EP2035701B1 - Kolbenpumpe - Google Patents
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- EP2035701B1 EP2035701B1 EP07729697A EP07729697A EP2035701B1 EP 2035701 B1 EP2035701 B1 EP 2035701B1 EP 07729697 A EP07729697 A EP 07729697A EP 07729697 A EP07729697 A EP 07729697A EP 2035701 B1 EP2035701 B1 EP 2035701B1
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Classifications
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- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
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- F04B1/053—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders in star- or fan-arrangement with actuating or actuated elements at the inner ends of the cylinders
Definitions
- the invention relates to a direct-injection internal combustion engine having a high-pressure fuel supply to the internal combustion engine piston pump having a pump housing and a drive shaft for actuating one or more pump plunger, which are aligned with respect to the drive shaft radially in the pump housing, wherein the drive shaft at one or more bearings, the run between a shaft inlet opening of the pump housing and the shaft input opening opposite the housing rear wall, rotatably mounted and co-axially rotatably connected to a serving for the actuation of intake and / or exhaust valves of the internal combustion engine camshaft.
- Piston pumps for injection systems of internal combustion engines are known in various configurations in the prior art. So goes for example from the DE 102 08 574 A1 a radial piston pump forth, which has a arranged on an eccentric portion of the drive shaft cam ring as a drive element for the pump plunger.
- the drive shaft is rotatably mounted in the pump housing via a ball bearing arranged in the shaft input opening and in the region of the housing rear wall in a sliding bearing.
- An exemplary embodiment of the piston pump common feature is that in each case arranged in the region of the rear housing bearing requires an end-side shaft journal of the drive shaft, which connects to the actual drive element in the form of eccentrically mounted cam ring or the cam.
- the axial space required by the shaft journal can be critical with regard to the pump length when the piston pump is arranged in the cylinder head region of the internal combustion engine. This is in addition to the permanent endeavor to make the engine compact and space-saving, currently also justified in that the required to meet more stringent pedestrian protection clearance between the hood of a vehicle on the one hand and the built-in vehicle internal combustion engine including its attachments on the other hand is unconditionally adhered.
- the piston pump of this document is also an embodiment without its own drive shaft, which may be used in conjunction with an extended camshaft which is already sufficiently stable in the internal combustion engine.
- a piston pump driven by the drive shaft of an electric motor wherein the drive shaft is mounted on a support shaft extending from the rear wall of the pump housing.
- the piston pump and the electric motor form a motor-pump unit for electronically controlled braking systems of motor vehicles.
- the present invention has the object, a piston pump of the type mentioned in terms of the shortest possible length with the best possible stability of the drive shaft bearing and simultaneous weight savings educate so that the cited disadvantages or design limitations are avoided by simple means.
- this object is achieved in that the one bearing point between an inner circumferential surface of a hollow cylindrical portion of the drive shaft and an outer circumferential surface of an outgoing from the rear wall of the housing and extending into the hollow cylindrical portion bearing journal runs. Accordingly, the overall length of the piston pump can be significantly reduced while reducing weight, that the arranged in the rear of the housing bearing point is moved into the interior of the hollow cylindrical portion of the drive shaft and thus the usually provided and the length of the piston pump significantly influential journals including the adjacent construction for the Storage facility deleted.
- the bearing point is at the same time ensures that the storage quality of the drive shaft in the pump housing over conventional bearings at least maintained or, as will be explained below, even significantly improved.
- the bearing journal should be formed integrally with the pump housing. While this is another post to reduce the length of the piston pump supplies, it is of course also possible to attach the bearing pin as a separate, optionally also hollow cylindrical component to the rear wall. This attachment can be done via the known connection techniques, such as press-fitting, screwing in, or screwing, welding, gluing, soldering, riveting, etc. in case of required sealing against lubricant leakage from the pump housing.
- the drive shaft is intended to be co-axially co-axially connected to a camshaft serving to actuate intake and / or exhaust valves of the internal combustion engine.
- a camshaft serving to actuate intake and / or exhaust valves of the internal combustion engine.
- the rotary joint between the drive shaft and the camshaft can be designed according to a first advantageous variant as a form-fitting coupling, in which the drive shaft has a continuous longitudinal opening, in which the hollow cylindrical portion and an adjacent thereto inner longitudinal toothing extends with an external longitudinal toothing on one of Piston pump facing end portion of the camshaft is engaged.
- At least one radial needle bearing which consists of at least a needle ring with a cage and guided therein needles.
- the inner circumferential surface of the hollow cylindrical portion of the drive shaft can serve as an outer raceway for the needles.
- the outer raceway of one or two radially inwardly extending and integrally formed with the drive shaft shoulders, which serve as axial contact surfaces for the needles be limited on one side or on both sides.
- the radial needle bearing is formed as a needle sleeve with a thin-walled, inserted into the inner circumferential surface of the hollow cylindrical portion of the drive shaft outer ring.
- the outer ring serving as an outer raceway for the needles inner lateral surface and two radially inwardly extending and serving as an axial thrust surface for the cage shoulders on.
- the inner raceway for the needles should be formed by a trained on the outer circumferential surface of the journal inner ring. This represents a cost-effective option for the required finishing and hardening of the outer circumferential surface of the bearing journal, when the outer circumferential surface is provided directly as an inner raceway for the needles.
- the needle sleeve and the thin-walled inner ring should form a structural unit in that the outer ring of the needle sleeve is surrounded axially by two shoulders which extend radially outwards and are integrally formed with the inner ring.
- the two radially outwardly extending shoulders of the thin-walled inner ring can also serve as axial contact surfaces for the cage of the needle ring.
- a particularly cost-effective axial securing of the inner ring on the bearing journal is further provided by an end-face and radially outward caulking of the bearing journal, which covers the inner ring at least partially radially.
- the material produced during caulking, frontal Materialaufin the journal may be formed either locally, point or segment-shaped or annular circumferentially.
- the one bearing a radial-axial bearing with the needle ring and adjacent to the needle ring arranged and preferably designed as angular contact ball bearings comprise Axial anymorelzlager, wherein the radial-axial bearing combined to one of the drive shaft and the journal separately manufactured unit is.
- this particularly space-saving unit can be designed both for receiving axial forces in one direction and in both directions.
- the second bearing comprises an axial roller bearing.
- the axial rolling bearing can be designed as a ball bearing arranged in the shaft inlet opening of the pump housing, wherein the inner raceway for the balls is formed by a circumferential groove on an outer shell section of the drive shaft extending in the shaft inlet opening.
- the Axial maybelzlager may also be formed as at least one cage and needles guided therein axial needle bearing and disposed between the rear wall of the housing and one of the rear wall facing the annular end face of the drive shaft.
- the thrust roller bearing disposed on the second bearing can be extremely narrow due to the comparatively small axial forces on the drive shaft building, weight-saving and cost-effective. So it is possible in the embodiment as a ball bearing, for example, that this has only three balls at low, yet sufficient load rating.
- a particularly space-saving and cost-effective storage of the drive shaft via separate radial needle bearings and axial needle bearings can also be done via the design of the mounted on the journal inner ring.
- the inner ring should be thin-walled and, starting from the inner raceway for the needles of the radial needle bearing, have a stepped in the direction of the rear wall of the housing enlarging diameter.
- the inner raceway goes over into a shoulder, which faces away from the rear wall with the ring end face as an axial contact surface for the cage of the radial needle bearing and centered with its outer circumferential surface of the cage of the Axialnadellagers.
- the shoulder should pass into a radially extending outwardly between the rear wall of the housing and the annular end face of the drive shaft collar, which serves as a housing-side raceway for the needles of the Axialnadellagers.
- the inner ring on its side opposite the collar end side has a radially inwardly extending and the bearing journal frontally cross-collar.
- Such a collar serves as a counter surface for a mounting tool and facilitates the sliding of the inner ring on the bearing pin.
- the drive shaft of a hardened bearing steel grade C16, 16MnCr5, C45, Cf53, C80 or 100Cr6 exist. This not only the required wear resistance in Cam-pump plunger contact ensured, but the materials mentioned are also ideal for the optionally arranged directly on the drive shaft rolling element raceways.
- lubricant of a bearing at least one drive shaft transversely passing through hole, which opens in the region of a bearing and serves as a lubricant channel. While one or more such holes are basically also suitable for supplying lubricant to plain bearings, they represent a particularly effective and cost-effective way of supplying the aforesaid roller bearings with pressureless spray oil or oil mist.
- the lubricant which is required for lubricating the pump tappets, then passes over the comparatively short length the lubricant hole in the tribologically highly stressed area of the rolling bearing.
- the piston pump is used in all variants for high-pressure fuel supply to an internal combustion engine, not shown, with direct injection and is flanged in extension of a camshaft for actuating inlet and / or exhaust valves of the internal combustion engine to the cylinder head.
- the lifting operation of one or more longitudinally movably mounted in the pump housing pump plunger is always via one or more cam lobes on the outer circumferential surface of the drive shaft.
- extensive structural design freedom, according to which the pump tappet depending on Use case of the piston pump axially in series, can be arranged radially offset in a plane or both axially and radially.
- FIG. 1 is a piston pump 1a with a pump housing 2, a rotatably mounted in the pump housing 2 drive shaft 3a and a longitudinally movably mounted in a tappet guide 4 of the pump housing 2 pump tappet 5, which is aligned with respect to the drive shaft 3a radially in the pump housing 2, shown.
- the pump tappet 5 has a roller bearing roller cam 6 as a low-friction tapping element for a pump cam 7, the collection of which starts from the dashed cam base circle 8.
- the drive shaft 3a has a continuous longitudinal opening 9 with a hollow cylindrical portion 10 for receiving a radial bearing 11 and an inner longitudinal toothing 12 adjacent thereto.
- a corresponding outer longitudinal toothing 13 is located on one of the piston pump 1a facing end portion of the drive shaft 3a coaxially arranged camshaft 14a, which drives the drive shaft 3a via the interlocking interlocking teeth 12 and 13.
- a running around a shaft inlet opening 15 of the pump housing 2 sealing ring 16 serves to seal the piston pump 1 a relative to the end face of the cylinder head.
- the radial bearing point 11 is arranged between an inner circumferential surface 17 of the hollow cylindrical portion 10 of the drive shaft 3 a and an outer circumferential surface 18 of a bearing journal 19, which starts from a housing rear wall 20 and is integrally formed here with the pump housing 2.
- the bearing 11 comprises a mounted on the outer circumferential surface 18 of the journal 19 and fixed by a housing-side retaining ring 21a inner ring 22a and designed as a needle sleeve 23 radial needle bearing 24, consisting of a needle ring 25 with cage 26 and guided therein needles 27 and a thin-walled outer ring 28 with two radially inwardly extending and serving as an axial thrust surface for the cage 26 shoulders 29.
- To supply lubricant to the radial needle bearing 24 is a drive shaft 3a transversely passing through bore 30, which in the region of the bearing 11 opens and in the tappet guide 4 resulting lubricant into the radial needle bearing 24 passes.
- a second, axial bearing 31 is provided in this embodiment, which here comprises an in the shaft inlet opening 15 between a shaft-side circlip 21 b and a housing-side shoulder 32a supported and designed as a deep groove ball bearings Axialmélzlager 33a.
- a surface hardening of the drive shaft 3a can be limited to the pump cam 7 and for example done in the induction process.
- the inventive bearing of the drive shaft 3a on the bearing pin 19 makes it possible to position the radial bearing point 11 and the pump plunger 5 in the axial direction of the drive shaft 3a to each other so that a designated 35 radial force generated as a resultant reaction force in the lifting operation of the pump plunger 5 and is supported by the bearing 11, lever arm and runs here centrally within the longitudinal extension of the bearing 11.
- this bearing arrangement leads to a considerable increase in rigidity of the shaft bearing and beyond to a significant relief of the deep groove ball bearing, which now at most slightly negative axial forces must support and can be performed with a small required load rating according to narrow construction.
- the bearing pin 19 is integrally formed with the pump housing 2 both in this and in the embodiments explained below. It is provided for the preparation of the bearing pin 19 that the Functional surfaces for the bearing 11 are finished with a entering through the shaft input port 15 cutting tool.
- FIGS. 2 to 8 give a - not exhaustive - overview of further design possibilities of the piston pump according to the invention, wherein the following explanations, unless otherwise stated, are limited to the variations of the drive shaft bearing. Of course, it is up to the designer to design features of individual embodiments, in particular, depending on the number and arrangement of several pump tappets, suitably professionally to modify, combine with each other or omitted.
- the radial needle bearing 24 is limited to the arranged between the bearing pin 19 and a drive shaft 3b needle ring 25, so that the inner circumferential surface 17 of the hollow cylindrical portion 10 directly forms the outer raceway for the needles 27.
- an axial contact surfaces for the needles 27 serve two radially inwardly extending and integrally formed with the drive shaft 3b shoulders 36.
- an end-side and radially outward caulking 37 of Trunnion 19 provided for axial securing the wound on the outer surface 18 of the journal 19 inner ring 22a in this case.
- the case generated and the end face of the inner ring 22a radially overlapping material throw is formed here annularly encircling.
- the arranged in the shaft inlet opening 15 of the pump housing 2 second bearing 31 in turn comprises a designed as a ball bearing Axialmélzlager 33b, 33a like the Axial maybelzlager according to FIG. 1 not only to support any axial forces occurring, but also for centering the pump housing relative to the drive shaft 3b and 3a, respectively.
- the axial rolling bearing 33b is here combined with the drive shaft 3b to form a structural unit, in that the inner raceway for the balls 38 is guided by a peripheral groove running on an outer jacket section 39 of the drive shaft 3b 40a is formed.
- the drive shaft 3b is tribologically stressed not only on the pump cam 7 but also on the outer raceway for the needles 27 (inner circumferential surface 17) and on the inner raceway for the balls 38 (circumferential groove 40a), it is particularly useful, the drive shaft 3b to perform from a use or by hardening bearing steel of the aforementioned types.
- FIG. 3 Another embodiment of a piston pump 1 c according to the invention is made FIG. 3 seen.
- the second axial bearing 31 is arranged in this case between the rear housing wall 20 and one of the housing rear wall 20 facing annular end face 41 of the drive shaft 3c.
- the bearing 31 comprises an axial roller bearing 33c in the form of a short-axial needle bearing 42, also referred to as an axial needle ring, with a cage 43 centered by the inner ring 22a and needles 44 guided therein, and a thrust washer 45 abutting the rear wall 20 as a housing-side raceway for the needles 44th
- the drive shaft 3c in this case is not driven by an internal longitudinal toothing but via a frontally extending rectangular recess 46 for receiving a two-way clutch, which compensates for a caused by component tolerances and elastic deformations radial offset between the camshaft and the drive shaft 3c.
- FIG. 4 illustrated embodiment of a piston pump according to the invention 1d whose drive shaft 3d is formed integrally with a camshaft 14b. Since the axial position of the camshaft 14b is already fixed in a known manner via an axial bearing arranged in the cylinder head of the internal combustion engine, only the radial bearing point 11 in the form of the bearing is already provided for supporting the drive shaft 3d in the pump housing 2d FIG. 1 known needle sleeve 23 between the hollow cylindrical portion 10 and the bearing pin 19 is provided.
- FIG. 5 upper half section again shows a separate from the camshaft drive shaft 3f with internal longitudinal teeth 12 in accordance FIG. 1 and in the shaft input port 15 arranged ball bearing according to FIG. 2 ,
- a thin-walled trained, mounted on the bearing pin 19 and axially secured by caulking 37 inner ring 22c has in this case two radially outwardly extending and serving as axial contact surfaces for the cage 26 of the needle bearing 25 shoulders 48.
- the serving here as an outer raceway for the needles 27 inner circumferential surface 17 of the hollow cylindrical portion 10 is continuous cylindrical without the in FIG. 2 shown shoulders 36 are performed, whereby the processing of the drive shaft 3 f is simplified.
- FIG. 6 is a rotatably mounted on three bearings 11, 31 and 49 drive shaft 3g of a piston pump 1g shown.
- the drive shaft 3g is analogous to the embodiment according to FIG. 3 driven by a engaging in the rectangular recess 46 two-face coupling of the camshaft, wherein for supporting bilaterally acting axial forces two Axialnadellager 42 and 50th are provided.
- the first axial needle bearing 42 is disposed between the rear wall 20 and the facing this end face 41 of the drive shaft 3g, while the second Axialnadellager 50 between the shaft input port 15 delimiting inner wall portion 51 of the pump housing 2 and the inner wall portion 51 facing annular end surface 52 of the drive shaft 3g is arranged.
- the shaft-side raceways for the needles 44 of both axial needle bearings 42 and 50 are formed directly by the annular end faces 41 and 52.
- the pump housing 2 is formed in two parts and includes the shaft input port 15 limiting flange 53.
- Such a flange is also to provide in the other embodiments in particular when the size of the shaft input port 15 does not allow passage of the pump cam 7.
- the housing-side raceway for the arranged on the rear housing 20 needle bearing 42 is formed by a mounted on the bearing pin 19 and specially shaped, thin-walled inner ring 22d.
- This has, starting from its inner race for the needles 27 of again designed only as a needle rim 25 radial needle bearing 24, a stepped in the direction of the rear wall 20 diameter enlarging.
- the inner raceway passes into a shoulder 54, which faces away from the housing rear wall 20 annular end face 55 serves as an axial thrust surface for the cage 26 of the needle ring 25 and centered with its outer circumferential surface 56, the cage 43 of the Axialnadellagers 42.
- the shoulder 54 merges into a collar 57 which extends radially outward between the housing rear wall 20 and the annular end face 41 of the drive shaft 3g and on which the needles 44 of the axial needle bearing 42 roll.
- the inner ring 22d on its collar 57 opposite end face on a radially inwardly extending collar 58 which engages over the bearing pin 19 frontally and serves as a contact surface for an assembly tool for pushing the inner ring 22d on the bearing pin 19.
- FIG. 7 Further embodiments of inventive piston pumps 1 h and 1i are shown with drive shafts 3h and 3i and the associated bearings 11 each in an upper and a lower half section.
- Each drive shaft 3h and 3i has the continuous longitudinal opening 9 and two diametrically opposed rectangular recesses 46 for receiving said two-flat coupling.
- arranged between the hollow cylindrical portion 10 and the bearing pin 19 bearings 11 include a combined radial-axial bearings 59a and 59b, each consisting of the needle ring 25 and an angular contact ball bearing designed as axial roller bearings 33d and 33e for supporting both sides acting axial forces ,
- a necked on the bearing pin 19 and caulked inner ring 22e is provided in the radial-axial bearing 59a according to the upper half section.
- the thrust washer 45 inserted between the inner ring 22e and the rear housing wall 20 serves as an axial thrust surface for the cage 26 of the needle wheel 25, the needles 27 rolling directly on the inner lateral surface 17 of the hollow cylindrical section 10.
- the inner race for the balls 38 of the angular contact ball bearing is formed by a circumferential groove 40b of the inner ring 22e, while its outer race also extends on the inner circumferential surface 17 of the hollow cylindrical portion 10.
- the radial thrust bearing 59b shown in the lower half section is combined into a unit 60 separately manufactured by the drive shaft 3i and the trunnion 19.
- This assembly 60 also referred to as a combined needle bearing, comprises an outer ring 61 inserted into the inner circumferential surface 17 of the hollow cylindrical section 10 for forming the outer raceways for the needles 27 of the needle bearing 25 and the balls 38 of the angular contact ball bearing.
- An inner race 22f forming the inner raceways for the needles 27 and the balls 38 is divided into two parts with a wide and a narrow portion 62 and 63 for supporting bilateral axial forces executed.
- the assembly 60 is on the housing side defined by the front side caulking 37 and the shoulder 32b of the journal 19 and the shaft side by a shoulder 32c and the shaft side locking ring 21 b.
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Description
- Die Erfindung betrifft eine direkteinspritzende Brennkraftmaschine mit einer zur Kraftstoffhochdruckversorgung der Brennkraftmaschine dienenden Kolbenpumpe, die ein Pumpengehäuse und eine Antriebswelle zur Betätigung eines oder mehrerer Pumpenstößel, die bezüglich der Antriebswelle radial im Pumpengehäuse ausgerichtet sind, aufweist, wobei die Antriebswelle an einer oder mehreren Lagerstellen, die zwischen einer Welleneingangsöffnung des Pumpengehäuses und einer der Welleneingangsöffnung gegenüberliegenden Gehäuserückwand verlaufen, drehgelagert und mit einer zur Betätigung von Einlass- und/oder Auslassventilen der Brennkraftmaschine dienenden Nockenwelle koaxial drehverbunden ist.
- Kolbenpumpen für Einspritzsysteme von Brennkraftmaschinen sind in mannigfaltigen Ausgestaltungen im Stand der Technik bekannt. So geht beispielsweise aus der
DE 102 08 574 A1 eine Radialkolbenpumpe hervor, die als Antriebselement für die Pumpenstößel einen auf einem exzentrischen Abschnitt der Antriebswelle angeordneten Hubring aufweist. Die Antriebswelle ist im Pumpengehäuse über ein in der Welleneingangsöffnung angeordnetes Kugellager und im Bereich der Gehäuserückwand in einem Gleitlager drehbar gelagert. - In der
US 2003/0145835 A1 ist ebenfalls eine Radialkolbenpumpe mit einem auf einem exzentrischen Abschnitt der Antriebswelle angeordneten Hubring vorgeschlagen, wobei die Antriebswelle hier jedoch über ein im Bereich der Gehäuserückwand angeordnetes Nadellager drehbar im Pumpengehäuse gelagert ist. - Eine weitere Ausführungsform einer Kolbenpumpe geht aus der
DE 198 27 926 A1 hervor, welche auch eine Brennkraftmaschine mit allen Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch of offenbart. Anstelle des auf der Antriebswelle exzentrisch gelagerten Hubrings ist dort ein mit der Antriebswelle umlaufender Mehrfachnocken zur Betätigung eines Pumpenstößels vorgesehen, und die mit der Nockenwelle koaxial drehverbundene Antriebswelle ist über ein an der Gehäuserückwand angeordnetes Kugellager drehbar im Pumpengehäuse gelagert. - Ein den beispielhaft genannten Ausführungsformen der Kolbenpumpe gemeinsames Merkmal besteht darin, dass jeweils die im Bereich der Gehäuserückwand angeordnete Lagerstelle einen endseitigen Wellenzapfen der Antriebswelle benötigt, welcher sich an das eigentliche Antriebselement in Form des exzentrisch gelagerten Hubringes oder des Nockens anschließt. Jedoch kann der vom Wellenzapfen benötigte axiale Bauraum hinsichtlich der Pumpenlänge kritisch sein, wenn die Kolbenpumpe im Zylinderkopfbereich der Brennkraftmaschine angeordnet ist. Dies liegt neben dem permanenten Bestreben, die Brennkraftmaschine möglichst kompakt und bauraumsparend zu gestalten, aktuell auch darin begründet, dass der zur Erfüllung verschärfter Fußgängerschutzvorschriften erforderliche Freiraum zwischen der Motorhaube eines Fahrzeugs einerseits und der in das Fahrzeug eingebauten Brennkraftmaschine einschließlich ihren Anbauteilen andererseits unbedingt einzuhalten ist. So kann die Einhaltung dieser Vorschriften unter anderem dann erheblich erschwert werden, wenn ein Längseinbau der Brennkraftmaschine im Fahrzeug mit in Verlängerung des Zylinderkopfs angeordneter Kolbenpumpe herkömmlicher Bauweise vorgesehen ist, welche aufgrund ihrer Baulänge in den vorgeschriebenen Freiraum unterhalb der Motorhaube des Fahrzeugs eindringt.
- Wie es in der
DE 196 50 246 A1 vorgeschlagen ist, wäre es zwar möglich, die Baulänge der Kolbenpumpe durch Entfall der Lagerstelle im Bereich der Gehäuserückwand zu verkürzen. Jedoch ist eine derartige fliegende Lagerung des Antriebselements hinsichtlich ihrer Betriebsstabilität grundsätzlich als ungünstig einzustufen und erfordert zur ausreichenden Stabilisierung weitergehende Maßnahmen bei der Lagerung der Antriebswelle. Dementsprechend handelt es sich bei der Kolbenpumpe dieser Druckschrift auch um eine Ausführung ohne eigene Antriebswelle, die allenfalls in Verbindung mit einer verlängerten, in der Brennkraftmaschine bereits ausreichend stabil gelagerten Nockenwelle verwendbar ist. - Aus der
EP 1 247 711 A1 ist eine von der Antriebswelle eines Elektromotors angetriebene Kolbenpumpe bekannt, wobei die Antriebswelle auf einer von der Rückwand des Pumpengehäuses ausgehenden Stützachse gelagert ist. Die Kolbenpumpe und der Elektromotor bilden ein Motor-Pumpen-Aggregat für elektronisch geregelte Bremsanlagen von Kraftfahrzeugen. - Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kolbenpumpe der eingangs genannten Art im Hinblick auf eine möglichst geringe Baulänge bei bestmöglicher Stabilität der Antriebswellenlagerung und gleichzeitiger Gewichtsersparnis so fortzubilden, dass die zitierten Nachteile bzw. konstruktiven Einschränkungen mit einfachen Mitteln vermieden werden.
- Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die eine Lagerstelle zwischen einer Innenmantelfläche eines hohlzylindrischen Abschnitts der Antriebswelle und einer Außenmantelfläche eines von der Gehäuserückwand ausgehenden und sich in den hohlzylindrischen Abschnitt erstreckenden Lagerzapfens verläuft. Demnach kann die Baulänge der Kolbenpumpe bei gleichzeitiger Gewichtsreduzierung erheblich dadurch reduziert werden, dass die im Bereich der Gehäuserückwand angeordnete Lagerstelle in das Innere des hohlzylindrischen Abschnitts der Antriebswelle verlegt wird und insofern der üblicherweise vorgesehene und die Baulänge der Kolbenpumpe maßgeblich beeinflussende Wellenzapfen einschließlich der Anschlusskonstruktion für die Lagerstelle entfällt. Bei dieser Anordnung der Lagerstelle ist gleichzeitig sichergestellt, dass die Lagerungsqualität der Antriebswelle im Pumpengehäuse gegenüber herkömmlichen Lagerungen zumindest beibehalten oder, wie nachfolgend noch erläutert wird, sogar erheblich verbessert werden kann.
- Diese Verbesserung wird gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung dadurch erzielt, dass die eine Lagerstelle und die Pumpenstößel in axialer Richtung der Antriebswelle so zueinander positioniert sind, dass die von der einen Lagerstelle abgestützte Radialkraft wenigstens eines der Pumpenstößel hebelarmfrei innerhalb der Längserstreckung der einen Lagerstelle verläuft. So kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass die resultierenden Reaktionskräfte eines oder mehrerer in derselben Querebene zur Antriebswelle angeordneter Pumpenstößel genau mittig durch die in den hohlzylindrischen Abschnitt der Antriebswelle verlegte Lagerstelle verlaufen. Durch diese hebelarmfreie oder unmittelbare Abstützung der auf die Antriebswelle wirkenden Radialkräfte kann sowohl ein durch Lagerspiel als auch ein durch Bauteilelastizitäten bedingtes ungleichmäßiges Verkippen der Antriebswelle innerhalb ihrer Lagerung weitgehend vermieden werden. Für den Fall, dass die gesamte von den Pumpenstößeln erzeugte Radiallast von der im hohlzylindrischen Abschnitt verlaufenden Lagerstelle abgestützt wird, kann darüber hinaus eine weitere Lagerstelle für die Antriebswelle besonders kleinbauend dimensioniert werden, da diese weitere Lagerstelle dann lediglich zur Abstützung vergleichsweise kleiner Axialkräfte dient.
- In weiterer Ausgestaltung der Erfindung soll der Lagerzapfen einstückig mit dem Pumpengehäuse ausgebildet sein. Während dies einen weiteren Beitrag zur Baulängenreduzierung der Kolbenpumpe liefert, ist es alternativ selbstverständlich auch möglich, den Lagerzapfen als separates, wahlweise auch hohlzylindrisches Bauteil an der Gehäuserückwand zu befestigen. Diese Befestigung kann über die bekannten Verbindungstechniken, wie Einpressen, Ein-oder Anschrauben, Schweißen, Kleben, Löten, Nieten, etc. bei gegebenenfalls erforderlicher Abdichtung gegen Schmiermittelaustritt aus dem Pumpengehäuse erfolgen.
- Die Antriebswelle soll mit einer zur Betätigung von Einlass- und/oder Auslassventilen der Brennkraftmaschine dienenden Nockenwelle koaxial drehverbunden sein. Eine derartige Anordnung der Kolbenpumpe ist insbesondere von Brennkraftmaschinen mit Benzindirekteinspritzung in Verbindung mit einem Common-Rail-Einspritzsystem bekannt und unterliegt aufgrund der motorhaubennahen Lage der Kraftstoffhochdruckpumpe im besonderen Maße den eingangs erwähnten Anforderungen an die Bauraumbeschränkung.
- Die Drehverbindung zwischen der Antriebswelle und der Nockenwelle kann gemäß einer ersten vorteilhaften Variante als formschlüssig wirkende Kupplung ausgestaltet sein, in dem die Antriebswelle eine durchgehende Längsöffnung aufweist, in welcher der hohlrylindrische Abschnitt und eine zu diesem benachbarte Innenlängsverzahnung verläuft, die mit einer Außenlängsverzahnung auf einem der Kolbenpumpe zugewandten Endabschnitt der Nockenwelle im Eingriff steht.
- Während darüber hinaus auch weitere, formschlüssig wirkende Kupplungen zwischen der Nockenwelle und der Antriebswelle vorgesehen sein können, wie beispielsweise in Form einer unter dem Markennamen "Oldham" bekannten, radial verschiebbaren Zweiflach-Kupplung, sollen die Antriebswelle und die Nockenwelle gemäß einer zweiten Variante der Drehverbindung zu einer starr verbundenen Baueinheit zusammengefasst sein. In diesem Fall besteht einerseits die Möglichkeit, die vorgenannte weitere Lagerstelle in Form des gering belasteten Axiallagers zugunsten einer zusätzlichen axialen Baulängenreduzierung der Kolbenpumpe entfallen zu lassen, da die Nockenwelle ohnehin bereits in der Brennkraftmaschine axial gelagert ist. Andererseits besteht auch die Möglichkeit, die Nockenwelle gemeinsam mit der Antriebswelle über die weitere Lagerstelle im Pumpengehäuse axial zu lagern und das ursprüngliche Axiallager der Nockenwelle entfallen zu lassen.
- Unter dem Begriff der starr verbundenen Baueinheit von Nockenwelle und Antriebswelle sind an dieser Stelle alle bekannten kraft-, form- oder stoffschlüssig wirkenden Verbindungstechniken, die zu einer axial und radial belastbaren Anbindung der Antriebswelle an die Nockenwelle führen, aber auch die einteilige Ausführung von Nockenwelle und Antriebswelle zu verstehen. So kann es unter anderem vorgesehen sein, die Antriebswelle in oder auf die Nockenwelle ein- bzw. aufzupressen oder mit dieser zu verschrauben.
- Als Alternative zu einer hinsichtlich der Schmiermittelversorgung vergleichsweise anspruchsvollen Gleitlagerung soll die eine Lagerstelle in einer konstruktiv besonders einfachen und kostengünstigen Ausführung zumindest ein Radialnadellager, das wenigstens aus einem Nadelkranz mit einem Käfig und darin geführten Nadeln besteht, umfassen. Bei der Verwendung eines solchen Nadelkranzes kann die Innenmantelfläche des hohlzylindrischen Abschnitts der Antriebswelle als äußere Laufbahn für die Nadeln dienen. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann dabei die äußere Laufbahn von einer oder zwei sich radial einwärts erstreckenden und mit der Antriebswelle einstückig ausgebildeten Schultern, die als axiale Anlaufflächen für die Nadeln dienen, einseitig beziehungsweise beidseitig begrenzt sein.
- In Erweiterung des vorgenannten Nadelkranzes kann es auch vorgesehen sein, dass das Radialnadellager als Nadelhülse mit einem dünnwandigen, in die Innenmantelfläche des hohlzylindrischen Abschnitts der Antriebswelle eingesetzten Außenring ausgebildet ist. Dabei weist der Außenring eine als äußere Laufbahn für die Nadeln dienende Innenmantelfläche sowie zwei sich radial einwärts erstreckende und als axiale Anlauffläche für den Käfig dienende Schultern auf. In diesem Fall ist es ausreichend, die Innenmantelfläche des hohlzylindrischen Abschnitts als fein bearbeitete, nicht gehärtete Bohrung der Antriebswelle auszuführen.
- Im Falle des wenigstens aus dem Nadelkranz bestehenden Radialnadellagers soll außerdem die innere Laufbahn für die Nadeln durch einen auf die Außenmantelfläche des Lagerzapfens aufgezogenen Innenring gebildet sein. Dies stellt eine kostengünstige Option zur erforderlichen Feinbearbeitung und Härtung der Außenmantelfläche des Lagerzapfens dar, wenn die Außenmantelfläche unmittelbar als innere Laufbahn für die Nadeln vorgesehen ist.
- Ferner sollen die Nadelhülse und der dünnwandig ausgebildete Innenring eine Baueinheit bilden, indem der Außenring der Nadelhülse von zwei sich radial auswärts erstreckenden und mit dem Innenring einstückig ausgebildeten Schultern axial eingefasst ist. Jedoch können im Falle des Nadelkranzes die beiden sich radial auswärts erstreckenden Schultern des dünnwandigen Innenrings auch als axiale Anlaufflächen für den Käfig des Nadelkranzes dienen.
- Eine besonders kostengünstige Axialsicherung des Innenrings auf dem Lagerzapfen ist ferner durch eine stirnseitige und radial auswärts gerichtete Verstemmung des Lagerzapfens gegeben, welche den Innenring zumindest partiell radial überdeckt. Demnach kann der beim Verstemmen erzeugte, stirnseitige Materialaufwurf des Lagerzapfens entweder lokal, punkt- oder segmentförmig oder auch ringförmig umlaufend ausgebildet sein.
- In Weiterbildung der Erfindung soll die eine Lagerstelle ein Radial-Axial-Lager mit dem Nadelkranz und einem zum Nadelkranz benachbart angeordneten und vorzugsweise als Schrägkugellager ausgebildeten Axialwälzlager umfassen, wobei das Radial-Axial-Lager zu einer von der Antriebswelle und vom Lagerzapfen separat hergestellten Baueinheit kombiniert ist. Mit Hilfe einer derartigen, integrierten Baueinheit gelingt es, die Antriebswelle an lediglich einer Lagerstelle sowohl radial als auch axial zu lagern. Je nach Axialbelastung der Antriebswelle kann diese besonders bauraumsparende Baueinheit sowohl zur Aufnahme von Axialkräften in nur eine Richtung als auch in beide Richtungen ausgeführt sein.
- Als Alternative zu der vorgenannten Baueinheit besteht auch die Möglichkeit, das Radial-Axial-Lager so auszuführen, dass die Innenmantelfläche des hohlzylindrischen Abschnitts der Antriebswelle als äußere Laufbahn für die Kugeln und als äußere Laufbahn für die Nadeln dient. Einem etwaig erhöhten Montageaufwand einer solchen Lösung steht eine radiale Bauraumreduzierung infolge des dann nicht mehr erforderlichen Außenrings der kombinierten Baueinheit als Vorteil gegenüber.
- In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind zumindest zwei Lagerstellen für die Antriebswelle vorgesehen, wobei die zweite Lagerstelle ein Axialwälzlager umfasst. Dabei kann das Axialwälzlager gemäß einer ersten vorteilhaften Ausführungsform als in der Welleneingangsöffnung des Pumpengehäuses angeordnetes Kugellager ausgebildet sein, wobei die innere Laufbahn für die Kugeln durch eine Umfangsnut auf einem in der Welleneingangsöffnung verlaufenden Außenmantelabschnitt der Antriebswelle gebildet ist. Gemäß einer zweiten Ausführungsform kann das Axialwälzlager auch als wenigstens aus einem Käfig und darin geführten Nadeln bestehendes Axialnadellager ausgebildet und zwischen der Gehäuserückwand und einer der Gehäuserückwand zugewandten Ringstirnfläche der Antriebswelle angeordnet sein.
- Insbesondere in dem Fall, in welchem die gesamte von den Pumpenstößeln erzeugte Radiallast von der einen Lagerstelle zwischen dem hohlzylindrischen Abschnitt der Antriebswelle und der Außenmantelfläche des Lagerzapfens abgestützt wird, kann das an der zweiten Lagerstelle angeordnete Axialwälzlager aufgrund der vergleichsweise kleinen Axialkräfte auf die Antriebswelle äußerst schmal bauend, gewichtssparend und kostengünstig ausgeführt werden. So ist es bei der Ausführungsform als Kugellager beispielsweise möglich, dass dieses bei geringer und dennoch ausreichender Tragzahl lediglich drei Kugeln aufweist.
- Im Falle der Ausführungsform als Axialnadellager und bei beidseitig auftretenden Axialkräften auf die Antriebswelle kann auch ein weiteres Axialnadellager zwischen einem die Welleneingangsöffnung begrenzenden Innenwandabschnitt des Pumpengehäuses und einer dem Innenwandabschnitt zugewandten Ringstirnfläche der Antriebswelle angeordnet sein.
- Eine besonders bauraumsparende und kostengünstige Lagerung der Antriebswelle über separate Radialnadellager und Axialnadellager kann außerdem auch über die Gestaltung des auf den Lagerzapfen aufgezogenen Innenrings erfolgen. Dabei soll der Innenring dünnwandig ausgebildet sein und, ausgehend von der inneren Laufbahn für die Nadeln des Radialnadellagers, einen sich in Richtung der Gehäuserückwand gestuft vergrößernden Durchmesser aufweisen. Dabei geht die innere Laufbahn in eine Schulter über, die mit ihrer der Gehäuserückwand abgewandten Ringstirnfläche als axiale Anlauffläche für den Käfig des Radialnadellagers dient und die mit ihrer Außenmantelfläche den Käfig des Axialnadellagers zentriert. Außerdem soll die Schulter in einen sich zwischen der Gehäuserückwand und der Ringstirnfläche der Antriebswelle radial auswärts erstreckenden Kragen übergehen, der als gehäuseseitige Laufbahn für die Nadeln des Axialnadellagers dient.
- Auch kann es vorgesehen sein, dass der Innenring an seiner dem Kragen gegenüberliegenden Stirnseite einen sich radial einwärts erstreckenden und den Lagerzapfen stirnseitig übergreifenden Bund aufweist. Ein solcher Bund dient als Gegenfläche für ein Montagewerkzeug und erleichtert das Aufschieben des Innenrings auf den Lagerzapfen.
- In weiterer Ausgestaltung der Erfindung soll die Antriebswelle aus einem gehärteten Wälzlagerstahl der Sorte C16, 16MnCr5, C45, Cf53, C80 oder 100Cr6 bestehen. Hierdurch wird nicht nur die erforderliche Verschleißbeständigkeit im Nocken-Pumpenstößel-Kontakt sichergestellt, sondern die genannten Werkstoffe eignen sich auch hervorragend für die gegebenenfalls unmittelbar auf der Antriebswelle angeordneten Wälzkörperlaufbahnen.
- Schließlich soll zur ausreichenden Schmiermittelversorgung der einen Lagerstelle zumindest eine die Antriebswelle quer durchsetzende Bohrung vorgesehen sein, die im Bereich der einen Lagerstelle mündet und als Schmiermittelkanal dient. Während eine oder mehrere solcher Bohrungen grundsätzlich auch zur Schmiermittelversorgung von Gleitlagern geeignet sind, stellen Sie eine besonders effektive und kostengünstige Möglichkeit zur Versorgung der vorgenannten Wälzlager mit drucklosem Spritzöl oder Ölnebel dar. Das zur Schmierung der Pumpenstößel ohnehin erforderliche Schmiermittel gelangt dann über die vergleichsweise kurze Länge der Schmiermittelbohrung in den tribologisch hoch beanspruchten Bereich der Wälzlagerung.
- Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen jeweils der zur Illustration der Erfindung erforderliche Ausschnitt des Antriebsbereichs einer Kolbenpumpe in verschiedenen Ausführungsvarianten offenbart ist. Die Kolbenpumpe dient in allen Ausführungsvarianten zur Kraftstoffhochdruckversorgung einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung und ist in Verlängerung einer Nockenwelle zur Betätigung von Einlass und/oder Auslassventilen der Brennkraftmaschine an deren Zylinderkopf angeflanscht.
- Unabhängig von der Ankopplung der in der Kolbenpumpe drehgelagerten Antriebswelle an die Nockenwelle erfolgt die Hubbetätigung eines oder mehrerer im Pumpengehäuse längsbeweglich gelagerter Pumpenstößel stets über eine oder mehrere Nockenerhebungen an der Außenmantelfläche der Antriebswelle. Wie bereits eingangs erwähnt, besteht im Falle mehrerer Pumpenstößel weitgehender konstruktiver Gestaltungsfreiraum, wonach die Pumpenstößel je nach Anwendungsfall der Kolbenpumpe axial in Reihe, radial in einer Ebene oder sowohl axial als auch radial versetzt angeordnet werden können. Als Ausführungsform der letztgenannten Möglichkeit sei beispielsweise eine Kolbenpumpe mit V-förmig angeordneten Pumpenstößeln, die von axial hintereinander liegenden Pumpennocken betätigt sind, genannt.
- Sofern nicht anders bezeichnet, sind funktionsgleiche Bauteile oder Merkmale der Kolbenpumpe mit gleichen Bezugszahlen versehen. Es zeigen:
- Figur 1
- einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Kolbenpumpe gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
- Figur 2
- einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Kolbenpumpe gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
- Figur 3
- einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Kolbenpumpe gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel;
- Figur 4
- einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Kolbenpumpe gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel;
- Figur 5
- einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Kolbenpumpe gemäß einem fünften und einem sechsten Ausführungsbeispiel jeweils im Halbschnitt;
- Figur 6
- einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Kolbenpumpe gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel und
- Figur 7
- einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Kolbenpumpe gemäß einem achten und neunten Ausführungsbeispiel jeweils im Halbschnitt.
- In
Figur 1 ist eine Kolbenpumpe 1 a mit einem Pumpengehäuse 2, einer im Pumpengehäuse 2 drehbar gelagerten Antriebswelle 3a sowie einem in einer Stößelführung 4 des Pumpengehäuses 2 längsbeweglich gelagerten Pumpenstößel 5, der bezüglich der Antriebswelle 3a radial im Pumpengehäuse 2 ausgerichtet ist, dargestellt. Der Pumpenstößel 5 besitzt eine wälzgelagerte Nockenrolle 6 als reibungsarmes Abgriffselement für einen Pumpennocken 7, dessen Erhebung von dem gestrichelt eingezeichneten Nockengrundkreis 8 ausgeht. Die Antriebswelle 3a weist eine durchgehende Längsöffnung 9 mit einem hohlzylindrischen Abschnitt 10 zur Aufnahme einer radialen Lagerstelle 11 und eine dazu benachbarte Innenlängsverzahnung 12 auf. Eine hierzu korrespondierende Außenlängsverzahnung 13 befindet sich auf einem der Kolbenpumpe 1a zugewandten Endabschnitt einer zur Antriebswelle 3a koaxial angeordneten Nockenwelle 14a, welche die Antriebswelle 3a über die formschlüssig ineinander greifenden Verzahnungen 12 und 13 antreibt. Ein um eine Welleneingangsöffnung 15 des Pumpengehäuses 2 verlaufender Dichtring 16 dient zur Abdichtung der Kolbenpumpe 1 a gegenüber der Stirnseite des Zylinderkopfs. - Die radiale Lagerstelle 11 ist zwischen einer Innenmantelfläche 17 des hohlzylindrischen Abschnitts 10 der Antriebswelle 3a und einer Außenmantelfläche 18 eines Lagerzapfens 19 angeordnet, der von einer Gehäuserückwand 20 ausgeht und hier einstückig mit dem Pumpengehäuse 2 ausgebildet ist. Die Lagerstelle 11 umfasst einen auf die Außenmantelfläche 18 des Lagerzapfens 19 aufgezogenen und durch einen gehäuseseitigen Sicherungsring 21a fixierten Innenring 22a sowie ein als Nadelhülse 23 ausgebildetes Radialnadellager 24, bestehend aus einem Nadelkranz 25 mit Käfig 26 und darin geführten Nadeln 27 sowie einem dünnwandigen Außenring 28 mit zwei sich radial einwärts erstreckenden und als axiale Anlauffläche für den Käfig 26 dienenden Schultern 29. Zur Schmiermittelversorgung des Radialnadellagers 24 dient eine die Antriebswelle 3a quer durchsetzende Bohrung 30, die im Bereich der Lagerstelle 11 mündet und in der Stößelführung 4 anfallendes Schmiermittel in das Radialnadellager 24 leitet.
- Zur Abstützung etwaig auftretender Axialkräfte an der Antriebswelle 3a ist in diesem Ausführungsbeispiel eine zweite, axiale Lagerstelle 31 vorgesehen, die hier ein in der Welleneingangsöffnung 15 zwischen einem wellenseitigen Sicherungsring 21 b und einem gehäuseseitigen Absatz 32a abgestütztes und als Rillenkugellager ausgebildetes Axialwälzlager 33a umfasst. Dieses
- Dadurch, dass die Innenmantelfläche 34 des in den hohlzylindrischen Abschnitt 10 der Antriebswelle 3a eingesetzten Außenrings 28 als äußere Laufbahn für die Nadeln 27 dient und gleichzeitig das Rillenkugellager als handelsübliche Baueinheit ausgebildet ist, kann eine Oberflächenhärtung der Antriebswelle 3a auf den Pumpennocken 7 beschränkt werden und beispielsweise im Induktionsverfahren erfolgen.
- Die erfindungsgemäße Lagerung der Antriebswelle 3a auf dem Lagerzapfen 19 ermöglicht es, die radiale Lagerstelle 11 und den Pumpenstößel 5 in axialer Richtung der Antriebswelle 3a so zueinander zu positionieren, dass eine mit 35 bezeichnete Radialkraft, die als resultierende Reaktionskraft bei der Hubbetätigung des Pumpenstößels 5 erzeugt und von der Lagerstelle 11 abgestützt wird, hebelarmfrei und hier mittig innerhalb der Längserstreckung der Lagerstelle 11 verläuft. Neben der axialen Bauraumeinsparung führt diese Lageranordnung zu einer beträchtlichen Steifigkeitserhöhung der Wellenlagerung und darüber hinaus zu einer deutlichen Entlastung des Rillenkugellagers, das nunmehr allenfalls geringfügig auftretende Axialkräfte abstützen muss und bei kleiner erforderlicher Tragzahl entsprechend schmalbauend ausgeführt werden kann.
- Der Lagerzapfen 19 ist sowohl bei diesem als auch bei den nachfolgend erläuterten Ausführungsbeispielen einteilig mit dem Pumpengehäuse 2 ausgebildet. Dabei ist es zur Herstellung des Lagerzapfens 19 vorgesehen, dass dessen Funktionsflächen für die Lagerstelle 11 mit einem durch die Welleneingangsöffnung 15 eintretenden Zerspanwerkzeug fertig bearbeitet werden.
- Die Ausführungsbeispiele gemäß den
Figuren 2 bis 8 vermitteln einen - nicht abschließenden - Überblick über weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe, wobei sich die nachfolgenden Erläuterungen, sofern nicht anders erwähnt, auf die Variationen der Antriebswellenlagerung beschränken. Dabei steht es dem Konstrukteur selbstverständlich frei, Gestaltungsmerkmale einzelner Ausführungsbeispiele, insbesondere je nach Anzahl und Anordnung mehrerer Pumpenstößel, in geeigneter Weise fachmännisch zu modifizieren, miteinander zu kombinieren oder entfallen zu lassen. - Bei einer in
Figur 2 dargestellten Kolbenpumpe 1 b beschränkt sich das Radialnadellager 24 auf den zwischen dem Lagerzapfen 19 und einer Antriebswelle 3b angeordneten Nadelkranz 25, so dass die Innenmantelfläche 17 des hohlzylindrischen Abschnitts 10 unmittelbar die äußere Laufbahn für die Nadeln 27 bildet. Als axiale Anlaufflächen für die Nadeln 27 dienen dabei zwei sich radial einwärts erstreckende und mit der Antriebswelle 3b einstückig ausgebildete Schultern 36. Zur Axialsicherung des auf die Außenmantelfläche 18 des Lagerzapfens 19 aufgezogenen Innenrings 22a ist in diesem Fall eine stirnseitige und radial auswärts gerichtete Verstemmung 37 des Lagerzapfens 19 vorgesehen. Der dabei erzeugte und die Stirnseite des Innenrings 22a radial überdeckende Materialaufwurf ist hier ringförmig umlaufend ausgebildet. - Die in der Welleneingangsöffnung 15 des Pumpengehäuses 2 angeordnete zweite Lagerstelle 31 umfasst wiederum ein als Kugellager ausgebildetes Axialwälzlager 33b, das wie das Axialwälzlager 33a gemäß
Figur 1 nicht nur zur Abstützung etwaig auftretender Axialkräfte, sondern auch zur Zentrierung des Pumpengehäuses gegenüber der Antriebswelle 3b bzw. 3a dient. Das Axialwälzlager 33b ist hier jedoch mit der Antriebswelle 3b zu einer Baueinheit zusammengefasst, indem die innere Laufbahn für die Kugeln 38 durch eine auf einem Außenmantelabschnitt 39 der Antriebswelle 3b verlaufende Umfangsnut 40a gebildet ist. Dadurch, dass die Antriebswelle 3b nicht nur am Pumpennocken 7 sondern auch an der äußeren Laufbahn für die Nadeln 27 (Innenmantelfläche 17) und an der inneren Laufbahn für die Kugeln 38 (Umfangsnut 40a) tribologisch beansprucht wird, ist es besonders zweckmäßig, die Antriebswelle 3b aus einem einsatz- oder durchhärtenden Wälzlagerstahl der eingangs genannten Sorten auszuführen. - Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kolbenpumpe 1 c ist aus
Figur 3 ersichtlich. Deren Antriebswelle 3c ist wie bei den vorherigen Ausführungsbeispielen ebenfalls an zwei Lagerstellen 11 und 31 drehgelagert, wobei die zweite, axiale Lagerstelle 31 in diesem Fall zwischen der Gehäuserückwand 20 und einer der Gehäuserückwand 20 zugewandten Ringstirnfläche 41 der Antriebswelle 3c angeordnet ist. Die Lagerstelle 31 umfasst ein Axialwälzlager 33c in Form eines auch als Axial-Nadelkranz bezeichneten, kurz bauenden Axialnadellagers 42 mit einem durch den Innenring 22a zentrierten Käfig 43 und darin geführten Nadeln 44 sowie eine an der Gehäuserückwand 20 anliegende Anlaufscheibe 45 als gehäuseseitige Laufbahn für die Nadeln 44. - Ferner wird die Antriebswelle 3c in diesem Fall nicht über eine Innenlängsverzahnung sondern über eine stirnseitig verlaufende Rechteckausnehmung 46 zur Aufnahme einer Zweiflach-Kupplung angetrieben, die einen durch Bauteiltoleranzen und elastische Verformungen bedingten Radialversatz zwischen der Nockenwelle und der Antriebswelle 3c ausgleicht.
- Bei dem in
Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kolbenpumpe 1d ist deren Antriebswelle 3d einstückig mit einer Nockenwelle 14b ausgebildet. Da die axiale Position der Nockenwelle 14b bereits in bekannter Weise über ein im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine angeordnetes Axial-lager festgelegt ist, ist zur Lagerung der Antriebswelle 3d im Pumpengehäuse 2 lediglich die radiale Lagerstelle 11 in Form der bereits ausFigur 1 bekannten Nadelhülse 23 zwischen dem hohlzylindrischen Abschnitt 10 und dem Lagerzapfen 19 vorgesehen. - Aus den in
Figur 5 dargestellten Halbschnitten gehen zwei weitere Ausführungsbeispiele für erfindungsgemäße Kolbenpumpen 1e und 1f hervor. In dem inFigur 5 unteren Halbschnitt ist erneut eine einstückig mit einer Nockenwelle 14c ausgebildete Antriebswelle 3e dargestellt, die ebenfalls nur über die radiale Lagerstelle 11 im Pumpengehäuse 2 gelagert ist. Der Außenring 28 der Nadelhülse 23 ist hier jedoch von zwei sich radial auswärts erstreckenden und mit einem dünnwandigen Innenring 22b einstückig ausgebildeten Schultern 47 axial eingefasst, so dass die Nadelhülse 23 und der Innenring 22b zu dem als Baueinheit montierbaren Radialnadellager 24 zusammengefasst sind. Zum Zusammenbau der Kolbenpumpe 1e ist es vorgesehen, zunächst diese Baueinheit in den hohlzylindrischen Abschnitt 10 einzusetzen und anschließend gemeinsam mit der Antriebswelle 3e bzw. Nockenwelle 14c über eine leichte Schiebesitzpassung auf den Lagerzapfen 19 aufzuziehen. - Der in
Figur 5 obere Halbschnitt zeigt wiederum eine von der Nockenwelle separate Antriebswelle 3f mit Innenlängsverzahnung 12 gemäßFigur 1 und in der Welleneingangsöffnung 15 angeordnetem Kugellager gemäßFigur 2 . Ein dünnwandig ausgebildeter, auf den Lagerzapfen 19 aufgezogener und mittels der Verstemmung 37 axial gesicherter Innenring 22c weist in diesem Fall zwei sich radial auswärts erstreckende und als axiale Anlaufflächen für den Käfig 26 des Nadelkranzes 25 dienende Schultern 48 auf. Insofern kann die auch hier als äußere Laufbahn für die Nadeln 27 dienende Innenmantelfläche 17 des hohlzylindrischen Abschnitts 10 durchgehend zylindrisch ohne die inFigur 2 dargestellten Schultern 36 ausgeführt werden, wodurch die Bearbeitung der Antriebswelle 3f vereinfacht wird. - In
Figur 6 ist eine an drei Lagerstellen 11, 31 und 49 drehgelagerte Antriebswelle 3g einer Kolbenpumpe 1g dargestellt. Die Antriebswelle 3g wird analog zu dem Ausführungsbeispiel nachFigur 3 über eine in die Rechteckausnehmung 46 eingreifende Zweiflach-Kupplung von der Nockenwelle angetrieben, wobei zur Abstützung beidseitig wirkender Axialkräfte zwei Axialnadellager 42 und 50 vorgesehen sind. Das erste Axialnadellager 42 ist zwischen der Gehäuserückwand 20 und der dieser zugewandten Ringstirnfläche 41 der Antriebswelle 3g angeordnet, während das zweite Axialnadellager 50 zwischen einem die Welleneingangsöffnung 15 begrenzenden Innenwandabschnitt 51 des Pumpengehäuses 2 und einer dem Innenwandabschnitt 51 zugewandten Ringstirnfläche 52 der Antriebswelle 3g angeordnet ist. Dabei sind die wellenseitigen Laufbahnen für die Nadeln 44 beider Axialnadellager 42 und 50 unmittelbar durch die Ringstirnflächen 41 und 52 gebildet. Als gehäuseseitige Laufbahn des an der Welleneingangsöffnung 15 angeordneten Axialnadellagers 50 dient die in den Innenwandabschnitt 51 des Pumpengehäuses 2 eingelegte Anlaufscheibe 45. Zur Montage der Anlaufscheibe 45 ist das Pumpengehäuse 2 zweiteilig ausgebildet und umfasst einen die Welleneingangsöffnung 15 begrenzenden Flansch 53. Ein solcher Flansch ist auch bei den anderen Ausführungsbeispielen insbesondere dann vorzusehen, wenn die Größe der Welleneingangsöffnung 15 ein Hindurchführen des Pumpennockens 7 nicht erlaubt. - Die gehäuseseitige Laufbahn für das an der Gehäuserückwand 20 angeordnete Nadellager 42 ist durch einen auf den Lagerzapfen 19 aufgezogenen und speziell geformten, dünnwandigen Innenring 22d gebildet. Dieser weist, ausgehend von seiner inneren Laufbahn für die Nadeln 27 des wiederum nur als Nadelkranz 25 ausgebildeten Radialnadellagers 24, einen sich in Richtung der Gehäuserückwand 20 gestuft vergrößernden Durchmesser auf. Dabei geht die innere Laufbahn in eine Schulter 54 über, die mit ihrer der Gehäuserückwand 20 abgewandten Ringstirnfläche 55 als axiale Anlauffläche für den Käfig 26 des Nadelkranzes 25 dient und die mit ihrer Außenmantelfläche 56 den Käfig 43 des Axialnadellagers 42 zentriert. Weiterhin geht die Schulter 54 in einen sich zwischen der Gehäuserückwand 20 und der Ringstirnfläche 41 der Antriebswelle 3g radial auswärts erstreckenden Kragen 57 über, an dem die Nadeln 44 des Axialnadellagers 42 abwälzen. Außerdem weist der Innenring 22d an seiner dem Kragen 57 gegenüberliegenden Stirnseite einen sich radial einwärts erstreckenden Bund 58 auf, der den Lagerzapfen 19 stirnseitig übergreift und als Angriffsfläche für ein Montagewerkzeug zum Aufschieben des Innenrings 22d auf den Lagerzapfen 19 dient.
- In
Figur 7 sind weitere Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Kolbenpumpen 1 h und 1i mit Antriebswellen 3h und 3i und den zugehörigen Lagerstellen 11 jeweils in einem oberen und einem unteren Halbschnitt dargestellt. Jede Antriebswelle 3h und 3i weist die durchgehende Längsöffnung 9 und zwei diametral gegenüberliegende Rechteckausnehmungen 46 zur Aufnahme der genannten Zweiflach-Kupplung auf. Bei beiden Ausführungen umfassen die zwischen dem hohlzylindrischen Abschnitt 10 und dem Lagerzapfen 19 angeordneten Lagerstellen 11 ein kombiniertes Radial-Axial-Lager 59a bzw. 59b, jeweils bestehend aus dem Nadelkranz 25 und einem als Schrägkugellager ausgebildeten Axialwälzlager 33d bzw. 33e zur Abstützung beidseitig wirkender Axialkräfte. Bei dem Radial-Axial-Lager 59a gemäß dem oberen Halbschnitt ist ein auf den Lagerzapfen 19 aufgezogener und verstemmter Innenring 22e vorgesehen. Die zwischen dem Innenring 22e und der Gehäuserückwand 20 eingelegte Anlaufscheibe 45 dient als axiale Anlauffläche für den Käfig 26 des Nadelkranzes 25, wobei die Nadeln 27 unmittelbar auf der Innenmantelfläche 17 des hohlzylindrischen Abschnitts 10 abwälzen. Die innere Laufbahn für die Kugeln 38 des Schrägkugellagers ist durch eine Umfangsnut 40b des Innenrings 22e gebildet, während deren äußere Laufbahn ebenfalls auf der Innenmantelfläche 17 des hohlzylindrischen Abschnitts 10 verläuft. - Demgegenüber ist das in dem unteren Halbschnitt dargestellte Radial-Axiallager 59b zu einer von der Antriebswelle 3i und dem Lagerzapfen 19 separat hergestellten Baueinheit 60 kombiniert. Diese auch als kombiniertes Nadellager bezeichnete Baueinheit 60 umfasst einen in die Innenmantelfläche 17 des hohlzylindrischen Abschnitts 10 eingesetzten Außenring 61 zur Bildung der äußeren Laufbahnen für die Nadeln 27 des Nadelkranzes 25 und die Kugeln 38 des Schrägkugellagers. Ein die inneren Laufbahnen für die Nadeln 27 und die Kugeln 38 bildender Innenring 22f ist zur Abstützung beidseitig wirkender Axialkräfte zweigeteilt mit einem breiten und einem schmalen Abschnitt 62 und 63 ausgeführt. Die Baueinheit 60 ist gehäuseseitig durch die stirnseitige Verstemmung 37 sowie den Absatz 32b des Lagerzapfens 19 und wellenseitig durch einen Absatz 32c und dem wellenseitigen Sicherungsring 21 b festgelegt.
- Weitere Informationen und auch Anregungen zur Gestaltung und Dimensionierung der Lagerstellen, erhält der Fachmann in den einschlägigen Lagerkatalogen, wie beispielsweise im Katalog "Wälzlager" der Firma Schaeffler KG, Ausgabe Januar 2006. In diesem Zusammenhang sei abschließend noch erwähnt, dass die Radialnadellager je nach Größe der Radialkraft anstelle des Nadelkranzes auch vollrollig ohne Käfig zur Erhöhung der Tragzahl ausgebildet sein können.
-
- 1 a-i
- Kolbenpumpe
- 2
- Pumpengehäuse
- 3 a-i
- Antriebswelle
- 4
- Stößelführung
- 5
- Pumpenstößel
- 6
- Nockenrolle
- 7
- Pumpennocken
- 8
- Nockengrundkreis
- 9
- Längsöffnung
- 10
- hohlzylindrischer Abschnitt
- 11
- Lagerstelle
- 12
- Innenlängsverzahnung
- 13
- Außenlängsverzahnung
- 14 a-c
- Nockenwelle
- 15
- Welleneingangsöffnung
- 16
- Dichtring
- 17
- Innenmantelfläche des hohlzylindrischen Abschnitts
- 18
- Außenmantelfläche des Lagerzapfens
- 19
- Lagerzapfen
- 20
- Gehäuserückwand
- 21 a,b
- Sicherungsring
- 22 a-f
- Innenring
- 23
- Nadelhülse
- 24
- Radialnadellager
- 25
- Nadelkranz
- 26
- Käfig des Radialnadellagers
- 27
- Nadeln des Radialnadellagers
- 28
- Außenring
- 29
- Schulter
- 30
- Bohrung
- 31
- Lagerstelle
- 32 a-c
- Absatz
- 33 a-e
- Axialwälzlager
- 34
- Innenmantelfläche des Außenrings
- 35
- Radialkraft
- 36
- Schulter
- 37
- Verstemmung
- 38
- Kugel
- 39
- Außenmantelabschnitt der Antriebswelle
- 40 a,b
- Umfangsnut
- 41
- Ringstirnfläche der Antriebswelle
- 42
- Axialnadellager
- 43
- Käfig des Axialnadellagers
- 44
- Nadeln des Axialnadellagers
- 45
- Anlaufscheibe
- 46
- Rechteckausnehmung
- 47
- Schulter
- 48
- Schulter
- 49
- Lagerstelle
- 50
- Axialnadellager
- 51
- Innenwandabschnitt des Pumpengehäuses
- 52
- Ringstirnfläche der Antriebswelle
- 53
- Flansch
- 54
- Schulter
- 55
- Ringstirnfläche des Innenrings
- 56
- Außenmantelfläche der Schulter
- 57
- Kragen
- 58
- Bund
- 59 a,b
- Radial-Axial-Lager
- 60
- Baueinheit
- 61
- Außenring
- 62
- breiter Abschnitt
- 63
- schmaler Abschnitt
Claims (15)
- Direkteinspritzende Brennkraftmaschine mit einer zur Kraftstoffhochdruckversorgung der Brennkraftmaschine dienenden Kolbenpumpe, die ein Pumpengehäuse (2) und eine Antriebswelle (3a bis 3i) zur Betätigung eines oder mehrerer Pumpenstößel (5), die bezüglich der Antriebswelle (3a bis 3i) radial im Pumpengehäuse (2) ausgerichtet sind, aufweist, wobei die Antriebswelle (3a bis 3i) an einer oder mehreren Lagerstellen (11, 31, 49), die zwischen einer Welleneingangsöffnung (15) des Pumpengehäuses (2) und einer der Welleneingangsöffnung (15) gegenüberliegenden Gehäuserückwand (20) verlaufen, drehgelagert und mit einer zur Betätigung von Einlass-und/oder Auslassventilen der Brennkraftmaschine dienenden Nockenwelle (14a bis 14c) koaxial drehverbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Lagerstelle (11) zwischen einer Innenmantelfläche (17) eines hohlzylindrischen Abschnitts (10) der Antriebswelle (3a bis 3i) und einer Außenmantelfläche (18) eines von der Gehäuserückwand (20) ausgehenden und sich in den hohlzylindrischen Abschnitt (10) erstreckenden Lagerzapfens (19) verläuft.
- Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerzapfen (19) einstückig mit dem Pumpengehäuse (2) ausgebildet ist.
- Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (3a, 3b, 3f) eine durchgehende Längsöffnung (9) aufweist, in welcher Längsöffnung (9) der hohlzylindrische Abschnitt (10) und eine zu diesem benachbarte Innenlängsverzahnung (12) verläuft, die mit einer Außenlängsverzahnung (13) auf einem der Kolbenpumpe (1a, 1b, 1 f) zugewandten Endabschnitt der Nockenwelle (14a) im Eingriff steht.
- Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (3d, 3e) und die Nockenwelle (14b, 14c) zu einer starr verbundenen Baueinheit zusammengefasst sind.
- Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Lagerstelle (11) zumindest ein Radialnadellager (24), wenigstens bestehend aus einem Nadelkranz (25) mit einem Käfig (26) und darin geführten Nadeln (27), umfasst.
- Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenmantelfläche (17) des hohlzylindrischen Abschnitts (10) der Antriebswelle (3b, 3c, 3f, 3g, 3h) als äußere Laufbahn für die Nadeln (27) dient.
- Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Laufbahn von einer oder zwei sich radial einwärts erstreckenden und mit der Antriebswelle (3b, 3c) einstückig ausgebildeten Schultern (36), die als axiale Anlaufflächen für die Nadeln (27) dienen, einseitig beziehungsweise beidseitig begrenzt ist.
- Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Radialnadellager (24) als Nadelhülse (23) mit einem dünnwandigen, in die Innenmantelfläche (17) des hohlzylindrischen Abschnitts (10) der Antriebswelle (3a, 3d) eingesetzten Außenring (28) ausgebildet ist, welcher Außenring (28) eine als äußere Laufbahn für die Nadeln (27) dienende Innenmantelfläche (34) sowie zwei sich radial einwärts erstreckende und als axiale Anlauffläche für den Käfig (26) dienende Schultern (29) aufweist.
- Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Laufbahn für die Nadeln (27) durch einen auf die Außenmantelfläche (18) des Lagerzapfens (19) aufgezogenen Innenring (22a bis 22f) gebildet ist.
- Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Nadelhülse (23) und der dünnwandig ausgebildete Innenring (22b) eine Baueinheit bilden, indem der Außenring (28) der Nadelhülse (23) von zwei sich radial auswärts erstreckenden und mit dem Innenring (22b) einstückig ausgebildeten Schultern (47) axial eingefasst ist.
- Brennkraftmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (22c) dünnwandig ausgebildet ist und zwei sich radial auswärts erstreckende und als axiale Anlaufflächen für den Käfig (26) dienende Schultern (48) aufweist.
- Brennkraftmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwecks Axialsicherung des Innenrings (22a, 22c, 22e, 22f) auf dem Lagerzapfen (19) eine stirnseitige und radial auswärts gerichtete Verstemmung (37) des Lagerzapfens (19) vorgesehen ist, welche Verstemmung (37) den Innenring (22a, 22c, 22e, 22f) zumindest partiell radial überdeckt.
- Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Lagerstellen (11, 31) für die Antriebswelle (3a, 3b, 3c, 3f) vorgesehen sind, wobei die zweite Lagerstelle (31) ein Axialwälzlager (33a bis 33c) umfasst.
- Brennkraftmaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Axialwälzlager (33b) als in der Welleneingangsöffnung (15) des Pumpengehäuses (2) angeordnetes Kugellager ausgebildet ist, wobei die innere Laufbahn für die Kugeln (38) durch eine Umfangsnut (40a) auf einem in der Welleneingangsöffnung (15) verlaufenden Außenmantelabschnitt (39) der Antriebswelle (3b, 3f) gebildet ist.
- Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine die Antriebswelle (3a bis 3i) quer durchsetzende Bohrung (30) vorgesehen ist, die im Bereich der einen Lagerstelle (11) mündet und als Schmiermittelkanal dient.
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