Hintergrund de Erfindung Bei Dieseleinspritzvorrichtungen sorgt ein Niederdrucksystem dafür, daß der Kraftstoff vom Tank zur eigentlichen Hochdruckeinspritzung gefördert wird, wie es beispielsweise van Basshuysen und Schäfer im"Handbuch Verbrennungs- motor", Vieweg-Verlag Braunschweig/Wiesbaden 2002, erläutern. Das Hoch- drucksystem ist im Wesentlichen durch die eigentliche Hochdruckpumpe cha- rakterisiert. Der erforderliche Hochdruck und damit die Einspritzleistung wird ausschließlich durch Kolbenpumpen erzeugt. Dabei können einzylindrige Axi- alkolbenpumpen zum Einsatz kommen, welche in der Lage sind, Drücke von mehr als 1.000 bar langzeitstabil zu erzeugen und ggf. auch die erforderlichen Mengen zu dosieren.

Bei der sogenannten Pumpe-Düse-Einheit (PDE), auch als Unit-Injector- System (UIS) oder Electronic-Unit-Injector (EUI) bezeichnet, bilden das hoch- druckerzeugende Pumpenelement und das Einspritzventil eine Baueinheit. Der

Antrieb des Pumpenkolbens erfolgt über die motoreigene, oben liegende No- ckenwelle, auf der spezielle Einspritznocken angeordnet sind, deren Bewegun- gen jeweils von einem Kipphebel auf den Pumpenkolben einer Pumpe-Düse- Einheit übertragen werden kann. Ein solches System ermöglicht die höchsten Einspritzdrücke bei Dieselmotoren. Das Einspritzdruckniveau liegt derzeit bei knapp über 2.000 bis 2.500 bar. Das System kommt sowohl bei PKW-Motoren, als auch bei Nutzfahrzeugen zum Einsatz. Die Anordnung des Pumpe-Düse- Elements im Zylinderkopf erfordert eine Neukonstruktion des Zylinderkopfes mit integrierter Kraftstoffzu-und-abführung, sowie einen besonders steifen und beiastungsfähigen Antrieb der Nockenwelle.

Aus der Druckschrift DE 100 44 997 A1 ist eine Hochdruckpumpe der eingangs genannten Art bekannt, die als Druckstücke mehrere Druckplatten aufweist.

Jede Druckplatte liegt mit einer Seite an einer ebenen Fläche eines Tripode- ringes an, der als Antriebsglied wirkt. An der anderen Seite weist die Druckplat- te eine Anlagefläche für einen Radialkolben auf. Die Anlagefläche hat ein ke- geliges oder ein gotisches Profil. Der Kolbenboden ist ballig ausgeführt, so daß zwischen ihm und der kegeligen oder gotisch gewölbten Fläche ein ringflä- chenförmiger Kontakt besteht.

Bei der Übertragung der über eine Nockenwelle bzw. einen Kipphebel aufge- brachten Kraft zur Komprimierung des Kraftstoffes im Injektor können starker Verschleiß und Fresser an der Kontaktstelle zwischen dem Druckstück und dem Kolben auftreten, die als Kugel-Kalotten-Verbindung ausgeführt sein kann.

Die Ursachen für den Verschleiß liegen darin, daß durch die Höhe der eingelei- teten Kraft sehr hohe Flächenpressungen zwischen der kugelförmigen Kalotte und der Halbkugel des Druckstücks auftreten. Infolge einer Kugel-Kalotten- Verbindung kommt es zu einer punktförmigen Lastverteilung, die sich ungüns- tig auf die Spannungszustände wie Hertz'sche Pressungen auswirkt.

Zusammenfassung der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hochdruckpumpe für die Kraft- stoffeinspritzung anzugeben, welche in dem Druckstück und dem Kolben in deren Berührungsbereich eine optimierte Druckverteilung aufweist, so daß die Hertz'schen Pressungen und inneren Spannungszustände gegenüber denjeni- gen vorbekannter Hochdruckpumpen reduziert sind. Außerdem soll durch Ver- lagerung des mittigen Druckpunktes in der konkaven Stirnfläche auf eine ring- förmig tragende Druckfläche ein besserer Zugang für Schmieröl zu dem Druck- bereich geschaffen werden, so daß sich auch dadurch der Verschleiß reduzie- ren läßt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Hochdruckpum- pe ein nach dem Pumpen-Düse-System (Unit-Injector-System) arbeitender In- jektor ist, in welchem das Druckstück als Kugelbolzen mit einer kugelförmigen Stirnfläche ausgebildet ist, der mit seiner ringförmigen Berührungsfläche an dem mit einer kalottenförmigen Stirnfläche ausgebildeten Pumpenkolben des Injektors axial anliegend angeordnet ist.

Der Kugelbolzen mit einer Bolzenachse und der Pumpenkolben mit einer Kol- benachse können jeweils eine kreiszylindrische Form aufweisen.

An der kugelförmigen Stirnfläche des Kugelbolzens können konzentrisch zu dessen Bolzenachse eine durch einen Kreisdurchmesser bestimmte zentrale Planfläche und eine ringförmige Berührungsfläche angeordnet sein, welche von einem inneren Durchmesser sowie einem äußeren Durchmesser begrenzt ist.

Eine ringförmige Berührungsfläche des Kugelbolzens weist einen Kreis mit einem mittleren Durchmesser auf, dabei kann jede durch die Kreislinie und den Kugelmittelpunkt der Stirnfläche verlaufende Gerade zu der Bolzenachse in einem spitzen Winkel angeordnet sein.

Der ringförmigen Berührungsfläche des Kugelbolzens entspricht eine ringför- mige Berührungsfläche des Pumpenkolbens, die innerhalb von dessen kalot- tenförmiger Stirnfläche ausgebildet ist.

Durch die geometrische Ausbildung der Kalotte des Pumpenkolbens und der Halbkugel des Kugelbolzens bildet sich eine kreisringförmige Druckfläche, die zu einer Reduzierung der Hertz'schen Pressung führt. Darauf aufbauend ergibt sich eine verbesserte Spannungsverteilung in der Kalotte und eine Reduzie- rung der Verformungen mit verbessertem Schmierfilmaufbau. Die Folge ist eine Verringerung des Verschleißes.

Kurze Beschreibung der Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Vergleich mit einer vorbekannten Pumpe im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen : Figur 1 einen Kugelbolzen einer erfindungsgemäßen Druckstück-Kolben- Einheit in der Seitenansicht ; Figur 2 einen Pumpenkolben der erfindungsgemäßen Druckstück- Kolben-Einheit in der Seitenansicht ; Figur 3 den Kugelbolzen gemäß Figur 1 in vergrößerter Darstellung ; Figur 4 einen Injektor nach dem vorbekannten Stand der Technik, sche- matisch in einem Axialschnitt.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnung Ein Injektor der Fa. Robert Bosch GmbH für einen Pkw-Motor ist in Figur 4 dar- gestellt. Er betrifft eine momentane Serienlösung für niedrigen Systemdruck mit einer Kugel-Kugel-Verbindung zwischen einem zylindrischen Pumpenkolben 1 und einem daran stirnseitig abgestützten Kugelbolzen. Der Pumpenkolben ist in der Bohrung eines Pumpenkörpers 2 längs seiner Kolbenachse verschiebbar angeordnet. Der Pumpenkörper 2 befindet sich in einem Zylinderkopf 3 eines Dieselmotors und weist im Bereich eines Brennraums 4 des Motors eine Ein- spritzdüse 5 mit einer Düsennadel 6 und deren Nadelsitz 7 auf. An dem von dem Brennraum 4 abgewandten Ende des Injektors ragt der Pumpenkolben 1 aus dem Pumpenkörper 2 heraus. Er ist hier mit einer konkaven Stirnfläche 8 an einer konvexen Stirnfläche 9 des Kugelbolzens 10 abgestützt. Ein von einer Nockenwelle 11 beaufschlagter Kipphebel 12 verschiebt den Kolbenbolzen 10 und den Pumpenkolben 1 periodisch zum Pumpenkörper 2 hin, während eine Rückstellfeder 13 den Pumpenkolben 1 periodisch aus dem Pumpenkörper 2 herausbewegt.

Die Verbindung zwischen einem Pumpenkolben 14 und einem Kugelbolzen 15 eines erfindungsgemäßen Injektors geht aus den Figuren 1 bis 3 hervor. Der zylindrische Pumpenkolben 14 mit seiner Kolbenachse 16 weist an einer Stirn- seite eine kalottenförmige Stirnfläche 17 auf, an welcher der eine Bolzenachse 18 aufweisende zylindrische Kugelbolzen 15 im eingebauten Zustand mit ei- nem stirnseitigen Ende anliegt und hier zu diesem Zweck mit einer kugetförmi- gen Stirnfläche 19 versehen ist, welche in die Kalottenform 17 des Pumpenkol- bens 14 hineinpaßt.

An der kugelförmigen Stirnfläche 19 ist eine zu der Bolzenachse 18 konzentri- sche Planfläche mit einem Kreisdurchmesser 20 ausgebildet, welche an der Abstützung des Kugetbotzens 15 an dem Pumpenkolben 14 nicht mitwirkt. Da- her ergibt sich für diese Abstützung an der Stirnfläche 19 eine entsprechend der Kugelform gewölbte ringförmige Berührungsfläche mit einem inneren

Durchmesser 21 und einem äußeren Durchmesser 22. Mit diesem"Kugelring" liegt der Kugelbolzen 15 an dem Pumpenkolben 14, und zwar an dessen kalot- tenförmiger Stirnfläche 17 an.

Die geometrische Ausbildung ist so gewählt, daß von der Kugel der Stirnfläche 19 mit dem Kugeldurchmesser 23 der Mittelpunkt M auf der Bolzenachse 18 liegt. Ein mittlerer Durchmesser 24 bestimmt einen Kreis auf der Berührungs- fläche der Stirnfläche 19. Jede durch diese Kreislinie und den Mittelpunkt M verlaufende Gerade 25 bildet mit der Bolzenachse 18 einen spitzen Winkel a.

Die Bemessungsverhältnisse sind hier für den Kugelbolzen 15 und seine kugel- förmige Stirnfläche 19 beschrieben, sie gelten in entsprechender Weise auch für den Pumpenkolben 14 und dessen kalottenförmige Stirnfläche 17. Im Aus- führungsbeispiel ist folgende Abmessungskombination möglich : an dem Kugelbolzen 15 : Kugeldurchmesser = 6, 96mm Innerer Durchmesser 21 = 1, 8 mm Äußerer Durchmesser 22 = 4, 9 mm Mittlerer Durchmesser 24 = 3, 48 mm Spitzer Winkel a = 30° Durchmesser 20 der Planfläche 1, 0 mm ; an dem Pumpenkolben 14 : Durchmesser der Kugelkalotte = 9, 96 mm Innerer Durchmesser = 1, 7 mm Äußerer Durchmesser = 5, 0 mm Mittlerer Durchmesser = 3, 48 mm Spitzer Winkel a = 30°.

Bezugszahlenliste 1 Pumpenkolben 2 Pumpenkörper 3 Zylinderkopf 4 Brennraum 5 Einspritzdüse 6 Düsennadel 7 Nadelsitz 8 Konkave Stirnfläche 9 Konvexe Stirnfläche 10 Kugelbolzen 11 Nockenwelle 12 Kipphebel 13 Rückstellfeder 14 Pumpenkolben 15 Kugelbolzen 16 Kolbenachse 17 Kalottenförmige Stirnfläche 18 Bolzenachse 19 Kugelförmige Stirnfläche 20 Kreisdurchmesser der Planfläche 21 Innerer Durchmesser 22 Äußerer Durchmesser 23 Kugeldurchmesser 24 Mittlerer Durchmesser 25 Gerade M Mittelpunkt a spitzer Winkel