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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe, insbesondere eine Radial- oder Reihenkolbenpumpe. Speziell betrifft die Erfindung das Gebiet der Brennstoffpumpen für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen.
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Aus der
DE 10 2005 046 670 A1 ist eine Hochdruckpumpe für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine bekannt. Die bekannte Hochdruckpumpe weist ein Pumpengehäuse auf. In dem Pumpengehäuse ist ein Pumpenelement angeordnet, das einen durch eine Antriebswelle in einer Hubbewegung angetriebenen Pumpenkolben umfasst. Der Pumpenkolben ist in einer Zylinderbohrung eines Teils des Pumpengehäuses verschiebbar geführt und begrenzt in dieser einen Pumpenarbeitsraum. Der Pumpenkolben stützt sich mittelbar über einen hohlzylinderförmigen Stößel an der Antriebswelle ab, wobei der Stößel in einer Bohrung des Pumpengehäuses in Richtung der Längsachse des Pumpenkolbens verschiebbar geführt ist. Im Stößel ist in dessen der Antriebswelle zugewandtem Endbereich ein Stützelement eingesetzt, in dem eine Rolle drehbar gelagert ist, die auf dem Nocken der Antriebswelle abrollt. Die Drehachse der Rolle ist zumindest annähernd parallel zur Drehachse der Antriebswelle. Das Stützelement weist auf seiner der Antriebswelle zugewandten Seite eine Vertiefung auf, in der die Rolle gelagert ist.
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Die aus der
DE 10 2005 046 670 A1 bekannte Hochdruckpumpe hat den Nachteil, dass die Robustheit des Triebwerks der Hochdruckpumpe begrenzt ist. Entscheidend für die Robustheit des Triebwerks ist hierbei der sich einstellende Schmierspalt beziehungsweise Schmierfilm zwischen dem Stützelement und der Rolle. Wenn die Viskosität des Schmiermittels, insbesondere eines Dieselöls, durch den betriebsbedingten Temperaturanstieg abnimmt, dann nimmt sogleich das Lagerspiel zwischen der Rolle und dem Stützelement zu. Denn mit steigender Temperatur dehnen sich sowohl die Vertiefung des Stützelements als auch die Rolle aus, so dass auf Grund der Bauteildimensionen eine etwas größere, absolute Ausdehnung der Vertiefung des Stützelements als die Ausdehnung der Rolle erfolgt. Somit ergibt sich eine ungünstige Kombination der durch den Temperaturanstieg bedingten Effekte, nämlich einerseits der geringeren Viskosität und andererseits des vergrößerten Lagerspiels. Neben einem verschlechterten Laufverhalten der Rolle kommt es auch zu einer erhöhten Reibung und somit einem vergrößerten Verschleiß. Dies wirkt sich ungünstig auf die Lebensdauer des Triebswerks der Hochdruckpumpe aus.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Hochdruckpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass eine Lagerung der Laufrolle in dem Rollenschuh verbessert ist und somit die Robustheit des Triebwerks verbessert werden kann. Speziell ergibt sich der Vorteil, dass der Einfluss von Temperaturänderungen, die auch durch den Betrieb der Hochdruckpumpe bedingt sein können, auf die Funktionsweise der Hochdruckpumpe verringert sind.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Hochdruckpumpe möglich.
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In vorteilhafter Weise ist die Laufrolle zumindest teilweise aus einem Werkstoff gebildet, der einen größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist als ein Werkstoff, aus dem der Rollenschuh zumindest an seiner Lagerfläche ausgebildet ist. Die Laufrolle kann hierbei aus mehreren Teilen zusammengesetzt sein. Durch den Werkstoff mit größerem thermischen Ausdehnungskoeffizienten kann eine temperaturbedingte Spielvergrößerung des Lagerspiels verringert oder gegebenenfalls kompensiert oder überkompensiert werden. Somit kann in Bezug auf die mit steigender Temperatur erfolgende Verringerung der Viskosität des Schmierstoffs, insbesondere des Dieselbrennstoffs, eine ungünstige, deutliche Spielvergrößerung des Lagerspiels vermieden werden. Gegebenenfalls kann sogar eine Verringerung des Lagerspiels erreicht werden, was auf Grund der reduzierten Viskosität vorteilhaft ist.
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Vorteilhaft ist es auch, dass die Laufrolle einen Rollenkern aufweist und dass der Rollenkern aus einem Werkstoff gebildet ist, der einen größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist als der Werkstoff, aus dem der Rollenschuh zumindest an seiner Lagerfläche ausgestaltet ist. Hierbei ist es ferner vorteilhaft, dass die Laufrolle einen Rollenmantel aufweist, der den Rollenkern umgibt, und dass eine Rollenfläche der Laufrolle, an der die Laufrolle an der Lauffläche des Nockens läuft, an dem Rollenmantel ausgebildet ist. Speziell ist eine zweiteilige Ausgestaltung der Laufrolle aus dem Rollenkern und dem Rollenmantel möglich. Hierdurch können die Werkstoffeigenschaften in vorteilhafter Weise kombiniert werden. Speziell kann der Rollenmantel aus einem verschleißbeständigem Werkstoff gebildet sein, der an den Werkstoff des Rollenschuhs an seiner Lagerfläche angepasst ist. Der Werkstoff des Rollenkerns bedingt bei einem Temperaturanstieg dann eine gezielte Aufweitung der Laufrolle. Über die Dicke des Rollenmantels beziehungsweise den Durchmesser des Rollenkerns kann hierbei das Ausmaß der effektiven thermischen Ausdehnung des Durchmessers der gesamten Laufrolle vorgegeben sein. Der Rollenkern kann hierbei beispielsweise als bolzenförmiger Rollenkern ausgestaltet sein, der in eine axiale, zylinderförmige Aussparung des hohlzylinderförmigen Rollenmantels eingefügt ist. Hierdurch wird eine gleichmäßige temperaturbedingte Aufdehnung der Laufrolle an ihrer Rollenfläche ermöglicht.
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Der Rollenmantel besteht zum Beispiel aus einem gehärteten Edelstahl, insbesondere aus X30 CrMoN15 1. Der Rollenkern ist in vorteilhafter Weise aus Aluminium gebildet.
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Somit kann die Laufrolle in vorteilhafter Weise aus zwei Werkstoffen mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten ausgebildet sein. Bei einem Temperaturanstieg nimmt durch die temperaturbedingte Ausdehnung der Laufrolle und die temperaturbedingte Ausdehnung des Rollenschuhs ein Lagerspiel zwischen der Laufrolle und der Lagerfläche des Rollenschuhs in vorteilhafter Weise nicht zu, insbesondere sogar ab. Somit kann trotz der verringerten Viskosität des Schmierstoffs auf Grund des Temperaturanstiegs eine zuverlässige Lagerung der Laufrolle an dem Rollenschuh erfolgen, so dass ein Lagerverschleiß vermieden ist. Somit kann die Robustheit der Hochdruckpumpe verbessert werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
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1 eine Hochdruckpumpe in einer schematischen, axialen Schnittdarstellung entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine Hochdruckpumpe 1 in einer schematischen, axialen Schnittdarstellung entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Hochdruckpumpe 1 kann insbesondere als Radial- oder Reihenkolbenpumpe ausgestaltet sein. Speziell eignet sich die Hochdruckpumpe 1 als Brennstoffpumpe für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen. Ein bevorzugter Einsatz der Hochdruckpumpe 1 besteht für eine Brennstoffeinspritzanlage mit einer Brennstoffverteilerleiste, die Dieselbrennstoff unter hohem Druck speichert. Die erfindungsgemäße Hochdruckpumpe 1 eignet sich jedoch auch für andere Anwendungsfälle.
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Die Hochdruckpumpe 1 weist ein mehrteiliges Pumpengehäuse 2 auf. Das Pumpengehäuse 2 umfasst ein Gehäuseteil 3, einen mit dem Gehäuseteil 3 verbundenen Flansch 4 und einen mit dem Gehäuseteil 3 verbundenen Zylinderkopf 5. In dem Pumpengehäuse 2 ist eine Antriebswelle 6 angeordnet. Die Antriebswelle 6 ist einerseits an einem Lager 7, das an dem Flansch 4 vorgesehen ist, und andererseits an einem Lager 8, das an dem Gehäuseteil 3 vorgesehen ist, gelagert. Die Antriebswelle 6 weist einen Nocken 9 auf, der zwischen den beiden Lagern 7, 8 an der Antriebswelle 6 vorgesehen ist. Der Begriff des Nockens ist hierbei allgemein zu verstehen. Der Nocken 9 kann beispielsweise auch als Mehrfachnocken ausgestaltet sein. Ferner kann der Nocken 9 auch durch einen exzentrischen Abschnitt der Antriebswelle 6 gebildet sein.
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Die Hochdruckpumpe 1 weist eine Pumpenbaugruppe 15 auf, die im Wesentlichen im Bereich einer Bohrung 16 des Pumpengehäuses 2 angeordnet ist. Der Nocken 9 ist der Pumpenbaugruppe 15 zugeordnet. Hierbei können weitere Pumpenbaugruppen vorgesehen sein, die ebenfalls dem Nocken 9 zugeordnet sind. Außerdem ist es möglich, dass weitere Pumpenbaugruppen vorgesehen sind, denen weitere Nocken der Antriebswelle 6 zugeordnet sind. Je nach Ausgestaltung kann hierdurch eine Radial- oder Reihenkolbenpumpe 1 realisiert werden.
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Der Zylinderkopf 5 weist einen Ansatz 17 auf, der sich in die Bohrung 16 des Pumpengehäuses 2 erstreckt. Der Ansatz 17 weist eine Zylinderbohrung 18 auf, in der ein Pumpenkolben 19 der Pumpenbaugruppe 15 entlang einer Achse 20 der Pumpenbaugruppe 15 geführt ist. Die Achse 20 ist hierbei durch die Achse der Zylinderbohrung 18 definiert.
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Der Pumpenkolben 19 begrenzt in der Zylinderbohrung 18 einen Pumpenarbeitsraum 21. Hierbei ist ein Einlassventil 22 vorgesehen, über das Brennstoff in den Pumpenarbeitsraum 21 führbar ist, wenn der Pumpenkolben 19 entgegen einer Richtung 23 einen Saughub ausführt. Ferner ist ein Auslassventil 24 vorgesehen, über das unter hohem Druck stehender Brennstoff bei einem Förderhub des Pumpenkolbens 19 in der Richtung 23 in einen Brennstoffkanal 25 förderbar ist. Über den Brennstoffkanal 25 kann der unter hohem Druck stehende Brennstoff beispielsweise zu einer Brennstoffverteilerleiste geführt werden.
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Die Pumpenbaugruppe 15 weist einen hohlzylinderförmigen Stößelkörper 26 auf, der in der Bohrung 16 des Pumpengehäuses 2 entlang der Achse 20 geführt ist. In den Stößelkörper 26 ist ein Mitnahmeelement 27 eingesetzt, das sich einerseits an einem Absatz 28 des Stößelkörpers 26 abstützt und andererseits von einer Stößelfeder 29 beaufschlagt wird. Die Stößelfeder 29 umschließt hierbei den Ansatz 17 des Zylinderkopfes 5 abschnittsweise.
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In den hohlzylinderförmigen Stößel 26 ist außerdem ein Rollenschuh 30 eingesetzt. Das Mitnahmeelement 27 hält hierbei einen Kolbenfuß 31 des Pumpenkolbens 19 an dem Rollenschuh 30. Bei einem Förderhub in der Richtung 23 kann der Pumpenkolben 19 somit von dem Rollenschuh 30 betätigt werden.
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Der Rollenschuh 30 weist eine Lagerfläche 32 auf, die beispielsweise durch eine halb- oder teilzylinderförmige Ausnehmung in dem Rollenschuh 30 ausgestaltet sein kann. Die Lagerfläche 32 liegt dann auf einer Zylindermantelfläche. Es sind allerdings auch andere Ausgestaltungen der Lagerfläche 32 denkbar.
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Ferner weist die Pumpenbaugruppe 15 eine Laufrolle 33 auf, die von dem Rollenschuh 30 aufgenommen wird. Hierbei ist die Laufrolle 33 an der Lagerfläche 32 des Rollenschuhs 30 gelagert. Der Nocken 9 weist eine Lauffläche 34 auf, an der die Laufrolle 33 im Betrieb abrollt. Hierbei liegt die Laufrolle 33 mit ihrer Rollenfläche 35 an der Lauffläche 34 des Nockens 9 an. Wenn die Antriebswelle 6 um ihre Achse 36 rotiert, dann wird die Hubbewegung des Nockens 9 über die Laufrolle 33 und den Rollenschuh 30 auf den Pumpenkolben 19 übertragen. Somit kommt es zu einer periodischen Hubbewegung des Pumpenkolbens 19. Hierdurch wird unter hohem Druck stehender Brennstoff durch den Brennstoffkanal 25 gefördert. Die Laufrolle 33 rotiert hierbei um ihre Achse 37.
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Die Laufrolle 33 ist in diesem Ausführungsbeispiel zweiteilig ausgestaltet. Hierbei weist die Laufrolle 33 einen Rollenmantel 38 und einen Rollenkern 39 auf. Der Rollenmantel 38 ist zumindest näherungsweise als hohlzylinderförmiger Rollenmantel 38 ausgestaltet. Der Rollenkern 39 ist zumindest näherungsweise als zylinderförmiger Rollenkern 39 ausgestaltet. Speziell kann der Rollenkern 39 durch einen Bolzen 39 gebildet sein. Der Rollenkern 39 ist in den Rollenmantel 38 eingesetzt und auf geeignete Weise mit dem Rollenmantel 38 verbunden, beispielsweise durch Einpressen.
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Der Rollenkern 39 der Laufrolle 33 ist aus einem Werkstoff gebildet, der einen größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist als ein Werkstoff, aus dem der Rollenschuh 30 gebildet ist. Somit ist speziell der thermische Ausdehnungskoeffizient des Werkstoffs des Rollenkerns 39 größer als der thermische Ausdehnungskoeffizient des Werkstoffs des Rollenschuhs 30 an seiner Lagerfläche 32. Der Rollenkern 39 kann beispielsweise aus einem auf Aluminium basierenden Werkstoff gebildet sein. Speziell kann der Rollenkern 39 aus Aluminium bestehen. Der Rollenschuh 30 kann beispielsweise aus einem Stahl, insbesondere einem dotierten Stahl, ausgebildet sein.
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Im Betrieb der Hochdruckpumpe 1 kann es zu einem Temperaturanstieg kommen, bei dem insbesondere die Laufrolle 33 und der Rollenschuh 30 erwärmt werden. Somit kommt es zu einer thermischen Ausdehnung sowohl der Laufrolle 33 als auch des Rollenschuhs 30. Im Ausgangszustand besteht ein Lagerspiel zwischen der Laufrolle 33 und der Lagerfläche 32 des Rollenschuhs 30, das sich durch die Temperaturänderung ändern kann. Auf Grund der Bauteildimensionen würde bei gleichen Werkstoffen für den Rollenschuh 30 und die Laufrolle 33 das Lagerspiel mit der Temperatur zunehmen. Da der Werkstoff des Rollenkerns 39 einen größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist als der Werkstoff des Rollenschuhs 30 kommt es jedoch zu einer vergleichsweise größeren Ausdehnung der Laufrolle 33, insbesondere zu einer vergleichsweise größeren Zunahme des Durchmessers der Laufrolle 33 an ihrer Rollenfläche 35. Hierdurch kann eine durch die Temperaturerhöhung bedingte Zunahme des Lagerspiels reduziert, kompensiert oder sogar überkompensiert werden. Da mit zunehmender Temperatur auch die Viskosität des Schmiermittels, insbesondere des in einem Innenraum 40 des Pumpengehäuses 2 zur Schmierung vorgesehenen Dieselöls, zunimmt, kann auch eine Überkompensation vorteilhaft sein, bei der sich das Lagerspiel mit steigender Temperatur sogar verringert.
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Der Rollenmantel 38 der Laufrolle 33 ist in diesem Ausführungsbeispiel aus einem Werkstoff gebildet, der eine hohe mechanische Festigkeit aufweist. Hierdurch kann eine Belastbarkeit der Laufrolle 33 an der Rollenfläche 35 verbessert werden. Beispielsweise kann der Rollenmantel 38 aus einem gehärteten Edelstahl ausgebildet sein. Speziell kann der Rollenmantel 38 aus X30 CrMoN15 1 bestehen.
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Somit kann durch die zweiteilige Ausgestaltung der Laufrolle 33 zum einen eine hohe Belastbarkeit der Laufrolle 33 an ihrer Rollenfläche 35 und zum anderen eine gewisse Temperaturkompensation des Lagerspiels erreicht werden. Hierdurch steigert sich die Robustheit der Pumpenbaugruppe 15 der Hochdruckpumpe 1.
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Somit kann die Laufrolle 33 aus mehreren Werkstoffen mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten ausgebildet sein, wodurch die Eigenschaften von unterschiedlichen Werkstoffen in vorteilhafter Weise miteinander kombiniert werden können. Speziell kann erreicht werden, dass bei einem Temperaturanstieg durch die temperaturbedingte Ausdehnung der Laufrolle 33 und die temperaturbedingte Ausdehnung des Rollenschuhs 30 das Lagerspiel zwischen der Laufrolle 33 und der Lagerfläche 32 des Rollenschuhs 30 nicht zunimmt oder sogar abnimmt. Eine diesbezügliche Einstellung kann durch einen Durchmesser des Rollenkerns 39 beziehungsweise durch die Dicke des Rollenmantels 38 der Laufrolle 33 erfolgen.
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Somit kann die Laufrolle 33 in vorteilhafter Weise ganz oder zumindest teilweise aus zumindest einem Werkstoff gebildet sein, der einen größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist als der Werkstoff des Rollenschuhs 30. Die Laufrolle 33 kann hierbei gegebenenfalls auch aus einem einzigen Werkstoff und somit einteilig ausgestaltet sein. Somit kann in vorteilhafter Weise erreicht werden, dass eine temperaturbedingte Ausdehnung der Laufrolle 33 größer ist als eine temperaturbedingte Ausdehnung des Rollenschuhs 30 an seiner Lagerfläche 32.
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Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005046670 A1 [0002, 0003]
