EP1438505B1 - Pumpenelement und kolbenpumpe zur kraftstoffhochdruckerzeugung - Google Patents

Pumpenelement und kolbenpumpe zur kraftstoffhochdruckerzeugung Download PDF

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EP1438505B1
EP1438505B1 EP02760107A EP02760107A EP1438505B1 EP 1438505 B1 EP1438505 B1 EP 1438505B1 EP 02760107 A EP02760107 A EP 02760107A EP 02760107 A EP02760107 A EP 02760107A EP 1438505 B1 EP1438505 B1 EP 1438505B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
pump
plate
pump element
foot
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP02760107A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1438505A2 (de
Inventor
Antonio Diaferia
Giuseppe Putignano
Stefano Polito
Sandra Ronaldo
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1438505A2 publication Critical patent/EP1438505A2/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1438505B1 publication Critical patent/EP1438505B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B1/00—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B1/04—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders in star- or fan-arrangement
    • F04B1/0404—Details or component parts
    • F04B1/0426—Arrangements for pressing the pistons against the actuated cam; Arrangements for connecting the pistons to the actuated cam
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/02—Fuel-injection apparatus having means for reducing wear

Definitions

  • the invention relates to a pump element for a piston pump for fuel high pressure generation in fuel injection systems of internal combustion engines according to the preamble of claim 1 and piston pumps according to the independent claim 11th
  • a radial piston pump is known in which the piston foot as well as the recess in the Kolbenfußplatte are flat.
  • the diameter of the contact surface corresponds to the diameter of the piston foot.
  • a high-pressure fuel pump in which a tappet is arranged between a cambered running drive shaft and a piston foot.
  • the bottom of the bucket tappet is designed as a resilient element and in the piston foot a concave depression is formed.
  • the bottom of the bucket tappet adapts to the drive shaft and the piston base depending on the load.
  • the invention has for its object to provide a pump element and a piston pump for high-pressure fuel production, which is simple and has a further increased reliability under all operating conditions.
  • the ring tends to carry out the mentioned unwanted rotational movements.
  • the inventive design of the pump elements suppresses the rotational movements of the ring so far that no punctual overstressing of the pump element or the ring occur more.
  • the life of the pump elements and the piston pump increases overall, without the manufacturing costs increase. Characterized in that the contact zone is greater than or equal to the cross-sectional area of the piston skirt, the unwanted tilting of the plate and the unwanted rotation of the ring are further reduced.
  • the support surface of the piston base or the contact surface with the contact surface forming surface of the recess are curved with a radius greater than twenty times the diameter of the piston skirt , This large radius of curvature ensures that manufacturing tolerances can be compensated without tilting the plates or allowing rotational movement of the ring.
  • the piston foot and the plate are positively connected to each other by a plate holder, so that the plate always rests on the ring, which prevents damage to these components and facilitates the formation of a viable lubricating film.
  • the piston foot on a collar and the plate holder is connected via the Bund.mit the piston, so that on the one hand a large contact zone between the plate and piston base is possible and on the other hand a secure positive connection between the piston and plate holder is guaranteed.
  • This solution is also easy to assemble because the number of components is very low.
  • the piston foot may also have a groove with a blasting ring and the plate holder connected to the piston via the blasting ring so that the manufacture of the piston is further simplified.
  • the plate holder is connected by forming, in particular by crimping or folding, with the plate, so that in a simple and effective way a permanently resilient connection of plate holder and plate is made.
  • the plate may have a chamfer on the side facing the piston on the circumference.
  • a particularly secure connection between plate holder and plate can be achieved if the plate has a collar and the plate holder encloses the collar.
  • the plate can also be connected directly to the piston, in particular by crimping or folding.
  • the number of components is further reduced, which has a positive effect on the manufacturing cost.
  • a piston pump for fuel production in fuel injection systems of internal combustion engines in particular in a common rail fuel injection system, with at least one pump element, characterized in that the at least one pump element is a pump element according to one of the preceding claims.
  • the advantages of the invention come fully into play.
  • Fig. 1 is a section through a equipped with inventive pump elements 1 radial piston pump for fuel high pressure generation in injection systems of internal combustion engines.
  • radial piston pump In this generally designated 3 radial piston pump three pump elements 1 are arranged at an angle of 120 ° to each other about a drive shaft 5. In the cutting plane of Fig. 1 an eccentric portion of the drive shaft 5 is shown. Above and below the plane of the drawing, the drive shaft 5 is rotatable in one Housing 7 of the radial piston pump 3 stored (not shown).
  • a pump element 1 consists of a cylinder bore 9 and a piston 11 which is sealingly guided in the cylinder bore 9.
  • the piston 11, in turn, consists of a piston shaft 13 and a piston foot 15.
  • a plate 17 is fastened to the piston foot 15.
  • a ring 19 is arranged with flats 21.
  • This polygonal ring 19 serves to convert the rotational movement of the eccentric portion of the drive shaft 5 in an oscillating motion.
  • the polygonal ring 19 should not rotate. This results in a sliding movement between the plate 17 and flattening 21. This sliding movement results in a tilting moment on the plate 17th
  • a section of a first embodiment of a pump element 1 according to the invention is shown in cross section.
  • a groove 25 is pierced in the piston 15, in the groove 25 a blasting ring 27 is inserted.
  • the piston foot has a substantially flat bearing surface 29, which projects into a recess 31 of the plate 17. At the bottom 33 of the recess 31, the support surface 29 of the piston 15 is on. This results in a substantially flat contact zone between support surface 29 and the recess 31 and the bottom 33 of the recess 31st
  • the contact zone (not designated in Fig. 2 ) is in the first embodiment as large as the cross section of the piston skirt 13, so that a very good introduction of the transmitted from the plate 17 to the piston 15 in the axial direction of the piston skirt 13 is present.
  • the above-described rotary motion of the polygonal ring 19 (see FIG Fig. 1 )
  • the radial piston pump 3 effectively prevented and there is always a flat contact zone between the piston 15 and plate 17 on the one hand and plate 17 and the flats 21 of the polygonal ring 19 is present. Therefore, it does not come to punctual overuse of the flats 21, the plate 17 or the piston foot 15. This results an increased life of the radial piston pump 3rd
  • a plate holder 35 is provided, which receives the piston skirt 13 in an opening 37.
  • a compression spring 39 which at one end is supported on the pump holder 35 and the other end on the housing 7 of the radial piston pump 3 is supported (see Fig. 1 ) presses the plate holder 35 from top dead center to bottom dead center when the eccentric portion of the drive shaft 5 (see FIG Fig. 1 ) performs the corresponding rotational movement.
  • this movement is transmitted to the piston shaft 13.
  • the plate 17 can not be detached from the piston 15, the plate holder 35 also has a bead 39, which surrounds a collar 41 of the plate 17.
  • This in Fig. 2 illustrated embodiment is manufacturing technology very easy to represent, since the piston shaft 13 and the piston 15 have the same diameter and thus can be ground in one setting.
  • the plate 17 has on the support surface 29, with the in Fig. 5 not shown ring 19 comes in Konatkt, a chamfer 40.
  • the chamfer 40 causes that even with an occurring under unfavorable circumstances rotation of the polygon-shaped ring 19, not shown, the plate holder 35 is not damaged by the resulting tilting movement of the plate 17.
  • the chamfer 40 can be provided in all embodiments of the pump element 1 according to the invention.
  • a piston 11 of a second embodiment of a pump element according to the invention is shown.
  • the adjoining the piston shaft 13 piston 15 has in this embodiment has a significantly larger diameter than the piston shaft 13. It is thereby achieved that the piston 15 has a flange 43.
  • the support surface 29 of the piston foot 15 increases.
  • the support surface 29 is slightly curved.
  • Fig. 4 is one to the piston 11 of Fig. 3 associated plate 17 shown.
  • the recess 31 is dimensioned so that the piston foot 15 fits exactly into the recess 31.
  • Fig. 5 are the piston 11 and the plate 17 according to Fig. 3 and 4 shown in assembled condition.
  • the plate holder 35 transmits the force exerted on it by the spring 38 via the collar 43 on the piston shaft 13.
  • the groove 25 and the blasting ring 27 (see Fig. 2 ) accounted for.
  • the contact zone between the piston foot 15 and plate 17 is greater than in the first embodiment.
  • the surface load between the piston 15 and the base 33 of the recess 31 in the plate 17 is further reduced.
  • that can Twisting the polygonal ring 19 see Fig. 1 ) be even more effectively prevented.
  • the disc holder 35 has first lugs 36a bent upwardly. In alternation with the first lugs 36a, the plate holder 35 has second lugs 36b which are bent downwards. By the second lugs 36 b, the plate 17 is fixed to the piston 15.
  • the plate 17 has on the bearing surface, with the in Fig. 5 not shown ring 19 comes in Konatkt, a chamfer 40.
  • the chamfer 40 causes that even with an occurring under unfavorable circumstances rotation of the polygon-shaped ring 19, not shown, the plate holder 35 is not damaged by the resulting tilting movement of the plate 17.
  • the chamfer 40 can be provided in all embodiments of the pump element 1 according to the invention.
  • FIGS. 6 and 7 a plate 17 of a third embodiment of a pump element according to the invention in cross-section and in plan view is shown.
  • no disc holder is provided.
  • the necessary form-fitting connection between the piston skirt 13 (not shown) and plate 17 is produced via a flange 45.
  • the beaded edge 45 is bent inwardly and pressed into a groove of the piston 11, not shown.
  • the groove and the flange 45 must be dimensioned so that in any case the piston 15 (not shown) rests on the base 33 of the recess 31.
  • recesses 47 are provided in the crimping edge 45.
  • pump elements are not limited to radial piston pumps, but can also be used with in-line or distributor injection pumps.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Details Of Reciprocating Pumps (AREA)

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Pumpenelement für eine Kolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckerzeugung bei Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie Kolbenpumpen nach dem nebengeordneten Anspruch 11.
  • Bei nahezu allen Bauarten von Kolbenpumpen wird die Drehbewegung einer Antriebswelle in eine oszillierende Bewegung des Kolbens eines Pumpenelements umgewandelt. Bei sog. innen abgestützten Radialkolbenpumpen zur Kraftstoffhochdruckerzeugung in Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen sind beispielsweise radial zu einer in einem Pumpengehäuse gelagerten Antriebswelle mehrere Pumpenelemente angeordnet. Die Kolben der Pumpenelemente werden von einem exzentrischen Abschnitt der Antriebswelle oder von Nocken der Antriebswelle betätigt. Wegen der hohen Drücke, auf die der Kraftstoff gebracht werden muss, sind die von der Antriebswelle auf die Kolben zu übertragenden Kräfte sehr groß. Bei der Übertragung der Drehbewegung der Antriebswelle in die oszillierende Bewegung der Kolben der Pumpenelemente treten auch in Umfangsrichtung der Antriebswelle wirkende Kräfte zwischen Antriebswelle und Kolben auf. Ähnliche Effekte treten auch zwischen der Antriebswelle und den Kolben von Reiheneinspritzpumpen oder Verteilereinspritzpumpen auf.
  • Zur Verringerung des Verschleißes zwischen Kolben und Antriebswelle ist es aus der DE-OS 198 02 475 bekannt, am exzentrischen Abschnitt der Antriebswelle einer Radialkolbenpumpe einen Ring mit Abflachungen vorzusehen, der sich nicht mit der Antriebswelle dreht. An dem dem Ring zugewandten Ende des Kolbens ist bei dieser Radialkolbenpumpe eine Platte vorgesehen. Diese Platte stützt sich gegen die Abflachungen des Rings ab. Wenn die Pumpenelemente im Teillastbetrieb nur teilweise gefüllt sind, neigt der Ring wegen der ungleichmäßigen Belastung dazu, sich gegen die Pumpenelemente zu verdrehen. Dadurch entstehen unzulässige Belastungen sowohl am Ring als auch an den Pumepenelementen. Diese Belastungen können den Ausfall eines Pumpenelements oder der gesamten Kraftstoffhochdruckpumpe nach sich ziehen.
  • Bei der aus der DE-OS 198 02 475 bekannten Radialkolbenpumpe ist die Kontaktfläche zwischen Kolbenfuß und Kolbenfußplatte kalottenförmig ausgeführt.
  • Aus der US 2, 302, 865 (nächster Stand der Technik) ist eine Radialkolbenpumpe bekannt bei der die Kontaktfläche zwischen Kolbenfuß und Kolbenfußplatte einfach gekrümmt ist.
    Aus der DE 198 47 044 A1 ist eine Radialkolbenpumpe bekannt bei·der der Kolbenfuß ballig ausgeführt ist und die Vertiefung in der Kolbenfußplatte eben ist.
  • Aus der DE 198 36 901 A1 ist eine Radialkolbenpumpe bekannt bei der der Kolbenfuß ebenso wie die Vertiefung in der Kolbenfußplatte eben sind. Dabei entspricht der Durchmesser der Kontaktfläche dem Durchmesser des Kolbenfußes.
  • Aus der WO 03/014569 A1 ist eine Kraftstoffhochdruckpumpe bekannt, bei der zwischen einer bombiert ausgeführten Antriebswelle und einem Kolbenfuß ein Tassenstößel angeordnet ist. der Boden des Tassenstößels ist als federndes Element ausgebildet und in dem Kolbenfuß ist eine konkave Vertiefung ausgebildet. Dadurch passt sich der Boden des Tassenstößels belastungsabhängig der Antriebswelle und dem Kolbenfuß an.
  • Allen aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen ist gemeinsam, dass sie das Verdrehen des Rings mit den Abflachungen nicht unterdrücken und/oder den aus dem Verdrehen des Rings resultierenden Belastungen nicht standhalten.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Pumpenelement und eine Kolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckerzeugung bereitzustellen, welche einfach aufgebaut ist und eine weiter gesteigerte Zuverlässigkeit unter allen Betriebszuständen aufweist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem gattungsgemäßen Pumpenelement für eine Kolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckerzeugung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
    • Vorteile der Erfindung
  • Durch die ebene Kontaktzone zwischen der Auflagefläche und der Vertiefung ist es möglich, die in axialer Richtung des Kolbens zu übertragenden Kräfte auf einer großen Fläche gleichmäßig zu übertragen. Außerdem kann durch die ebene Kontaktfläche verhindert werden, dass die Platte eine Kippbewegung ausführt, welche die Hin- und Herbewegungen in tangentialer Richtung des auf der Antriebswelle gelagerten Rings verursachen, bzw. ermöglichen. Dadurch wird erreicht, dass der Ring in allen Betriebszuständen der Kraftstoffhochdruckpumpe keine oder nur eine sehr kleine Drehbewegung ausführt und somit die Biegebeanspruchung der Platte und des Kolbens verringert wird. Dies ist vor allem von Bedeutung, wenn die Pumpenelemente nicht die volle Fördermenge fördern, sondern durch eine entsprechende Drosselung des Kraftstoffzuflusses nur teilweise befällt werden. Bei der teilweisen Befüllung der Pumpenelemente kommt es zur Dampfblasenbildung in den Pumpenelementen, was eine ungleichförmige Drehmomentübertragung von der Antriebswelle auf die Pumpenelemente mit sich bringt. Infolgedessen neigt der Ring dazu die erwähnten unerwünschten Drehbewegungen auszuführen. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Pumpenelemente unterdrückt die Drehbewegungen des Rings so weit, dass keine punktuellen Überbeanspruchungen des Pumpenelements oder des Rings mehr vorkommen. Dadurch erhöht sich die Lebensdauer der Pumpenelemente und der Kolbenpumpe insgesamt, ohne dass die Herstellungskosten zunehmen. Dadurch, dass die Kontaktzone größer oder gleich der Querschnittsfläche des Kolbenschafts ist, werden das unerwünschte Kippen der Platte und die unerwünschte Drehbewegung des Rings weiter verringert.
  • Um kleine Fertigungsungenauigkeiten oder Schiefstellungen der Längsachse der Kolben relativ zur Längsachse der Antriebswelle ausgleichen zu können, kann außerdem vorgesehen sein, dass die Auflagefläche des Kolbenfußes oder die mit der Auflagefläche die Kontaktzone bildende Fläche der Vertiefung mit einem Radius größer zwanzigmal dem Durchmesser des Kolbenschafts gekrümmt sind. Bei diesem großen Krümmungsradius ist gewährleistet, dass Fertigungstoleranzen ausgeglichen werden können, ohne dass ein Kippen der Platten oder eine Drehbewegung des Rings ermöglicht würde.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Kolbenfuß und die Platte durch einen Plattenhalter formschlüssig miteinander verbunden sind, so dass die Platte stets auf dem Ring anliegt, was Beschädigungen dieser Bauteile verhindert und die Ausbildung eines tragfähigen Schmierfilms erleichtert.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Kolbenfuß einen Bund auf und ist der Plattenhalter über den Bund.mit dem Kolben verbunden, so dass einerseits eine große Kontaktzone zwischen Platte und Kolbenfuß möglich wird und andererseits ein sicherer Formschluss zwischen Kolben und Plattenhalter gewährleistet ist. Diese Lösung ist auch einfach zu montieren, da die Zahl der Bauteile sehr gering ist.
  • Alternativ kann der Kolbenfuß auch eine.Nut mit einem Spreng-Ring aufweisen und der Plattenhalter über den Spreng-Ring mit dem Kolben verbunden sein, so dass die Herstellung des Kolbens weiter vereinfacht wird.
  • Bei weiteren Ausgestaltungen der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Plattenhalter durch Umformen, insbesondere durch Bördeln oder Falzen, mit der Platte verbunden wird, so dass auf einfache und wirkungsvolle Weise eine dauerhaft belastbare Verbindung von Plattenhalter und Platte hergestellt wird.
  • Zur Erleichterung der Montage kann die Platte auf der zu dem Kolben gewandten Seite am Umfang eine Fase aufweisen.
  • Eine besonders sichere Verbindung zwischen Plattenhalter und Platte kann erreicht werden, wenn die Platte einen Bund aufweist und der Plattenhalter den Bund umschließt.
  • Alternativ kann die Platte auch direkt mit dem Kolben, insbesondere durch Bördeln oder Falzen, verbunden werden. Bei dieser Ausführungsvariante wird die Zahl der Bauteile nochmals reduziert, was sich positiv auf die Herstellungskosten auswirkt.
  • Es hat sich auch als vorteilhaft herausgestellt, wenn an der Platte ein Bördelrand ausgebildet ist und der Bördelrand in die Nut des Kolbens eingreift oder den Bund des Kolbens umschließt, da bei diesen Ausführungsbeispielen die o. g. Vorteile ebenfalls zum Tragen kommen.
  • Die eingangs genannte Aufgabe wird auch bei einer Kolbenpumpe zur Kraftstofferzeugung bei Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen, insbesondere bei einem Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem, mit mindestens einem Pumpenelement, dadurch gelöst, dass das mindestens eine Pumpenelement ein Pumpenelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche ist. Bei dieser Kolbenpumpe kommen die erfindungsgemäßen Vorteile voll zum Tragen. Insbesondere hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die erfindungsgemäße Kolbenpumpe als Radialkolbenpumpe gemäß den Ansprüchen 13 oder 14 auszuführen.
  • Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar.
    • Zeichnung
  • Es zeigen:
    • Figur 1
    einen Querschnitt durch ein als Radialkolbenpumpe ausgeführtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsfgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe,
    Figur 2
    eine detaillierte Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Pumpenelements,
    Fig. 3-5
    ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Pumpenelements und
    Fig. 6-7
    einen Querschnitt und eine Draufsicht auf ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Platte.
    Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • In Fig. 1 ist ein Schnitt durch eine mit erfindungsgemäßen Pumpenelementen 1 ausgestattete Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckerzeugung in Einspritzanlagen von Brennkraftmaschinen dargestellt.
  • Bei dieser insgesamt mit 3 bezeichneten Radialkolbenpumpe sind drei Pumpenelemente 1 in einem Winkel von jeweils 120° zueinander um eine Antriebswelle 5 angeordnet. In der Schnittebene von Fig. 1 ist ein exzentrischer Abschnitt der Antriebswelle 5 dargestellt. Oberhalb und unterhalb der Zeichnungsebene ist die Antriebswelle 5 drehbar in einem Gehäuse 7 der Radialkolbenpumpe 3 gelagert (nicht dargestellt).
  • Ein Pumpenelement 1 besteht aus einer Zylinderbohrung 9 und einem Kolben 11, der in der Zylinderbohrung 9 dichtend geführt ist. Der Kolben 11 wiederum besteht aus einem Kolbenschaft 13 und einem Kolbenfuß 15. An dem Kolbenfuß 15 ist eine Platte 17 befestigt.
  • Zwischen dem in Fig. 1 dargestellten exzentrischen Abschnitt der Antriebswelle 5 und den Platten 17 ist ein Ring 19 mit Abflachungen 21 angeordnet. Dieser polygonförmige Ring 19 dient dazu, die Drehbewegung des exzentrischen Abschnitts der Antriebswelle 5 in eine oszillierende Bewegung umzusetzen. Während einer Drehung des exzentrischen Abschnitts der Antriebswelle 5 oszilliert der polygonförmige Ring 19 einmal in Richtung der Längsachse der Kolben 11 und senkrecht zur Längsachse der Kolben 11. Der polygonförmige Ring 19 sollte sich dabei nicht drehen. Dadurch entsteht eine Gleitbewegung zwischen Platte 17 und Abflachung 21. Aus dieser Gleitbewegung resultiert ein Kippmoment auf die Platte 17.
  • Wenn die oberhalb der Kolben 11 angeordneten Förderräume 23 der Pumpenelemente im Teillastbetrieb der Radialkolbenpumpe 3 nur teilweise mit Kraftstoff befüllt werden (nicht dargestellt), ist die von der Antriebswelle 5 über den Ring 19 auf die Pumpenelemente 1 übertragene Leistung ungleichförmig. Als Folge davon neigt der polygonförmige Ring 19 dazu, sich etwas in der Drehrichtung der Antriebswelle 5 zu verdrehen. Daraus resultiert ein erhebliches Biegemoment auf die Platten 17. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Erfindung von Kolbenfuß 15 und Platten 17 ist es möglich, diese unerwünschte Drehbewegung des polygonförmigen Rings 19 in allen Betriebszuständen zu unterbinden oder so stark zu reduzieren, dass sie sich nicht mehr nachteilig auf die Lebensdauer der Radialkolbenpumpe 3 bzw. ihrer Pumpenelemente 1 auswirkt. In den nachfolgenden Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Pumpenelemente dargestellt und werden nachfolgend beschrieben.
  • In Fig. 2 ist ein Ausschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Pumpenelements 1 im Querschnitt dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist im Kolbenfuß 15 eine Nut 25 eingestochen, in der Nut 25 ist ein Spreng-Ring 27 eingelegt.
  • Der Kolbenfuß weist eine im Wesentlichen ebene Auflagefläche 29 auf, welche in eine Vertiefung 31 der Platte 17 ragt. Am Grund 33 der Vertiefung 31 liegt die Auflagefläche 29 des Kolbenfußes 15 auf. Dadurch ergibt sich eine im Wesentlichen ebene Kontaktzone zwischen Auflagefläche 29 und der Vertiefung 31 bzw. dem Grund 33 der Vertiefung 31.
  • Die Kontaktzone (nicht bezeichnet in Fig. 2) ist bei dem ersten Ausführungsbeispiel so groß wie der Querschnitt des Kolbenschafts 13, so dass eine sehr gute Einleitung der von der Platte 17 auf den Kolbenfuß 15 übertragenen Kräfte in axialer Richtung des Kolbenschafts 13 vorhanden ist. Außerdem verhindert die ebene Kontaktzone, dass die Platte 17 relativ zum Kolbenschaft 13 kippen kann. Infolgedessen wird auch die oben beschriebene Drehbewegung des polygonförmigen Rings 19 (siehe Fig. 1) im Teillastbetrieb der Radialkolbenpumpe 3 wirksam unterbunden und es ist stets eine flächige Kontaktzone zwischen Kolbenfuß 15 und Platte 17 einerseits sowie Platte 17 und den Abflachungen 21 des polygonförmigen Rings 19 vorhanden. Deshalb kommt nicht zu punktuellen Überbeanspruchung der Abflachungen 21, der Platte 17 oder des Kolbenfußes 15. Daraus resultiert eine gesteigerte Lebensdauer der Radialkolbenpumpe 3.
  • Damit der Kolbenschaft 13 nach dem Erreichen des oberen Totpunkts (nicht dargestellt) wieder zum unteren Totpunkt (nicht dargestellt) bewegt wird, ist ein Plattenhalter 35 vorgesehen, welcher in einer Öffnung 37 den Kolbenschaft 13 aufnimmt. Durch den Spreng-Ring 27 kann eine Kraft vom Plattenhalter 35 in Richtung Kolbenfuß 15 auf den Kolbenschaft 13 übertragen werden. Eine Druckfeder 39, welche sich einenends an dem Pumpenhalter 35 abstützt und anderenends an dem Gehäuse 7 der Radialkolbenpumpe 3 abstützt (siehe Fig. 1), drückt den Plattenhalter 35 vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt, wenn der exzentrische Abschnitt der Antriebswelle 5 (siehe Fig. 1) die entsprechende Drehbewegung ausführt. Über den Spreng-Ring 27 wird diese Bewegung auch auf den Kolbenschaft 13 übertragen. Damit die Platte 17 sich nicht vom Kolbenfuß 15 lösen kann, weist der Plattenhalter 35 auch noch einen Bördelrand 39 auf, welcher einen Bund 41 der Platte 17 umschließt. Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel ist fertigungstechnisch sehr einfach darstellbar, da der Kolbenschaft 13 und der Kolbenfuß 15 den gleichen Durchmesser haben und somit in einer Aufspannung geschliffen werden können. Um kleine Fluchtungsfehler zwischen der Zylinderbohrung 9 und der Drehachse der Antriebswelle 5 (nicht dargestellt) ausgleichen zu können, kann vorgesehen sein, dass entweder die Auflagefläche 29 oder der Grund 33 der Vertiefung 31 leicht gekrümmt ausgeführt sind. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Krümmungsradius größer als zwanzigmal der Durchmesser des Kolbenschafts 13 ist. In diesem Fall wird noch eine flächige Kontaktzone zwischen Auflagefläche 29 und Grund 33 erreicht, ohne dass es zu punktuellen Überbeanspruchungen kommt.
  • Die Platte 17 weist an der Auflagefläche 29, die mit dem in Fig. 5 nicht dargestellten Ring 19 in Konatkt kommt, eine Fase 40 auf. Die Fase 40 bewirkt, dass selbst bei einer unter ungünstigen Umständen auftretenden Verdrehung des nicht dargestellten polygonförmigen Rings 19 der Plattenhalter 35 durch die daraus resultierende Kippbewegung der Platte 17 nicht beschädigt wird. Die Fase 40 kann bei allen Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Pumpenelements 1 vorgesehen werden.
  • In Fig. 3 ist ein Kolben 11 eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Pumpenelements dargestellt. Der an den Kolbenschaft 13 anschließende Kolbenfuß 15 hat bei diesem Ausführungsbeispiel einen deutlich größeren Durchmesser als der Kolbenschaft 13. Es wird dadurch erreicht, dass der Kolbenfuß 15 einen Bund 43 aufweist. Durch den Bund 43 vergrößert sich die Auflagefläche 29 des Kolbenfußes 15. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Auflagefläche 29 leicht gekrümmt ausgeführt.
  • In Fig. 4 ist eine zu dem Kolben 11 von Fig. 3 gehörige Platte 17 dargestellt. Die Vertiefung 31 ist so dimensioniert, dass der Kolbenfuß 15 genau in die Vertiefung 31 passt.
  • In Fig. 5 sind der Kolben 11 und die Platte 17 gemäß Fig. 3 und 4 in zusammengebautem Zustand dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel überträgt der Plattenhalter 35 die von der Feder 38 auf ihn ausgeübte Kraft über den Bund 43 auf den Kolbenschaft 13. Dadurch können die Nut 25 und der Spreng-Ring 27 (siehe Fig. 2) entfallen. Aus der Fig. 5 wird unmittelbar deutlich, dass die Kontaktzone zwischen Kolbenfuß 15 und Platte 17 größer ist als bei dem ersten Ausführungsbeispiel. Infolgedessen ist die Flächenbelastung zwischen Kolbenfuß 15 und dem Grund 33 der Vertiefung 31 in der Platte 17 weiter verringert. Außerdem kann das Verdrehen des polygonförmigen Rings 19 (siehe Fig. 1) noch wirkungsvoller unterbunden werden.
  • Um die Feder 38 zu zentrieren, weist der Plattenhalter 35 erste Nasen 36a auf, die nach oben gebogen sind. Im Wechsel mit den ersten Nasen 36a weist der Plattenhalter 35 zweite Nasen 36b auf, die nach unten gebogen sind. Durch die zweiten Nasen 36b wird die Platte 17 am Kolbenfuß 15 fixiert.
  • Die Platte 17 weist an der Auflagefläche, die mit dem in Fig. 5 nicht dargestellten Ring 19 in Konatkt kommt, eine Fase 40 auf. Die Fase 40 bewirkt, dass selbst bei einer unter ungünstigen Umständen auftretenden Verdrehung des nicht dargestellten polygonförmigen Rings 19 der Plattenhalter 35 durch die daraus resultierende Kippbewegung der Platte 17 nicht beschädigt wird. Die Fase 40 kann bei allen Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Pumpenelements 1 vorgesehen werden.
  • In den Fign. 6 und 7 ist eine Platte 17 eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Pumpenelements im Querschnitt und in der Draufsicht dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist kein Plattenhalter vorgesehen. Die notwendige formschlüssige Verbindung zwischen Kolbenschaft 13 (nicht dargestellt) und Platte 17 wird über einen Bördelrand 45 hergestellt. Wenn der Kolbenfuß 15 eines nicht dargestellten Kolbens 11 in die Vertiefung 31 der Platte 17 eingeführt wurde, wird der Bördelrand 45 nach innen umgebogen und in eine Nut des nicht dargestellten Kolbens 11 gepresst. Die Nut und der Bördelrand 45 müssen so bemessen sein, dass auf jeden Fall der Kolbenfuß 15 (nicht dargestellt) auf dem Grund 33 der Vertiefung 31 aufliegt. Um das Einbördeln des Bördelrands 45 zu erleichtern, sind im Bördelrand 45 Aussparungen 47 vorgesehen.
  • Die vorstehend beschriebenenen Ausführungsbeispiele von Pumpenelementen sind nicht auf Radialkolbenpumpen beschränkt, sondern können auch bei Reihen- oder Verteilereinspritzpumpen eingesetzt werden.

Claims (14)

  1. Pumpenelement für eine Kolbenpumpe (3) zur Kraftstoffhochdruckerzeugung bei Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen, mit mindestens einem in einer Zylinderbohrung (9) angeordneten Kolben (11), wobei der Kolben (11) einen Kolbenfuß (15) und einen Kolbenschaft (13) aufweist, mit einer an dem Kolbenfuß (15) angebrachten Platte (17) zur Übertragung der Förderbewegung von einem Antrieb (5) auf den Kolben (11), wobei der Kolbenfuß (15) eine mit einer Vertiefung (31) der Platte (17) zusammenwirkende Auflagefläche (29) aufweist, wobei die Auflagefläche (29) und die Vertiefung (31) eine Kontaktzone bilden, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenfuß (15) einen größeren Durchmesser als der Kolbenschaft (13) hat, dass der Kolbenfuß (15) genau in die Vertiefung (31) passt, und dass die Kontaktzone größer als die Querschnittsfläche des Kolbenschafts (13) ist.
  2. Pumpenelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflagefläche (29) konvex gekrümmt ist, bevorzugt mit einem Radius größer 20 x Durchmesser des Kolbenschafts (13).
  3. Pumpenelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenfuß (15) und die Platte (17) durch einen Plattenhalter (35) formschlüssig miteinander verbunden sind.
  4. Pumpenelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenfuß (15) einen Bund (43) aufweist, und dass der Plattenhalter (35) über den Bund (43) mit dem Kolben (11) verbunden ist.
  5. Pumpenelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenfuß (15) eine Nut (25} mit einem Spreng-Ring (27) aufweist, und dass der Plattenhalter (35) sich an dem Spreng-Ring {27) abstützt.
  6. Pumpenelement nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Plattenhalter (35) durch Umformen, insbesondere durch Bördeln oder Falzen, mit der Platte (17) verbunden wird.
  7. Pumpenelement nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (17) auf der zu dem Kolben (11) gewandten Seite am Umfang eine Fase aufweist.
  8. Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (17) einen Bund (41) aufweist, und dass der Plattenhalter (35) den Bund (41) umschließt.
  9. Pumpenelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (17) an ihrer dem polygonförmigen Ring (19} zugewandten Auflagefläche eine Fase (40) aufweist.
  10. Pumpenelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass an der Platte (17) ein Bördelrand (45) ausgebildet ist, und dass der Bördelrand (45) in die Nut (25) des Kolbens (11} eingreift oder den Bund {43) des Kolbens (11) umschließt.
  11. Kolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckerzeugung bei Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen, insbesondere bei einem Common-Rail-Einspritzsystem, mit mindestens einem Pumpenelement (1), dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Pumpenelement (1) ein Pumpenelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ist.
  12. Kolbenpumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenpumpe als Radialkolbenpumpe ausgeführt ist.
  13. Kolbenpumpe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenpumpe als Radialkolbenpumpe mit einer in einem Pumpengehäuse (7) gelagerten Antriebswelle (5), die exzentrisch ausgebildet ist, und mit vorzugsweise mehreren bezüglich der Antriebswelle (5) radial angeordneten Pumpenelemente (1) wobei die Kolben (11) durch Drehen der Antriebswelle (5) in dem jeweiligen Zylinderraum in radialer Richtung hin und her bewegbar sind, und wobei zwischen der Antriebswelle und der Platte (17) ein Ring (27) mit Abflachungen (21) angeordnet ist.
  14. Kolbenpumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenpumpe als Verteiler- oder Reihenpumpe ausgebildet ist.
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