DE10115167C1 - Radialkolben-Hochdruckpumpe, insbesondere für Einspritzsysteme von Brennkraftmaschinen - Google Patents
Radialkolben-Hochdruckpumpe, insbesondere für Einspritzsysteme von BrennkraftmaschinenInfo
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Abstract
Für eine als Radialkolben-Pumpe ausgebildete Kraftstoff-Hochdruckpumpe wird eine Ausbildung vorgeschlagen, bei der eine zumindest teilweise unabhängige Abstützung der mit einem nockenartigen Antriebsglied zusammenwirkenden Stützrolle eines Rollenstößels für die den Pumpenstengel beim Pumphub beaufschlagenden Stützkräfte und für die den Rollenstößel in Anlage zum Antriebsglied haltenden Federkräfte vorgesehen wird.
Description
Die Erfindung betrifft eine Radialkolben-Hochdruckpumpe, insbe
sondere für Einspritzsysteme von Brennkraftmaschinen, gemäß dem
Oberbegriff des Anspruches 1.
Moderne Einspritzsysteme für Brennkraftmaschinen arbeiten teils
mit sehr hohen Drücken, so beispielsweise Common-Rail-
Einspritzsysteme mit Drücken bis etwa 2000 bar. Dies in Verbin
dung mit immer höheren Anforderungen an das Dreh- und Leis
tungsverhalten insbesondere bei in Kraftfahrzeugen eingesetz
ten, selbstzündenden Brennkraftmaschinen, die zudem auch höchs
ten Komfortansprüchen genügen sollen. Bei industriell, im
Schifffahrtsbereich oder stationär eingesetzten Brennkraftma
schinen tritt der Komfortgedanke gegenüber höchsten Anforderun
gen an die Wirtschaftlichkeit zurück, wobei zusätzliche Er
schwernisse durch die Verwendung auch minderwertigerer Diesel-
Kraftstoffe, wie Schweröle bedingt sind.
Radialkolben-Pumpen der eingangs genannten Art sind aus der DE
11 07 084 B in der Bauform eines Pumpengehäuses mit radial dar
in geführten Pumpenstempeln und antriebsseitiger Abstützung der
Pumpenstempel gegen einen radial außen liegenden Nockentrieb
bekannt, wobei der Nockentrieb durch einen das Pumpengehäuse
umschließenden Nockenring gebildet ist.
Die Abstützung der Pumpenstempel gegen den als Nockentrieb die
nenden Nockenring erfolgt über Rollenstößel, die jeweils einen
Stößelkörper und eine über den Stößelkörper geführte und um
fangsseitig gegen diesen abgestützte Stützrolle aufweisen, wo
bei die Rollenstößel in Richtung auf den Nockenring federbelas
tet sind.
Durch die Verwendung von Rollenstößeln lassen sich zwischen
Pumpenstempel und Nockenring bei vergleichsweise geringen Reib
verlusten die erforderlichen hohen Kräfte übertragen. Die dabei
auftretenden Beanspruchungen liegen aber häufig im Grenzbereich
der Belastbarkeit der Materialien von Nockenring, Stößelkörpern
und zwischen diesen liegenden Stützrollen, sowie auch der zuge
hörigen Lager- und Stützstellen.
Der Nockenring rotiert bei dieser Lösung gegenüber dem Pumpen
gehäuse und den diesem zugeordneten und in diesem radial ge
führten Pumpenstempeln. Hierdurch ergeben sich zwar grundsätz
liche Vorteile hinsichtlich des Gesamtkonzepts, insbesondere
auch hinsichtlich der Zu- und Abführung des Arbeitsmediums wie
auch etwaiger, zusätzlich zum Einsatz kommender Schmiermedien,
da diese über das stehende Pumpengehäuse zu- bzw. abgeführt
werden können, die Abstützbedingungen der Stützrollen gegenüber
dem Nockenring einerseits und den Rollenstößeln andererseits
bringen aber Reibverhältnisse mit sich, aufgrund derer die
Stützrollen fallweise am umlaufenden Nockenring nicht abrollen,
sondern entlang rutschen, was zur Zerstörung des Triebwerks
führt. In der Praxis konnten sich deshalb derartige Hochdruck
pumpen insbesondere im Einsatz bei Einspritzsystemen für Brenn
kraftmaschinen, die als Großmaschinen stationär oder im Schiff
fahrtsbetrieb eingesetzt sind und mit Diesel oder Schweröl als
Kraftstoff betrieben werden, mangels Funktionssicherheit und
Zuverlässigkeit nicht durchsetzen.
Grundsätzlich günstiger liegen die Reibverhältnisse bei ander
weitig bekannt gewordenen Lösungen, bei denen der Pumpengehäuse
und Pumpenstempel umfassende Pumpenkopf gegenüber dem festste
henden Nockenring rotiert, da durch die Drehung des Pumpenkop
fes die Stützrollen zusätzlichen Fliehkräften ausgesetzt sind,
die die Kontaktzone zwischen Stützrollen und Nockenring be
lasten, gleichzeitig aber zur Entlastung der Kontaktzone bzw.
Gleitfläche zwischen Stützrolle und Stößelkörper führen und ei
ne Vergrößerung des diesbezüglichen Lagerspaltes bedingen, wo
mit die Voraussetzungen für das Abrollen der Stützrollen gegen
über dem Nockenring verbessert werden. Trotzdem bleiben auch
solche Lösungen im Hinblick auf die Aufrechterhaltung einer
Rollbewegung zwischen Stützrolle und Nockenring kritisch, über
lagert von den grundsätzlichen Nachteilen, die ein drehender
Pumpenkopf bezüglich der Zu- und Abführung von insbesondere un
ter Hochdruck stehenden Arbeits- und/oder Schmiermedien mit
sich bringt.
Es sind desweiteren auch bereits Kraftstoff-Hochdruckpumpen in
der Bauform als Radialkolben-Pumpen aus der WO 99/02852 A1 be
kannt, bei denen der Nockentrieb zentral liegt und in der Aus
bildungsform einer Nockenwelle über die Nocken und Rollenstößel
mit zugeordneten Stützrollen die Kolben beaufschlagt. Die
Stützrollen sind über Rollenbolzen gelagert, die im Stößelkör
per der Rollenstößel geführt sind. Bei einer derartigen Lösung
ist insbesondere die Lagerstelle zwischen Rollenbolzen und
Stützrolle des Rollenstößels belastungskritisch, und es sind
deshalb bei der bekannten Lösung besondere Vorkehrungen zur in
tensiven Schmierung dieses Lagebereiches vorgesehen. Des unge
achtet bietet diese Lagerstelle eine besondere Gefahrenquelle,
da ein Versagen der Lager mit einem Fressen und Festsetzen der
Stützrolle auf dem Rollenbolzen zum Gleiten gegenüber dem No
cken führt, und damit zur Zerstörung des Triebwerks, zumal der
Grundaufbau mit zentraler Nockenwelle auch besonders kritisch
hinsichtlich der Raumverhältnisse im Übergang zwischen Nocken
welle und Pumpenstempeln ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Radialkolben-
Hochdruckpumpe der eingangs genannten Art dahingehend weiterzu
bilden, dass diese ungeachtet der hohen Belastungen des Nocken
triebes betriebssicher arbeitet und somit die Nutzung der prak
tischen und baulichen Vorteile einer Radialkolben-Hochdruck
pumpe mit den Pumpenkopf umschließendem Nockenring ermöglicht.
Erreicht wird dies mit einer Radialkolben-Hochdruckpumpe gemäß
dem Anspruch 1, bei der sich durch die Nutzung zweier funktio
nal getrennter Lagerungen und die damit mögliche Aufteilung der
zu übertragenden Kräfte die spezifischen Lagerbelastungen redu
zieren und somit günstige Voraussetzungen für die dauerhafte,
rollende Abstützung der Stützrollen gegen den Nockentrieb
schaffen lassen. In Abhängigkeit von der jeweiligen konstrukti
ven Ausgestaltung lässt sich der Lastanteil der Gesamtlast, die
zwischen Stützrolle und Nockenring übertragen wird, in der Ver
teilung auf die jeweiligen Lagerstellen festlegen, wobei es im
Hinblick auf einen einfachen konstruktiven Aufbau insbesondere
zweckmäßig ist, aufgeteilt jeweils einer der Lagerstellen die
Abstützung des Pumpenstempels gegen den Rollenstößel und der
anderen Lagerstelle die Abstützung der den Rollenstößel gegen
den Nockenring belastenden Federmittel zuzuordnen. Entsprechend
der üblicherweise gegebenen Größe der zu übertragenden Kraftan
teile im Verhältnis zueinander erweist es sich als vorteilhaft,
wenn der Abstützung des Pumpenstempels gegen den Rollenstößel
die tragfähigere Lagerung zugeordnet ist.
Die im Rahmen der Erfindung vorgesehene, jeweils zumindest
teilweise erfolgende Abstützung der auf die Pumpenstempel wir
kenden und der durch die Federmittel ausgeübten Kräfte jeweils
unabhängig voneinander gegen die Stützrollen kann jeweils um
fangsseitig erfolgen, wobei eine gleitgelagerte oder eine wälz
gelagerte Abstützung möglich ist, so dass insbesondere in Ver
bindung mit unterschiedlichen Radien für die Lagerabstützungen
und/oder die Abstützbereiche der Stützrollen die in den jewei
ligen Lagerungen entstehenden Reibmomente beeinflusst werden
können, und zwar im Hinblick auf ein Abrollen der Stützrollen
gegenüber der Nockenbahn des Nockenringes. Die Lagerabstützun
gen können dabei bevorzugt über die Länge der Stützrollen ver
teilt angeordnet sein, wobei eine Ausgestaltung zweckmäßig ist,
in der eine Lagerabstützung dem längsmittleren Bereich der
Stützrollen und weitere Lagerabstützungen den axialen Endberei
chen der Stützrollen zugeordnet sind. Insbesondere die Endbe
reiche bieten auch die Möglichkeit, die Durchmesser zu variie
ren, sowohl ins Kleine wie auch ins Große, wobei eine entspre
chende Abstützung gegen die Nockenbahn gegebenenfalls auch eine
über deren Querschnitt gestufte Ausbildung derselben im Rahmen
der Erfindung nötig macht.
Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, den jeweiligen
Pumpenstempel oder die Federmittel zumindest teilweise gegen
einen die Stützrolle lagernden Rollenbolzen abzustützen, womit
sich weitere Variationsmöglichkeiten ergeben.
Damit bietet eine erfindungsgemäße Ausbildung für Radialkolben-
Hochdruckpumpen eine besonders günstige Möglichkeit, die Be
triebssicherheit weiter zu erhöhen und damit den vorteilhaften
Grundaufbau dieses Pumpentypes mit um den Pumpenkopf rotieren
den Nockenring auch in kritischen Einsatzfällen zu nutzen.
Ein besonders wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Grund
konzeptes der zumindest teilweise voneinander unabhängigen Ab
stützung der zwischen Pumpenstempel und Rollenstößel sowie zwi
schen Federmitteln und Rollenstößel wirkenden Kräfte besteht
darin, die Lagerbelastungen, und damit bei gleitgelagerten Lö
sungen auch die Lagerspiele über dem Umlauf der Pumpe in Abhän
gigkeit davon zu variieren, ob, für den jeweiligen Pumpenzylin
der und den diesem zugeordneten Pumpenstempel, im Saugtakt oder
im Kompressionstakt gearbeitet wird. Mit der Veränderung der
Lagerspiele ergeben sich auch entsprechende Möglichkeiten auf
die Schmierfilmbildung Einfluss zu nehmen.
Insbesondere Lösungen, bei denen die Pumpenstempel über Ab
stützelemente jeweils umfangsseitig auf der Stützrolle abge
stützt werden, erweisen sich als zweckmäßig, um mit einfachen
Mitteln in dieser Lagerstelle im Saughub den Schmierspalt zu
erweitern und dadurch die Schmierfilmbildung zu verbessern.
Wird bei entsprechendem Freigang in Hubrichtung im Übertra
gungsweg vom Pumpenstempel zur Stützrolle die zugehörige Lager
stelle zwischen Stützrolle und Stößelkörper gebildet, so kann -
aufgrund von Reib- und Massekräften - die federbelastete Stütz
rolle dem nockenartigen Antriebsglied im Bereich des Saughubes
schneller folgen als der Stößelkörper und der diesen im Pumphub
beaufschlagende Pumpenstempel.
Entsprechend der Relativverschiebung der Stützrolle gegenüber
dem Stößelkörper tritt eine Entlastung in der Lagerstelle zwi
schen Stützrolle und Stößelkörper ein. Als Folge hiervon wird
die Reibung in dieser Lagerstelle zumindest in Teilen des Saug
hubes durch eine Vergrößerung des Lagerspaltes reduziert, wobei
die Vergrößerung des Lagerspaltes dem Abhebeweg zwischen Stütz
rolle und Stößelkörper entspricht, der anschlagbegrenzt als Ab
hebespalt vorgegeben ist. Neben der durch die Vergrößerung des
Lagerspaltes erreichten, verbesserten Ölversorgung im Bereich
der Lagerfläche kann zur Verbesserung der Schmierung weiter
beitragen, dass die Lagerstelle an eine Hochdruckschmierung an
geschlossen wird, über die in gleicher Weise gegebenenfalls
vorgesehene Schmiertaschen in der Abstützfläche zwischen Stütz
rolle und Stößelkörper und/oder in dem seitlichen Abstützbe
reich des Stößelkörpers gegenüber der Gehäuseführung versorgt
werden, wobei letztere bevorzugt in den Bereich gelegt werden,
in dem die durch das Abrollen der Stützrolle gegenüber dem no
ckenartigen Antriebsglied bedingten Seitenkräfte abgefangen
werden.
Eine solche Hochdruckschmierung lässt sich ohne wesentlichen
Zusatzaufwand beispielsweise dadurch realisieren, dass der Pum
penstempel zumindest während des Pumphubes mit einem im Durch
messer erweiterten Querschnittsbereich in einen entsprechend
erweiternden Bereich der Stempelführung eintaucht, in dem sich
während des Saughubes Schmiermittel, insbesondere Schmieröl an
sammelt oder dem anderweitig Schmiermittel, insbesondere
Schmieröl zugeführt wird, das während des Pumphubes verdrängt
wird. Die stufenförmige Erweiterung der Stempelführung ist be
vorzugt deren frei auslaufendem Endbereich zugeordnet, so dass
ein einfacher Zufluss von Schmiermittel, insbesondere Schmieröl
möglich wird, das über entsprechende Bohrungen, insbesondere
auch Bohrungen im Stempel, von dem im Pumphub als Verdichtungs
raum wirkenden Bereich ausgehend der Lagerstelle zugeführt wer
den kann. Damit ist auch eine Lösung geboten, bei der die um
fangsseitige, halblagerschalenartig ausgebildete Lagerung und
Abstützung in der Stützrolle bei minimalem Aufwand zwangsge
schmiert werden kann, und dies ergänzend zum Schmiermittel-,
insbesondere Öltransport über den Umfang der Stützrolle aus dem
dem Antriebsglied zugewandten Stützrollenbereich.
Wird mit einem die Stützrolle lagernden Rollenbolzen gearbei
tet, über den die Stützrolle in Bewegungsrichtung des Pum
penstempels gegenüber dem Stößelkörper verschiebbar geführt
wird, und dies in Verbindung mit der Beaufschlagung des Rollen
bolzens durch die den Rollenstößel gegen das Antriebsglied be
lastenden Federmittel, über die die Stützrolle fortlaufend, das
heißt auch während des Saughubes in Anlage zur Nockenbahn
gehalten wird, bietet die Erfindung die Möglichkeit, unter Aus
nutzung von Masse- und Reibkräften die Spaltbildung zwischen
Pumpenstempel und Rollenstößel nicht nur zur Entlastung, son
dern zumindest in einer Übergangsphase auch zu einer gezielten
Vergrößerung des Lagerspaltes zwischen Stützrolle und Halbla
gerschale zu nutzen.
Dadurch lässt sich, insbesondere in Verbindung mit der ange
sprochenen Zwangsschmierung, für den Pumphub eine Ausgangssitu
ation darstellen, bei der ein vergleichsweise großer, mit
Schmieröl gefüllter Schmierspalt gegeben ist, der eine gute
Gleitlagerung ergibt, die während des Pumphubs durch die wirk
same Hochdruckschmierung aufrecht erhalten wird, zumal aufgrund
des relätiv großen Durchmessers und der relativ großen Stütz
fläche in der Halblagerschale auch günstige Voraussetzungen zum
Aufbau eines hydrodynamischen Schmierfilms gegeben sind.
Konstruktiv lässt sich eine derartige Lösung vergleichsweise
einfach, und auch mit einfachen Bauteilen verwirklichen, wenn
die axiale Führung des Rollenbolzens gegenüber dem Stößelkörper
über Druckkörper, insbesondere säulenartige, bevorzugt zylind
rische Druckstangen erfolgt, die zum Rollenbolzen axial festge
legt sind, derart, dass im Saughub die auf die Druckstangen als
Abstützelemente wirkenden Federmittel über den Rollenbolzen auf
die Stützrolle wirken, bevor der Stößelkörper über den Pum
penstempel beaufschlagt wird und sich auf der Stützrolle ab
stützt. Hierzu ist es zweckmäßig, die Druckstangen im Übergang
zu den Federmitteln mit einem Federteller zu verbinden, wobei
dieser Federteller auch das Bewegungsspiel des Pumpenstempels
gegenüber dem Rollenstößel bzw. dem Stößelkörper begrenzen
kann.
Im Saughub ist dies dadurch möglich, dass über die Federmittel
die Stützrolle fortlaufend in Anlage zum Antriebsglied gehalten
wird, während masse- und reibkraftverzögert der Stößelkörper
und der Pumpenstempel zunächst etwas zurückbleiben, maximal um
das durch den Abhebe- oder Arbeitsspalt vorgegebene Maß, mit
der bereits angesprochenen Folge der vergrößerten Schmierspalt
bildung zwischen Stützrolle und dem Stößelkörper zugeordneter
halblagerschalenartiger Lagerfläche. Einfluss kann auf die Grö
ße und Dauer dieser Arbeitsspaltbildung zusätzlich dadurch ge
nommen werden, dass der Pumpenstempel in Andrückrichtung gegen
das Antriebsglied zusätzlich über eine Rückstellfeder belastet
ist, wobei die Größe dieser Federlast aber deutlich kleiner ist
als die der Federmittel, und wobei diese Rückstellfeder bevor
zugt gegen einen Bund des Pumpenstempels abgestützt ist, der
durch ein verbreitertes Fußteil des Pumpenstempels gebildet
ist, das gleichzeitig die Anlage gegenüber dem Stößelkörper
bzw. einem im Übergang zum Stößelkörper liegenden Druckstück
bildet.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich
aus den Ansprüchen. Ferner wird die Erfindung mit weiteren
Merkmalen und Details anhand der Zeichnungen an einem Ausfüh
rungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen schematisierten Schnitt durch eine Radialkolben-
Hochdruckpumpe gemäß der Erfindung,
Fig. 2 in stark schematisierter Darstellung einen Schnitt ge
mäß II-II durch eine Radialkolben-Hochdruckpumpe gemäß
Fig. 1,
Fig. 3 in stark vergrößerter und ebenfalls schematisierter
Darstellung einen Teilausschnitt einer Radialkolben-
Pumpe gemäß Fig. 1 in einer Schnittdarstellung gemäß
III-III,
Fig. 4 einen Teilbereich der Darstellung gemäß Fig. 3 in wei
ter vergrößerter Darstellung,
Fig. 5 eine der Fig. 3 entsprechende Darstellung in einer wei
teren Ausgestaltung, und
Fig. 6 eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung mit weiteren
Details.
Fig. 1 zeigt im Schnitt eine Pumpeneinheit 101 mit einer Radi
alkolben-Hochdruckpumpe 102, wobei mit 103 der Gehäusemantel
bezeichnet ist, der schematisiert die hochdruckseitigen und
niederdruckseitigen Außenanschlüsse 104 bzw. 105 für die Pumpe
zeigt und mit dem der Pumpenkopf 106 fest verbunden ist, der
das Pumpengehäuse 107 mit den zur Achse 108 der Pumpeneinheit
101 radial verlaufenden Pumpenzylindern 109 umfasst, wobei der
Pumpenkopf 106 mit dem umschließenden Nockenring 110 konzen
trisch zur Achse 108 liegt. Der Nockentrieb 111 mit dem Nocken
ring 110 umfasst gegen den Pumpenkopf 106 vorspringende Nocken
112 (siehe Fig. 2), die mit gegen die Nockenbahn 114 des No
ckenringes 110 federnd angedrückten Stützrollen 113 zusammen
wirken, die Bestandteile von Rollenstößeln 115 sind. Die Rol
lenstößel 115 umfassen desweiteren Stößelkörper 116, welche
Halblagerschalen 117 bilden, die die Stützrollen 113 umfangs
seitig übergreifen. Ferner sind die Stützrollen 113, wie insbe
sondere die Fig. 3 und 5 zeigen, auf Rollenbolzen 118 gelagert,
die ihrerseits jeweils zum entsprechend dem Verlauf der Pumpen
zylinder 109 gegenüber dem Pumpengehäuse 107 radial ver
schieblichen Rollenstößel 115 gegenüber dem jeweiligen Stößel
körper 116 radial verschieblich geführt sind. Die Führung der
Rollenbolzen 118 erfolgt über Abstützelemente in Form von
Druckstangen 119, die radial verschieblich im Stößelkörper 116
gelagert sind und die ihrerseits über durch Federn 120 als Fe
dermittel in Richtung auf die Nockenbahn 114 belastet sind. Die
Federn 120 sind einerseits gegenüber dem Pumpengehäuse 107 ab
gestützt und andererseits auf Federtellern 121, die zu den
Druckstangen 119 bezogen auf deren Längserstreckung ebenso wie
der Rollenbolzen 118 unverschieblich festgelegt sind. Die Ab
stützung der Federteller 121 gegenüber der jeweiligen
Druckstange 119 erfolgt in Druckrichtung an einer Schulter der
Druckstange 119, in Gegenrichtung kann die Sicherung beispiels
weise durch einen Sprengring erfolgen. Die Rollenbolzen 118
sind in entsprechenden Querbohrungen der Druckstangen 119 auf
genommen und ebenfalls in ihrer Achsrichtung über entsprechende
Sicherungen festgelegt. Die Aufnahme der Federn 120 im Pumpen
gehäuse 107 erfolgt in Radialbohrungen 122.
Entsprechend der Erstreckung der Stützrollen 113 in Richtung
der Drehachse 108 des Nockenringes 110 und der längsmittigen
Lage des jeweiligen Pumpenzylinders 109 zur Stützrolle 113 ist
der jeweilige Rollenstößel 115 über seinen Stößelkörper 116 in
einem gegen die Nockenbahn 114 radial nach außen offenen Füh
rungsschlitz 123 des Pumpengehäuses 107 geführt, der sich wie
die Stützrolle 113 jeweils in Achsrichtung erstreckt und der
bevorzugt symmetrisch zu einer die Achse 108 enthaltenden Radi
alebene liegt, in der auch die Achse des jeweilige Pumpenzylin
ders 109 und die Achse des Rollenstößels 115 und des Rollenbol
zens 118 liegen. Beiderseits des Pumpenzylinders 109, und zwar
bevorzugt zu dessen Achse symmetrisch, liegen die den Rollen
bolzen 118 abstützenden Druckstangen 119 und die jeweils zuge
ordneten Federabstützungen mit den Federn 120 und den Federtel
lern 121. Der Pumpenzylinder 109 nimmt in seiner Zylinderboh
rung 124 den Pumpenstempel 125 auf, der den radial innen lie
genden Druckraum 126 volumenveränderlich abgrenzt, wobei der
Druckraum 126 über nicht vollständig dargestellte zentrale An
schlussleitungen, von denen eine mit 127 angedeutet ist, mit
den Außenanschlüssen 104 bzw. 105 verbunden ist.
Fig. 1 zeigt über die vorstehende Schilderung hinaus die Ab
stützung des Nockenringes 110 gegenüber den zum Gehäusemantel
103 feststehenden Pumpenkopf 106 über das Lager 128 innerhalb
des Nockenringes 110 und über das Lager 129 im Bereich der An
triebswelle 130 außerhalb des Nockenringes 110, wobei der An
triebsanschluss 131 der Welle 130 außerhalb des Gehäusemantels
103 liegt.
Fig. 4 als Ausschnittsvergrößerung der Fig. 3 und 5 veranschau
licht, dass die Druckstangen 119 gegenüber dem Stößelkörper 116
radial verschieblich sind, derart, dass über eine Stützrolle
113 bei deren Anlage an der Nockenbahn 114 jeweils unabhängig
voneinander die über den Pumpenstempel 125 und die über die Fe
dern 120 ausgeübten Kräfte gegen die Stützrolle 113 abgestützt
werden können. Die vom Pumpenstempel 125 ausgeübten Kräfte wer
den unter Vermittlung des ein weiterer Abstützelement bildenden
Stößelkörpers 116 über die Halblagerschale 117, die durch den
Stößelkörper 116 selbst oder eine Einlage desselben gebildet
werden kann, auf den Umfang der Stützrolle 113 übertragen, wäh
rend die Federn 120 unter Vermittlung der Druckstangen 119 über
den Rollenbolzen 118 und dessen Lagerung in der Stützrolle 113
gegen die Stützrolle 113 abgestützt werden. Damit ergibt sich
eine Aufteilung der zwischen Nockenbahn 114 und Stützrolle 113
wirksam werdenden Kräfte auf zwei Lagerungen, mit einer ent
sprechenden Entlastung der jeweiligen Lagerung im Vergleich zu
Lösungen, bei denen die Stützrolle 113 lediglich umfangsseitig
oder lediglich zentral abgestützt wird und über die umfangssei
tige oder die zentrale Abstützung die über die Federn und den
Pumpenstempel eingeleiteten Kräfte zusammengefasst abgestützt
werden.
Um die angesprochene Funktion zu realisieren ist die Stützlänge
der Druckstangen 119 zwischen der Achse des Rollenbolzens 118
und der gegenüberliegenden Anlageschulter 132 für den Federtel
ler 121 so bemessen, dass bei Abstützung des Stößelkörpers 116
über die Halblagerschale 117 auf dem Umfang der Stützrolle 113
und deren Anlage auf der Nockenbahn 114 in Richtung der Achse
der Druckstangen 119 Spiel des Stößelkörpers 116 gegenüber den
Druckstangen 119 sowie auch gegenüber den Federtellern 121 be
steht, wodurch bezogen auf die geschilderte Situation in Fig.
4, zwischen dem Stößelkörper 116 und dem Federteller 121 ein
Abhebespalt 133 gegeben ist.
Mit einer derartigen Lösung ist nicht nur eine unabhängige Ab
stützung der über den Pumpenstempel 125 und über die Federn 120
in Richtung auf die Nockenbahn 114 ausgeübten Kräfte auf die
Stützrolle 113 möglich. Vielmehr wird dadurch auch die Möglich
keit geschaffen, im Saughub, also bei Bewegung des Pumpenstem
pels 125 nach der vom Druckraum 126 abgewandten Seite, eine
Vergrößerung des Schmierspaltes zwischen der Halblagerschale
117 und dem Umfang der jeweiligen Stützrolle 113 zu erreichen.
Dies beruht darauf, dass der Pumpenstempel 125 und der Stößel
körper 116 sowohl massebehaftet sind als auch mit Reibung in
ihren jeweiligen Führungen laufen. Die Folge ist, dass im Saug
hub, in dem die Federn 120 die Stützrolle 113 an der Nockenbahn
114 halten, Pumpenstempel 125 und Stößelkörper 116 in Richtung
auf die Nockenbahn 114 geschleppt werden müssen. Entsprechend
dem Abhebespalt 133 zwischen Federtellern 121 und Stößelkörper
116 in dessen Übergriffsbereich zu den Federtellern 121 bleiben
der Stößelkörper 116 und der Pumpenstempel 125 damit tenden
ziell in der Bewegung des Rollenstößels 115 gegen die Nocken
bahn 114 zurück, so dass sich eine Schmierspaltvergrößerung
entsprechend dem Abhebespalt 133 ergibt. Die entsprechenden Ef
fekte können weiter, was in den Ausführungsbeispielen nicht
dargestellt ist, noch dadurch beeinflusst werden, dass die Fe
derteller 121 zum Stößelkörper 116 federnd bzw. elastisch fe
dernd abgestützt sind und/oder dass der Pumpenstempel 125
und/oder der Stößelkörper 116 ihrerseits federnd in Richtung
auf die Nockenbahn 114 gegenüber dem Pumpengehäuse 107 abge
stützt sind. Hierzu kann es auch zweckmäßig sein, den Pum
penstempel 125 seinerseits in Druckrichtung entsprechend spiel
behaftet im Stößelkörper 116 zu führen, wobei in weiterer Aus
gestaltung auch eine Lösung möglich ist, bei der sich der Pum
penstempel 125 bei entsprechender federnder Belastung in Rich
tung auf die Nockenbahn 114 lediglich im Pumpenhub gegen den
Stößelkörper 116 abstützt.
Fig. 3 und 5 veranschaulichen desweiteren Lösungen zur Druck
schmierung in der Lagerfläche der Halblagerschale 117, wobei
hierzu in Fig. 3 ein vom Druckraum 126 ausgehender, entspre
chend drosselnd bemessener Stichkanal 134 durch den Pumpenstem
pel 125 und den Stößelkörper 116 zur Halblagerschale 117 ge
führt ist. In der Lagerfläche der Lagerschale 117 können zudem,
wie angedeutet, Taschen 135 oder dergleichen vorgesehen sein,
auf die der Stichkanal 134 ausmündet und die somit Schmierta
schen oder dergleichen bilden, wobei in der Pumpphase eine ent
sprechende Schmierkeilbildung bzw. die Aufrechterhaltung des
Schmierfilmes durch eine derartige Maßnahme begünstigt wird.
Die Ausgestaltung gemäß Fig. 5 zeigt eine entsprechende Grund
konfiguration. Es ist hier aber dem Stichkanal 134 ein eigen
ständiger Pumpraum 136 zugeordnet, der dadurch gebildet ist,
dass der Pumpenstempel 137 nach seiner vom Druckraum 126 abge
legenen Seite im Durchmesser gestuft aufgeweitet ist. Der ent
sprechenden Durchmesserstufe des Pumpenstempels 137 entspricht
ein im Durchmesser erweiterter Bereich der Zylinderbohrung 124,
derart, dass im Pumphub der Pumpenstempel 137 beim Einfahren in
den Pumpraum 136, also beim Einfahren in den im Durchmesser er
weiterten Bereich der Zylinderbohrung 124 in diesem befindli
ches Medium über den Stichkanal 134 in den Lagerspalt der Halb
lagerschale 117 abdrängt. Die Verbindung zwischen dem Stichka
nal 134 und dem Pumpraum 136 wird im Ausführungsbeispiel symbo
lisch durch einen Querkanal 138 veranschaulicht, der vom im
Durchmesser zurückgenommenen Bereich des Pumpenstempels 137 na
he dessen Übergangsstufe auf den im Durchmesser erweiterten Be
reich ausgeht und den Stichkanal 134 anschneidet. Dem Pumpraum
136 wird entsprechendes Schmiermedium in hier nicht dargestell
ter Weise zugeführt, wobei bei Kraftstoffen mit Schmierfunktion
auch diese als Schmiermittel Verwendung finden können und wobei
die Zuführung auf den Pumpraum 136 selbstansaugend erfolgen
kann.
Fig. 6 veranschaulicht ergänzend zur Ausgestaltung gemäß Fig. 5
in einer der Fig. 2 entsprechenden Darstellung eine zusätzliche
Schmierung in dem seitlichen Wandbereich des Stößelkörpers 116,
in dem die Seitenkräfte abgestützt werden, die aus dem Abrollen
der Stützrollen 113 auf den Nockenring 110 als Antriebsglied
resultieren. In der bezogen auf die Drehrichtung 139 des No
ckenringes 110 vorne liegenden Flanke 140 des Führungsschlitzes
123 für den Stößelkörper 116 im Pumpengehäuse 107 ist hierfür
zumindest eine Schmierstelle 141 - als Schmiermittelaustritts
fläche - für einen Schmierkanal 142 vorgesehen, der zweckmäßi
ger Weise, wie dargestellt, an die Druckversorgung über den
Pumpraum 136 angeschlossen ist, die vorstehend in Fig. 5 erläu
tert ist.
Nicht dargestellt ist, dass auch die Federkräfte, analog zu den
Stützkräften, umfangsseitig gegen die Stützrolle abgestützt
sein können, beispielsweise durch Zuordnung halbschalenförmiger
Gleitlager zu den Druckstangen. Weiter sind auch Wälzlagerungen
möglich. Die jeweiligen Lagerungen können unterschiedlichen
Durchmesserzonen der Stützrollen zugeordnet sein. In Verbindung
damit kann es zweckmäßig sein die Nockenbahn im Querschnitt ge
stuft auszuführen, und dadurch unterschiedlichen Durchmesserbe
reichen der Stützrollen, bzw. der diesen zugeordneten Lager
Rechnung zu tragen und zur Nockenbahn Trag- oder Freigangzonen
zu schaffen.
Claims (51)
1. Radialkolben-Hochdruckpumpe, insbesondere Kraftstoffpumpe für
Einspritzsysteme von Brennkraftmaschinen, mit im Pumpengehäuse
(107) radial geführten Pumpenstempeln (125) und diese beauf
schlagenden, in Richtung der jeweiligen Stempelachse verschiebbar
geführten und in Gegenrichtung zum Pumphub gegen einen
Nockentrieb (111) durch Federmittel (Federn 120) belasteten
Rollenstößeln (115), die jeweils einen Stößelkörper (116) und
eine über den Stößelkörper (116) geführte und gegenüber diesem
drehbar abgestützte Stützrolle (113) aufweisen, wobei Pumpen
gehäuse (107) und Nockentrieb (111) bezogen auf einen gemeinsamen
zentralen Achsbereich relativ zueinander drehbar sind und der
Nockentrieb (111) über einen das Pumpengehäuse (107) umschließen
den Nockenring (110) gebildet ist, an dem die Stützrollen (113)
ablaufen,
dadurch gekennzeichnet,
dass die jeweilige Stützrolle (113) eines Rollenstößels (115)
über gesonderte Abstützelemente (Stößelkörper 116, Druckstangen
119) vom Pumpenstempel (125) und von den Federmitteln (Federn
120) zumindest teilweise unabhängig voneinander beaufschlagt ist.
2. Radialkolben-Hochdruckpumpe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Pumpenstempel (125) über die Abstützelemente (Stößel
körper 116, Druckstangen 119) jeweils zumindest teilweise
umfangsseitig gegen die Stützrollen (113) abgestützt sind.
3. Radialkolben-Hochdruckpumpe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Federmittel über die Abstützelemente jeweils zumindest
teilweise umfangsseitig gegen die Stützrollen (113) abgestützt
sind.
4. Radialkolben-Hochdruckpumpe nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Pumpenstempel (125) und/oder die Federmittel über die
Abstützelemente (Stößelkörper 116) jeweils gleitgelagert gegen
die Stützrollen (113) abgestützt sind.
5. Radialkolben-Hochdruckpumpe nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Pumpenstempel und/oder Federmittel über die Abstütz
elemente jeweils wälzgelagert gegen die Stützrollen (113) abge
stützt sind.
6. Radialkolben-Hochdruckpumpe nach einem der Ansprüche 2 bis
5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Radien der Lagerabstützungen für die Abstützelemente
der Pumpenstempel und der Federmittel gleich groß sind.
7. Radialkolben-Hochdruckpumpe nach einem der Ansprüche 2 bis
5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Radien der Lagerabstützungen für die Abstützelemente
der Pumpenstempel und der Federmittel unterschiedlich groß
sind.
8. Radialkolben-Hochdruckpumpe nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Lagerabstützungen gleich großen Durchmesserbereichen
der Stützrollen (113) zugeordnet sind.
9. Radialkolben-Hochdruckpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis
7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Lagerabstützungen unterschiedlich großen Durchmesser
bereichen der Stützrollen (113) zugeordnet sind.
10. Radialkolben-Hochdruckpumpe nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest eine Lagerabstützung dem längsmittleren Bereich
der Stützrollen (113) zugeordnet ist.
11. Radialkolben-Hochdruckpumpe nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass zueinander korrespondierende Lagerabstützungen den axialen
Endbereichen der Stützrollen (113) zugeordnet sind.
12. Radialkolben-Hochdruckpumpe nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Endbereiche der Stützrollen (113) durch radial zum
längsmittleren Durchmesserbereich der Stützrollen (113) abge
setzte Stützzapfen gebildet sind.
13. Radialkolben-Hochdruckpumpe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die den Pumpenstempeln zugeordneten Abstützelemente je
weils zumindest teilweise gegen einen die Stützrolle (113) la
gernden Rollenbolzen (118) abgestützt sind.
14. Radialkolben-Hochdruckpumpe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die den Federmitteln zugeordneten Abstützelemente jeweils
zumindest teilweise gegen einen die Stützrolle (113) lagernden
Rollenbolzen (118) abgestützt sind.
15. Radialkolben-Hochdruckpumpe nach Anspruch 13 oder 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Stützrollen (113) zum jeweiligen Rollenbolzen (118)
wälzgelagert sind.
16. Radialkolben-Hochdruckpumpe nach Anspruch 13 oder 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Stützrollen (113) zum jeweiligen Rollenbolzen (118)
gleitgelagert sind.
17. Radialkolben-Hochdruckpumpe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die die Rollenstößel (115) über die zugeordneten Abstütz
elemente jeweils in Anlage zum Nockenring (110) haltenden Fe
dermittel durch umfangsseitige Beaufschlagung auf der Stützrol
le (113) abgestützt sind.
18. Radialkolben-Hochdruckpumpe nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet,
dass die den Pumpenstempeln (125) zugeordneten Abstützelemente
jeweils über den Rollenbolzen (118) auf die Stützrolle (113)
abgestützt sind.
19. Radialkolben-Hochdruckpumpe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die den Pumpenstempeln (125) zugeordneten Abstützelemente
(Stößelkörper 116) jeweils durch umfangsseitige Beaufschlagung
auf der Stützrolle (113) abgestützt sind.
20. Radialkolben-Hochdruckpumpe nach Anspruch 19,
dadurch gekennzeichnet,
dass die den Rollenstößel (115) in Anlage zum Nockenring (110)
haltenden Federmittel über den Rollenbolzen (118) auf die
Stützrolle (113) abgestützt sind.
21. Radialkolben-Hochdruckpumpe nach Anspruch 19,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Stützrolle (113) umfangsseitig gegen den Stößelkörper
(116) des Rollenstößels (115) abstützbar ist.
22. Radialkolben-Hochdruckpumpe nach Anspruch 21,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Stützrolle (113) gegen eine dem Stößelkörper (116) zu
geordnete Lagerfläche (Halblagerschale 117) abstützbar ist.
23. Radialkolben-Hochdruckpumpe nach Anspruch 22,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Lagerfläche halbschalenförmig ausgebildet ist.
24. Radialkolben-Hochdruckpumpe, nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Stützrolle (113) im Bereich des Saughubes in Hubrich
tung gegenüber dem Stößelkörper (116) verlagerbar ist, derart,
dass sich im Bereich der Lagerfläche (Halblagerschale 117) des
Stößelkörpers (116) für die Stützrolle (113) ein Abhebespalt,
insbesondere ein erweiterter Schmierspalt ergibt.
25. Radialkolben-Hochdruckpumpe nach Anspruch 24,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Verlagerung der Stützrolle (113) gegenüber dem Stößel
körper (116) anschlagbegrenzt ist.
26. Radialkolben-Hochdruckpumpe nach Anspruch 25,
dadurch gekennzeichnet,
dass einer der Anschläge dem Stößelkörper (116) zugeordnet ist.
27. Radialkolben-Hochdruckpumpe nach Anspruch 26,
dadurch gekennzeichnet,
dass der dem Stößelkörper (116) zugeordnete Anschlag durch die
Stütz- und Lagerfläche (Halblagerschale 117) des Stößelkörpers
(116) gebildet ist.
28. Radialkolben-Hochdruckpumpe nach einem der Ansprüche 24 bis
27,
dadurch gekennzeichnet,
dass einer der Anschläge dem Rollenbolzen (118) zugeordnet ist.
29. Radialkolben-Hochdruckpumpe nach Anspruch 28,
dadurch gekennzeichnet,
dass der mit dem Rollenbolzen (118) in Verbindung stehende An
schlag einem Federteller (121) zugeordnet ist, auf den die den
Rollenbolzen (118) beaufschlagenden Federmittel abgestützt
sind.
30. Radialkolben-Hochdruckpumpe nach einem der Ansprüche 24 bis
29,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Federteller (121) und der Stößelkörper (116) um die
Größe eines Abhebespaltes (133) gegeneinander verlagerbar sind,
um den der Schmierspalt zwischen Stützrolle (113) und Stößel
körper (116) im Saughub erweiterbar ist.
31. Radialkolben-Hochdruckpumpe nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Pumpenstempel (125) im Pumphub über den Stößelkörper
(116) beaufschlagt ist.
32. Radialkolben-Hochdruckpumpe nach Anspruch 31,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Pumpenstempel (125) im Saughub in eine zum Stößelkör
per (116) beabstandete Lage überführbar ist.
33. Radialkolben-Hochdruckpumpe nach Anspruch 32,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Pumpenstempel (125) gegenüber dem Stößelkörper (116)
in Hubrichtung anschlagbegrenzt beweglich ist.
34. Radialkolben-Hochdruckpumpe nach Anspruch 33,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine der Anschlagbegrenzungen dem Federteller (121) zuge
ordnet ist.
35. Radialkolben-Hochdruckpumpe nach Anspruch 33 oder 34,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine der Anschlagbegrenzungen dem Stößelkörper (116) zuge
ordnet ist.
36. Radialkolben-Hochdruckpumpe nach einem der Ansprüche 29 bis
35,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Federteller (121) starr ausgebildet ist.
37. Radialkolben-Hochdruckpumpe nach Anspruch 36,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Federteller (121) als Tellerfeder gestaltet ist.
38. Radialkolben-Hochdruckpumpe nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Stützrolle (113) im Verschiebebereich des Rollenstö
ßels (115) koaxial gegenüber dem Stößelkörper (116) ver
schieblich ist.
39. Radialkolben-Hochdruckpumpe nach Anspruch 38,
dadurch gekennzeichnet,
dass dem die Stützrolle (113) tragenden Rollenbolzen (118) im
Stößelkörper (116) eine in dessen Verschieberichtung sich
erstreckende Führung zugeordnet ist.
40. Radialkolben-Hochdruckpumpe nach Anspruch 39,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Rollenbolzen (118) über Druckkörper, insbesondere in
Form von Druckstangen (119) ausgebildete Druckkörper im Stößel
körper (116) geführt ist und dass die Druckkörper (Druckstangen
119) federnd in Gegenrichtung zum Pumphub belastet sind.
41. Radialkolben-Hochdruckpumpe nach Anspruch 40,
dadurch gekennzeichnet,
dass die als Druckkörper dienenden Druckstangen (119) den oder
die Federteller (121) tragen.
42. Radialkolben-Hochdruckpumpe nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Pumpenstempel (125) in Gegenrichtung zum Pumphub fe
derbelastet ist.
43. Radialkolben-Hochdruckpumpe nach Anspruch 42,
dadurch gekennzeichnet,
dass die den Pumpenstempel (125) in Gegenrichtung zum Pumphub
belastenden Federmittel gegen einen Bund des Pumpenstempels
(125) abgestützt sind.
44. Radialkolben-Hochdruckpumpe nach Anspruch 43,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Bund des Pumpenstempels (125) die Auflage für einen
Anschlagring bildet, der in radialer Überdeckung zum dem Stö
ßelkörper (116) zugeordneten Anschlag liegt.
45. Radialkolben-Hochdruckpumpe nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der als Führung für den Pumpenstempel (137) dienende Pum
penzylinder (109) nach der dem Druckraum (126) gegenüberliegen
den Seite im Durchmesser gegenüber dem Führungsdurchmesser der
Zylinderbohrung (124) erweitert ist und dass dem im Durchmesser
erweiterten Bereich der Zylinderbohrung (124) ein im Durchmes
ser erweiterter Bereich des Pumpenstempels (137) entspricht,
derart, das sich ein Pumpraum (136) ergibt, dessen Volumen beim
Pumphub des Pumpenstempels (137) verringert wird.
46. Radialkolben-Hochdruckpumpe nach Anspruch 45,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Durchmesserstufe des Pumpenstempels (137) um die Hub
höhe des Pumpenstempels (137) tiefer liegt als die Durchmesser
stufe in der Zylinderbohrung (124).
47. Radialkolben-Hochdruckpumpe nach einem oder mehreren der
vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die der Stützrolle zugeordnete Lagerung über stirnseitig
zur Stützrolle liegende, zur Stützrolle drehfeste Stützrollen
zapfen erfolgt.
48. Radialkolben-Hochdruckpumpe nach Anspruch 47,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Stützrollenzapfen in den Druckkörpern, insbesondere
Druckstangen gelagert sind.
49. Radialkolben-Hochdruckpumpe nach Anspruch 48,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Stützrollenzapfen in den Druckkörpern, insbesondere
Druckstangen wälzgelagert sind.
50. Radialkolben-Hochdruckpumpe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Pumpengehäuse (107) stehend angeordnet ist und der No
ckenring (110) zum Pumpengehäuse (107) drehbar ist.
51. Radialkolben-Hochdruckpumpe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Nockenring (110) stehend angeordnet ist und das Pum
pengehäuse (107) zum Nockenring (110) drehbar ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2001115167 DE10115167C1 (de) | 2001-03-27 | 2001-03-27 | Radialkolben-Hochdruckpumpe, insbesondere für Einspritzsysteme von Brennkraftmaschinen |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2001115167 DE10115167C1 (de) | 2001-03-27 | 2001-03-27 | Radialkolben-Hochdruckpumpe, insbesondere für Einspritzsysteme von Brennkraftmaschinen |
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DE2001115167 Expired - Fee Related DE10115167C1 (de) | 2001-03-27 | 2001-03-27 | Radialkolben-Hochdruckpumpe, insbesondere für Einspritzsysteme von Brennkraftmaschinen |
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