EP2743492A1 - Kolbenzylindereinheit - Google Patents

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EP2743492A1
EP2743492A1 EP13188691.3A EP13188691A EP2743492A1 EP 2743492 A1 EP2743492 A1 EP 2743492A1 EP 13188691 A EP13188691 A EP 13188691A EP 2743492 A1 EP2743492 A1 EP 2743492A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
cylinder
longitudinal
unit according
region
Prior art date
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Granted
Application number
EP13188691.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2743492B1 (de
Inventor
Gerd Dornhoefer
David Breuer
Andreas Michalowski
Thomas Kiedrowski
Gernot Repphun
Bernd Schaefer
Sergey Solovyev
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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2743492A1 publication Critical patent/EP2743492A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2743492B1 publication Critical patent/EP2743492B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • 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
    • F02M59/00—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps
    • F02M59/44—Details, components parts, or accessories not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M59/02 - F02M59/42; Pumps having transducers, e.g. to measure displacement of pump rack or piston
    • F02M59/442—Details, components parts, or accessories not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M59/02 - F02M59/42; Pumps having transducers, e.g. to measure displacement of pump rack or piston means preventing fuel leakage around pump plunger, e.g. fluid barriers

Definitions

  • the invention relates to a piston-cylinder unit according to the preamble of claim 1.
  • Such a piston-cylinder unit is known from EP 1 234 975 A2 known.
  • the known piston-cylinder unit has a piston which can be moved back and forth in a bore of the cylinder, on whose peripheral surface a series of radially circumferential transverse grooves and at least two longitudinal grooves extending in the longitudinal direction are formed.
  • the longitudinal grooves are axially separated from one another in the longitudinal direction of the piston by two transverse grooves arranged at a relatively small axial distance from one another.
  • the present invention seeks to further develop a piston-cylinder unit according to the preamble of claim 1 such that the leakage losses should be as low as possible with sufficiently good lubricating properties.
  • This object is achieved in a piston-cylinder unit with the features of claim 1, characterized in that the inlet region of the piston in the cylinder, with the exception of any leakage losses, in each operating position of the piston hydraulically separated from the end face of the first side facing away from the cylinder at least a longitudinal recess is arranged.
  • the dimensioning of the length of the longitudinal recess is based on the forces introduced into the piston. So usually occur on the piston transverse forces, which leads to a tilting of the piston in the bore of the cylinder. This tilting has the consequence that the surface pressure between the piston and the bore in the cylinder is seen over the circumference of different sizes. In order to avoid that an increased leakage over the area takes place, which has a relatively low load or surface pressure, it is useful or advantageous for such transverse forces, if the length does not reach into the region of the bore or the piston, the has increased or decreased surface pressure.
  • the axial portion of the piston or the bore in the cylinder between the end of the at least one longitudinal recess and the inlet region of the piston is configured in the cylinder such that due to production only leakage losses occur that arise due to manufacturing or due to manufacturing inaccuracies. It should thus be achieved such a fit between the piston and the cylinder that as little or no leakage losses possible occur.
  • no additional longitudinal grooves o.ä. be provided for lubricant management.
  • the at least one longitudinal depression emanate from an end face of the piston which has a connection to a lubricant reservoir.
  • the cylinder-located portion of the piston and the cooperating surface of the cylinder with the exception of at least one longitudinal recess and production-related surface roughness Well-free surfaces are formed.
  • a plurality of longitudinal recesses are provided, which are arranged at equal angular intervals to each other.
  • At least one longitudinal recess widths between 1 .mu.m and 100 .mu.m have proven to be advantageous.
  • Such, relatively narrow longitudinal depressions can preferably be generated by means of a laser beam device, since this enables the required manufacturing tolerances.
  • the at least one longitudinal recess covers at most 20% of the circumferential surface of the piston in the axial section of the piston, in which the at least one longitudinal depression is arranged.
  • An influence of the lubricating action over the axial length of the piston in the cylinder can be achieved if the cross-sectional area of the at least one longitudinal recess changes over its axial length.
  • such influencing can be particularly simple and comprehensible by changing the cross-sectional area over one Variation of the groove width.
  • the already mentioned formation of the at least one longitudinal recess by means of a laser beam device proves to be particularly advantageous, since it can be used to produce particularly simple and exactly different groove widths.
  • the depth of the at least one longitudinal recess decreases continuously at least in regions in the end region of the longitudinal depression.
  • an improved or targeted supply of the at least one longitudinal recess with lubricant can take place via a supply bore arranged in the piston in its longitudinal direction, in particular in the form of a blind bore, and a bore which connects the at least one longitudinal recess to the supply bore and hydraulically to the side the cylinder is connected, via which the lubricant supply takes place.
  • Another embodiment of the invention relates to the case of the occurrence of shear forces. Specifically, it may be provided in the context of the invention, on the side facing the inlet region of the cylinder on the piston engages a force which is perpendicular to the longitudinal axis of the piston that by the force in the inlet region of the cylinder facing end portion of the cylinder in a Area is generated with respect to the remaining portion of the cylinder increased compressive stress or surface pressure between the piston and the cylinder, and that the at least one longitudinal recess spaced from the region on the piston ends.
  • Such a design ensures a minimization of leakage losses.
  • the range of elevated compressive stress or surface pressure can be defined by definition as being at least one compressive stress or surface pressure exceeding 20% or more the mean value of the increased by the force compressive stress or surface pressure.
  • the piston-cylinder unit 10 comprises a sleeve-shaped in the exemplary embodiment cylinder 11 in the form of a sleeve 12 with a cylindrical through hole 13.
  • a piston 15 In the through hole 13 projects a piston 15 with an end portion 16 into which is reciprocally arranged in the direction of the double arrow 17.
  • the one end face of the cylinder 11 is arranged on the side facing away from the piston 15 in operative connection with a high-pressure lubricant reservoir 20.
  • the direction of a transverse force is illustrated by the force F, which acts perpendicular to the longitudinal axis 21 of the piston 15 on the projecting out of the cylinder 11 region of the piston 15, and which acts in addition to a force which is responsible for a movement of the piston 15 in the cylinder in the direction of the double arrow 17.
  • This force F has the consequence that in an area 22 which is located on the opposite side of the force of the piston 15, in the inlet region of the piston 15 in the cylinder 11 an increased compressive stress or surface pressure between the cylinder 11 and the piston 15 occurs , In the exemplary embodiment shown, this region 22 protrudes into the through-bore 13 by approximately one third.
  • the region 22 is also referred to as a support region, wherein the force F causes a tilting of the piston 15 in the through-bore 13 due to the tolerances between the diameter of the piston 15 and the through-bore 13.
  • the piston 15 has on its mantle or circumferential surface 23 at least one, but in particular a plurality of longitudinal grooves 25 arranged at regular angular intervals relative to one another.
  • the longitudinal grooves 25 extend from the one end face 26 of the cylinder 15, which is located on the It is essential that none of the longitudinal grooves 25, which in the illustrated embodiment all have the same length, regardless of the movement of the piston 15 in the direction of the double arrow 17 and the position of the piston 15 extends into the region 22.
  • the surface of the through hole 13 is formed as deep as possible in the addressed area. Due to the recess-free design of the circumferential surface 23 and the through hole 12 leakage losses between the end portions 27 and the inlet portion 28 should be avoided or minimized as possible, which may occur at a tilting of the cylinder 15 due to the transverse force F in particular on the radially opposite side of the region 22 ,
  • the longitudinal groove 25a corresponding to the illustration of Fig. 2 a semi-circular cross-sectional area.
  • the longitudinal groove 25b of the Fig. 3 on the other hand has a triangular cross-sectional area.
  • the cross-sectional area of the longitudinal groove 25c of Fig. 4 is formed channel-shaped with two obliquely arranged side surfaces.
  • the longitudinal groove 25d is corresponding to Fig. 5 equipped with a rectangular cross section.
  • end portion 27 of the longitudinal grooves 25, 25a to 25d can be configured differently. So one recognizes by the representation of the Fig. 6 a rounded end portion 27a.
  • the end portion 27b corresponding to Fig. 7 In contrast, has a slope 29 which extends from the bottom of the longitudinal groove 25 to the top thereof.
  • the end portion 27c at the longitudinal groove 25 corresponding to Fig. 8 formed without a reduction of the groove depth.
  • the groove width b of the longitudinal groove 25 may be configured differently over the axial length thereof.
  • the longitudinal groove 25e according to the Fig. 9 is the width b of the longitudinal groove 25e over the entire length of the same width.
  • the groove width b of the longitudinal groove 25f in the Fig. 10 different over the axial length thereof, such that the groove width b on the side facing the lubricant reservoir 20 has the greatest width.
  • the groove width b of the longitudinal groove 25g in the Fig. 11 On the other hand, it has varying widths in the longitudinal direction, such that a kind of waist having the smallest width is obtained in a central region of the longitudinal groove 25g.
  • the piston 15 has a running in the longitudinal axis 21, extending from the end face 26 supply bore 30 in the form of a blind hole. Via the supply bore 30 and from the supply bore 30 outgoing transverse bores 31, the longitudinal grooves 25, 25a to 25g seen over the axial length can be targeted and additionally provided with lubricant. It can also be provided that a longitudinal groove 25, 25a to 25g is supplied via a plurality of transverse bores 21 with lubricant.
  • the longitudinal grooves 25, 25a to 25g described so far have a width between 1 ⁇ m and 100 ⁇ m and are preferably produced by a laser beam device or by means of a laser beam.
  • the piston-cylinder unit 10 according to the invention can be modified or modified in many ways without departing from the spirit of the invention. It is preferred but not limited to use in automotive products, particularly pumps, valves or similar components.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kolbenzylindereinheit (10), mit einem in einer Bohrung (13) eines Zylinders (11) entlang einer Längsachse (21) hin- und herbewegbaren Kolben (15), wobei der Zylinder (11) eine erste Seite aufweist, an der unter hydraulischem Druck stehendes Schmiermittel zur Schmierung der Fläche zwischen dem Zylinder (11) und dem Kolben (15) angeordnet ist, wobei an der Umfangsfläche (23) des Kolbens (15) wenigstens eine, vorzugsweise in Richtung der Längsachse (21) verlaufende Längsvertiefung (25; 25a bis 25g) ausgebildet ist, die Verbindung mit dem Schmiermittel auf der ersten Seite des Zylinders (11) hat, wobei die wenigstens eine Längsvertiefung (25; 25a bis 25g) axial beabstandet von der anderen, der ersten Seite gegenüber angeordneten zweiten Seite des Zylinders (11) am Kolben (15) in einem Endbereich (27; 27a bis 27c) endet, und wobei die zweite Seite des Zylinders (11) einen Eintrittsbereich (28) des Kolbens (15) in die Bohrung (13) des Zylinders (11) ausbildet.

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft eine Kolbenzylindereinheit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Eine derartige Kolbenzylindereinheit ist aus der EP 1 234 975 A2 bekannt. Die bekannte Kolbenzylindereinheit weist einen in einer Bohrung des Zylinders hin-und herbewegbaren Kolben auf, an dessen Umfangsfläche eine Reihe von radial umlaufenden Quernuten sowie wenigstens zwei, sich in Längsrichtung erstreckende Längsnuten ausgebildet sind. Die Längsnuten sind axial in Längsrichtung des Kolbens betrachtet durch zwei, in relativ geringem axialen Abstand zueinander angeordnete Quernuten voneinander getrennt. Zwischen den beiden Quernuten findet ein gezielter, erhöhter Leckageverlust durch eine entsprechende Geometrie des Kolbens zwischen des beiden Quernuten statt, so dass Schmiermittel, das sich unter hohem Druck im Bereich der einen Seite des Zylinders befindet, über eine in Längsrichtung des Kolbens stattfindende Strömung in den Längsnuten bis zum Austrittsbereich des Kolbens an der anderen Seite des Zylinders gefördert wird. Dadurch wird über die gesamte Länge des Zylinders eine gewünschte Schmierung erzeugt. Nachteilig dabei sind jedoch die relativ hohen Leckageverluste.
  • Darüber hinaus ist es aus der EP 1 275 864 B1 bekannt, mittels eines Laserstrahls Taschen in eine Kolbenlauffläche einzubringen, die als geschlossene Mikrodruckkammern für ein Schmiermittel dienen. Weiterhin werden die Oberflächen durch Honen so strukturiert, dass ein Netz aus Kanälen entsteht, die zufällig verteilt sind und eine zufällig variierende Tiefe aufweisen. Diese Strukturierung bewirkt ebenfalls eine Reduzierung der Reibung. Eine derartige Strukturierung der Kolbenlauffläche ist relativ aufwendig herzustellen.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kolbenzylindereinheit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, das bei hinreichend guten Schmiereigenschaften die Leckageverluste möglichst gering sein sollen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Kolbenzylindereinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass der Eintrittsbereich des Kolbens in den Zylinder, mit Ausnahme von eventuell auftretenden Leckageverlusten, in jeder Betriebsstellung des Kolbens hydraulisch getrennt von dem der ersten Seite des Zylinders abgewandten Endbereich der wenigstens einen Längsvertiefung angeordnet ist. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass die wenigstens eine Längsvertiefung in einem gewissen Abstand von dem Eintrittsbereich des Kolbens in den Zylinder auf der der Schmiermittelversorgung abgewandten Seite des Zylinders endet. Insbesondere orientiert sich die Dimensionierung der Länge der Längsvertiefung dabei an den in den Kolben eingeleiteten Kräften. So treten üblicherweise auf den Kolben Querkräfte auf, die zu einem Verkippen des Kolbens in der Bohrung des Zylinders führt. Dieses Verkippen hat zur Folge, dass die Flächenpressung zwischen dem Kolben und der Bohrung im Zylinder über den Umfang gesehen unterschiedlich groß ist. Um zu vermeiden, dass eine erhöhte Leckage über den Bereich stattfindet, der eine relativ geringe Belastung bzw. Flächenpressung aufweist, ist es bei derartigen Querkräften sinnvoll bzw. vorteilhaft, wenn die Länge nicht bis in den Bereich der Bohrung bzw. des Kolbens reicht, der eine erhöhte bzw. verringerte Flächenpressung aufweist. Darüber hinaus ist der axiale Abschnitt des Kolbens bzw. der Bohrung im Zylinder zwischen dem Ende der wenigstens einen Längsvertiefung und dem Eintrittsbereich des Kolbens in den Zylinder derart ausgestaltet, dass fertigungsbedingt lediglich Leckageverluste auftreten, die aufgrund der Fertigung bzw. aufgrund von Fertigungsungenauigkeiten entstehen. Es soll somit eine derartige Passung zwischen dem Kolben und dem Zylinder erzielt werden, dass möglichst keine bzw. nur geringe Leckageverluste auftreten. Insbesondere sollen in dem angesprochenen Bereich, im Gegensatz zur Lehre des Stands der Technik, keine zusätzlichen Längsnuten o.ä. zur Schmiermittelführung vorgesehen sein.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kolbenzylindereinheit sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
  • In konstruktiv bevorzugter Umsetzung des erfindungsgemäßen Gedankens wird vorgeschlagen, dass die wenigstens eine Längsvertiefung von einer Stirnseite des Kolbens ausgeht, die mit einem Schmiermittelreservoir Verbindung hat.
  • Zur Minimierung der Leckageverluste in Richtung des Niederdruckbereichs (bezogen auf den Druck des Schmiermittels) ist es darüber hinaus bevorzugt vorgesehen, dass der im Zylinder befindliche Abschnitt des Kolbens sowie die damit zusammenwirkende Fläche des Zylinders, mit Ausnahme der wenigstens einen Längsvertiefung sowie fertigungsbedingter Oberflächenrauhigkeiten, als vertiefungsfreie Oberflächen ausgebildet sind.
  • Um über den Umfang des Kolbens bzw. der Bohrung eine möglichst gleichmäßige Schmierung zu erzielen, ist es darüber hinaus in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass mehrere Längsvertiefungen vorgesehen sind, die in gleichmäßigen Winkelabständen zueinander angeordnet sind.
  • Als vorteilhafte Breiten der wenigstens einen Längsvertiefung haben sich Breiten zwischen 1µm und 100µm als vorteilhaft erwiesen. Derartige, relativ schmale Längsvertiefungen lassen sich bevorzugt mittels einer Laserstrahleinrichtung erzeugen, da diese die benötigten Fertigungstoleranzen ermöglicht.
  • Darüber hinaus hat es sich für die mechanisch definierte Führung des Kolbens im Zylinder als vorteilhaft erwiesen, dass die wenigstens eine Längsvertiefung maximal 20% der Umfangfläche des Kolbens in dem axialen Abschnitt des Kolbens überdeckt, in dem die wenigstens eine Längsvertiefung angeordnet ist.
  • Eine Beeinflussung der Schmierwirkung über die axiale Länge des Kolbens im Zylinder kann erzielt werden, wenn sich die Querschnittsfläche der wenigstens einen Längsvertiefung über deren axiale Länge verändert.
  • Insbesondere kann eine derartige Beeinflussung besonders einfach und nachvollziehbar durch eine Veränderung der Querschnittsfläche über eine Variation der Nutbreite erfolgen. Gerade bei einer Variation der Nutbreite erweist sich das bereits angesprochene Ausbilden der wenigstens einen Längsvertiefung mittels einer Laserstrahleinrichtung als besonders vorteilhaft, da damit besonders einfach und genau unterschiedliche Nutbreiten erzeugt werden können.
  • Um die Schmierwirkung über die wenigstens eine Längsvertiefung im Endbereich der wenigstens einen Längsvertiefung kontinuierlich ausklingen zu lassen, ist es darüber hinaus in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Tiefe der wenigstens einen Längsvertiefung im Endbereich der Längsvertiefung zumindest bereichsweise kontinuierlich abnimmt.
  • Darüber hinaus kann eine verbesserte bzw. gezielte Versorgung der wenigstens einen Längsvertiefung mit Schmiermittel über eine in dem Kolben in dessen Längsrichtung angeordnete Versorgungsbohrung stattfinden, insbesondere in Form einer Sacklochbohrung, sowie einer die wenigstens eine Längsvertiefung mit der Versorgungsbohrung verbindenden Bohrung, die hydraulisch mit der Seite des Zylinders verbunden ist, über die die Schmiermittelversorgung stattfindet.
  • Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung betrifft den Fall des Auftretens von Querkräften. Speziell kann es dabei im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, auf der dem Eintrittsbereich zugewandten Seite des Zylinders an dem Kolben eine Kraft angreift, die senkrecht zur Längsachse des Kolbens verläuft, dass durch die Kraft in dem dem Eintrittsbereich des Zylinders zugewandten Endabschnitt des Zylinders in einem Bereich eine gegenüber dem restlichen Bereich des Zylinders erhöhte Druckspannung bzw. Flächenpressung zwischen dem Kolben und dem Zylinder erzeugt wird, und dass die wenigstens eine Längsvertiefung beabstandet zum Bereich an dem Kolben endet. Eine derartige Ausbildung sorgt für eine Minimierung von Leckageverlusten. Dabei liegt es im Rahmen der Erfindung, abhängig von der Höhe der Kraft und der sonstigen Geometrie eine entsprechend erhöhte Druckspannung bzw. Flächenpressung zu definieren, die hinsichtlich des Abstands als relevant angesehen wird. So kann der Bereich der erhöhten Druckspannung bzw. Flächenpressung per Definition zum Beispiel dahingehend definiert werden, dass mindestens eine Druckspannung bzw. Flächenpressung vorhanden ist, die 20% oder mehr über dem Mittelwert der durch die Kraft erhöhten Druckspannung bzw. Flächenpressung beträgt.
  • Um in allen Betriebsstellungen des Kolbens die Leckageverluste gering zu halten und darüber hinaus etwaige fertigungsbedingte Bauteiltoleranzen zu berücksichtigen, ist es bei der zuletzt beschriebenen Ausgestaltung der Erfindung besonders bevorzugt vorgesehen, dass zwischen dem Bereich der erhöhten Druckspannung bzw. Flächenpressung des Zylinders und dem Endbereich der wenigstens einen Längsvertiefung in allen Stellungen des Kolbens im Zylinder wenigstens ein Abstand von 10% der Länge des Zylinders ausgebildet ist. Auch dieser Wert kann selbstverständlich ggf. im Rahmen der tatsächlich vorhandenen Umstände im Einzelfall erhöht bzw. verringert werden.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
  • Diese zeigt in:
    • Fig. 1
    einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Kolbenzylindereinheit,
    Fig. 2 bis Fig. 5
    unterschiedliche Querschnitte von Längsnuten in Kolbenoberflächen, in jeweils perspektivischer Ansicht,
    Fig. 6 bis Fig. 8
    unterschiedliche Auslaufbereiche von Längsnuten, jeweils im Längsschnitt,
    Fig. 9 bis Fig. 11
    typische Querschnittsverläufe der Längsnuten über deren axiale Länge, in vereinfachten Draufsichten und
    Fig. 12
    einen abgewandelten Zylinder mit einer Schmiermittelversorgungsbohrung.
  • Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
  • In der Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Kolbenzylindereinheit 10 dargestellt. Die Kolbenzylindereinheit 10 umfasst einen im Ausführungsbeispiel hülsenförmig ausgebildeten Zylinder 11 in Form einer Buchse 12 mit einer zylindrischen Durchgangsbohrung 13. In die Durchgangsbohrung 13 ragt ein Kolben 15 mit einem Endbereich 16 hinein, der in Richtung des Doppelpfeils 17 hin- und herbeweglich angeordnet ist.
  • Die eine Stirnseite des Zylinders 11 ist auf der dem Kolben 15 abgewandten Seite in Wirkverbindung mit einem unter hohem Druck befindlichen Schmiermittelreservoir 20 angeordnet. Über das Schmiermittelreservoir 20 gelangt Schmiermittel in die offene Durchgangsbohrung 13 des Zylinders 11. Darüber hinaus ist durch die Kraft F die Richtung einer Querkraft verdeutlicht, die senkrecht zur Längsachse 21 des Kolbens 15 an dem aus dem Zylinder 11 herausragenden Bereich des Kolbens 15 wirkt, und die zusätzlich zu einer Kraft wirkt, die für eine Bewegung des Kolbens 15 im Zylinder in Richtung des Doppelpfeils 17 verantwortlich ist. Diese Kraft F hat zur Folge, dass in einem Bereich 22, der sich auf der Kraft F gegenüberliegenden Seite des Kolbens 15 befindet, im Eintrittsbereich des Kolbens 15 in den Zylinder 11 eine erhöhte Druckspannung bzw. Flächenpressung zwischen dem Zylinder 11 und dem Kolben 15 auftritt. Dieser Bereich 22 ragt im dargestellten Ausführungsbeispiel in etwa bis zu einem Drittel in die Durchgangsbohrung 13 hinein. Der Bereich 22 wird auch als Tragbereich bezeichnet, wobei durch die Kraft F aufgrund der Toleranzen zwischen dem Durchmesser des Kolbens 15 und der Durchgangsbohrung 13 ein Verkippen des Kolbens 15 in der Durchgangsbohrung 13 bewirkt wird.
  • Erfindungsgemäß weist der Kolben 15 an seiner Mantel- bzw. Umfangsfläche 23 wenigstens eine, insbesondere jedoch mehrere, in gleichmäßigen Winkelabständen zueinander angeordnete Längsnuten 25 auf. Die Längsnuten 25 reichen von der einen Stirnseite 26 des Zylinders 15, die sich auf der Schmiermittelreservoir 20 zugewandten Seite des Kolbens 15 befindet bis in etwa in dem mittleren Bereich der axialen Erstreckung des Zylinders 11. Wesentlich ist, dass keine der Längsnuten 25, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel alle dieselbe Länge aufweisen, unabhängig von der Bewegung des Kolbens 15 in Richtung des Doppelpfeils 17 bzw. der Stellung des Kolbens 15 bis in den Bereich 22 reicht.
  • Darüber hinaus ist es vorgesehen, dass die Umfangsfläche 23 des Kolbens 15 zumindest von den Endbereichen 27 der Längsnuten 25 auf der dem Schmiermittelreservoir 20 abgewandten Seite bis zum einen Niederdruckbereich ausbildenden Eintrittsbereich 28 des Kolbens 15 in den Zylinder 11, mit Ausnahme fertigungsbedingter Oberflächenrauhigkeiten als vertiefungsfreie Oberfläche ausgebildet ist. Ebenso ist die Oberfläche der Durchgangsbohrung 13 in dem angesprochenen Bereich möglichst vertiefungsfrei ausgebildet. Durch die vertiefungsfreie Ausbildung der Umfangsfläche 23 sowie der Durchgangsbohrung 12 sollen Leckageverluste zwischen den Endbereichen 27 und dem Eintrittsbereich 28 möglichst vermieden bzw. minimiert werden, die bei einem Verkippen des Zylinders 15 aufgrund der Querkraft F insbesondere auf der dem Bereich 22 radial gegenüberliegenden Seite auftreten können.
  • In den Fig. 2 bis 5 sind unterschiedliche Querschnittsformen der Längsnuten 25 dargestellt. So weist die Längsnut 25a entsprechend der Darstellung der Fig. 2 eine halbkreisförmige Querschnittsfläche auf. Die Längsnut 25b der Fig. 3 weist hingegen eine dreiecksförmige Querschnittsfläche auf. Die Querschnittsfläche der Längsnut 25c der Fig. 4 ist rinnenförmig mit zwei schräg angeordneten Seitenflächen ausgebildet. Zuletzt ist die Längsnut 25d entsprechend der Fig. 5 mit einem rechteckförmigen Querschnitt ausgestattet.
  • Auch der Endbereich 27 der Längsnuten 25, 25a bis 25d kann unterschiedlich ausgestaltet sein. So erkennt man anhand der Darstellung der Fig. 6 einen gerundet ausgebildeten Endbereich 27a. Der Endbereich 27b entsprechend der Fig. 7 weist demgegenüber eine Schräge 29 auf, die vom Grund der Längsnut 25 bis zu deren Oberseite reicht. Zuletzt ist der Endbereich 27c bei der Längsnut 25 entsprechend der Fig. 8 ohne eine Reduzierung der Nuttiefe ausgebildet.
  • Zuletzt kann auch die Nutbreite b der Längsnut 25 über deren axiale Länge unterschiedlich ausgestaltet sein. Bei der Längsnut 25e entsprechend der Fig. 9 ist die Breite b der Längsnut 25e über deren gesamte Länge gleich breit. Demgegenüber ist die Nutbreite b der Längsnut 25f bei der Fig. 10 über deren axiale Länge unterschiedlich, derart, dass die Nutbreite b auf der dem Schmiermittelreservoir 20 zugewandten Seite die größte Breite aufweist. Die Nutbreite b der Längsnut 25g bei der Fig. 11 weist demgegenüber in Längsrichtung schwankende Breiten auf, derart, dass in einem mittleren Bereich der Längsnut 25g eine Art Taille mit der geringsten Breite erzielt wird. Zusätzlich zur Versorgung der Längsnuten 25, 25a bis 25g über die dem Schmiermittelreservoir 20 zugewandte Stirnseite 26 des Kolbens 15 kann es entsprechend der Fig. 12 vorgesehen sein, dass der Kolben 15 beispielsweise eine in der Längsachse 21 verlaufende, von der Stirnseite 26 ausgehende Versorgungsbohrung 30 in Form einer Sacklochbohrung aufweist. Über die Versorgungsbohrung 30 sowie von der Versorgungsbohrung 30 ausgehende Querbohrungen 31 können die Längsnuten 25, 25a bis 25g über deren axiale Länge gesehen gezielt und zusätzlich mit Schmiermittel versehen werden. Dabei kann es auch vorgesehen sein, dass eine Längsnut 25, 25a bis 25g über mehrere Querbohrungen 21 mit Schmiermittel versorgt wird.
  • Die soweit beschriebenen Längsnuten 25, 25a bis 25g weisen eine Breite zwischen 1µm und 100µm auf und sind bevorzugt durch eine Laserstrahleinrichtung bzw. mittels eines Laserstrahls erzeugt.
  • Die erfindungsgemäße Kolbenzylindereinheit 10 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. Sie findet bevorzugt, jedoch nicht einschränkend, Verwendung bei Kraftfahrzeugerzeugnissen, insbesondere bei Pumpen, Ventilen oder ähnlichen Bauteilen.

Claims (12)

  1. Kolbenzylindereinheit (10), mit einem in einer Bohrung (13) eines Zylinders (11) entlang einer Längsachse (21) hin- und herbewegbaren Kolben (15), wobei der Zylinder (11) eine erste Seite aufweist, an der unter hydraulischem Druck stehendes Schmiermittel zur Schmierung der Fläche zwischen dem Zylinder (11) und dem Kolben (15) angeordnet ist, wobei an der Umfangsfläche (23) des Kolbens (15) wenigstens eine, vorzugsweise in Richtung der Längsachse (21) verlaufende Längsvertiefung (25; 25a bis 25g) ausgebildet ist, die Verbindung mit dem Schmiermittel auf der ersten Seite des Zylinders (11) hat, wobei die wenigstens eine Längsvertiefung (25; 25a bis 25g) axial beabstandet von der anderen, der ersten Seite gegenüber angeordneten zweiten Seite des Zylinders (11) am Kolben (15) in einem Endbereich (27; 27a bis 27c) endet, und wobei die zweite Seite des Zylinders (11) einen Eintrittsbereich (28) des Kolbens (15) in die Bohrung (13) des Zylinders (11) ausbildet,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Eintrittsbereich (28), mit Ausnahme von eventuell auftretenden Leckageverlusten, in jeder Betriebsstellung des Kolbens (15) hydraulisch getrennt von dem der ersten Seite des Zylinders (11) abgewandten Endbereich (27; 27a bis 27c) der wenigstens einen Längsvertiefung (25; 25a bis 25g) angeordnet ist.
  2. Kolbenzylindereinheit nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die wenigstens eine Längsvertiefung (25; 25a bis 25e) von einer Stirnseite (26) des Kolbens (15) ausgeht, die mit einem Schmiermittelreservoir (20) Verbindung hat.
  3. Kolbenzylindereinheit nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die im Zylinder (11) angeordnete Umfangsfläche (23) des Kolbens (15) sowie die damit zusammenwirkende Fläche der Bohrung (13) des Zylinders (11), mit Ausnahme der wenigstens einen Längsvertiefung (25; 25a bis 25g) sowie fertigungsbedingter Oberflächenrauhigkeiten, als vertiefungsfreie Oberflächen ausgebildet sind.
  4. Kolbenzylindereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass mehrere Längsvertiefungen (25; 25a bis 25g) vorgesehen sind, die in gleichmäßigen Winkelabständen zueinander angeordnet sind.
  5. Kolbenzylindereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die wenigstens eine Längsvertiefung (25; 25a bis 25g) eine in Form einer Nut ausgebildet ist und eine Nutbreite (b) zwischen 1µm und 100µm aufweist, und dass die wenigstens eine Längsvertiefung (25; 25a bis 25g) vorzugsweise durch einen Laserstrahl erzeugt ist.
  6. Kolbenzylindereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die wenigstens eine Längsvertiefung (25; 25a bis 25g) maximal 20% der Umfangsfläche (23) des Kolbens (15) in dem axialen Abschnitt des Kolbens (15) überdeckt, in dem die wenigstens eine Längsvertiefung (25; 25a bis 25g) angeordnet ist.
  7. Kolbenzylindereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass sich die Querschnittsfläche der wenigstens einen Längsvertiefung (25; 25a bis 25g) über deren axiale Länge verändert.
  8. Kolbenzylindereinheit nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Veränderung der Querschnittsfläche der wenigstens einen Längsvertiefung (25; 25a bis 25g) über eine Variation der Nutbreite (b) erfolgt.
  9. Kolbenzylindereinheit nach Anspruch 7 oder 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Tiefe der wenigstens einen Längsvertiefung (25) im Endbereich (27a; 27b) der Längsvertiefung (25) zumindest bereichsweise stetig abnimmt.
  10. Kolbenzylindereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die wenigstens eine Längsvertiefung (25; 25a bis 25g) über eine in dem Kolben (15) in dessen Längsrichtung angeordnete Versorgungsbohrung (30), insbesondere in Form einer Sacklochbohrung, sowie einer die wenigstens eine Längsvertiefung (25; 25a bis 25g) mit der Versorgungsbohrung (30) verbindende Bohrung (31) hydraulisch mit der mit dem Schmiermittel verbundenen Seite des Zylinders (11) verbunden ist.
  11. Kolbenzylindereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass auf der dem Eintrittsbereich (28) zugewandten Seite des Zylinders (11) an dem Kolben (15) eine Kraft (F) angreift, die senkrecht zur Längsachse (21) verläuft, dass durch die Kraft (F) in dem dem Eintrittsbereich (28) des Zylinders (11) zugewandten Endabschnitt des Zylinders (11) in einem Bereich (22) eine gegenüber dem restlichen Bereich des Zylinders (11) erhöhte Druckspannung bzw. Flächenpressung zwischen dem Kolben (15) und dem Zylinder (11) erzeugt wird, und dass die wenigstens eine Längsvertiefung (25; 25a bis 25g) beabstandet zum Bereich (22) an dem Kolben (15) endet.
  12. Kolbenzylindereinheit nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zwischen dem Bereich (22) des Zylinders (11) und dem Endbereich (27; 27a bis 27c) der wenigstens einen Längsvertiefung (25; 25a bis 25g) in allen Stellungen des Kolbens (15) im Zylinder (11) wenigstens ein Abstand von 10% der Länge des Zylinders (11) ausgebildet ist.
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