WO2011003821A1 - Lagerung für eine radial-kolbenpumpe - Google Patents

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Andreas-Johann Bohr
Horst Steinbinder
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Definitions

  • the invention relates to a bearing for a radial piston pump according to the preamble of forming features of claim 1, and it is particularly advantageous in a high-pressure pump of a common rail Einsphtzsystems used for an internal combustion engine.
  • the high-pressure pumps currently used as standard in a common rail injection system have eccentric shafts with slide bearings.
  • bearing life problems arise from the increased stresses due to strained belt impacts as well as the additional high radial and axial accelerations from engine rotational nonuniformities.
  • ball bearings have some advantages over needle bearings, such as the smaller axial space, the lower friction in operation, the lower noise emission and the ability to transmit axial forces to some extent to be able to.
  • these conventional ball bearings have the disadvantage that they are less suitable for increased load and / or service life requirements for a given diameter due to the low load rating and because of a too small lubricant space in the camp.
  • a high-pressure pump is also required for a common-rail injection system and its pivotal mounting. dert that this axially as short as possible and can transmit relatively large radial forces and to a lesser extent axial forces with a long service life.
  • the object of the invention is to use a roller bearing in a high-pressure pump of a common-rail injection system which has a comparatively long service life, is suitable for high radial forces and can also transmit axial forces to a certain extent.
  • the invention is based on the finding that a ball roller bearing has a larger lubricant space compared to a conventional ball bearing with otherwise the same dimensions, which therefore has a larger lubricant space
  • Quantity of lubricant can be filled. This provides a lifetime extension with a relatively small axial space requirement in a high pressure pump of a
  • the ball rollers have in each case of the spherical shape deviating flattened and arranged parallel to each other side surfaces. As a result of this construction, it is achieved, in particular, that a smaller axial construction space than the conventional one is required for the rolling elements.
  • the axial space thus obtained is preferably used as an additional lubricant space.
  • the improved lubricant or grease supply allows a lower friction, which significantly increases the service life.
  • Ball roller bearings are known per se and shown and described in DE 43 34 195 A1. When filling the bearing with the ball rollers these are introduced axially to the bearing between the inner and outer ring.
  • the ball rollers are rotated by 90 °, so that their ball surface can roll in the roller tracks of the bearing rings.
  • Such ball roller bearings can be filled in comparison to conventional ball bearings with a larger number of ball rollers and therefore have the same radial dimensions to a higher load rating.
  • the dimensions of a ball roller bearing with respect to a conventional deep groove ball bearings may be lower, or it is possible to increase the fat reservoir with the same axial extent.
  • by optimizing the space available it is possible to integrate radial shaft seals into the bearing.
  • the single or multi-row ball roller bearing can be used preferably for one or both sides bearing a shaft and / or at least one pump plunger which rests on an eccentric of the shaft or an outer ring with an eccentrically formed inner ring of the ball roller bearing, the ball roller bearing at least one may have to shaft output directed sealing disc and an electric drive for the high pressure pump of a common rail injection system may be provided.
  • a high pressure pump 5 shown in the drawing of a common rail injection system has a shaft 12 with an eccentric 1 1, the longitudinal axis 17 is aligned eccentrically and axially parallel to the longitudinal axis 16 of the shaft 12.
  • the shaft 12 is mounted by means of a ball roller bearing 1 in the housing of the high-pressure pump 5, wherein an inner ring 2 of the ball roller bearing 1 sits firmly on the shaft 12 and an outer ring 3 is arranged in the housing of the high-pressure pump 5.
  • rolling ball rollers 4 are arranged, which are guided by a cage 13.
  • the ball rollers 4 each have flattened from the spherical shape and parallel to each other arranged side surfaces 6, 7, whereby compared to vollkugeligen rolling elements an axially enlarged lubricant space 10 is formed.
  • the comparison with conventional ball bearings enlarged lubricant reservoir prolongs the life of this bearing.
  • the ball roller bearing 1 is provided axially on both sides with sealing washers 14 and filled with grease.
  • the grease reservoir formed between the sealing washers 14 has a larger volume than conventional ball bearings, thereby increasing the bearing life.
  • An additional radial shaft seal 15 is shown in the drawing, but it may optionally be dispensed with, so as to save additional axial space, since the sealing discs 14 provide adequate sealing of the ball roller bearing 1 and a life-enhancing, sufficient supply of grease.
  • the intake valve 24 can be controlled by means of an electromagnet 25 keep open when there is no need for fuel delivery into the pressure line 27, so that the sucked fuel is fed back into the intake passage 23, while the pressure valve 26 remains closed.
  • an arranged on the opposite side of the eccentric 1 1 shaft end 20 may be stored in a plain bearing, a needle bearing 21 or in a ball roller bearing with smaller dimensions.
  • a provided with a cone and a threaded shaft extension 28 may be driven via a drive connection 29 directly from a shaft of an internal combustion engine or by an electric motor drive 9, the latter drive mode is shown only very schematically.

Abstract

Die Erfindung betrifft die Verwendung mindestens eines ein- oder mehrreihigen Kugelrollenlagers (1) in einer Hochdruckpumpe (5) eines Common-Rail-Einspritzsystems.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Lagerung für eine Radial-Kolbenpumpe Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Lagerung für eine Radial-Kolbenpumpe nach den oberbegriffsbildenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 , und sie ist insbesondere vorteilhaft in einer Hochdruckpumpe eines Common-Rail- Einsphtzsystems für einen Verbrennungsmotor einsetzbar.
Hintergrund der Erfindung
Die zurzeit serienmäßig zum Einsatz kommenden Hochdruckpumpen eines Common-Rail-Einsphtzsystems weisen Exzenterwellen mit Gleitlagern auf. Insbesondere bei Hochdruckpumpen für Common-Rail-Diesel-Einspritzsysteme ergeben sich Lagerlebensdauerprobleme aus den erhöhten Belastungen durch desaxierte Riemeneinwirkungen sowie die zusätzlichen hohen radialen und axialen Beschleunigungen aus den Motordrehungleichförmigkeiten. Für derartige Hochdruckpumpen werden auch als Kugellager und/oder Nadellager ausgebildete Wälzlager genutzt, wobei Kugellager gegenüber Nadellagern einige Vorteile aufweisen, etwa den geringeren axialen Bauraum, die geringere Rei- bung im Betrieb, die geringere Geräuschemission und die Fähigkeit, auch Axialkräfte in gewissem Umfang übertragen zu können. Diese konventionellen Kugellager haben jedoch den Nachteil, dass sie bei vorgegebenem Durchmesser aufgrund der zu geringen Tragzahl sowie wegen eines zu geringen Schmiermittelraumes im Lager für erhöhte Last- und/oder Lebensdaueranforde- rungen weniger geeignet sind.
Wie bei allen Anwendungen im Fahrzeugbau wird auch von einer Hochdruckpumpe für ein Common-Rail-Einsphtzsystem und deren Drehlagerung gefor- dert, dass diese axial möglichst kurz baut und vergleichsweise große Radialkräfte sowie in geringerem Umfang auch Axialkräfte bei langer Lebensdauer übertragen kann. Aufgabe der Erfindung
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einer Hochdruckpumpe eines Common-Rail-Einsphtzsystems ein Wälzlager einzusetzen, das eine vergleichsweise lange Lebensdauer aufweist, für hohe Radi- alkräfte geeignet ist und in gewissem Umfang auch Axialkräfte übertragen kann.
Zusammenfassung der Erfindung Die Lösung dieser Aufgabe besteht in der Verwendung mindestens eines ein- oder mehrreihigen Kugelrollenlagers in einer Hochdruckpumpe eines Common- Rail-Einsphtzsystems.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein Kugelrollenlager gegen- über einem konventionellen Kugellager bei ansonsten gleichen Abmessungen einen größeren Schmiermittelraum aufweist, der daher mit einer größeren
Schmiermittelmenge befüllbar ist. Dies sorgt für eine Lebensdauerverlängerung bei einem relativ kleinen Axialplatzbedarf in einer Hochdruckpumpe eines
Common-Rail-Einsphtzsystems. Zudem können durch die Kugelrollen in gewis- sem Umfang auch Axialkräfte übertragen werden und diese weisen im Betrieb eine geringere Reibung auf als Nadellager.
Die Kugelrollen weisen jeweils von der Kugelform abweichend abgeflachte sowie parallel zueinander angeordnete Seitenflächen auf. Durch diesen Aufbau wird insbesondere erreicht, dass für die Wälzkörper ein geringerer axialer Bau- räum als konventionell benötigt wird. Der so gewonnene axiale Bauraum wird bevorzugt als zusätzlicher Schmiermittelraum genutzt. Die verbesserte Schmiermittel- bzw. Fettversorgung erlaubt eine geringere Reibung, wodurch die Lebensdauer deutlich erhöht wird. Kugelrollenlager sind an sich bekannt und in der DE 43 34 195 A1 dargestellt sowie beschrieben. Bei Befüllen des Lagers mit den Kugelrollen werden diese axial zum Lager zwischen Innen- und Außenring eingeführt. Wenn sich ihr Mit- telpunkt auf der Höhe der Rollbahnenachse befindet, werden die Kugelrollen um 90° gedreht, so dass ihre Kugeloberfläche in den Rollbahnen der Lagerringe abrollen kann. Derartige Kugelrollenlager lassen sich im Vergleich zu herkömmlichen Kugellagern mit einer größeren Anzahl Kugelrollen befüllen und weisen daher bei gleichen radialen Abmessungen eine höhere Tragzahl auf. In axialer Richtung können die Abmessungen eines Kugelrollenlagers gegenüber einem üblichen Rillenkugellager geringer sein, oder es ist möglich, bei gleicher axialer Ausdehnung das Fettreservoir zu erhöhen. Des Weiteren besteht durch Bauraumoptimierung die Möglichkeit der Integration von Radialwellendichtun- gen in das Lager.
Im Vergleich zu einem bauraumgleichen Rillenkugellager ergibt sich durch die Verwendung eines Kugelrollenlagers eine Steigerung der Lagerlebensdauer durch Erhöhung der Kugelanzahl und eine Steigerung der Fettgebrauchsdauer durch Schaffung eines größeren Fettreservoirs. Ebenso ist es möglich, durch die Verwendung eines Kugelrollenlagers unter Beibehaltung der Lagerlebensdauer die Lagerherstellkosten durch Optimierung der Bauraumverhältnisse durch eine Verminderung des Bauraums in radialer und axialer Richtung herabzusetzen. Gegenüber Gleitlagern und Nadellagern lässt sich ferner durch die Herabsetzung der Reibungsverluste eine Kraftstoffersparnis erreichen.
Das ein- oder mehrreihige Kugelrollenlager lässt sich vorzugsweise zur ein- oder beidseitigen Lagerung einer Welle und/oder wenigstens eines Pumpenstößels, der an einem Exzenter der Welle oder einem Außenring des mit einem exzentrisch ausgebildeten Innenring des Kugelrollenlagers anliegt, verwenden, wobei das Kugelrollenlager wenigstens eine zum Wellenausgang gerichtete Dichtscheibe aufweisen kann und ein elektrischer Antrieb für die Hochdruckpumpe eines Common-Rail-Einspritzsystems vorgesehen sein kann. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die einzige beiliegende Zeichnung zeigt dabei einen Querschnitt durch eine Hochdruckpumpe eines Common-Rail-Einspritzsystems.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Eine in der Zeichnung dargestellte Hochdruckpumpe 5 eines Common-Rail- Einspritzsystems weist eine Welle 12 mit einem Exzenter 1 1 auf, dessen Längesachse 17 exzentrisch sowie achsparallel zur Längsachse 16 der Welle 12 ausgerichtet ist.
Die Welle 12 ist mittels eines Kugelrollenlagers 1 im Gehäuse der Hochdruck- pumpe 5 gelagert, wobei ein Innenring 2 des Kugelrollenlagers 1 fest auf der Welle 12 sitzt und ein Außenring 3 im Gehäuse der Hochdruckpumpe 5 angeordnet ist. Zwischen den beiden Lagerringen 2, 3 sind in Laufbahnen abrollende Kugelrollen 4 angeordnet, die von einem Käfig 13 geführt sind. Die Kugelrollen 4 weisen jeweils von der Kugelform abweichend abgeflachte sowie paral- IeI zueinander angeordnete Seitenflächen 6, 7 auf, wodurch gegenüber vollkugeligen Wälzkörpern ein axial vergrößerter Schmiermittelraum 10 gebildet ist. Das gegenüber konventionellen Kugellagern vergrößerte Schmiermitteldepot verlängert die Lebensdauer dieses Wälzlagers 1 . Auf die radiale Außenseite des Exzenters 1 1 wirkt ein Pumpenstößel 8, der auf dem Exzenter 1 1 mittels eines Gleitschuhs 18 geführt ist, so dass der Pumpenstößel 8 bei einer Drehbewegung der Welle 12 aufgrund der exzentrischen Anordnung des Exzenters 1 1 gegen die Kraft einer Feder 19 radial nach außen bzw. nach innen bewegt wird und so über eine Ansaugleitung 23 und ein An- Säugventil 24 Kraftstoff in einen Druckraum 22 ansaugt sowie über ein Druckventil 26 und eine Druckleitung 27 in einen nicht dargestellten Druckbehälter fördert. Das Kugelrollenlager 1 ist axial beidseitig mit Dichtscheiben 14 versehen und mit Schmierfett gefüllt. Das zwischen den Dichtscheiben 14 gebildete Schmierfettreservoir weist ein größeres Volumen als bei herkömmlichen Kugellagern auf, so dass dadurch die Lagerlebensdauer erhöht ist.
Eine zusätzliche Radialwellendichtung 15 ist in der Zeichnung dargestellt, jedoch kann gegebenenfalls darauf verzichtet werden, um so zusätzlichen axialen Bauraum einzusparen, da die Dichtscheiben 14 für eine ausreichende Abdichtung des Kugelrollenlagers 1 und einen die Lebensdauer erhöhenden, aus- reichenden Schmierfettvorrat sorgen.
Das Ansaugventil 24 lässt sich gesteuert mittels eines Elektromagneten 25 offen halten, wenn kein Bedarf an einer Kraftstoffförderung in die Druckleitung 27 besteht, so dass der angesaugte Kraftstoff in die Ansaugleitung 23 zurückgefördert wird, während das Druckventil 26 geschlossen bleibt.
Da das Kugelrollenlager 1 die Hauptbelastung durch den Antrieb der Hochdruckpumpe 5 und den Exzenter 1 1 aufnimmt, kann ein auf der entgegengesetzten Seite des Exzenters 1 1 angeordnetes Wellenendstück 20 in einem Gleitlager, einem Nadellager 21 oder auch in einem Kugelrollenlager mit geringeren Abmessungen gelagert sein.
Ferner ist es möglich, auf der Welle 12 statt des Exzenters 1 1 ein Kugelrollenlager anzuordnen, das einen auf der Welle 12 befestigten exzentrischen Innen- ring aufweist, während der stillstehende Außenring mit dem Pumpenstößel 8 zusammenwirkt.
Ein mit einem Konus und einem Gewinde versehener Wellenansatz 28 kann über eine Antriebsverbindung 29 direkt von einer Welle einer Brennkraftmaschine oder durch einen elektromotorischen Antrieb 9 angetrieben sein, wobei die letztere Antriebsweise nur sehr schematisch dargestellt ist. Bezugszeichenliste
Kugelrollenlager
Innenring
Außenring
Kugelrolle
Hochdruckpumpe
Seitenfläche
Seitenfläche
Pumpenstößel
Elektromotorischer Antrieb
Schmiermittelraum
Exzenter
Welle
Käfig
Dichtscheibe
Radialwellendichtung
Längsachse der Welle 12
Achse des Excenters 1 1
Gleitschuh
Feder
Wellenendstück
Zweites Wellenlager, Nadellager
Druckraum
Ansaugleitung
Ansaugventil
Elektromagnet
Druckventil
Druckleitung
Wellenansatz
Antriebsverbindung

Claims

Patentansprüche
1. Verwendung mindestens eines ein- oder mehrreihigen Kugelrollenlagers (1 ) in einer Hochdruckpumpe (5) eines Common-Rail-Einsphtz- Systems.
2. Verwendung des oder der Kugelrollenlager (1 ) nach Anspruch 1 zur ein- oder beidseitigen Lagerung einer Welle (12) und/oder wenigstens eines Pumpenstößels (8), der an einem Exzenter (1 1 ) der Welle (12) oder einem Außenring (3) des mit einem exzentrisch ausgebildeten Innenring (2) versehenen Kugelrollenlagers (1 ) anliegt.
3. Verwendung nach Anspruch 1 oder 2 mit einer Hochdruckpumpe (5) eines Common-Rail-Einspritzsystems mit einem elektromotorischen Antrieb (9, 29).
4. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 eines Kugelrollenlagers (1 ) mit wenigstens einer zum Wellenausgang (28) gerichteten Dichtscheibe (14).
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