WO2008037745A2

WO2008037745A2 - Radialkolbenpumpe zur kraftstoffhochdruckversorgung

Info

Publication number: WO2008037745A2
Application number: PCT/EP2007/060224
Authority: WO
Inventors: Frank Hohmann; Günter LEWENTZ; Johann Massinger
Original assignee: Continental Automotive Technologies GmbH; Aumovio Germany GmbH
Current assignee: Aumovio Germany GmbH
Priority date: 2006-09-28
Filing date: 2007-09-26
Publication date: 2008-04-03
Anticipated expiration: 2009-03-28
Also published as: WO2008037745A3; DE102006045897B4; DE102006045897A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe mit Exzentertrieb zur Kraftstoffhochdruckversorgung bei Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen. Bei derartigen Pumpen besteht das Problem, dass die Kraft, die bei der Kompression des Kraftstoffes an der antriebswellenfernen Oberseite eines Kolbens (10i) entsteht, mehr oder weniger ungleichmäßig auf den Kolbenfuß (20i) und dessen antriebswellenseitige, direkt oder indirekt mit dem Exzenter zusammenwirkende, Kolbenfußfläche (38i) verteilt wird. Um die Belastung des Kolbenfußes (20i) und die damit verbundene Gefahr eines Materialversagens sowie den durch die Zusammenwirkung des Kolbenfußes (20i) mit dem Exzenter bedingten Verschleiß zu verringern, ist erfindungsgemäß eine besondere Gestaltung des antriebswellenseitigen Kolbenendes bzw. des Kolbenfußes (20i) vorgesehen. Mit der Erfindung wird die im Bereich des Kolbenendes bzw. des Kolbenfußes (20i) zur Verfügung stehende Querschnittsfläche für eine vergleichmäßigte Kraftübertragung besser ausgenutzt.

Description

Beschreibung

Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckversorgung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckversorgung bei Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen, umfassend

eine in einem Pumpengehäuse gelagerte Antriebswelle mit wenigstens einem Exzenter, und

wenigstens einen bezüglich der Antriebswelle radial in einem jeweiligen Zylinderraum angeordneten Kolben,

wobei der Kolben durch Drehen der Antriebswelle im jeweiligen Zylinderraum in radialer Richtung dadurch hin- und herbewegbar ist, dass ein am antriebswellenseitigen Kolbenende vorgesehener Kolbenfuß in radialer Richtung vom Exzenter belastet und entlastet wird.

Derartige Radialkolbenpumpen sind in vielfältigen Ausführungen bekannt. Lediglich beispielhaft seien hierzu die Veröffentlichungen DE 3505176 Cl und DE 19814506 Al genannt. Des Weiteren wird betreffend den prinzipiellen Aufbau einer Radialkolbenpumpe noch auf die DE 100 39 210 Al verwiesen.

Problematisch im Hinblick auf die Haltbarkeit bzw. Lebensdauer derartiger bekannter Pumpen ist der Umstand, dass die Kraft, die an der antriebswellenfernen Seite ("Oberseite") des Kolbens bei der Kompression des Kraftstoffes entsteht, mehr oder weniger ungleichmäßig auf den Kolbenfuß und dessen antriebswellenseitige (direkt oder indirekt mit dem Exzenter zusammenwirkende) Kolbenfußfläche verteilt wird.

Die ungleichmäßige Kraftverteilung führt oftmals zu einer hohen Belastung des Kolbenfußes und der damit verbundenen Gefahr eines Materialversagens (Bruch) in diesem Bereich. Diesem Problem widmet sich die oben erwähnte Veröffentlichung DE 198 14 506 Al und schlägt vor, einen als plattenförmigen Gleitschuh ausgebildeten Kolbenfuß mit einer Formgebung vorzusehen, welche die im Betrieb auftretenden Spannungen an dieser Stelle verringert.

Des Weiteren führt die ungleichmäßige Kraftverteilung oftmals zu einer entsprechend ungleichmäßigen Verteilung einer Flächenpressung zwischen dem Kolbenfuß und dem Exzenter (z. B. Exzenterring auf einem exzentrischen Antriebswellenabschnitt) und vor allem zu lokal sehr hohen Flächenpressungen. Die oben erwähnte Veröffentlichung DE 35 05 176 Cl beschäftigt sich beispielsweise mit dem Problem des Verschleißes einer direkt mit einem Exzenter zusammenwirkenden Kolbenfußfläche und schlägt eine Anordnung vor, bei welcher ein als Kolbenschuh ausgebildeter Kolbenfuß im Betrieb der Pumpe eine erzwungene Drehbewegung um eine Kolbenlängsachse ausführt, um den Verschleiß zu vergleichmäßigen .

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einer Radialkolbenpumpe der eingangs genannten Art die Belastung des Kolbenfußes und die damit verbundene Gefahr eines Materialversagens sowie den durch die Zusammenwirkung des Kolbenfußes mit dem Exzenter bedingten Verschleiß zu verringern.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch eine besondere Gestaltung des antriebswellenseitigen Kolbenendes bzw. des Kolbenfußes gelöst, bei welcher die im Bereich des Kolbenendes bzw. des Kolbenfußes zur Verfügung stehende Querschnittsfläche für eine vergleichmäßigte Kraftübertragung besser ausgenutzt wird.

Die Grundidee der Erfindung besteht darin, im Kraftflussverlauf von der Kolbenoberseite zum Exzenter eine die Kraft vergleichmäßigende Formgestaltung "relativ weit oben", etwa im Bereich des unteren Kolbenendes oder am Kolbenfuß zu bewerkstelligen, so dass bereits die Belastung des Kolbenfußes selbst und erst recht die an der Kontaktfläche zwischen Kolbenfuß und Exzenter (oder Gleitschuh) wirkende Kraft gleichmäßiger verteilt ist als bei den bekannten Lösungen.

Mit der Erfindung können somit lokal sehr hohe Flächenpressungen, die in der Vergangenheit immer wieder zu sehr hohem Verschleiß, Pumpenausfällen und temporären lokalen Verschweißungen der Reibpartner geführt haben, vermieden werden.

Gemäß eines ersten Erfindungsaspekts ist vorgesehen, dass der Kolben und der Kolbenfuß als separate Bauteile ausgebildet sind und ein mittlerer Bereich einer kolbenfußseitigen Endfläche des Kolbens eine Vertiefung aufweist.

Die Vertiefung bewirkt vorteilhaft eine reduzierte Kraftein- leitung in den mittleren Bereich des Kolbenfußes, so dass insbesondere die Gefahr eines Materialversagens im Bereich des Kolbenfußes auch ohne spezielle Formgestaltung bzw. Dimensionierung des Kolbenfußes verringert ist.

Der Kolben und der Kolbenfuß sind hierbei bevorzugt fest miteinander verbunden, wofür auf an sich bekannte Lösungen zur Bewerkstelligung dieser festen Verbindung zurückgegriffen werden kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Anteil der vertieften Kolbenendfläche an der gesamten Kolbenendfläche im Bereich von 5 % bis 95 %, bevorzugt 10 % bis 90 %, liegt .

Die maximale Vertiefungstiefe ist bevorzugt kleiner als die maximale Quererstreckung der Kolbenendfläche, weiter bevorzugt kleiner als 50 % der maximalen Quererstreckung der Kolbenendfläche .

Gemäß eines zweiten Erfindungsaspekts ist vorgesehen, dass der Kolben und der Kolbenfuß einstückig ausgebildet sind und ein mittlerer Bereich einer antriebswellenseitigen Endfläche des Kolbenfußes eine Vertiefung aufweist.

Die Vertiefung der Kolbenfußendfläche bewirkt vorteilhaft wieder eine reduzierte Krafteinleitung in den mittleren Bereich des Kolbenfußes, welcher direkt oder indirekt mit dem Exzenter zusammenwirkt .

Zur einstückigen Fertigung des Kolbens und des Kolbenfußes kann z. B. ausgehend von einem wenigstens näherungsweise zylind- rischen Rohling eine Stauchung in Richtung der späteren Kolbenlängsachse vorgenommen werden, um einen Kolbenfuß mit im Vergleich zum restlichen Kolben verbreitertem Querschnitt auszubilden. Eine Nachbearbeitung des so entstehenden Bauteils kann z. B. durch Fräsen erfolgen.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Anteil der vertieften Kolbenfußendfläche an der gesamten Kolbenfußendfläche im Bereich von 5 % bis 95 %, bevorzugt 10 % bis 90 %, liegt.

Die maximale Vertiefungstiefe ist bevorzugt kleiner als die maximale Quererstreckung der Kolbenfußendfläche, weiter bevorzugt kleiner als 50 % der maximalen Quererstreckung der Kolbenfußendfläche .

Sowohl beim ersten als auch beim zweiten Erfindungsaspekt kann die konkrete Form, Dimensionierung und Anordnung der jeweiligen Vertiefung (en) hinsichtlich der gewünschten Belastungsreduzierung optimiert werden (z. B. durch Einsatz einer Fini- te-Elemente-Methode oder dergleichen) .

Gemäß eines dritten Erfindungsaspekts, der auch vorteilhaft mit einem der beiden oben erläuterten Erfindungsaspekte kombiniert werden kann, ist vorgesehen, dass im Inneren des antriebs- wellenseitigen Kolbenendes und/oder des Kolbenfußes eine Kavität vorgesehen ist. Die Kavität bewirkt vorteilhaft eine "Kraftumleitung" (um die Kavität herum) , mittels welcher die Kraftverteilung im Bereich des Kolbenendes bzw. Kolbenfußes vergleichmäßigt wird. Die Kavität ist hierbei bevorzugt in einem mittleren Bereich des Kolbenendes bzw. des Kolbenfußes (über die Querschnittsfläche der betreffenden Komponente betrachtet) angeordnet.

Bei diesem Erfindungsaspekt können der Kolben und der Kolbenfuß entweder als separate Bauteile ausgebildet sein oder einstückig ausgebildet sein.

Der Volumenanteil der Kavität am Gesamtvolumen der betreffenden Komponente, wie auch die genaue Anordnung und Form der Kavität können hinsichtlich der gewünschten Belastungsreduzierung optimiert werden (z. B. durch Einsatz einer Fini- te-Elemente-Methode oder dergleichen) .

Für die Ausbildung der Kavität kommen prinzipiell vielfältige fertigungstechnische Möglichkeiten in Betracht.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist z. B. vorgesehen, dass die Kavität durch die Bohrung eines Loches und einen nachträglichen Verschluss des Loches ausgebildet ist. Eine im Querschnitt kreisrunde Bohrung kann z. B. durch Einschieben, insbesondere Einpressen, eines geeignet dimensionierten Zylinderstopfens verschlossen werden. In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass nach dem Verschluss des Bohrloches durch ein separates Bauteil wie den erwähnten Zylinderstopfen die das Bohrloch aufweisende Fläche der betreffenden Komponente noch nachbearbeitet wird, beispielsweise Plan (oder zu einer gewünschten Kontur) geschliffen wird.

Die Erfindung eignet sich insbesondere zur Verwendung bei einer Radialkolbenpumpe mit mehreren Pumpkolben, die z. B. in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sein können. In einer Ausführungsform ist beispielsweise vorgesehen, dass die Pumpe eine Exzenterwelle zum Antreiben mehrerer in einem gemeinsamen Pumpengehäuse aufgenommener Fördereinheiten umfasst, die jeweils einen der zur Hin- und Herbewegung in Richtung einer jeweiligen Pumpkolbenachse in einem jeweils zugeordneten Pumpzylinder geführten Pumpkolben aufweisen.

Eine derartige Radialkolbenpumpe kann beispielsweise zur KraftstoffVersorgung bei einem Speichereinspritzsystem (z. B. Common-Rail-Dieseleinspritzsystem) für die Brennkraftmaschnine eines Kraftfahrzeugs vorgesehen sein.

In einer bevorzugten Ausführungsform gleitet ein zylindrischer Abschnitt des Kolbens am antriebswellenfernen Kolbenende in einer zylindrischen Zylinderbuchse (welche den Zylinderraum bzw. Pumpenarbeitsraum bildet) .

Der Kolbenfuß des bei einer erfindugsgemäßen Radialkolbenpumpe vorgesehenen Kolbens besitzt im Vergleich zum Kolben bevorzugt einen nennenswert verbreiterten Querschnitt. Bevorzugt ist eine antriebswellenseitige Kolbenfußendfläche flächenmäßig im Vergleich zur Kolbenquerschnittsfläche betrachtet um wenigstens 100 % verbreitert.

Der Kolbenfuß besitzt bevorzugt eine wenigstens annähernd konische Form (exzenterseitig verbreitert) .

Die Antriebswelle der Radialkolbenpumpe kann beispielsweise exzentrisch ausgebildet und/oder mit wenigstens einer nockenartigen Erhebung ausgebildet sein. Ein Exzenterabschnitt der Antriebswelle kann direkt oder indirekt auf den Kolbenfuß einwirken, um die Hin- und Herbewegung des Kolbens zu bewirken. In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein von einem exzentrischen Abschnitt der Antriebswelle durchsetzter Exzenterring direkt oder indirekt (z. B. über einen Gleitschuh) mit dem Kolbenfuß zusammenwirkt (diesen im Pumpenbetrieb abwechselnd be- und entlastet) . Derartige Exzentertriebanordnungen sind an sich bekannt und bedürfen daher an dieser Stelle keiner näheren Erläuterung. Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben. Es stellen dar:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines unteren Endbereiches eines

Kolbens für eine Radialkolbenpumpe gemäß einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2 eine entsprechende Ansicht eines Kolbens gemäß einer zweiten Ausführungsform,

Fig. 3 eine entsprechende Ansicht eines Kolbens gemäß einer dritten Ausführungsform,

Fig. 4 eine Seitenansicht eines Kolbens samt zugehörigem, separat ausgebildeten Kolbenfuß,

Fig. 5 eine der Fig. 4 entsprechende Ansicht mit einem modifiziert ausgebildeten Kolbenfuß,

Fig. 6 eine Seitenansicht einer einstückig ausgebildeten Kombination aus Kolben und Kolbenfuß gemäß einer ersten Ausführungsform,

Fig. 7 eine entsprechende Ansicht mit einem Kolbenfuß gemäß einer zweiten Ausführungsform,

Fig. 8 eine entsprechende Ansicht mit einem Kolbenfuß gemäß einer dritten Ausführungsform,

Fig. 9 eine entsprechende Ansicht mit einem Kolbenfuß gemäß einer vierten Ausführungsform,

Fig. 10 eine Darstellung zur Veranschaulichung einer

Fertigungsmethode eines Kolbenfußes mit Kavität, Fig. 11 eine entsprechende Ansicht gemäß einer modifizierten Ausführungsform, und

Fig. 12 eine Teilschnittansicht einer Fördereinheit einer Radialkolbenpumpe.

Fig. 12 veranschaulicht den Aufbau einer Fördereinheit 1 einer Hochdruck-Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckversorgung bei einem Speichereinspritzsystem einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Dieser Aufbau ist in weiten Teilen an sich aus der eingangs bereits erwähnten Veröffentlichung DE 10039210 Al bekannt.

Die dargestellte Fördereinheit 1 ist eine von mehreren För- dereinheiten der Pumpe, die durch eine gemeinsam genutzte (nicht dargestellte) Antriebswelle betrieben werden. Die Fördereinheit 1 dient dazu, Kraftstoff (z. B. Diesel) für das Speichereinspritzsystem aus einer Zufuhrleitung 2 (Saugraum) über ein erstes Rückschlagventil 3 in einen Zylinderraum (Pumpenarbeitsraum) 4 und sodann über ein zweites Rückschlagventil 5 mit hohem Druck (z. B. über 1.500 bar) in eine Abfuhrleitung 6 (Druckraum) zu fördern .

Die beschriebenen Komponenten sind in einer Gehäusestruktur untergebracht, von welcher in Fig. 12 Gehäuseteile 7 und 8 zu erkennen sind.

Die Pumpe umfasst ferner einen Pumpkolben 10, der zur Hin- und Herbewegung in Richtung einer Pumpkolbenachse A in einem Pumpzylinder 12 geführt ist, um während eines Saughubs (in Fig. 12 nach unten) Kraftstoff aus der Zufuhrleitung 2 über das Rückschlagventil 3 in den Pumpenarbeitsraum 4 zu fördern und während eines Pumphubs (in Fig. 12 nach oben) den im Pumpenarbeitsraum befindlichen Kraftstoff zu komprimieren bzw. über das Rückschlagventil 5 unter hohem Druck an den Druckraum 6 abzugeben . Der Pumpzylinder 12 ist bei der dargestellten Ausführungsform ein einstückig vom Gehäuseteil 8 abstehender und in eine zylindrische Aussparung des Gehäuseteils 7 hineinragender Abschnitt.

Ferner umfasst die Pumpe einen hülsenförmigen Stützkörper 14, der an einer Außenumfangsflache des Pumpzylinders 12 in Richtung der Pumpkolbenachse A geführt ist und mittels einer Verbindungsanordnung 16 in Mitnahmeverbindung mit dem Kolben 10 steht.

Wenn die Antriebswelle sich dreht, so vollführt ein von einem Exzenterabschnitt der Antriebswelle durchsetzter Exzenterring 18 eine Taumelbewegung, deren Komponente parallel zur Kolbenachse A über einen Gleitschuh bzw. Kolbenfuß 20 auf den Kolben 10 übertragen wird. Bei einer in Fig. 12 abwärts gerichteten Bewegung des Exzenterrings 18 erfolgt die abwärts gerichtete Rückstellung des Kolbens 10 (Saughub) durch eine Rückstellfeder 22 (Spiraldruckfeder), deren oberes Ende sich an einer Schulter des Pumpzylinders 12 abstützt und deren unteres Ende sich an einer Schulter des Stützkörpers 14 abstützt. Der Stützkörper 14 wirkt wiederum derart mit dem Kolbenfuß 20 zusammen, dass die auf den Stützkörper 14 wirkende Federkraft sich auf den Kolbenfuß 20 und somit über die Verbindungsanordnung 16 auf den Kolben 10 ü- berträgt und diesen nach unten führt. Bei dem beschriebenen Saughub wird also der Kolbenfuß 20 in radialer Richtung vom Exzenterring 18 der Antriebswelle entlastet. Bei der umgekehrten Kolbenbewegung (Pumphub) wird der Kolbenfuß 20 vom Exzenterring nach oben hin belastet und entgegen der Federkraft gedrängt. Auf Grund des hohen Kraftstoffdrucks wirkt hierbei eine sehr hohe Kraft auf den Kolben 10, die über den Kolbenfuß 20 auf den Exzentertrieb (hier: Exzenterring 18) übertragen wird.

Es besteht grundsätzlich das Problem, dass die Kolbenkraft bei bekannten Pumpen dieser Bauart mehr oder weniger ungleichmäßig auf die Fläche des verwendeten Gleitschuhs übertragen wird, woraus sich die eingangs bereits beschriebenen Nachteile ergeben . Bei den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen von Kolben bzw. Kolben-Kolbenfuß-Kombinationen wird die Kraftübertragung im Bereich des unteren Kolbenendes bzw. im Bereich des Kolbenfußes verbessert bzw. optimiert. Bei dieser Be- Schreibung werden für gleichwirkende Komponenten die gleichen Bezugszahlen verwendet, jeweils ergänzt durch einen kleinen Buchstaben zur Unterscheidung der Ausführungsform. Dabei wird im Wesentlichen nur auf die Unterschiede zu dem bzw. den bereits beschriebenen Ausführungsbeispielen eingegangen und im Übrigen hiermit ausdrücklich auf die Beschreibung vorangegangener Ausführungsbeispiele verwiesen.

Fig. 1 zeigt den unteren (antriebswellenseitigen) Bereich eines Kolbens 10a, der im eingebauten Zustand mit einer unteren Endfläche 30a auf einer planen oberen Endfläche eines separat ausgebildeten, nicht dargestellten Kolbenfußes anliegt (vgl. z. B. in Fig. 12 die Anlage des Kolbens 10 am Kolbenfuß 20) .

Eine Besonderheit des Kolbens 10a besteht darin, dass ein zentraler Bereich der kolbenfußseitigen Endfläche 30a des Kolbens 10a eine Vertiefung 32a aufweist.

Die Vertiefung 32a bewirkt vorteilhaft eine im mittleren Bereich des (nicht dargestellten) Kolbenfußes reduzierte Kraftein- leitung und somit eine gleichmäßigere Druckverteilung im

Kolbenfuß, so dass einerseits die Gefahr eines Materialversagens im Bereich des Kolbenfußes verringert ist und andererseits der durch die Zusammenwirkung des Kolbenfußes mit dem betreffenden Exzenter hervorgerufene Verschleiß verringert wird.

Die Formgebung bzw. Dimensionierung der Vertiefung 32a in der Kolbenendfläche 30a kann hinsichtlich der konkreten Konstruktionsumgebung angepasst bzw. optimiert werden. Beispielhafte Modifikationen des in Fig. 1 dargestellten Kolbens 10a sind in den Fig. 2 und 3 veranschaulicht. Die Fig. 2 und 3 zeigen jeweils einen Kolben 10b bzw. 10c mit einer hinsichtlich der Formgebung und Dimensionierung modifizierten Vertiefung 32b bzw. 32c in der Kolbenendfläche.

Fig. 4 veranschaulicht nochmals zeichnerisch die Anlage einer unteren Kolbenendfläche 30d eines Kolbens 10d an einer oberen Endfläche 34d eines beispielsweise plattenförmig ausgebildeten Kolbenfußes 20d.

Aus Fig. 4 ist ferner das ganz allgemein (auch bei allen nachfolgend noch beschriebenen Ausführungsformen) bevorzugte Merkmal zu erkennen, wonach der Kolbenfuß im Vergleich zum Kolben einen stark verbreiterten Querschnitt besitzt. Der platten- förmige Kolbenfuß 20d in Fig. 4 besitzt beispielsweise einen Durchmesser, der mehr als drei Mal so groß ist wie der Durchmesser des als Zylinder ausgebildeten Kolben 10d.

Wenn der Kolben 10d an seiner unteren Kolbenendfläche 30d eine Vertiefung, z. B. wie in den Beispielen gemäß der Fig. 1 bis 3 gezeigt, aufweist, so wird die vom Kraftstoff auf den Kolben 10d ausgeübte Druckkraft im Kolbenfuß 20d besser verteilt (nicht in der Mitte konzentriert) .

Fig. 5 zeigt eine Modifikation der in Fig. 4 dargestellten Kolben-Kolbenfuß-Kombination. Die Modifikation besteht zum einen darin, dass der in Fig. 5 dargestellte Kolbenfuß 20e an seiner Oberseite einen zylindrischen Aufnahmeraum aufweist, in welchem das untere Ende eines Kolbens 10e beispielsweise verpresst sein kann. Der Kolben 10e kann beispielsweise wieder die Gestaltung gemäß eines der Beispiele nach den Fig. 1 bis 3 aufweisen. Die Modifikation besteht zum anderen darin, dass auch die obere Endfläche 34e des Kolbenfußes 20e in einem zentralen Bereich mit einer Vertiefung 36e versehen ist. In einer bevorzugten Ausführungsform sind aneinander angrenzende Quer- schnitte einerseits einer (nicht dargestellten) Vertiefung in der Kolbenendfläche 30e und andererseits der dargestellten Vertiefung 36e in der Kolbenfußfläche 34e fluchtend zueinander angeordnet .

Ganz allgemein ist es bevorzugt, wenn der Kolben wie z. B. in Fig. 5 dargestellt, in eine zentrale Sacklochbohrung an der Oberseite eines im montierten Zustand unmittelbar am Exzenter anliegenden Gleitschuhs gesteckt und dort kraft- und/oder formschlüssig mit diesem verbunden wird.

Als Verbindung zwischen Kolben und Gleitschuh eignen sich alle bekannten und gängigen Verfahren, wie z. B. Verschraubung mittels Gewinde, Schweißen, Löten (insbesondere Hartlöten) , Kleben, Pressen, Druckring etc. Bei diesen Verbindungsverfahren ist es auch möglich, den Kolben auf eine kleine Schulter in der Ausnehmung des Gleitschuhs wirken zu lassen, so dass die

Krafteinleitung nicht nur durch Kraftschluss erfolgen muss.

Bei den bislang mit Bezug auf die Fig. 1 bis 5 beschriebenen Beispielen ist der Kolbenfuß separat vom Kolben gefertigt und bei der Montage mit dem unteren Kolbenende verbunden.

Nachfolgend werden mit Bezug auf die Fig. 6 bis 11 Ausführungsvarianten beschrieben, bei denen der Kolben und der Kolbenfuß einstückig ausgebildet sind.

Die Fig. 6 bis 8 veranschaulichen Kolben 10f, 10g und 10h mit jeweils einstückig ausgebildetem Kolbenfuß 20f, 20g bzw. 20h (jeweils konusförmig) .

Eine Besonderheit der Kolben 10f, 10g und 10h besteht darin, dass ein mittlerer Bereich der jeweils unteren (antriebswellen- seitigen) Endfläche 38f, 38g bzw. 38h des betreffenden Kolbenfußes eine Vertiefung 4Of, 40g bzw. 40h aufweist.

Im Betrieb der betreffenden Pumpe bewirkt diese Vertiefung wieder einen günstigeren Kraftfluss im Übergangsbereich zwischen dem Kolbenfuß und dem Exzenter (z. B. einem Exzenterring), sei es durch die direkte Anlage des Kolbenfußes am Exzenter oder durch die Anlage des Kolbenfußes an einem Gleitschuh, der wiederum am Exzenter anliegt (zwischengefügter Gleitschuh) .

Fig. 9 zeigt einen Kolben 1Oi mit einem einstückig daran ausgebildeten Kolbenfuß 20i. Die Besonderheit der Kolben-Kolbenfuß-Kombination 10i, 20i besteht darin, dass im Inneren des Kolbenfußes 20i, im Kolbenfußquerschnitt betrachtet in einem mittleren Bereich, eine Kavität 50i vorgesehen ist, welche vorteilhaft für eine Vergleichmäßigung der Flächenpressungen zwischen dem dargestellten Kolbenfuß 20i und einem Exzenter dient.

Anstelle eines direkten Anlagekontakts zwischen dem Kolbenfuß 20i und dem betreffenden Exzenter könnte jedoch auch ein mittelbarer Kontakt vorgesehen sein, z. B. unter Zwischenfügung eines direkt am Exzenter anliegenden Gleitschuhs, an dessen Oberseite der in Fig. 9 ersichtliche Kolbenfuß 20i angebunden (befestigt) ist.

Bei der Lösung gemäß Fig. 9 wird verhindert, dass die vom Kraftstoff auf den Kolben 10i ausgeübte Kraft an der Kontaktstelle zwischen dem Kolben 10i und einem Exzenter bzw. einem am Exzenter aufliegenden Gleitschuh "direkt" durchgeleitet wird. Damit wird vorteilhaft vermieden, dass es zu lokal überhöhten Flächenpressungen unterhalb des dargestellten Kolbenfußes 20i kommt .

Dadurch, dass sich der Kolben 10i im unteren Bereich (Kolbenfuß 20i) konisch erweitert und der mittlere Bereich dieses Erweiterungsabschnitts durch Vorsehen der Kavität 50i ausgespart ist, werden im Vergleich zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen besonders vorteilhaft Druckspitzen außerhalb der Mitte in der Kontaktfläche von vornherein vermieden.

Wenn unterhalb des Kolbenfußes 20i ein mehr oder weniger dicker Gleitschuh als Verbindungsglied zum Exzenter hin angeordnet wird, so ergibt sich eine weitere egalisierende Wirkung, so dass sich etwaige Kraftungleichmäßigkeiten an der unteren Kolbenfußendfläche 38i nicht bis in die Kontaktzone zwischen einem solchen Gleitschuh und dem Exzenter der Antriebswelle fortpflanzen können (Dasselbe gilt auch für die Ausführungsformen gemäß der Fig. 1 bis 8) . In dieser Hinsicht ist es bevorzugt, wenn ein unter dem Kolbenfuß verwendeter Gleitschuh eine Dicke (in Richtung der Kolbenachse) besitzt, die wenigstens der in dieser Richtung vorhandenen Länge des Überganges von dem relativ kleinen Kolbendurchmesser zu dem relativ großen Kolbenfußdurchmesser entspricht .

Wenngleich es bei der in Fig. 9 dargestellten Ausführungsform nicht vorgesehen ist, könnte eine besondere Formgebung der unteren Kolbenfußendfläche 38i vorgesehen sein, wie diese bereits mit Bezug auf die Fig. 6 bis 8 erläutert wurde (mit einer Vertiefung im mittleren Bereich) .

Für die Ausbildung einer Kavität im Kolbenfuß (oder in einem unteren Bereich des Kolbens) ergeben sich für den Fachmann verschiedene Möglichkeiten. Eine geeignete und im Rahmen der Erfindung bevorzugte Methode zur Ausbildung einer solchen Kavität, z. B. der in Fig. 9 dargestellten Kavität 50i, wird nachfolgend mit Bezug auf die Fig. 10 und 11 erläutert.

Fig. 10 zeigt einen Kolben 10j mit einstückig daran ausgebildetem Kolbenfuß 20j. Eine Kavität 50j wurde im Inneren des Kolbenfußes 20j dadurch ausgebildet, dass zunächst von der Kolbenendfläche 38j her in Richtung der Kolbenachse A ein Loch in den Kolbenfuß 20j gebohrt wurde und dieses Loch sodann durch einen Verschlussstopfen 52j verschlossen wurde, der im dargestellten fertigen Zustand in das Bohrloch eingepresst ist und so dimensioniert ist, dass am Bohrungsgrund die dargestellte Kavität 50j verbleibt. Der Stopfen 52j verschließt also die Gleitfläche 38j wieder, wobei der Hohlraum 50j hinter dem Stopfen verbleibt. An dieser Stelle wird der Kraftfluss vorteilhaft "unterbrochen bzw. umgeleitet". Für die Kraftumleitung bzw. Kraftverteilung wesentlich ist, dass im Bereich der Kavität 5Oj kein (stabiles) Kolbenfußmaterial (z. B. Stahl) vorhanden ist. Wenngleich es denkbar ist, im Bereich der Kavität 50j irgendein (nicht druckfestes) Material einzubringen, so ist die Kavität 50j im einfachsten und somit bevorzugten Fall einfach "leer".

Der einteilige "Pilzkolben" 10j, 20j (wie auch die Ausführungen gemäß der Fig. 6 bis 9) kann z. B. durch Anstauchen eines Kopfes gefertigt sein.

Fig. 11 veranschaulicht eine Modifikation der Ausführungsform von Fig. 10. Die Modifikation besteht darin, dass bei einem Kolbenfuß 20k zunächst, ähnlich wie bei der Ausführung gemäß Fig. 10, ein erstes Loch mit einer bestimmten Bohrungstiefe und einem bestimmten Bohrungsdurchmesser gebohrt wurde, und sodann koaxial ein zweites Loch mit größerem Bohrungsdurchmesser, jedoch kleinerer Bohrtiefe gebohrt wurde. Die Höhe und der Durchmesser eines Verschlussstopfens 52k wurden an das zweite Bohrloch angepasst. Im dargestellten Ausführungsbeispiel besteht eine weitere Besonderheit darin, dass der Bohrungsgrund des zweiten Bohrloches zu einer planen Absatzfläche gefräst wurde, so dass sich eine besonders stabile Abstützung des Verschlussstopfens 52k an einer Übergangsschulter der beiden Bohrungen ergibt.

Bei jeder der in den Fig. 10 und 11 dargestellten Ausführungen ist zweckmäßig, wenn nach dem Verschluss des oder der Bohrlöcher die untere Kolbenfußendfläche noch nachbearbeitet wird, z. B. um diese plan vorzusehen.

Alternativ zu einer planen Kolbenfußendfläche 38j bzw. 38k kommt es auch in Betracht, die Kolbenfußendfläche mit einer Vertiefung zu versehen, wie dies z. B. bereits anhand der Fig. 6 bis 8 erläutert wurde. Zu den Ausführungen der Fig. 9 bis 11, bei denen eine Kavität im Inneren des betreffenden Kolbenfußes vorgesehen ist, ist ferner anzumerken, dass alternativ oder zusätzlich eine Kavität im mittleren Bereich (der Querschnittsfläche) auch im Inneren des Kolbens vorgesehen werden könnte. Dies gilt sowohl für eine separate Ausbildung des Kolbens und des zugehörigen Kolbenfußes als auch für deren einstückige Ausbildung. In Fig. 12 ist z. B. eine derartige Kavität 50 (im Inneren des Kolbens 10) eingezeichnet .

Bei allen oben beschriebenen Ausführungsformen von Kolben und Kolben-Kolbenfuß-Kombinationen kann eine Installationsumgebung vorgesehen sein, wie sie beispielhaft in Fig. 12 dargestellt ist. Abweichend von dem Aufbau nach Fig. 12 ist im Rahmen der Erfindung insbesondere auch eine Ausführung interessant, bei welcher der Kolbenfuß sich in Richtung zum Exzenter hin konusförmig in seinem Durchmesser verbreitert (wie z. B. in den Fig. 5 bis 11 dargestellt) .

Mit der Erfindung gelingt es, die bislang konstruktionsbedingt vorhandenen Spitzen der Flächenpressung direkt unter dem Kolben und/oder direkt unter dem Kolbenfuß so abzubauen, dass die eingangs genannten Ausfall- bzw. Verschleißeffekte vermieden werden können. Dies gilt insbesondere mit Blick auf die ständig wachsenden Kraftstoffdrücke (z. B. größer als 1500 bar), die dem Einspritzsystem und damit der hierfür verwendeten Fluidpumpe abverlangt werden.

Durch die bei der Erfindung optimierbare Kraftübertragung ausgehend von einem kleinen (Hochdruck-Kolben-) Durchmesser auf einen großen (Kolbenfuß- bzw. Gleitschuh-) Durchmesser ist es insbesondere möglich, die absolute Höhe der maximalen Flächenpressung um weit über 50 % zu reduzieren und lokale Spitzen in der Flächenpressung zu vermeiden.

Claims

Patentansprüche

1. Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckversorgung bei

Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen, um- fassend

eine in einem Pumpengehäuse gelagerte Antriebswelle mit wenigstens einem Exzenter (18), und

- wenigstens einen bezüglich der Antriebswelle radial in einem jeweiligen Zylinderraum (4) angeordneten Kolben (10),

wobei der Kolben (10) durch Drehen der Antriebswelle im jeweiligen Zylinderraum (4) in radialer Richtung dadurch hin- und herbewegbar ist, dass ein am antriebswellenseitigen Kolbenende vorgesehener Kolbenfuß (20) in radialer Richtung vom Exzenter (18) belastet und entlastet wird,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Kolben (10) und der Kolbenfuß (20) als separate Bauteile ausgebildet sind und ein mittlerer Bereich einer kolbenfußseitigen Endfläche (30) des Kolbens eine Vertiefung (32) aufweist.

2. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1, wobei der Kolben (10) und der Kolbenfuß (20) fest miteinander verbunden sind.

3. Radialkolbenpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Kolben (10) und der Kolbenfuß (20) einstückig ausgebildet sind und ein mittlerer Bereich einer antriebswellenseitigen Endfläche (38) des Kolbenfußes (20) eine Vertiefung (40) aufweist .

4. Radialkolbenpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass im Inneren des antriebswellenseitigen Kolbenendes und/oder des Kolbenfußes (20) eine Kavität (50) vorgesehen ist.

5. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 4, wobei der Kolben (10) und der Kolbenfuß (20) als separate Bauteile ausgebildet sind.

6. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 5, wobei der Kolben (10) und der Kolbenfuß (20) einstückig ausgebildet sind.

7. Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Kavität (50) durch die Bohrung eines Loches und einen nachträglichen Verschluss des Loches ausgebildet ist.