Die Erfindung betrifft zunächst eine Kolbenpumpe,
insbesondere Hochdruck-Kraftstoffpumpe, mit einem Gehäuse
und mit einem in einem Führungsabschnitt des Gehäuses
geführten Kolben, der mit einem Endbereich in einen
Arbeitsraum hineinragt, wobei sich eine Kolbenfeder an
einem Federteller abstützt, und wobei sich der Federteller
in axialer Richtung an dem Kolben abstützt.
Stand der Technik
Aus der nicht vorveröffentlichten DE 103 22 597 ist eine
Hochdruck-Kolbenpumpe bekannt bei der sich der Federteller
über einen Sprengring in axialer Richtung an dem Kolben
abstützt.
Eine Kolbenpumpe der eingangs genannten Art ist aus der EP
1 162 365 Al bekannt. Diese zeigt eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe
einer Brennkraftmaschine, welche als
Radialkolbenpumpe ausgeführt ist. Ein Kolben ist in einer
Zylinderbuchse gleitend geführt und ragt mit einem
Endbereich in einen Arbeitsraum. Das vom Arbeitsraum
abgewandte Ende des Kolbens trägt einen Federteller, an dem
sich eine Kolbenfeder abstützt, deren anderes Ende sich
wiederum am Gehäuse der Kolbenpumpe abstützt. Bei dieser
Kolbenpumpe wird der Federteller in einem Tassenstößel
geführt. Das vom Arbeitsraum abgelegene Ende des Kolbens
wird in Einbaulage von einem Nocken einer Antriebswelle
beaufschlagt, wodurch der Kolben bei einer Drehung der
Antriebswelle in eine Hin- und Herbewegung versetzt wird.
Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, eine Kolbenpumpe
der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass sie
möglichst vollständig und einfach vormontiert und dabei
dennoch preiswert hergestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird bei einer Kolbenpumpe der eingangs
genannten Art dadurch gelöst, dass sich der Federteller in
axialer Richtung an einer Stützscheibe abstützt, und dass
die Stützscheibe in eine Ringnut in der Mantelfläche des
Kolbens eingreift.
Vorteile der Erfindung
Dier erfindungsgemäße Kolbenpumpe ist einfach herstellbar
und vollständig vormontierbar. Weil in vormontiertem
Zustand der Kolben unverlierbar im Gehäuse gehalten ist,
auch wenn die Kolbenpumpe noch nicht an einen
Antriebsbereich der Kolbenpumpe angekoppelt ist, verinfacht
sich die Endmontage der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe
erheblich und die fehlerquote bei der Endmontage wird stark
reduziert. Außerdem ist die radiale Führung der Kolbenfeder
und des Federtellers ohne Abstriche gewährleistet.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen der Erfindung
sind in Unteransprüchen angegeben.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist
vorgesehen, dass sich der Federteller in radialer Richtung
an dem Kolben abstützt, wobei es besonders vorteilhaft ist,
wenn sich der Federteller über eine Mittenbohrung in
radialer Richtung an dem Kolben abstützt. Auf diese Weise
kann ohne zusätzlichen Aufwand die radiale Fixierung des
Federtellers relativ zum Kolben gewährleistet werden.
Dadurch ist auch gewährleistet, dass die Kraft der
Kolbenfeder stets koaxial in den Kolben eingeleitet wird,
was sich positiv auf die Lebensdauer von Kolben und
Zylinder auswirkt.
Alternativ kann sich der Federteller auch in radialer
Richtung an der Stützscheibe abstützten, wobei es besonders
vorteilhaft ist, wenn die Stützscheibe einen Kragen
aufweist und sich die Stützscheibe mit dem Kragen,
insbesondere mit einem abgerundeten Kragen, den Federteller
radial an einem Innendurchmesser abstützt. Auch dadurch
wird ein koaxiale Einleitung der Federkraft gewährleistet.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die der
Kolbenfeder abgewandte Kante der Ringnut abgerundet und
eine mit der Kante zusammenwirkende Auflagefläche der
Stützscheibe hierzu komplementär, insbesondere ballig oder
kugelig, ausgebildet, so dass Winkelfehler, die
beispielsweise durch die Kolbenfeder verursacht werden,
zwischen Stützscheibe und/oder Federteller einerseits und
dem Kolben andererseits ausgeglichen werden können.
Vorteilhaft ist ferner, wenn mindestens ein Ende des
Kolbens einen konischen Einführabschnitt aufweist. Mittels
dieses Einführabschnitts kann beispielsweise eine
Kolbendichtung auf den Kolben aufgeschoben bzw. der Kolben
in die Kolbendichtung eingeführt werden, ohne dass die
Kolbendichtung beschädigt wird.
Eine weitere, besonders bevorzugte Ausgestaltung der
erfindungsgemäßen Kolbenpumpe wird dadurch gekennzeichnet,
dass sich ein vom Stützscheibe abgewandtes Ende der
Kolbenfeder an einem Adapterteil des Gehäuses abstützt.
Durch ein solches Adapterteil, welches beispielsweise aus
Kunststoff hergestellt sein kann, kann die ansonsten
gleiche Kolbenpumpe in unterschiedlichen Einbausituationen
eingesetzt werden. Das Adapterteil bildet sozusagen die
"Schnittstelle" an die individuellen Einbauerfordernisse,
beispielsweise an unterschiedliche Antriebsbereiche.
Dadurch, dass die Kolbenfeder zwischen dem Adapterteil und
dem am Gehäuse verliersicher gehaltenen Kolben verspannt
ist, wird das Adapterteil selbst sicher gegen das Gehäuse
beaufschlagt. Eine derartige Kolbenpumpe kann also
vollständig vormontiert werden, was deren spätere
Integration, beispielsweise in den Zylinderkopf einer
Brennkraftmaschine, erheblich erleichtert.
Zeichnungen
Nachfolgend werden besonders bevorzugte
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter
Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher
erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
- Figur 1
- eine schematische Darstellung einer
Brennkraftmaschine mit einem Kraftstoffsystem,
welches eine Kolben-Kolbenpumpe umfasst;
- Figur 2
- einen teilweisen Schnitt durch die Hochdruck-Kolbenpumpe
von Figur 1;
- Figur 3
- ein Detail III-III von Figur 2 und
- Figur 4
- einen Bereich einer alternativen Ausführungsform
der Hochdruck-Kolbenpumpe von Figur 2.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Figur 1 trägt eine Brennkraftmaschine insgesamt das
Bezugszeichnen 10. Sie umfasst ein Kraftstoffsystem 12.
Das Kraftstoffsystem 12 besteht unter anderem aus einem
Kraftstoffbehälter 14, aus dem eine elektrisch angetriebene
Vorförderpumpe 16 den Kraftstoff zu einer Hochdruck-Kolbenpumpe
18 fördert. Diese ist an einen Zylinderkopf 20
der Brennkraftmaschine 10 angebaut. Die Hochdruck-Kolbenpumpe
18 wird auf in Figur 1 nicht näher dargestellte
Art und Weise von einer Nockenwelle (nicht dargestellt)
angetrieben, welche wiederum mit der Nockenwelle (ebenfalls
nicht dargestellt) der Brennkraftmaschine 10 gekoppelt ist.
Die Hochdruck-Kolbenpumpe 18 verdichtet den ihr zugeführten
Kraftstoff und fördert ihn in eine Kraftstoff-Sammelleitung
22, in der der Kraftstoff unter sehr hohem Druck
gespeichert ist. An die Kraftstoff-Sammelleitung 22 sind
mehrere Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 24 angeschlossen,
die den Kraftstoff direkt in ihnen zugeordnete Brennräume
26 einspritzen.
Der genaue Aufbau der Hochdruck-Kolbenpumpe 18 geht aus
Figur 2 hervor:
Danach umfasst die Hochdruck-Kolbenpumpe 18 ein Gehäuse 28,
welches ein Kraftstoffführungsteil 30 und eine
Zylinderbuchse 32 umfasst. Am Kraftstoffführungsteil 30
sind ein Einlassstutzen 34, ein Auslassstutzen 36, sowie
ein Druckdämpfer 38 befestigt. In der Zylinderbuchse 32 ist
in einer Führungsbohrung 39 ein Kolben 40 gleitend geführt,
sie bildet also einen Führungsabschnitt für den Kolben 40.
Die Zylinderbuchse 32 ist in eine stufenförmige Sackbohrung
42 im Kraftstoffführungsteil 30 eingesetzt und am
Kraftstoffführungsteil 30 mittels eines Halterings 44
festgelegt.
In einen Bereich der Sackbohrung 42 ist koaxial zur
Zylinderbuchse 32 ein Adapterteil 46 aus Kunststoff
eingesetzt. Dieses greift in eine Öffnung 48 im
Zylinderkopf 20 der Brennkraftmaschine 10 ein. Durch das
Adapterteil 46 wird also die Anbindung des
Kraftstoffführungsteils 30 an den Zylinderkopf 20 der
Brennkraftmaschine 10 hergestellt. Die Abdichtung zwischen
dem Adapterteil 46 und dem Kraftstoffführungsteil 30
erfolgt durch einen O-Ring 50, jene zwischen dem
Adapterteil 46 und dem Zylinderkopf 20 über einen O-Ring
52. Die Hochdruck-Kolbenpumpe 18 ist am Zylinderkopf 20
über einen Flanschring 54 und entsprechende Schrauben (ohne
Bezugszeichen) befestigt.
Wie aus Figur 3 hervorgeht, sind das Kraftstoffführungsteil
30 beziehungsweise das Adapterteil 46 so ausgebildet, dass
in der in Figur 2 dargestellten Einbaulage der Hochdruck-Kolbenpumpe
18 zwischen dem Kraftstoffführungsteil 30 und
dem Zylinderkopf 20 der Brennkraftmaschine 10 noch ein
geringer Spalt vorhanden ist. Dieser beträgt im
vorliegenden Ausführungsbeispiel 0,1 mm. Hierdurch wird
gewährleistet, dass der Kraftfluss in Einbaulage über das
Adapterteil 46 zum Zylinderkopf 20 verläuft.
Ein oberer Endbereich 56 des Kolbens 40 ragt in einen
Arbeitsraum 58 hinein, welcher fluidisch mit dem
Einlassstutzen 34 und dem Auslassstutzen 36 kommunizieren
kann. In der Mantelfläche (ohne Bezugszeichen) des oberen
Endbereichs 56 des Kolbens 40 ist eine Ringnut 60
vorhanden, in welche ein Sprengring 62 eingelegt ist. Am
entgegengesetzten Endbereich 64 des Kolbens 40 ist
ebenfalls eine Ringnut 66 vorhanden, welche jedoch deutlich
tiefer ist als die Ringnut 60. In diese Ringnut 66 ist von
der Seite her eine Stützscheibe 68 eingeschoben. Hierzu ist
die Stützscheibe 68 auf einer Seite mit einem Schlitz 70
versehen. Dessen Breite entspricht in etwa dem Durchmesser
der Ringnut 66. Dieser Zusammenhang ist aus dem im unteren
Teil der Figur 2 dargestellten Schnitt durch den Kolben 40
auf Höhe der Stützscheibe 68 gut zu erkennen.
Auf der Stützscheibe 68 liegt ein Federteller 69 auf. Der
Federteller 69 ist ein topfförmiges Bauteil mit einem
geschlossenen Rand 71; das heißt es weist im Gegensatz zu
der Stützscheibe 68 keinen Schlitz auf. Zwischen dem Rand
71 des Federtellers 68 und dem Adapterteil 46 ist eine
Kolbenfeder 72 verspannt. Dadurch, dass der Federteller 69
topfförmig aufgebaut ist und er keinen Schlitz aufweist ist
er sehr belastbar, insbesondere in axialer Richtung, so
dass er die von der Kolbenfeder 72 eingeleiteten Kräfte
stets sicher und zuverlässig übertagen kann.
Der Federteller 69 weist eine Mittenbohrung 75 auf, deren
Durchmesser DB etwas größer als der Durchmesser des Kolbens
40 oberhalb der Ringnut 66 ist. Dadurch wird der
Federteller 69 in eingebautem Zustand vom Kolben 40
zentriert.
Ein Innendurchmesser Di des topfförmigen Federtellers 69
ist so bemessen, dass er die Stützscheibe 68 zentriert.
Dadurch ist gewährleistet, dass die Stützscheibe 68 in
montiertem Zustand nicht aus der Ringnut 66 herauswandern
kann. Außerdem bewirkt der Innendurchmesser Di, dass sich
die Stützscheibe 68 auch unter größter Belastung nicht
radial aufweiten kann, was zu einem Verlust der
Funktionsfähigkeit der Hochdruck-Kolbenpumpe 18 führen
würde. Schließlich ist durch die erfindungsgemäße
Konstruktion stets gewährleistet, dass die Federkraft der
Kolbenfeder 72 stets mittig an dem Kolben 40 angreift.
Die Hochdruck-Kolbenpumpe 18 wird folgendermaßen
vormontiert:
Zunächst wird der Sprengring 62 in die Ringnut 60 des
Kolbens 40 eingelegt. Dann wird der Kolben 40 mit dem
Endbereich 64 voraus in die Zylinderbuchse 32 eingeführt.
Hierzu sind an den Endbereich 64 Einführschrägen (Fasen)
73a und 73b angedreht. Nun wird die Zylinderbuchse 32 in
die Sackbohrung 42 im Kraftstoffführungsteil 30 eingepresst
und mittels des Halterings 44 am Kraftstoffführungsteil 30
verschweißt. Weiter wird das Adapterteil 46 eingesetzt und
die Kolbenfeder 72 am Adapterteil 46 und koaxial zum Kolben
40 angeordnet. Jetzt kann der Federteller 69 vom unteren
Endbereich 64 so weit auf den Kolben 40 aufgeschoben
werden, dass die Stützscheibe 68 mit ihrem Schlitz 70
seitlich in die Ringnut 66 des Kolbens 40 eingeschoben
werden kann. Diese Montagesituation ist in Fig. 2 nicht
dargestellt. Dann wird die Kolbenfeder 72 losgelassen,
wodurch sie sich zwischen dem Federteller 68 und dem
Adapterteil 46 verspannt. In Folge dessen wird die
Stützscheibe 68 zentriert und gesichert.
Die Vorspannung der Kolbenfeder 72 erfolgt durch nicht
dargestellte Seitenschieber. Wenn die Kolbenfeder 72
losgelassen wurde, so dass die diese auf dem Federteller 69
aufliegt, können die Seitenschieber leicht entfernt werden,
da die Federkraft der Kolbenfeder 72 nicht mehr auf sie
wirkt.
Die Kolbenfeder 72 drückt nun den Kolben 40 aus dem
Arbeitsraum 58 heraus, bis der Sprengring 62 an der
Zylinderbuchse 32 in Anlage kommt. Weiter kann der Kolben
40 aus dem Arbeitsraum 58 nicht herausbewegt werden, da der
Außendurchmesser des Sprengrings 62 größer ist als der
Innendurchmesser der Führungsbohrung 39 der Zylinderbuchse
32. Der Sprengring 62 bildet also einen Sicherungsabschnitt
im Sinne einer "Verliersicherung" für den Kolben 40.
Hiermit ist die Vormontage der Hochdruck-Kolbenpumpe 18
beendet. In diesem vormontierten Zustand werden sämtliche
Teile der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 18 sicher
zusammengehalten. Durch die Kraft der Kolbenfeder 72 wird
auch das Adapterteil 46 so zuverlässig gegen das
Kraftstoffführungsteil 30 gedrückt, dass der O-Ring 50
nicht verrutschen kann.
An den Zylinderkopf 20 wird die vormontierte Hochdruck-Kolbenpumpe
18 angebaut, indem sie mit dem Adapterteil in
die Aufnahmeöffnung 48 eingesteckt und anschließend über
den Flansch 54 befestigt wird. In dieser Einbaulage liegt
der in Figur 2 untere Endbereich 64 des Kolbens 40 an einem
in Figur 2 nur strichpunktiert angedeuteten
Tassenstößelboden 74 einer weiter nicht dargestellten
Exzenter-Antriebswelle an. Hierdurch wird die Kolbenfeder
72 komprimiert, der Kolben 40 mit dem Endbereich 56 etwas
in den Arbeitsraum 58 hinein geschoben, und der Sprengring
62 hebt etwas von der Zylinderbuchse 32 ab.
Die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 18 arbeitet folgendermaßen:
Bei einer Drehung der Exzenter-Antriebswelle wird der
Kolben 40 durch den Tassenstößelboden 74 in eine Hin- und
Herbewegung versetzt. Durch die Kolbenfeder 72 wird der
Kolben 40 dabei ständig gegen den Tassenstößelboden 74
gepresst. Aufgrund der Hin- und Herbewegung des Kolbens 40
ändert sich das Volumen des Arbeitsraums 58 zyklisch. Bei
einer Vergrößerung des Volumens des Arbeitsraums 58 wird
Kraftstoff über den Einlassstutzen 34 in den Arbeitsraum 58
angesaugt, bei einer Verkleinerung des Arbeitsraums 58 wird
der Kraftstoff im Arbeitsraum 58 komprimiert und
schließlich über den Auslassstutzen 36 ausgestoßen. Hierzu
sind zwischen dem Einlassstutzen 34 beziehungsweise dem
Auslassstutzen 36 und dem Arbeitsraum 58 entsprechende Einund
Auslassventile vorgesehen.
Eine alternative Ausgestaltung einer Hochdruck-Kolbenpumpe
18 wird nun im Zusammenhang mit der Figur 4 erläutert.
Dabei gilt hier und nachfolgend, dass solche Elemente und
Bereiche, welche äquivalente Funktionen zu Elementen und
Bereichen von zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen
aufweisen, die gleichen Bezugszeichen tragen. Sie werden im
Allgemeinen nicht nochmals im Detail erläutert.
In Figur 4 ist nur der untere Teil eines weiteren
Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Hochdruck-Kolbenpumpe
18 dargestellt, da der obere Teil gleich wie
bei dem ersten Ausführungsbeispiel (siehe Figur 2)
ausgeführt ist.
Ein Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel besteht
darin, dass die in Figur 4 untere Kante 76 der Ringnut 66
abgerundet ist und mit einer entsprechend geformten
balligen Auflagefläche 78 der Stützscheibe 68 so
zusammenwirkt, dass die Stützscheibe 68 am Kolben 40
zentriert wird.
Die Stützscheibe 68 weist an ihrem Außendurchmesser einen
abgerundeten Kragen 80 auf, der zur Zentrierung des
Federtellers 69 dient. Dies bedeutet, dass die
Mittenbohrung 75 des Federteller 69 nicht zur Zentrierung
benötigt wird.