Titel:

Hochdruckpumpe Die Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Eine solche Hochdruckpumpe umfasst wenigstens ein Pumpenelement mit einem hubbeweglichen Pumpenkolben, welcher mittelbar über eine Stößelanordnung an einem Nocken oder Exzenter einer Antriebswelle abgestützt ist. Die Antriebswelle ist in einem Gehäuse der Hochdruckpumpe drehbar gelagert, wobei die Stößelanordnung eine Umwandlung der Drehbewegung der Antriebswelle in eine Translationsbewegung des Pumpenkolbens bewirkt. Die Stößelanordnung ist hierzu in einer Bohrung des Gehäuses der Hochdruckpumpe axial verschiebbar geführt. Stand der Technik

Eine Hochdruckpumpe der vorstehend genannten Art geht beispielsweise aus der Offenlegungsschrift DE 103 55 029 A1 hervor. Die hierin beschriebene Hochdruckpumpe weist wenigstens ein Pumpenelement mit einem durch eine Antriebswelle der Hochdruckpumpe in einer Hubbewegung angetriebenen Pumpenkolben auf. Der Pumpenkolben stützt sich über einen in einer Bohrung eines Gehäuse der Hochdruckpumpe verschiebbar geführten Stößel an der Antriebswelle ab. Die Antriebswelle weist einen exzentrisch zu ihrer Drehachse ausgebildeten Wellenabschnitt auf, auf dem ein Ring drehbar gelagert ist, an dem der Stößel anliegt. Im Betrieb der Hochdruckpumpe wird der Stößel im Bereich seines Kontaktes mit dem Ring, an welchem er anliegt, sowie im Kontaktbereich mit der Bohrung, in welche er aufgenommen ist, auf Reibung beansprucht. Der Stößel ist somit einem starken Verschleiß ausgesetzt. Um den Verschleiß des Stößels zu mindern, wird vorgeschlagen, wenigstens einen Kontaktbereich des Stö- ßels mit dem Ring und/oder der Bohrung mit einer Verschleißschutzbeschichtung zu versehen. Vorzugsweise ist die Verschleißschutzbeschichtung als Gleitlack- beschichtung ausgebildet. Der Gleitlack weist die erforderlichen Eigenschaften hinsichtlich Reibwert, Verschleißbeständigkeit und Temperaturbeständigkeit zum Einsatz im Inneren der Hochdruckpumpe auf. Alternativ wird eine Kohlenstoffbe- schichtung oder eine durch ein chemisches oder galvanisches Verfahren aufgebrachte Beschichtung, beispielsweise aus Hartchrom, Manganphosphat oder Titannitrit als Verschleißschutzbeschichtung vorgeschlagen. Die Verschleißschutz- beschichtung bewirkt, dass die Reibung im Kontaktbereich des Stößels mit dem Ring und/oder der Bohrung verringert und demzufolge die Verschleißbeständigkeit erhöht wird.

Stößel haben die Aufgabe, Querkräfte aufzunehmen, welche bei der Umwandlung der Drehbewegung der Antriebswelle in einer Translationsbewegung des Pumpenkolbens entstehen. Die dabei auftretenden Querkräfte bzw. radialen Kräfte können bis zu 1500 N betragen, mit welchen sich der Stößel am Gehäuse abstützt. Die Querkräfte haben zudem Auswirkungen auf die axiale Bewegung des Stößels. Je größer die Querkräfte sind, welche auf den Stößel einwirken, desto größer ist die erforderliche axiale Kraft, um den Stößel zu bewegen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Hochdruckpumpe der eingangs genannten Art derart weiter zu entwickeln, dass deren Robustheit gesteigert wird. Insbesondere soll in diesem Zusammenhang die erforderliche axiale Kraftkomponente reduziert werden.

Zur Lösung der Aufgabe wird eine Hochdruckpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den auf Anspruch 1 rückbezogenen Unteransprüchen angegeben.

Offenbarung der Erfindung

Die vorgeschlagene Hochdruckpumpe umfasst wenigstens ein Pumpenelement mit einem hubbeweglichen Pumpenkolben, welcher mittelbar über eine Stößelanordnung an einem Nocken oder Exzenter einer Antriebswelle abgestützt ist, die in einem Gehäuse der Hochdruckpumpe drehbar gelagert ist, so dass im Betrieb der Hochdruckpumpe die Drehbewegung der Antriebswelle in eine Translationsbewegung des Pumpenkolbens umwandelbar ist. Das Gehäuse der Hochdruckpumpe weist eine Bohrung auf, in welcher die Stößelanordnung axial verschieb- bar geführt ist. Erfindungsgemäß besitzt die Bohrung und/oder die Stößelanordnung zumindest in einem Teilumfangsbereich eine ein Gleitlagermaterial aufweisende Oberfläche. Die Oberfläche weist demzufolge einen geringeren Reibwert bzw. Reibungskoeffizienten auf, so dass die Reibungskräfte, die im Betrieb der Hochdruckpumpe zwischen der Bohrung und der Stößelanordnung wirken, verringert werden. Die Verringerung der Reibungskräfte hat zur Folge, dass die erforderliche axiale Kraft zur axialen Bewegung der Stößelanordnung ebenfalls verringert wird. Entsprechend sinkt die Leistungsaufnahme der Hochdruckpumpe, was sich wiederum positiv im Hinblick auf die Schadstoffemission der Brenn- kraftmaschine auswirkt, in welcher die Hochdruckpumpe eingesetzt ist. Durch ein

Stößellager der vorstehend beschriebenen Art kann der Reibungskoeffizient beispielsweise bei Reibpartnern aus Stahl von etwa 0,1 auf etwa 0,02 gesenkt werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Gleitlagermaterial Polytetrafluorethylen (PTFE) oder Polyetherketon (PEEK). Beide Gleitlagermaterialien weisen hervorragende Eigenschaften hinsichtlich Reibungskoeffizient, Verschleißbeständigkeit und Temperaturbeständigkeit auf. Das Gleitlagermaterial wurde bevorzugt nach Herstellung der Bohrung in einem weiteren Arbeitsschritt auf die Oberfläche aufgebracht.

Des Weiteren bevorzugt umfasst die Stößelanordnung einen hülsenförmigen Stößelkörper, welcher zumindest in einem Teilumfangsbereich eine ein Gleitlagermaterial aufweisende Oberfläche besitzt. Diese Oberfläche ist vorzugsweise Bestandteil der Außenumfangsfläche des Stößelkörpers und bildet eine Kontaktfläche mit der Bohrung des Gehäuses aus. Bei dem Gleitlagermaterial kann es sich wiederum um Polytetrafluorethylen (PTFE) oder Polyetherketon (PEEK) handeln. Durch diese Maßnahme kann der Reibungskoeffizient weiter verringert werden.

Alternativ oder ergänzend zu den bisher vorgeschlagenen Maßnahmen kann vorgesehen sein, dass die Stößelanordnung einen hülsenförmigen Stößelkörper aus einem Leichtmetall, insbesondere Aluminium oder aus Kunststoff umfasst. Durch die Gleitlagermaterial aufweisende Oberfläche in einem Teilumfangsbereich der Bohrung kann der Werkstoff zur Ausbildung des Stößelkörpers weitgehend unabhängig vom jeweiligen Reibungskoeffizienten gewählt werden. Anstel- le eines üblicherweise aus Stahl gefertigten Stößelkörpers kann demnach auch ein Stößelkörper aus einem deutlich leichteren Material, wie beispielsweise Aluminium oder Kunststoff gewählt werden. Das geringe Gewicht bzw. die reduzierte Masse des Stößelkörpers hat wiederum eine Absenkung der axialen Kraft zur Folge, welche zur Axialverschiebung des Stößelkörpers bzw. der Stößelanordnung erforderlich ist. Dies wirkt sich insbesondere vorteilhaft bei Hochdrehzahlpumpen, beispielsweise Nockenpumpen mit einem Übersetzungsverhältnis i=1 aus, da eine hohe Stößelmasse die Abspringdrehzahl verringert. Alternativ kann die Stößelfeder sehr massiv ausgelegt werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Oberfläche der Bohrung mit einem Gleitlagermaterial beschichtet. Eine entsprechende Beschichtung aus einem Gleitmaterial kann ferner die Oberfläche des Stößelkörpers aufweisen, welche in der Bohrung aufgenommen ist. Ein derart ausgebildetes Gleitlager weist den Vorteil eines geringeren Haft- und Gleitreibungskoeffizienten auf, welcher insbesondere bei Mangelschmierung des Lagerbereiches zum Tragen kommt. Ferner kann durch eine Beschichtung mit einem Gleitlagermaterial die Korrosionsbeständigkeit der Oberfläche bzw. der Oberflächen erhöht werden. Denn die Beschichtung vermag unerwünschte Partikel aufzunehmen, welche auf Verunreinigungen des Schmier- bzw. Kraftstoffs zurückzuführen sind. Im Betrieb der Hochdruckpumpe werden die Partikel in das Gleitlagermaterial eingelagert, so dass sie nicht mehr zu einem erhöhten Verschleiß im Bereich der Kontaktflächen der Reibpartner beitragen. Eine Beschichtung der Kontaktflächen mit einem Gleitlagermaterial erweist sich daher insbesondere bei Hochdruckpumpen für den Einsatz in Schlechtkraftstoffländern als vorteilhaft.

Vorteilhafterweise ist das Gleitlagermaterial in die Bohrung des Gehäuses der Hochdruckpumpe eingespritzt. Dies vereinfacht die Herstellung eines als Gleitlager ausgebildeten axialen Stößellagers.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:

Figur 1 einen Längsschnitt durch ein Pumpenelement einer erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe im Bereich der Stößelanordnung, Figur 2 eine perspektivische Ansicht der Gehäusebohrung der Hochdruckpumpe der Figur 1 mit hierin aufgenommener Stößelanordnung,

Figur 3 eine perspektivische Schnittansicht des Gehäuses einer erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe,

Figur 4 einen Längsschnitt durch eine Stößelanordnung einer erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe,

Figur 5 eine Seitenansicht der Stößelanordnung der Figur 3,

Figur 6 eine Draufsicht auf die Stößelanordnung der Figur 3 und

Figur 7 eine perspektivische Ansicht der Stößelanordnung der Figur 3.

Dem im Längsschnitt der Figur 1 ist ein Pumpenelement einer erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe zu entnehmen, welches einen Pumpenkolben 1 umfasst, welcher über eine Stößelanordnung 2 an einem Nocken einer Antriebswelle 3 abgestützt ist. Die Stößelanordnung 2 ist in einer Bohrung 5 eines Gehäuses 4 aufgenommen, wobei es sich bei dem Gehäuse 4 um den Grundkörper der Hochdruckpumpe handelt. Der Grundkörper ist mit einem Zylinderkopf 13 verbunden, welcher einen hohlzylindrischen Ansatz zur Aufnahme des Pumpenkolbens 1 umfasst. Ferner ist der Grundkörper des Gehäuses 4 mit einem Flanschbauteil 14 verbunden, in welchem die Antriebswelle 3 drehbar gelagert ist. Der Zylinderkopf 13 und das Flanschbauteil 14 bilden somit neben dem Grundkörper weitere Bestandteile des Gehäuses 4 der Hochdruckpumpe aus.

Wie den Figuren 2 und 3 zu entnehmen ist, ist im Grundkörper des Gehäuses 4 eine zylinderförmige Bohrung 5 zur Aufnahme der Stößelanordnung 2 ausgebildet. Die Stößelanordnung 2 ist hierin axial verschiebbar geführt. Zur Ausbildung eines Gleitlagers besitzt die Bohrung 5 zumindest in einem Teilumfangsbereich eine ein Gleitlagermaterial aufweisende Oberfläche 6, welche im Betrieb der Hochdruckpumpe in Kontakt mit der Stößelanordnung 2 gelangt. Die Oberfläche 6 der Bohrung 5 wird demnach auf Reibung beansprucht, wobei der Reibungs- koeffizient der Oberfläche 6 aufgrund des Gleitlagermaterials herabgesetzt ist. Die Reibungskräfte zwischen der Stößelanordnung 2 und der Oberfläche 6 der Bohrung 5 sind demnach verringert, so dass der Kraftaufwand zur axialen Verschiebung der Stößelanordnung 2 ebenfalls reduziert ist. Das Gleitmaterial der Oberfläche 6 der Bohrung 5 ist als Beschichtung aufgebracht und erstreckt sich über den gesamten Umfang der Oberfläche 6, welche in Kontakt mit der Stößelanordnung 2 gelangt. Um den Reibungskoeffizienten weiter zu verringern, kann ferner vorgesehen sein, dass auch die Stößelanordnung 2 im Bereich ihrer Kontaktflächen mit dem Gehäuse 4 mit einer Beschichtung aus einem Gleitlagerma- terial versehen ist. Kontaktflächen mit dem Gehäuse 4 werden an einem Stößelkörper 7 der Stößelanordnung 2 ausgebildet, welcher hülsenförmig ausgebildet ist und einen innenliegenden, sich nach radial innen erstreckenden ringförmigen Absatz besitzt, an welchem ein Stützelement 9 zur Aufnahme einer Rolle 10 abgestützt ist. Der ringförmige Absatz dient ferner der Abstützung einer Druckfeder 1 1 , welche die Stößelanordnung 2 in Anlage mit dem Nocken der Antriebswelle 3 hält. Wie der Figur 1 zu entnehmen ist, ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwischen der Druckfeder 1 1 und dem ringförmigen Absatz des Stößelkörpers 7 ferner ein Federteller 12 aufgenommen, welcher den Kolbenfuß des Pumpenkolbens 1 hintergreift, so dass eine formschlüssige Verbindung zwischen Pumpen- kolben 1 und Stößelanordnung 2 geschaffen wird.

Der Stößelkörper 7 besitzt außenumfangseitig eine Oberfläche 8, welche in Kontakt mit der Oberfläche 6 der Bohrung 5 steht und demzufolge im Betrieb der Hochdruckpumpe auf Reibung beansprucht wird. Demzufolge kann analog zur Oberfläche 6 der Bohrung 5 auch die Oberfläche 8 des Stößelkörpers 7 mit einer

Beschichtung aus einem Gleitlagermaterial versehen sein. Die Beschichtung der Oberfläche 8 des Stößelkörpers 7 aus einem Gleitlagermaterial kann alternativ oder zusätzlich zur Beschichtung der Oberfläche 6 der Bohrung 5 mit einer solchen Beschichtung vorgesehen sein. Durch Beschichtung einer oder beider Oberflächen der Bohrung 5 und des Stößelkörpers 7 kann der Reibungskoeffizient zwischen dem Stößelkörper 7 und dem Gehäuse 4 deutlich verringert werden.

Eine separate Darstellung der Stößelanordnung 2 ist den Figuren 4 bis 7 zu ent- nehmen. Der Längsschnitt der Figur 4 zeigt den hülsenförmigen Stößelkörper 7 mit hierin eingesetztem Stützelement 9 zur Aufnahme der Rolle 10, mit welcher die Stößelanordnung 2 am Nocken der Antriebswelle 3 anliegt. Der hülsenförmi- ge Stößelkörper 7 der Figuren 4 bis 7 ist vorliegend aus Aluminium gefertigt, wodurch Gewicht eingespart wird. Alternativ kann anstelle von Aluminium auch ein Kunststoff als Werkstoff verwendet werden. Die Oberfläche 8 des Stößelkörpers 7 weist vorliegend keine Beschichtung aus einem Gleitlagermaterial auf.

Wie der Figur 5 zu entnehmen ist, liegt die Rolle 10 mit ihrer Umfangsfläche am Stützelement 9 und mit ihren konisch geformten Stirnflächen am hülsenförmigen Stößelkörper 7 an. Die jeweiligen Kontaktflächen der Rolle 10 mit dem Stützele- ment 9 und dem Stößelkörper 7 werden demnach ebenfalls auf Reibung beansprucht, so dass eine Beschichtung der jeweiligen Kontaktflächen mit einem Gleitlagermaterial analog zur Oberfläche 6 der Bohrung 5 vorteilhaft sein kann.

Der Draufsicht der Figur 6 sind die verschiedenen Innendurchmesser des hülsen- förmigen Stößelkörpers 7 zu entnehmen.

Eine perspektivische Ansicht der Stößelanordnung 2 von schräg unten zeigt Figur 7. Eine erfindungsgemäße Hochdruckpumpe, wie sie beispielhaft in den Figuren 1 bis 7 dargestellt ist, erweist sich als besonders robust, da das axiale Stößellager als Gleitlager ausgebildet ist und somit geringeren Reibungskräften ausgesetzt ist. Denn die mit einem Gleitlagermaterial beschichtete Oberfläche 6 der Bohrung 5 führt zu einer Verringerung des Reibungskoeffizienten zwischen der Stößelan- Ordnung 2 und dem Gehäuse 4. Zudem vermag die Beschichtung aus einem

Gleitlagermaterial, wie beispielsweise Polytetrafluorethylen oder Polyetherketon, im Betrieb der Hochdruckpumpe unerwünschte Partikel in das Gleitlagermaterial einzulagern, so dass die Oberflächen der Reibpartner weniger verschmutzt und angegriffen werden. Das Gleitlagermaterial wirkt sich demnach in mehrfacher Hinsicht vorteilhaft aus.