WO2016055203A1 - Kraftstoffhochdruckpumpe und antriebswelle - Google Patents

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WO2016055203A1
WO2016055203A1 PCT/EP2015/068824 EP2015068824W WO2016055203A1 WO 2016055203 A1 WO2016055203 A1 WO 2016055203A1 EP 2015068824 W EP2015068824 W EP 2015068824W WO 2016055203 A1 WO2016055203 A1 WO 2016055203A1
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pressure fuel
drive shaft
fuel pump
axis
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PCT/EP2015/068824
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Uwe Nigrin
Thomas Schmidbauer
Ngoc-Tam Vu
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Continental Automotive Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a high-pressure fuel pump and to a drive shaft which can be used in such a high-pressure fuel pump.
  • Fuels are nowadays aufschlagt Working with a very high pressure to clean combustion of the fuel ⁇ substance in a combustion chamber of an internal combustion engine he ⁇ possible.
  • high-pressure fuel pumps which are usually designed as radial piston pumps, wherein a pump piston is driven by a drive shaft of the internal combustion engine.
  • the object of the invention is to propose a high-pressure fuel pump, which has a good resistance and is still inexpensive to manufacture. This object is achieved with a high-pressure fuel pump with the features of claim 1.
  • a drive shaft which can be used to drive a pump piston in such a high-pressure fuel pump is the subject of the independent claim.
  • a high-pressure fuel pump has a drive shaft rotatable about a rotation axis for driving a pump piston.
  • the drive shaft has a shaft portion with a shaft portion facing away from the rotation axis and an eccentric portion extending in the radial direction of the
  • Rotary axis extends away and protrudes over the shaft portion surface on.
  • the eccentric comprises a Kon ⁇ clock domain for the at least indirect contact of the pump piston and the contact portion connecting to the shaft portion connecting region.
  • the contact area is to
  • the contact area of the eccentric section forms during operation of the high-pressure fuel pump with its surface the portion which is either directly or indirectly for example via a Rol ⁇ lenst Schemeel with a pump piston in contact with and drives the pump piston to a translational movement. This means that in the area of the surface of the contact area, the greatest load acts on the drive device. If the contact region is longer than the connecting projection, an elastic outer contour of an eccentric section formed from the contact region and the connecting region can be achieved, via which forces introduced onto the contact region can be dissipated.
  • connection region along the axis of rotation of the drive shaft has a first and second edge delimiting the connection region.
  • the contact region is advantageously formed along the axis of rotation for free protrusion over the first and second edges.
  • a roller of a roller tappet runs centrally between both projecting regions.
  • a roller track is designed elastically yielding on the contact area towards the edges, so that forces acting on the contact area by the roller can advantageously be dissipated to the outside and even damped.
  • the connecting portion is integral with the
  • Shaft portion is formed, wherein the contact region is formed by a separate from the connection region and shaft portion ⁇ formed, connected to the connection area contact element.
  • the drive shaft can be preferably manufactured with a lower cost than if a complicated structure with a protruding contact region has to be manufactured in one piece.
  • connection region and the contact element are preferably connected to one another by a force fit, in particular a press fit.
  • Positive connections such as For example, press dressings have the advantage that they can be produced particularly easily.
  • connection region and the contact element can also be connected to one another by a positive connection, which results in the advantage that a particularly secure connection can be achieved.
  • the shaft section and the connecting region are formed from a first material and the contact region is formed from a second material that is different from the first material.
  • the second material preferably has a greater resistance to resistance to friction than the first material. This leads advantageously to a lower wear ⁇ susceptibility and thus to a longer life of the drive shaft. Further, it is advantageous if the first material has a greater resistance to a bending and / or Torsionsbe ⁇ load as the second material. As a result, the first material, for example, absorb bending and torsional forces and advantageously derive. This also advantageously a lower susceptibility to wear and thus a longer life of the drive shaft ⁇ be achieved.
  • the first material is a standard steel and the second material is a ceramic or an alloy.
  • Standard steel is advantageously available inexpensively and, because of the lower frictional load acting on the drive shaft and the connection region, can preferably be used for producing the drive shaft with the connection region in order to save costs. Ceramics or alloy materials are more resistant to frictional loads and therefore may be preferred for the contact area exposed to greater frictional loads. n
  • the contact area is advantageous circumferentially forms ⁇ ge to an on ⁇ drive shaft surface in the region of the eccentric portion.
  • forces acting on the contact region can preferably be diverted about their axis of rotation, over the entire region of rotation of the drive shaft, to the regions of the contact region projecting beyond the connection region.
  • the contact region can also be made longer only in the region where the connection region protrudes radially beyond the shaft section surface, so as to advantageously enable simpler manufacture of the drive shaft.
  • the contact region has a first surface portion and a second surface portion that are spaced differently from the axis of rotation, wherein a radial wall thickness of the contact region continuously decreases from the first surface portion to the second surface portion.
  • the contact region has a first surface portion and a second surface portion that are spaced differently from the axis of rotation, wherein a radial wall thickness of the contact region over an entire contact area surface is the same.
  • This design of the wall thickness of the contact area has the advantage that a uniform Tangentialnapss- course can be achieved at a circumference of the contact area.
  • the connection region in cross-section has a shape which deviates from a semi-elliptical geometry. That is, a curve extending around a circumference of the connection area should not have a continuous course but should have curves and / or edges.
  • the connection area in cross section has, for example, a polygonal area.
  • Forms are understood that of a hemispherical shape or. deviate from a cylindrical shape.
  • the polygonal area preferably has a shape which is symmetrical to a mirror symmetry plane which divides the eccentric area in half.
  • the drive device has a plurality of contact regions, it is preferred if it is formed in cross-section with a plurality of polygonal regions which are arranged mirror-symmetrically with respect to a radial axis of the drive shaft.
  • the radial axis advantageously forms a mirror axis of a plurality of connecting regions arranged on the drive shaft.
  • the drive shaft has a "double cam", ie two contact areas which are exactly opposite each other in the radial direction, two polygonal-shaped areas are advantageously formed on the drive shaft which are likewise radially exactly opposite one another and whose geometry is such that they are mirror-symmetrical to one another , ,
  • the drive device for example, three Maisbe ⁇ rich on, they are also disposed symmetrically about the drive shaft and have a same polygonal Geo ⁇ geometry so that, forms an axis intersecting one of the three polygon-shaped regions in the center a mirror axis.
  • a drive shaft with a connection region which projects in the radial direction over a shaft section surface of a shaft region of the drive shaft. It is sawn riding provided a contact element and the contact element connected to the Verbin ⁇ dung area such that a thus formed contact area along a rotational axis of the drive shaft via at least one edge of the connecting portion protrudes freely.
  • the connection can be made by a press fit, but it is also possible to coat the drive shaft and the connection area with a material that is to form the contact area.
  • a high-pressure fuel pump has a shaft portion with a shaft portion surface directed away from the rotation axis, and an eccentric portion that extends in the radial direction away from the rotation axis and protrudes beyond the shaft portion surface.
  • the eccentric comprises a contact area for at least indirect contact of the pump piston and the contact area with the cut Wellenab ⁇ connecting portion connecting.
  • the contact area is for deriving force acting on the contact region in the operating forces along the axis of rotation of the drive shaft be longer than the connection region ⁇ forms.
  • FIG. 1 shows a longitudinal sectional view of a high-pressure fuel pump ⁇ with a drive shaft from the prior art.
  • Figure 2 is a detail view in section of the drive shaft of Fig. 1.
  • Fig. 3 is a sectional view of a portion of a
  • Fig. 4 is a sectional view of a portion of a
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the drive shaft of FIG.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the drive shaft of FIG.
  • FIG. 7 is a partial cross-sectional view of a drive shaft according to another embodiment.
  • FIG. 8 is a complete cross-sectional view of the on ⁇ drive shaft of FIG .. 7
  • Fig. 1 shows a longitudinal sectional view of a high-pressure fuel pump 10 with a drive shaft 12 according to the prior art.
  • the drive shaft 12 is not designed according to the invention, the drive shaft 12 according to FIG. 1 nevertheless acts as a drive shaft 12 according to the invention, which is why FIG. 1 can be used to describe the basic mode of operation of the high-pressure fuel pump 10.
  • the high-pressure fuel pump 10 has a cylinder head 14 and a housing 16 with a recess 18 in which the cylinder head 14 is mounted.
  • a pressure chamber 20 and a pump piston 22 are arranged in the cylinder head 14 .
  • a roller tappet 24 with a roller 26 is further introduced in the recess 18 of the housing 16.
  • the drive shaft 12 protrudes into the housing 16 and is in contact with the roller 26 with a drive shaft surface 13.
  • the drive shaft 12 has a shaft portion 28 having a shaft portion surface 29 and an eccentric portion 30 projecting radially beyond the shaft portion surface 29.
  • the eccentric portion 30 is in contact with the roller 26 of the roller tappet 24 with a contact portion 34.
  • the contact portion 34 and shaft portion 28 are interconnected via a connecting portion 38.
  • the drive shaft 12 rotates about a rotational axis 32, wherein the roller 26 rolls on the contact region 34 of the drive shaft 12. Since the drive shaft 12 in the present case has two eccentric sections 30, the roller 26 is twice pushed away from the axis of rotation 32 during its rotation in one revolution of the drive shaft 12 and thus performs a translational movement. This movement transmits the roller 26 or the roller tappet 24 to the pump piston 22, which thereby alternately reduces and enlarges the volume of the pressure chamber 20 and thus pressurizes a fuel 36 arranged in the pressure chamber 20.
  • the drive shaft 12 is required to a high load capacity, in which 34, this applies in particular for the Ex ⁇ zenterabêt 30 and the contact region. In these areas, a high strength of advantage to keep wear low.
  • the drive shaft 12 according to the prior art shown in FIG. 1 is integrally formed with the contact region 34.
  • the drive shaft 12 consists of two Kom ⁇ components, namely the shaft portion 28 with a connecting portion 38 and a contact element 43, the
  • Contact area 34 forms as a cam part.
  • the two components may be formed as separate parts and then connected together by a non-positive or positive connection. But it is also possible to form them integrally in one piece.
  • a high-grade material can be used in this area, while a standard material can be used for shaft section 28 and connecting region 38.
  • first material 40 a material is advantageously used which has a high bending and / or Torsionsbelastungswiderstands- force, for example, a standard steel.
  • second material 42 a material which has a high resistance to a frictional load, for example a ceramic or an alloy.
  • FIGS. 3 to 8 show such drive shafts 12 formed with two components in longitudinal section or in cross section.
  • the features of all embodiments, which are described below, can be combined with each other.
  • 3 shows a drive shaft 12, in which the shaft section 28 and the connection region 38 are formed from a first material 40, the contact region 34 being formed from a second material 42.
  • the connecting region 38 is delimited parallel to the axis of rotation 32 by a first edge 44 and a second edge 46. It can be seen in FIG. 3 that the contact region 34 protrudes beyond the first and the second edge 44, 46 in the direction of the axis of rotation 32, that is to say the connecting region 38 is shorter along the axis of rotation 32 than the contact region 34.
  • an outer contour can be formed 48, ie the areas in which the contact region 34 projects beyond the edges 44, 46, an elasticity of the contact region 34 can be achieved, whereby forces acting on the contact region 34 can be derived and attenuated.
  • FIG. 4 shows a further embodiment of the drive shaft 12 with elements shaft section 28, connecting region 38 and contact region 34 formed from two different materials 40, 42.
  • connection region 38 which is enclosed by the second material 42 up to a boundary region 60 with the shaft section 28.
  • connecting portion 38 is enclosed in the second embodiment of FIG. 4 only in an upper region of the second material 42.
  • FIGS. 5 and 6 show cross-sectional views of drive shafts 12 according to further embodiments.
  • the contact region 34 has a first surface section 64 and a second surface section 66, which are in a radial direction 50 spaced differently from the axis of rotation 32 of the drive shaft 12 so as to form a cam 68 on the drive shaft 12.
  • the surface sections 64, 66 go this con ⁇ continuously into one another.
  • the contact region 34 has a changing wall thickness 70 of the second material 42.
  • the wall thickness 70 thereby decreases continuously from the first surface section 64 to the second surface section 66.
  • the wall thickness 70 remains constant over an entire boundary surface 72 between the contact region 34 and the connection region 38.
  • a changing wall thickness 70 has the advantage that a joint pressure which is homogeneous at the interface 72 can thus be achieved, while a uniform wall thickness 70 has the advantage that a uniform tangential stress profile can be achieved.
  • Fig. 7 and Fig. 8 show further embodiments of the drive shaft 12 in cross section.
  • the drive shaft at ⁇ here a deviating from a semi-elliptical geometry area, for example a polygonal
  • the polygon 76 is formed mirror-symmetrically to a mirror plane 78, which divides the cam 68, which is formed by the eccentric portion 30, in half and is perpendicular to the axis of rotation 32.
  • the pitch corresponds to the shape of the cam contour, as shown in FIG.
  • the drive shaft 12 has two cams 68, two, for example, polygonal regions 74 are provided, which are arranged mirror-symmetrically to each other, wherein a
  • Mirror axis is a radial axis 82 which, as shown in Fig. 8, is perpendicular to the mirror plane 78.
  • the mirror axis 80 extends to the mirror plane 78 at an angle of 120 °. It is also possible that the drive shaft 12 has four cams 68. In this case, the mirror axis 80 extends on the mirror plane 78.
  • Embodiments of the drive shaft described Fig 8 12 can be made these forces opposite the pump piston 22 exerted resistant at the same time cost-effectiveness, by the contact portion 34 protrudes beyond at least one edge 44, 46 of the connecting portion 38 here ⁇ .
  • an elastic contact area 34 on the outer contour 48 can be achieved, which leads to improved absorption of forces and their damping.
  • a further improvement in the resistance force is that the contact region 34 and the shaft section 28 with connecting region 38 can be formed with different materials 40, 42. Further improvements in the distribution of forces through the contact portion 34 and the drive shaft 12 can be achieved by the wall thickness 70 and the shaping of the connecting portion 38 within the eccentric ⁇ 30th

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffhochdruckpumpe (10) mit einer um eine Drehachse (32) drehbaren Antriebswelle (12) zum Antreiben eines Pumpenkolbens (22), die einen Wellenabschnitt (28) mit einer von der Drehachse (32) weggerichteten Wellenabschnittsoberfläche (299 und einen Exzenterabschnitt (30), der sich in radialer Richtung (50) von der Drehachse (32) weg erstreckt und über die Wellenabschnittsoberfläche (29) hervorsteht, aufweist, wobei der Exzenterabschnitt (30) einen Kontaktbereich (34) zum zumindest indirekten Kontaktieren des Pumpenkolbens (22) und einen den Kontaktbereich (34) mit dem Wellenabschnitt (28) verbindenden Verbindungsbereich (38) umfasst, wobei der Kontaktbereich (34) zum Ableiten von auf den Kontaktbereich (34) im Betrieb wirkenden Kräften entlang der Drehachse (32) der Antriebwelle (12) länger ausgebildet ist als der Verbindungsbereich (38).

Description

Beschreibung
Kraftstoffhochdruckpumpe und Antriebswelle Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffhochdruckpumpe sowie eine Antriebswelle, die in einer solchen Kraftstoffhochdruckpumpe verwendet werden kann.
Kraftstoffe werden heutzutage mit einem sehr hohen Druck be- aufschlagt, um eine möglichst saubere Verbrennung des Kraft¬ stoffes in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine zu er¬ möglichen. Dabei bewegt sich der Druckbereich bei einer Verwendung von Benzin als Kraftstoff in einem Bereich von 200 bar - 250 bar, während Dieselkraftstoff zumeist mit einem Druck von 2000 bar - 2500 bar beaufschlagt wird.
Zur Erzeugung der sehr hohen Drücke werden Kraftstoffhochdruckpumpen verwendet, die zumeist als Radialkolbenpumpen ausgebildet sind, wobei ein Pumpenkolben von einer Antriebswelle der Brennkraftmaschine angetrieben wird.
Aufgrund der hohen Drücke sind die Elemente, die zur Erzeugung der Drücke verwendet werden, einem hohen Verschleiß ausgesetzt. Gleichzeitig besteht jedoch der Wunsch nach einer möglichst hohen Kostenreduktion. Deshalb wurde im Stand der Technik beispielsweise vorgeschlagen, die beanspruchten Elemente nur in den Bereichen, in denen sie tatsächlich einer hohen Reibbelastung ausgesetzt sind, mit widerstandsfähigeren, aber für gewöhnlich eher teureren Materialien auszustatten, während die Elemente in den Bereichen, in denen eine geringere Reibbelastung vorherrscht, mit Standardwerkstoffen gebildet werden, wie dies beispielsweise in EP 0 170 378 Bl beschrieben ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kraftstoffhochdruckpumpe vorzuschlagen, die eine gute Widerstandsfähigkeit hat und dennoch kostengünstig in der Herstellung ist. Diese Aufgabe wird mit einer Kraftstoffhochdruckpumpe mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Eine Antriebswelle, die zum Antrieb eines Pumpenkolbens in einer solchen Kraftstoffhochdruckpumpe verwendet werden kann, ist Gegenstand des nebengeordneten Anspruches.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Eine Kraftstoffhochdruckpumpe weist eine um eine Drehachse drehbare Antriebswelle zum Antreiben eines Pumpenkolbens auf. Die Antriebswelle weist einen Wellenabschnitt mit einer von der Drehachse weggerichteten Wellenabschnittsoberfläche und einen Exzenterabschnitt, der sich in radialer Richtung von der
Drehachse weg erstreckt und über die Wellenabschnittsoberfläche hervorsteht, auf. Der Exzenterabschnitt umfasst einen Kon¬ taktbereich zum zumindest indirekten Kontaktieren des Pumpenkolbens und einen den Kontaktbereich mit dem Wellenabschnitt verbindenden Verbindungsbereich. Der Kontaktbereich ist zum
Ableiten von auf den Kontaktbereich im Betrieb wirkenden Kräften entlang der Drehachse der Antriebwelle länger ausgebildet als der Verbindungsbereich . Der Kontaktbereich des Exzenterabschnitts bildet im Betrieb der Kraftstoffhochdruckpumpe mit seiner Oberfläche den Bereich, der entweder direkt oder indirekt beispielsweise über einen Rol¬ lenstößel mit einem Pumpenkolben in Kontakt steht und den Pumpenkolben zu einer translatorischen Bewegung antreibt. Das bedeutet, im Bereich der Oberfläche des Kontaktbereiches wirkt die größte Belastung auf die Antriebsvorrichtung. Ist der Kontaktbereich nun länger als der Verbindungsvorsprung ausgebildet, kann eine elastische Außenkontur eines aus dem Kontaktbereich und dem Verbindungsbereich gebildeten Exzen- terabschnitts erzielt werden, über die auf den Kontaktbereich eingeleitete Kräfte abgeleitet werden können. Insgesamt kann daher eine widerstandsfähigere Antriebswelle zum Antreiben des Pumpenkolbens und damit auch eine längerlebige Kraftstoffhochdruckpumpe erzeugt werden. Vorzugsweise weist der Verbindungsbereich entlang der Drehachse der Antriebswelle eine den Verbindungsbereich begrenzende erste und zweite Kante auf. Der Kontaktbereich ist vorteilhaft entlang der Drehachse zum freien Hervorstehen über die erste und die zweite Kante ausgebildet.
Steht der Kontaktbereich vorteilhaft über beide Kanten des Verbindungsbereichs hervor, läuft beispielsweise eine Rolle eines Rollenstößels mittig zwischen beiden hervorstehenden Bereichen. Dadurch ist eine Rollenlaufbahn auf dem Kontakt- bereich zu den Kanten hin elastisch nachgiebig ausgeführt, so dass auf den Kontaktbereich durch die Rolle wirkende Kräfte vorteilhaft nach außen abgeführt und sogar gedämpft werden können . Vorzugsweise ist der Verbindungsbereich integral mit dem
Wellenabschnitt gebildet ist, wobei der Kontaktbereich durch ein getrennt von Verbindungsbereich und Wellenabschnitt ausge¬ bildetes, mit dem Verbindungsbereich verbundenes Kontaktelement gebildet ist.
Werden Verbindungsbereich mit Wellenabschnitt und das Kontaktelement zum Bilden des Kontaktbereichs getrennt voneinander gebildet und dann miteinander verbunden, kann die Antriebswelle vorzugsweise mit einem geringeren Aufwand gefertigt werden als wenn eine komplizierte Struktur mit einem überstehenden Kontaktbereich in einem Stück gefertigt werden muss.
Vorzugsweise sind der Verbindungsbereich und das Kontaktelement durch einen Kraftschluss , insbesondere einen Pressverband, miteinander verbunden. Kraftschlüssige Verbindungen wie bei- spielsweise Pressverbände haben den Vorteil, dass sie besonders einfach hergestellt werden können.
Alternativ oder zusätzlich können der Verbindungsbereich und das Kontaktelement aber auch durch einen Formschluss miteinander verbunden sein, wodurch sich der Vorteil ergibt, dass eine besonders sichere Verbindung erzielt werden kann.
Vorteilhaft sind der Wellenabschnitt und der Verbindungsbereich aus einem ersten Werkstoff und der Kontaktbereich aus einem zu dem ersten Werkstoff unterschiedlichen zweiten Werkstoff gebildet .
Vorzugsweise weist der zweite Werkstoff eine größere Wider- Standsfähigkeit gegen eine Reibbelastung als der erste Werkstoff auf. Dies führt vorteilhaft zu einer geringeren Verschlei߬ anfälligkeit und somit zu einer längeren Lebensdauer der Antriebswelle . Weiter ist es von Vorteil, wenn der erste Werkstoff eine größere Widerstandsfähigkeit gegen eine Biege- und/oder Torsionsbe¬ lastung als der zweite Werkstoff aufweist. Dadurch kann der erste Werkstoff beispielsweise Biege- bzw. Torsionskräfte aufnehmen und vorteilhaft ableiten. Auch dadurch kann vorteilhaft eine geringere Verschleißanfälligkeit und damit eine längere Le¬ bensdauer der Antriebswelle erzielt werden.
Beispielsweise ist der erste Werkstoff ein Standardstahl und der zweite Werkstoff eine Keramik oder eine Legierung. Standardstahl ist vorteilhaft kostengünstig erhältlich und kann aufgrund der geringeren Reibbelastung, die an der Antriebswelle und dem Verbindungsbereich wirken, bevorzugt zur Herstellung der Antriebswelle mit dem Verbindungsbereich herangezogen werden, um Kosten einzusparen. Keramik bzw. Legierungsmaterialien sind widerstandsfähiger gegen Reibbelastungen und können daher bevorzugt für den Kontaktbereich verwendet werden, der größeren Reibbelastungen ausgesetzt ist. n
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Vorteilhaft ist der Kontaktbereich umlaufend um eine An¬ triebswellenoberfläche im Bereich des Exzenterabschnitts ge¬ bildet . Somit können bevorzugt auf den Kontaktbereich einwirkende Kräfte während des gesamten Umlaufs der Antriebswelle um ihre Drehachse an die über den Verbindungsbereich überstehenden Bereiche des Kontaktbereiches abgeleitet werden. Alternativ kann der Kontaktbereich aber auch nur in dem Bereich länger ausgebildet sein, wo der Verbindungsbereich radial über die Wellenabschnittsoberfläche übersteht, um so vorteilhaft eine einfachere Herstellung der Antriebswelle zu ermöglichen. Vorzugsweise weist der Kontaktbereich einen ersten Oberflächenabschnitt und einen zweiten Oberflächenabschnitt auf, die unterschiedlich weit von der Drehachse beabstandet sind, wobei eine radiale Wandstärke des Kontaktbereichs von dem ersten Oberflächenabschnitt zu dem zweiten Oberflächenabschnitt hin kontinuierlich abnimmt.
Dies hat den Vorteil, dass über einen Umfang des Kontaktbereiches ein gleichbleibender Fugendruck im Bereich der Fuge, d. h. dort wo Kontaktbereich und Verbindungsbereich miteinander verbunden sind, erzielt werden kann.
Alternativ weist der Kontaktbereich einen ersten Oberflächenabschnitt und einen zweiten Oberflächenabschnitt auf, die unterschiedlich weit von der Drehachse beabstandet sind, wobei eine radiale Wandstärke des Kontaktbereichs über eine gesamte Kontaktbereichsoberfläche gleich ist. Diese Ausbildung der Wandstärke des Kontaktbereiches hat den Vorteil, dass damit ein gleichförmiger Tangentialspannungs- verlauf an einem Umfang des Kontaktbereiches erzielt werden kann. Vorzugsweise weist der Verbindungsbereich im Querschnitt eine Form auf, die von einer halbelliptischen Geometrie abweicht. Das heißt, eine um einen Umfang des Verbindungsbereiches verlaufende Kurve soll keinen stetigen Verlauf aufweisen, sondern Kurven und/oder Kanten aufweisen. Vorteilhaft weist der Verbin- dungsbereich im Querschnitt beispielsweise einen polygonför- migen Bereich auf. Durch kurvige bzw. polygonförmige Ausbildung kann vorteilhaft eine Geometrie erzeugt werden, die einen einfachen Formschluss von Kontaktbereich und Verbindungsbereich miteinander ermöglicht.
Unter „polygonförmig" sollen sämtliche dreidimensionale
Formgebungen verstanden werden, die von einer Halbkugelform bzw . einer Zylinderform abweichen. Der polygonförmige Bereich hat dabei bevorzugt eine Form, die symmetrisch ist zu einer den Exzenterbereich hälftig teilenden Spiegelsymmetrieebene .
Weist die Antriebsvorrichtung mehrere Kontaktbereiche auf, ist es bevorzugt, wenn sie im Querschnitt mit mehreren polygon- förmigen Bereichen ausgebildet ist, die spiegelsymmetrisch zu einer radialen Achse der Antriebswelle angeordnet sind. Dabei bildet die radiale Achse vorteilhaft eine Spiegelachse mehrerer an der Antriebswelle angeordneter Verbindungsbereiche.
Hat die Antriebswelle beispielsweise einen „Doppelnocken", d. h. zwei Kontaktbereiche, die sich in radialer Richtung exakt gegenüberliegen, sind vorteilhaft zwei polygonförmige Bereiche an der Antriebswelle ausgebildet, die sich ebenfalls radial exakt gegenüberliegen und in ihrer Geometrie so ausgebildet sind, dass sie spiegelsymmetrisch zueinander sind. Weist die Antriebsvorrichtung beispielsweise drei Kontaktbe¬ reiche auf, sind diese ebenfalls symmetrisch um die Antriebswelle herum angeordnet und weisen eine gleiche polygonförmige Geo¬ metrie auf, so dass eine Achse, die eines der drei polygonförmigen Bereiche mittig schneidet, eine Spiegelachse bildet.
Analog gelten diese Überlegungen auch für Antriebsvorrichtungen mit vier Kontaktbereichen. Bei einem Verfahren zur Herstellung einer Kraftstoffhochdruckpumpe wird zunächst eine Antriebswelle mit einem Ver¬ bindungsbereich bereitgestellt, der in radialer Richtung über eine Wellenabschnittsoberfläche eines Wellenbereiches der Antriebswelle hervorsteht. Es wird ein Kontaktelement be- reitgestellt und dann das Kontaktelement mit dem Verbin¬ dungsbereich derart verbunden, dass ein somit gebildeter Kontaktbereich entlang einer Drehachse der Antriebswelle über mindestens eine Kante des Verbindungsbereichs frei hervorsteht. Beispielsweise kann das Verbinden durch einen Pressverband erfolgen, es ist jedoch auch möglich, die Antriebswelle und den Verbindungsbereich mit einem Werkstoff zu beschichten bzw. anzusintern, der den Kontaktbereich ausbilden soll. Eine Antriebswelle zum Antreiben eines Pumpenkolbens einer
Kraftstoffhochdruckpumpe weist einen Wellenabschnitt mit einer von der Drehachse weggerichteten Wellenabschnittsoberfläche und einen Exzenterabschnitt auf, der sich in radialer Richtung von der Drehachse weg erstreckt und über die Wellenabschnitts- Oberfläche hervorsteht. Der Exzenterabschnitt umfasst einen Kontaktbereich zum zumindest indirekten Kontaktieren des Pumpenkolbens und einen den Kontaktbereich mit dem Wellenab¬ schnitt verbindenden Verbindungsbereich. Der Kontaktbereich ist zum Ableiten von auf den Kontaktbereich im Betrieb wirkenden Kräften entlang der Drehachse der Antriebwelle länger ausge¬ bildet als der Verbindungsbereich. Sämtliche mit Bezug auf die Kraftstoffhochdruckpumpe be¬ schriebenen Merkmale sind entsprechend auf die Antriebswelle anwendbar und weisen hier auch die gleichen Vorteile auf.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigt:
Fig. 1 eine Längsschnittansicht auf eine Kraftstoffhoch¬ druckpumpe mit einer Antriebswelle aus dem Stand der Technik;
Fig. 2 eine Detailansicht im Schnitt auf die Antriebswelle aus Fig. 1 ;
Fig. 3 eine Schnittansicht auf einen Teilbereich einer
erfindungsgemäßen Antriebswelle in einer Ausführungsform;
Fig. 4 eine Schnittansicht auf einen Teilbereich einer
erfindungsgemäßen Antriebswelle gemäß einer weiteren Ausführungsform;
Fig. 5 eine Querschnittansicht auf die Antriebswelle aus Fig.
3 in einer Ausführungsform;
Fig. 6 eine Querschnittansicht auf die Antriebswelle aus Fig.
3 in einer weiteren Ausführungsform;
Fig. 7 eine Teilquerschnittansicht auf eine Antriebswelle gemäß einer weiteren Ausführungsform; und
Fig. 8 eine vollständige Querschnittansicht auf die An¬ triebswelle aus Fig. 7.
Fig. 1 zeigt eine Längsschnittansicht auf eine Kraftstoff¬ hochdruckpumpe 10 mit einer Antriebswelle 12 gemäß dem Stand der Technik. Obwohl die Antriebswelle 12 nicht erfindungsgemäß ausgestaltet ist, wirkt die Antriebswelle 12 gemäß Fig. 1 dennoch gleich einer erfindungsgemäßen Antriebswelle 12, weshalb Fig. 1 zur Beschreibung der prinzipiellen Funktionsweise der Kraftstoffhochdruckpumpe 10 herangezogen werden kann. _
y
Die Kraftstoffhochdruckpumpe 10 weist einen Zylinderkopf 14 und ein Gehäuse 16 mit einer Ausnehmung 18 auf, in der der Zylinderkopf 14 befestigt ist. In dem Zylinderkopf 14 sind ein Druckraum 20 sowie ein Pumpenkolben 22 angeordnet. In der Ausnehmung 18 des Gehäuses 16 ist weiter ein Rollenstößel 24 mit einer Rolle 26 eingebracht. Seitlich ragt die Antriebswelle 12 in das Gehäuse 16 und ist mit einer Antriebswellenoberfläche 13 in Kontakt mit der Rolle 26. Die Antriebswelle 12 weist einen Wellenabschnitt 28 mit einer Wellenabschnittsoberfläche 29 und einen Exzenterabschnitt 30 auf, der in radialer Richtung über die Wellenabschnittsoberfläche 29 hervorsteht. Der Exzenterabschnitt 30 ist mit einem Kontaktbereich 34 in Kontakt mit der Rolle 26 des Rollenstößels 24. Kontaktbereich 34 und Wellenabschnitt 28 sind über einen Verbindungsbereich 38 miteinander verbunden.
Im Betrieb dreht sich die Antriebswelle 12 um eine Drehachse 32, wobei die Rolle 26 auf dem Kontaktbereich 34 der Antriebswelle 12 abrollt. Da die Antriebswelle 12 im vorliegenden Fall zwei Exzenterabschnitte 30 aufweist, wird die Rolle 26 während ihres Laufs bei einer Umdrehung der Antriebswelle 12 zweimal von der Drehachse 32 weggedrückt und führt somit eine translatorische Bewegung aus. Diese Bewegung überträgt die Rolle 26 bzw. der Rollenstößel 24 auf den Pumpenkolben 22, der dadurch das Volumen des Druckraumes 20 abwechselnd verkleinert und vergrößert und somit einen in dem Druckraum 20 angeordneten Kraftstoff 36 mit Druck beaufschlagt. Insbesondere im Kontaktbereich 34 von Rolle 26 und Antriebswelle 12 wirken auf die beiden Elemente große Druck- und Reibbe¬ lastungen, wodurch sich insbesondere bei hohen Drehzahlen der Antriebswelle 12 höchste Anforderungen an die Kraftstoff¬ hochdruckpumpe 10 ergeben. Die Antriebswelle 12 benötigt dazu eine hohe Belastbarkeit, wobei dies insbesondere für den Ex¬ zenterabschnitt 30 bzw. den Kontaktbereich 34 gilt. In diesen Bereichen ist eine hohe Festigkeit von Vorteil, um einen Verschleiß gering zu halten. Die in Fig. 1 gezeigte Antriebswelle 12 gemäß dem Stand der Technik ist mit dem Kontaktbereich 34 einteilig ausgebildet.
Dies ist auch insbesondere in der Längsschnittansicht in Fig. 2 zu sehen, wo Antriebswelle 12 und Kontaktbereich 34 einheitlich aus einem Material gebildet sind.
Daher wird vorgeschlagen, die Antriebswelle 12 aus zwei Kom¬ ponenten aufzubauen, nämlich dem Wellenabschnitt 28 mit einem Verbindungsbereich 38 und einem Kontaktelement 43, das den
Kontaktbereich 34 als Nockenteil bildet. Die beiden Komponenten können als separate Teile gebildet sein und dann durch eine kraft- bzw. formschlüssige Verbindung miteinander verbunden werden. Es ist aber auch möglich, sie gleich integral in einem Stück zu bilden.
Um einen Kontaktbereich 34 für höchste Anforderungen zu schaffen, kann in diesem Bereich ein hochwertiger Werkstoff eingesetzt werden, während für Wellenabschnitt 28 und Verbindungsbereich 38 ein Standardwerkstoff verwendet werden kann. Dadurch können
Kosten bei der Herstellung der Antriebswelle 12 begrenzt werden, und trotzdem eine längerlebige Antriebswelle 12 bereitgestellt werden . Als erster Werkstoff 40 wird vorteilhaft ein Werkstoff verwendet, der eine hohe Biege- und/oder Torsionsbelastungswiderstands- kraft hat, beispielsweise ein Standardstahl. Als zweiter Werkstoff 42 wird dagegen vorteilhaft ein Werkstoff verwendet, der eine hohe Widerstandskraft gegen eine Reibbelastung auf- weist, beispielsweise eine Keramik oder eine Legierung.
Fig. 3 bis Fig. 8 zeigen solche mit zwei Komponenten ausgebildete Antriebswellen 12 im Längsschnitt bzw. im Querschnitt. Die Merkmale sämtlicher Ausführungsformen, die im Folgenden beschrieben werden, sind untereinander kombinierbar. Fig. 3 zeigt eine Antriebswelle 12, bei der der Wellenabschnitt 28 und der Verbindungsbereich 38 aus einem ersten Werkstoff 40 gebildet sind, wobei der Kontaktbereich 34 aus einem zweiten Werkstoff 42 gebildet ist. Der Verbindungsbereich 38 ist parallel zu der Drehachse 32 von einer ersten Kante 44 und einer zweiten Kante 46 begrenzt. In Fig. 3 ist zu sehen, dass der Kontaktbereich 34 in Richtung der Drehachse 32 über die erste und die zweite Kante 44, 46 hervorsteht, d. h. der Verbindungsbereich 38 ist entlang der Drehachse 32 kürzer ausgebildet als der Kontaktbereich 34. Dadurch kann an einer Außenkontur 48, d. h. den Bereichen, in denen der Kontaktbereich 34 über die Kanten 44, 46 hervorsteht, eine Elastizität des Kontaktbereiches 34 erzielt werden, wodurch Kräfte, die auf den Kontaktbereich 34 einwirken, abgeleitet und gedämpft werden können.
Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Antriebswelle 12 mit aus zwei unterschiedlichen Werkstoffen 40, 42 gebildeten Elementen Wellenabschnitt 28, Verbindungsbereich 38 und Kontaktbereich 34. Der Unterschied zwischen der ersten Ausfüh- rungsform in Fig. 3 und der zweiten Ausführungsform in Fig. 4 besteht darin, dass das Bedeckungsverhältnis - mit dem Kon¬ taktelement 43 bedeckter Verbindungsbereich 38 zu unbedecktem Verbindungsbereich 38 - entlang einer radialen Richtung 50 der Antriebswelle 12 unterschiedlich ist.
Die Ausführungsform in Fig. 3 zeigt einen Verbindungsbereich 38, der bis zu einem Grenzbereich 60 mit dem Wellenabschnitt 28 von dem zweiten Werkstoff 42 umschlossen ist. Im Gegensatz dazu ist der Verbindungsbereich 38 in der zweiten Ausführungsform gemäß Fig. 4 nur in einem oberen Bereich von dem zweiten Werkstoff 42 umschlossen .
Fig. 5 und Fig. 6 zeigen Querschnittsansichten von Antriebswellen 12 gemäß weiteren Ausführungsformen.
Wie in Fig. 5 und Fig. 6 zu sehen ist, weist der Kontaktbereich 34 einen ersten Oberflächenabschnitt 64 und einen zweiten Oberflächenabschnitt 66 auf, die in einer radialen Richtung 50 unterschiedlich weit von der Drehachse 32 der Antriebswelle 12 beabstandet sind, um so an der Antriebswelle 12 einen Nocken 68 zu bilden. Die Oberflächenabschnitte 64, 66 gehen dabei kon¬ tinuierlich ineinander über.
In einer weiteren Ausführungsform gemäß Fig. 5 weist der Kontaktbereich 34 eine sich verändernde Wandstärke 70 des zweiten Werkstoffes 42 auf. Die Wandstärke 70 nimmt dabei von dem ersten Oberflächenabschnitt 64 zu dem zweiten Oberflächenabschnitt 66 hin kontinuierlich ab.
In der alternativen Ausführungsform gemäß Fig. 6 dagegen bleibt die Wandstärke 70 über eine gesamte Grenzfläche 72 zwischen Kontaktbereich 34 und Verbindungsbereich 38 hinweg konstant.
Eine sich verändernde Wandstärke 70 hat den Vorteil, dass damit ein an der Grenzfläche 72 homogener Fugendruck erzielt werden kann, während eine einheitliche Wandstärke 70 den Vorteil hat, dass ein gleichförmiger Tangentialspannungsverlauf erzielt werden kann.
Fig. 7 und Fig. 8 zeigen weitere Ausführungsformen der Antriebswelle 12 im Querschnitt. Im Querschnitt weist die An¬ triebswelle 12 hier einen von einer halbelliptischen Geometrie abweichenden Bereich, beispielsweise einen polygonförmigen
Bereich 74 auf. Das Polygon 76 ist dabei spiegelsymmetrisch zu einer Spiegelebene 78 gebildet, die den Nocken 68, der durch den Exzenterabschnitt 30 gebildet ist, hälftig teilt und senkrecht auf der Drehachse 32 steht.
Weist die Antriebswelle 12 mehrere Nocken 68 auf, entspricht die Teilung der Formgebung der Nockenkontur, wie in Fig. 8 gezeigt. Das bedeutet, weist die Antriebswelle 12 zwei Nocken 68 auf, sind zwei beispielsweise polygonförmige Bereiche 74 vorgesehen, die spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet sind, wobei eine
Spiegelachse eine radiale Achse 82 ist, die, wie in Fig. 8 gezeigt ist, senkrecht auf der Spiegelebene 78 steht. Im Falle, dass die Antriebswelle 12 drei Nocken 68 aufweist, verläuft die Spiegelachse 80 zu der Spiegelebene 78 in einem Winkel von 120°. Es ist auch möglich, dass die Antriebswelle 12 vier Nocken 68 aufweist. In diesem Falle verläuft die Spie- gelachse 80 auf der Spiegelebene 78.
Durch die in Fig. 3 - Fig. 8 beschriebenen Ausführungsformen der Antriebswelle 12 kann diese gegenüber von dem Pumpenkolben 22 ausgeübten Kräften widerstandsfähiger gemacht werden unter gleichzeitiger Kosteneffizienz, indem der Kontaktbereich 34 über wenigstens eine Kante 44, 46 des Verbindungsbereichs 38 her¬ vorsteht. Dadurch kann ein an der Außenkontur 48 elastischer Kontaktbereich 34 erzielt werden, was zu einer verbesserten Aufnahme von Kräften und deren Dämpfung führt. Eine weitere Verbesserung in der Widerstandskraft besteht darin, dass der Kontaktbereich 34 und der Wellenabschnitt 28 mit Verbindungsbereich 38 mit unterschiedlichen Werkstoffen 40, 42 ausgebildet werden können. Weitere Verbesserungen bei der Verteilung von Kräften über den Kontaktbereich 34 und die Antriebswelle 12 können erzielt werden durch die Wandstärke 70 bzw. die Formgebung des Verbindungs¬ bereichs 38 innerhalb des Exzenterabschnittes 30.
Bezugs zeichenliste
10 Kraftstoffhochdruckpumpe
12 Antriebswelle
13 Antriebswellenoberfläche
14 Zylinderkopf
16 Gehäuse
18 Ausnehmung
20 Druckraum
22 PumpenkoIben
24 Rollenstößel
26 Rolle
28 Wellenabschnitt
29 Wellenabschnittsoberfläche
30 Exzenterabschnitt
32 Drehachse
34 Kontaktbereich
36 Kraftstoff
38 Verbindungsbereich
40 erster Werkstoff
42 zweiter Werkstoff
43 Kontaktelernent
44 erste Kante
46 zweite Kante
48 Außenkontur
50 radiale Richtung
60 Grenzbereich
64 erster Oberflächenabschnitt
66 zweiter Oberflächenabschnitt
68 Nocken
70 Wandstärke
72 Grenzfläche
74 polygonförmiger Bereich
76 Polygon
78 Spiegelebene
80 Spiegelachse
82 radiale Achse

Claims

Patentansprüche
1. Kraftstoffhochdruckpumpe (10) mit einer um eine Drehachse (32) drehbaren Antriebswelle (12) zum Antreiben eines Pum- penkolbens (22), aufweisend:
einen Wellenabschnitt (28) mit einer von der Drehachse (32) weggerichteten Wellenabschnittsoberfläche (29),
einen Exzenterabschnitt (30) , der sich in radialer Richtung (50) von der Drehachse (32) weg erstreckt und über die Wel- lenabschnittsoberfläche (29) hervorsteht, wobei der Exzen¬ terabschnitt (30) aufweist:
einen Kontaktbereich (34) zum zumindest indirekten Kontaktieren des Pumpenkolbens (22),
einen den Kontaktbereich (34) mit dem Wellenabschnitt (28) verbindenden Verbindungsbereich (38),
wobei der Kontaktbereich (34) zum Ableiten von auf den Kontaktbereich (34) im Betrieb wirkenden Kräften entlang der Drehachse (32) der Antriebwelle (12) länger ausgebildet ist als der Verbindungsbereich (38).
2. Kraftstoffhochdruckpumpe (10) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsbereich (38) eine den Verbindungsbereich (38) entlang der Drehachse (32) begrenzende erste Kante (44) und eine den Verbindungsbereich (38) entlang der Drehachse (32) begrenzende zweite Kante (46) aufweist, wobei der Kontaktbereich (34) entlang der Drehachse (32) zum freien Hervorstehen über die erste und die zweite Kante (44, 46) ausgebildet ist.
3. Kraftstoffhochdruckpumpe (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsbereich (38) integral mit dem Wellenabschnitt (28) gebildet ist, wobei der Kontaktbereich (34) durch ein getrennt von Verbindungsbereich (38) und Wellenabschnitt (28) ausgebildetes, mit dem Verbin¬ dungsbereich (38) verbundenes Kontaktelement (43) gebildet ist.
4. Kraftstoffhochdruckpumpe (10) nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsbereich (38) und das Kontaktelement (43) durch einen Kraftschluss , insbesondere einen Pressverband, und/oder durch einen Formschluss miteinander verbunden sind.
5. Kraftstoffhochdruckpumpe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenabschnitt (28) und der Verbindungsbereich (38) aus einem ersten Werkstoff (40) und der Kontaktbereich (34) aus einem zu dem ersten Werkstoff (40) unterschiedlichen zweiten Werkstoff (42) gebildet ist.
6. Kraftstoffhochdruckpumpe (10) nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Werkstoff (42) eine größere Widerstandsfähigkeit gegen eine Reibbelastung als der erste Werkstoff (40) aufweist, wobei der zweite Werkstoff (42) insbesondere eine Keramik oder eine Legierung ist.
7. Kraftstoffhochdruckpumpe (10) nach einem der Ansprüche 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet, dass der erste Werkstoff (40) eine größere Widerstandsfähigkeit gegen eine Biege- und/oder Tor¬ sionsbelastung als der zweite Werkstoff (42) aufweist, wobei der erste Werkstoff (40) insbesondere ein Standardstahl ist.
8. Kraftstoffhochdruckpumpe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ,
dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich (34) umlaufend um eine Antriebswellenoberfläche (13) im Bereich des Exzen¬ terabschnitts (30) gebildet ist.
9. Kraftstoffhochdruckpumpe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ,
dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich (34) einen ersten Oberflächenabschnitt (64) und einen zweiten Oberflä¬ chenabschnitt (66) aufweist, die unterschiedlich weit von der Drehachse (32) beabstandet sind, wobei eine radiale Wandstärke (70) des Kontaktbereichs (34) von dem ersten Oberflächenab¬ schnitt (64) zu dem zweiten Oberflächenabschnitt (66) hin kontinuierlich abnimmt.
10. Kraftstoffhochdruckpumpe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ,
dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich (34) einen ersten Oberflächenabschnitt (64) und einen zweiten Oberflä¬ chenabschnitt (66) aufweist, die unterschiedlich weit von der Drehachse (32) beabstandet sind, wobei eine radiale Wandstärke (70) des Kontaktbereichs (34) über eine gesamte Kontaktbe¬ reichsoberfläche gleich ist.
11. Kraftstoffhochdruckpumpe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsbereich (38) im Querschnitt eine von einer halbelliptischen Geometrie abwei¬ chende Form aufweist und insbesondere im Querschnitt einen polygonförmigen Bereich (74) aufweist.
12. Kraftstoffhochdruckpumpe (10) nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsbereich (38) im Querschnitt mit mehreren polygonförmigen Bereichen (74) ausgebildet ist, die spiegelsymmetrisch zu einer radialen die Drehachse (32) schneidenden Spiegelebene (78) angeordnet sind.
13. Antriebswelle (12) zum Antreiben eines Pumpenkolbens (22) einer Kraftstoffhochdruckpumpe (10), aufweisend:
einen Wellenabschnitt (28) mit einer von der Drehachse (32) weggerichteten Wellenabschnittsoberfläche (29),
einen Exzenterabschnitt (30) , der sich in radialer Richtung (50) von der Drehachse (32) weg erstreckt und über die Wel¬ lenabschnittsoberfläche (29) hervorsteht, wobei der Exzen¬ terabschnitt (30) aufweist:
einen Kontaktbereich (34) zum zumindest indirekten Kontaktieren des Pumpenkolbens (22),
einen den Kontaktbereich (34) mit dem Wellenabschnitt (28) verbindenden Verbindungsbereich (38),
wobei der Kontaktbereich (34) zum Ableiten von auf den Kontaktbereich (34) im Betrieb wirkenden Kräften entlang der Drehachse (32) der Antriebwelle (12) länger ausgebildet ist als der Verbindungsbereich (38).
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