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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Stößelbaugruppe
für eine
Hochdruckpumpe.
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Vorzugsweise
wird eine derartige Stößelbaugruppe
für eine
Hochdruckpumpe verwendet, welche als Förderpumpe zur Förderung
von Fluid, insbesondere zur Kraftstoffförderung, für ein Speichereinspritzsystem
für Brennkraftmaschinen
von Kraftfahrzeugen verwendet wird.
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Speichereinspritzsysteme
für Brennkraftmaschinen
von Kraftfahrzeugen, beispielsweise in Common-Rail-Systemen, sollen
den notwendigen Volumenstrom und den erforderlichen Fluiddruck bereitstellen
können.
Die Hochdruckpumpe unterliegt in Speichereinspritzsystemen für Kraftfahrzeuge
starken Belastungen, insbesondere mechanischen Beanspruchungen.
Insbesondere müssen
von derartigen Hockdruckpumpen große Kräfte aufgenommen werden können. Damit
werden sowohl hohe Anforderungen an die Materialien, aus denen die
Komponenten der Hochdruckpumpe bestehen, als auch an die Konstruktion
der Hockdruckpumpe gestellt.
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Da
Hochdruckpumpen Drücken
von beispielsweise bis zu 2000 bar oder mehr ausgesetzt sind, müssen sie
hohen Beanspruchungen standhalten.
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Die
Druckschriften
WO
1983/000 724 A1 und
DE 103 45 089 A1 offenbaren jeweils Stößelkörper, die
aus Blech gefertigt sind. Insbesondere zeigt die
WO 1983/000 724 A1 ,
dass zur Herstellung ein rechtförmiges
Blech verwendet wird, in welches Ausstanzungen eingebracht werden
und welches anschließend
zu einem Stößelkörper gerollt
und über
eine im Blech eingebrachte Verschlusslasche zusammengehalten wird.
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Die
Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist, eine Stößelbaugruppe
für eine
Hochdruckpumpe zu schaffen, die kostengünstig herstellbar ist und einen
zuverlässigen
Betrieb ermöglicht.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch die Merkmale der unabhängigen
Ansprüche.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Gemäß eines
ersten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Verfahren
zur Herstellung einer Stößelbaugruppe
für eine
Hochdruckpumpe mit folgenden Schritten: Es wird ein rechteckförmiges Blech
aus einem ebenen Ausgangsmaterial ausgestanzt und zumindest eine
Scheibe mit mindestens zwei Vorsprüngen bereitgestellt, die derart
ausgebildet sind, nach einem Rollen des rechteckförmigen Bleches
zu einem zylinderförmigen
Stößelkörper ein formschlüssiges Koppeln
mit dem zylinderförmigen Stößelkörper über mindestens
zwei Ausnehmungen des Stößelkörpers zu
ermöglichen.
Die mindestens zwei Ausnehmungen werden aus dem rechteckförmigen Blech
ausgestanzt, wobei die Ausnehmungen derart angeordnet sind, dass
die Ausnehmungen nach einem Rollen des rechteckförmigen Bleches zu einem zylinderförmigen Stößelkörper entlang
dessen Umfang angeordnet sind, und wobei die Ausnehmungen derart
ausgestaltet sind, Vorsprünge
der zumindest einen innerhalb des zylinderförmigen Stößelkörpers anzuordnenden Scheibe
zumindest teilweise aufzunehmen. Das rechteckförmige Blech wird zu dem zylinderförmigen Stößelkörper gerollt.
Die mindestens eine Scheibe wird derart mit eingerollt, dass die
Scheibe mit den mindestens zwei Vorsprüngen nach dem Rollen formschlüssig über die
mindestens zwei Ausnehmungen des Stößelkörpers mit dem zylinderförmigen Stößelkörper gekoppelt
ist. Eine Nahtstelle des zu dem zylinderförmigen Stößelkörper gerollten Bleches wird
verbunden.
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Insbesondere
kann die Hochdruckpumpe zur Kraftstoffförderung verwendet werden. Durch
die Herstellung des Stößelkörpers aus
einem ebenen Blech kann insbesondere im Gegensatz zur Herstellung
mittels Zerspanen der Werkstoffeinsatz verringert werden. Bei einer
Herstellung aus dem Vollen können
beispielsweise 60% bis 70% des Ausgangsmaterials zerspant werden,
wohingegen die Herstellung des Stößelkörpers aus einem ebenen Blech
eine Verringerung des Zerspananteils vom Ausgangsmaterial auf weniger
als 5% bis 10% ermöglichen
kann. Der geringe Materialeinsatz ermöglicht eine kostengünstige Herstellung
der Stößelbaugruppe.
Außerdem
kann der geringe Materialeinsatz eine belastungsspezifische Werkstoffwahl
weitestgehend unabhängig
von Werkstoffkosten ermöglichen,
beispielsweise eine Verwendung spezieller Gleitlagerwerkstoffe für den Stößelkörper oder
andere für
die Tribologie günstige
Werkstoffe, beispielsweise Messinglegierungen oder Bronzelegierungen.
Insbesondere muss bei der Herstellung des Stößelkörpers aus einem ebenen Blech
beispielsweise im Gegensatz zur Herstellung aus einem Vollmaterial
nur noch die äußere Zylinderform
des Stößelkörpers geschliffen werden,
um benötigte
Genauigkeiten zu erlangen. Bevorzugt wird der Stößelkörper derart in der Hochdruckpumpe
orientiert, dass die Nahtstelle nicht im belasteten Bereich einer
Führung
in einer Bohrung eines Gehäuses
liegt, um insbesondere einen zuverlässigen Betrieb zu ermöglichen.
Insbesondere sind die Ausnehmungen des Stößelkörpers formschlüssige Widerlager
für die
Scheibe, über
welche eine spätere
Kraftübertragung
eines Kolbens auf den Stößelkörper erfolgen
kann.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung wird das rechteckförmige Blech
zu dem zylinderförmigen
Stößelkörper derart
gerollt, dass der Querschnitt des zylinderförmigen Stößelkörpers von einer Kreisform durch
zumindest eine konkave Einbuchtung abweicht.
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Insbesondere
kann die Nahtstelle des Stößelkörpers in
der konkaven Einbuchtung liegen, wodurch die Nahtstelle beispielsweise
nicht im belasteten Bereich an einer Führung liegt und somit kann
ein besonders zuverlässiger
Betrieb ermöglicht
werden. Zum Beispiel kann der Querschnitt des zylinderförmigen Stößelkörpers kleeblattförmig ausgestaltet
sein. Die zumindest eine konkave Einbuchtung im Umfang entlang einer
Längsachse über die
gesamte axiale Stößelkörperlänge kann
den Kontakt zu einer Bohrung verringern und kann eine Erhöhung der
Steifigkeit des Stößelkörpers in
radialer Richtung bezogen auf die Längsachse ermöglichen
und insbesondere somit einen zuverlässigen Betrieb ermöglichen.
Die Erhöhung
der Steifigkeit des Stößelkörpers kann
einen Einsatz von dünnwandigem
Ausgangsmaterial ermöglichen,
wodurch Material einge spart und eine kostengünstige Herstellung ermöglicht werden
kann. Die zumindest eine konkave Einbuchtung kann einen Druckausgleich
zwischen den beiden gegenüberliegenden
axialen Endbereichen des zylinderförmigen Stößelkörpers bezogen auf eine Längsachse
ermöglichen,
wodurch beispielsweise ein Bypasskanal für Gase oder Gasgemische unnötig werden
kann. Die zumindest eine konkave Einbuchtung kann insbesondere ohne
großen
Mehraufwand bei der Herstellung beispielsweise durch Biegen ausgestaltet
werden und ermöglicht
somit eine kostengünstige
Herstellung.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird in den zylinderförmigen Stößelkörper mindestens
eine Sicke eingebracht.
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Bevorzugt
ist die Sicke eine maschinell hergestellte rinnenförmige Vertiefung
und kann zur Erhöhung
der Steifigkeit des Stößelkörpers dienen. Eine
hohe Steifigkeit des Stößelkörpers ermöglicht einen
Einsatz von dünnwandigem
Ausgangsmaterial, wodurch Material eingespart und eine kostengünstige Herstellung
ermöglicht
werden kann. Beispielsweise kann die Sicke derart als konkave Einbuchtung ausgestaltet
sein, dass der Querschnitt des zylinderförmigen Stößelkörpers von einer Kreisform durch die
zumindest eine konkave Einbuchtung abweicht. Auch kann die Sicke
zum Beispiel radial umlaufend entlang eines Umfangs des zylinderförmigen Stößelkörpers ausgestaltet
sein.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt das Verbinden
der Nahtstelle des zu dem zylinderförmigen Stößelkörper gerollten Bleches formschlüssig.
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Ein
formschlüssiges
Verbinden der Nahtstelle kann eine einfache und kostengünstige Herstellung
des Stößelkörpers ermöglichen.
Ein weiterer Vorteil der formschlüssigen Verbindung ist beispielsweise,
dass keine Warme zur Verbindung der Nahtstelle eingebracht werden
muss. Das formschlüssige Verbinden
kann beispielsweise mittels Bördeln
erfolgen.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt das Verbinden
der Nahtstelle des zu dem zylinderförmigen Stößelkörper gerollten Bleches kraftschlüssig.
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Ein
Vorteil der kraftschlüssigen
Verbindung ist beispielsweise, dass keine Wärme zur Verbindung der Nahtstelle
eingebracht werden muss.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt das Verbinden
der Nahtstelle des zu dem zylinderförmigen Stößelkörper gerollten Bleches stoffschlüssig.
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Ein
stoffschlüssiges
Verbinden der Nahtstelle kann eine Herstellung des Stößelkörpers in
einfacher Weise ermöglichen.
Das stoffschlüssige
Verbinden kann beispielsweise mittels (Laser-)Schweißen erfolgen.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die Scheibe mit
den mindestens zwei Vorsprüngen
aus einem Ausgangsmaterial ausgestanzt, wobei die Scheibe mit den
mindestens zwei Vorsprüngen
derart ausgestaltet ist, nach einem Rollen des rechteckförmigen Bleches
mit den mindestens zwei Ausnehmungen zu dem zylinderförmigen Stößelkörper formschlüssig über die
mindestens zwei Ausnehmungen des Stößelkörpers mit dem zylinderförmigen Stößelkörper gekoppelt
zu sein.
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Eine
derartig Scheibe kann insbesondere einfach und kostengünstige hergestellt
werden. Das Material der Scheibe kann insbesondere verschieden vom
Material des Stößelkörpers sein,
beispielsweise Stahl.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die Scheibe derart
ausgestanzt, dass die Scheibe im zentralen Bereich eine Ausnehmung
zur Aufnahme eines Kolbens umfasst.
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Eine
derartig hergestellte Scheibe ermöglicht eine kostengünstige Herstellung
der Stößelbaugruppe
und eine Kopplung des Stößelkörpers zu
dem Kolben über
die Scheibe. Somit kann in einfacher Weise über die Scheibe eine Kraftübertragung
des Kolbens auf den Stößelkörper erfolgen.
Die Ausnehmung kann beispielsweise stanztechnisch und/oder biegetechnisch
hergestellt werden. Der Kolben kann beispielsweise kraft- und/oder
formschlüssig
eingebracht werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die Ausnehmung der
Scheibe derart ausgestaltet, dass die Scheibe mindestens zwei nach
innen gerichtete Vorsprünge
umfasst, welche formschlüssig
mit einer im Kolben umlaufenden Nut gekoppelt werden können.
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Beispielsweise
kann der Kolben über
die Nut des Kolbens und die Vorsprünge der Scheibe formschlüssig einschnappen.
Eine formschlüssige
Kopplung über
die Vorsprünge
der Scheibe und die Nut des Kolbens kann insbesondere das Übertragen
von hohen Kräften
ermöglichen
und kostengünstig
hergestellt werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die Scheibe derart
ausgestaltet, dass die Scheibe im Bereich der Ausnehmung einen gezogenen Napf
umfasst, über
welchen die Scheibe kraftschlüssig
mit dem Kolben gekoppelt werden kann.
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Beispielsweise
kann der Kolben über
den gezogenen Napf kraftschlüssig
eingepresst werden, wobei insbesondere der Kolben ein Übermaß aufweist.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird zumindest eine weitere
Scheibe mit mindestens zwei Vorsprüngen bereitgestellt und beim
Rollen des rechteckförmigen
Bleches zu dem zylinderförmigen Stößelkörper derart
mit eingerollt, dass die weitere Scheibe mit den mindestens zwei
Vorsprüngen
nach dem Rollen formschlüssig über mindestens
zwei weitere Ausnehmungen des Stößelkörpers mit
dem zylinderförmigen
Stößelkörper gekoppelt
ist.
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Die
weiteren Ausnehmungen des Stößelkörpers sind
insbesondere nach dem Rollen des rechteckförmigen Bleches zu dem zylinderförmigen Stößelkörper entlang
dessen Umfang bezogen auf die Längsachse
angeordnet. Bevorzugt kann die weitere Scheibe zusätzliche
Funktionen übernehmen
wie beispielsweise eine radiale und/oder axiale Lagerung und Führung der
Rolle zum Beispiel durch zusätzliche
Ausstanzungen oder ein Lager selbst darstellen oder die Aufnahme
des Kolbens unterstützen.
Auch können
noch weitere Scheiben bereitgestellt werden. Beispielsweise kann
die weitere Scheibe durch Ausstanzen und eventuell Biegen hergestellt
werden, wodurch eine kostengünstige
Herstellung ermöglicht wird.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung werden die Scheibe oder
die weitere Scheibe derart ausgestaltet, dass die Scheibe oder die
weitere Scheibe zumindest ein Führungselement
zur Aufnahme einer Rolle umfassen.
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Beispielsweise
kann das zumindest eine Führungselement
durch Ausstanzen und Biegen hergestellt werden, wodurch eine kostengünstige Herstellung
ermöglicht
wird. Dadurch kann die Lagerung der Rolle in einfacher und kostengünstiger
Weise ausgeführt
werden. Durch Ausstanzen und Biegen kann die radiale und/oder axiale
Lagerung und Führung
der Rolle zum Beispiel durch eine an die radiale und/oder axiale
Lagerung und Führung
der Rolle angepasste Verbiegung von Vorsprüngen zuverlässig ausgeführt werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird das rechteckförmige Blech
vor dem Rollen zum zylinderförmigen
Stößelkörper oder
vor dem Ausstanzen aus einem ebenen Ausgangsmaterial zumindest auf
der nach dem Rollen zum zylinderförmigen Stößelkörper außen liegenden Seite mit einer
Gleit- und/oder Verschleißschutzschicht
beschichtet.
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Eine
derartige Beschichtung kann als Verschleißschutz und/oder zur Verbesserung
der Gleiteigenschaften dienen. Insbesondere kann die Schicht beide
Funktionen erfüllen,
eine Verbesserung der Gleiteigenschaften und Verschleißschutz,
jedoch kann die Schicht aber auch nur eine der beiden Funktion erfüllen, eine
Verbesserung der Gleiteigenschaften oder Verschleißschutz.
Eine derartig hergestellte Beschichtung ermöglicht eine kostengünstige Herstellung,
beispielsweise da eine Beschichtungsanlage mit ebenen Blechen im
Vergleich zu zylinderförmigen
Körpern
dichter bepackt werden kann und die Bleche in der Beschichtungsanlage
nicht gedreht werden müssen,
wohingegen ein zylinderförmiger Körper zum
Beispiel um 360° gedreht
werden müsste.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird das rechteckförmige Blech
vor dem Rollen zum zylinderförmigen
Stößelkörper oder
vor dem Ausstanzen aus einem ebenen Ausgangsmaterial zumindest auf
der nach dem Rollen zum zylinderförmigen Stößelkörper außen liegenden Seite strukturiert.
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Eine
derartige Strukturierung kann zum Beispiel als Verschleißschutz
und/oder zur Verbesserung der Gleiteigenschaften dienen. Eine derartig hergestellte
Strukturierung ermöglicht
eine kostengünstige
Herstellung, beispielsweise da eine Strukturierungssanlage mit ebenen
Blechen im Vergleich zu zylinderförmigen Körpern dichter bepackt werden kann
und die Bleche in der Strukturierungssanlage nicht gedreht werden
müssen,
wohingegen ein zylinderförmiger
Körper
zum Beispiel um 360° gedreht werden
müsste.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Teilschnittansicht einer Fördereinheit einer Hochdruckpumpe
mit einer ersten Ausführungsform
einer Stößelbaugruppe,
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2a bis 2e schematische
Ansichten von beispielhaften Ausführungsformen von Bauteilen der
Stößelbaugruppe
für die
Hochdruckpumpe in verschiedenen Phasen der Herstellung,
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3 eine
schematische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines Kolbens der Hochdruckpumpe,
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4 eine
schematische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform einer Scheibe der
Stößelbaugruppe,
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5 eine
schematische Ansicht einer weiteren beispielhaften Ausführungsform
der Scheibe der Stößelbaugruppe,
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6 eine
schematische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform einer weiteren Scheibe der
Stößelbaugruppe,
und
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7 eine
schematische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines Stößelkörpers der
Stößelbaugruppe
in einer Schnittansicht.
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Elemente
gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen
Bezugszeichen versehen.
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1 veranschaulicht
den Aufbau einer Fördereinheit 10 einer
Hochdruckpumpe mit einer ersten Ausführungsform einer Stößelbaugruppe 12.
Die Hochdruckpumpe wird insbesondere zur Kraftstoffhochdruckversorgung
bei einem Speichereinspritzsystem einer Brennkraftmaschine eines
Kraftfahrzeugs verwendet.
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Die
dargestellte Fördereinheit 10 ist
bevorzugt eine von mehreren Fördereinheiten
der Hochdruckpumpe, die durch eine gemeinsam genutzte Antriebswelle 14 betrieben
werden. Die Fördereinheit 10 dient
dazu, Kraftstoff, zum Beispiel Diesel, für das Speichereinspritzsystem
aus einer Zufuhrleitung 16 über ein erstes Rückschlagventil 18 in
einen Zylinderraum 20, der auch als Pumpenarbeitsraum bezeichnet
werden kann, bei einem geschlossenen zweiten Rückschlagventil 22 und
sodann über
das zweite Rückschlagventil 22 mit
hohem Druck, zum Bei spiel über
1500 bar, in eine Abfuhrleitung 24, die auch als Druckraum
bezeichnet werden kann, bei geschlossenem ersten Rückschlagventil 18 zu
fördern.
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Die
beschriebenen Komponenten sind in einer Gehäusestruktur untergebracht,
wobei in 1 Teile eines Zylindergehäuses 26 und
eines Pumpengehäuses 28 zu
erkennen sind. Das Zylindergehäuse 26 ist
mit dem Pumpengehäuse 28 gekoppelt.
Das Pumpengehäuse 28 ist
beispielsweise aus einem Metall, das vorzugsweise Aluminium aufweist,
gebildet. Das Zylindergehäuse 26 ist
beispielsweise aus einem Metall, vorzugsweise einem Stahl, gebildet. Das
Zylindergehäuse 26 ist
in der dargestellten Ausführungsform
von dem Pumpengehäuse 28 separat ausgebildet,
Pumpengehäuse 28 und
Zylindergehäuse 26 können jedoch
auch einteilig ausgeführt
sein.
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Die
Hochdruckpumpe weist die Antriebswelle 14 auf, die drehbar
mit einer Drehachse D im Pumpengehäuse 28 gelagert ist.
Bevorzugt ist die Antriebswelle 14 eine Nockenwelle (1).
In diesem Fall umfasst die Antriebswelle 14 zumindest einen Nocken 30,
wobei der Nocken 30 auch als Mehrfachnocken ausgebildet
sein kann. Die Anzahl der Förder-
und Kompressionshübe
kann über
die Anzahl der Nocken 30 vorgegeben werden. Die Anzahl
der Förder-
beziehungsweise Kompressionshübe
entspricht dabei der Anzahl der Nocken 30. Anstelle der als
Nockenwelle verwendeten Antriebswelle 14 kann die Hochdruckpumpe
auch eine Antriebswelle 14 umfassen, die mit einem Exzenterring
in Wirkverbindung steht.
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Die
Fördereinheit 10 besteht
im Wesentlichen aus dem Zylindergehäuse 26, dem in dem
Zylindergehäuse 26 angeordneten
Zylinderraum 20, einem Kolben 32, einem zylinderförmigen Stößelkörper 34 und
einer Feder 36. Das Zylindergehäuse 26, der Zylinderraum 20,
der Kolben 32, der Stößelkörper 34 und
die Feder 36 sind insbesondere zueinander koaxial mit einer
Längsachse
X angeordnet.
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Der
Kolben 32 ist axial bewegbar in dem Zylinderraum 20 des
Zylindergehäuses 26 in
einem Pumpzylinder 38 gelagert und steht mit der Nockenwelle
in Wirkverbindung. Der Kolben 32 wird insbesondere durch
den Nocken 30 der Antriebswelle 14 in einer Hubbewegung
in zumindest annähernd
radialer Richtung zur Drehachse D der Antriebswelle 14 angetrieben.
Der Kolben 32 ist axial bewegbar in dem Pumpzylinder 38 geführt, um
während
eines Saughubs, in 1 abwärts gerichtet, Kraftstoff aus der
Zufuhrleitung 16 über
das erste Rückschlagventil 18 in
den Zylinderraum 20 bei geschlossenem zweiten Rückschlagventil 22 zu
fördern
und während
eines Pumphubs, in 1 aufwärts gerichtet, den im Zylinderraum 20 befindlichen
Kraftstoff zu komprimieren beziehungsweise über das zweite Rückschlagventil 22 unter
hohem Druck an die Abfuhrleitung 24 bei geschlossenem ersten
Rückschlagventil 18 abzugeben.
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Der
Pumpzylinder 38 ist bei der dargestellten Ausführungsform
ein einstückig
vom Zylindergehäuse 26 abstehender
und in eine zylindrische Aussparung des Pumpengehäuses 28 hineinragender
Abschnitt.
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Die
Hochdruckpumpe umfasst den zylinderförmigen Stößelkörper 34, der innerhalb
des Pumpengehäuses 28 in
Richtung der Achse X geführt
ist und mittels einer Scheibe 40 in Mitnahmeverbindung mit
dem Kolben 32 steht. Der Kolben 32 weist insbesondere
einen kleineren Durchmesser auf als der Stößelkörper 34 und ragt mit
seinem dem Zylinderraum 20 abgewandten Endbereich aus dem
Zylindergehäuse 26 heraus
und in den Stößelkörper 34 hinein.
Innerhalb des zylinderförmigen
Stößelkörpers 34 ist
die Scheibe 40 in etwa radial angeordnet. Die Scheibe 40 ist über Vorsprünge 42 der
Scheibe 40 formschlüssig
mit dem Stößelkörper 34 über Ausnehmungen 44 des
Stößelkörpers 34 gekoppelt.
An der Scheibe 40 stützt
sich an der der Antriebswelle 14 abgewandten Seite die
Feder 36 ab, die sich andererseits am Zylindergehäuse 26 der
Hochdruckpumpe abstützt.
Die Feder 36 ist beispielsweise als Schraubendruckfeder
ausgebildet und unter Vorspannung zwischen dem Zylindergehäuse 26 und der
Scheibe 40 angeordnet. Die Scheibe 40 umfasst in
ihrem zentralen Bereich eine Ausnehmung 46 zur Aufnahme
des Kolbens 32. Bevorzugt umfasst die Scheibe 40 mindestens
zwei nach innen gerichtete Vorsprünge 48, welche formschlüssig mit
einer im Kolben 32 umlaufenden Nut 50 gekoppelt
werden. Alternativ kann die Scheibe 40 im Bereich der Ausnehmung 46 der
Scheibe 40 zum Beispiel einen gezogenen Napf 68 (4)
umfassen, mittels welchem die Scheibe 40 kraftschlüssig mit
dem Kolben 32 gekoppelt werden kann.
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In
dem zwischen der Scheibe 40 und dem der Antriebswelle 14 zugewandten
Ende des Stößelkörpers 34 liegenden
Abschnitt des Stößelkörpers 34 ist
beispielsweise eine weitere Scheibe 52 innerhalb des zylinderförmigen Stößelkörpers 34 angeordnet (1).
Die weitere Scheibe 52 umfasst mindestens zwei Vorsprünge 54, über welche
die weitere Scheibe 52 formschlüssig über mindestens zwei weitere
Ausnehmungen 56 des Stößelkörpers 34 mit
dem zylinderförmigen
Stößelkörper 34 gekoppelt
ist. Die weitere Scheibe 52 kann beispielsweise im zentralen
Bereich eine Ausnehmung 58 umfassen, über welche der Kolben 32 zumindest
teilweise aufgenommen werden kann. Bevorzugt umfasst die weitere
Scheibe 52 auf ihrer der Antriebswelle 14 zugewandten
Seite Führungselemente 60,
in der eine zylindrische Rolle 62 drehbar angeordnet ist.
Bevorzugt sind die Führungselemente 60 durch
an die radiale und/oder axiale Lagerung und Führung der Rolle 62 angepasste Verbiegungen
von Vorsprüngen.
Die Drehachse der Rolle 62 ist dabei zumindest annähernd parallel
zur Drehachse D der Antriebswelle 14 und die Rolle 62 liegt
am Nocken 30 der Antriebwelle 14 an und rollt auf
diesem ab. Die Scheibe 40 und/oder die weitere Scheibe 52 können jeweils
aus einem anderen Werkstoff bestehen als der Stößelkörper 34, beispielsweise
aus Stahl. Beispielsweise können
die Führungselemente 60 durch
Ausstanzen und Biegen hergestellt werden, wodurch eine kostengünstige Herstellung ermöglicht wird.
Dadurch kann die Lagerung der Rolle 62 in einfacher und
kostengünstiger
Weise ausgeführt
werden.
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Der
zylinderförmige
Stößelkörper 34 wird durch
Ausstanzen eines rechteckförmigen
Bleches 64 (2A) aus einem ebenen Ausgangsmaterial und
Rollen des rechteckförmigen
Bleches 64 (2A) zu dem zylinderförmigen Stößelkörper 34 hergestellt.
Durch die Herstellung des Stößelkörpers 34 aus
einem ebenen Blech kann insbesondere im Gegensatz zur Herstellung
mittels Zerspanen der Werkstoffeinsatz verringert werden. Bei einer
Herstellung aus dem Vollen müssen
beispielsweise 60% bis 70% des Ausgangsmaterials zerspant werden, wohingegen
die Herstellung des Stößelkörpers 34 aus
einem ebenen Blech eine Verringerung des Zerspananteils vom Ausgangsmaterial
auf weniger als 5% bis 10% ermöglichen
kann. Der geringe Materialeinsatz ermöglicht eine kostengünstige Herstellung der
Stößelbaugruppe 12.
Außerdem
kann der geringe Materialeinsatz eine belastungsspezifische Werkstoffwahl
weitestgehend unabhängig
von Werkstoffkosten ermöglichen,
beispielsweise eine Verwendung spezieller Gleitlagerwerkstoffe für den Stößelkörper 34 oder
andere für
die Tribologie günstige Werkstoffe,
beispielsweise Messinglegierungen oder Bronzelegierungen. Somit
kann ein besonders zuverlässiger
Betrieb der Hochdruckpumpe ermöglicht werden.
Insbesondere muss bei der Herstellung des Stößelkörpers 34 aus einem
ebenen Blech beispielsweise im Gegensatz zur Herstellung aus einem
Vollmaterial nur noch die äußere Zylinderform
des Stößelkörpers 34 geschliffen
werden, um benötigte
Genauigkeiten zu erlangen. Dadurch kann eine kostengünstige Herstellung
der Stößelbaugruppe 12 ermöglicht werden.
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Bevorzugt
werden auch die Scheibe 40 und/oder die weitere Scheibe 52 aus
einem ebenen Ausgangsmaterial ausgestanzt, wodurch eine kostengünstige Herstellung
ermöglicht
werden kann. Bevorzugt wird das rechteckförmige Blech 64 (2A) vor
dem Rollen zum zylinderförmigen
Stößelkörper 34 oder
vor dem Ausstanzen aus dem ebenen Ausgangsmaterial zumindest auf
der nach dem Rollen zum zylinderförmigen Stößelkörper 34 außen liegenden
Seite mit einer Gleit- und/oder Verschleißschutzschicht beschichtet,
wobei eine Schicht beide Funktionen erfüllen kann, Verbesserung der
Gleiteigenschaften und ebenso Verschleißschutz, wobei eine Schicht
aber auch nur eine der beiden Funktionen erfüllen kann, Verbesserung der
Gleiteigenschaften oder Verschleißschutz. Somit kann ein besonders
zuverlässiger
Betrieb der Hochdruckpumpe ermöglicht werden.
Alternativ oder zusätzlich
kann das rechteckförmige
Blech 64 (2A) vor dem Rollen zum zylinderförmigen Stößelkörper 34 oder
vor dem Ausstanzen aus dem ebenen Ausgangsmaterial zumindest auf
der nach dem Rollen zum zylinderförmigen Stößelkörper 34 außen liegenden
Seite strukturiert werden, wobei die Strukturierung zum Beispiel
als Verschleißschutz
und/oder zur Verbesserung der Gleiteigenschaften dienen kann.
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Der
Stößelkörper 34 bildet
zusammen mit dem Kolben 32, der Scheibe 40 und
der weiteren Scheibe 52, in der die Rolle 62 angeordnet
ist, die Stößelbaugruppe 12,
die eine vormontierte Baugruppe ist und in das Pumpengehäuse 28 und
das Zylindergehäuse 26 der
Hochdruckpumpe eingesetzt wird. Als weiteres Bauteil wird die Feder 36 innerhalb des
zylinderförmigen
Stößelkörpers 34 zwischen
der Scheibe 40 und dem Zylindergehäuse 26 eingesetzt.
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Durch
die vorgespannte Rückstellfeder 36 wird
die Stößelbaugruppe 12 über die
Rolle 62 in Anlage am Nocken 30 der Antriebswelle 14 gehalten. Somit
kann ein Abheben und Wiederauftreffen der Rolle 62 auf
den Nocken 30 vermieden werden, was zu Beschädigungen
sowohl innerhalb der Stößelbaugruppe 12 als
auch des Nockens 30 der Antriebswelle 14 führen könnte.
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Bei
der Drehbewegung der Antriebswelle 14 mit dem Nocken 30 wird
die Stößelbaugruppe 12 in einer
Hubbewegung angetrieben. In 1 ist der Kolben 32 in
seinem bezogen auf die Achse X oberen Totpunkt dargestellt. Bei
einer Drehung der Antriebswelle 14 mit dem Nocken 30 erfolgt
die in 1 abwärts
gerichtete Rückstellung
des Kolbens 32, die auch als Saughub bezeichnet werden
kann, durch die Feder 36, beispielsweise eine Spiraldruckfeder, deren
oberes Ende sich an einer Schulter des Pumpzylinders 38 abstützt und
deren unteres Ende sich an der Scheibe 40 innerhalb des
Stößelkörpers 34 abstützt. Die
Scheibe 40 innerhalb des Stößelkörpers 34 wirkt wiederum
derart mit dem Kolben 32 zusammen, dass die auf die Scheibe 40 innerhalb
des Stößelkörpers 34 wirkende
Federkraft sich auf den Kolben 32 überträgt und diesen nach unten führt. Bei
der umgekehrten Kolbenbewegung, die auch als Pumphub bezeichnet
werden kann, wird der Kolben 32 entgegen die Federkraft
nach oben hin gedrängt.
Aufgrund des hohen Kraftstoffdrucks wirkt hierbei eine sehr hohe
Kraft auf den Kolben 32, die über die Scheibe 40 und
die weitere Scheibe 52 auf den Stößelkörper 34 und die Rolle 62 und
somit auf den Nocken 30 übertragen wird.
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Anhand
der 2A bis 2E wird
ein Verfahren zur Herstellung der Stößelbaugruppe 12 für die Hochdruckpumpe
mit beispielhaften Ausführungsformen
erläutert.
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2A zeigt
das rechteckförmige
Blech 64, welches aus einem ebenen Ausgangsmaterial ausgestanzt
wird. Aus dem rechteckförmigen
Blech 64 werden mindestens zwei Ausnehmungen 44 ausgestanzt,
wobei die Ausnehmungen 44 derart angeordnet sind, so dass
die Ausnehmungen 44 nach einem Rollen des rechteckförmigen Bleches 64 zu
dem zylinderförmigen
Stößelkörper 34 entlang
dessen Umfang angeordnet sind. Die Ausnehmungen 44 sind derart
ausgestaltet, Vorsprünge 42 der
zumindest einen innerhalb des zylinderförmigen Stößelkörpers 34 anzuordnenden
Scheibe 40 zumindest teilweise aufzunehmen. Als beispielhafte
Ausführungsform
zeigt 2A vier Ausnehmungen 44 des
rechteckförmigen
Bleches 64.
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2B zeigt
die Scheibe 40 mit den mindestens zwei Vorsprüngen 42,
die derart ausgebildet sind, nach einem Rollen des rechteckförmigen Bleches 64 zu
dem zylinderförmigen
Stößelkörper 34 ein formschlüssiges Koppeln
mit dem zylinderförmigen Stößelkörper 34 über die
mindestens zwei Ausnehmungen 44 des Stößelkörpers 34 zu ermöglichen.
Da das rechteckförmige
Blech 64 in einer ersten Ausführungsform (2A)
vier Ausnehmungen 44 umfasst, umfasst die Scheibe 40 in
ihrer ersten Ausführungsform
vier Vorsprünge 42,
da die Vorsprünge 42 der Scheibe 40 bezüglich ihrer
Geometrie und ihrer Anzahl insbesondere zu den Ausnehmungen 44 des rechteckförmigen Blechs 64 korrespondieren.
Bevorzugt umfasst die Scheibe 40 im zentralen Bereich die Ausnehmung 46 zur
Aufnahme des Kolbens 32. Eine derartig hergestellte Scheibe 40 kann
kostengünstig hergestellt
werden und ermöglicht
insbesondere eine Kopplung des Stößelkörpers 34 zu dem Kolben 32 über die
Scheibe 40. Beispielsweise wird die Scheibe 40 mit
den mindestens zwei Vorsprüngen 42 aus
einem ebenen Ausgangsmaterial ausgestanzt, um eine kostengünstige Herstellung
zu ermöglichen.
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Insbesondere
kann auch eine weitere Scheibe 52 mit zumindest zwei Vorsprüngen 54 der
weiteren Scheibe 52 bereitgestellt werden. In diesem Fall umfasst
das rechteckförmige
Blech 64 insbesondere weitere Ausnehmungen 56,
die derart angeordnet sind, dass die weiteren Ausnehmungen 56 nach
einem Rollen des rechteckförmigen
Blechs 64 zu dem zylinderförmigen Stößelkörper 34 entlang dessen Umfang
angeordnet sind, und wobei die weiteren Ausnehmungen 56 derart
ausgestaltet sind, die Vorsprünge 54 der
weiteren Scheibe 52 zumindest teilweise aufzunehmen und
ein formschlüssiges
Koppeln zu ermöglichen.
Insbesondere sind in solch einem Fall die Ausnehmungen 44 und
die weiteren Ausnehmungen 56 des rechteckförmigen Bleches 64 entlang
parallelen Linien zueinander angeordnet.
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Nach
einem Rollen des rechteckförmigen Bleches 64 zu
dem zylinderförmigen
Stößelkörper 34 sind
die Ausnehmungen 44 entlang des Umfangs des zylinderförmigen Stößelkörpers 34 angeordnet
und der zylinderförmige
Stößelkörper 34 umfasst
eine Nahtstelle 66 (2C). Das
rechteckförmige
Blech 64 wurde derart zu dem zylinderförmigen Stößelkörper 34 gerollt, dass
die mindestens eine Scheibe 40 mit eingerollt wird und
die Scheibe 40 mit den mindestens zwei Vorsprüngen 42 nach
dem Rollen formschlüssig über die
mindestens zwei Ausnehmungen 44 des Stößelkörpers 34 mit dem zylinderförmigen Stößelkörper 34 gekoppelt
ist. Der zylinderförmige Stößelkörper umfasst
die Längsachse
X.
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Bevorzugt
wird der Stößelkörper 34 derart
in der Hochdruckpumpe orientiert, dass die Nahtstelle 66 nicht
im belasteten Bereich der Führung
im Pumpengehäuse 28 (1)
liegt, um einen besonders zuverlässigen
Betrieb zu ermöglichen.
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Nach
dem Rollen des rechteckförmigen Blechs 64 zu
dem zylinderförmigen
Stößelkörper 34 kann
das Verbinden der Nahtstelle 66 beispielsweise formschlüssig erfolgen
(2D). Ein formschlüssiges Verbinden der Nahtstelle 66 kann
eine einfache und kostengünstige
Herstellung des Stößelkörpers 34 ermöglichen.
Zum Beispiel kann das Verbinden der Nahtstelle 66 durch
Bördeln
erfolgen.
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In
einer weiteren Ausführungsform
kann das Verbinden der Nahtstelle 66 des zu dem zylinderförmigen Stößelkörper 34 gerollten
Blechs 64 beispielsweise auch kraftschlüssig erfolgen.
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In
einer weiteren Ausführungsform
kann das Verbinden der Nahtstelle 66 des zu dem zylinderförmigen Stößelkörpers 34 gerollten
Blechs 64 stoffschlüssig
erfolgen, beispielsweise durch (Laser-)Schweißen (2E).
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3 zeigt
eine schematische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform
des Kolbens 32 der Hochdruckpumpe. Der Kolben 32 wird
vorzugsweise über
die mindestens zwei nach innen gerichteten Vorsprünge 48 (5)
der Scheibe 40 und der am Kolben 32 umlaufenden
Nut 50 des Kolbens 32 mit der Scheibe 40 formschlüssig gekoppelt
und somit mit dem zylinderförmigen
Stößelkörper 34 gekoppelt. Eine
formschlüssige
Kopplung über
die nach innen gerichteten Vorsprünge 48 der Scheibe 40 kann
insbesondere das Übertragen
von hohen Kräften
ermöglichen
und kostengünstig
hergestellt werden.
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4 zeigt
eine schematische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform
der Scheibe 40 der Stößelbaugruppe 12.
Die Scheibe 40 umfasst im zentralen Bereich die bevorzugt
kreis förmige
an die Geometrie des Kolbens 32 angepasste Ausnehmung 46.
Des Weiteren umfasst die Scheibe 40 die mindestens zwei
Vorsprünge 42, über welche
die Scheibe 40 formschlüssig über die
mindestens zwei Ausnehmungen 44 des Stößelkörpers 34 mit dem zylinderförmigen Stößelkörper 34 gekoppelt
werden kann. Die Scheibe 40 umfasst im Bereich der Ausnehmung 46 einen
gezogenen Napf 68, mittels welchem die Scheibe 40 mit
dem Kolben 32 kraftschlüssig
gekoppelt werden kann. Beispielsweise weist der Kolben 32 ein Übermaß auf und
kann über
den gezogenen Napf 68 der Scheibe 40 kraftschlüssig eingepresst
werden.
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5 zeigt
eine schematische Ansicht einer weiteren beispielhaften Ausführungsform
der Scheibe 40 der Stößelbaugruppe 12.
Die Scheibe 40 umfasst die mindestens zwei Vorsprünge 42, über welche
die Scheibe 40 formschlüssig über die
mindestens zwei Ausnehmungen 44 des Stößelkörpers 34 mit dem zylinderförmigen Stößelkörper 34 gekoppelt werden
kann. Die Scheibe 40 umfasst im zentralen Bereich die Ausnehmung 46.
Die Ausnehmung 46 der Scheibe 40 ist derart ausgestaltet,
sodass die Scheibe 40 die mindestens zwei nach innen gerichteten
Vorsprünge 48 umfasst,
welche formschlüssig
mit der im Kolben 32 umlaufenden Nut 50 gekoppelt
werden können.
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6 zeigt
eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform der weiteren Scheibe 52 der Stößelbaugruppe 12.
Die weitere Scheibe 52 umfasst im zentralen Bereich die
Ausnehmung 58, über welche
zumindest teilweise der Kolben 32 aufgenommen werden kann.
Die weitere Scheibe 52 weist Vorsprünge 54 auf, welche über weitere
Ausnehmungen 56 des Stößelkörpers 34 formschlüssig mit
dem zylinderförmigen
Stößelkörper 34 gekoppelt
werden können.
Bevorzugt umfasst die weitere Scheibe 52 weitere Ausnehmungen 58', 58'', welche beispielsweise durch Ausstanzen
und Biegen hergestellt werden können.
Beispielsweise werden durch das Ausstanzen und Biegen Führungselemente 60 der
weiteren Scheibe 52 zur Aufnahme der Rolle 62 bereitgestellt. Dies
ermöglicht
eine kostengünstige
Herstellung und gleichzeitig eine in einfacher Weise ausgeführte Lagerung
und Führung
der Rolle 62. Beispielsweise wird die ra diale Lagerung
und Führung
der Rolle 62 durch Ausstanzen und Biegen im Bereich der
weiteren Ausnehmungen 58' der
weiteren Scheibe 58 ermöglicht
und eine axiale Lagerung und Führung
der zylindrischen Rolle 62 durch Ausstanzen und Biegen im
Bereich der weiteren Ausnehmungen 58'' der
weiteren Scheibe 58 ermöglicht.
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7 zeigt
eine schematische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform
des zylinderförmigen
Stößelkörpers 34 in
einem Querschnitt zur Längsachse
X des zylinderförmigen
Stößelkörpers 34.
Bei der in 7 dargestellten Ausführungsform wurde
das rechteckförmige
Blech 64 derart zu dem zylinderförmigen Stößelkörper 34 gerollt, sodass
der Querschnitt des zylinderförmigen
Stößelkörpers 34 von
einer Kreisform durch zumindest eine konkave Einbuchtung 70 abweicht,
beispielhaft durch vier konkave Einbuchtungen 70 (7).
Als Beispiel kann der Querschnitt des zylinderförmigen Stößelkörpers 34 kleeblattförmig ausgestaltet
sein wie in 7 dargestellt. Bevorzugt liegt
die Nahtstelle 66 des Stößelkörpers 34 in einer
der konkaven Einbuchtungen 70, so dass die Nahtstelle 66 nicht
im belasteten Bereich an einer Führung
liegt, um insbesondere einen zuverlässigen Betrieb zu ermöglichen.
Insbesondere können
sich die konkaven Einbuchtungen 70 im Umfang des zylinderförmigen Stößelkörpers 34 entlang
der Längsachse
X über
die gesamte Stößelkörperlänge erstrecken
und die Steifigkeit des Stößelkörpers 34 in
radialer Richtung bezogen auf die Längsachse erhöhen. Insbesondere
liegt der Stößelkörper 34 somit
nicht auf 360° seines
Umfangs an einer Führung
an, sondern hat weniger Kontakt zur Bohrung im Vergleich zu einem
kreisförmigen
Querschnitt des Stößelkörpers 34.
Somit kann ein zuverlässiger
Betrieb ermöglicht
werden. Die zumindest eine konkave Einbuchtung 70 kann
einen Druckausgleich zwischen den beiden gegenüberliegenden axialen Endbereichen
des zylinderförmigen
Stößelkörpers 34 bezogen
auf eine Längsachse
X ermöglichen.
Die zumindest eine konkave Einbuchtung 70 kann insbesondere
ohne großen
Mehraufwand bei der Herstellung beispielsweise durch Biegen ausgestaltet
werden und ermöglicht
somit eine kostengünstige
Herstellung.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
wird in dem zylinderförmigen
Stößelkörper 34 mindestens
eine Sicke eingebracht. Bevorzugt ist die Sicke eine maschinell
hergestellte rinnenförmige
Vertiefung und kann zur Erhöhung
der Steifigkeit des Stößelkörpers 34 dienen.
Eine hohe Steifigkeit des Stößelkörpers 34 ermöglicht einen
Einsatz von dünnwandigem
Ausgangsmaterial, wodurch Material eingespart und eine kostengünstige Herstellung
ermöglicht
werden kann.
-
Die
Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, vielmehr
sind zahlreiche Abwandlungen möglich
und von der Erfindung umfasst.
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- 10
- Fördereinheit
- 12
- Stößelbaugruppe
- 14
- Antriebswelle
- 16
- Zufuhrleitung
- 18
- erstes
Rückschlagventil
- 20
- Zylinderraum
- 22
- zweites
Rückschlagventil
- 24
- Abfuhrleitung
- 26
- Zylindergehäuse
- 28
- Pumpengehäuse
- 30
- Nocken
- 32
- Kolben
- 34
- Stößelkörper
- 36
- Feder
- 38
- Pumpzylinder
- 40
- Scheibe
- 42
- Vorsprung
der Scheibe
- 44
- Ausnehmung
des Stößelkörpers
- 46
- Ausnehmung
der Scheibe
- 48
- nach
innen gerichteter Vorsprung der Scheibe
- 50
- Nut
- 52
- weitere
Scheibe
- 54
- Vorsprung
der weiteren Scheibe
- 56
- weitere
Ausnehmung des Stößelkörpers
- 58
- Ausnehmung
der weiteren Scheibe
- 58', 58''
- weitere
Ausnehmung der weiteren Scheibe
- 60
- Führungselement
- 62
- Rolle
- 64
- rechteckförmiges Blech
- 66
- Nahtstelle
- 68
- gezogener
Napf
- 70
- konkave
Einbuchtung
- D
- Drehachse
- X
- Achse