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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe, insbesondere für
eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine, mit
einer Antriebswelle, die wenigstens einen Nocken oder Exzenter aufweist, nach
der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
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Diese
Hochdruckpumpe weist eine Antriebswelle mit wenigstens einem Nocken
oder Exzenter auf. Die Hochdruckpumpe weist außerdem wenigstens
ein Pumpenelement mit einem Pumpenkolben auf, der durch den Nocken
oder Exzenter der Antriebswelle in einer Hubbewegung angetrieben
wird. Zwischen dem Pumpenkolben und dem Nocken oder Exzenter der
Antriebswelle ist ein Stützelement angeordnet und in dem
Stützelement ist eine Rolle drehbar gelagert, die auf dem
Nocken oder Exzenter der Antriebswelle abrollt.
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Um
einen zu einer erhöhten Reibung zwischen der Rolle und
den benachbarten Bauteilen führenden Verschleiß zu
verhindern, ist bei der
DE 10 2006 041 673 A1 in Richtung der Drehachse
der Rolle zusätzlich zu einem Stützelement eine
Abstützung für die Rolle angeordnet, wobei die
Rolle und/oder die Abstützung eine Oberfläche
mit hoher Verschleißfestigkeit aufweist.
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Nachteilig
bei den bekannten Hochdruckpumpen ist jedoch deren komplizierter
Aufbau und die dafür erforderliche aufwändige
Fertigung und Montage.
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Vorteile der Erfindung
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Durch
die sich unterhalb der verschleißfesten Schicht befindliche
elastische Schicht wird erfindungsgemäß ein Eindringen
des Nockens oder Exzenters in das Kraftübertragungselement
zu einem gewissen Grad ermöglicht, wodurch das Kraftübertragungselement
sich lokal an die Form des Nockens oder Exzenters angleicht und
die Flächenpressung verringert wird.
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Dadurch
ergibt sich für die erfindungsgemäße
Hochdruckpumpe der Vorteil, dass durch die Formanpassung des Kraftübertragungselements
an den Nocken oder Exzenter die bislang erforderliche Rolle und
die Abstützung derselben entfallen können, was zu
einer Vereinfachung von Fertigung und Montage führt und
insbesondere hinsichtlich Kosten und durch die Erfindung vermiedene
Qualitätsrisiken weitere Vorteile bringt.
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Um
zu verhindern, dass bei dem Kontakt zwischen dem Nocken oder Exzenter
mit dem Kraftübertragungselement die verschleißfeste
Schicht durch auftretende Spannungen beschädigt wird, kann
in einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen
sein, dass die verschleißfeste Schicht an ihrer Oberfläche
Unterbrechungen aufweist.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den restlichen Unteransprüchen.
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Nachfolgend
sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung
prinzipmäßig dargestellt.
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Kurzbeschreibung der Zeichnung
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Es
zeigen:
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1 einen
Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße
Hochdruckpumpe;
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2 einen
Schnitt durch die Hochdruckpumpe nach der Linie II-II aus 1;
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3 eine
vergrößerte Darstellung gemäß der
Linie III-III aus 2;
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4 eine
erste Ausführungsform der verschleißfesten Schicht
und der elastischen Schicht des Kraftübertragungselements;
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5 eine
zweite Ausführungsform der verschleißfesten Schicht
und der elastischen Schicht des Kraftübertragungselements;
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6 eine
dritte Ausführungsform der verschleißfesten Schicht
und der elastischen Schicht des Kraftübertragungselements;
und
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7 eine
vierte Ausführungsform der verschleißfesten Schicht
und der elastischen Schicht des Kraftübertragungselements.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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Die 1 bis 7 zeigen
eine Hochdruckpumpe 1 für eine nicht dargestellte
Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine. Die Hochdruckpumpe 1 weist
ein mehrteiliges Pumpengehäuse 2 auf, in dem eine
durch die Brennkraftmaschine rotierend angetriebene Antriebswelle 3 angeordnet ist.
Die Antriebswelle 3 ist beispielsweise über zwei
in Richtung der Drehachse 4 der Antriebwelle 3 voneinander
beabstandeten Lagerstellen drehbar gelagert. Die Lagerstellen können
in verschiedenen Teilen des Pumpengehäuses 2 angeordnet
sein, beispielsweise kann eine erste Lagerstelle in einem Grundkörper 5 des
Pumpengehäuses 2 und eine zweite Lagerstelle in
einem mit dem Grundkörper 5 verbundenen Flanschteil 6 angeordnet
sein.
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In
einem zwischen den beiden Lagerstellen liegenden Bereich weist die
Antriebswelle 3 wenigstens einen Nocken 7 oder
einen exzentrisch zu ihrer Drehachse 4 ausgebildeten auch
als Exzenter bezeichneten Abschnitt auf, wobei der Nocken 7 auch als
Mehrfachnocken ausgebildet sein kann. Die Hochdruckpumpe 1 weist
wenigstens ein oder mehrere in dem Pumpengehäuse 2 angeordnete
Pumpenelemente 8 mit jeweils einem Pumpenkolben 9 auf,
der durch den Nocken 7 der Antriebwelle 3 in einer
Hubbewegung in zumindest annähernd radialer Richtung zu
der Drehachse 4 der Antriebswelle 3 angetrieben
wird. Im Bereich jedes Pumpenelements 8 ist ein mit dem
Grundkörper 5 verbundenes Pumpengehäuseteil 10 vorgesehen,
das im vorliegenden Fall als Zylinderkopf ausgebildet ist. Das Pumpengehäuseteil 10 weist
einen an einer Außenseite des Grundkörpers 5 anliegenden
Flansch 11 und einen durch eine Öffnung in dem
Grundkörper 5 zur Antriebswelle 3 hin
durchragenden, zumindest annähernd zylinderförmigen
Ansatz 12 mit gegenüber dem Flansch 11 kleinerem
Durchmesser auf. Der Pumpenkolben 9 ist in einer in dem
Ansatz 12 ausgebildeten Zylinderbohrung 13 in
dem Pumpengehäuseteil 10 dicht verschiebbar geführt
und begrenzt mit seiner der Antriebswelle 3 abgewandten
Stirnseite in der Zylinderbohrung 13 einen Pumpenarbeitsraum 14.
Die Zylinderbohrung 13 kann sich bis in den Flansch 11 hinein erstrecken,
in dem dann der Pumpenarbeitsraum 14 angeordnet ist. Der
Pumpenarbeitsraum 14 weist über einen in dem Pumpengehäuse 10 verlaufenden Kraftstoffzulaufkanal 15 eine
Verbindung mit einem Kraftstoffzulauf, beispielsweise einer Förderpumpe auf.
An der Mündung des Kraftstoffzulaufkanals 15 in den
Pumpenarbeitsraum 14 ist ein in den Pumpenarbeitsraum 14 öffnendes
Einlassventil 16 angeordnet. Der Pumpenarbeitsraum 14 weist
außerdem über einen in dem Pumpengehäuse 10 verlaufenden
Kraftstoffablaufkanal 17 eine Verbindung mit einem Auslass
auf, der beispielsweise mit einem Hochdruckspeicher 18 verbunden
ist. Mit dem Hochdruckspeicher 18 sind ein oder vorzugsweise
mehrere an den Zylindern der Brennkraftmaschine angeordnete Injektoren 19 verbunden,
durch die Kraftstoff in die Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt
wird. An der Mündung des Kraftstoffablaufkanals 17 in
dem Pumpenarbeitsraum 14 ist ein aus dem Pumpenarbeitsraum 14 öffnendes
Auslassventil 20 angeordnet.
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Zwischen
dem Pumpenkolben 9 und dem Nocken 7 der Antriebswelle 3 ist
ein Stößel 21 angeordnet, über
den sich der Pumpenkolben 9 zumindest mittelbar an dem
Nocken 7 der An triebswelle 3 abstützt.
Der Stößel 21 ist im vorliegenden Fall
hohlzylinderförmig mit rundem Außenquerschnitt
ausgebildet und ist in einer Bohrung 22 des Grundkörpers 5 des
Pumpengehäuses 10 in Richtung der Längsachse 21 des
Pumpenkolbens 9 verschiebbar geführt. Die Längsachse 23 des
Stößels 21 ist somit zumindest im wesentlichen
identisch mit der Längsachse 24 des Pumpenkolbens 9.
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Zwischen
dem Nocken 7 der Antriebswelle 3 und dem Pumpenkolben 9 ist
ein Kraftübertragungselement 25 angeordnet. Das
Kraftübertragungselement 25, welches dazu dient,
die von dem Nocken 7 oder Exzenter ausgeübte Kraft
auf den Pumpenkolben 9 zu übertragen, weist an
seiner dem Nocken 7 oder Exzenter zugewandten Seite eine
Schicht 26 aus einem verschleißfesten Material
auf, die nachfolgend als verschleißfeste Schicht 26 bezeichnet
wird. Die verschleißfeste Schicht 26, die dazu
dient, die hohe Flächenpressung aufzunehmen und ein Gleiten der
miteinander in Kontakt stehenden Bauteile zu ermöglichen,
kann insbesondere als keramische Schicht (beispielsweise aus keramischen
Materialien wie SiC, SiN, ZrO usw.), als Hartmetallschicht oder als
DLC(diamond-like coating)-Schicht ausgebildet sein. Unterhalb der
eine möglichst geringe Oberflächenrauheit aufweisenden
verschleißfesten Schicht 26 weist das Kraftübertragungselement 25,
dessen Grundmaterial vorzugsweise aus Stahl oder aus Hartmetall
besteht, eine elastische Schicht 27 auf, welche ein Eindringen
des Nockens 7 oder Exzenters in das Kraftübertragungselement 25 zu
einem gewissen Grad ermöglicht. In der vergrößerten
Darstellung gemäß 3 ist erkennbar,
wie der Nocken 7 in das Kraftübertragungselement 25 eindringt,
wodurch sich das Kraftübertragungselement 25 an
die Form des Nockens 7 oder Exzenters anpasst. Dies wird
durch eine Verschiebung der verschleißfesten Schicht 26 ermöglicht,
die wiederum in die elastische Schicht 27 eindringt. Hierzu
sollte die elastische Schicht 27 aus einem weicheren Material
als die verschleißfeste Schicht 26 bestehen. Als
Material für die elastische Schicht 27 kommen
unter anderem Metalle wie Kupfer, Bronze usw. oder Polymere wie
Polyamid (PA) oder Polyetheretherketon (PEEK) in Frage. In die elastische
Schicht 27 können zusätzlich harte Fasern,
wie beispielsweise Kohlefasern, oder Plättchen eingebettet
werden.
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Durch
das Eindringen des Nockens 7 in das Kraftübertragungselement 25 wird
die verschleißfeste Schicht 26 deformiert und
damit teilweise hohen Zugspannungen ausgesetzt, welche nicht zu
einer Beschädigung derselben führen sollten. Um
solche Beschädigungen zu verhindern, kann die verschleißfeste
Schicht 26, wie in 4 dargestellt,
an ihrer Oberfläche Unterbrechungen 28 aufweisen,
die beispielsweise durch eine an sich bekannte Maskentechnik hergestellt
werden können und die die entstehenden Zugspannungen abbauen.
Die Unterbrechungen 28 bilden dabei sozusagen Sollbruchstellen,
die das entstehen von Rissen auf der in diesem Fall unterbrochenen
verschleißfesten Schicht 26 verhindern.
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Alternativ
oder zusätzlich kann die elastische Schicht 27 eine
Strukturierung aufweisen, welche einen Höhenversatz innerhalb
der auf der elastischen Schicht 27 aufgebrachten verschleißfesten
Schicht 26 erzeugt. Dies kann ebenfalls zu den Unterbrechungen 28 führen.
Diese Ausführungsform ist in 5 mit einer
starken Vergrößerung des Höhenversatzes
dargestellt.
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Bei
der in 6 dargestellten Ausführungsform sind
mehrere verschleißfeste Schichten 26 und mehrere
elastische Schichten 27 abwechselnd übereinander
angeordnet. Durch dieses Übereinanderstapeln dehnen sich
die elastischen Schichten 27 weniger stark als in dem Fall,
in dem nur jeweils eine Schicht 26 bzw. 27 vorhanden
ist, wodurch die Zugspannungen in den verschleißfesten
Schichten 26 verringert werden. Dadurch wird ebenfalls
eine Angleichung der Oberflächen des Kraftübertragungselements 25 und
des Nockens 7 bzw. Exzenters erreicht.
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Auch
bei der Ausführungsform gemäß 7 sind
mehrere verschleißfeste Schichten 26 und mehrere
elastische Schichten 27 abwechselnd übereinander
angeordnet. Zusätzlich sind die verschleißfesten
Schichten 26 und die elastischen Schichten 27 gegenüber
der Kontaktfläche mit dem Nocken 7 oder Exzenter
geneigt, wodurch sich eine andere Spannungsverteilung in nerhalb
der Schichten 26 und 27 ergibt. Insbesondere entstehen
auf diese Weise im wesentlichen nur Druckspannungen, die für
die jeweilige verschleißfeste Schicht 26 wesentlich
weniger schädlich sind als Zugspannungen. Hierbei ist die Drehrichtung
des Nockens 7 oder Exzenters mit dem Pfeil „x"
dargestellt.
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Bei
der in 1 dargestellten Ausführungsform ist das
Kraftübertragungselement 25 als zwischen dem Nocken 7 oder
Exzenter und dem Pumpenkolben 9 angeordnetes Einlegeteil
ausgebildet. Selbstverständlich ist es jedoch auch möglich,
das Kraftübertragungselement 25 an dem Pumpenkolben 9 zu
befestigen oder es einteilig mit demselben auszubilden. Die in 2 angedeutete
einteilige Ausführung des Kraftübertragungselements 25 mit
dem Pumpenkolben 9 ist insbesondere dann sinnvoll, wenn
der Pumpenkolben 9 aus einem keramischen Material besteht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19907311
A1 [0002]
- - DE 102006041673 A1 [0002, 0004]