EP1987249A1 - Hochdruckpumpe - Google Patents

Hochdruckpumpe

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EP1987249A1
EP1987249A1 EP06841427A EP06841427A EP1987249A1 EP 1987249 A1 EP1987249 A1 EP 1987249A1 EP 06841427 A EP06841427 A EP 06841427A EP 06841427 A EP06841427 A EP 06841427A EP 1987249 A1 EP1987249 A1 EP 1987249A1
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EP
European Patent Office
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pressure pump
pump
carrier element
plastic
pressure
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EP06841427A
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English (en)
French (fr)
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EP1987249B1 (de
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Günter LEWENTZ
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Aumovio Germany GmbH
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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Publication date
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Publication of EP1987249A1 publication Critical patent/EP1987249A1/de
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Publication of EP1987249B1 publication Critical patent/EP1987249B1/de
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B53/00—Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B23/00 or F04B39/00 - F04B47/00
    • F04B53/16—Casings; Cylinders; Cylinder liners or heads; Fluid connections
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B1/00—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B1/04—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders in star- or fan-arrangement
    • F04B1/0404—Details or component parts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2225/00—Synthetic polymers, e.g. plastics; Rubber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
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    • F05C2253/04—Composite, e.g. fibre-reinforced
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    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2253/00—Other material characteristics; Treatment of material
    • F05C2253/22—Reinforcements

Definitions

  • the invention relates to a high-pressure pump.
  • such a high-pressure pump as a conveyor ⁇ is a pump for delivering fluid for an accumulator injection system for internal combustion engines used in motor vehicles.
  • the object of the invention is to provide a high-pressure pump, which allows reliable and precise operation even at high pump pressures thereby subject to the least possible wear. At the same time, the high-pressure pump should be inexpensive to produce.
  • the object is solved by the features of the independent claims. Advantageous embodiments of the invention are characterized in the subclaims.
  • the invention is characterized by a high-pressure pump having a carrier element, a drive shaft rotatably gela ⁇ siege drive shaft, with at least one of the drive shaft ⁇ driven pump unit having a cylinder housing with a high pressure in the intended use cylinder chamber in which an axially movable High pressure piston is arranged, which is in Wirkver ⁇ bond with the drive shaft.
  • the cylinder housing is coupled to the carrier element and the carrier element is made of a plastic ge ⁇ forms.
  • the support element In the pump unit drivable by the drive shaft, a very high pressure is generated by means of the high pressure piston during normal use of the high ⁇ pressure pump in the cylinder chamber. This pressure has the effect that very strong forces between the high-pressure piston and the standing in operative connection with this drive shaft can occur.
  • the support element In order to absorb these forces, the support element usually consists of a metal.
  • the invention encompasses the recognition that plastics can also be used as material for the carrier element, preferably if they have a high tensile and compressive strength.
  • the carrier element is designed as a plastic injection-molded part. Since ⁇ it is possible to produce even complicated geometries of the support element. In particular, these complicated geometries may be due to recesses of the attachments. Next, a high image fidelity is possible in injection molding, so that even small tolerances can be displayed. In addition, inexpensive embodiments of the carrier element are possible by the design of the carrier element as a plastic Sp ⁇ tzgussteil.
  • the plastic is selected from the group of thermosets. With such a high mechanical plastics ⁇ African load, in particular a good tensile and compressive strength ⁇ is achievable.
  • the plastic from the group of molding compositions is selected from phenolic compounds.
  • the plastic is particularly preferably selected from the group of Vyncolites. Vyncolites have the advantage that they can have high tensile and compressive strength and high dimensional stability under temperature changes. In addition, Vyncolite achieves high resistance to fuels.
  • the plastic is reinforced with fibers from the group of glass fibers and carbon fibers.
  • the fibers in the plastic at least section-wise from ⁇ are aligned in one direction. This is a very high compressive strength and thus a very good mechanical ⁇ cal stability of the support element possible.
  • the carrier element contains graphite. This has the advantage that particularly good sliding properties of the Trä ⁇ gerelements are possible. In particular, a rei ⁇ low-energy storage of the drive shaft in the support member he ⁇ can be enough.
  • the carrier element has a carrier element recess and at least one of the pump units is coupled to the carrier element by means of a screw introduced into the carrier element recess.
  • the screw is self-tapping. This can be achieved without forming a thread in the Suspasmodisedung a secure coupling between the pump unit and the support element.
  • a threaded insert is arranged in the Stromelementaus brieflyung and at least one of the pump units is coupled by means of an introduced into the threaded insert screw with the carrier element.
  • the high-pressure pump is a radial piston pump with an even number of two coaxially arranged pump units, and two coaxial with each other arranged pump units are coupled together by means of a coupling ⁇ unit. This is particularly preferred because the tensile forces that occur in the Auslich ⁇ ment through the operative connection between the high-pressure piston and the drive shaft and which can be transmitted to the carrier element ⁇ can be absorbed by the coupling unit.
  • the coupling unit each has a bearing associated with a pump unit and an armature, wherein the bearings and the armature are coupled together.
  • the A ⁇ is line occurring in the support element forces in the coupling unit easily realized.
  • the armature is designed as an expansion screw. This is particularly advantageous because it allows temperature-compensated length changes of the coupling unit to be compensated.
  • the pump units are hydraulically coupled to one another by a pipeline, the pipeline being arranged outside the carrier element, and one of the pump units having a connection element which is hydraulically coupled to the pipeline. This allows in particular simple way to avoid pressurization of the support member with high pressure.
  • Figure 1 is a schematic view of a high pressure pump in egg ⁇ ner first embodiment in a longitudinal section;
  • FIG. 2 shows a schematic view of the high-pressure pump in a cross section along the line II-II of FIG. 1,
  • Figure 3 is a perspective view of the high pressure pump
  • FIG. 4a detailed representations of the high-pressure pump.
  • the figures show a high-pressure pump 10 with a carrier element 12 and pump units 13, 13 a, which are arranged at an angle of 180 degrees to each other.
  • the high-pressure pump 10 has centrally a drive shaft 15, which is in operative connection with an eccentric ring 16 and rotatably mounted in a direction of rotation D counterclockwise in the carrier element 12 ( Figure 2).
  • a camshaft can be used as the drive shaft 15.
  • the number of conveyor and compression strokes can be specified by the number of cams become.
  • the number of conveying or compression strokes ⁇ corresponds to the number of the cams.
  • the pump units 13, 13a are constructed identically. To constricting in Fol ⁇ the pump unit 13 are described as representative of all pump units.
  • the pump unit 13 consists essentially of a Zylin ⁇ dergekoruse 14, a arranged in the cylinder housing 14 cylinder chamber 32, a high-pressure piston 30 and a spring 20.
  • the cylinder housing 14, the cylinder chamber 32, the high-pressure piston 30 and the spring 20 are coaxial angeord ⁇ to each other net.
  • the cylinder housing 14 is made of a metal, vorzugswei ⁇ se steel.
  • the high pressure piston 30 is axially movably mounted in the cylinder chamber 32 of the cylinder housing 14 and communicates with the Exzen ⁇ terring 16 in operative connection.
  • the high-pressure piston 30 is held by the spring 20, which is preferably se on Zylindergeophu ⁇ 14 and supported on the high-pressure piston 30 in constant contact with the eccentric ring sixteenth
  • the spring 20 which is preferably se on Zylindergeophu ⁇ 14 and supported on the high-pressure piston 30 in constant contact with the eccentric ring sixteenth
  • the cylinder chamber 32 In order to be able to fill the cylinder space 32 with fluid, it has a cylinder space supply line (not shown).
  • the cylinder chamber 32 further has a cylinder space drain line (not shown) through which fluid can be expelled from the cylinder space 32.
  • the cylinder housing 14 is coupled to the carrier element 12.
  • the carrier element 12 is formed from a plastic, wherein the carrier element is preferably formed as a plastic injection-molded part.
  • the support member 12 is formed in two parts in the illustrated embodiment, but may also be made in one piece or have more than two parts.
  • the plastic from which the carrier element 12 is formed a thermosetting plastic.
  • Thermosets are mechanically very strong load, in particular, they have a good tensile and compressive strength. It is particularly preferred if the plastic is a Vyncolit (Registered Trademark), which can be obtained from the company. Vyncolit NV. These materials have not only a good tensile and compressive strength but also a good temperature resistance.
  • Vyncolit X7320, a ge with glass fibers and minerals ⁇ filled phenolic molding compound with low thermal expansion coefficient ⁇ are particularly preferred, and Vyncolit BXE6952, a ver with glass fiber-reinforced phenol ⁇ molding material with very high elongation at break.
  • Vyncolite type Vintec (Re ⁇ gistered Trade Mark), in particular of types Vintec CF8030, a carbon fiber-reinforced phenolic molding composition and Vintec CF8050, a carbon fiber-reinforced phenolic molding composition, both of high tensile strength and compressive strength.
  • the fibers in the plastic are at least partially aligned in one direction.
  • the fibers should be oriented in the plastic so that the tensile and compressive forces that occur can be readily absorbed by the carrier element 12. It is thus achieved a particularly high compressive strength of the carrier element. Contains the plastic from which the carrier element is formed graphite, this is particularly advantageous since components made of such material may even run dry run the high-pressure pump 10 may still runflat.
  • the two coaxially arranged pump units 13, 13a of the high-pressure pump 10 are coupled to one another by means of one or more coupling units 40.
  • Each of the coupling units 40 has in each case one of the pump units 13, 13a associated bearing 42 which is disposed on an outer side 34 of one of the pump units 13, 13a.
  • Two bearing 42 are pelt 44 gekop ⁇ together by means of an anchor.
  • the use of the coupling unit 40 on two coaxially zueinan ⁇ arranged pump units 13, 13a can be applied arbitrarily to high-pressure pumps with an even number of pump units 13, 13a, wherein two pump units 13, 13a are arranged coaxially and at an angle of 180 degrees to each other ,
  • the support element preferably has (not shown) reinforcing elements, preferably reinforcing ribs and / or stiffeners. These make it possible to achieve a high mechanical stability of the carrier element 12, in particular with regard to its compressive and tensile strength.
  • a pipe 46 is arranged, through which the pump units 13, 13a are hydraulically coupled together.
  • the pipeline 46 is outside the support member 12 is arranged.
  • One of the pump units 13, 13 a has a connection element 48 which is hydraulically coupled to the pipe 46.
  • FIGS. 4 a and 4 b show detailed views of the high-pressure pump 10.
  • the carrier element 12 has a carrier element recess 36. It is thus possible threaded elements, preferably ⁇ a screw 38, as shown here for coupling the pump unit 13 a with the support member 12 to store precisely in the support member 12 ( Figure 4a).
  • a threaded insert 39 is arranged in the carrier element recess 36.
  • the threaded insert 39 can be sprayed directly at a ⁇ designed as a plastic injection molded part carrier element 12 with ⁇ .
  • the injection of the threaded insert 39 in the support member 12 is inexpensive to implement and the threaded insert 39 is mechanically highly resilient.
  • the high-pressure piston 30 By a rotational movement of the drive shaft 15 in a rotational direction D, the high-pressure piston 30 is moved by means of the eccentric ring 16 radially to the drive shaft 15. In this case, the cylinder chamber 32 is filled with fluid. As a result of the further rotational movement of the drive shaft 15, the high-pressure piston 30 is moved axially away from the drive shaft 15 by the eccentric ring 16 and compresses it in the cylinder space 32. ches fluid. The compressed fluid can finally, subsequent to the compression stroke via the pipe 46 will come out ⁇ . If the game, be a high-pressure fuel pump of an injection ⁇ system in the high-pressure pump 10 at ⁇ an internal combustion engine, so that highly pressurized fluid can be a high-pressure fuel accumulator, the reach so-called common rail.

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Abstract

Hochdruckpumpe Hochdruckpumpe (10), mit einem Trägerelement (12), einer in dem Trägerelement (12) drehbar gelagerten Antriebswelle (15), wenigstens einer von der Antriebswelle (15) antreibbaren Pumpeneinheit (13, 13a), die ein Zylindergehäuse (14) mit einem bei bestimmungsgemäßen Einsatz hochdruckbeaufschlagten Zylinderraum (32) aufweist, in dem ein axial bewegbarer Hochdruckkolben (30) angeordnet ist, der mit der Antriebswelle (15) in Wirkverbindung steht. Das Zylindergehäuse (14) ist mit dem Trägerelement (12) gekoppelt und das Trägerelement (12) ist aus einem Kunststoff gebildet.

Description

Beschreibung
Hochdruckpumpe
Die Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe.
Vorzugsweise wird eine derartige Hochdruckpumpe als Förder¬ pumpe zur Förderung von Fluid für ein Speichereinspritzsystem für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen verwendet.
Speichereinspritzsysteme für Brennkraftmaschinen von Kraft¬ fahrzeuge, beispielsweise in Common-Rail-Systemen, sollen den notwendigen Volumenstrom und den erforderlichen Fluiddruck bereitstellen können. Die Hochdruckpumpe unterliegt in Spei¬ chereinspritzsystemen für Kraftfahrzeuge starken Belastungen, insbesondere mechanischen Beanspruchungen. Insbesondere müs¬ sen von derartigen Hockdruckpumpen große Kräfte aufgenommen werden können. Damit werden sowohl hohe Anforderungen an das Material als auch an die Konstruktion der Hockdruckpumpe ge¬ stellt.
Da Hochdruckpumpen Drücken von beispielsweise bis zu 2000 bar ausgesetzt sind, müssen sie hohen Beanspruchungen standhalten .
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Hochdruckpumpe zu schaffen, die auch bei hohen Pumpendrücken einen zuverlässigen und präzisen Betrieb ermöglicht dabei einem möglichst geringen Verschleiß unterliegt . Zugleich soll die Hochdruckpumpe kostengünstig herstellbar sein. Die Aufgabe wird gelost durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet .
Die Erfindung zeichnet sich aus durch eine Hochdruckpumpe mit einem Trägerelement, einer in dem Trägerelement drehbar gela¬ gerten Antriebswelle, mit wenigstens einer von der Antriebs¬ welle antreibbaren Pumpeneinheit, die ein Zylindergehäuse mit einem bei bestimmungsgemäßen Einsatz hochdruckbeaufschlagten Zylinderraum aufweist, in dem ein axial bewegbarer Hochdruckkolben angeordnet ist, der mit der Antriebswelle in Wirkver¬ bindung steht . Das Zylindergehäuse ist mit dem Trägerelement gekoppelt und das Trägerelement ist aus einem Kunststoff ge¬ bildet.
In der von der Antriebswelle antreibbaren Pumpeneinheit wird mittels des Hochdruckkolbens bei normalem Einsatz der Hoch¬ druckpumpe im Zylinderraum ein sehr hoher Druck erzeugt . Dieser Druck hat zum Effekt, dass sehr starke Kräfte zwischen dem Hochdruckkolben und der mit diesem in Wirkverbindung stehenden Antriebswelle auftreten können. Um diese Kräfte aufnehmen zu können, besteht das Trägerelement üblicherweise aus einem Metall. Die Erfindung umfasst die Erkenntnis, dass auch Kunststoffe als Material für das Trägerelement in Frage kommen, vorzugsweise wenn sie eine hohe Zug- und Druckfestigkeit aufweisen .
Vorteilhaft ist, dass im Falle des Einsatzes eines Kunststoffs für das Trägerelement ein geringes Gewicht der Hochdruckpumpe ermöglicht ist. Darüber hinaus ist es möglich, die Hochdruckpumpe zu geringen Kosten zu fertigen. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Trägerelement als Kunststoff-Spritzgussteil ausgebildet. Da¬ mit ist es möglich, auch komplizierte Geometrien des Trägerelements herzustellen. Insbesondere können diese komplizierten Geometrien durch Ausnehmungen der Anbauteile bedingt sein. Weiter ist beim Spritzguss eine hohe Abbildungstreue möglich, so dass auch kleine Toleranzen darstellbar sind. Darüber hinaus werden durch die Ausführung des Trägerelementes als Kunststoff-Spπtzgussteil preisgünstige Ausführungen des Trägerelements möglich.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Kunststoff aus der Gruppe der Duroplaste ausgewählt. Mit derartigen Kunststoffen ist eine hohe mecha¬ nische Belastbarkeit, insbesondere eine gute Zug- und Druck¬ festigkeit erreichbar.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Kunststoff aus der Gruppe der Formmassen aus phenolischen Verbindungen ausgewählt . Besonders bevorzugt ist der Kunststoff aus der Gruppe der Vyncolite ausgewählt. Vyncolite haben den Vorteil, dass sie eine hohe Zug- und Druckfestigkeit und eine große Formbeständigkeit bei Temperaturänderungen aufweisen können. Darüber hinaus ist für Vyncolite eine hohe Beständigkeit gegenüber Kraftstoffen erreichbar.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Kunststoff mit Fasern aus der Gruppe der Glasfasern und Kohlefasern verstärkt. Damit wird insbesondere eine hohe Druckfestigkeit und demzufolge eine gute mechanische Stabilität des Trägerelements ermöglicht. In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Fasern in dem Kunststoff wenigstens ab¬ schnittsweise in einer Richtung ausgerichtet. Damit ist eine sehr hohe Druckfestigkeit und damit eine sehr gute mechani¬ sche Stabilität des Trägerelements möglich.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält das Trägerelement Graphit. Dies hat den Vorteil, dass so besonders gute Gleiteigenschaften des Trä¬ gerelements möglich sind. Insbesondere kann damit eine rei¬ bungsarme Lagerung der Antriebswelle im Trägerelement er¬ reicht werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Trägerelement eine Trägerelementausnehmung auf und wenigstens eine der Pumpeneinheiten ist mittels einer in die Trägerelementausnehmung eingebrachten Schraube mit dem Trägerelement gekoppelt. Dies ermöglicht eine besonders einfache und sichere Kopplung zwischen Pumpeneinheit und Trägerele¬ ment .
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Schraube selbstschneidend. Damit kann auch ohne Ausformung eines Gewindes in der Trägerelementausnehmung eine sichere Kopplung zwischen Pumpeneinheit und Trägerelement erreicht werden.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist in der Trägerelementausnehmung ein Gewindeeinsatz angeordnet und wenigstens eine der Pumpeneinheiten ist mittels einer in den Gewindeeinsatz eingebrachten Schraube mit dem Trägerelement gekoppelt. Damit ist eine präzise Kopplung der Pumpeneinheit im Trägerelement möglich. In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Hochdruckpumpe eine Radialkolbenpumpe mit einer geraden Anzahl von jeweils zwei koaxial zueinander angeordneten Pumpeneinheiten, und jeweils zwei koaxial zueinander angeordnete Pumpeneinheiten sind mittels einer Kopplungs¬ einheit miteinander gekoppelt. Dies ist besonders bevorzugt, da so die Zugkräfte, die durch die Wirkverbindung zwischen dem Hochdruckkolben und der Antriebswelle in dem Trägerele¬ ment auftreten und die auf das Trägerelement übertragen wer¬ den können, durch die Kopplungseinheit aufgenommen werden können .
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Kopplungseinheit je ein einer Pumpeneinheit zugeordnetes Lager und einen Anker auf, wobei die Lager und der Anker miteinander gekoppelt sind. Damit ist die Ein¬ leitung von in dem Trägerelement auftretenden Kräften in die Kopplungseinheit in einfacher Weise realisierbar.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Anker als Dehnschraube ausgebildet. Dies ist besonders vorteilhaft, da damit temperaturbedingte Län- genänderungen der Kopplungseinheit ausgeglichen werden können .
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Pumpeneinheiten durch eine Rohrleitung hydraulisch miteinander gekoppelt, wobei die Rohrleitung außerhalb des Trägerelements angeordnet ist, und eine der Pumpeneinheiten ein Anschlusselement aufweist, das hydraulisch mit der Rohrleitung gekoppelt ist. Dies erlaubt in besonders einfacher Weise, eine Beaufschlagung des Trägerelements mit Hochdruck zu vermeiden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Ansicht einer Hochdruckpumpe in ei¬ ner ersten Ausführungsform in einem Längsschnitt,
Figur 2 eine schematische Ansicht der Hochdruckpumpe in einem Querschnitt entlang der Linie II-II der Figur 1,
Figur 3 eine perspektivische Ansicht der Hochdruckpumpe, und
Figur 4a, 4b Detaildarstellungen der Hochdruckpumpe .
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Figuren zeigen eine Hochdruckpumpe 10 mit einem Trägerelement 12 und Pumpeneinheiten 13, 13a, die zueinander in einem Winkel von 180 Grad angeordnet sind.
Die Hochdruckpumpe 10 weist zentral eine Antriebswelle 15 auf, die mit einem Exzenterring 16 in Wirkverbindung steht und in einer Drehrichtung D entgegen dem Uhrzeigersinn drehbar im Trägerelement 12 gelagert ist (Figur 2) . Anstelle des Exzenterrings 16 kann eine Nockenwelle als Antriebswelle 15 verwendet werden. In diesem Fall kann die Anzahl der Fόrder- und Kompressionshübe über die Anzahl der Nocken vorgegeben werden. Die Anzahl der Förder- beziehungsweise Kompressions¬ hübe entspricht dabei der Anzahl der Nocken.
Die Pumpeneinheiten 13, 13a sind identisch aufgebaut. Im Fol¬ genden soll die Pumpeneinheit 13 stellvertretend für alle Pumpeneinheiten beschrieben werden.
Die Pumpeneinheit 13 besteht im Wesentlichen aus einem Zylin¬ dergehäuse 14, einem in dem Zylindergehäuse 14 angeordneten Zylinderraum 32, einem Hochdruckkolben 30 und einer Feder 20. Das Zylindergehäuse 14, der Zylinderraum 32, der Hochdruckkolben 30 und die Feder 20 sind zueinander koaxial angeord¬ net. Das Zylindergehäuse 14 ist aus einem Metall, vorzugswei¬ se einem Stahl gebildet .
Der Hochdruckkolben 30 ist axial bewegbar in dem Zylinderraum 32 des Zylindergehäuses 14 gelagert und steht mit dem Exzen¬ terring 16 in Wirkverbindung. Der Hochdruckkolben 30 wird mittels der Feder 20, die sich vorzugsweise am Zylindergehäu¬ se 14 und am Hochdruckkolben 30 abstützt, in ständiger Anlage an den Exzenterring 16 gehalten. Damit kann ein Abheben und Wiederauftreffen des Hochdruckkolbens 30 auf den Exzenterring 16 vermieden werden, was zu Beschädigungen sowohl des Exzenterrings 16 als auch des Hochdruckkolbens 30 führen könnte.
Um den Zylinderraum 32 mit Fluid befüllen zu können, weist dieser eine (nicht dargestellte) Zylinderraumzulaufleitung auf. Der Zylinderraum 32 weist weiter eine (nicht dargestellte) Zylinderraumablaufleitung, über die Fluid aus dem Zylinderraum 32 ausgestoßen werden kann.
Das Zylindergehäuse 14 ist mit dem Trägerelement 12 gekoppelt. Das Trägerelement 12 ist aus einem Kunststoff gebildet, wobei das Trägerelement vorzugsweise als Kunststoff- Spritzgussteil ausgebildet ist. Das Trägerelement 12 ist in der dargestellten Ausführungsform zweiteilig ausgebildet, kann jedoch auch einteilig ausgeführt sein oder mehr als zwei Teile aufweisen.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist der Kunststoff, aus dem das Trägerelement 12 gebildet ist, ein Duroplast. Duroplaste sind mechanisch sehr stark belastbar, insbesondere weisen sie eine gute Zug- und Druckfestigkeit auf. Besonders bevorzugt ist, wenn der Kunststoff ein Vyncolit (Registered Trademark) ist, das von der Fa. Vyncolit NV bezogen werden kann. Diese Materialien weisen neben einer gute Zug- und Druckfestigkeit auch eine gute Temperaturfestigkeit auf. Besonders bevorzugt sind Vyncolit X7320, eine mit Glasfasern und Mineralien ge¬ füllte Phenolformmasse mit niedrigem thermischen Ausdehnungs¬ koeffizient, und Vyncolit BXE6952, eine mit Glasfasern ver¬ stärkte Phenolformmasse mit sehr hoher Reißdehnung. Des wei¬ teren sind besonders bevorzugt Vyncolite des Typs Vintec (Re¬ gistered Trademark) , insbesondere der Typen Vintec CF8030, eine kohlefaserverstärkte Phenolformmasse und Vintec CF8050, eine kohlefaserverstärkte Phenolformmasse, beide mit hoher Zugfestigkeit und Druckfestigkeit.
Gemäß einem weitergebildeten Ausführungsbeispiel sind die Fasern im Kunststoff wenigstens abschnittsweise in einer Richtung ausgerichtet . Insbesondere sollten die Fasern in dem Kunststoff so ausgerichtet sein, dass die auftretenden Zug- und Druckkräfte gut von dem Trägerelement 12 aufgenommen werden können. Es wird so eine besonders hohe Druckfestigkeit des Trägerelements erreicht. Enthält der Kunststoff, aus dem das Trägerelement gebildet ist, Graphit, so ist dies besonders vorteilhaft, da Bauteile aus einem solchen Material selbst bei einem Trockenlaufen der Hochdruckpumpe 10 noch Notlaufeigenschaften aufweisen können.
Die zwei koaxial zueinander angeordneten Pumpeneinheiten 13, 13a der Hochdruckpumpe 10 sind mittels einer oder mehreren Kopplungseinheiten 40 miteinander gekoppelt. Jede der Kopplungseinheiten 40 weist jeweils ein einer der Pumpeneinheiten 13, 13a zugeordnetes Lager 42 auf, das auf einer Außenseite 34 einer der Pumpeneinheiten 13, 13a angeordnet ist . Jeweils zwei Lager 42 sind mittels eines Ankers 44 miteinander gekop¬ pelt. Durch das Koppeln der Pumpeneinheiten 13, 13a mittels der Kopplungseinheiten 40 können die beim Betrieb der Hochdruckpumpe radial nach außen wirkenden Kräfte besonders gut durch die Kopplungseinheit aufgenommen werden. Die auf das Trägerelement 12 wirkenden Kräfte können so reduziert werden. Der Einsatz der Kopplungseinheit 40 auf zwei koaxial zueinan¬ der angeordneten Pumpeneinheiten 13, 13a lässt sich beliebig auf Hochdruckpumpen mit einer geraden Anzahl von Pumpeneinheiten 13, 13a anwenden, wobei jeweils zwei Pumpeneinheiten 13, 13a koaxial und in einem Winkel von 180 Grad zueinander angeordnet sind.
Das Trägerelement weist bevorzugt (nicht dargestellte) Verstärkungselemente, vorzugsweise Verstärkungsrippen und/oder Aussteifungen auf. Diese ermöglichen das Erreichen einer hohen mechanischen Stabilität des Trägerelements 12, insbesondere im Hinblick auf seine Druck- und Zugfestigkeit .
Zwischen den Pumpeneinheiten 13, 13a ist eine Rohrleitung 46 angeordnet, durch die die Pumpeneinheiten 13, 13a hydraulisch miteinander gekoppelt sind. Die Rohrleitung 46 ist außerhalb des Trägerelements 12 angeordnet. Eine der Pumpeneinheiten 13, 13 a hat ein Anschlusselement 48, das hydraulisch mit der Rohrleitung 46 gekoppelt ist. Mittels dieser Anordnung lässt sich das mittels der Hochdruckpumpe 10 mit hohem Druck beauf¬ schlagte Fluid abführen. Die hohen Druckkräfte des Fluids wirken damit auf die vorzugsweise aus einem Metall ausgebil¬ dete Rohrleitung 46, wodurch vermieden wird, dass sie auf das Trägerelement 12 übertragen werden. Damit kann eine Kraftbe¬ aufschlagung des Trägerelements 12 klein gehalten werden.
Figuren 4a und 4b zeigen Detaildarstellungen der Hochdruckpumpe 10. Das Trägerelement 12 weist eine Trägerelementaus- nehmung 36 auf. Es ist so möglich Gewindeelemente, vorzugs¬ weise eine Schraube 38, wie hier zur Kopplung der Pumpeneinheit 13 a mit dem Trägerelement 12, präzise im Trägerelement 12 zu lagern (Figur 4a) . Alternativ ist in der Trägerelement- ausnehmung 36 ein Gewindeeinsatz 39 angeordnet . Insbesondere kann der Gewindeeinsatz 39 bei einem als Kunststoff- Spritzgussteil ausgeführten Trägerelement 12 direkt mit ein¬ gespritzt werden. Das Einspritzen des Gewindeeinsatzes 39 in das Trägerelement 12 ist kostengünstig realisierbar und der Gewindeeinsatz 39 ist mechanisch hochbelastbar.
Im Folgenden soll die Funktionsweise der Hochdruckpumpe 10 detailliert beschrieben werden:
Durch eine Drehbewegung der Antriebswelle 15 in einer Drehrichtung D wird der Hochdruckkolben 30 mittels des Exzenterrings 16 radial zur Antriebswelle 15 hinbewegt . Dabei wird der Zylinderraum 32 mit Fluid befüllt. Durch die weitere Drehbewegung der Antriebswelle 15 wird der Hochdruckkolben 30 durch den Exzenterring 16 axial von der Antriebswelle 15 wegbewegt und verdichtet dabei in dem Zylinderraum 32 befindli- ches Fluid. Das komprimierte Fluid kann schließlich im An- schluss an den Kompressionshub über die Rohrleitung 46 ausge¬ stoßen werden. Handelt es sich bei der Hochdruckpumpe 10 bei¬ spielsweise um eine Kraftstoffhochdruckpumpe einer Einspritz¬ anlage einer Brennkraftmaschine, so kann das mit hohem Druck beaufschlagte Fluid zu einem HochdruckkraftstoffSpeicher, dem so genannten Common-Rail gelangen.
Durch die Wirkverbindung zwischen der Antriebswelle 15 und dem Hochdruckkolben 30 wirken bedingt durch den Hochdruck in dem Zylinderraum 32 im Trägerelement 12 insbesondere im Be¬ reich der Pumpeneinheiten 13, 13 a starke radiale Kräfte nach außen. Diese werden durch die Kopplungseinheit 40 und durch das Trägerelement 12 aus Kunststoff abgefangen. Darüber hin¬ aus wirken, verursacht durch die Drehbewegung der Antriebswelle 15 in dem Trägerelement 12 und die dadurch verursachte Reibung im Kontaktbereich zwischen der Antriebswelle 15 und dem Trägerelement 12 in diesem Kontaktbereich starke tangentiale Kräfte, die von dem Trägerelement 12 aus Kunststoff aufgenommen werden können.

Claims

Patentansprüche
1. Hochdruckpumpe (10), mit
- einem Trägerelement (12),
- einer in dem Trägerelement (12) drehbar gelagerten Antriebswelle (15),
- wenigstens einer von der Antriebswelle (15) antreibbaren Pumpeneinheit (13, 13a), die ein Zylindergehäuse (14) mit ei¬ nem bei bestimmungsgemäßen Einsatz hochdruckbeaufschlagten Zylinderraum (32) aufweist, in dem ein axial bewegbarer Hochdruckkolben (30) angeordnet ist, der mit der Antriebswelle (15) in Wirkverbindung steht, wobei das Zylindergehäuse (14) mit dem Trägerelement (12) ge¬ koppelt ist und das Trägerelement (12) aus einem Kunststoff gebildet ist .
2. Hochdruckpumpe (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (12) als Kunststoff- Spritzgußteil ausgebildet ist.
3. Hochdruckpumpe (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff aus der Gruppe der Duroplaste ausgewählt ist .
4. Hochdruckpumpe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff aus der Gruppe der Formmassen aus phenolischen Verbindungen ausgewählt ist .
5. Hochdruckpumpe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff aus der Gruppe der Vyncolite ausgewählt ist.
6. Hochdruckpumpe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff mit Fa¬ sern aus der Gruppe der Glasfasern und Kohlefasern verstärkt ist.
7. Hochdruckpumpe (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern in dem Kunststoff wenigstens ab¬ schnittsweise in einer Richtung ausgerichtet sind.
8. Hochdruckpumpe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (12) Graphit enthält .
9. Hochdruckpumpe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (12) eine Trägerelementausnehmung (36) aufweist und wenigstens ei¬ ne der Pumpeneinheiten (13, 13a) mittels einer in die Trägerelementausnehmung (36) eingebrachten Schraube (38) mit dem Trägerelement (12) gekoppelt ist.
10. Hochdruckpumpe (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraube (38) selbstschneidend ist.
11. Hochdruckpumpe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Trägerelement- ausnehmung (36) ein Gewindeeinsatz (39) angeordnet ist und wenigstens eine der Pumpeneinheiten (13, 13a) mittels der in den Gewindeeinsatz (39) eingebrachten Schraube (38) mit dem Trägerelement (12) gekoppelt ist.
12. Hochdruckpumpe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckpumpe (10) eine Radialkolbenpumpe mit einer geraden Anzahl von jeweils zwei koaxial zueinander angeordneten Pumpeneinheiten (13, 13a) ist, und jeweils zwei koaxial zueinander angeordnete Pumpeneinheiten (13, 13a) mittels einer Kopplungseinheit (40) miteinander gekoppelt sind.
13. Hochdruckpumpe (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungsemheit (40) je ein einer Pumpen¬ einheit (13, 13a) zugeordnetes Lager (42) und einen Anker (44) aufweist, und die Lager (42) und der Anker (44) miteinander gekoppelt sind.
14. Hochdruckpumpe (10) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (44) als Dehnschraube ausgebildet ist.
15. Hochdruckpumpe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpeneinheiten (13, 13 a) durch eine Rohrleitung (46) hydraulisch miteinander gekoppelt sind, wobei die Rohrleitung (46) außerhalb des Trägerelements (12) angeordnet ist, und eine der Pumpeneinheiten (13, 13 a) ein Anschlusselement (48) aufweist, das hydraulisch mit der Rohrleitung (46) gekoppelt ist.
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