Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffpumpe für eine
Brennkraftmaschine, mit einem Gehäuse, mit mindestens einem
Kolben, mit einem Arbeitsraum, der bereichsweise vom Kolben
begrenzt wird, mit einer Exzenter- oder Nockenwelle, welche
den Kolben an seinem vom Arbeitsraum entgegengesetzten Ende
wenigstens mittelbar beaufschlagt, und mit einem
Vorspannelement, welches den Kolben gegen die Exzenter- oder
Nockenwelle wenigstens mittelbar beaufschlagt.
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Eine solche Kraftstoffpumpe ist bspw. als Radialkolbenpumpe
vom Markt her bekannt. Bei ihr ist eine zentrale Exzenterwelle
in einem Gehäuse gelagert. Auf einen Exzenterabschnitt der
Exzenterwelle ist ein Hubring aufgesetzt. Über den Umfang des
Hubrings verteilt sind ebene Flächen ausgebildet, an denen
Gleitschuhe anliegen. Die Gleitschuhe sind mit einem
zylindrischen Kolben verbunden, welcher mit seinem der
Exzenterwelle entgegengesetzten Ende einen Arbeitsraum
begrenzt. Der Kolben wird von einer Druckfeder gegen den
Gleitschuh bzw. die ebene Fläche des Hubrings beaufschlagt.
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Bei der bekannten Kraftstoffpumpe sind drei Zylinder
vorgesehen, welche jeweils einen entsprechenden Kolben und
einen entsprechenden Arbeitsraum aufweisen. Bei einer Bewegung
der Exzenterwelle wird der Kolben in eine Hin- und Herbewegung
versetzt, der im Arbeitsraum vorhandene Kraftstoff komprimiert
und über entsprechende Ventileinrichtungen bspw. in eine
Kraftstoff-Sammelleitung ("Rail") einer Brennkraftmaschine
ausgestoßen.
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Bei der vom Markt her bekannten Kraftstoffpumpe stutzt sich
die Druckfeder an einem Endabschnitt des Kolbens ab, welcher
einen deutlich größeren Durchmesser aufweist als der Schaft
des Kolbens. Der Endabschnitt und der Kolbenschaft sind
einstückig und bspw. aus dem Vollen herausgedreht. Zur Führung
der Druckfeder und zur Spannungsverminderung in den
Übergangsbereichen zwischen dem Kolbenschaft und dem
Endabschnitt ist es erforderlich, Einstiche und Absätze mit
unterschiedlichen Durchmessern vorzusehen. Dies führt vor
allem in Verbindung mit den einhergehenden großen
Durchmesserunterschieden zu einer aufwändigen spanabhebenden
Bearbeitung, was sich bei den Herstellkosten für die
Kraftstoffpumpe nachteilig auswirkt.
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Die vorliegende Erfindung hat daher die Aufgabe, eine
Kraftstoffpumpe der eingangs genannten Art so weiterzubilden,
dass sie kostengünstiger hergestellt werden kann.
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Diese Aufgabe wird bei einer Kraftstoffpumpe der eingangs
genannten Art dadurch gelost, dass ein vom Kolben separates
Stützelement vorhanden ist, welches mit dem der Exzenter- oder
Nockenwelle zugewandten Endbereich des Kolbens verbunden ist
und an welchem sich das Vorspannelement abstützt.
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Vorteile der Erfindung
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Bei der erfindungsgemäßen Kraftstoffpumpe ist der Kolben der
Kraftstoffpumpe deutlich einfacher aufgebaut. Im einfachsten
Fall kann er aus einem einfachen geraden Zylinder bestehen,
der keinerlei Durchmesseränderung aufweist. Eine aufwändige
spanabhebende Bearbeitung des Kolbens ist somit nicht
erforderlich, was die Kosten der erfindungsgemäßen
Kraftstoffpumpe erheblich senkt.
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Die Abstützung des Vorspannelements, üblicherweise einer
Druckfeder, welches den Kolben gegen die Exzenter- oder
Nockenwelle beaufschlagt, erfolgt bei der erfindungsgemäßen
Kraftstoffpumpe über ein separates Stützelement, welches mit
dem Kolben fest verbunden ist. Die Verbindung des
Stützelements mit dem Kolben kann dabei auf unterschiedliche
Art und Weise erfolgen: Möglich ist bspw. ein Aufpressen, ein
Aufschrumpfen, ein Verschweißen, ein Kleben und andere, weiter
unten noch im Detail ausgeführte Befestigungsvarianten. Zwar
ist für die Befestigung des Stützelements am Kolben ein
zusätzlicher Arbeitsschritt erforderlich, dieser ist
kostenmäßig jedoch günstiger als die o. g. spanabhebende
Bearbeitung des Kolbens.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen
Kraftstoffpumpe sind in Unteransprüchen angegeben.
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Zunächst wird vorgeschlagen, dass das Stützelement einen
Stützring umfasst. Ein solcher ist sehr einfach herzustellen,
was ebenfalls den Kosten für die Kraftstoffpumpe zugute kommt.
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Dabei wird vorgeschlagen, dass das Stützelement zweiteilig ist
und einen mit dem Endbereich des Kolbens verbundenen Stützring
und ein zwischen Vorspannelement und Stützring auf den Kolben
aufgeschobenes Zwischenelement umfasst. Dies ermöglicht es,
für den Stützring ein solches Material zu wählen, welches sich
am Kolben optimal befestigen lässt. Für das Zwischenelement
kann dagegen ein Material gewählt werden, welches auf einfache
Art und Weise so geformt werden kann, dass das Vorspannelement
optimal gehalten und geführt ist. Diese Weiterbildung erhöht
also zusätzlich die Funktionssicherheit der erfindungsgemäßen
Kraftstoffpumpe.
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In einer anderen Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass das
Stützelement mit einem Abschnitt an einem Sicherungsring
anliegt, der bereichsweise in einer Nut in dem der Exzenter-
oder Nockenwelle zugewandten Endbereich des Kolbens
aufgenommen ist. Diese Befestigungsmöglichkeit ist sehr
einfach und kann ggf. unter Zerstörung des Sicherungsrings,
auch wieder gelöst werden.
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Vorgeschlagen wird auch, dass die Kraftstoffpumpe eine mit dem
Kolben bewegliche Führungshülse umfasst, welche mit einem
gehäusefesten Führungsabschnitt zusammenarbeitet. Hierdurch
wird der Tatsache Rechnung getragen, dass im Betrieb
Querkräfte in das Pumpengehäuse abgeleitet werden müssen. Zwar
können diese Querkräfte auch über die Führung des Kolbens im
Gehäuse aufgenommen werden, vor allem aus Dichtigkeitsgründen
ist es jedoch günstiger, wenn der Kolben nur in axialer
Richtung belastet wird. Dies wird durch die erfindungsgemäße
Führungshülse ermöglicht, da diese die Querkräfte von der
Exzenter- oder Nockenwelle unter Umgehung des Kolbens direkt
in den gehäusefesten Führungsabschnitt ableitet. Eine
solchermaßen ausgestaltete Kraftstoffpumpe arbeitet daher mit
hohem Wirkungsgrad.
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Kostengünstig hergestellt werden kann eine derartige
Kraftstoffpumpe insbesondere dann, wenn das Stützelement mit
der Führungshülse einstückig ist.
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Das Stützelement kann auch einen nach radial einwärts
gerichteten Ringbund aufweisen, welcher sich an einem nach
radial auswärts gerichteten Ringbund des Kolbens abstützt. Das
Stützelement wird also von dem Vorspannelement mit seinem
Ringbund gegen den entsprechenden Ringbund des Kolbens
gedrückt. Die hierdurch geschaffene Verbindung des
Stützelements mit dem Kolben ermöglicht eine sichere
Rückstellung des Kolbens nach einem Kompressionshub, ohne dass
Querkräfte von dem Stützelement in den Kolben eingeleitet
werden. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das
Stützelement mit der Führungshülse einstückig ist.
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Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Kraftstoffpumpe sieht vor, dass die Kraftstoffpumpe ein
Basisteil umfasst, welches an der der Exzenter- oder
Nockenwelle zugewandten Stirnfläche des Kolbens anliegt. Ein
solches Basisteil ermöglicht es ebenfalls, den Kolben aus
einem Material auszuführen, welches optimal für seine Funktion
als Kompressionsstempel ist. Andererseits ist es möglich, das
Basisteil aus einem Material auszuführen, welches die
Relativbewegungen, welche durch die Drehung der Nocken- oder
Exzenterwelle gegenüber dem Kolben auftreten, aufnehmen kann,
ohne einem übermäßigen Verschleiß zu unterliegen. Ferner
können durch entsprechende Materialpaarungen auch die
Reibungskräfte zwischen dem Basisteil und der Exzenter- oder
Nockenwelle verringert werden, was zu geringeren Querkräften
führt. Diese Weiterbildung hat also zusätzliche Vorteile im
Hinblick auf die Funktion der erfindungsgemäßen
Kraftstoffpumpe.
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Dabei wird wiederum bevorzugt, wenn die Führungshülse einen
nach radial einwärts gerichteten Ringbund aufweist, der in
einen zwischen Stützelement und Basisteil liegenden Ringraum
ragt. Hierdurch ist die Führungshülse in axialer Richtung
sicher gehalten, und gleichzeitig ist die Montage der
erfindungsgemäßen Kraftstoffpumpe einfach und somit ebenfalls
kostengünstig.
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Vorteilhaft ist dabei auch, wenn das Basisteil einen
hochgezogenen Abschnitt aufweist, welcher das Stützelement
axial bereichsweise überdeckt, und das Stützelement mit dem
Basisteil über den hochgezogenen Abschnitt fest verbunden ist.
Ein solches Basisteil ist also tassenförmig ausgebildet und
wird durch den hochgezogenen Abschnitt gegenüber dem
Stützelement bei der Montage automatisch zentriert. Die
Befestigung des Basisteils am Stützelement kann bspw. über
einen Sicherungsring erfolgen, welcher in Nuten einerseits in
der Mantelfläche des Stützelements und andererseits in der
Mantelfläche des hochgezogenen Abschnitts eingelegt ist.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen
Kraftstoffpumpe zeichnet sich auch dadurch aus, dass das
Stützelement mindestens eine Umbiegung aufweist, welche das
Basisteil von außen umgreift und axial hält. Eine solche
Umbiegung ist einfach herzustellen und erleichtert die Montage
insgesamt der Kraftstoffpumpe, da das Basisteil unverlierbar
mit dem Stützelement verbunden ist.
Zeichnung
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Nachfolgend werden besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die
beiliegende Zeichnung im Detail erläutert. In der Zeichnung
zeigen:
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Fig. 1 einen Schnitt durch einen Bereich eines ersten
Ausführungsbeispiels einer
Radialkolben-Kraftstoffpumpe;
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Fig. 2 einen Teilschnitt durch ein Detail der
Kraftstoffpumpe von Fig. 1;
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Fig. 3 einen Teilschnitt durch Komponenten eines zweiten
Ausführungsbeispiels einer Kraftstoffpumpe;
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Fig. 4 einen Teilschnitt durch Komponenten eines dritten
Ausführungsbeispiels einer Kraftstoffpumpe;
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Fig. 5 einen Teilschnitt durch Komponenten eines vierten
Ausführungsbeispiels einer Kraftstoffpumpe;
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Fig. 6 einen Schnitt durch Komponenten eines fünften
Ausführungsbeispiels einer Kraftstoffpumpe;
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Fig. 7 ein vergrößertes Detail von Fig. 6; und
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Fig. 8 einen Schnitt durch Komponenten eines sechsten
Ausführungsbeispiels einer Kraftstoffpumpe.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In Fig. 1 trägt eine Kraftstoffpumpe insgesamt das
Bezugszeichen 10. Bei ihr handelt es sich um eine
Radialkolbenpumpe mit drei Zylindern 12a, 12b und 12c, wobei
nachfolgend im Detail nur die Komponenten des Zylinders 12a
erläutert werden. In der Zeichnung sind auch nur jene
Komponenten des Zylinders 12a mit Bezugszeichen versehen. Die
Komponenten der Zylinder 12b und 12c sind identisch zu jenen
des Zylinders 12a.
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Die Radialkolbenpumpe 10 umfasst ein Gehäuse 14. In einer
Bohrung (ohne Bezugszeichen) ist ein Kolben 16 axial
verschieblich aufgenommen. Der Kolben 16 begrenzt mit seiner
in Fig. 1 oberen Stirnfläche einen Arbeitsraum 18. Ein
Einlassventil 20 kann den Arbeitsraum 18 mit einer nicht
dargestellten Kraftstoffleitung verbinden. Ein ebenfalls nicht
dargestelltes Auslassventil kann den Arbeitsraum 18 mit einer
Kraftstoffleitung und weiter mit einer Hochdruck-Sammelleitung
("Rail") verbinden.
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Im Gehäuse 14 der Radialkolbenpumpe 10 ist eine Exzenterwelle
mit einem Exzenterabschnitt 22 gelagert. Auf den
Exzenterabschnitt 22 ist ein Hubring 24 aufgesetzt, der im
Bereich der einzelnen Zylinder 12a-12c jeweils eine plan
gearbeitete Kontaktfläche 26 aufweist. Ein als Gleitschuh
ausgebildetes Basisteil 28 wird mittelbar und auf noch näher
darzustellende Art und Weise von einer Druckfeder 30 gegen die
Kontaktfläche 26 beaufschlagt. Die Druckfeder 30 ist in einem
Ringraum 32 des Gehäuses 14 aufgenommen. Dieser wird nach
radial innen von einem rohrabschnittartigen Führungsabschnitt
34 begrenzt. In diesem ist wiederum der Kolben 16 axial
gleitend und fluiddicht aufgenommen. Die Verbindung des
Kolbens 16 mit dem Basisteil 28 und die kolbenseitige
Abstützung der Druckfeder 30 wird nun im Detail im
Zusammenhang mit Fig. 2 erläutert:
Der Kolben 16 weist einen dem Exzenterabschnitt 22 bzw. den
Hubring 24 zugewandten Endbereich 36 auf, welcher einen
größeren Durchmesser als der restliche Kolben 16 hat. Der
Endbereich 36 ist bereichsweise in einer komplementären
Ausnehmung 38 im Basisteil 28 aufgenommen. An einem zwischen
dem Kolbenschaft 39 und dem Endbereich 36 des Kolbens 16
gebildeten Absatz 41 liegt ein ringscheibenförmiges
Stützelement 40 an. Das Stützelement 40 besitzt einen sich
radial einwärts erstreckenden Halteabschnitt 42 und einen sich
axial erstreckenden Führungsabschnitt 44. Durch diese beiden
Abschnitte 42 und 44 wird das Stützelement 40 gegenüber der
Längsachse des Kolbens 16 zentriert.
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In seinem radial äußeren Bereich weist das Stützelement 40
eine sich in Umfangsrichtung erstreckende und in axialer
Richtung "geöffnete" rillenartige Vertiefung 46 auf, in der
das in Fig. 2 untere Ende der Druckfeder 30 aufgenommen ist.
Auf diese Weise wird auch die Druckfeder 30 radial zentriert.
An seinem radial äußeren Rand weist das Stützelement 40 über
seinen Umfang verteilt eine Mehrzahl von hakenartigen
Umbiegungen 48 auf, welche einen Absatz 50, der auf der
äußeren Mantelfläche des Basisteils 28 ausgebildet ist, mit
etwas Spiel umgreifen. Auf diese Weise wird das Basisteil 28
axial am Kolben 16 gehalten.
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Die Radialkolbenpumpe 10 arbeitet folgendermaßen: Durch eine
Rotation der Exzenterwelle mit dem Exzenterabschnitt 22 bewegt
sich der Mittelpunkt des Hubrings 24 längs einer Kreisbahn.
Die Kontaktflächen 26 des Hubrings 24 bewegen sich hierdurch
zum einen in axialer Richtung der jeweiligen Zylinder 12 und
auch lateral zur Längsachse der jeweiligen Zylinder 12. Durch
die Axialbewegung der Kontaktflächen 26 und die Rückstellkraft
der Druckfeder 30 wird der Kolben 16 über das Basisteil 28 in
eine axiale Hin- und Herbewegung versetzt. Hierdurch wird
Kraftstoff entweder in den Arbeitsraum 18 eingesaugt, oder der
im Arbeitsraum 18 vorhandene Kraftstoff wird komprimiert und
zur Kraftstoff-Sammelleitung hin ausgestoßen.
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In Fig. 3 ist eine Abwandlung des dem Exzenterabschnitt 22
zugewandten Bereichs des Kolbens 16 dargestellt. Dabei tragen
solche Elemente und Bereiche, welche äquivalente Funktionen zu
der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausgestaltung haben,
die gleichen Bezugszeichen. Sie sind nicht nochmals im Detail
erläutert.
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Im Unterschied zu den Fig. 1 und 2 weist der Endbereich 36
des in Fig. 3 dargestellten Kolbens 16 keinen anderen
Durchmesser als der Schaft 39 des Kolbens 16 auf. Der Kolben
16 ist daher noch einfacher herzustellen. Ferner ist das
Stützelement 40 zweiteilig ausgebildet. Es umfasst einen
Stützring 52, welcher auf den Kolben 16 aufgepresst ist. Auf
diese Weise ist der Stützring 52 axial unverrückbar am Kolben
16 festgelegt. In Fig. 3 von oben her ist auf den Kolben 16
ein Zwischenelement 54 aufgeschoben, welches mit einem
Halteabschnitt 42 und einem Führungsabschnitt 44 gegenüber dem
Stützring 52 zentriert ist.
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In den Fig. 2 und 3 ist einerseits zwischen dem Stützelement
40 und andererseits zwischen dem Basisteil 28 ein gewisses
Spiel vorhanden. In anderen, nicht dargestellten
Ausführungsbeispielen ist das Basisteil spielfrei mit dem
Kolben 16 verbunden.
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Aufgrund der oben beschriebenen Bewegung der Kontaktflächen 26
lateral zur Längsachse des jeweiligen Zylinders 12 werden von
der Kontaktfläche 26 aufgrund der vorhandenen Reibung auch
laterale Kräfte in das Basisteil 28 eingeleitet. Bei der
obigen Radialkolbenpumpe 10 (Fig. 1 und 2) bzw. bei der
Ausbildung der Komponenten gemäß Fig. 3 werden diese lateralen
Kräfte in den Kolben 16 eingeleitet und von diesem in den
Führungsabschnitt 34 des Gehäuses 14 abgeleitet. In den
nachfolgenden Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 4-8
werden Möglichkeiten dargelegt, mit denen der Kolben 16
querkraftfrei gehalten kann. Dabei wird wiederum darauf
hingewiesen, dass solche Komponenten und Teile, welche
äquivalente Funktionen zu bereits beschriebenen Komponenten
und Teilen aufweisen, die gleichen Bezugszeichen aufweisen und
nicht nochmals im Detail erläutert sind.
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In den Fig. 4 und 5 sind Ausführungsbeispiele mit einer sog.
"Tassenführung" dargestellt. Diese umfasst ein tassenförmiges
Führungsteil 56, welches mit der Außenseite eines Bodens 58 an
der Kontaktfläche 26 des Hubrings 24 anliegt. An der
Innenseite des Bodens 58 des tassenförmigen Führungsteils 56
stützt sich der Endbereich 36 des Kolbens 16 ab. Eine
Umfangswand 60 des tassenförmigen Führungsteils 56 ist mit
ihrer Außenseite in einem Führungsabschnitt 62 des Gehäuses 14
geführt. Die von der Kontaktfläche 26 beim Betrieb der
Radialkolbenpumpe 10 in den Boden 58 des tassenförmigen
Führungsteils 56 eingeleiteten lateralen Kräfte werden so über
die Umfangswand 60 direkt in den Führungsabschnitt 62 des
Gehäuses 14 abgeleitet. Der Kolben 16 bleibt so querkraftfrei.
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Das Stützelement ist in Fig. 4 als einstückiger Stützring 40
ausgebildet, der auf den Kolben 16 aufgepresst ist. Der
Endbereich 36 des Kolbens 16 weist keinerlei
Durchmesserveränderungen auf. Bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß Fig. 5 ist das Stützelement 40 wiederum zweiteilig mit
einem Stützring 52, der auf den Kolben 16 aufgepresst ist, und
einem Zwischenelement 54.
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Bei dem in den Fig. 6 und 7 dargestellten Ausführungsbeispiel
weist der Endbereich 36 des Kolbens 16 wieder einen größeren
Durchmesser als der Schaft 39 des Kolbens 16 auf und bildet so
einen nach radial auswärts gerichteten Ringbund 64. Dieser
Ringbund 64 ist einerseits zwischen einem nach radial einwärts
gerichteten Ringbund 66 einer Führungshülse 68 und einem an
der Stirnfläche des Kolbens 16 anliegenden Basisteil 28 axial
geführt.
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Das Basisteil 28 weist an seinem radial äußeren Rand einen
umlaufenden hochgezogenen Abschnitt 70 auf, welcher die
Führungshülse 68 in axialer Richtung bereichsweise überdeckt.
Wie aus Fig. 7 ersichtlich ist, ist einerseits auf der
Innenseite des hochgezogenen Abschnitts 70 eine umlaufende Nut
72 und andererseits auf der Außenseite der Führungshülse 68
eine umlaufende Nut 74 vorhanden. Ein Sicherungsring 76 ist
einerseits in der Nut 72 und andererseits in der Nut 74
aufgenommen, so dass die Führungshülse 68 und das Basisteil 28
fest miteinander verbunden sind.
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Die Führungshülse 68 ist auf einem Führungsabschnitt 62 des
Gehäuses 14 in axialer Richtung gleitend geführt. Somit werden
Querkräfte, welche über die Kontaktfläche 26 des Hubrings 24
in das Basisteil 28 eingeleitet werden, über die Führungshülse
68 in den Führungsabschnitt 62 des Gehäuses 14 eingeleitet.
Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, ist der Führungsabschnitt 62
dabei Teil einer Buchse 14a, welche in einen Gehäusebereich
14b eingeschrumpft ist. Die Führungshülse 68 weist einen nach
radial auswärts gerichteten Ringbund 44 auf, an dem sich die
Druckfeder 30 abstützt. Auf diese Weise wird der Kolben 16
mittelbar mit der Rückstellkraft der Druckfeder 30
beaufschlagt. Die Führungshülse 68 bildet also gleichzeitig
auch das Stützelement 40.
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Ein nochmals anderes Ausführungsbeispiel ist in Fig. 8
dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel hat der Endbereich
36 des Kolbens 16 wieder den gleichen Durchmesser wie der
Schaft 39 des Kolbens 16. Das Stützelement 40 ist als
Stützring ausgebildet, dessen Halteabschnitt 42 an einem
Sicherungsring 78 anliegt, der in einer Umfangsnut (ohne
Bezugszeichen) im Endbereich 36 des Kolbens 16 liegt. Auch
hier werden. Querkräfte wieder vom Kolben 16 ferngehalten,
indem eine Führungshülse 68 mit einem Führungsabschnitt 62 des
Gehäuses 14 zusammenarbeitet.
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Das Basisteil 28 weist einen in Fig. 8 oberen Abschnitt 80 mit
kleinerem Durchmesser und einen in Fig. 8 unteren Abschnitt 82
mit größerem Durchmesser auf. Die Oberseite des Abschnitts 80
des Basisteils 28 liegt an der ihm zugewandten Stirnseite des
Kolbens 16 an. Zwischen dem Abschnitt 82 des Basisteils 28 und
dem Stützelement 40 ist ein Ringraum 84 vorhanden, in den ein
nach radial einwärts gerichteter Ringbund 66 der Führungshülse
68 ragt. Ferner liegt der radial äußere Rand des Abschnitts 82
des Basisteils 28 an der Innenwand der Führungshülse 68 an.
Auf diese Weise werden auch hier Querkräfte vom Kolben 16
ferngehalten. Zwischen dem Basisteil 28 und dem in Fig. 8
nicht dargestellten Hubring 24 ist noch eine Laufrolle 86
vorhanden. Durch diese werden die Querkräfte nochmals
minimiert.