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Stand der
Technik
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Die
Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckerzeugung
bei Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen, insbesondere
bei einem Common-Rail-Einspritzsystem mit einer in einem Pumpengehäuse gelagerten
Antriebswelle, die einen exzentrischen Wellenabschnitt aufweist,
auf dem ein Polygonring gelagert ist, an dem sich vorzugsweise mehrere
bezüglich
der Antriebswelle radial in einer jeweiligen Elementbohrung angeordnete
Kolben abstützen,
die durch Drehen der Antriebswelle in der jeweiligen Elementbohrung
in radialer Richtung hin- und herbewegbar sind.
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Bei
einer solchen innen abgestützen
Radialkolbenpumpe hat jeweils der Fuß der Kolben Kontakt mit dem
auf dem exzentrischen Wellenabschnitt der Antriebswelle gelagerten
Polygonring. Infolge der Exzentrizität des exzentrischen Wellenabschnitts
der Antriebswelle werden die Kolben nacheinander in eine Hin- und
Herbewegung versetzt. Dabei werden von dem Polygonring im Betrieb
Kräfte
auf die Kolben aufgebracht. Die Wirkungslinien dieser Kräfte erstrecken
sich sowohl längs
als auch quer zu den Kolben. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung
hat sich herausgestellt, dass an der Kontaktstelle zwischen dem Kolbenfuß und dem
darauf angeordneten Polygonring, insbesondere bei einer Teilbefüllung der
Zylinderräume,
extrem hohe Belastungen auftreten.
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Aus
der
GB 2 206 655 A ist
eine Radialkolbenpumpe bekannt, die zur Förderung von Wasser eingesetzt
wird. Die Tassenstößel dieser
Radialkolbenpumpe werden mit Öl
geschmiert. Um die Montage der Tassenstößel zu erleichtern, ist die
zylindrische Außenwand
der Tassenstößel angefast.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Radialkolbenpumpe mit einer
hohen Lebensdauer bereitzustellen, bei der die Auflagefläche des Kolbenfusses
auf dem Polygonring, insbesondere bei einer Teilbefüllung der
Zylinderräume,
optimiert ist. Die erfindungsgemäße Radialkolbenpumpe
soll einen Pumpendruck bis zu 2.000 bar aushalten.
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Das
Problem ist bei einer Radialkolbenpumpe nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1 durch die Merkmale des Kennzeichenteils gelöst. Der
Tassenstößel nimmt
die quer zu den Kolben wirkenden Seitenkräfte auf. Das hat den Vorteil,
dass nur noch Kräfte
in Längsrichtung
auf die Kolben aufgebracht werden. Die Kolben werden von dem Polygonring
entkoppelt. Dadurch wird die Belastung, die von der Antriebswelle
auf die Kolben aufgebracht wird, erheblich reduziert. Durch die
Abfasung wird die Auflagefläche
des Tassenstößels auf
dem Polygonring optimiert. Durch geeignete geometrische Abmessungen wird
erreicht, dass die Auflagefläche
des Tassenstößels auf
dem Polygonring im Betrieb nicht über die Kanten von Abflachungen
hinauswandert, die an dem Polygonring ausgebildet sind.
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Eine
besondere Ausführungsart
der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Abfasung
mehrere Durchgangslöcher
ausgespart sind. Die Durchgangslöcher
ermöglichen
den Durchtritt von Schmiermittel. Dadurch wird erreicht, dass der
Schmierfilm an der Kontaktstelle zwischen dem Boden des Tassenstößels und
der Lauffläche des
Polygonrings nicht abreißt.
Die Anbringung der Durchgangslöcher
im Bereich der Abfasung liefert den Vorteil, dass die Auflagefläche des
Tassenstößels auf
dem Polygonring nicht unterbrochen wird. Dadurch wird die Schmierfilmbildung
begünstigt.
Außerdem
gewährleisten
die Durchgangslöcher
einen Druckausgleich, wenn sich der Tassenstößel in der Elementbohrung hin-
und herbewegt.
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Gemäß einer
Variante der Erfindung wird die o. a. Aufgabe bei einer Radialkolbenpumpe
zur Kraftstoffhochdruckerzeugung bei Kraftstoffeinspritzsystemen
von Brennkraftmaschinen, insbesondere bei einem Common-Rail-Einspritzsystem,
mit einer in einem Pumpengehäuse
gelagerten Antriebswelle, die einen exzentrischen Wellenabschnitt
aufweist, auf dem ein Polygonring gelagert ist, an dem sich vorzugsweise
mehrere bezüglich
der Antriebswelle radial in einer jeweiligen Elementbohrung angeordnete Kolben
abstützen,
die durch Drehen der Antriebswelle in der jeweiligen Elementbohrung
in radialer Richtung hin- und herbewegbar sind, dadurch gelöst, dass
zwischen dem Kolben und dem Polygonring ein Tassenstößel angeordnet
ist, in dessen Boden mehrere Durchgangslöcher ausgespart sind. Die Durchgangslöcher dienen
zum Durchtritt von Schmiermittel. Dadurch wird die Ausbildung eines
Schmierfilms an der Auflagefläche
des Tassenstößels auf
den Polygonring begünstigt.
Die Anbringung der Durchgangslöcher
nur in dem Boden des Tassenstößels liefert
den Vorteil, dass die Führungsfläche des
Tassenstößels in
der Elementbohrung vollständig
erhalten bleibt.
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Eine
besondere Ausführungsart
der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangslöcher als
Langlöcher
ausgebildet sind. Die Langlöcher
schaffen einen besseren Zugang für
ein Montagewerkzeug. Dadurch wird die Montierbarkeit des Tassenstößels beim
Zusammenbau der Radialkolbenpumpe vereinfacht.
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Eine
weitere besondere Ausführungsart
der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Tassenstößel einen
zylindrischen Körper
hat, in dessen äußerer Mantelfläche eine
Schmiernut angebracht ist, und dass in dem Bereich der Schmiernuten
mehrere Schmierbohrungen angebracht sind. Dadurch wird die Schmierung
zwischen dem Tassenstößel und
der Elementbohrung verbessert. Außerdem wird, insbesondere bei
hohen Drehzahlen, der Aufbau eines Druckpolsters zwischen dem Tassenstößel und der
Elementbohrung ermöglicht.
Außerdem
bewirkt der im Betrieb durch die Schmierbohrungen austretende Absteuerstrahl,
dass der Tassenstößel in der Elementbohrung
zentriert wird. Das liefert den Vorteil eines besseren Verschleißverhaltens.
Die vorab beschriebenen Effekte treten im Wesentlichen bei einer Bewegung
des Kolbens von der Antriebswelle weg auf, wenn der Kraftstoff mit
Hochdruck beaufschlagt wird.
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Eine
weitere besondere Ausführungsart
der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass quer zu dem Boden
des Tassenstößels mittig
eine Schmierbohrung vorgesehen ist, die mit mehreren Schmierkanälen in Verbindung
steht, die radial von der Schmierbohrung nach außen verlaufen und im Bereich
der Durchgangslöcher
münden.
Dadurch wird die Schmierung zwischen dem Boden des Tassenstößels und
der Lauffläche
des Polygonrings verbessert. Das hat den Vorteil, dass eine aufwendige
Oberflächenbehandlung
der Lauffläche
des Polygonrings entfallen kann. Außerdem verringern sich dadurch die
in der Elementbohrung abzustützenden
Seitenkräfte.
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Eine
weitere besondere Ausführungsart
der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Boden des Tassenstößels auf
der zu dem Kolben gewandten Seite eine Senkung aufweist. Durch die Senkung
wird der Sitz des Kolbens in dem Tassenstößel optimiert. Dadurch wird
die Flächenpressung zwischen
Kolben und Tassenstößel reduziert
und vergleichmäßigt. Das
liefert den Vorteil eines geringeren Verschleißes. Die Senkung führt außerdem zu einer
vorteilhaften Druckentlastung der in der Mitte des Tassenstößelbodens
angebrachten Schmierbohrung.
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Eine
weitere besondere Ausführungsart
der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Boden des Tassenstößels auf
der zu der Antriebswelle gewandten Seite aus einem Werkstoff gebildet
ist, der eine niedrige Reibungszahl aufweist. Das kann durch die
Einlage alternativer Werkstoffe, z. B. Gleitlagerwerkstoffe, realsiert
werden. Diese Ausführungsart
hat den Vorteil, dass die Reibung zwischen dem Boden des Tassenstößels und
der Lauffläche des
Polygonrings minimiert wird. Dadurch werden die in dem Zylinderraum
abzustützenden
Seitenkräfte
reduziert.
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Weitere
Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung mehrere
Ausführungsbeispiele
der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind.
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In
der Zeichnung zeigt:
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1 die
Ansicht eines Schnitts durch eine Radialkolbenpumpe gemäß einer
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung quer zu der Antriebswelle;
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2 eine
vergrößerte Ansicht
der Einzelheit X aus 1;
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3 eine
vergrößerte Ansicht
der Einzelheit Y aus 1;
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4 den
Tassenstößel aus 1 in
der Untersicht;
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5 die
Ansicht eines Schnitts entlang der Linie A-A in 6;
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6 den
Tassenstößel aus 1 in
der Draufsicht;
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7 die
Ansicht C des Tassenstößels aus 6;
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8 die
Ansicht eines Schnitts entlang der Linie B-B in 6;
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9 einen
Tassenstößel gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung in der Untersicht;
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10 die
Ansicht eines Schnitts entlang der Linie A-A in 11;
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11 den
Tassenstößel aus 9 in
der Draufsicht;
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12 einen
Tassenstößel gemäß einer weiteren
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung in der Untersicht;
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13 die
Ansicht eines Schnitts entlang der Linie A-A in 15;
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14 eine
vergrößerte Ansicht
der Einzelheit Y aus 13;
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15 den
Tassenstößel aus 12 in
der Draufsicht;
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16 einen
Tassenstößel gemäß einer weiteren
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung in der Untersicht;
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17 die
Ansicht eines Schnitts entlang der Linie A-A in 18;
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18 den
Tassenstößel aus 16 in
der Draufsicht;
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19 einen
Tassenstößel gemäß einer weiteren
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung in der Untersicht;
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20 die
Ansicht eines Schnitts entlang der Linie A-A in 21;
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21 den
Tassenstößel aus 19 in
der Draufsicht;
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22 eine
vergrößerte Ansicht
der Einzelheit X aus 20;
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23 eine
vergrößerte Ansicht
der Einzelheit Y aus 20;
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24 einen
Tassenstößel gemäß einer weiteren
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung in der Untersicht;
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25 die
Ansicht eines Schnitts entlang der Linie A-A in 26;
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26 den
Tassenstößel aus 24 in
der Draufsicht;
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27 eine
vergrößerte Ansicht
der Einzelheit X aus 25;
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28 eine
vergrößerte Ansicht
der Einzelheit Y aus 25;
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29 einen
Tassenstößel gemäß einer weiteren
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung in der Untersicht;
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30 die
Ansicht eines Schnitts entlang der Linie A-A in 31;
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31 den
Tassenstößel aus 29 in
der Draufsicht;
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32 einen
Tassenstößel gemäß einer weiteren
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung in der Untersicht;
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33 die
Ansicht eines Schnitts entlang der Linie A-A in 34;
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34 den
Tassenstößel aus 32 in
der Draufsicht; und
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35 eine
vergrößerte Ansicht
des in 20 dargestellten Schnitts mit
einem Kolben.
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Die 1 zeigt
eine Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckversorgung bei Kraftstoffeinspritzsystemen
von Brennkraftmaschinen im Schnitt. Die in 1 dargestellte
Radialkolbenpumpe ist mit einer integrierten Bedarfsmengenregelung
ausgestattet. Die Kraftstoffzufuhr und -dimensionierung erfolgt über eine
nicht dargestellte Zumesseinheit.
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Die
erfindungsgemäße Radialkolbenpumpe wird
insbesondere in Common-Rail-Einspritzsystemen zur Krafstoffversorgung
von Dieselmotoren eingesetzt. Dabei bedeutet Common-Rail soviel
wie gemeinsame Leitung oder gemeinsame Schiene. Im Gegensatz zu
herkömmlichen
Hochdruckeinspritzsystemen, in denen der Kraftstoff über getrennte
Leitungen zu den einzelnen Brennräumen gefördert wird, werden die Einspritzdüsen in Common-Rail-Einspritzsystemen
aus einer gemeinsamen Leitung gespeist.
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Die
in 1 gezeigte Radialkolbenpumpe umfasst eine in einem
Pumpengehäuse 1 gelagerte Antriebswelle 2 mit
einem exzentrisch ausgebildeten Wellenabschnitt 3. Auf
dem exzentrischen Wellenabschnitt 3 ist ein Polygonring 4 gelagert,
gegenüber dem
der Wellenabschnitt 3 drehbar ist. Der Polygonring 4 umfasst
drei um jeweils 120° zueinander
versetzte Abflachungen 5, 6 und 7, gegen
die sich jeweils ein Kolben 8, 9 und 10 abstützt. Die
Kolben 8, 9 und 10 sind jeweils in einer
Elementbohrung 11, 12 und 13 zur Antriebswelle 2 in
radialer Richtung hin- und herbewegbar aufgenommen.
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An
dem zu der Antriebswelle 2 hin gerichteten Ende der Kolben 8, 9 und 10 ist
jeweils ein tellerförmiger
Fuß 14, 15 und 16 angeordnet.
Der Fuß 14, 15 und 16 kann
entweder einstückig
mit dem Kolben 8, 9 und 10 ausgebildet
oder abnehmbar daran befestigt sein. Gegen den Teller 14, 15 und 16 ist
eine Feder 17, 18 und 19 vorgespannt.
Die Feder 17, 18 und 19 drückt den
Kolben 8, 9 und 10 gegen den Boden 20, 21 und 22 eines
Tassenstößels 23, 24 und 25.
Von dem Boden 20, 21 und 22 des Tassenstößels 23, 24 und 25 erstreckt
sich ein zylinderförmiger
Führungskörper 26, 27 und 28.
Der Führungskörper 26, 27 und 28 ist
in einer Führungsbohrung 29, 30 und 31 in
dem Gehäuse 1 verschiebbar.
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Die
in 1 dargestellte Radialkolbenpumpe dient dazu, Kraftstoff,
der von einer Vorförderpumpe
aus einem Tank geliefert wird, mit Hochdruck zu beaufschlagen. Der
mit Hochdruck beaufschlagte Kraftstoff wird dann in die o. a. gemeinsame
Leitung gefördert.
Im Förderhub
werden die Kolben 8, 9 und 10 infolge
der Exzenterbewegung des Polygonrings 4 von der Achse der
Antriebswelle 2 wegbewegt. Im Saughub bewegen sich die
Kolben 8, 9 und 10 radial auf die Achse
der Antriebswelle 2 zu, um Kraftstoff anzusaugen.
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In
der in 2 dargestellten vergrößerten Ansicht sieht man, dass
an dem Boden 22 des Tassenstößels 25 eine Abfasung 36 ausgebildet
ist. Die Abfasung 36 ist so bemessen, dass die umlaufende Kante 37 des
Tassenstößels 25 im
Betrieb nicht mit der Abflachung 7 des Polygonrings 4 in
Berührung kommt.
Dadurch wird ein besonders verschleißarmes Zusammenspiel zwischen
dem Boden 22 des Tassenstößels 25 und der Abflachung 7 des
Polygonrings 4 erreicht.
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In
der in 3 dargestellten vergrößerten Ansicht sieht man, dass
die Auflagefläche
des Bodens 21 des Tassenstößels 24 im Betrieb
immer auf der Abflachung 6 des Polygonrings 4 aufliegt
und nicht über
die Kante 38 des Polygonrings 4 hinauswandert.
Dadurch wird ein besonders verschleißarmer Betrieb ermöglicht.
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In
den 4 bis 8 ist einer der in den 1 bis 3 dargestellten
Tassenstößel 23 bis 25 alleine
in verschiedenen Ansichten dargestellt. In der in 4 dargestellten
Untersicht sieht man, dass der Boden 20 des Tassenstößels mit
einer kreisrunden Auflagefläche 40 ausgestattet
ist. Konzentrisch zu der Auflagefläche 40 ist in dem
Boden 20 des Tassenstößels, wie
in 5 zu sehen ist, eine Abfasung 45 ausgebildet.
Im Bereich der Abfasung 45 sind vier Durchgangslöcher 41, 42, 4.3 und 44 ausgespart,
die sich bis in den Führungskörper 26 hineinerstrecken. Die
geometrische Form der Durchgangslöcher 41 bis 44 ist
aus den in den 4 bis 8 dargestellten Ansichten
ersichtlich. Aus der in 4 dargestellten Untersicht und
der in 6 dargestellten Draufsicht erkennt man, dass die
in dem Boden 20 angeordneten Teile der Durchgangslöcher 41 bis 44 die
Form eines Rechtecks mit abgerundeten Kanten haben. Aus den in den 7 und 8 dargestellten
Ansichten kann man entnehmen, dass die in dem Führungskörper 26 angeordneten
Teile der Durchgangslöcher 41 bis 44 jeweils
die Form eines Rechtecks aufweisen, das in einem halbkreisförmigen Bogen
ausläuft.
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In
den 9 bis 11 ist eine Ausführungsform
eines Tassenstößels dargestellt,
bei der die Durchgangslöcher 41 bis 44 nur
in dem Boden 20 des Tassenstößels angeordnet sind. Das hat
den Vorteil, dass der Führungskörper 26 eine
durchgehende zylindrische Führungsfläche aufweist.
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Die
in den 12 bis 14 dargestellte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Tassenstößels entspricht
weitestgehend der in den 9 bis 11 dargestellten
Ausführungsform.
Im Unterschied dazu sind bei der in den 12 bis 14 dargestellten
Ausführungsform
in dem Führungskörper 26 vier
um 90° zueinander
versetzte Schmierbohrungen 47 angebracht. Die Schmierbohrungen 47 verlaufen
in radialer Richtung in dem zylinderförmigen Führungskörper 26, wie man in 13 sieht. Durch
das Kreuz 48 in 15 ist
angedeutet, dass die Schmierbohrungen 47 jeweils um 45° versetzt
zu den Durchgangslöchern 41 bis 44 angeordnet
sein können.
Um eine gleichmäßige Verteilung
des aus den Schmierbohrungen 47 austretenden Schmiermittels
zu gewährleisten,
münden
die Schmierbohrungen 47 in eine Schmiernut 46,
die in der äußeren Mantelfläche des
Führungskörpers 26 ausgespart
ist.
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Bei
der in den 16 bis 18 dargestellten
Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Tassenstößels sind
die Durchgangslöcher 41 bis 44 im Unterschied
zu den in den 9 bis 14 dargestellten
Ausführungsformen
als Langlöcher
ausgebildet.
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Die
in den 19 bis 23 dargestellte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Tassenstößels entspricht
weitestgehend der in den 12 bis 14 dargestellten
Ausführungsform.
Im Unterschied dazu ist jedoch, wie sich am besten aus der vergrößerten Darstellung
der Einzelheit Y aus 20 in 22 ergibt,
im Zentrum des Bodens 20 eine Schmierbohrung 50 angebracht.
Im Inneren des Tassenstößels 23 mündet die
Schmierbohrung 50 in eine Senkung 53. Außerdem gehen
von der Schmierbohrung 50 in radialer Richtung zwei Schmierkanäle 51 und 52 aus.
In der in 21 dargestellten Draufsicht
ist durch gestrichelte Linien angedeutet, dass die Schmierkanäle 51 und 52 in
den Durchgangslöchern 41 und 43 münden. Selbstverständlich kann
in Abweichung zu der dargestellten Ausführungsform auch jedes Durchgangsloch 41 bis 44 über einen Schmierkanal
mit der Schmierbohrung 50 in Verbindung stehen.
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In
den 24 bis 28 ist
eine weitere Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Tassenstößels in
verschiedenen Ansichten dargestellt. Diese Ausführungsform stellt eine Kombination
von Langlöchern 41 bis 44,
einer Schmiernut 46 mit Schmierbohrungen 47 sowie
einer Schmierbohrung 50 mit Schmierkanälen 51 und 52 dar.
Wie in 26 durch gestrichelte Linien
angedeutet ist, münden
die Schmierkanäle 51 und 52 jedoch
nicht in den Langlöchern 41 bis 44,
sondern sind um 45° versetzt
zu den Langlöchern
angeordnet. Das bedeutet, dass die Schmierkanäle 51 und 52 parallel
zu den Schmierbohrungen 47 angeordnet sind.
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In
den 29 bis 31 und 32 bis 34 sind
zwei weitere Ausführungsformen
eines erfindungsgemäßen Tassenstößels dargestellt.
Den beiden Ausführungsformen
ist gemeinsam, dass die Durchgangslöcher 41 bis 44 nur
in dem Boden 20 des Tassenstößels 23 angeordnet
sind. Darüber
hinaus ist in dem Boden 20 außen ein Einsatz 54 aus
einem anderen Material angeordnet. Dieses andere Material kann beispielsweise
aus einem Gleitlagerwerkstoff bestehen und weist eine geringere
Reibungszahl als das Material, aus dem der Tassenstößel 23 gefertigt
ist. Dadurch wird die Reibung zwischen dem Tassenstößel 23 und
dem Polygonring 4 minimiert.
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In 35 ist
der in den 19 bis 23 dargestellte
Tassenstößel 23 zusammen
mit einem Kolben 8 dargestellt. Durch die Senkung 53 wird
der Sitz des Kolbens 8 optimiert. Außerdem wird die Kante der Schmierbohrung 50 entlastet.
Das mit der Senkung 53 in Anlage befindliche Ende des Kolbens 8 ist leicht
ballig ausgebildet. Dadurch ergibt sich ein optimaler Kraft- und
Druckverlauf im Betrieb.