WO2012171762A1 - Pumpe, insbesondere kraftstoffhochdruckpumpe, mit beschichtung auf nocken und/oder rolle - Google Patents

Pumpe, insbesondere kraftstoffhochdruckpumpe, mit beschichtung auf nocken und/oder rolle Download PDF

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Sascha Ambrock
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    • F04B1/0413—Cams

Definitions

  • the invention is based on a pump, in particular
  • Such a pump in the form of a high-pressure fuel pump is through
  • This pump has at least one
  • Pump element having a driven by a rotating drive shaft at least indirectly in a stroke pump piston, wherein the drive shaft has at least one cam.
  • On the cam runs off a role over which the pump piston is at least indirectly supported on the cam.
  • the cam and roller are made of steel, for example 100Cr6, 16MnCr5 or S 6-5-2, a high speed steel.
  • the cam and roller are lubricated by the fuel delivered by the pump. Under the influence of the fuel, the material of the cam and the roller may be oxidized.
  • the pump according to the invention with the features according to claim 1 has the advantage that through the surface layer a
  • the surface layer is achieved with low tendency to cold welding in a simple manner, with a high resistance to oxidation is achieved.
  • Claim 4 also achieves a high hardness of the surface layer and thus a high resistance to abrasive wear.
  • By training according to claim 7 and 8 is also a high hardness of
  • FIG. 1 shows a pump in a longitudinal section and Figure 2 shows the pump in an enlarged view fragmentary in a cross section along line II-II in Figure 1.
  • FIGS. 1 and 2 show a pump, which in particular has a pump
  • the pump has a housing 10 which is designed in several parts and in which a drive shaft 14 driven in rotation is rotatably mounted about a rotation axis 15.
  • the drive shaft 14 has at least one cam 16.
  • the cam 16 may be a single or multiple cam.
  • the Pump has at least one or more pump elements 18, each with a pump piston 20 which is at least indirectly driven by the cam 16 of the drive shaft 14 in a lifting movement in at least approximately radial direction to the axis of rotation 15 of the drive shaft 14.
  • the pump piston 20 is tightly guided in a cylinder bore 22 of a housing part 24 of the pump. With its end remote from the drive shaft 14, the pump piston 20 in the cylinder bore 22 defines a
  • the pump working chamber 26 has an opening into this inaugural inlet check valve 30 a connection with a leading example of a feed pump inlet 32 through which the pump working chamber 26 at the radially inwardly to the axis of rotation 15 of
  • the pump working chamber 26 also has an outlet check valve 34 which opens out of this connection with a drain 36 which leads, for example, to a high-pressure fuel accumulator 38 and fuel via the delivery stroke of the pump piston 20 directed radially outward from the rotational axis 15 of the drive shaft 14 the
  • the pump piston 20 is supported indirectly via an element in the form of a roller tappet 42 on the cam 16 of the drive shaft 14.
  • the roller tappet 42 comprises a hollow cylindrical tappet body 44, in which a roller shoe 46 is used as a support element.
  • the roller shoe 46 has on his the
  • the pump piston 20 is coupled in the direction of its longitudinal axis 21 with the roller tappet 42.
  • the plunger body 44 is slidably guided in a receptacle 52 in a part 54 of the pump housing 10 in at least approximately vertical direction to the axis of rotation 15 of the drive shaft 14.
  • the receptacle 52 is formed for example as a bore.
  • the roller tappet 42 and the pump piston 20 connected thereto are acted upon by a spring 40 towards the cam 16.
  • the roller 50 and the cam 16 and the cam 16 having
  • roller 50 may be made of, for example, 100Cr6 or the high-speed steel 6-5-2 and the cam 16 and the drive shaft 14 may be made of, for example, 16MnCr5 or 100Cr6.
  • the roller 50 and / or the cam 16 in its contact region, in which the roller 50 bears against the cam 16 is provided at least in regions with a surface layer 60 which is opposite to the base material of the roller 50 or the cam 16 has lower tendency to cold welding.
  • the surface layer 60 is produced by a thermochemical heat treatment of the base material by accumulation of chromium in the boundary layer, whereby a diffusion layer or a layer system of diffusion layer and layer layer system in the edge layer
  • Binding character is formed with a reduced tendency to cold welding.
  • a diffusion layer or a diffusion bonding layer system is produced, which has no metallic bonding character, but primarily has a covalent bonding form and has ceramic-like properties.
  • the diffusion of chromium leads to carbide formation, to mixed crystal formation or to the formation of intermetallic compounds, for example chromium carbide in the form of Cr23C6, Cr7C3 or Cr3C. These carbides, mixed crystals or intermetallic structures are on the surface side, i. in the surface layer 60, determining the texture and having a covalent bonding character.
  • the surface layer 60 is formed by chromising the roller 50 and / or the cam 16.
  • the surface layer of the component is enriched with chromium, whereby chromium atoms in the iron lattice are substituted by substitution on free sites of the iron atoms.
  • Chromium concentration in the surface layer 60 becomes better
  • Corrosion resistance achieved and corrosion resistance can be achieved as stainless steels.
  • Surface layer 60 may be, for example, up to about 12 mass%.
  • the surface layer 60 made by chromating has a high Resistance to adhesive and abrasive wear and corrosion.
  • the steel of the roller 50 and / or the cam 16 has a carbon content of at least about 0.8 mass%. It can also be provided that the surface layer 60 is carburized, in this carbon is enriched. Due to the high carbon content, chromium carbides form in the surface layer 60 chromium carbides or
  • Chrome iron carbides which have a particularly high hardness and thus a particularly high resistance to adhesive and abrasive wear.
  • the surface layer 60 has a thickness of about 5 ⁇ to 20 ⁇ .
  • the surface layer 60 has a hardness of about 1600 HV to 200 HV (Vickers HV hardness).
  • the surface layer 60 may have a smooth surface or a textured surface.
  • roller 50 is provided with the surface layer 60, it preferably extends over the entire circumference of the roller 50. If the cam 16 is provided with the surface layer 60, this may also extend over the entire circumference of the cam 16 or alternatively only in
  • the roller 50 and / or the cam 16 Prior to chromizing, the roller 50 and / or the cam 16 is provided by a superfinishing with a low surface roughness.
  • Chrome is the roller 50 and / or the cam 16 in a powder mixture of a chrome donor, for example, chromium or ferrochrome, a
  • Anticaking filler for example, kaolin, alumina or alumina, and an activator, for example, ammonium chloride or chromium chloride.
  • carbon donating or oxygen binding additives can be used.
  • the roller 50 and / or the cam 16 are packed together with the Chromierstoff in boxes and annealed in an oven under inert or inert gas at temperatures ranging between 800 and 1200 ° C. The required treatment time depends on the required thickness of the surface layer 60.
  • Surface layer 60, the roller 50 and / or the cam 16 can be cooled after annealing at a suitable speed.

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Abstract

Die Pumpe umfasst wenigstens ein Pumpenelement (18), das einen durch eine rotierende Antriebswelle (14) zumindest mittelbar in einer Hubbewegung angetriebenen Pumpenkolben (20) aufweist, wobei die Antriebswelle (14) wenigstens einen Nocken (16) aufweist, auf dem eine Rolle (50) abläuft, über die sich der Pumpenkolben (20) zumindest mittelbar am Nocken (16) abstützt. Der Nocken (16) und/oder die Rolle (50) weist in einem Kontaktbereich zumindest bereichsweise eine Oberflächenschicht (60) mit gegenüber dem Grundwerkstoff des Nockens (16) bzw. der Rolle (50) geringerer Kaltverschweißungsneigung auf. Die Oberflächenschicht (60) ist vorzugsweise eine chromierte Oberflächenschicht.

Description

Beschreibung Titel
PUMPE, INSBESONDERE KRAFTSTOFFHOCHDRUCKPUMPE, MIT
BESCHICHTUNG AUF NOCKEN UND/ODER ROLLE
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Pumpe, insbesondere
Kraftstoffhochdruckpumpe, nach der Gattung des Anspruchs 1.
Eine solche Pumpe in Form einer Kraftstoffhochdruckpumpe ist durch die
DE 10 2004 004 705 AI bekannt. Diese Pumpe weist wenigstens ein
Pumpenelement auf, das einen durch eine rotierende Antriebswelle zumindest mittelbar in einer Hubbewegung angetriebenen Pumpenkolben aufweist, wobei die Antriebswelle wenigstens einen Nocken aufweist. Auf dem Nocken läuft eine Rolle ab, über die sich der Pumpenkolben zumindest mittelbar am Nocken abstützt. Der Nocken und die Rolle sind aus Stahl hergestellt, beispielsweise 100Cr6, 16MnCr5 oder S 6-5-2, einem Schnellarbeitsstahl. Der Nocken und die Rolle werden durch den Kraftstoff geschmiert, den die Pumpe fördert. Unter dem Einfluss des Kraftstoffs kann es zur Oxidation des Werkstoffs des Nockens und der Rolle kommen. Im Betrieb der Pumpe treten hohe Belastungen des Nockens und der Rolle auf, unter denen die Oberfläche des Nockens und/oder der Rolle, die beispielsweise durch eine Oxidschicht gebildet sein kann, aufbrechen können und die rein metallischen Oberflächen des Nockens und der Rolle in Berührung kommen. Dabei kann es zu einer sogenannten Kaltverschweißung der
Oberflächen kommen und beim weiteren Betrieb der Pumpe wird Material aus der Oberfläche des Nockens und/oder der Rolle gerissen. Dies führt zu einer Schädigung des Nockens und/oder der Rolle und kann zum vollständigen Ausfall der Pumpe führen. Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Pumpe mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass durch die Oberflächenschicht eine
Kaltverschweißung des Nockens und der Rolle vermieden ist oder die Gefahr einer Kaltverschweißung zumindest verringert ist und somit die Gefahr eines Ausfalls der Pumpe verringert ist.
In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und
Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Pumpe angegeben. Durch die
Ausbildung gemäß den Ansprüchen 2 und 3 wird die Oberflächenschicht mit geringer Kaltverschweißungsneigung auf einfache Weise erzielt, wobei auch eine hohe Resistenz gegen Oxidation erreicht wird. Durch die Ausbildung gemäß
Anspruch 4 wird außerdem ein hohe Härte der Oberflächenschicht und somit eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen abrasiven Verschleiß erreicht. Durch die Ausbildung gemäß Anspruch 7 und 8 wird ebenfalls eine hohe Härte der
Oberflächenschicht erreicht.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine Pumpe in einem Längsschnitt und Figur 2 die Pumpe in vergrößerter Darstellung ausschnittsweise in einem Querschnitt entlang Linie II-II in Figur 1.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels In den Figuren 1 und 2 ist eine Pumpe dargestellt, die insbesondere eine
Kraftstoffhochdruckpumpe für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer
Brennkraftmaschine ist. Die Pumpe weist ein Gehäuse 10 auf, das mehrteilig ausgebildet ist und in dem eine rotierend angetriebene Antriebswelle 14 um eine Drehachse 15 drehbar gelagert ist. Die Antriebswelle 14 weist wenigstens einen Nocken 16 auf. Der Nocken 16 kann ein Einfach- oder Mehrfachnocken sein. Die Pumpe weist wenigstens ein oder mehrere Pumpenelemente 18 mit jeweils einem Pumpenkolben 20 auf, der durch den Nocken 16 der Antriebswelle 14 zumindest mittelbar in einer Hubbewegung in zumindest annähernd radialer Richtung zur Drehachse 15 der Antriebswelle 14 angetrieben wird.
Der Pumpenkolben 20 ist in einer Zylinderbohrung 22 eines Gehäuseteils 24 der Pumpe dicht geführt. Mit seinem der Antriebswelle 14 abgewandten Ende begrenzt der Pumpenkolben 20 in der Zylinderbohrung 22 einen
Pumpenarbeitsraum 26. Der Pumpenarbeitsraum 26 weist über ein in diesen hinein öffnendes Einlassrückschlagventil 30 eine Verbindung mit einem beispielsweise von einer Förderpumpe herführenden Zulauf 32 auf, über den der Pumpenarbeitsraum 26 beim radial nach innen zur Drehachse 15 der
Antriebswelle 14 gerichteten Saughub des Pumpenkolbens 20 mit Kraftstoff befüllt wird. Der Pumpenarbeitsraum 26 weist außerdem über ein aus diesem heraus öffnendes Auslassrückschlagventil 34 eine Verbindung mit einem Ablauf 36 auf, der beispielsweise zu einem Kraftstoffhochdruckspeicher 38 führt und über den beim radial nach außen von der Drehachse 15 der Antriebswelle 14 weg gerichteten Förderhub des Pumpenkolbens 20 Kraftstoff aus dem
Pumpenarbeitsraum 26 verdrängt wird.
Der Pumpenkolben 20 stützt sich mittelbar über ein Element in Form eines Rollenstößels 42 am Nocken 16 der Antriebswelle 14 ab. Der Rollenstößel 42 umfasst einen hohlzylinderförmigen Stößelkörper 44, in dem ein Rollenschuh 46 als Stützelement eingesetzt ist. Der Rollenschuh 46 weist auf seiner der
Antriebswelle 14 zugewandten Seite eine Ausnehmung 48 auf, die eine Lagerung für eine zylindrische Rolle 50 bildet, die somit um eine Achse 51 drehbar in der Ausnehmung 48 gelagert ist. Die Rolle 50 läuft auf dem Nocken 16 der
Antriebswelle 14 ab. Der Pumpenkolben 20 ist in Richtung seiner Längsachse 21 mit dem Rollenstößel 42 gekoppelt. Der Stößelkörper 44 ist in einer Aufnahme 52 in einem Teil 54 des Pumpengehäuses 10 in zumindest annähernd senkrechter Richtung zur Drehachse 15 der Antriebswelle 14 verschiebbar geführt. Die Aufnahme 52 ist beispielsweise als Bohrung ausgebildet. Der Rollenstößel 42 und der mit diesem verbundene Pumpenkolben 20 werden durch eine Feder 40 zum Nocken 16 hin beaufschlagt. Die Rolle 50 und der Nocken 16 bzw. die den Nocken 16 aufweisende
Antriebswelle 14 sind aus Stahl hergestellt, wobei die Rolle 50 beispielsweise aus 100Cr6 oder dem Schnellarbeitsstahl 6-5-2 hergestellt sein kann und der Nocken 16 bzw. die Antriebswelle 14 beispielsweise aus 16MnCr5 oder 100Cr6 hergestellt sein kann. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Rolle 50 und/oder der Nocken 16 in ihrem Kontaktbereich, in dem die Rolle 50 am Nocken 16 anliegt, zumindest bereichsweise mit einer Oberflächenschicht 60 versehen ist, die gegenüber dem Grundwerkstoff der Rolle 50 bzw. dem Nocken 16 eine geringere Kaltverschweißungsneigung aufweist. Die Oberflächenschicht 60 ist durch eine thermochemische Wärmebehandlung des Grundwerkstoffs durch Anreicherung von Chrom in der Randschicht erzeugt, wodurch in der Randschicht eine Diffusionsschicht oder ein Schichtsystem aus Diffusionsschicht und
Verbindungsschicht mit zumindest teilweise im Wesentlichen kovalentem
Bindungscharakter mit verringerter Neigung zur Kaltverschweißung gebildet wird.
Durch die Wärmebehandlung wird im Bereich der Oberflächenschicht 60 eine Diffusionsschicht oder ein Diffusions-Verbindungsschichtsystem erzeugt, das keinen metallischen Bindungscharakter aufweist, sondern primär eine kovalente Bindungsform aufweist und keramikähnliche Eigenschaften besitzt. Durch die Eindiffussion von Chrom kommt es zur Karbidbildung, zur Mischkristallbildung oder zur Bildung intermetallischer Verbindungen, beispielsweise Chromkarbid in Form von Cr23C6, Cr7C3 oder Cr3C. Diese Karbide, Mischkristalle oder intermetallischen Strukturen sind randschichtseitig, d.h. in der Oberflächenschicht 60, bestimmend für das Gefüge und weisen einen kovalenten Bindungscharakter auf.
Vorzugsweise ist die Oberflächenschicht 60 durch Chromieren der Rolle 50 und/oder des Nockens 16 erzeugt. Beim Chromieren wird die Randschicht des Bauteils mit Chrom angereichert, wobei Chromatome im Eisengitter substituiv auf freien Plätzen der Eisenatome eingelagert werden. Mit zunehmender
Chromkonzentration in der Oberflächenschicht 60 wird ein besserer
Korrosionswiderstand erreicht und es kann eine Korrosionsbeständigkeit wie bei rostfreien Stählen erreicht werden. Die Chromkonzentration in der
Oberflächenschicht 60 kann beispielsweise bis zu etwa 12 Massen% betragen. Die durch Chromieren hergestellte Oberflächenschicht 60 weist einen hohen Widerstand gegen adhäsiven und abrasiven Verschleiß sowie gegen Korrosion auf.
Vorzugsweise weist der Stahl der Rolle 50 und/oder des Nockens 16 einen Kohlenstoffgehalt von mindestens etwa 0,8 Massen% auf. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Oberflächenschicht 60 aufgekohlt wird, in dieser also Kohlenstoff angereichert wird. Durch den hohen Kohlenstoffgehalt bilden sich beim Chromieren in der Oberflächenschicht 60 Chromkarbide oder
Chromeisenkarbide, die eine besonders große Härte und damit einen besonders hohen Widerstand gegen adhäsiven und abrasiven Verschleiß aufweisen.
Die Oberflächenschicht 60 weist eine Dicke von etwa 5 μηη bis 20 μηη auf. Die Oberflächenschicht 60 weist eine Härte von etwa 1600 HV bis 200 HV (HV Härte nach Vickers) auf. Die Oberflächenschicht 60 kann eine glatte Oberfläche oder eine strukturierte Oberfläche aufweisen.
Wenn die Rolle 50 mit der Oberflächenschicht 60 versehen ist, so erstreckt sich diese vorzugsweise über den gesamten Umfang der Rolle 50. Wenn der Nocken 16 mit der Oberflächenschicht 60 versehen ist, so kann sich diese ebenfalls über den gesamten Umfang des Nockens 16 erstrecken oder alternativ nur im
Umfangsbereich des Nockens 16, in dem dessen ansteigende Nockenflanke 16a verläuft, durch die der von der Antriebswelle 14 weggerichtete Förderhub des Pumpenkolbens 20 bewirkt wird und die daher hoch belastet ist. Bei einem Mehrfachnocken sind entsprechend sämtliche ansteigende Nockenflanken mit der Oberflächenschicht 60 versehen.
Vor dem Chromieren wird die Rolle 50 und/oder der Nocken 16 durch eine Feinstbearbeitung mit einer geringen Oberflächenrauheit versehen. Zum
Chromieren wird die Rolle 50 und/oder der Nocken 16 in einem Pulvergemisch aus einem Chromspender, beispielsweise Chrom oder Ferrochrom, einem das
Zusammenbacken verhindernden Füllstoff, beispielsweise Kaolin, Tonerde oder Aluminiumoxid, und einem Aktivator, beispielsweise Ammoniumchlorid oder Chromchlorid, behandelt. Zusätzlich können noch Kohlenstoff abgebende oder Sauerstoff bindende Zusätze verwendet werden. Die Rolle 50 und/oder der Nocken 16 werden zusammen mit dem Chromiermittel in Kästen eingepackt und in einem Ofen unter Inert- oder Schutzgas bei Temperaturen im Bereich zwischen 800 und 1200° C geglüht. Die erforderliche Behandlungsdauer richtet sich nach der erforderlichen Dicke der Oberflächenschicht 60. Zur Härtung der
Oberflächenschicht 60 kann die Rolle 50 und/oder der Nocken 16 nach dem Glühen mit zweckentsprechender Geschwindigkeit abgekühlt werden.

Claims

Ansprüche
1. Pumpe, insbesondere Kraftstoffhochdruckpumpe, mit wenigstens einem Pumpenelement (18), das einen durch eine rotierende Antriebswelle (14) zumindest mittelbar in einer Hubbewegung angetriebenen Pumpenkolben (20) aufweist, wobei die Antriebswelle (14) wenigstens einen Nocken (16) aufweist, auf dem eine Rolle (50) abläuft, über die sich der Pumpenkolben (20) zumindest mittelbar am Nocken (16) abstützt, dadurch gekennzeichnet, dass der Nocken (16) und/oder die Rolle (50) in einem Kontaktbereich zumindest bereichsweise eine Oberflächenschicht (60) mit gegenüber dem Grundwerkstoff des Nockens (16) und/oder der Rolle (50) geringerer Kaltverschweißungsneigung aufweist.
2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die
Oberflächenschicht (60) durch eine thermochemische Wärmebehandlung des Grundwerkstoffs des Nockens (16) und/oder der Rolle (50) erzeugt ist.
3. Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Oberflächenschicht (60) mit Chrom angereichert ist.
4. Pumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Nocken (16) und/oder die Rolle (50) eine Oberflächenschicht (60) aus Chromcarbid aufweist.
5. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenschicht (60) eine Dicke zwischen etwa 5 μηη und 20 μηη aufweist.
6. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenschicht (60) eine Härte zwischen etwa 1600 HV und 2000 HV aufweist.
7. Pumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Nocken (16) und/oder die Rolle (50) aus einem Stahl mit einem
Kohlenstoffgehalt von wenigstens etwa 0,8 Massen% hergestellt ist.
8. Pumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenschicht (60) mit Kohlenstoff angereichert ist.
PCT/EP2012/059538 2011-06-15 2012-05-23 Pumpe, insbesondere kraftstoffhochdruckpumpe, mit beschichtung auf nocken und/oder rolle WO2012171762A1 (de)

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