Bezeichnung der Erfindung

Kolbenpumpe

Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe, insbesondere zur Kraftstoffhochdruckversorgung einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung, mit einem Pumpengehäuse und einer Antriebswelle zur Betätigung eines oder mehrerer Pum- penstößel, die bezüglich der Antriebswelle radial im Pumpengehäuse ausgerichtet sind, wobei die Antriebswelle an einer oder mehreren Lagerstellen, die zwischen einer Welleneingangsöffnung des Pumpengehäuses und einer der Welleneingangsöffnung gegenüberliegenden Gehäuserückwand verlaufen, drehgelagert ist.

Hintergrund der Erfindung

Derartige Kolbenpumpen sind in mannigfaltigen Ausgestaltungen im Stand der Technik bekannt. So geht beispielsweise aus der DE 102 08 574 A1 eine Radi- alkolbenpumpe 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 gela- gert ist.

Eine weitere Ausführungsform einer Kolbenpumpe geht aus der DE 198 27 926 A1 hervor. Anstelle des auf der Antriebswelle exzentrisch gelagerten Hubrings ist dort ein mit der Antriebswelle umlaufender Mehrfachnocken zur Betätigung eines Pumpenstößels vorgesehen, und die Antriebswelle ist über ein an der Gehäuserückwand angeordnetes Kugellager drehbar im Pumpengehäuse gelagert.

Ein den beispielhaft genannten Ausführungsformen der Kolbenpumpe gemein- sames 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 ins- besondere dann kritisch sein, wenn die Kolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckversorgung einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung dient und in deren Zylinderkopfbereich 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 Fu ß- gängerschutzvorschriften 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 ver- wendbar ist.

Aufgabe der Erfindung

Der vorliegenden Erfindung liegt daher 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.

Zusammenfassung der Erfindung

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 Pumpenstö- ßeln 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 hohl- zylindrisches 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.

In einem speziellen Anwendungsfall soll die Antriebswelle mit einer zur Betäti- gung 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. Ein weiterer, besonders geeigneter Anwendungsfall für die erfindungsgemäße Kolbenpumpe ist beispielsweise aber auch die parallele Anordnung der Antriebswelle zu einer antreibenden Nockenwelle, wobei diese auch für den Ladungswechsel einer Diesel-Brennkraftmaschine zuständig sein kann.

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 hohlzylindrische Abschnitt und eine zu diesem benach- barte 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 vergleichswei- se 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 An- thebswelle 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 Lauf- bahn 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 Ver- stemmung 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 derarti- gen, 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 hohlzy- lindrischen 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 Aus- führungsform 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 Gehäu- serückwand 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 Werkstof-

fe eignen sich auch hervorragend für die gegebenenfalls unmittelbar auf der Antriebswelle angeordneten Wälzkörperlaufbahnen.

Schließlich soll zur ausreichenden Schmiermittelversorgung der einen Lager- stelle 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 vorge- nannten Wälzlager mit drucklosem Sphtzöl 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.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

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.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

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 aus- geht. 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 1 a 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 1 1 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 1 1 umfasst einen auf die Außenmantelfläche 18 des Lagerzapfens 19 aufgezogenen und durch einen gehäuseseitigen Sicherungsring 21 a 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 Indukti- onsverfahren 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 hin- aus 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 erläu- terten Ausführungsbeispielen einteilig mit dem Pumpengehäuse 2 ausgebildet.

Dabei ist es zur Herstellung des Lagerzapfens 19 vorgesehen, dass dessen

Funktionsflächen für die Lagerstelle 1 1 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 hohlzy- lindrischen 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 Lager- zapfens 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 Axial- Wälzlager 33b ist hier jedoch mit der Antriebswelle 3b zu einer Baueinheit zu- sammengefasst, 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 Aus- führungsbeispielen ebenfalls an zwei Lagerstellen 1 1 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 Innenlängsver- zahnung 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 1 d 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 Axiallager festgelegt ist, ist zur Lagerung der Antriebswelle 3d im Pumpengehäuse 2 lediglich die radiale Lagerstelle 11 in Form der bereits aus Figur 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 1 e und 1 f hervor. In dem in Figur 5 unteren Halbschnitt ist erneut eine einstückig mit einer Nockenwelle 14c ausgebildete Antriebswelle 3e dargestellt, die ebenfalls nur über die radiale Lagerstelle 1 1 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 Bau- einheit montierbaren Radialnadellager 24 zusammengefasst sind. Zum Zusammenbau der Kolbenpumpe 1 e 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 Schiebe- sitzpassung auf den Lagerzapfen 19 aufzuziehen.

Der in Figur 5 obere Halbschnitt zeigt wiederum eine von der Nockenwelle separate Antriebswelle 3f mit Innenlängsverzahnung 12 gemäß Figur 1 und in der Welleneingangsöffnung 15 angeordnetem Kugellager gemäß Figur 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 in Figur 2 dargestellten Schultern 36 ausgeführt werden, wodurch die Bearbeitung der Antriebswelle 3f vereinfacht wird.

In Figur 6 ist eine an drei Lagerstellen 1 1 , 31 und 49 drehgelagerte Antriebswelle 3g einer Kolbenpumpe 1 g dargestellt. Die Antriebswelle 3g wird analog zu dem Ausführungsbeispiel nach Figur 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 Pumpenge- häuses 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 Kolbenpum- pen 1 h und 1 i mit Antriebswellen 3h und 3i und den zugehörigen Lagerstellen 1 1 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 zwi- sehen dem hohlzylindrischen Abschnitt 10 und dem Lagerzapfen 19 angeordneten Lagerstellen 1 1 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 Verstem- mung 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 Nadel- kranzes auch vollrollig ohne Käfig zur Erhöhung der Tragzahl ausgebildet sein können.

Liste der Bezugszahlen

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

breiter Abschnitt schmaler Abschnitt