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Die Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe für eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Stand der Technik
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Eine gattungsgemäße Hochdruckpumpe geht beispielhaft aus der Offenlegungsschrift
DE 103 55 027 A1 hervor. Die hierin beschriebene Hochdruckpumpe weist wenigstens ein Pumpenelement auf, das einen Pumpenkolben besitzt, der einen Pumpenarbeitsraum begrenzt und der zumindest mittelbar durch eine Antriebswelle gegen die Kraft einer Rückstellfeder in einer Hubbewegung antreibbar ist. Hierzu ist der Pumpenkolben zumindest mittelbar über einen hülsenförmigen Stößel an der Antriebswelle abgestützt. Die Rückstellfeder ist über einen Federteller mit dem Pumpenkolben und dem Stößel verbunden. Über die Federkraft der Rückstellfeder werden somit der Pumpenkolben in Anlage am Stößel und der Stößel in Anlage an der Antriebswelle gehalten. Die Federkraft der Rückstellfeder sollte demnach auf den Pumpenkolben und den Stößel wirken, was jedoch aufgrund von Fertigungstoleranzen der Bauteile erschwert ist. Dies gilt insbesondere bei einem axialen Spiel zwischen den Bauteilen. Ein axiales Spiel führt insbesondere im Bereich der Bewegungsumkehr des Pumpenkolbens dazu, dass die Bauteile gegeneinander schlagen, was zu einem erhöhten Verschleiß und zur Entwicklung unerwünschter Geräusche führt.
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Um die negativen Auswirkungen derartiger Fertigungstoleranzen zu mindern, wird in der angeführten Offenlegungsschrift vorgeschlagen, dass der Federteller, mittels dessen die Rückstellfeder am Pumpenkolben und am Stößel abgestützt ist, elastisch verformbar ist. Ferner wird vorgeschlagen, dass die Steifigkeit des Federtellers geringer als die der Rückstellfeder gewählt ist, so dass die Verformung mittels der Federkraft der Rückstellfeder bewirkt werden kann. Die an einem peripheren Bereich des Federtellers anliegende Rückstellfeder drückt diesen in Richtung einer am Stößel ausgebildeten Federtellerauflage, wobei der im Federteller aufgenommene Kolbenfuß des Pumpenkolbens als Matrize dient. Durch die elastische Verformbarkeit des Federtellers soll unabhängig von einem vorhandenen fertigungsbedingten Spiel die Anlage des Federtellers sowohl am Pumpenkolben als auch am Stößel sichergestellt werden. Ein Spielausgleich kann dabei jedoch nur in eine Richtung bewirkt werden und zwar in Kraftrichtung der Federkraft der Rückstellfeder.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hochdruckpumpe der vorstehend genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass die vorstehend genannten Nachteile beseitigt oder zumindest deutlich gemindert werden. Insbesondere sollen eine unerwünschte Geräuschentwicklung und einer erhöhter Verschleiß aufgrund aufeinanderschlagender Bauteile verhindert werden. Ferner soll die Gefahr einer Überbelastung des Federtellers verringert werden, da diese zum Federtellerbruch führen kann. Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, Fördertoleranzen zu reduzieren und die Fülleffizienz zu erhöhen, indem der effektive Kolbenhub und damit die maximale Hochdruckfördermenge gesteigert werden.
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Zur Lösung der Aufgabe wird die Hochdruckpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Hochdruckpumpe werden in den Unteransprüchen angegeben.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorgeschlagene Hochdruckpumpe umfasst wenigstens ein Pumpenelement mit einem hubbeweglich geführten Pumpenkolben, der mittelbar über einen hülsenförmigen Stößel und eine Rolle an einem Nocken oder Exzenter einer Antriebswelle abgestützt ist, über welche der Pumpenkolben entgegen der Federkraft einer Rückstellfeder zu einer Hubbewegung antreibbar ist. Dabei ist die Rückstellfeder über einen Federteller mit dem Pumpenkolben und dem Stößel verbunden. Erfindungsgemäß ist der Federteller ein Biege-Stanzteil, das eine zirkulare Welligkeit besitzt, so dass der Federteller in Bewegungsrichtung des Pumpenkolbens zumindest geringfügig verformbar ist. Aufgrund der Verformbarkeit des Federtellers ist der Pumpenkolben hinsichtlich seiner axialen Lage gegenüber dem Stößel derart festlegbar, dass ein etwaiges vorhandenes toleranzbedingtes Spiel nicht von dem Pumpenkolben durchlaufen wird. Vorzugsweise wird hierzu der Pumpenkolben bei der Montage der Hochdruckpumpe eingeklemmt, indem der Federteller so weit verformt wird, dass ein etwaiges vorhandenes Spiel vollständig kompensiert wird. Aufgrund der Klemmwirkung wird eine dynamische Biegekraft im Federteller im Betrieb der Hochdruckpumpe reduziert, so dass ferner der Gefahr eines Federtellerbruchs entgegengewirkt wird. Dadurch, dass die Lage des Pumpenkolbens gegenüber dem Stößel zumindest in axialer Richtung festgelegt ist, werden Fördertoleranzen vermieden und zugleich die Fülleffizienz erhöht. Des Weiteren wird ein Aufeinanderschlagen der Bauteile und demzufolge eine unerwünschte Geräuschentwicklung verhindert.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die zirkulare Welligkeit des Federtellers durch Bereiche erzeugt, die gegenüber einer Hauptebene E des Federtellers axial versetzt sind, wobei erste Bereiche gegenüber der Hauptebene E angehoben und/oder zweite Bereiche gegenüber der Hauptebene E abgesenkt sind. Die angehobenen und abgesenkten Bereiche sind vorzugsweise mittels eines Biegeverfahrens in das Stanzteil eingebracht worden. Das Stanzteil erhält somit ein dreidimensionales Profil. Das Profil ist derart gewählt, dass sich der Federteller durch Stauchen verformen lässt. Die axiale Bauhöhe des Federtellers weist weiterhin bevorzugt ein Übermaß gegenüber dem üblicherweise zu erwartenden axialen Spiel auf, so dass mittels Stauchen eine ausreichende Klemmwirkung erzielbar ist.
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Vorzugsweise liegt der axiale Versatz der angehobenen und/oder abgesenkten Bereiche gegenüber der Hauptebene E im Bereich von ±0,2 mm. Somit kann auch bei Stauchung des Federtellers in der Regel noch eine ausreichende Klemmwirkung erzielt werden. Die Klemmwirkung verhindert, dass der Pumpenkolben das vorhandene Spiel durchläuft. Demnach werden ferner die beim Durchlaufen des Spiels auftretenden hohen Beschleunigungen des Pumpenkolbens sowie damit einhergehende hohe Aufschlagsgeschwindigkeiten des Pumpenkolbens auf angrenzende Bauteile verhindert. Dies führt dazu, dass die Gefahr von Federtellerbrüchen reduziert wird. Schließlich entfallen die beim Aufschlagen auftretenden unerwünschten Geräusche.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die zirkulare Welligkeit des Federelementes im Bereich eines innenliegenden Rings ausgebildet, welcher über radial verlaufende Stege mit einem außenliegenden Ring verbunden ist. Der innenliegende Ring ist demzufolge gegenüber dem außenliegenden Ring sowohl teilweise angehoben als auch teilweise abgesenkt. Die Welligkeit erstreckt sich somit über den Umfang des innenliegenden Rings, der vorzugsweise am Kolbenfuß des Pumpenkolbens abgestützt ist. Über den innenliegenden Ring ist somit der Federteller punktuell am Kolbenfuß des Pumpenkolbens abgestützt.
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Der außenliegende Ring des Federtellers liegt vorzugsweise am Stößel an. Weiterhin bevorzugt ist der außenliegende Ring an einem Ringbund des hülsenförmigen Stößels abgestützt. Der Ringbund erstreckt sich hierzu nach radial innen und verkleinert den Innendurchmesser des hülsenförmig ausgebildeten Stößels. Der Ringbund bildet somit eine radial verlaufende ringförmige Fläche als Auflagefläche für den außenliegenden Ring des Federtellers aus.
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Weiterhin bevorzugt ist in den hülsenförmigen Stößel ein Stützelement zur drehbaren Lagerung der Rolle aufgenommen, mittels welcher der Pumpenkolben am Nocken bzw. Exzenter der Antriebswelle abgestützt ist. Dabei gelangt das Stützelement vorzugsweise in Anlage mit dem Ringbund des hülsenförmigen Stößels, wobei die Anlagefläche auf der dem Federteller abgewandten Seite des Ringbundes angeordnet ist. Da das axiale Spiel toleranzbedingt in der Regel zwischen dem Federteller und dem Stützelement besteht, liegen zur Verringerung des Spiels die abgesenkten bzw. angehobenen Bereiche des innenliegenden Rings des Federtellers punktuell am Stützelement an. Damit wird der Kolbenfuß zwischen dem Federteller und dem Stützelement eingeklemmt. Die Klemmwirkung wird vorzugsweise über eine geringfügige Stauchung, d. h. Verformung des Federtellers im Bereich des innenliegenden Rings bewirkt. Die hierzu erforderliche Kraft kann über die Federkraft der Rückstellfeder bereitgestellt werden. Vorzugsweise ist die Federkraft der Rückstellfeder zwischen 340 Newton und 600 Newton gewählt.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
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1 eine perspektivische Darstellung einer aus dem Stand der Technik bekannten Hochdruckpumpe im Bereich der Pumpenkolbenabstützung und
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2 eine Draufsicht auf einen Federteller einer erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Die in der 1 ausschnittsweise dargestellte aus dem Stand der Technik bekannte Hochdruckpumpe umfasst zur Ausbildung eines Pumpenelementes einen hubbeweglich geführten Pumpenkolben 1, der mittelbar über einen hülsenförmigen Stößel 2 und eine Rolle 3 an einem Nocken 4 einer Antriebswelle 5 abgestützt ist. Über die Antriebswelle 5 ist der Pumpenkolben 1 entgegen der Federkraft einer Rückstellfeder 6 zu einer Hubbewegung antreibbar. Die Rückstellfeder 6 ist dabei über einen Federteller 7 mit dem Pumpenkolben 1 und dem Stößel 2 verbunden. Zur Auflage des Federtellers 7 weist der hülsenförmige Stößel 2 einen Ringbund 13 auf, welcher sich nach radial innen erstreckt. Der Ringbund 13 dient somit der Ausbildung einer ersten radial verlaufenden ringförmigen Anlagefläche, an welcher der Federteller 7 abgestützt ist, und einer zweiten radial verlaufenden ringförmigen Anlagefläche, an welcher ein Stützelement 14 abgestützt ist, das der drehbeweglichen Lagerung der Rolle 3 dient. Der axiale Abstand zwischen dem Federteller 7 und dem Stützelement 14 sollte derart bemessen sein, dass er der axialen Erstreckung eines Kolbenfußes 15 des Pumpenkolbens 1 entspricht, um den Pumpenkolben 1 in Anlage mit dem Stützelement 14 und dem Federteller 7 zu halten. Toleranzbedingt ist die Anordnung jedoch spielbehaftet. Das Spiel wird bei einer Umkehr der Bewegungsrichtung des Pumpenkolbens 1 von diesem durchlaufen, wobei der Pumpenkolben 1 insbesondere bei einer Hubbewegung aus der oberen Totpunktlage in die untere Totpunktlage eine hohe Beschleunigung erfährt, bis er am Stützelement 14 anschlägt. Das Anschlagen des Pumpenkolbens 1 verursacht nicht nur unerwünschte Geräusche, sondern führt auch zu einem erhöhten Verschleiß der Bauteile im Bereich der aufeinanderschlagenden Flächen. Ferner wird aufgrund der Beschleunigung des Pumpenkolbens 1 der Federteller 7 von einer dynamischen Biegekraft beaufschlagt, die zum Bruch des Federtellers 7 führen kann. Es sind demnach Maßnahmen zu treffen, dass der Pumpenkolben 1 ein etwaiges vorhandenes Spiel nicht durchlaufen kann. Erfindungsgemäß wird daher der Kolbenfuß 15 des Pumpenkolbens 1 zwischen Federteller 7 und Stützelement 14 eingeklemmt. Die Klemmwirkung wird über einen Federteller 7 erzielt, der ein Biege-Stanzteil ist, das eine zirkulare Welligkeit besitzt und somit in Bewegungsrichtung des Pumpenkolbens 1 zumindest geringfügig verformbar ist. Ein solcher Federteller 7 ist beispielhaft in der 2 dargestellt.
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Der 2 ist ein Federteller 7 zu entnehmen, der mittels Stanzen derart geformt ist, dass ein innenliegender Ring 10 ausgebildet wird, welcher über Stege 11 mit einem außenliegenden Ring 12 verbunden ist. Die Stege 11 sind im gleichen Winkelabstand zueinander angeordnet, der beispielsweise bei Ausbildung von drei Stegen 11 120° beträgt. Der Winkelabstand wird dabei von Stegachse zu Stegachse gemessen. Zwischen den Stegen 11 erstrecken sich bogenförmige Aussparungen 17, mittels welcher der innenliegende Ring 10 vom außenliegenden Ring 12 weitgehend freigestellt wird. Eine im innenliegenden Ring 10 ausgebildete zentrale Öffnung 16 dient der Aufnahme des Pumpenkolbens 1. Im eingebauten Zustand liegt der Federteller 7 mit seinem außenliegenden Ring 12 am Ringbund 13 des hülsenförmigen Stößels 2 und mit seinem innenliegenden Ring 10 am Pumpenkolben 1 bzw. am Kolbenfuß 15 des Pumpenkolbens 1 an. Der innenliegende Ring 10 weist Bereiche 8, 9 auf, die gegenüber eine Hauptebene E, welche durch den außenliegenden Ring 12 definiert wird, angehoben bzw. abgesenkt sind. Der innenliegende Ring 10 besitzt demnach eine zirkulare Welligkeit, aufgrund welcher der Federteller 7 lediglich punktuell am Kolbenfuß 15 des Pumpenkolbens 1 anliegt. Der axiale Versatz der Bereiche 8, 9 gegenüber der Hauptebene E beträgt ±0,2 mm. Der axiale Versatz ist der Bereiche 8, 9 in Bezug auf die Hauptebene E ist vorzugsweise gleich gewählt, so dass die Orientierung des Federtellers 7 bei Montage der Hochdruckpumpe unerheblich ist. Das heißt, dass sowohl die angehobenen Bereiche 8 als auch die abgesenkten Bereiche 9 des innenliegenden Rings 10 des Federtellers 7 am Kolbenfuß 15 des Pumpenkolbens 1 anliegen können.
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Der axiale Versatz der Bereiche 8, 9 des innenliegenden Rings 10 des Federtellers 7 gegenüber der Hauptebene E dient dem Ausgleich eines ggf. vorhandenen axialen Spiels. Ferner ermöglichen die Bereiche 8, 9 eine Verformung des Federtellers 7, insbesondere eine Stauchung, durch welche eine Klemmwirkung erzielbar ist. Aufgrund der Verformbarkeit des Federtellers 7 passt sich der axiale Versatz der angehobenen bzw. abgesenkten Bereiche 8, 9 dem jeweils vorhandenen axialen Spiel an, so dass für den Einsatz in einer Vielzahl von Hochdruckpumpen nur ein Federelement 7 vorgehalten werden muss.
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Mittels eines Federtellers 7, wie er in der 2 dargestellt ist, lassen sich vorhandene Hochdruckpumpen zu einer erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe um- bzw. nachrüsten. Hierzu gilt es lediglich den üblicherweise planebenen Federteller 7 gegen einen Federteller 7 mit zirkularer Welligkeit auszutauschen. Um die angestrebte Wirkung unabhängig von der Orientierung des Federtellers 7 zum Pumpenkolben 1 zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass der Federteller 7 sowohl angehobene als auch abgesenkte Bereiche 8, 9 besitzt. Die Einbaulage des Federtellers 7 ist somit unerheblich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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