Beschreibung

Titel

Förderpumpe, insbesondere zur Förderung von Dieselkraftstoff mit einer verbesserten Lagerung der Antriebswelle

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Förderpumpe zur Förderung von Dieselkraftstoff gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die vorliegende Erfindung richtet sich insbesondere auf eine verbesserte Ausgestaltung der Gleitlageranordnung zur Lagerung der Antriebswelle im Gehäuse der Förderpumpe.

Stand der Technik

Eine gattungsgemäße Förderpumpe zur Förderung von Dieselkraftstoff ist aus der Offenlegungsschrift DE 101 38 362 Al bekannt. Die Förderpumpe dient zum Fördern von Dieselkraftstoff in ein sogenanntes Common-Rail-

Kraftstoffeinspritzsystem. Der sogenannte Common-Rail bildet einen Hochdruckspeicher, dessen Hochdruck durch die Förderpumpe aufrecht erhalten wird. Die Förderpumpe weist ein Gehäuse mit einer in diesem aufgenommenen Antriebswelle auf, die mittels zweier Gleitlageranordnungen drehbar um eine Antriebswel- lenachse gelagert ist. Die Gleitlageranordnung ist durch eine Lagerbohrung und einen sich durch diese hindurch erstreckende Lagerwellenabschnitt gebildet. Der Lagerwellenabschnitt bildet einen Teil der Antriebswelle, wobei die Lageranordnungen vorzugsweise benachbart zu einem Nockenabschnitt angeordnet sind, über den eine Laufrolle abwälzt, und somit mit einem Ventilverband in Wirkver- bindung steht. Die Gleitlageranordnung umfasst je eine Lagerbuchse, in welcher die Lagerbohrung ausgebildet ist.

Eine weitere Ausführungsform einer gattungsgemäßen Förderpumpe ist in der Offenlegungsschrift DE 199 13 804 Al offenbart. Die Förderpumpe dient zum Fördern von Dieselkraftstoff in einen Hochdruckspeicher für eine Brennkraftma-

schine, wobei die Förderpumpe mit zwei Pumpkammern, welcher hintereinander angeordnet sind, ausgeführt ist. Die Ventilverbände werden in dieser Ausführung über zwei benachbart auf einer Antriebswelle angeordnete Nockentriebe betätigt, wobei die Nockentriebe auf der Antriebswelle zwischen zwei Gleitlageranordnun- gen aufgenommen sind. Somit bildet sich ein vorteilhafter Lastfall zwischen den

Lageranordnungen aus.

Hinsichtlich der Erzeugung des Hubes des sich in den Ventilverband hinein erstreckenden Hubelementes kann die Förderpumpe mit einem Nockentrieb oder mit einem Excentertrieb ausgebildet sein. Bei beiden Bauarten derartiger Förderpumpen ergibt sich jedoch das Problem, dass aufgrund der sehr hohen Förderdrücke große Kräfte auf die Antriebswelle einwirken, welche durch die Gleitlageranordnungen aufgenommen werden müssen. Diese Kräfte werden über die Druckrollen auf die Nockenabschnitte in die Antriebswelle eingeleitet und resul- tieren aus den jeweiligen Ventilverbänden. Zusätzlich können erhebliche Querkräfte in die Antriebswelle eingeleitet werden, welche durch ebenfalls über die Antriebswellen angetriebene Aggregate verursacht werden. Die Antriebswelle erstreckt sich in zumindest einer Richtung aus dem Gehäuse der Förderpumpe heraus, und nimmt wenigstens ein übertragungsmittel zur Leistungsübertragung mittels eines Zugmittels, einer Verzahnung oder ähnlichem auf. Sind zum Leistungsdurchsatz weitere Aggregate über die Antriebswelle der Förderpumpe angetrieben, so können erhebliche Kräfte in die Antriebswelle eingeleitet werden, welchen ebenfalls durch die jeweilige Gleitlageranordnung aufgenommen werden muss. Sich bildende Durchbiegungen der Antriebswelle führen zu Kantenträgern in den Lagerrändern, welche sehr hohe Kantenpressungen zwischen dem Lagerwellenabschnitt und der Lagerbohrung verursachen. Die hohen Werte der Lagerpressungen können dazu führen, dass sich ein tragender Schmierfilm zwischen der Lagerbohrung und dem Lagerwellenabschnitt nicht mehr ausbilden kann, was zu einem erheblichen Verschleiß und einem verfrühten Ausfall der Förderpumpe führen kann. Gewöhnliche Lageranordnungen gemäß dem Stand der Technik weisen eine zylinderförmige Ausbildung auf, so dass der Lagerwellenabschnitt und die Lagerbohrung jeweils einen konzentrischen Zylinderabschnitt bilden.

Gleitlagerungen weisen eine gewöhnliche Lagerluft auf, welche sich in radialer Richtung zwischen dem Lagerwellenabschnitt und der Lagerbohrung als Durch- messerdifferenz bildet. Eine derartige Lagerluft wird vorgesehen, um eine hydrodynamische Schmierung mittels eines Schmiermittels wie ein Schmierfett oder ein Schmieröl zu bilden. Bei einer leichten Verkippung der Antriebswelle, entweder durch eine Schrägstellung, d.h. durch einen Schräglauf durch beide Gleitlageranordnungen, oder durch eine Durchbiegung der Antriebswelle, kommt es zu einer geometrischen Fehlstellung, d.h. die Flucht der Lagerbohrung stimmt nicht mehr mit der Flucht des Lagerwellenabschnittes überein.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Förderpumpe zur Förderung von Dieselkraftstoff zu schaffen, welche eine verschleißarme Gleitlageranordnung aufweist.

Offenbarung der Erfindung

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Förderpumpe zur Förderung von Dieselkraftstoff gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die Gleitlageranordnung eine sich in radialer Richtung zwischen dem Lagerwellenabschnitt und der Lagerbohrung erstreckende Lagerluft umfasst, welche in der Lagermitte einen klei- neren Wert aufweist als an wenigstens einem Lagerrand.

Die Erfindung geht dabei von dem Gedanken aus, dass die maximalen Flächenpressungen zwischen der Lagerbohrung und dem Lagerwellenabschnitt im Bereich des Lagerrandes verringert werden können. Stimmt die Flucht der Lager- bohrung nicht mit der Flucht des Lagerwellenabschnittes überein, so kann die vergrößerte Lagerluft im Bereich der Lagerränder den Winkelfehler ausgleichen. Die Gleitlageranordnung bildet somit eine Symmetrie aus, wobei die Lagermitte die Symmetrieebene bildet. Durch die am Lagerrand vergrößerte Lagerluft kann die Gleitlageranordnung nach Art eines Kugelgelenkes für sehr kleine Winkelbe- reiche Fluchtungsfehler ausgleichen, ohne das eine entsprechende Nachgiebig-

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keit in der Lagerbohrung bzw. im Lagerwellenabschnitt erforderlich ist. Versuche haben gezeigt, dass die Flächenpressung um ca. 20 ... 25% reduzierbar ist. Damit ist es ein erheblicher Vorteil der erfindungsgemäßen Gleitlageranordnung für eine Förderpumpe, Fluchtungsfehler, Durchbiegungen und sonstige Unstetigkei- ten in der Antriebswelle auszugleichen, ohne auf eine teure als Wälzlagerung ausgeführte Pendellageranordnung zurückzugreifen.

Hinsichtlich der Bauart der Förderpumpe erstreckt sich die erfindungsgemäße Lageranordnung auf beide Bauarten von Förderpumpen, sodass die Förderpum- pe einen Nockentrieb oder einen Excentertrieb umfassen kann, um ein sich in wenigstens einen Ventilverband hinein erstreckendes Hubelement hubbeweglich anzutreiben. Betreffend eine Förderpumpe nach bekannter Excenterbauart können sternförmig angeordnete Ventilverbände vorgesehen sein, in welche sich je ein Hubelement erstreckt, und die Hubelemente stehen mit einer Excenterschei- be in Wirkverbindung. Die auf die erfindungsgemäße Lageranordnung einwirkenden Kräfte sind jedoch unabhängig von der Bauart der Förderpumpe sowohl für einen Nockentrieb als auch für einen Excentertrieb gleichermaßen vorhanden, sodass die Lageranordnung gemäß der vorgeschlagenen Ausführungsform für beide Bauarten anwendbar und vorgesehen ist.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die Lagerbohrung eine zylindrische Form und der Lagerwellenabschnitt eine ballige Form aufweist, so dass dieser in Richtung der Antriebswellenachse symmetrisch ausgebildet ist. Die ballige Form wird durch eine Radiuskontur gebildet, welche sich vom ersten Lagerrand bis zum zweiten Lagerrand erstreckt. Die Balligkeit ist somit eine Art Verdickung mit einer maximalen Dicke in der Lagermitte, so dass in der Lagermitte die Lagerluft minimal ist. An den Lagerrändern ist die Lagerluft hingegen maximal. Die übergänge des balligen Abschnittes in die zylindrische Antriebswelle auf der Höhe der jeweiligen Lagerränder können Aus- gleichsradien umfassen, um eine Kantenbildung zu vermeiden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Gleitlageranordnung kann vorgesehen sein, dass der Lagerwellenabschnitt im Bereich der Lagermitte einen zylindrischen Abschnitt aufweist, und sich in Richtung der Antriebswellenachse jeweils seitlich ein balliger Abschnitt anschließt. Der zylindrische Abschnitt geht über je-

weilige übergangsradien in den balligen Abschnitt über, wobei der ballige Abschnitt jeweils wieder mittels eines übergangsradius in den zylindrischen Teil der angrenzenden Antriebswelle übergeht. Bei einem Winkelfehler zwischen der Flucht der Lagerbohrung und der Flucht des Lagerwellenabschnittes kann der tragende Bereich den im Bereich der Lagermitte ausgebildeten zylindrischen Abschnitt verlassen und am balligen Abschnitt entlang wandern. Die Flächenpressung zwischen der Lagerbohrung und dem Lagerwellenabschnitt wird im Berührungspunkt bzw. im Berührungsbereich nur unwesentlich erhöht. Der ballige Abschnitt weist dabei einen Radius auf, wobei der übergang zwischen dem zylindri- sehen Abschnitt und dem balligen Abschnitt kantenfrei ausgebildet ist.

Gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der Erfindung schließt sich an den zylindrischen Abschnitt in Richtung der Antriebswellenachse jeweils seitlich ein konischer Abschnitt an. Anstatt eines balligen Abschnittes kann der zwischen dem zylindrischen Abschnitt und den Lagerrändern ausgebildete Bereich auch als ein konischer Abschnitt vorgesehen sein. Der übergang zwischen dem konischen Abschnitt und dem zylindrischen Abschnitt kann wiederum übergangsradien aufweisen, um die zwischen den Abschnitten entstehenden Kanten zu glätten.

Aus konstruktiven Gründen kann es von besonderem Vorteil sein, dass der Lagerwellenabschnitt zylindrisch ausgebildet ist und einer gewöhnlichen Gleitlageranordnung entspricht. Die erhöhte Lagerluft im Randbereich des Lagers wird erreicht, in dem die Lagerbohrung selbst eine Krümmung aufweist, wobei die La- gerbohrung in der Lagermitte einen geringeren Durchmesser aufweist als an den

Lagerrändern. Gemäß dieser konstruktiven Ausgestaltung der Gleitlageranordnung mit einer Balligkeit in der Lagerbohrung können Fluchtungsfehler auf gleiche Weise ausgeglichen werden. Bei einer Schrägstellung der Flucht des Lagerwellenabschnittes relativ zur Flucht der Lagerbohrung werden auch gemäß die- ses Ausführungsbeispiels Kantenträger vermieden, in dem der Durchmesser der

Lagerbohrung im Bereich des Lagerrandes größer ausgestaltet ist als im Bereich der Lagermitte.

Vorteilhafterweise umfasst die Lagerluft im Bereich der Lagermitte einen Wert von lμm bis 150μm, vorzugsweise von lOμm bis 50μm und besonders bevorzugt

40μm. Analog dazu kann vorgesehen sein, dass die Durchmesserdifferenz eines Lagerwellenabschnittes zwischen der Lagermitte und den Lagerrändern einen Wert von lμm bis 150μm, vorzugsweise von lOμm bis 50μm und besonders bevorzugt von 20μm bis 30μm umfasst. Beispielsweise kann das Lagerspiel mit 40μm bemessen sein, welches sich ergibt, wenn sowohl die Lagerbohrung als auch der Lagerwellenabschnitt zylinderförmig ausgebildet sind. Bei einer Aufweitung der Lagerluft im Bereich der Lagerränder auf beispielsweise 60μm ist eine Reduktion der Flächenpressung zwischen dem Lagerwellenabschnitt und der Lagerbohrung von 90MPa auf etwa 70MPa erzielbar.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die wenigstens eine Gleitlageranordnung eine Lagerbuchse, wobei die Lagerbohrung in der Lagerbuchse ausgebildet ist. Die Lagerbuchse ist entweder im Gehäuse der Förderpumpe aufgenommen oder in einem Lagerflansch, welches wiederum mit dem Gehäuse verbunden ist. Die Lagerbuchse ist jeweils in das Gehäuse bzw. in den Lagerflansch eingepresst, eingeklebt oder auf sonstige Weise axial- und verdrehfest verbunden. Als Gleitlagerwerkstoff kann die Lagerbuchse ein A- luminiummaterial, ein Bronzematerial oder ein Kunststoffmaterial wie PEEK oder PPS umfassen (Polyetheretherketone oder Polyphenylsulfid). Durch diese Mate- rialien wird eine optimale Reibpaarung zwischen einer vorzugsweise aus Stahl hergestellten Antriebswelle und der Lagerbuchse gebildet. Die Schmierung der Lager kann entweder durch ein Schmieröl, eine Dauerschmierung durch eine Fettbefüllung oder durch den Dieselkraftstoff selbst erfolgen.

Vorteilhafterweise umfasst die Antriebswelle einen Nockenabschnitt oder einen

Excenterabschnitt, und zu diesem benachbart befindet sich je eine Gleitlageranordnung. Da die Kräfte hauptsächlich über in den Nockenabschnitt oder in den Excenterabschnitt eingeleitet werden, ist eine Gleitlageranordnung, die an den Nockenabschnitt unmittelbar angrenzt, besonders vorteilhaft. Somit können die in den Nockenabschnitt bzw. Excenterabschnitt eingeleiteten Kräfte durch die Gleitlageranordnung optimal aufgenommen werden, wobei die Durchbiegung der Antriebswelle minimiert wird.

Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.

Ausführungsbeispiel

Es zeigt:

Figur 1 eine quergeschnittene Seitenansicht einer beispielhaft mit einem Nockentrieb ausgebildeten Förderpumpe zur Förderung von Dieselkraftstoff, welche eine Antriebswelle umfasst, die in zwei Gleitlageranordnungen drehbar aufgenommen ist;

Figur 2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Gleitlageranordnung für ei- ne Förderpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung;

Figur 3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Gleitlageranordnung für eine Förderpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung;

Figur 4 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Gleitlageranordnung für eine Förderpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung; und

Figur 5 ein viertes Ausführungsbeispiel einer Gleitlageranordnung für eine Förderpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung.

Die Figur 1 zeigt eine Förderpumpe 1 in einer quergeschnittenen Seitenansicht. Diese dient zur Förderung von Dieselkraftstoff in ein Hochdruckspeicher. Die Förderpumpe 1 umfasst ein Gehäuse 2, in welchem eine Antriebswelle 3 drehbar gelagert aufgenommen ist. Die Antriebswelle 3 erstreckt sich entlang einer An- triebswellenachse 5, und ist in zwei Gleitlageranordnungen 4a und 4b gelagert.

Die Gleitlageranordnung 4a ist in einem Lagerflansch 15 aufgenommen, wohingegen die Gleitlageranordnung 4b unmittelbar im Gehäuse 2 eingebracht ist. Die Gleitlageranordnungen 4a und 4b werden jeweils durch eine Lagerbuchse 13 gebildet, welche die Antriebswelle 3 über Lagerwellenabschnitte 7 aufnimmt. Zwi- sehen den beiden Gleitlageranordnungen 4a und 4b umfasst die Antriebswelle 3

einen Nockenabschnitt 14. über den Nockenabschnitt 14 wälzt eine Druckrolle 16 ab, so dass durch die Rotation der Antriebswelle 3 eine Hubbewegung in einem Ventilverband 17 erzeugt wird. Auftretende Kräfte werden dabei vorzugsweise über die Druckrolle 16 in den Nockenabschnitt 14 eingeleitet, welche durch die benachbarten Gleitlageranordnungen 4a und 4b aufgenommen werden. Ferner können Kräfte über den aus dem Gehäuse 2 herausragenden Bereich der Antriebswelle 3 eingeleitet werden, wobei diese Kräfte hauptsächlich durch die Gleitlageranordnung 4a aufgenommen werden.

Die Figur 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer geometrischen Ausgestaltung einer Gleitlageranordnung 4 gemäß der vorliegenden Erfindung. Dargestellt ist die Antriebswelle 3, welche sich durch die Lagerbuchse 13 hindurch erstreckt. Der die Gleitlageranordnung 4 bildende Bereich der Antriebswelle 3 ist durch den Lagerwellenabschnitt 7 gebildet. Dieser erstreckt sich durch die Lagerbohrung 6 in der Lagerbuchse 13. Die Lagerbohrung 6 ist zylinderförmig ausgebildet, wohingegen der Lagerwellenabschnitt 7 einen balligen Abschnitt umfasst, welcher durch den Radius R angedeutet ist. Der Durchmesser der Antriebswelle 3 ist kleiner als der Durchmesser der Lagerbohrung 6. Der ballige Bereich, der den Lagerwellenabschnitt 7 bildet, erstreckt sich vom Lagerrand 9a bis zum Lager- rand 9b. Die Lagerränder 9a und 9b sind mit einer strichpunktierten Linie angedeutet, wobei sich zentrisch zwischen den Lagerrändern 9a und 9b die Lagermitte 8 befindet, welche ebenfalls mit einer strichpunktierten Linie angedeutet ist. Die Rotationsachse der Antriebswelle 3 ist durch die Antriebswellenachse 5 angedeutet, welche in ihrer Flucht mit der Flucht der Lagerbohrung 6 gemäß der Darstellung in Figur 1 übereinstimmt. Weicht nun die Flucht der Antriebswellenachse 5 von der Flucht der Lagerbohrung 6 ab, so wandert der tragende Bereich des ballig ausgebildeten Lagerwellenabschnittes 7 von der Lagermitte 8 weg und nähert sich einem Lagerrand 9a oder 9b an. Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Gleitlageranordnung 4 werden große Pressungen zwischen der Lagerbohrung 6 und dem Lagerwellenabschnitt 7 vermieden, so dass ein Verschleiß der Gleitlageranordnung 4 minimal ist.

Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der geometrischen Ausgestaltung der Gleitlageranordnung 4. Der Lagerwellenabschnitt der Antriebswelle 3 unter- teilt sich in einen zylindrischen Abschnitt 10, an den sich linksseitig und rechtssei-

tig jeweils ein balliger Abschnitt 11 anschließt und in die Antriebswelle 3 übergeht. Der zylindrische Abschnitt 10 weist einen größeren Durchmesser auf als die Antriebswelle 3, wobei durch den jeweils angrenzenden balligen Abschnitt 11 der übergang vom größeren Durchmesser des zylindrischen Abschnittes 10 zum kleineren Durchmesser der Antriebswelle 3 geschaffen wird. Die Radien der balligen Abschnitte 11 sind mit einem Pfeil und einem R angedeutet. Somit ist eine Kantenbildung zwischen dem zylindrischen Abschnitt 10 und dem jeweiligen balligen Abschnitt 11 vermeidbar, da der zylindrische Abschnitt 10 direkt in den balligen Abschnitt übergeht.

In Figur 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Gleitlageranordnung 4 gezeigt, wobei der Lagerwellenabschnitt wiederum durch einen zylindrischen Abschnitt 10 gebildet ist, an den sowohl linksseitig als auch rechtsseitig ein konischer Abschnitt 12 angrenzt. Der zylindrische Abschnitt 10 weist auch gemäß dieses Ausführungsbeispiels einen größeren Durchmesser auf als die Antriebswelle 3, wobei der übergang durch die jeweiligen konischen Abschnitte 12 gebildet sind. Um die sich zwischen dem zylindrischen Abschnitt 10 und den konischen Abschnitten 12 bildende Kante zu minimieren, können diese durch einen Kantenradius geglättet werden.

Figur 5 zeigt eine weitere mögliche Gleitlageranordnung 4, welche zunächst einen zylinderförmigen Lagerwellenabschnitt 7 umfasst. Damit geht die Antriebswelle 3 gleichförmig, d.h. mit einem unveränderlichen Querschnitt in den Lagerwellenabschnitt 7 über. Die ballige Kontur zur Erzeugung einer Lagerluft, die in der Lagermitte 8 kleiner ist als am jeweiligen Lagerrand 9a und 9b, ist die Lagerbuchse 13 mit einer balligen Lagerbohrung 6 ausgeführt. Die Lagerbohrung 6 weist im Bereich der Lagerränder 9a und 9b einen größeren Durchmesser auf als im Bereich der Lagermitte 8. Gemäß der Darstellung in Figur 5 ist der übergang vom kleineren zum größeren Durchmesser der Lagerbohrung 6 parabolförmig ausgebildet, wobei die jeweiligen übergänge auch eine Ausbildung aufweisen können, welche analog zur gestuften Kontur der Lagerwellenabschnitte 7 gemäß der Figuren 2 bis 4 geschaffen ist.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend an- gegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varian-

ten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Insbesondere erstreckt sich die vorgeschlagene Ausführung der Gleitlageranordnung nicht auf den in den Figuren beispielhaft dargestellten Nockentrieb, sondern der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung erstreckt sich ebenfalls auf Förderpumpen nach Bauart einer Ex- centerpumpe oder einer Kurbeltriebpumpe.