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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffhochdruckpumpe einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruchs 1.
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Derartige Hochdruckpumpen sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. Sie werden in Kraftfahrzeugen insbesondere dazu eingesetzt, Kraftstoff, vorzugsweise Dieselkraftstoff, in einen Hochdruckspeicher zu fördern, von wo aus der Kraftstoff unter hohem Druck in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Hierzu weist eine solche Hochdruckpumpe eine Antriebswelle mit einem Nocken- oder Exzentertrieb auf, mittels derer ein Pumpenkolben wenigstens eines Pumpenelementes zu einer Hubbewegung angetrieben wird. Im Saughub des Pumpenkolbens wird Kraftstoff aus einem Niederdruckbereich angesaugt und im Förderhub des Pumpenkolbens im Pumpenarbeitsraum verdichtet, um dann unter hohem Druck stehend dem Hochdruckspeicher zugeführt zu werden.
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Aufgrund der hohen Förderdrücke besteht bei derartigen Pumpen regelmäßig das Problem, dass große Kräfte, und zwar radial, als auch axial wirksame Kräfte in Bezug auf die Antriebswellenlängsachse auf die Antriebswelle einwirken, welche durch die Lageranordnungen der Antriebswelle aufgenommen werden müssen.
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Stand der Technik
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Eine Hochdruckpumpe der eingangs genannten Art geht beispielsweise aus der Patentschrift
DE 198 56 351 C1 hervor, die eine Radialkolbenpumpe betrifft. Die hierin angegebene Radialkolbenpumpe weist ein Pumpengehäuse mit wenigstens einer Axiallagerscheibe oder einem Anlaufring für die Antriebswelle auf. Um die Axiallagerscheibe bzw. den Anlaufring drehfest mit dem Pumpengehäuse zu verbinden ist umfangseitig an der Axiallagerscheibe bzw. an dem Anlaufring wenigstens eine Nase ausgebildet, die in eine entsprechende Ausnehmung des Gehäuses einsetzbar ist, so dass eine formschlüssige Verbindung zumindest in Drehrichtung der Antriebswelle bewirkt wird. Um die Axiallagerscheibe oder den Anlaufring bei der Montage der Hochdruckpumpe verliersicher zu halten, werden des Weiteren verschiedene Verbindungselemente vorgeschlagen, mittels derer die Axiallagerscheibe oder der Anlaufring mit dem Pumengehäuse zusätzlich verbunden werden können. Zur Lagerung der Antriebswelle sind ferner Flanschbuchsen vorgesehen, mittels derer die Antriebswelle sowohl radial, als auch axial am Pumpengehäuse abgestützt ist. Der sich jeweils nach radial außen erstreckende Flansch der beiden sich gegenüberliegenden Flanschbuchsen überdeckt dabei ganz oder zumindest teilweise die zwischen Gehäuse und Flanschbuchse liegende Axiallagerscheibe bzw. den zwischen Gehäuse und Flanschbuchse liegenden Anlaufring.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Hochdruckpumpe der eingangs gennanten Art bereit zu stellen, die eine zumindest in Axialrichtung wirksame Lageranordnung aufweist, die weniger verschleißanfällig ist und somit eine lange Lebensauder aufweist. Zudem soll die Hochdruckpumpe einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar sein.
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Zur Lösung der Aufgabe wird eine Hochdruckpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen angegeben.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorgeschlagene Kraftstoffhochdruckpumpe weist ein Pumpengehäuse auf, in dem zur Betätigung wenigstens eines im Pumpengehäuse angeordneten Pumpenelementes eine Antriebswelle mit einem Nocken- oder Exzentertrieb aufgenommen und drehbar um eine Antriebswellenlängsachse gelagert ist. Zur Aufnahme und drehbaren Lagerung der Antriebswelle umfasst das Pumpengehäuse zudem ein als Flansch ausgebildetes Gehäuseteil mit einer Lagerbohrung. Erfindungsgemäß sind am Pumpengehäuse und/oder am Gehäuseteil Anlaufflächen aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung für die Antriebswelle ausgebildet. Da in der Regel Stahlwellen als Antriebswellen Einsatz finden, ergibt sich aufgrund der Materialpaarung Stahl und Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung, dass im Kontaktbereich der Antriebswelle mit den Anlaufflächen weniger Schäden, beispielsweise durch Fressen, entstehen. Dies setzt jedoch voraus, dass die Antriebswelle bzw. der Nocken- oder Exzentertrieb der Antriebswelle und die Anlaufflächen einen gemeinsamen Kontaktbereich aufweisen. Weniger Schäden bzw. ein geringerer Verschleiß an den Kontakflächen bedeutet zudem, dass die Lebensdauer der Hochdruckpumpe steigt. Zudem kann auf ein zusätzliches Flanschbauteil verzichtet werden, wodurch der Aufbau der Pumpe vereinfacht und die Herstellung kostengünstiger wird.
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Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform sind die Anlaufflächen aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung Bestandteil des Pumpengehäuses und/oder des Gehäuseteils. Das heißt, dass vorzugsweise zumindest eine den Pumpeninnenraum begrenzende Oberfläche des Pumpengehäuses und/oder des Gehäusesteils als Anlauffläche ausgebildet ist. Das heißt ferner, dass das Pumpengehäuse und/oder das Gehäuseteil zumindest im Bereich dieser Anlauffläche aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehen.
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Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Anlaufflächen aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung Bestandteil einer Axiallagerscheibe und/oder eines Anlaufringes, die bzw. der mit dem Pumpengehäuse oder dem Gehäuseteil verbunden ist. In diesem Fall kann das Pumpengehäuse und/oder das Gehäuseteil selbst aus einem anderen Werkstoff als Aluminium bzw. als eine Aluminiumlegierung bestehen, da zumindest im Bereich des Axiallagers die Antriebswelle keinen direkten Kontakt zum Pumpengehäuse und/oder zum Gehäuseteil besitzt. Ergänzend wird daher für die Ausbildung des Radiallagers vorgeschlagen, in die jeweilige Lagerbohrung des Pumpengehäuses und/oder des Gehäuseteils zur Aufnahme der Antriebswelle eine Gleitlagerbuchse einzusetzen. Dadurch kann auch der Verschleiß im Bereich der Lagerbohrungen verringert und die Lebensdauer der Hochdruckpumpe verlängert werden.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass die Anlaufflächen Nuten als Schmiermittelreservoir aufweisen. Durch die Nuten wird sichergestellt, dass dauerhaft ausreichend Schmiermittel zur Schmierung der Kontaktflächen im Kontaktbereich der Antriebswelle mit den Anlaufflächen zur Verfügung steht. Die Schmierung wirkt ebenfalls der Gefahr des Fressens im Kontaktbereich entgegen, so dass auch diese Maßnahme dazu beiträgt, dass der Verschleiß verringert und die Lebensdauer der Hochdruckpumpe verlängert werden.
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Vorzugsweise sind die Nuten der Anlaufflächen in Bezug auf die Antriebswellenlängsachse radial verlaufend ausgebildet. Radial verlaufende Nuten gewährleisten eine gleichmäßige Verteilung des aus den Schmiermittelreservoirs bezogenen Schmiermittels, da die Bewegungsrichtung der Antriebswelle quer hierzu verläuft. Zudem begünstigt diese Anordnung den Eintritt weiteren Schmiermittels vom Pumpeninnenraum in die Nuten zur Schmierung der Lager- bzw. Anlaufflächen.
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Des Weiteren bevorzugt sind die Nuten der Anlaufflächen in gleichem Winkelabstand α zueinander angeordnet, wobei der Winkelabstand α vorzugsweise ≤ 90° beträgt. Das heißt, dass wenigstens vier radial verlaufende Nuten an einer Axiallagerscheibe und/oder an einem Anlaufring angeordnet sind. Es können jedoch auch mehr als vier Nuten sein, um das Schmiermittelreservoir zu erhöhen.
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Da die Anlaufflächen sowohl Bestandteil der Axiallagerscheiben und/oder Anlaufringe, als auch Bestandteil des Pumpengehäuses und/oder des Gehäuseteils sein können, kann auch das Pumpengehäuse und/oder das Gehäuseteil entsprechende Nuten aufweisen. Die Nuten sind dann direkt in die als Anlauffläche dienende Oberfläche des Pumpengehäusese bzw. des Gehäuseteils eingebracht.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bestehen das Pumpengehäuse und/oder das Gehäuseteil vollständig aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Auf die Anordnung separater Axiallagerscheiben und/oder Anlaufringe kann dann verzichtet werden, wodurch sich die Anzahl der Bauteile weiter verringert. Es kann auch wahlweise nur das Pumpengehäuse oder nur das Gehäuseteil aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehen, um die vorteilhafte Materialpaarung zumindest in einem Lagerberich zu nutzen. Der jeweils andere Lagerbereich kann dann zusätzlich eine Axiallagerscheibe oder einen Anlaufring, vorzugsweise ebenfalls aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehend, aufweisen. Die vorteilhafte Materialpaarung ergibt sich demnach auch hier. Es können aber auch eine herkömmliche Axiallagerscheibe oder ein herkömmlicher Anlaufring, beispielsweise aus phophatisiertem Stahl eingesetzt werden, deren Oberfläche ggf. mit einem Gleitmaterial versehen ist.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen Teilschnitt durch eine erfindungsgemäße Hochdruckpumpe im Bereich der Lagerung der Antriebswelle, wobei oberhalb der Antriebswellenlängsachse eine erste Variante und unterhalb der Achse eine zweite Variante dargestellt sind und
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2 eine Draufsicht auf eine Axiallagerscheibe bzw. einen Anlaufring einer Hochdruckpumpe gemäß 1.
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In der 1 sind gleich mehrere Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe dargestellt. Eine erste Ausführungsform zeigt die Darstellung oberhalb der Antriebswellenlängsachse 4 und eine zweite Ausführungsform die Darstellung unterhalb dieser Achse 4. Der Unterschied zwischen diesen beiden Ausführungsformen besteht darin, dass oberhalb der Achse 4 die Anlaufflächen 7, 8 jeweils direkt am Pumpengehäuse 1 bzw. am Gehäuseteil 5 ausgebildet sind, während unterhalb der Achse 4 die Anlaufflächen 7, 8 an einer separaten Axiallagerscheibe 9 bzw. an einem separaten Anlaufring 10 ausgebildet sind. Im Übrigen enthält die 1 zwei weitere Ausführungsformen, die sich von den beiden zuvor genannten dadurch unterscheiden, dass eine Axiallagerscheibe 9 oder ein Anlaufring 10 entweder nur am Pumpengehäuse 1 oder nur an dem Gehäuseteil 5 vorgesehen ist.
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Alle vier vorstehend genannten Ausführungsformen haben gemeinsam, dass die Anlaufflächen 7, 8 jeweils aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehen, um insbesondere in Kombination mit einer Stahlwelle als Antriebswelle 2 eine günstige Materialpaarung zu bewirken. Denn die Paarung Stahl/Aluminium neigt weniger zu Fressern, so dass ein geringer Verschleiß im Bereich der Lager der Antriebswelle 2 bzw. des Nockentriebs 3 der Antriebswelle 2 und damit eine lange Lebendauer der Hochdruckpumpe zu erwarten sind.
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Der Nockentrieb 3 dient der Betätigung wenigstens eines radial zur Antriebswellenlängsachse 4 angeordneten Pumpenelementes, das in der Darstellung der 1 einen über einen Stößelkörper 12 und einer Rolle 13 am Nockentrieb 3 abgestützten Pumpenkolben 14 umfasst.
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Zur Aufnahme der Antriebswelle 2 weist das als Flansch ausgebildete Gehäuseteil 5 eine Lagerbohrung 6 auf, in welche eine Gleitlagerbuchse 15 eingesetzt ist. Eine weitere Gleitlagerbuchse 16 ist in einer im Pumpengehäuse 1 ausgebildeten Lagerbohrung eingesetzt. Die Gleitlagerbuchsen 15, 16 bilden jeweils ein Gleitlager aus, so dass die Drehbewegung der Antriebswelle 2 reibungsarm und demnach verschleißarm erfolgt. In einer Richtung quer zu den Gleitlagerbuchsen 15, 16 tragen die aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehenden Anlaufflächen 7, 8 zur Ausbildung eines verschleißarmen Lagers bei. Diese Wirkung wird dadurch verstärkt, dass die Anlaufflächen 7, 8 der Axiallagerscheibe 9 und des Anlaufrings 10 Nuten 11 aufweisen, die radial in gleichem Winkelabstand α zueinander angeordnet sind. Vorliegend beträgt der Winkelabstand 90°, so dass insgesamt vier Nuten 11 vorgesehen sind (siehe 2). Die Anzahl der Nuten 11 ist beispielhaft gewählt und kann auch mehr oder weniger betragen. Ferner können auch die Anlaufflächen 7, 8 direkt am Pumpengehäuse 1 oder Gehäuseteil 5 Nuten 11 aufweisen (siehe 1, oberhalb der Achse 4, gestrichelte Linie hinter der Anlauffläche 7 am Gehäuseteil 5).
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Die Darstellung der 1 macht deutlich, dass der Erfindungsgedanke in vielfältiger Weise realisierbar ist. Die Erfindung ist somit nicht auf die dargestellten Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe beschränkt. Zudem können die in 2 dargestellten Nuten 11 auch in anderer Form oder Anordnung in einer Anlauffläche 7, 8 ausgebildet sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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