WO2020011434A1 - Kolbenpumpe, insbesondere hochdruck-kraftstoffpumpe für ein einspritzsystem einer brennkraftmaschine - Google Patents

Kolbenpumpe, insbesondere hochdruck-kraftstoffpumpe für ein einspritzsystem einer brennkraftmaschine Download PDF

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WO2020011434A1
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pump
piston pump
section
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PCT/EP2019/062927
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Florian Rentz
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Robert Bosch Gmbh
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    • F02M59/10—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps of reciprocating-piston or reciprocating-cylinder type characterised by the piston-drive
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    • F04B53/14—Pistons, piston-rods or piston-rod connections

Definitions

  • Piston pump in particular high-pressure fuel pump for an injection system of an internal combustion engine
  • the invention relates to a piston pump, in particular a high-pressure fuel pump for an injection system of an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
  • Such a piston pump is known from DE 10 2014 211 591 A1. This comprises a piston running in a pump housing for the delivery and compression of fuel.
  • the piston In the suction phase of the piston pump (piston moves away from the work area), the piston ensures that the medium that has already been pumped to low pressure, e.g. Fuel, for example, can flow from a tank line into the work area (delivery area). In the delivery phase (piston moves towards the work area), the medium is compressed and brought to a higher pressure level. The medium can then be conveyed into the rail under high pressure and the
  • Injection unit can be provided.
  • the piston is driven by a drive device in the cylinder head of the internal combustion engine, for example by a cam drive, which sets the piston in a stroke movement.
  • the piston can thus be moved up and down in the piston pump, whereby a drive component driving the piston acts on the piston and comes into contact with the piston drive.
  • the piston is thus modified in a very targeted manner on or in the contact area with the drive component with regard to the loads occurring there.
  • the piston itself can be formed from a metallic material, for example from a suitable steel.
  • the piston of the piston pump can be a reciprocating piston for compressing a medium (fluid), for example fuel.
  • a medium for example fuel
  • Piston pump can be a high pressure pump
  • the piston can be guided on or in the pump housing of the piston pump via its tread portion, which can also be referred to as a tread or guide portion.
  • the piston can have several piston sections.
  • the piston can have a compression section for compressing the fuel in the work space at the end facing the work space. This can be followed by the tread portion (tread or guide portion) of the piston, via which the piston on a guide element of the
  • the piston can have an actuating section via which the piston can be driven by means of a drive device (for example a camshaft).
  • a drive device for example a camshaft.
  • the compression section and / or the actuation section can have a cross section that is reduced in comparison with the tread section.
  • the piston can be rotationally symmetrical (several sections with different diameters).
  • the piston can advantageously be designed as a built-in piston. This gives greater freedom in terms of design, so that a more extensive design adaptation to the loads actually occurring by the piston drive can take place than in the case of a one-piece design of the piston made of uniform material.
  • the piston can have several separate elements. Thus, by means of several elements, possibly at several points, the piston can be structurally adapted to occurring loads.
  • the separate element can be made of a different material than the rest of the piston. In this way, a structurally advantageous optimization of the piston can be achieved, since the piston material can generally be retained and the material is only adapted in relation to the separate element.
  • the separate element can be formed from a non-metallic material, in particular from ceramic. In this way, a higher stability can be achieved than with a metallic design of the separate element.
  • the separate element can expediently be produced by means of a generative production process, for example a printing process. This enables even complex shapes with small quantities to be realized in a profitable manner. The production of undercuts is also possible with this.
  • the separate element can be designed as a turned part or as a shaped part. This can be used to produce separate elements in a profitable manner.
  • the separate element can be provided with a surface coating. This enables advantageous surface properties to be achieved, for example corrosion protection.
  • the strength of the separate element can be increased. This allows the separate element to withstand the loads that occur longer. An increase in strength can be achieved by means of a heat treatment process (classic hardening process).
  • the separate element can be designed as a cylindrical pin and form a section of the piston. This can also withstand comparatively high loads, since large amounts of heat can be dissipated through the design of the separate element as a pin. A connection point within a section can be avoided by design as a pin.
  • the pen can be sent to the
  • connection point can be quasi "pot-shaped", so that the actuating section and the tread section are not only on
  • Central longitudinal axis of the piston orthogonal end faces, but also connected over a section of a lateral surface.
  • a corresponding, so to speak "pot-shaped" depression can be provided in the tread section, the inner wall of which cooperates with the lateral surface of the actuating section.
  • the actuating section and / or the transition from the end face of the depression to its inner wall can be rounded.
  • the separate element can be designed as a cap or sleeve and applied to the piston.
  • the actual piston not having to be adapted or only having to be adjusted slightly, for example by adapting the relevant piston section, for example the actuating section, in terms of its dimensions and / or its geometry.
  • the cap or sleeve can be applied to the actuating portion adjacent the tread portion of the piston.
  • the cap or sleeve can be closed at the end facing away from the piston in the assembled state. This creates a large contact area for drive components for driving the piston.
  • the separate element can be designed as a plate or disk and attached to the piston, in particular to the actuating section of the piston, at the end facing away from the working space.
  • the separate element and the piston can be connected to one another via two facing end faces. One of the connection methods described below can be used for this.
  • the plate or disk can have a fastening pin protruding therefrom, which is inserted into the piston, in particular into the actuating section of the piston.
  • the plate or disk on the piston, in particular on the actuating section of the piston can hereby be caulked. This optimizes the attachment of the plate or disc to the piston.
  • the fastening pin can be designed to protrude orthogonally to the plate or disc plane.
  • the mounting pin is in the
  • the separate element can be attached to the piston by welding, pressing, gluing, screwing, caulking and / or clipping.
  • a sufficiently stable and secure connection of the separate element on the piston can be achieved by using one or more of the connection methods mentioned.
  • Figure 1 shows an embodiment of a piston pump in a
  • Figure 1 alone in a sectional side view
  • Figure 3 shows an embodiment of the piston of the piston pump of Figure 1 with a separate element in the form of a pin in an enlarged and sectional side view;
  • Figure 4 shows an embodiment of the piston of the piston pump of Figure 1 with a separate element in the form of a sleeve or sleeve in an enlarged and sectional side view;
  • FIG. 5 shows an embodiment of the piston of the piston pump from FIG. 1 with a separate element in the form of a plate or disk in an enlarged and sectional side view;
  • Figure 6 shows an embodiment of the piston of Figure 5 with one of the
  • a piston pump which is designed as a high-pressure fuel pump for a fuel injection system of an internal combustion engine, not shown, bears the overall reference number 10.
  • the piston pump 10 has a pump housing 12 and a mounting flange 14. On the
  • the piston pump 10 can be connected to a rail of an injection unit (not shown) via a connection 18 arranged on the pump housing 12, so that a medium, for example fuel, can be made available to the injection unit under high pressure.
  • the area identified by the rectangle 20 can be referred to as the high pressure area of the piston pump 10.
  • the piston pump 10 has a piston 22 and a working space 24 which is delimited on one side by the piston 22. Walls and accesses delimit the working space 24 on further sides of the working space 24.
  • the piston 22 has a tread portion 26, via which the piston 22 is guided on the pump housing 12 by means of the guide element 28.
  • the guide element 28 has a circular cylindrical inner surface 30 on which the piston 22 is guided with its tread section 26.
  • the guide element 28 is in the present exemplary embodiment as one in the housing 12
  • Piston pump 10 arranged, i.e. inserted into the housing 12, socket formed. It is also conceivable that the guide element 28 is designed as a bore formed in the housing 12 of the piston pump 10 (not shown).
  • the piston 22 and the guide element 28 are shown enlarged on their own (schematic representation without a separate element).
  • the guide element 28 (bush) and the piston 22 are arranged coaxially to one another, with a clearance S resulting between the outer surface of the tread portion 26 and the inner surface 30 of the guide element 28.
  • the area of the piston 22 (contact area) which is subject to high tribological stress during operation is identified by the circle 29.
  • the load in the contact area 29 results from the contact of the piston 22 (actuating section 38) with a drive component 31 for driving the piston 22
  • Drive component 31 can be a cam drive, in particular a camshaft of the cam drive or a tappet of an internal combustion engine arranged between camshaft and piston 22. The movement resulting from the drive of the piston 22 (opening and closing
  • the piston 22 has a compression section 34 at its end region 32 (right end in FIG. 2) facing the working space 24.
  • Compression section 34 adjoins the tread section 26 and has a smaller diameter than the tread section 26.
  • a shoulder 42 is located between the compression section 34 and the tread section 26.
  • the piston 22 has an actuating section 38, via which the piston 22 can be actuated and thus driven, for example by means of a
  • the actuating section 38 adjoins the tread section 26 and has a smaller diameter than the tread section 26.
  • a shoulder 43 is located between the actuating section 38 and the tread section 26.
  • the piston 22 faces away from the working space 24
  • End region 36 has a separate element 46 which is fixedly connected to the piston 22 and forms a contact section 29 for a drive component 31 driving the piston 22 (tappet or camshaft) (see FIGS. 3 to 6). Due to the separate element 46, the piston 22 is modified in a very targeted manner on or in the contact area 29 with regard to the loads occurring there.
  • the piston 22 is made in several parts by the separate element 46 and is designed as a built-in piston 22.
  • the piston 22 per se can be formed from a metallic material, for example from a suitable steel.
  • the separate element 46 can be formed from a different material than the rest of the piston 22, in particular from a non-metallic material, for example from ceramic.
  • FIG. 3 shows an embodiment of the piston 22 in which the separate element 46 is designed as a cylindrical pin 48 and forms a section of the piston 22.
  • the pin 48 forms the actuating section 38 adjoining the tread section 26 of the piston 22 and is connected to the piston 22 or the tread section 26 at the connection point 50.
  • the connection point 50 is quasi "cup-shaped", so that the
  • the actuating section 38 and the tread section 26 are connected not only on end faces orthogonal to the central longitudinal axis of the piston 22, but also over a section of a lateral surface 56.
  • the tread portion 26 has a ("cup-shaped") depression 52, the
  • Inner wall 54 cooperates with the outer surface 56 of the actuating section 38.
  • the transition from the end face to the outer surface 56 on the actuating section 38 and the transition from the end face of the depression 52 to its inner wall 54 are rounded.
  • the separate element 46 is connected to the piston 22 or to the tread portion 26, for example by welding, pressing, gluing, screwing, caulking and / or clipping.
  • FIG. 4 shows an embodiment of the piston 22 in which the separate element 46 is designed as a cap or sleeve 58 and is applied to the piston 22.
  • the cap 58 is on the tread portion 26 of the piston 22
  • junction 50 the separate element 46 is connected to the piston 22 or to the actuating section 38, for example by welding, pressing, gluing, screwing, caulking and / or clipping.
  • FIG. 5 shows an embodiment of the piston 22 in which the separate element 46 is designed as a plate or disk 60 and on the end region 36 on the piston 22 facing away from the working space 24, specifically on the
  • Actuating section 38 of the piston 22 is attached.
  • the disk 60 and the piston 22 or the actuating section 38 can be connected to one another via two mutually facing end faces at the connection point 50, for example by welding, pressing, gluing, screwing, caulking and / or clipping.
  • Figure 6 shows an embodiment of the piston 22, which largely the in
  • the plate or disk 60 also has one protruding from it
  • Actuating section 38 of the piston is introduced. With this, the disk 60 on the piston 22, in particular on the actuating section 38 of the piston 22, can be caulked.
  • the fastening pin 62 is designed to protrude orthogonally to the plane of the plate or disk.
  • the fastening pin 62 is made thinner in cross section than the disk 60.

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Abstract

Eine Kolbenpumpe (10), insbesondere Hochdruck-Kraftstoffpumpe für ein Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine, mit einem Kolben (22) und einem Arbeitsraum (24), der von dem Kolben (22) begrenzt wird, ist derart ausgestaltet und weitergebildet, dass der Kolben (22) in seinem von dem Arbeitsraum (24) abgewandten Endbereich (36) ein separates Element (46) aufweist, welches fest mit dem Kolben (22) verbunden ist und einen Kontaktabschnitt (29) für eine den Kolben (22) antreibende Antriebskomponente (31) bildet.

Description

Beschreibung
Titel
Kolbenpumpe, insbesondere Hochdruck-Kraftstoffpumpe für ein Einspritzsvstem einer Brennkraftmaschine
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe, insbesondere eine Hochdruck- Kraftstoffpumpe für ein Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine solche Kolbenpumpe ist aus der DE 10 2014 211 591 A1 bekannt. Diese umfasst einen in einem Pumpengehäuse laufenden Kolben zur Förderung und Verdichtung von Kraftstoff.
Offenbarung der Erfindung
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird durch eine Kolbenpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Der Kolben sorgt in der Saugphase der Kolbenpumpe (Kolben bewegt sich vom Arbeitsraum weg) dafür, dass das bereits auf Niederdruck geförderte Medium, z.B. Kraftstoff, bspw. aus einer Tankleitung in den Arbeitsraum (Förderraum) strömen kann. In der Förderphase (Kolben bewegt sich zum Arbeitsraum hin) wird das Medium verdichtet und so auf ein höheres Druckniveau gebracht. Das Medium kann dann unter hohem Druck in das Rail gefördert und der
Einspritzeinheit zur Verfügung gestellt werden. Der Antrieb des Kolbens erfolgt dabei durch eine Antriebseinrichtung im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine, bspw. durch einen Nockentrieb, der den Kolben in eine Hubbewegung versetzt. Der Kolben kann in der Kolbenpumpe somit auf- und abbewegt werden, wobei eine den Kolben antreibende Antriebskomponente auf den Kolben einwirkt und zum Kolbenantrieb mit diesem in Kontakt gelangt.
Auf Seiten der Anmelderin ist erkannt worden, dass durch die hohe Kompression im Kontaktbereich zwischen Kolben und Antriebskomponente eine hohe
Flächenpressung entstehen kann. Die hohe Flächenpressung führt zu einem erhöhten Verschleiß zwischen den tribologischen Kontaktpartnern.
Es wird daher vorgeschlagen, den Kolben in seinem von dem Arbeitsraum abgewandten Endbereich mit einem separaten Element auszustatten, welches fest mit dem Kolben verbunden ist und einen Kontaktabschnitt für eine den Kolben antreibende Antriebskomponente (bspw. ein Stößel oder eine
Nockenwelle) bildet. Durch eine solche mehrteilige Lösung kann dieses tribologische System optimiert werden, ohne den Werkstoff des Kolbens insgesamt ändern zu müssen. Stattdessen weist der Kolben am oder im
Kontaktbereich zur Antriebskomponente mit dem separaten Element eine zusätzliche Komponente auf. Der Kolben wird somit ganz gezielt am oder im Kontaktbereich zur Antriebskomponente im Hinblick auf die dort auftretenden Belastungen modifiziert. Der Kolben an sich kann aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet sein, bspw. aus einem geeigneten Stahl.
Bei dem Kolben der Kolbenpumpe kann es sich um einen Hubkolben zur Verdichtung eines Mediums (Fluid), bspw. Kraftstoff, handeln. Bei der
Kolbenpumpe kann es sich um eine Hochdruckpumpe zur
Kraftstoffdirekteinspritzung handeln.
Der Kolben kann über seinen Laufflächenabschnitt, der auch als Lauffläche oder Führungsabschnitt bezeichnet werden kann, mittels des Führungselements am oder im Pumpengehäuse der Kolbenpumpe geführt werden.
Der Kolben kann mehrere Kolbenabschnitte aufweisen. So kann der Kolben an dem dem Arbeitsraum zugewandten Ende einen Verdichtungsabschnitt zur Verdichtung des Kraftstoffes im Arbeitsraum aufweisen. Hieran kann sich der Laufflächenabschnitt (Lauffläche oder Führungsabschnitt) des Kolbens anschließen, über den der Kolben an einem Führungselement des
Pumpengehäuses geführt ist. An der von dem Arbeitsraum abgewandten Ende kann der Kolben einen Betätigungsabschnitt aufweisen, über den der Kolben mittels einer Antriebseinrichtung (bspw. einer Nockenwelle) angetrieben werden kann. Der Verdichtungsabschnitt und/oder der Betätigungsabschnitt können einen gegenüber dem Laufflächenabschnitt reduzierten Querschnitt aufweisen. Der Kolben kann rotationssymmetrisch ausgebildet sein (mehrere Abschnitte mit unterschiedlichen Durchmessern).
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich ferner in der nachfolgenden
Beschreibung und in den Zeichnungen.
Vorteilhafterweise kann der Kolben als ein gebauter Kolben ausgebildet sein. Hiermit bestehen konstruktiv größere Freiheiten, so dass eine weitergehende konstruktive Anpassung an die durch den Kolbenantrieb tatsächlich auftretenden Belastungen erfolgen kann als bei einer einstückigen Ausgestaltung des Kolbens aus einheitlichem Material. Alternativ oder ergänzend kann der Kolben mehrere separate Elemente aufweisen. Somit kann durch mehrere Elemente, ggf. an mehreren Stellen, eine konstruktive Anpassung des Kolbens an auftretende Belastungen erfolgen.
Im Konkreten kann das separate Element aus einem anderen Material ausgebildet sein als der restliche Kolben. Hiermit lässt sich eine konstruktiv günstige Optimierung des Kolbens erreichen, da der Kolben Werkstoff generell beibehalten werden kann und eine Materialanpassung lediglich in Bezug auf das separate Element erfolgt. Alternativ oder ergänzend hierzu kann das separate Element aus einem nichtmetallischen Werkstoff ausgebildet sein, insbesondere aus Keramik. Hiermit kann eine höhere Standfestigkeit erreicht werden als bei einer metallischen Ausgestaltung des separaten Elements.
In zweckmäßiger Weise kann das separate Element mittels eines generativen Fertigungsverfahrens hergestellt sein, bspw. einem Druckverfahren. Hiermit lassen sich auch komplexe Formgebungen mit geringen Stückzahlen auf rentable Weise realisieren. Auch die Herstellung von Hinterschnitten ist hiermit möglich. Alternativ hierzu kann das separate Element als Drehteil oder als Umformteil ausgebildet sein. Hiermit lassen sich separate Elemente auf rentable Weise fertigen. Im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung kann das separate Element mit einer Oberflächenbeschichtung versehen sein. Hiermit lassen sich vorteilhafte Oberflächeneigenschaften erreichen, bspw. kann ein Korrossionsschutz erzielt werden. Alternativ oder ergänzend hierzu kann das separate Element in seiner Festigkeit erhöht sein. Hiermit kann das separate Element den auftretenden Belastungen länger standhalten. Eine Erhöhung der Festigkeit kann mittels eines Wärmebehandlungsverfahrens erzielt werden (klassisches Härtungsverfahren).
Im Konkreten kann das separate Element als zylindrischer Stift ausgebildet sein und einen Abschnitt des Kolbens bilden. Hiermit kann auch vergleichsweise hohen Belastungen standgehalten werden, da durch die Ausgestaltung des separaten Elements als Stift große Wärmemengen abgeführt werden können. Eine Verbindungsstelle innerhalb eines Abschnitts kann durch Ausgestaltung als Stift vermieden werden. Im Konkreten kann der Stift den an den
Laufflächenabschnitt des Kolbens angrenzenden Betätigungsabschnitt bilden. Dabei kann die Verbindungsstelle quasi "topfförmig" ausgebildet sein, so dass der Betätigungsabschnitt und der Laufflächenabschnitt nicht nur an zur
Mittellängsachse des Kolbens orthogonalen Stirnflächen, sondern auch über einen Abschnitt einer Mantelfläche hinweg verbunden werden. Hierzu kann im Laufflächenabschnitt eine entsprechende, sozusagen "topfförmige", Vertiefung aufweisen, deren Innenwandung mit der Mantelfläche des Betätigungsabschnitts zusammenwirkt. Der Übergang von der Stirnseite zur Mantelfläche am
Betätigungsabschnitt und/oder der Übergang von der Stirnfläche der Vertiefung zu ihrer Innenwandung können gerundet ausgebildet sein.
Alternativ hierzu kann das separate Element als Kappe oder Hülse ausgebildet und auf den Kolben aufgebracht sein. Hiermit ist eine Optimierung des tribologischen Systems möglich, wobei der eigentliche Kolben nicht oder lediglich geringfügig angepasst werden muss, bspw. durch Anpassung des betreffenden Kolbenabschnitts, bspw. des Betätigungsabschnitts in seinen Abmessungen und/oder in seiner Geometrie. Die Kappe oder Hülse kann auf den an den Laufflächenabschnitt des Kolbens angrenzenden Betätigungsabschnitt aufgebracht werden. Die Kappe oder Hülse kann an dem im montierten Zustand von dem Kolben abgewandten Ende geschlossen sein. Hiermit ist eine große Kontaktfläche für Antriebskomponenten zum Antrieb des Kolbens gebildet. Alternativ hierzu kann das separate Element als Platte oder Scheibe ausgebildet sein und am von dem Arbeitsraum abgewandten Ende an dem Kolben, insbesondere am Betätigungsabschnitt des Kolbens, befestigt sein. Hiermit ist eine Optimierung des Kolbens möglich, bei der der Materialbedarf für das separate Element vergleichsweise gering ist. Somit kann eine konstruktiv günstige Lösung erreicht werden. Das separate Element und der Kolben können über zwei einander zugewandte Stirnflächen miteinander verbunden sein. Hierzu kann eine der weiter unten noch beschriebenen Verbindungsmethoden genutzt werden.
Im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung kann die Platte oder Scheibe einen davon abragenden Befestigungsstift aufweisen, der in den Kolben, insbesondere in den Betätigungsabschnitt des Kolbens, eingebracht ist. Hiermit kann die Platte oder Scheibe am Kolben, insbesondere am Betätigungsabschnitt des Kolbens, verstemmt werden. Hiermit ist die Befestigung der Platte oder Scheibe am Kolben optimiert. Der Befestigungsstift kann orthogonal zur Platten- oder Scheibenebene abragend ausgebildet sein. Der Befestigungsstift ist im
Querschnitt dünner ausgebildet als die Platte oder Scheibe.
Im Konkreten kann das separate Element durch Schweißen, Pressen, Kleben, Schrauben, Verstemmen und/oder Verclipsen an dem Kolben befestigt sein. Durch Anwendung einer oder mehrerer der genannten Verbindungsmethoden lässt sich eine hinreichend stabile und sichere Verbindung des separaten Elements am Kolben erreichen.
Nachfolgend werden besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Figur 1 eine Ausführungsform einer Kolbenpumpe in einer
schematischen und teilweise geschnittenen Seitenansicht;
Figur 2 den Kolben und das Führungselement der Kolbenpumpe aus
Figur 1 in Alleinstellung in einer geschnittenen Seitenansicht; Figur 3 eine Ausführung des Kolbens der Kolbenpumpe aus Figur 1 mit einem separaten Element in Form eines Stiftes in einer vergrößerten und geschnittenen Seitenansicht;
Figur 4 eine Ausführung des Kolbens der Kolbenpumpe aus Figur 1 mit einem separaten Element in Form einer Buchse oder Hülse in einer vergrößerten und geschnittenen Seitenansicht; und
Figur 5 eine Ausführung des Kolbens der Kolbenpumpe aus Figur 1 mit einem separaten Element in Form einer Platte oder Scheibe in einer vergrößerten und geschnittenen Seitenansicht;
Figur 6 eine Ausführung des Kolbens aus Figur 5 mit einem von der
Platte oder Scheibe abragenden Befestigungsstift in einer vergrößerten und geschnittenen Seitenansicht.
In Figur 1 trägt eine Kolbenpumpe, die als Hochdruck-Kraftstoffpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine ausgebildet ist, insgesamt das Bezugszeichen 10. Die Kolbenpumpe 10 weist ein Pumpengehäuse 12 und einen Befestigungsflansch 14 auf. Über den
Befestigungsflansch 14 ist die Kolbenpumpe 10 an einem hier nur schematisch angedeuteten Zylinderkopf 16 einer Brennkraftmaschine befestigt.
Über einen am Pumpengehäuse 12 angeordneten Anschluss 18 kann die Kolbenpumpe 10 an einen Rail einer Einspritzeinheit angeschlossen werden (nicht dargestellt), so dass der Einspritzeinheit unter hohem Druck ein Medium, bspw. Kraftstoff, zur Verfügung gestellt werden kann. Der durch das Rechteck 20 gekennzeichnete Bereich kann als Hochdruckbereich der Kolbenpumpe 10 bezeichnet werden.
Die Kolbenpumpe 10 weist einen Kolben 22 und einen Arbeitsraum 24 auf, der an einer Seite von dem Kolben 22 begrenzt wird. Wandungen und Zugänge begrenzen den Arbeitsraum 24 an weiteren Seiten des Arbeitsraums 24. Durch eine - bezogen auf den Arbeitsraum 24 - Auf- und Abbewegung des Kolbens 22 kann ein Medium in den Arbeitsraum 24 angesaugt und verdichtet, somit auf ein höheres Druckniveau gebracht und dann einer Rail einer Einspritzeinheit zugeführt werden.
Der Kolben 22 weist einen Laufflächenabschnitt 26 auf, über den der Kolben 22 mittels des Führungselements 28 am Pumpengehäuse 12 geführt ist. Das Führungselement 28 weist eine kreiszylindrische Innenfläche 30 auf, an der der Kolben 22 mit seinem Laufflächenabschnitt 26 geführt ist. Das Führungselement 28 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als eine im Gehäuse 12 der
Kolbenpumpe 10 angeordnete, d.h. in das Gehäuse 12 eingesetzte, Buchse ausgebildet. Ebenfalls denkbar ist, dass das Führungselement 28 als eine im Gehäuse 12 der Kolbenpumpe 10 ausgebildete Bohrung ausgeführt ist (nicht dargestellt).
In Figur 2 sind der Kolben 22 und das Führungselement 28 in Alleinstellung vergrößert dargestellt (schematische Darstellung ohne separates Element). Das Führungselement 28 (Buchse) und der Kolben 22 sind koaxial zueinander angeordnet, wobei sich zwischen der Außenfläche des Laufflächenabschnitts 26 und der Innenfläche 30 des Führungselements 28 ein Spiel S ergibt. Der im Betrieb tribologisch hochbelastete Bereich des Kolbens 22 (Kontaktbereich) ist durch den Kreis 29 gekennzeichnet. Die Belastung im Kontaktbereich 29 ergibt sich aus dem Kontakt des Kolbens 22 (Betätigungsabschnitt 38) mit einer Antriebskomponente 31 zum Antrieb des Kolbens 22. Bei der
Antriebskomponente 31 kann es sich um einen Nockentrieb, insbesondere um eine Nockenwelle des Nockentriebs oder einen zwischen Nockenwelle und Kolben 22 angeordneten Stößel einer Brennkraftmaschine, handeln. Die sich auf Grund des Antriebs des Kolbens 22 ergebende Bewegung (Auf- und
Abbewegung bzw. Hin- und Herbewegung) ist durch den Pfeil 33
veranschaulicht.
Der Kolben 22 weist an seinem dem Arbeitsraum 24 zugewandten Endbereich 32 (in Figur 2 rechtes Ende) einen Verdichtungsabschnitt 34 auf. Der
Verdichtungsabschnitt 34 grenzt an den Laufflächenabschnitt 26 an und weist einen geringeren Durchmesser als der Laufflächenabschnitt 26 auf. Zwischen dem Verdichtungsabschnitt 34 und dem Laufflächenabschnitt 26 befindet sich ein Absatz 42. An seinem von dem Arbeitsraum 24 abgewandten Endbereich 36 (in Figur 2 linkes Ende) weist der Kolben 22 einen Betätigungsabschnitt 38 auf, über den der Kolben 22 betätigt und somit angetrieben kann, bspw. mittels einer
Nockenwelle einer Brennkraftmaschine wie oben beschrieben. Der
Betätigungsabschnitt 38 grenzt an den Laufflächenabschnitt 26 an und weist einen geringeren Durchmesser als der Laufflächenabschnitt 26 auf. Zwischen dem Betätigungsabschnitt 38 und dem Laufflächenabschnitt 26 befindet sich ein Absatz 43.
Der Kolben 22 weist in seinem von dem Arbeitsraum 24 abgewandten
Endbereich 36 ein separates Element 46 auf, welches fest mit dem Kolben 22 verbunden ist und einen Kontaktabschnitt 29 für eine den Kolben 22 antreibende Antriebskomponente 31 (Stößel oder Nockenwelle) bildet (siehe Figuren 3 bis 6). Durch das separate Element 46 ist der Kolben 22 ganz gezielt am oder im Kontaktbereich 29 im Hinblick auf die dort auftretenden Belastungen modifiziert. Der Kolben 22 ist durch das separate Element 46 mehrteilig ausgeführt und als gebauter Kolben 22 ausgebildet. Der Kolben 22 an sich kann aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet sein, bspw. aus einem geeigneten Stahl. Das separate Element 46 kann aus einem anderen Material ausgebildet sein als der restliche Kolben 22, insbesondere aus einem nichtmetallischen Material, bspw. aus Keramik.
Figur 3 zeigt eine Ausführung des Kolbens 22, bei der das separate Element 46 als zylindrischer Stift 48 ausgebildet ist und einen Abschnitt des Kolbens 22 bildet. Der Stift 48 bildet den an den Laufflächenabschnitt 26 des Kolbens 22 angrenzenden Betätigungsabschnitt 38 und ist an der Verbindungsstelle 50 mit dem Kolben 22 bzw. dem Laufflächenabschnitt 26 verbunden. Dabei ist die Verbindungsstelle 50 quasi "topfförmig" ausgebildet, so dass der
Betätigungsabschnitt 38 und der Laufflächenabschnitt 26 nicht nur an zur Mittellängsachse des Kolbens 22 orthogonalen Stirnflächen, sondern auch über einen Abschnitt einer Mantelfläche 56 hinweg verbunden sind. Hierzu weist der Laufflächenabschnitt 26 eine ("topfförmige") Vertiefung 52 auf, deren
Innenwandung 54 mit der Mantelfläche 56 des Betätigungsabschnitts 38 zusammenwirkt. Der Übergang von der Stirnseite zur Mantelfläche 56 am Betätigungsabschnitt 38 und der Übergang von der Stirnfläche der Vertiefung 52 zu ihrer Innenwandung 54 sind gerundet ausgebildet. An der Verbindungsstelle 50 ist das separate Element 46 mit dem Kolben 22 bzw. mit dem Laufflächenabschnitt 26 verbunden, bspw. durch Schweißen, Pressen, Kleben, Schrauben, Verstemmen und/oder Verclipsen.
Figur 4 zeigt eine Ausführung des Kolbens 22, bei der das separate Element 46 als Kappe oder Hülse 58 ausgebildet und auf den Kolben 22 aufgebracht ist. Die Kappe 58 ist auf den an den Laufflächenabschnitt 26 des Kolbens 22
angrenzenden Betätigungsabschnitt 38 aufgebracht, und zwar an dem von dem Arbeitsraum 24 abgewandten Endbereich 36 des Kolbens 22. Die Kappe 58 ist an der Verbindungsstelle 50 mit dem Kolben 22 bzw. Betätigungsabschnitt 38 verbunden. Die Kappe 58 ist an dem im montierten Zustand von dem Kolben 22 abgewandten Ende 36 geschlossen. Hiermit ist eine große Kontaktfläche 29 für Antriebskomponenten 31 zum Antrieb des Kolbens 22 gebildet. An der
Verbindungsstelle 50 ist das separate Element 46 mit dem Kolben 22 bzw. mit dem Betätigungsabschnitt 38 verbunden, bspw. durch Schweißen, Pressen, Kleben, Schrauben, Verstemmen und/oder Verclipsen.
Figur 5 zeigt eine Ausführung des Kolbens 22, bei der das separate Element 46 als Platte oder Scheibe 60 ausgebildet ist und am von dem Arbeitsraum 24 abgewandten Endbereich 36 an dem Kolben 22, und zwar am
Betätigungsabschnitt 38 des Kolbens 22, befestigt ist. Die Scheibe 60 und der Kolben 22 bzw. der Betätigungsabschnitt 38 können über zwei einander zugewandte Stirnflächen an der Verbindungsstelle 50 miteinander verbunden sein, bspw. durch Schweißen, Pressen, Kleben, Schrauben, Verstemmen und/oder Verclipsen.
Figur 6 zeigt eine Ausführung des Kolbens 22, die weitestgehend der im
Zusammenhang mit Figur 5 beschriebenen Ausführung entspricht. Abweichend hiervon weist die Platte oder Scheibe 60 noch einen davon abragenden
Befestigungsstift 62 auf, der in den Kolben 22, insbesondere in den
Betätigungsabschnitt 38 des Kolbens, eingebracht ist. Hiermit kann die Scheibe 60 am Kolben 22, insbesondere am Betätigungsabschnitt 38 des Kolbens 22, verstemmt werden. Der Befestigungsstift 62 ist orthogonal zur Platten- bzw. Scheibenebene abragend ausgebildet. Der Befestigungsstift 62 ist im Querschnitt dünner ausgebildet als die Scheibe 60. Zur weiteren Ausgestaltung des Kolbens 22 bzw. des separaten Elements 46, insbesondere in Bezug auf mehrere separate Elemente, die Fertigungsverfahren, die Oberflächenbeschichtung oder das Wärmebehandlungsverfahren, können die oben beschriebenen Maßnahmen dienen.

Claims

Ansprüche
1. Kolbenpumpe (10), insbesondere Hochdruck-Kraftstoffpumpe für ein
Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine, mit einem Kolben (22) und einem Arbeitsraum (24), der von dem Kolben (22) begrenzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (22) in seinem von dem Arbeitsraum (24) abgewandten Endbereich (36) ein separates Element (46) aufweist, welches fest mit dem Kolben (22) verbunden ist und einen Kontaktabschnitt (29) für eine den Kolben (22) antreibende Antriebskomponente (31 ) bildet.
2. Kolbenpumpe (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (22) als ein gebauter Kolben ausgebildet ist und/oder dass der Kolben (22) mehrere separate Elemente (46) aufweist.
3. Kolbenpumpe (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das separate Element (46) aus einem anderen Material ausgebildet ist als der restliche Kolben (22) und/oder dass das separate Element (46) aus einem nicht metallischen Werkstoff ausgebildet ist, insbesondere aus Keramik.
4. Kolbenpumpe (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das separate Element (46) mittels eines generativen Fertigungsverfahrens hergestellt ist oder dass das separate Element (46) als Drehteil oder als Umformteil ausgebildet ist.
5. Kolbenpumpe (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das separate Element (46) mit einer
Oberflächenbeschichtung versehen ist und/oder dass das separate Element (46), insbesondere mittels eines Wärmebehandlungsverfahrens, in seiner Festigkeit erhöht ist.
6. Kolbenpumpe (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das separate Element (46) als zylindrischer Stift (48) ausgebildet ist und einen Abschnitt des Kolbens (22) bildet.
7. Kolbenpumpe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, dass das separate Element (46) als Kappe oder Hülse (58) ausgebildet ist und auf den Kolben (22) aufgebracht ist.
8. Kolbenpumpe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, dass das separate Element (26) als Platte oder Scheibe (60) ausgebildet ist und am von dem Arbeitsraum (24) abgewandten Ende (36) an dem Kolben (22), insbesondere am Betätigungsabschnitt (38) des Kolbens (22), befestigt ist.
9. Kolbenpumpe (10) nach dem voranstehenden Anspruch, dadurch
gekennzeichnet, dass die Platte oder Scheibe (60) einen davon abragenden Befestigungsstift (62) aufweist, der in den Kolben (22), insbesondere in den Betätigungsabschnitt (38) des Kolbens (22), eingebracht ist.
10. Kolbenpumpe (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das separate Element (46) durch Schweißen, Pressen, Kleben, Schrauben, Verstemmen und/oder Verclipsen an dem Kolben (22) befestigt ist.
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