DE102016211228A1

DE102016211228A1 - Hochdruck-Kraftstoffpumpe mit einem Gehäuse und Verfahren zum Bearbeiten von Kanälen eines Gehäuses einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe

Info

Publication number: DE102016211228A1
Application number: DE102016211228.7A
Authority: DE
Inventors: Philipp Reichert; Peter Praeger; Walter Burger; Tobias SCHENK; Edmund-Arnold Lienert; Peter Robertz; Peter Rackl; Stefan Wagner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-06-23
Filing date: 2016-06-23
Publication date: 2017-12-28
Also published as: WO2017220240A1

Abstract

Eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe (10) mit einem Gehäuse (12), in dem ein erster Kanal (24) und ein zweiter Kanal (26) vorhanden sind, wobei die Längsachse (28) des ersten Kanals (24) in einem Winkel > 0° und < 180° zur Längsachse (30) des zweiten Kanals (26) steht und wobei der zweite Kanal (26) in den ersten Kanal (24) mündet, so dass eine Verschneidung (32) gebildet ist, ist derart ausgestaltet und weitergebildet, dass der Übergang von der Mantelfläche des zweiten Kanals (26) zur Mantelfläche des ersten Kanals (24) durch spanende Bearbeitung mit einem Entgratwerkzeug entgratet ist. Ein Verfahren zum Bearbeiten, insbesondere zum Entgraten, von Kanälen (24, 26) eines Gehäuses (12) einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe (10) ist angegeben.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe mit einem Gehäuse nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Bearbeiten, insbesondere zum Entgraten, von Kanälen eines Gehäuses einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs.
Eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe mit einem Gehäuse sowie ein Verfahren zum Bearbeiten von Kanälen eines Gehäuses einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe sind aus DE 102 14 404 A1 bekannt. Um Spannungen im Bereich der Verschneidung im Betrieb der Hochdruck- Kraftstoffpumpe zu senken, wird vorgeschlagen, dass die Mantelfläche des ersten Kanals im Bereich der Verschneidung des ersten Kanals mit dem zweiten Kanal eine Durchstoßungsfläche aufweist, deren Ebene im Wesentlichen orthogonal zur Längsachse des zweiten Kanals ist und in die der zweite Kanal mündet. Im Bereich der Verschneidung des ersten Kanals mit dem zweiten Kanal wird durch elektrochemische Materialbearbeitung in der Mantelfläche des ersten Kanals eine Durchstoßungsfläche gebildet.
Aus dem Stand der Technik ist zudem ein hydraulisches Entgraten bekannt, bei dem Werkstücke mit einer unter hohem Druck stehenden Flüssigkeit beaufschlagt werden, bspw. mit Wasser, wodurch ein Entgraten erfolgt.
Offenbarung der Erfindung
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird durch eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zum Bearbeiten von Kanälen eines Gehäuses einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs gelöst.
Bei der vorgeschlagenen Hochdruck-Kraftstoffpumpe sowie dem ebenfalls vorgeschlagenen Verfahren zum Bearbeiten von Kanälen eines Gehäuses einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe ermöglicht die spanende Bearbeitung unter Verwendung eines Entgratwerkzeugs eine einfache und kostengünstige Bearbeitung, da diese Art der Entgratung lediglich mit minimalem apparativem Aufwand in einen Fertigungsprozess integriert und auf üblicherweise vorhandenen Anlagen, bspw. ein- oder mehrspindeligen Bearbeitungszentren, eingesetzt werden kann. Durch das Entgratwerkzeug können ineinander mündende oder sich schneidende Kanäle oder Bohrungen auf einfache Weise entgratet werden. Durch die Entgratung im Wege spanender Bearbeitung kann die in der Entwicklung vorgesehene Belastbarkeit eines Bauteils in der Praxis tatsächlich erzielt werden, da insbesondere am Übergang von der Mantelfläche des zweiten Kanals zur Mantelfläche des ersten Kanals eine Oberfläche herstellbar ist, die weitestgehend frei von Beschädigungen wie bspw. feine Rissen, Kerben, etc. ist. Damit ist die Gefahr von Kerbwirkungen, die von nicht hinreichend entgrateten Übergängen ausgehen können, deutlich reduziert. Somit werden kritische Bereiche mit den höchsten Belastungen gezielt bearbeitet. Dies ist insbesondere für Hochdruck-Kraftstoffpumpen, in denen Systemdrücken von mehreren 100 Bar und über den Systemdrücken liegenden Spitzendrücken in ineinander mündenen oder sich kreuzenden Kanälen standgehalten werden muss, von Bedeutung, da diese Art der Entgratung zu einem zuverlässigen und dauerhaften Betrieb derartiger Hochdruck-Kraftstoffpumpen beiträgt. Derartige Übergänge können sich in an mehreren Stellen einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe befinden, bspw. zwischen einem Förderraum und in den Förderraum hineinragenden Kanälen (Kanal des Einlass-/Mengensteuerventils, des Auslassventils und/oder des Druckbegrenzungsventils).
Bei dem ersten Kanal und dem zweiten Kanal kann es sich jeweils um einen Hochdruckkanal handeln.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich ferner in der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen. Im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung kann die infolge der Verschneidung an dem Übergang entstandene Kante verrundet sein. Insbesondere kann die Kante bogenförmig, radiusförmig oder ellyptisch ausgebildet oder zu einem Radius verrundet sein. Dies trägt zu günstigen Strömungseigenschaften am Übergang zwischen einem zweiten Kanal und einem ersten Kanal bei. Medien können somit effizient durch die Kanäle gefördert werden. Zudem kann der Übergang auf Grund der Verrundung den oberhalb der Systemdrücke liegenden und auf die Kanäle einwirkenden Spitzendrücke standhalten.
In vorteilhafter Weise kann der Übergang eine Oberfläche mit einer Profiltiefe Pt ≤ 10 Mikrometer aufweisen. Die Profiltiefe Pt ist ein Abstand zweier paralleler Linien (Kurven oder Geraden), die das ungefilterte Oberflächenprofil einschließen. Dadurch wird eine sehr gute Qualität der Oberfläche erreicht. Das Risiko von Kerbwirkungen oder Spannungsrissen, die von dem Übergang ausgehen können, ist damit abermals reduziert. Dies trägt zu einem zuverlässigen und dauerhaften Betrieb der Kraftstoff-Hochdruckpumpe bei.
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird auch durch ein Verfahren mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs gelöst. Die mit dem Verfahren erzielbaren Vorteile sind im Rahmen von Anspruch 1 beschrieben.
Im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens kann die infolge der Verschneidung an dem Übergang entstandene Kante verrundet sein. Insbesondere kann die Kante bogenförmig, radiusförmig oder ellyptisch ausgebildet oder zu einem Radius verrundet sein. Daraus resultieren günstige Strömungseigenschaften am Übergang zwischen einem zweiten Kanal und einem ersten Kanal. Aufgrund der Verrundung kann der Übergang auch oberhalb der Systemdrücken liegenden Spitzendrücke standhalten.
In vorteilhafter Weise kann der Übergang durch das Entgratwerkzeug derart bearbeitet wird, dass dessen Oberfläche eine Profiltiefe Pt ≤ 10 Mikrometer aufweist. Die Profiltiefe Pt ist ein Abstand zweier paralleler Linien, die das ungefilterte Oberflächenprofil einschließen. Eine hohe Oberflächenqualität ist erreicht. Das Risiko von Kerbwirkungen oder Spannungsrissen, die von dem Übergang ausgehen können, ist damit abermals reduziert. Dies trägt zu einem zuverlässigen und dauerhaften Betrieb der Kraftstoff-Hochdruckpumpe bei.
Im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung kann das Entgratwerkzeug auf spiralförmigen Bahnen durch den zweiten Kanal bis in den ersten Kanal geführt wird. Mit anderen Worten wird das Entgratwerkzeug mit spiralförmigem Vorschub bewegt, so dass das Entgratwerkzeug unter Vorschub bezogen auf, nämlich um die Längsachse des zweiten Kanals herum eine Taumelbewegung durchführt. Somit wird eine gleichmäßige und vollständige Bearbeitung bei der Entgratung erreicht, wobei die Übergänge kontinuierlich bearbeitet werden.
In vorteilhafter Weise kann das Entgratwerkzeug einen Bearbeitungskopf in Form eines Kugelabschnitts und einen Schaft zur Befestigung des Entgratwerkzeugs an einem Bearbeitungswerkzeug aufweist, wobei die Ebene, die den Kugelabschnitt an seiner Schnittseite begrenzt, orthogonal zum Schaft orientiert und an der vom Schaft abgewandten Seite des Kugelabschnitts angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass Wandungen des ersten Kanals, in denen der zweite Kanal hineinragt, bei Bearbeitung des Übergangs vom zweiten Kanal den ersten Kanal nicht oder nur in vernachlässigbarer Weise beschädigt werden. Zudem verfügt das Entgratwerkzeug entlang der Schaftrichtung über eine vergleichsweise geringe Längserstreckung, so dass Übergänge mit geringem Beschädigungsrisiko angrenzender Kanalbereiche vollständig bearbeitet werden können. In diesem Zusammenhang ist von Vorteil, wenn das Entgratwerkzeug an der Schnittseite einen Anlaufbund oder eine Anlaufscheibe aufweist, die den Bearbeitungskopf bezogen auf den Schaft nach radial außen überragt.
Zeichnungen
Nachfolgend werden besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe;
2 eine schematische und vergrößerte Darstellung eines ersten Kanals und eines in den ersten Kanals mündenden zweiten Kanals der Hochdruck-Kraftstoffpumpe aus 1 mit Übergang in nicht entgratetem Zustand; und
3 eine schematische und vergrößerte Darstellung eines ersten Kanals und eines in den ersten Kanals mündenden zweiten Kanals der Hochdruck-Kraftstoffpumpe aus 1 mit Übergang in entgratetem Zustand.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In 1 trägt eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe für eine nicht näher dargestellte Brennkraftmaschine insgesamt das Bezugszeichen 10. Die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 10 weist ein Gehäuse 12 auf, in oder an dem die wesentlichen Komponenten der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 10 angeordnet sind. So weist die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 10 ein Einlass-/Mengenventil 14, einen in einem Förderraum 16 angeordneten, durch eine nicht gezeigte Antriebswelle in eine Hin- und Herbewegung versetzbaren Förderkolben 18, ein Auslassventil 20 und ein Druckbegrenzungsventil 22 auf (Druckbegrenzungsventil in 2 und 3 aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt).
In dem Gehäuse 12 ist ein erster Kanal 24 vorhanden, der sich parallel zum Förderkolben 18 erstreckt (Kanal 24 schließt sich an Förderraum 16 an). Weiter ist in dem Gehäuse 12 ein zweiter Kanal 26 vorhanden (Kanal des Druckbegrenzungsventils 22). Die Längsachse 28 des ersten Kanals 24 steht in einem Winkel > 0° und < 180° zur Längsachse 30 des zweiten Kanals 26, im vorliegenden Ausführungsbeispiel in einem Winkel von 90°. Der zweite Kanal 26 mündet in den ersten Kanal 24, so dass eine Verschneidung 32 gebildet ist (vgl. 2).
Der Übergang 34 von der Mantelfläche des zweiten Kanals 26 zur Mantelfläche 38 des ersten Kanals ist durch spanende Bearbeitung mit einem Entgratwerkzeug 40 entgratet (vgl. 3).
Die infolge der Verschneidung 32 an dem Übergang 34 entstandene Kante 42 ist verrundet, insbesondere zu einem Radius verrundet. Dies ist anhand eines Vergleichs von 2 und 3 erkennbar. Der Übergang 34 weist eine Oberfläche mit einer Profiltiefe Pt ≤ 10 Mikrometer auf. In der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 10 befinden sich mehrere Übergänge, die dem beschriebenen Übergang 34 entsprechen. Demnach befindet sich ein solcher Übergang 44 zwischen Förderraum 16 und dem Kanal 46 des Einlass-/Mengenventils 14 sowie ein Übergang 48 zwischen Förderraum 16 und dem Kanal 50 des Auslassventils 20 (vgl. 1). Die Längsachsen der an den Übergängen 44, 48 jeweils ineinander mündenden Kanäle können in einem Winkel > 0° und < 180° zueinander stehen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt dieser Winkel an den Übergängen 44, 48 jeweils 90°.
Das Verfahren zum Bearbeiten, insbesondere zum Entgraten, von Kanälen 24, 26 eines Gehäuses 12 einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe 10 arbeitet folgendermaßen:
In dem Gehäuse 12 sind ein erster Kanal 24 und ein zweiter Kanal 26 eingebracht, deren Längsachsen in einem Winkel > 0° und < 180° zueinanderstehen, im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit einem Winkel von 90°. Der zweite Kanal 26 mündet in den ersten Kanal 24, so dass eine Verschneidung 32 gebildet wird.
Der Übergang 34 von der Mantelfläche 36 des zweiten Kanals 26 zur Mantelfläche 38 des ersten Kanals 24 wird durch spanende Bearbeitung mit einem Entgratwerkzeug 40 entgratet (vgl. 2).
Die infolge der Verschneidung 32 an dem Übergang 34 entstandene Kante 42 wird verrundet, insbesondere zu einem Radius verrundet. Dies ist anhand eines Vergleichs von 2 und 3 erkennbar.
Der Übergang 34 wird durch das Entgratwerkzeug 40 derart bearbeitet, dass dessen Oberfläche eine Profiltiefe Pt ≤ 10 Mikrometer aufweist.
Das Entgratwerkzeug 40 wird auf spiralförmigen Bahnen durch den zweiten Kanal 26 bis in den ersten Kanal 24 geführt. Mit anderen Worten wird das Entgratwerkzeug 40 mit spiralförmigem Vorschub bewegt, so dass das Entgratwerkzeug 40 bezogen auf die Längsachse 30 des zweiten Kanals unter Vorschub des Entgratwerkzeugs 40 eine Taumelbewegung durchführt.
Das Entgratwerkzeug 40 weist einen Bearbeitungskopf 52 in Form eines Kugelabschnitts 53 und einen Schaft 54 zur Befestigung des Entgratwerkzeugs 40 an einem Bearbeitungswerkzeug 56 auf (Bearbeitungswerkzeug 56 lediglich angedeutet).
Die Ebene 58, die den Kugelabschnitt 53 an seiner Schnittseite 60 begrenzt ist orthogonal zum Schaft 54 orientiert und an der vom Schaft 54 abgewandten Seite des Kugelabschnitts 53 angeordnet.
Das Entgratwerkzeug 40 weist an der Schnittseite 60 einen Anlaufbund oder eine Anlaufscheibe 62 auf, die den Bearbeitungskopf 52 bezogen auf den Schaft 54 nach radial außen überragt. Somit gelangt beim Einführen des Entgratwerkzeugs 40 in den zweiten Kanal 26 lediglich der Anlaufbund oder die Anlaufscheibe 62 mit der Mantelfläche 36 des zweiten Kanals 26 in Kontakt, so dass Schäden an der Manteilfläche 36 weitestgehend vermieden sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10214404 A1 [0002]

Claims

Hochdruck-Kraftstoffpumpe (10) mit einem Gehäuse (12), in dem ein erster Kanal (24) und ein zweiter Kanal (26) vorhanden sind, wobei die Längsachse (28) des ersten Kanals (24) in einem Winkel > 0° und < 180° zur Längsachse (30) des zweiten Kanals (26) steht und wobei der zweite Kanal (26) in den ersten Kanal (24) mündet, so dass eine Verschneidung (32) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang (34) von der Mantelfläche (36) des zweiten Kanals (26) zur Mantelfläche (38) des ersten Kanals (24) durch spanende Bearbeitung mit einem Entgratwerkzeug (40) entgratet ist.
Hochdruck-Kraftstoffpumpe (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die infolge der Verschneidung (32) an dem Übergang (34) entstandene Kante (42) verrundet ist.
Hochdruck-Kraftstoffpumpe (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang (34) eine Oberfläche mit einer Profiltiefe Rt ≤ 10 Mikrometer aufweist.
Verfahren zum Bearbeiten, insbesondere zum Entgraten, von Kanälen (24, 26) eines Gehäuses (12) einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe (10), wobei in dem Gehäuse (12) ein erster Kanal (24) und ein zweiter Kanal (26) eingebracht sind, deren Längsachsen (28, 30) in einem Winkel > 0° und < 180° zueinander stehen, wobei der zweite Kanal (26) in den ersten Kanal (24) mündet, so dass eine Verschneidung (32) gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang (34) von der Mantelfläche (36) des zweiten Kanals (26) zur Mantelfläche (38) des ersten Kanals (24) durch spanende Bearbeitung mit einem Entgratwerkzeug (40) entgratet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die infolge der Verschneidung (32) an dem Übergang (34) entstandene Kante (42) verrundet wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang (34) durch das Entgratwerkzeug (40) derart bearbeitet wird, dass dessen Oberfläche eine Profiltiefe Pt ≤ 10 Mikrometer aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Entgratwerkzeug (40) auf spiralförmigen Bahnen durch den zweiten Kanal (26) bis in den ersten Kanal (24) geführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Entgratwerkzeug (40) einen Bearbeitungskopf (52) in Form eines Kugelabschnitts (53) und einen Schaft (64) zur Befestigung des Entgratwerkzeugs (40) an einem Bearbeitungswerkzeug (56) aufweist, wobei die Ebene (58), die den Kugelabschnitt (53) an seiner Schnittseite (60) begrenzt, orthogonal zum Schaft (54) orientiert und an der vom Schaft (54) abgewandten Seite des Kugelabschnitts (53) angeordnet ist.