WO2006037672A1 - Hochdruckpumpe - Google Patents

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WO2006037672A1
WO2006037672A1 PCT/EP2005/053664 EP2005053664W WO2006037672A1 WO 2006037672 A1 WO2006037672 A1 WO 2006037672A1 EP 2005053664 W EP2005053664 W EP 2005053664W WO 2006037672 A1 WO2006037672 A1 WO 2006037672A1
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WO
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piston
pressure
pressure pump
pump according
pump
Prior art date
Application number
PCT/EP2005/053664
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English (en)
French (fr)
Inventor
Ngoc-Tam Vu
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Publication date
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    • 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
    • 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
    • F04B1/0426—Arrangements for pressing the pistons against the actuated cam; Arrangements for connecting the pistons to the actuated cam
    • 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
    • F04B1/0426—Arrangements for pressing the pistons against the actuated cam; Arrangements for connecting the pistons to the actuated cam
    • F04B1/043—Hydraulic arrangements

Definitions

  • the invention relates to a high-pressure pump with a pump ⁇ housing and at least one cylinder chamber in which a high-pressure piston back and forth movably arranged, wherein the drive of the high-pressure pump via a drive shaft.
  • a generic high pressure pump is known for example from DE 100 39 210 Al.
  • the high pressure pump is designed as a radial piston pump which is driven by a drive shaft with an eccentric. On the eccentric shaft section of the drive shaft, a lifting ring is mounted so as to slide.
  • the radial piston pump has three pump units arranged at a distance of 120 ° from each other. Each pump unit is associated with a radially in Pumpenge ⁇ housing longitudinally movably guided pump piston.
  • the individual pump pistons are each in contact with a sliding shoe, which is supported by a spring against the lifting ring. In this way, co-rotation of the cam ring with the Antriebswel ⁇ le is prevented.
  • the cam ring has a number of Ab ⁇ flattening corresponding to the number of pump pistons for abutment of the sliding shoes.
  • a disadvantage of such a radial piston pump is that, during pump operation, there is a relative movement between the sliding surface of the sliding shoe and the flattening of the lifting ring. This leads in particular to the high pressures and high rotational speeds occurring in high-pressure fuel pumps to severe wear of the sliding shoes and the flattening of the cam ring.
  • lenst Jardinel is disposed between the camshaft and the pump piston and comprises a plunger cup and a roller which is arranged substantially and directly rotatable in the plunger cup.
  • the roller rolls off on the outer peripheral surface of the camshaft. This results in only a lower friction at the contact point between the Rol ⁇ le and the camshaft, whereby the wear of the components is minimized.
  • the high-pressure pump with a pump housing and at least one cylinder chamber, in which a high-pressure piston is arranged movable back and forth, wherein the drive of the high-pressure pump via a drive shaft, characterized in that the drive shaft is in operative connection with a first piston, which acts on a first pressure chamber with a first pressure; the first pressure chamber is in operative connection with a second piston, which in turn is in operative connection with the high-pressure piston; and 200413289
  • the second piston has a larger piston diameter than the high pressure piston.
  • the advantage of the invention lies in the fact that the second piston permits a pressure transmission due to its larger piston diameter than the high-pressure piston.
  • the pressure translation results in:
  • p2 is the pressure in the cylinder chamber
  • pl the first pressure in the first pressure chamber
  • dl the diameter of the second piston
  • d2 the diameter of the high-pressure piston
  • a pressure of 100 bar in the first pressure chamber is sufficient for example to gene in a fürmesserver ⁇ ratio between the second piston and the high pressure piston of four a pressure of 1600 bar in the cylinder chamber to erzeu-.
  • the low pressure in the first pump chamber may in this case at easy way to be generated via the drive shaft and with her operatively connected to the first piston. Due to the low pressure in the first pressure chamber, only slight stresses occur on the drive shaft and on the first piston. The wear is thereby reduced to a minimum compared to the prior art.
  • the high pressure is built up da ⁇ only in the cylinder chamber.
  • the first pressure chamber can of course also with a plurality of second piston, which is in each case in operative connection with a high pressure piston, cooperate.
  • the pressure ratio is simple to determine by selecting the ratio of piston diameter of the second piston to the piston diameter of the high-pressure piston. 200413289
  • a preferred embodiment of the invention provides that the drive shaft is a camshaft with at least one cam formed on the circumference of the camshaft.
  • the number of pump strokes per camshaft revolution can be easily determined by the number of cams.
  • the number of pump strokes per revolution of the camshaft corresponds to the number of on ⁇ formed on the circumference of the camshaft cams.
  • a preferred embodiment of the invention provides that the first piston is designed as a roller tappet.
  • the Rol ⁇ lenst Schemeel rolled it with his role on the outer peripheral flat from the camshaft.
  • the rolling on the cam ⁇ shaft surface the friction between the two Bautei ⁇ len is reduced to a minimum. This results in a particularly low wear on the camshaft and on the roller tappet.
  • a further preferred embodiment of the invention provides that the roller tappet is held in contact with the camshaft by means of a first spring element. This ensures that it does not come to a lifting of Rollenstö ⁇ ßels during pump operation. The lifting of the Rol ⁇ lenstsammlungels is to be avoided at all costs, since otherwise high pressure forces would act on the camshaft or roller upon impact of the roller tappet on the camshaft, which lead to premature wear of the components.
  • a further preferred embodiment of the invention provides that the drive shaft is an eccentric shaft.
  • the eccentric shaft is connected to the first piston via a connecting rod.
  • the connecting rod is advantageous for this purpose connected via a crosshead with the pump piston.
  • the drive can of course also take place via a cam ring and sliding shoes supporting itself on the cam ring, as is usual standard in most radial piston pumps.
  • the first pressure chamber is filled with a substantially incompressible pressure fluid.
  • the incompressible pressure fluid ensures that the highest possible pressure in the first pressure chamber, without losses due to compression of the pressure fluid, can build up.
  • the incompressible pressure fluid is a lubricating oil.
  • a lubricating oil to moving parts of the high-pressure pump are simultaneously lubricates ge ⁇ , the friction between the moving parts thereby reduced.
  • On additional measures for lubrication can be largely dispensed with, thereby simplifying the construction of the high-pressure pump and reduce the cost ⁇ manufacturing costs.
  • the pressure fluid can be supplied to the first pressure chamber via a supply line.
  • a check ⁇ valve is formed in the supply line.
  • the check valve allows Particularly simple feeding of the pressure fluid and we prevented ⁇ fectively backflow of the pressurized fluid when filling the first pressure chamber from the feed line.
  • the second piston preferably has a seal which seals off the first pressure chamber from the cylinder chamber. The seal prevents this 200413289
  • Pressure fluid from the first pressure chamber in the cylinder chamber can ge long.
  • a further preferred embodiment of the invention provides that the second piston is designed as a push cup.
  • the plunger cup enables a particularly simple Verbin ⁇ connection between the second piston and the high pressure piston.
  • the beaker is positively connected to the high-pressure piston.
  • the positive connection ensures a permanent and secure connection between the plunger cup and the high-pressure piston even at high pressures and speeds.
  • the push cup preferably has a T-slot, which forms the positive connection with a shoulder formed on the high-pressure piston.
  • a T-slot is relatively easy to form in the push cup and advantageously ensures a simple and secure connection and in particular a simple assembly of the compo ⁇ le.
  • a further preferred embodiment of the invention provides that the positive connection of the tappet cup to the high-pressure piston is achieved indirectly via a receiving unit connected to the tappet cup.
  • a receiving unit connected to the tappet cup.
  • a T-slot can be particularly easily introduced. After insertion of the T-groove, the receiving unit can then be mounted in the push pot. By using a receiving unit manufacturing costs can be further redu ⁇ ed.
  • a further preferred embodiment of the invention provides that a second spring element is arranged between the pump housing and the plunger cup, which counteracts a compression / delivery stroke of the high-pressure piston. As a result, the suction stroke of the high pressure piston is effectively through the 200413289
  • the spring element can be used to stop recording unit into contact with the Stumbleelbe ⁇ cher.
  • the flow rate of the high-pressure pump ⁇ controlled via a ange ⁇ in the feed line to the cylinder chamber associated control piston.
  • the control piston has the advantage that it is possible to achieve a very exact metering of the delivery flow.
  • control piston can be actuated via a piezo actuator.
  • the piezoelectric actuator has the advantage that the control piston can be controlled at high speed and thus a further improved metering of the liquid can be done to the cylinder chamber.
  • a particularly preferred embodiment of the invention provides that the control piston in the opening direction is acted upon by a spring force via a third spring element.
  • the spring force supports the piezoelectric actuator, so that only small forces on the piezoelectric actuator are necessary.
  • guarantees ⁇ the spring element makes the contact between the Steuerkol ⁇ ben and the piezoelectric actuator.
  • all spring elements are preferably designed as compression springs.
  • the compression springs have the advantage that they allow easy installation and are available inexpensively in a variety of sizes.
  • the invention is based on the idea by a pressure ⁇ translation between the second piston and the Hochbuchkol ⁇ ben, the ren the necessary pressure on the first piston Reduzie ⁇ Ren. In this way, the load on the drive shaft and the first piston is significantly reduced, resulting in a Compared to the prior art, the result is a much longer-lived design of the high-pressure pump.
  • the high pressure pump is 200413289
  • Figure 1 is a plan view of a Hochdruck ⁇ pump according to the invention
  • Figure 2 shows a radial section through a firstimportesbei ⁇ game of the high-pressure pump along the section line A- A;
  • Figure 3 shows a section parallel to the drive shaft through the in
  • Figure 4 shows a radial section through a secondforsbei ⁇ game of a high-pressure pump according to the invention along the section line AA.
  • FIG. 1 shows a plan view of an inventive high ⁇ pressure pump.
  • the top view is the same for both exemplary embodiments subsequent training and only serves the La ⁇ ge to illustrate the sectional views.
  • the high pressure pump substantially consists of a pump ⁇ housing 1, a drive shaft 4 and a first piston 5, a second piston 8 and a high-pressure piston 3.
  • the An ⁇ drive shaft 4 is designed as a camshaft and rotatably supported in the pump housing.
  • the first piston 5 is reciprocally mounted in a bore in the pump housing 1 and is connected to the camshaft 4 in operative connection.
  • the first piston 5 is designed as a roller tappet.
  • the Rol ⁇ lenst Schemeel includes a plunger cup 25 and a materiality in ⁇ union's role in the plunger cup 25 arranged roller 26 26 200413289
  • the first piston 5 performs a number of pump strokes corresponding to the number of cams 4a, 4b, 4c ... of the camshaft 4.
  • the first piston 5 is held by a first Federele ⁇ mentes 11 in constant contact with the camshaft. 4 This is important as lifting and Wide Rauf meeting would lead the ers ⁇ te piston 5 to the camshaft 4 damage to both the camshaft 4 and the first piston. 5
  • a spring element 11 a simple compression spring can be used.
  • the first piston 5 is in operative connection with a first pressure chamber 6.
  • the first piston 5 acts on the first pressure chamber 6 with a first pressure pl.
  • the first pressure chamber 6 is also in operative connection with the second piston 8.
  • the second piston 8 is acted upon by the first pressure pl prevailing in the first pressure chamber 6 and impressed by the first piston 5. Due to the pressurization of the second piston 8 is moved out of its rest position and thereby performs a stroke. Since the second piston is in operative connection with the high-pressure piston 3 8, and the high-pressure piston 3 performs a compression stroke and pressurized by doing a Zy ⁇ relieving space 2 with a second pressure p2.
  • the second piston 8 has a larger piston diameter than the high-pressure piston 3. Due to the different piston diameters, a pressure transmission results:
  • pl is the pressure in the first pressure chamber 6
  • d 1 is the piston diameter of the second piston 8
  • d 2 is the piston diameter of the high-pressure piston 3.
  • a large second pressure p2 in the cylinder chamber 2 can be generated in the first pressure chamber 6 with a relatively small first pressure pl.
  • Piston 8 and the high-pressure piston 3 is substantially larger than between the roller 26 of the roller tappet 5 and the camshaft 4. As a result, the surface pressure is significantly lower.
  • the second piston 8 is advantageous as a push cup out ⁇ forms.
  • the design as a push cup offers the possibility keit ⁇ to connect the high-pressure piston 3 particularly easy with the second piston 8.
  • the high pressure piston 3 is positively connected to the second piston 8.
  • the second piston 8 has a T-groove 17, which is provided with an on
  • High pressure piston 3 formed paragraph 18 forms the positive connection.
  • the positive connection results in a particularly secure connection between the two compo ⁇ len, and also facilitates the assembly of the components.
  • the T-slot 17 for receiving the high-pressure piston 3 can be made directly or indirectly via a receiving unit 19.
  • the receiving unit 19 is fixed in the second piston 8, for example by pressing.
  • the second piston 8 has at its periphery a seal 15.
  • the seal 15 prevents the pressurized fluid contained in the first pressure chamber 6 from reaching the second piston 8 in a space above the second cylinder 8 and from there into the cylinder chamber 2. Since an ingress of pressurized fluid in the cylinder chamber 2 can cause damage to the high-pressure pump, an additional relief bore 27 is advantageously provided in the intermediate space 28 between the second piston 8 and the high-pressure piston 3 (see FIG. 3).
  • a second spring element 20 is arranged, which counteracts the compression stroke of the high-pressure piston 3.
  • the second spring element 20 ensures that the second piston 8 and the high-pressure piston 3 connected to it reach back into its starting position following the compression stroke.
  • the compression spring 20 is advantageously supported on the second piston 8 or on the receiving unit 19. In the latter case, the receiving unit 19 is additionally fixed in the second piston 8.
  • the first pressure chamber 6 is filled with a substantially incompressible pressure fluid.
  • a pressurized fluid is particularly suitable a lubricating oil.
  • Lubricating oil the moving parts of the high-pressure pump are simultaneously lubricated. An additional lubricant supply is thus not required, which simplifies the construction of Hochdruckdruck ⁇ pump. The lubrication of the moving components reduces the friction and thus significantly increases the service life of the high-pressure pump.
  • the first pressure chamber 6 has a supply line 13.
  • a check valve 14 is advantageously arranged in the feed line 13. The check valve 14 facilitates the filling of the first pressure chamber 6 and prevents 200413289
  • FIG. 3 shows a section parallel to the drive shaft 4 through the high-pressure pump shown in FIG. 2 along the section line BB.
  • the figure shows the control of the delivery flow of the high-pressure pump.
  • the delivery flow of the high-pressure pump is controlled via a, arranged in a supply line 21, control piston 22.
  • control piston 22 Depending on the position of the control piston 22 of this obstructed more or less the line to ⁇ 21, can pass whereby a corresponding flow rate in the Zy ⁇ relieving space.
  • the control piston 22 is advantageously controlled via a piezoelectric actuator 23.
  • the Pieozo- actuator 23 has the significant advantage over other An horrugen that in this way the control piston 22 can be quickly controlled, a very high Wegig ⁇ ness thereby resulting in metering the flow rate.
  • a control of the flow rate through an inlet valve is of course also possible.
  • the first piston 5, the second piston 8 and the high-pressure piston 3 can each be guided in blind-end bores 29, 30, 31, which are formed in the pump housing 1. This results in a particularly easy to be manufactured pump housing 1.
  • the closing of the blind holes 29, 30, 31 via a pump cover 32 which is advantageously ver ⁇ screwed with the pump housing 1 ver ⁇ screwed.
  • the first pressure chamber 6 can be formed particularly advantageously.
  • Pum ⁇ pen housing 1 can also be the control piston 22 for metering the 200413289
  • Flow and a cylinder 2 downstream of the outlet valve 33 may be housed. This results in a particularly compact high-pressure pump.
  • Figure 4 shows a radial section through a second exporting ⁇ approximately, for example a high pressure pump, taken along section line AA in figure 1.
  • the second embodiment is largely identical to the first embodiment, wes ⁇ exemplary embodiments, only the differences between the initial half below will be discussed.
  • the second embodiment differs le ⁇ diglich in the drive of the first piston 5 from the first Ausure ⁇ insurance example.
  • the second embodiment has a drive shaft 4, which is designed as Exzen ⁇ terwelle.
  • the first pump piston 5 is driven by the eccentric shaft 4 via a connecting rod 12 and a Wien ⁇ head 35.
  • the connecting rod 12 has a large eye 36 so ⁇ as a small eye 37.
  • the large eye 36 of the connecting rod 34 is provided with a plain bearing bush and rotatably mounted on the Ex ⁇ center shaft 4.
  • the small eye 37 of the connecting rod 12 is provided with a bolt 38.
  • the bolt 38 provides the connection between the connecting rod 12 and the crosshead 35.
  • the crosshead 35 preferably has a fork-shaped receptacle for the small eye 37 of the connecting rod 12 (not visible in the illustration ).
  • the small eye 37 is inserted in Mon ⁇ days in the fork-shaped receptacle of the crosshead 35 and connected via the pin 38 with the crosshead 35 form-fitting manner.
  • the fork-shaped receptacle of the crosshead 35 advantageously has two plain bearing bushes, whereby the connecting rod 12 and the crosshead 35 are particularly low friction and easy against ⁇ each other.
  • the crosshead 35 is guided in the pump housing ⁇ housing. 1 Due to the leadership of the crosshead 35 in Pum ⁇ pen housing 1, the crosshead 35 can only perform a linear lifting movement. In this way, the conversion of the rotational movement of the eccentric shaft 4 in a linear Hubbewe ⁇ tion of the first piston 5 is made possible.
  • High pressure pump is identical to the first embodiment.
  • the metering of the flow rate is identical to the first embodiment. For this reason, reference should again be made to the previous description, in particular with reference to FIG. 3.
  • the com--optimized fluid passes subsequent to the compression stroke Ü via the open outlet valve 33 to the output 40 of the high pressure pump ⁇ .
  • the output 40 may, if it is pressure pump, in the high is a high-pressure fuel pump, with ei ⁇ nem common high-pressure accumulator, the so-called common rail be connected.
  • the invention is based on the idea that in a first pressure chamber 6, an ers ⁇ ter pressure pl is first constructed via a first piston 5, which acts on a second piston 8, which is in operative connection with a high-pressure piston 3. There is a pressure transmission between the second piston 8 and the high-pressure piston 3, so that a low pressure in the first pressure chamber 6 is sufficient to cause a high pressure in the cylinder space 2. Due to this, there is a low load on the drive shaft 4 and the first Kol ⁇ bens 5. In this way, the lifespan of the high pressure pump is he ⁇ considerably increased.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe mit einem Pumpengehäuse (1) und wenigstens einem Zylinderraum (2), in dem ein Hochdruckkolben (3) hin- und her bewegbar angeordnet ist, wobei der Antrieb der Hochdruckpumpe über eine Antriebswelle (4) erfolgt. Die Antriebswelle (4) steht mit einem ersten Kolben (5) in Wirkverbindung, welcher einen ersten Druckraum (6) mit einem ersten Druck (pl) beaufschlagt. Der erste Druckraum (6) steht seinerseits mit einem zweiten Kolben (8) in Wirkverbindung, welcher wiederum in Wirkverbindung mit dem Hochdruckkolben (3) steht. Der zweite Kolben (8) weist einen größeren Kolbendurchmesser auf als der Hochdruckkolben (3) wodurch sich eine Druckübersetzung ergibt. Aufgrund der Druckübersetzung ergibt sich vorteilhaft einbesonders reibungsarmer und verschleißarmer Antrieb der Hochdruckpumpe. Derartige Hochdruckpumpen sind insbesondere für die bei Kraftstoffhochdruckpumpen auftretenden hohen Drücke geeignet.

Description

200413289
Beschreibung
Hochdruckpumpe
Die Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe mit einem Pumpen¬ gehäuse und wenigstens einem Zylinderraum, in dem ein Hoch¬ druckkolben hin- und her bewegbar angeordnet ist, wobei der Antrieb der Hochdruckpumpe über eine Antriebswelle erfolgt.
Eine gattungsgemäße Hochdruckpumpe ist beispielsweise aus der DE 100 39 210 Al bekannt. Die Hochdruckpumpe ist dabei als Radialkolbenpumpe ausgebildet die von einer Antriebswelle mit einem Exzenterabschnitt angetrieben wird. Auf dem exzentri¬ schen Wellenabschnitt der Antriebswelle ist ein Hubring glei- tend gelagert angeordnet. Die Radialkolbenpumpe weist drei in einem Abstand von je 120° zueinander angeordnete Pumpenein¬ heiten auf. Jeder Pumpeneinheit ist ein radial im Pumpenge¬ häuse längs bewegbar geführter Pumpenkolben zugeordnet. Die einzelnen Pumpenkolben liegen jeweils an einem Gleitschuh an, der sich über eine Feder gegen den Hubring abstützt. Auf die¬ se Weise wird ein Mitdrehen des Hubrings mit der Antriebswel¬ le verhindert. Der Hubring weist zur Anlage der Gleitschuhe eine der Anzahl der Pumpenkolben entsprechende Zahl von Ab¬ flachungen auf.
Nachteilig an einer solchen Radialkolbenpumpe ist, das es im Pumpenbetrieb zu einer Relativbewegung zwischen der Gleitflä¬ che des Gleitschuhs und der Abflachung des Hubrings kommt. Diese führt insbesondere bei den bei Kraftstoffhochdruckpum- pen auftretenden hohen Drücken und hohen Drehzahlen zu einem starken Verschleiß der Gleitschuhe sowie der Abflachungen des Hubrings .
Zur Reduzierung des Verschleißes ist aus der EP 1 319 831 A2 eine Radialkolbenpumpe bekannt, die eine Nockenwelle auf¬ weist, die über einen Rollenstößel einen im Pumpengehäuse bzw. Zylinderkopf angeordneten Pumpenkolben bewegt. Der RoI- 200413289
lenstößel ist zwischen der Nockenwelle und dem Pumpenkolben angeordnet und umfasst einen Stößelbecher sowie eine Rolle, die im Wesentlichen und unmittelbar im Stößelbecher drehbar angeordnet ist. Die Rolle rollt dabei auf der Außenumfangs- fläche der Nockenwelle ab. Hierdurch ergibt sich lediglich eine geringere Reibung an der Kontaktstelle zwischen der Rol¬ le und der Nockenwelle, wodurch der Verschleiß der Bauteile minimiert wird.
Nachteilig an dieser Lösung ist jedoch, dass zwischen Rolle und Nockenwelle nur eine sehr geringe Kontaktfläche vorhanden ist. Diese geringe Kontaktfläche muss jedoch den gesamten Druck der KraftStoffhochdruckpumpe aufnehmen. Hierdurch kommt es zu einer hohen Flächenpressung und wiederum zu einem er- höhten Verschleiß der Bauteile.
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Hochdruck¬ pumpe bereitzustellen, die auch bei hohen Pumpendrücken einem geringen Verschleiß unterliegt.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen, welche ein¬ zeln oder in Kombination miteinander einsetzbar sind, sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die erfindungsgemäße Hochdruckpumpe, mit einem Pumpengehäuse und wenigstens einem Zylinderraum, in dem ein Hochdruckkolben hin- und her bewegbar angeordnet ist, wobei der Antrieb der Hochdruckpumpe über eine Antriebswelle erfolgt, zeichnet sich dadurch aus, dass die Antriebswelle mit einem ersten Kolben in Wirkverbindung steht, welcher einen ersten Druckraum mit einem ersten Druck beaufschlagt; der erste Druckraum mit ei¬ nem zweiten Kolben in Wirkverbindung steht, welcher seiner¬ seits in Wirkverbindung mit dem Hochdruckkolben steht; und 200413289
der zweite Kolben einen größeren Kolbendurchmesser aufweist als der Hochdruckkolben. Der Vorteil der Erfindung liegt dar¬ in, dass der zweite Kolben aufgrund seines gegenüber dem Hochdruckkolben größerem Kolbendurchmessers eine Drucküber- setzung ermöglicht. Die Druckübersetzung ergibt sich dabei zu:
Figure imgf000005_0001
Hierbei ist p2 der Druck im Zylinderraum, pl der erste Druck im ersten Druckraum, dl der Durchmesser des zweiten Kolbens und d2 der Durchmesser des Hochdruckkolbens.
Aufgrund dieser Druckübersetzung reicht bereits ein geringer Druck im ersten Druckraum aus um einen hohen Druck im Zylin¬ derraum zu erzeugen. Ein Druck von 100 bar im ersten Druck¬ raum reicht beispielsweise aus, um bei einem Durchmesserver¬ hältnis zwischen dem zweiten Kolben und dem Hochdruckkolben von vier einen Druck von 1600 bar im Zylinderraum zu erzeu- gen. Der geringe Druck im ersten Pumpenraum kann dabei auf einfache Weise über die Antriebswelle und den mit Ihr in Wirkverbindung stehenden ersten Kolben erzeugt werden. Auf¬ grund des geringen Drucks im ersten Druckraum treten nur ge¬ ringe Beanspruchungen an der Antriebswelle sowie am ersten Kolben auf. Der Verschleiß wird dadurch gegenüber dem Stand der Technik auf ein Minimum reduziert. Der Hochdruck wird da¬ bei lediglich im Zylinderraum aufgebaut.
Der erste Druckraum kann selbstverständlich auch mit mehreren zweiten Kolben, welcher jeweils in Wirkverbindung mit einem Hochdruckkolben steht, zusammenwirken.
Die Druckübersetzung ist einfache durch die Auswahl des Ver¬ hältnisses von Kolbendurchmesser des zweiten Kolbens zum KoI- bendurchmesser des Hochdruckkolbens zu bestimmen. 200413289
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Antriebswelle eine Nockenwelle mit wenigstens einem am Umfang der Nockenwelle ausgebildeten Nocken ist. Die Anzahl der Pumpenhübe je Nockenwellenumdrehung lässt sich hierbei einfach über die Anzahl der Nocken festlegen. Die Anzahl der Pumpenhübe je Nockenwellenumdrehung entspricht dabei der An¬ zahl der am Umfang der Nockenwelle ausgebildeten Nocken.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der erste Kolben als Rollenstößel ausgebildet ist. Der Rol¬ lenstößel rollt dabei mit seiner Rolle auf der Außenumfangs- flache der Nockenwelle ab. Durch das Abrollen auf der Nocken¬ wellenoberfläche wird die Reibung zwischen den beiden Bautei¬ len auf ein Minimum reduziert. Hierdurch tritt ein besonders geringer Verschleiß an der Nockenwelle sowie am Rollenstößel auf.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Rollenstößel mittels eines ersten Federelements in Anlage an die Nockenwelle gehalten wird. Hierdurch wird sichergestellt, dass es nicht zu einem Abheben des Rollenstö¬ ßels während des Pumpenbetriebes kommt. Das Abheben des Rol¬ lenstößels ist unbedingt zu vermeiden, da beim Auftreffen des Rollenstößels auf die Nockenwelle anderenfalls hohe Druck- kräfte auf die Nockenwelle bzw. Rolle einwirken würden, die zu einem vorzeitigen Verschleiß der Bauteile führen.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Antriebswelle eine Exzenterwelle ist. Die Ex- zenterwelle ist dabei über einen Pleuel mit dem ersten Kolben verbunden. Der Pleuel ist hierzu vorteilhaft über einen Kreuzkopf mit dem Pumpenkolben verbunden. Durch die Verwen¬ dung eines Pleuels wird in vorteilhafter Weise die Reibung zwischen den Bauteilen minimiert und dadurch die Lebensdauer der Bauteile erhöht. 200413289
Neben dem Antrieb des ersten Kolbens mit Hilfe eines Pleuels kann der Antrieb selbstverständlich auch über einen Hubring und über sich am Hubring abstützende Gleitschuhe erfolgen, wie dies üblicher Standard bei den meisten Radialkolbenpumpen ist.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der erste Druckraum mit einem im Wesentlichen inkompres- siblen Druckfluid gefüllt. Das inkompressible Druckfluid sorgt dafür, dass sich im ersten Druckraum ein möglichst ho¬ her Druck, ohne Verluste aufgrund einer Kompression des Druckfluids, aufbauen kann.
Besonders bevorzugt ist das inkompressible Druckfluid ein Schmieröl. Durch die Verwendung eines Schmieröls werden gleichzeitig die beweglichen Teile der Hochdruckpumpe ge¬ schmiert, wodurch sich die Reibung zwischen den beweglichen Teilen reduziert. Auf zusätzlihe Maßnahmen zur Schmierung kann dadurch weitgehend verzichtet werden, wodurch sich der Aufbau der Hochdruckpumpe vereinfacht und die Herstellungs¬ kosten reduzieren.
In einer besonders bevorzugt ausgestalteten Erfindung ist das Druckfluid dem ersten Druckraum über eine Zulaufleitung zu- führbar. Hierdurch kann ein eventuell auftretender Leckage¬ strom auf einfache Weise nachgefüllt werden.
Besonders bevorzugt ist in der Zulaufleitung ein Rückschlag¬ ventil ausgebildet. Das Rückschlagventil erlaubt ein beson- ders einfaches Zuführen des Druckfluides und verhindert wir¬ kungsvoll das Zurückströmen des Druckfluids beim Befüllen des ersten Druckraums aus der Zulaufleitung.
Erfindungsgemäß bevorzugt weist der zweite Kolben eine Dich- tung auf welche den ersten Druckraum gegenüber dem Zylinder¬ raum abdichtet. Durch die Dichtung wird verhindert, dass das 200413289
Druckfluid aus dem ersten Druckraum in den Zylinderraum ge¬ langen kann.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der zweite Kolben als Stößelbecher ausgebildet ist. Der Stößelbecher ermöglicht eine besonders einfache Verbin¬ dung zwischen dem zweiten Kolben und dem Hochdruckkolben.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Stö- ßelbecher formschlüssig mit dem Hochdruckkolben verbunden. Die formschlüssige Verbindung gewährleistet eine dauerhafte und sichere Verbindung zwischen dem Stößelbecher und dem Hochdruckkolben auch bei hohen Drücken und Drehzahlen.
Erfindungsgemäß bevorzugt weist der Stößelbecher eine T-Nut auf, die mit einem am Hochdruckkolben ausgebildeten Absatz die formschlüssige Verbindung ausbildet. Eine solche T-Nut ist verhältnismäßig einfach in den Stößelbecher auszubilden und gewährleistet vorteilhaft eine einfache und sichere Ver- bindung sowie insbesondere eine einfache Montage der Bautei¬ le.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die formschlüssige Verbindung des Stößelbechers mit dem Hochdruckkolben mittelbar über eine mit dem Stößelbecher verbundene Aufnahmeeinheit erzielt ist. In der Aufnahmeein¬ heit kann besonders einfach eine T-Nut eingebracht werden. Nach dem Einbringen der T-Nut kann dann die Aufnahmeeinheit in den Stößelbecher befestigt werden. Durch die Verwendung einer Aufnahmeeinheit kann der Fertigungsaufwand weiter redu¬ ziert werden.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass zwischen dem Pumpengehäuse und dem Stößelbecher ein zweites Federelement angeordnet ist, welches einen Kompressi- ons-/Förderhub des Hochdruckkolbens entgegen wirkt. Hierdurch wird der Saughub des Hochdruckkolbens wirkungsvoll durch das 200413289
Federelement unterstützt. Gleichzeitig kann das Federelement dazu dienen, die Aufnahmeeinheit in Anlage an den Stößelbe¬ cher zu halten.
Erfindungsgemäß bevorzugt ist der Förderstrom der Hochdruck¬ pumpe über einen in der Zulaufleitung zum Zylinderraum ange¬ ordneten Steuerkolben steuerbar. Der Steuerkolben hat dabei den Vorteil, dass sich eine sehr exakte Dosierung des Förder¬ stroms erzielen lässt.
Besonders bevorzugt ist der Steuerkolben über einen Piezoak- tor ansteuerbar. Der Piezoaktor weist dabei den Vorteil auf, dass der Steuerkolben mit hoher Geschwindigkeit gesteuert werden kann und so eine weiter verbesserte Zumessung der Flüssigkeit zum Zylinderraum erfolgen kann.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Steuerkolben in Öffnungsrichtung über ein drit¬ tes Federelement mit einer Federkraft beaufschlagt ist. Die Federkraft unterstützt den Piezoaktor, so dass nur geringe Kräfte am Piezoaktor notwendig sind. Darüber hinaus gewähr¬ leistet das Federelement den Kontakt zwischen dem Steuerkol¬ ben und dem Piezoaktor.
Erfindungsgemäß bevorzugt sind sämtliche Federelemente als Druckfedern ausgebildet. Die Druckfedern haben den Vorteil, dass sie eine einfache Montage erlauben und preiswert in den verschiedensten Größen erhältlich sind.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, durch eine Druck¬ übersetzung zwischen dem zweiten Kolben und dem Hochdruckkol¬ ben, die am ersten Kolben notwendigen Druckkräfte zu reduzie¬ ren. Hierdurch wird die Belastung der Antriebswelle sowie des ersten Kolbens deutlich reduziert, wodurch sich eine im Ver- gleich zum Stand der Technik wesentlich langlebigere Ausbil¬ dung der Hochdruckpumpe ergibt. Die Hochdruckpumpe ist da- 200413289
durch auch für sehr hohe Drücken bzw. Drehzahlen, wie sie zum Beispiel bei Kraftstoffhochdruckpumpen auftreten geeignet.
Ausführungsbeispiele und weitere Vorteile der Erfindung wer- den im Folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt schematisch:
Figur 1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäßen Hochdruck¬ pumpe; Figur 2 einen Radialschnitt durch ein erstes Ausführungsbei¬ spiel der Hochdruckpumpe entlang der Schnittlinie A- A;
Figur 3 einen Schnitt parallel zur Antriebswelle durch die in
Figur 2 gezeigte Hochdruckpumpe entlang der Schnitt- linie B-B; und
Figur 4 einen Radialschnitt durch ein zweites Ausführungsbei¬ spiel einer erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe entlang der Schnittlinie A-A.
Gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile sind nachfolgend fi¬ gurübergreifend mit den selben Bezugszeichen versehen.
Figur 1 zeigt eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Hoch¬ druckpumpe. Die Draufsicht ist für beide nachfolgenden Aus- führungsbeispiele Identisch und dient lediglich dazu, die La¬ ge der Schnittdarstellungen zu verdeutlichen.
Die Hochdruckpumpe besteht im Wesentlichen aus einem Pumpen¬ gehäuse 1, einer Antriebswelle 4 sowie einem ersten Kolben 5, einem zweiten Kolben 8 und einem Hochdruckkolben 3. Die An¬ triebswelle 4 ist als Nockenwelle ausgebildet und drehbar im Pumpengehäuse 1 gelagert. Der erste Kolben 5 ist hin- und her bewegbar in einer Bohrung im Pumpengehäuse 1 gelagert und steht mit der Nockenwelle 4 in Wirkverbindung. Vorteilhaft ist der erste Kolben 5 als Rollenstößel ausgebildet. Der Rol¬ lenstößel umfasst einen Stößelbecher 25 sowie eine im Wesent¬ lichen im Stößelbecher 25 angeordnete Rolle 26. Die Rolle 26 200413289
rollt auf dem Umfang der Nockenwelle 4 ab, wodurch sich eine besonders geringe Reibung zwischen der Nockenwelle 4 und dem ersten Kolben 5 ergibt. Bei jeder Umdrehung der Nockenwelle 4 führt der erste Kolben 5 eine der Anzahl der Nocken 4a, 4b, 4c... der Nockenwelle 4 entsprechende Zahl an Pumpenhüben durch. Der erste Kolben 5 wird mittels eines ersten Federele¬ mentes 11 in ständiger Anlage an die Nockenwelle 4 gehalten. Dies ist wichtig, da ein Abheben und Widerauftreffen des ers¬ te Kolbens 5 auf die Nockenwelle 4 zu Beschädigungen sowohl der Nockenwelle 4 als auch des erste Kolbens 5 führen würde. Als Federelement 11 kann eine einfache Druckfeder verwendet werden.
Der erste Kolben 5 steht in Wirkverbindung mit einem ersten Druckraum 6. Während des Kompressionshubes des ersten Kolbens 5 beaufschlagt der erste Kolben 5 den ersten Druckraum 6 mit einem ersten Druck pl. Der erste Druckraum 6 steht ebenfalls in Wirkverbindung mit dem zweiten Kolben 8. Hierdurch wird der zweiten Kolben 8 mit dem im ersten Druckraum 6 herrschen- den und vom ersten Kolben 5 aufgeprägten ersten Druck pl be¬ aufschlagt. Aufgrund der Druckbeaufschlagung wird der zweite Kolben 8 aus seiner Ruhelage herausbewegt und führt dadurch einen Hub aus . Da der zweite Kolben 8 in Wirkverbindung mit dem Hochdruckkolben 3 steht, führt auch der Hochdruckkolben 3 einen Kompressionshub durch und beaufschlagt dabei einen Zy¬ linderraum 2 mit einem zweiten Druck p2.
Der zweite Kolben 8 weist einen im Vergleich zum Hochdruck¬ kolben 3 größeren Kolbendurchmesser auf. Aufgrund der unter- schiedlichen Kolbendurchmesser ergibt sich eine Drucküberset¬ zung:
Figure imgf000011_0001
Hierbei ist p2 dem Druck im Zylinderraum, 200413289
pl der Druck im ersten Druckraum 6, dl der Kolbendurchmesser des zweiten Kolbens 8 und d2 der Kolbendurchmesser des Hoch¬ druckkolbens 3.
Aufgrund der Druckübersetzung lässt sich mit einem verhält¬ nismäßig kleinen ersten Druck pl im ersten Druckraum 6 ein großer zweiter Druck p2 im Zylinderraum 2 erzeugen. Bei einem Verhältnis der Kolbendurchmesser vom dl/d2 = 4 ergibt sich beispielsweise bei einem ersten Druck von pl = 100 bar ein zweiter Druck von p2 = 1600 bar. Trotz des hohen Drucks im
Zylinderraum 2 wird dabei die Nockenwelle 4 sowie der Rollen¬ stößel 5 nur gering belastet, da diese lediglich einen Druck von pl = 100 bar aufbringen müssen. Die hohe Drücke treten ausschließlich zwischen dem Hochdruckkolben 3 und dem zweiten Kolben 8 auf. Diese hohen Drücke sind jedoch für die beiden Kolben 3, 8 unproblematisch, da zwischen dem Hochdruckkolben 3 und dem zweiten Kolben 8 keine Relativbewegung auftritt, wie dies zwischen dem Rollenstößel 5 und der Nockenwelle 4 der Fall ist und die zu einem hohen Verschleiß führen würde. Darüber hinaus ist die Auflagefläche zwischen den zweiten
Kolben 8 und dem Hochdruckkolben 3 wesentlich größer als zwi¬ schen der Rolle 26 des Rollenstößels 5 und der Nockenwelle 4. Hierdurch ist auch die Flächenpressung deutlich niedriger.
Der zweite Kolben 8 ist vorteilhaft als Stößelbecher ausge¬ bildet. Die Ausbildung als Stößelbecher bietet die Möglich¬ keit, den Hochdruckkolben 3 besonders einfach mit dem zweiten Kolben 8 zu verbinden. Bevorzugt ist der Hochdruckkolben 3 formschlüssig mit dem zweiten Kolben 8 verbunden. Der zweite Kolben 8 weist hierzu eine T-Nut 17 auf, die mit einem am
Hochdruckkolben 3 ausgebildeten Absatz 18 die formschlüssige Verbindung ausbildet. Die formschlüssige Verbindung ergibt eine besonders sichere Verbindung zwischen den beiden Bautei¬ len, und erleichtert zudem die Montage der Bauteile. Die T- Nut 17 zur Aufnahme des Hochdruckkolbens 3 kann unmittelbar bzw. mittelbar über eine Aufnahmeeinheit 19 erfolgen. Eine Verbindung über eine zusätzliche Aufnahmeeinheit 19 verein- 200413289
facht die Herstellbarkeit. Die Aufnahmeeinheit 19 wird im zweiten Kolben 8 beispielsweise durch Einpressen befestigt. Der zweite Kolben 8 weist an seinem Umfang eine Dichtung 15 auf. Die Dichtung 15 verhindert, dass das im ersten Druckraum 6 befindliche Druckfluid am zweiten Kolben 8 entlang in einen Raum oberhalb des zweiten Zylinders 8 und von dort weiter in den Zylinderraum 2 gelangen kann. Da ein Eindringen von Druckfluid in dem Zylinderraum 2 zu Schäden an der Hochdruck¬ pumpe führen kann ist vorteilhaft eine zusätzliche Entlas- tungsbohrung 27 in dem Zwischenraum 28 zwischen dem zweiten Kolben 8 und dem Hochdruckkolben 3 vorgesehen (siehe hierzu Figur 3) . Zwischen dem Pumpengehäuse 1 und dem zweite Kolben 8 ist ein zweites Federelement 20 angeordnet, welches dem Kompressionshub des Hochdruckkolbens 3 entgegen wirkt. Das zweite Federelement 20 sorgt dafür, dass der zweite Kolben 8 sowie der mit ihm verbundene Hochdruckkolben 3 im Anschluss an den Kompressionshub zurück in seine Ausgangsposition ge¬ langt. Die Druckfeder 20 stützt sich dabei vorteilhaft am zweite Kolben 8 bzw. an der Aufnahmeeinheit 19 ab. Im letzte- ren Fall wird die Aufnahmeeinheit 19 zusätzlich im zweite Kolben 8 fixiert.
Der erste Druckraum 6 ist mit einem im Wesentlichen in- kompressiblen Druckfluid gefüllt. Als Druckfluid eignet sich insbesondere ein Schmieröl. Durch die Verwendung eines
Schmieröls werden die beweglichen Teile der Hochdruckpumpe gleichzeitig geschmiert. Eine zusätzliche Schmierstoffzufuhr ist somit nicht erforderlich, was den Aufbau der Hochdruck¬ pumpe vereinfacht. Durch die Schmierung der beweglichen Bau- teile wird die Reibung verringert und dadurch die Lebensdauer der Hochdruckpumpe wesentlich erhöht.
Um einen Leckagestrom des Druckfluids aus dem ersten Druck¬ raum 6 auszugleichen, weist der erste Druckraum 6 eine Zu- laufleitung 13 auf. In der Zulaufleitung 13 ist vorteilhaft ein Rückschlagventil 14 angeordnet. Das Rückschlagventil 14 erleichtert die Befüllung des ersten Druckraums 6 und verhin- 200413289
dert beim Befüllen wirkungsvoll das Zurückströmen des Druckfluids aus der Zulaufleitung 13.
Figur 3 zeigt einen Schnitt parallel zur Antriebswelle 4 durch die in Figur 2 gezeigte Hochdruckpumpe entlang der Schnittlinie B-B. Aus der Abbildung ist die Steuerung des Förderstroms der Hochdruckpumpe ersichtlich. Der Förderstrom der Hochdruckpumpe wird über einen, in einer Zulleitung 21 angeordneten, Steuerkolben 22 gesteuert. Je nach Lage des Steuerkolbens 22 versperrt dieser mehr oder weniger die Zu¬ leitung 21, wodurch ein entsprechender Förderstrom in den Zy¬ linderraum 2 gelangen kann. Der Steuerkolben 22 ist dabei vorteilhaft über einen Piezoaktor 23 ansteuerbar. Der Pieozo- aktor 23 hat den wesentlichen Vorteil gegenüber anderen Ansteuerugen, dass hierdurch der Steuerkolben 22 sehr schnell angesteuert werden kann, wodurch sich eine sehr hohe Genauig¬ keit beim Zumessen des Förderstroms ergibt. Um die notwendi¬ gen Kräfte für den Piezoaktor 23 gering zu halten, ist der Steuerkolben 22 in Öffnungsrichtung über ein drittes Feder- element 24 mit einer Federkraft beaufschlagt. Als Federele¬ ment 24 kann wiederum eine Druckfeder verwendet werden.
Eine Steuerung des Förderstroms über ein Einlassventil, wie es Stand der Technik ist, ist selbstverständlich ebenfalls möglich.
Wie aus Figur 2 und 3 ersichtlich, können der erste Kolben 5, der zweite Kolben 8 sowie der Hochdruckkolben 3 jeweils in Sacklochbohrungen 29, 30, 31 geführt werden, die im Pumpenge- häuse 1 ausgebildet sind. Hierdurch ergibt sich ein besonders einfach zu fertigendes Pumpengehäuse 1. Das Verschließen der Sacklochbohrungen 29, 30, 31 erfolgt über einen Pumpendeckel 32, der vorteilhaft mit dem Pumpengehäuse 1 dichtend ver¬ schraubt ist. In dem Pumpendeckel 32 kann besonders vorteil- haft der erste Druckraum 6 ausgebildet sein. Hierdurch ver¬ einfacht sich der Aufbau der Hochdruckpumpe weiter. Im Pum¬ pengehäuse 1 kann auch der Steuerkolben 22 zum Zumessen des 200413289
Förderstromes sowie ein dem Zylinderraum 2 nachgeschaltetes Auslassventil 33 untergebracht sein. Hierdurch ergibt sich eine besonders kompakte Hochdruckpumpe.
Figur 4 zeigt einen Radialschnitt durch ein zweites Ausfüh¬ rungsbeispiel einer Hochdruckpumpe, entlang der Schnittlinie A-A in Figur 1. Das zweite Ausführungsbeispiel ist dabei weitgehend identisch mit dem ersten Ausführungsbeispiel, wes¬ halb nachfolgend nur auf die Unterschiede zwischen den Aus- führungsbeispielen eingegangen wird.
Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich dabei le¬ diglich im Antrieb des ersten Kolbens 5 vom ersten Ausfüh¬ rungsbeispiel. Anstelle einer Nockenwelle weist das zweite Ausführungsbeispiel eine Antriebswelle 4 auf, die als Exzen¬ terwelle ausgebildet ist. Der erste Pumpenkolben 5 wird dabei von der Exzenterwelle 4 über einen Pleuel 12 und einem Kreuz¬ kopf 35 angetrieben. Der Pleuel 12 weist ein Großauge 36 so¬ wie ein Kleinauge 37 auf. Das Großauge 36 des Pleuels 34 ist mit einer Gleitlagerbuchse versehen und drehbar auf der Ex¬ zenterwelle 4 angeordnet. Das Kleinauge 37 des Pleuels 12 ist mit einem Bolzen 38 versehen. Der Bolzen 38 sorgt für die Verbindung zwischen dem Pleuel 12 und dem Kreuzkopf 35. Der Kreuzkopf 35 weist hierzu vorzugsweise eine gabelförmige Auf- nähme für das Kleinauge 37 des Pleuels 12 auf (in der Dar¬ stellung nicht sichtbar) . Das Kleinauge 37 wird bei der Mon¬ tage in die gabelförmige Aufnahme des Kreuzkopfes 35 gesteckt und über den Bolzen 38 mit dem Kreuzkopf 35 formschlüssig verbunden. Die gabelförmige Aufnahme des Kreuzkopfes 35 weist vorteilhaft zwei Gleitlagerbuchsen auf, wodurch das Pleuel 12 und der Kreuzkopf 35 besonders reibungsarm und leicht gegen¬ einander schwenkbar sind. Der Kreuzkopf 35 ist im Pumpenge¬ häuse 1 geführt. Durch die Führung des Kreuzkopfes 35 im Pum¬ pengehäuse 1 kann der Kreuzkopf 35 lediglich eine lineare Hubbewegung ausführen. Auf diese Weise wird die Umwandlung der Drehbewegung der Exzenterwelle 4 in eine lineare Hubbewe¬ gung des ersten Kolbens 5 ermöglicht. Der weitere Aufbau der 200413289
Hochdruckpumpe ist identisch zum ersten Ausführungsbeispiel. Insbesondere die Zumessung des Förderstroms erfolgt identisch zum ersten Ausführungsbeispiel. An dieser Stelle sei deshalb noch einmal auf die vorherige Beschreibung insbesondere zu Figur 3 hingewiesen.
Nachfolgend soll jetzt kurz auf die Funktionsweise der Hoch¬ druckpumpe eingegangen werden. Hierbei wird lediglich die prinzipielle Funktion der Hochdruckpumpe beschrieben, ohne näher auf die einzelnen Ausführungsbeispiele einzugehen. Wäh¬ rend des Kompressionshubes des ersten Kolbens 5 wird das im ersten Druckraum 6 befindliche Druckfluid mit einem ersten Druck pl beaufschlagt. Dieser erste Druck pflanzt sich fort und wirkt auf die Stirnfläche 39 des zweiten Kolbens 8, wel- eher mit dem ersten Druckraum 6 in Wirkverbindung steht. Der an der Stirnfläche 39 des zweiten Kolbens 8 anliegende erste Druck pl bewirkt, dass der zweite Kolben 8 sowie der form¬ schlüssig mit dem zweiten Kolben 8 verbundene Hochdruckkolben 3 einen Kompressionshub durchführt. Während dieses Kompressi- onshubes ist der Steuerkolben 22 in der Zulaufleitung 21 zum Zylinderraum 2 vollständig geschlossen. Ebenso ist das dem Zylinderraum 2 nachgeschaltete Auslassventil 33 geschlossen. Hierdurch erfolgt während des Kompressionshubs eine Kompres¬ sion des im Zylinderraum 2 befindlichen Fluids. Das kompri- mierte Fluid gelangt im Anschluss an den Kompressionshubs ü- ber das geöffnete Auslassventil 33 zum Ausgang 40 der Hoch¬ druckpumpe. Der Ausgang 40 kann, falls es sich bei der Hoch¬ druckpumpe um eine Kraftstoffhochdruckpumpe handelt, mit ei¬ nem gemeinsamen Hochdruckspeicher, dem so genannten Common Rail verbunden sein.
Im Anschluss an den Kompressionshub gibt der Steuerkolben 22 wieder die Zuleitung 21 frei. Die zweite Druckfeder 20 bewegt den zweiten Kolben 8 zurück in seine Ausgangsposition. Wäh¬ rend des Zurückbewegens erfolgt gleichzeitig ein Ansaugen von Fluid in den Zylinderraum 2. Anschließend beginnt wieder ein neuer Kompressionshub. 200413289
Während bei der Verwendung einer Exzenterwelle als Antriebs¬ welle 4 jeweils nur ein Förder-/Kompressionshub je Antriebs¬ wellenumdrehung erfolgt, kann bei der Verwendung einer No¬ ckenwelle als Antriebseinheit die Anzahl der Förder- /Kompressionshübe über die Anzahl der Nocken vorgegeben wer¬ den. Die Anzahl der Förder-/Kompressionshub entspricht dabei der Anzahl der Nocken 4a, 4b, 4c,... der Nockenwelle 4.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass in einem ers- ten Druckraum 6 zunächst über einen ersten Kolben 5 ein ers¬ ter Druck pl aufgebaut wird, der auf einen zweiten Kolben 8 wirkt, welcher mit einem Hochdruckkolben 3 in Wirkverbindung steht. Zwischen dem zweiten Kolben 8 und dem Hochdruckkolben 3 besteht eine Druckübersetzung, so dass ein geringer Druck im ersten Druckraum 6 ausreicht, um einen hohen Druck im Zy¬ linderraum 2 zu bewirken. Aufgrund dessen besteht nur eine geringe Belastung der Antriebswelle 4 sowie des ersten Kol¬ bens 5. Hierdurch wird die Lebensdauer der Hochdruckpumpe er¬ heblich erhöht.

Claims

200413289Patentansprüche
1. Hochdruckpumpe, mit einem Pumpengehäuse (1) und wenigs¬ tens einem Zylinderraum (2) in der ein Hochdruckkolben (3) hin- und her bewegbar angeordnet ist, wobei der An¬ trieb der Hochdruckpumpe über eine Antriebswelle (4) er¬ folgt, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Antriebswelle (4) mit einem ersten Kolben (5) in Wirkverbindung steht, welcher einen ersten
Druckraum (6) mit einem ersten Druck (p) beauf¬ schlagt,
- der erste Druckraum (6) mit einem zweiten Kolben
(8) in Wirkverbindung steht, welcher seinerseits in Wirkverbindung mit dem Hochdruckkolben (3) steht,
- der zweite Kolben (8) einen größeren Kolbendurch¬ messer aufweist als der Hochdruckkolben (3) .
2. Hochdruckpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (4) eine Nockenwelle mit wenigstens ei¬ nem am Umfang der Nockenwelle ausgebildeten Nocken (4a, 4b, 4c.) ist.
3. Hochdruckpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kolben (5) als Rollenstößel ausgebildet ist.
4. Hochdruckpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rollenstößel mittels eines ersten Federelements (11) in Anlage an die Nockenwelle gehalten wird.
5. Hochdruckpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (4) eine Exzenterwelle ist.
6. Hochdruckpumpe nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass 200413289
der erste Kolben (5) über einen Pleuel (12) mit der Ex¬ zenterwelle verbunden ist.
7. Hochdruckpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Druckraum (6) mit einem im Wesentlichen in- kompressibelen Druckfluid gefüllt ist.
8. Hochdruckpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckfluid dem ersten Druckraum (6) über eine Zulauf¬ leitung (13) zuführbar ist.
9. Hochdruckpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zulaufleitung (13) ein Rückschlagventil (14) auf¬ weist.
10. Hochdruckpumpe nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckfluid ein Schmieröl ist.
11. Hochdruckpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kolben (8) eine Dichtung (15) aufweist, welche den ersten Druckraum (6) gegenüber dem Zylinderraum (2) abdichtet.
12. Hochdruckpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kolben (8) als Stößelbecher ausgebildet ist.
13. Hochdruckpumpe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kolben (8) formschlüssig mit dem Hochdruckkol¬ ben (3) verbunden ist. 200413289
14. Hochdruckpumpe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Stößelbecher (8) eine T-Nut (17) aufweist, die mit einem am Hochdruckkolben (3) ausgebildeten Absatz (18) die formschlüssige Verbindung ausbildet.
15. Hochdruckpumpe nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die formschlüssige Verbindung des zweite Kolben (8) mit dem Hochdruckkolben (3) mittelbar über eine mit dem zwei¬ te Kolben (8) verbundene Aufnahmeeinheit (19) erzielt ist.
16. Hochdruckpumpe nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Pumpengehäuse (1) und dem zweite Kolben (8) ein zweites Federelement (20) angeordnet ist, welches ei¬ nem Kompressionshub des Hochdruckkolbens (3) entgegen¬ wirkt.
17. Hochdruckpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Förderstrom der Hochdruckpumpe über einen in einer Zulaufleitung (21) zum Zylinderraum (2) angeordneten Steuerkolben (22) steuerbar ist.
18. Hochdruckpumpe nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (22) über einen Piezo-Aktor (23) ansteu¬ erbar ist.
19. Hochdruckpumpe nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (22) in Öffnungsrichtung über ein drit¬ tes Federelement (24) mit einer Federkraft beaufschlagt ist.
20. Hochdruckpumpe nach Anspruch 4, 16 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement eine Druckfeder ist.
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