ringquerschnitt beispielsweise konkave Vertiefungen. Hierdurch
wird die Masse der Ringsegmente 18 verringert und damit
das Gewicht der Hochdruckpumpe sowie die Belastung der Lagerung
reduziert. Außerdem
wird eine höhere
Sicherheit gegen ein Abspringen der Ringsegmente 18 vom
Wellenabschnitt 16 sowie gegen ein Abspringen der Pumpenkolben 20 von
den Ringsegmenten 18 erreicht.
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In 3 ist
die Hochdruckpumpe gemäß einer
gegenüber
dem ersten Ausführungsbeispiel
modifizierten Ausführung
dargestellt. Der grundsätzliche Aufbau
der Hochdruckpumpe ist gleich wie beim ersten Ausführungsbeispiel,
wobei die Ringsegmente 118 hier derart ausgebildet sind,
dass diese sich in Umfangsrichtung teilweise überlappen, jedoch eine Bewegung
der Ringsegmente 118 in Umfangsrichtung unabhängig voneinander
ermöglicht
ist. Jedes Ringsegment 118 überlappt dabei ein an einer
Seite benachbartes Ringsegment 118 mit einem in der Dicke
verringerten äusseren
Mantelabschnitt 118a, wobei das benachbarte Ringsegment 118 im überlappenden
Bereich ebenfalls einen in der Dicke verringerten inneren Mantelabschnitt 118 aufweist.
Der in Umfangsrichtung zwischen den Ringsegmenten 118 vorhandene
Spalt 40 verläuft
dabei nicht radial durchgehend vom Wellenabschnitt 16 nach
aussen zwischen den Ringsegmenten 118 sondern infolge der sich überlappenden
Mantelabschnitte 118a, 118b labyrinthartig. Hierdurch
wird die hydrodynamische Schmierung der Ringsegmente 118 auf
dem Wellenabschnitt 16 verbessert, da ein Durchtritt von
Kraftstoff vom Wellenabschnitt 16 nach aussen zwischen den
Ringsegmenten 118 hindurch erschwert ist. Die Ringsegmente 118 sind
auch bei dieser Ausführung vorzugsweise
alle identisch ausgebildet und können aus
einem Strangprofil hergestellt sein.
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In 4 ist
die Hochdruckpumpe gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
dargestellt, bei dem der grundsätzliche
Aufbau wiederum gleich wie beim ersten Ausführungsbeispiel ist. Die Ringsegmente 218 überlagern
sich dabei in Umfangsrichtung teilweise wie bei der Ausführung gemäß 3, sind jedoch zusätzlich ineinander
verhakt. Jedes Ringsegment 218 weist dabei an seinen dem
benachbarten Ringsegment 218 zugewandten Umfangsseite einen
L-förmig
ausgebildeten Haken 218a, 218b auf. An einer Umfangsseite
des Ringsegments 218 weist der Haken 218a mit
seinem freien Ende radial nach innen und an der anderen Umfangsseite
weist der Haken 218b mit seinem freien Ende radial nach
aussen. Jedes Ringsegment 218 übergeift mit seinem Haken 218a den
Haken 218b des diesem benachbarten Ringsegments 218,
wobei in Umfangsrichtung durch den zwischen den Ringsegmenten 218 vorhandenen
Spalt 40 eine Bewegung der Ringsegmente 218 unabhängig voneinander
möglich
ist. Die Ringsegmente 218 sind alle identisch ausgebildet und
können
aus einem Strangprofil hergestellt werden.
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In 5 ist
die Hochdruckpumpe gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
dargestellt, bei dem der grundsätzliche
Aufbau wiederum gleich ist wie beim ersten Ausführungsbeispiel. Die Ringsegmente 318 können dabei
wie in den 2 bis 4 dargestellt ausgebildet
sein und sind durch wenigstens ein diese umspannendes ringförmiges Halteelement 350 auf dem
Wellenabschnitt 16 zusammengehalten. Die Ringsegmente 318 weisen
dabei an wenigstens einer in Richtung der Mittelachse 17 des
Wellenabschnitts 16 weisenden Seite einen Vorsprung 352 auf,
der mit geringerem radialem Abstand vom Wellenabschnitt 16 angeordnet
ist als die Abflachung 19 des jeweiligen Ringsegments 318.
Die Vorsprünge 352 der
Ringsegmente 318 bilden bei auf dem Wellenabschnitt 16 angeordneten
Ringsegmenten 318 zumindest annähernd einen Kreisquerschnitt,
den das ringförmig
ausgebildete Halteelement 350 umspannt. Der Halterring 350 kann
im Querschnitt wie in 5 links
dargestellt rechteckig ausgebildet sein oder wie in 5 rechts dargestellt im Querschnitt rund
ausgebildet sein. Die Vorsprünge 352 können wie
in 5 rechts dargestellt
jeweils eine nutartige Vertiefung 353 aufweisen, in der
das Halteelement 350 angeordnet und dadurch gegen ein Abrutschen an
den Ringsegmenten 318 gesichert sein. Vorzugsweise weisen
die Ringsegmente 318 wie in 5 dargestellt
an beiden Seiten jeweils einen Vorsprung 352 auf und es
ist auf beiden Seiten der Ringsegmente 318 jeweils ein
die Vorsprünge 352 umspannendes
Halteelement 350 angeordnet. Das Halteelement 350 ist
vorzugsweise als federnder Ring ausgebildet und hält die Ringsegmente 318 auf
dem Wellenabschnitt 16 unter Vorspannung zusammen. Die Ringsegmente 318 können sich
dabei trotz des Halteelements 350 in Umfangsrichtung infolge
der zwischen diesen vorhandenen Spalte unabhängig voneinander bewegen.
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In 6 ist
die Hochdruckpumpe gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel
dargestellt, bei dem der grundsätzliche
Aufbau mit den separaten Ringsegmenten 418 gleich ist wie
bei einer der vorstehenden beschriebenen Ausführungen der Hochdruckpumpe.
Beim vierten Ausführungsbeispiel
ist die Aussenseite des Wellenabschnitts 416 in dessen
Mittelachse 417 enthaltenden Längsschnitten nach aussen konvex
gekrümmt
ausgebildet, wobei die Krümmung
zumindest annähernd
durch einen Radius R gebildet ist. Entsprechend ist die am Wellenabschnitt 416 anliegende
Innenseite der Ringsegmente 418 in die Mittelachse 417 des
Wellenabschnitts 416 enthaltenden Längsschnitten konkav gekrümmt ausgebildet
mit zumindest annähernd
demselben Krümmungsradius
wie der Wellenabschnitt 416. Durch diese Ausbildung des
Wellenabschnitts 416 und der Ringsegmente 418 können sich
die Ringsegmente 418 nicht nur in Umfangsrichtung unabhängig voneinander
frei ausrichten sondern auch in ihrer Winkellage bezüglich einer
Radialebene 454 zum Wellenabschnitt 416. Hierdurch
wird auch im Längsschnitt
wie in 6 dargestellt
eine flächige
Anlage der Stößel 24 an
den Abflachungen 419 der Ringsegmente 418 sichergestellt,
auch wenn die Anlageflächen
der Stößel 24 und/oder
die Abflachungen 419 der Ringsegmente 418 aufgrund
von Fertigungstoleranzen nicht exakt senkrecht zur Radialebene 454 des
Wellenabschnitts 416 liegen. Die Ringsegmente 418 können sich
dabei in ihrer Winkelstellung unabhängig voneinander so einstellen,
dass sich eine flächige
Anlage der Stößel 24 ergibt,
wodurch ein weiter verringerter Verschleiß der Stößel 24 und der Ringsegmente 418 erreicht
wird.
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Bei den vorstehend erläuterten
Ausführungen
der Hochdruckpumpe können
die Stößel 24 auch entfallen,
wobei sich dann wie in 7 dargestellt
die Pumpenkolben 420 direkt mit ihren Kolbenfüßen 421 an
den Abflachungen 419 der Ringsegmente 418 abstützen. Die
Bohrungen 26 im Gehäuse 10 zur
Führung
der Stößel 24 können dabei
ebenfalls entfallen, wodurch die Fertigung der Hochdruckpumpe vereinfacht
wird. Insbesondere die Ausbildung der Hochdruckpumpe gemäß dem vierten
Ausführungsbeispiel
mit der schwenkbaren Lagerung der Ringsegmente 418 auf
dem Wellenabschnitt 416 ermöglicht eine Ausrichtung der
Ringsegmente 418 zu den Kolbenfüßen 421 derart, dass
die Kolbenfüße 21 flächig an
den Abflachungen 419 der Ringsegmente 418 anliegen
und sich dadurch ein geringer Verschleiß ergibt.