DE102005047234A1

DE102005047234A1 - Rollenstößel

Info

Publication number: DE102005047234A1
Application number: DE102005047234A
Authority: DE
Inventors: Stefan Dipl.-Ing. Dorn; Rainer Dipl.-Ing. Bleyh; Norbert Geyer
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2005-10-01
Filing date: 2005-10-01
Publication date: 2007-04-05
Also published as: WO2007039384A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rollenstößel (1, 1'), mit einem Stößelgehäuse (8, 8') und einer daran befestigten Stößelrolle (9), der von einem als Dreifachnocken (2) ausgebildeten Mehrfachnocken einer Nockenwelle (3) antreibbar und in einer Stößelführungsbohrung (4) axial geführt ist und der zum querkraftfreien Antrieb eines Pumpenplungers (5) einer Hochdruckkraftstoffpumpe, insbesondere der eines Verbrennungsmotors dient. DOLLAR A Eine Steigerung von Belastbarkeit und Lebensdauer des Rollenstößels (1, 1') bei gleicher Einbaulänge desselben wird dadurch erreicht, dass bei konstant bleibendem Außendurchmesser (26) der Stößelrolle (9) deren Rollenbreite (24) vergrößert ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Rollenstößel mit einem Stößelgehäuse und einer daran befestigten Stößelrolle, insbesondere nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Hintergrund der Erfindung

In der DE 197 29 793 A1 ist ein Rollenstößel beschrieben mit einem Stößelgehäuse und einer daran befestigten Stößelrolle, der von einem als Dreifachnocken ausgebildeten Mehrfachnocken einer Nockenwelle antreibbar und in einer Stößelführungsbohrung axial geführt ist und der zum querkraftfreien Antrieb eines Pumpenplungers einer Hockdruckkraftstoffpumpe, insbesondere der eines Verbrennungsmotors dient.

Die Rollenbreite des oben beschriebenen Rollenstößels hängt von der Breite des jeweils zugehörigen Nockens ab. Da diese zur Minimierung seines Material- und Fertigungsaufwands so gering sein soll, wie es dessen Hertzsche Flä chenpressung gestattet, verringert sich die dazu passende Breite der Stößelrolle entsprechend. Eine Steigerung von deren Tragkraft und Lebensdauer kann dann nur durch Vergrößerung des Außendurchmessers der Stößelrolle erreicht werden. Dadurch steigt jedoch deren Einbaulänge.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Rollenstößel zu schaffen, der durch hohe Belastbarkeit und lange Lebensdauer bei unveränderter Einbaulänge gekennzeichnet ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1.

Eine Steigerung der Tragkraft und Lebensdauer des erfindungsgemäßen Rollenstößels bei konstantem Außendurchmesser der Stößelrolle hat den Vorteil, dass die Einbaulänge desselben und davon abhängige Maße unverändert bleiben können. Dadurch hält sich ein gegebenenfalls notwendiger Nachrüstaufwand am Motor in Grenzen. Die erforderlichen Änderungen beim Verbreitern der Stößelrolle beschränken sich dem gegenüber auf die Stößelrolle selbst.

Eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung besteht darin, dass das Zahlenverhältnis von Rollenbreite zu Außendurchmesser der Stößelrolle im Bereich von vorzugsweise 0,8 bis 1,2 liegt. Diese Zahlen liegen außerhalb des im Stand der Technik üblichen. Sie zeigen damit einen neuartigen Weg zur Leistungssteigerung von Rollenstößeln bei gleich bleibender Einbaulänge derselben.

Ein für die rationelle Fertigung wichtiger Aspekt besteht darin, dass die verbreiterte Stößelrolle auch bei abgesenkten Nockenlasten und verminderten No ckenbreiten mit unveränderter Rollenbreite, jedoch angepasster Kontaktflächenbreite einsetzbar ist.

Stößelrollen mit gleichem Außendurchmesser und gleicher Rollenbreite sind eine Voraussetzung für gleiche Stößelgehäuse. Da diese Voraussetzung bei maximaler Nockenlast und Nockenbreite und bei sämtlichen kleineren Nockenlasten und Nockenbreiten erfüllt ist, können alle mit der erfindungsgemäßen Stößelrolle ausgerüsteten Stößelgehäuse gleich ausgebildet sein.

Ein weiterer Vorteil der gleichen Rollenbreite für sämtliche Nockenlasten liegt in der mit sinkender Nockenlast steigenden Lebensdauer der Rollenstößel.

Für eine rationelle Fertigung von Stößelrollen ist es vorteilhaft, dass die für unterschiedlich breite Nocken jeweils erforderliche Kontaktflächenbreite der gleich breiten Stößelrolle durch Freinehmungen an den beiden Außenkanten derselben verwirklichbar ist. Während diese Freinehmungen grundsätzlich eine beliebige Kontur aufweisen können, sollen sie aufgrund fertigungstechnischer Aspekte bevorzugt als Fasen mit entsprechender Fasenbreite ausgeführt sein. Die Stößelrollen für unterschiedliche Nockenbreiten sind dadurch zwar nicht gleich, sie können aber aus gleich breiten Grundkörpern, z. B. durch Nacharbeit, hergestellt werden. Dadurch sind Lagerhaltung, Fertigung und Montage bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Rollenstößel vereinfacht.

Eine vorteilhafte Weiterentwicklung der Erfindung besteht darin, dass das hohlzylindrisch ausgebildete Stößelgehäuse in seinem mittleren Bereich einen Zwischenboden aufweist, dessen Wandstärke im Bereich der des Stößelgehäuses liegt. Die dadurch gegenüber dem Stand der Technik stark reduzierte Masse des Zwischenbodens verringert die Massenkräfte und Fertigungskosten.

Der Zwischenboden weist zwei gleiche, vorzugsweise kreisförmige Entlüftungs- und Ölrücklauföffnungen auf, die in dessen Randbereich in einer Mittenebene des Rollenstößels angeordnet sind. Dadurch ist die Einbaulage des Rollenstö ßels beliebig, wodurch die Variantenzahl gegenüber dem Stand der Technik mit nur einer Belüftungs- und Ölrücklauföffnung verringert wird.

Eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung besteht darin, dass eine Verdrehsicherung für Rollenstößel vorgesehen ist, die einen prismatischen Führungspin mit einem pilzförmigen Querschnitt aufweist, der ein rechteckiges Teil und ein teilzylindrisches Teil besitzt. Hinzu kommt, dass das Stößelgehäuse in der Mittenebene von einer der Abstützseiten oberhalb der rollennahen Seite des Zwischenbodens eine rechteckige Öffnung aufweist, in die das rechteckige Teil des Führungspins einpressbar ist, bis dessen teilzylindrisches Teil am Außenumfang des Stößelgehäuses axial ausgerichtet anliegt und in eine passende axiale Führungsnut einer Stößelführungsbohrung mit Bewegungsspiel einführbar ist.

Es bietet Fertigungsvorteile, dass eine alternative Verdrehsicherung einen zylindrischen Stift aufweist, der aus einem Stößelführungsgehäuse radial in einen auf einer der Abstützseiten eines alternativen Stößelgehäuses angeordneten Führungsschlitz einragt und dass dieser symmetrisch zur Mittenebene des alternativen Stößelgehäuses angeordnet ist und sich von der rollennahen Seite eines alternativen Zwischenbodens bis zum rollenseitigen Ende des alternativen Stößelgehäuses erstreckt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt sind.
Es zeigen:
1 einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Rollenstößels in Einbausituation;
1a einen Längsschnitt des Rollenstößels von 1, jedoch mit einem Richtung, Größe und Angriffspunkt aufweisenden Kraftpfeil;
2 einen Längsschnitt des 90° um seine Längsachse gedrehten Rollenstößels von 1;
3 einen Querschnitt des Rollenstößels von 1 in Höhe der Achse einer Stößelrolle;
4 einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Stößelrolle;
4a ein vergrößertes Detail einer Außenkante der Stößelrolle von 4;
5 eine Ansicht auf die Stößelrollenseite des erfindungsgemäßen Rollenstößels;
6 eine perspektivische Darstellung des Rollenstößels von 5;
7 eine perspektivische Teilansicht eines Stößelgehäuses mit einem Führungspin einer Verdrehsicherung;
8 einen Teilschnitt durch das Stößelgehäuse von 7 mit montiertem Führungspin;
9 einen Längsschnitt durch einen alternativen Rollenstößel mit einer alternativen Verdrehsicherung und
10 eine Ansicht auf die Stößelrollenseite des alternativen Rollenstößels von 9;
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In 1 ist ein erfindungsgemäßer Rollenstößel 1 im Längsschnitt und in seiner Einbausituation dargestellt. Diese ist dadurch gekennzeichnet, dass der Rollenstößel 1 von einem Dreifachnocken 2 einer im Uhrzeigersinn drehenden Nockenwelle 3 angetrieben und in einer Stößelführungsbohrung 4 axial geführt ist sowie selbst ein Pumpenplunger 5 einer nicht dargestellten Kraftstoffhochdruckpumpe antreibt.
Die beim Antrieb des Rollenstößels 1 entstehenden Querkräfte werden von der Stößelführungsbohrung 4 aufgenommen, so dass der Antrieb des Pumpenplungers 5 querkraftfrei erfolgt.
Ein später beschriebener Führungspin 6 ist in einer Führungsnut 7 der Stößelführungsbohrung 4 axial geführt und sichert den Rollenstößel 1 gegen Verdrehen.
Der Rollenstößel 1 weist ein Stößelgehäuse 8 und eine daran befestigte nadelgelagerte Stößelrolle 9 auf. Alternativ kann diese jedoch auch gleitgelagert sein.
Das Stößelgehäuse 8 ist im wesentlichen hohlzylindrisch gestaltet. Es wird durch einen Zwischenboden 10 in einen oberen Raum 11 und einen unteren Raum 12 geteilt. Der obere Raum 11 – auch Rollentasche genannt – dient der Unterbringung und Befestigung der Stößelrolle 9, der untere Raum 12 der Unterbringung des Pumpenplungers 5 und seines Federtellers 13.
Die 2 zeigt einen Längsschnitt eines gegenüber 1 um seine Längsachse 14 um 90° gedrehten Rollenstößels 1, während 3 einen Querschnitt durch den Rollenstößel 1 in Höhe von dessen Stößelrollenachse 15 zeigt. In den 2 und 3 sind gegenüberliegende Einziehungen im nicht querkraftbeaufschlagten Bereich des oberen Raumes 11 erkennbar, die als Naben 16 für einen Lagerbolzen 17 der Stößelrolle 9 ausgebildet sind. Da der Lagerbolzen 17 mit den Naben 16 drehfest verbunden und die Naben 16 mit dem Stößelgehäuse 8 einstückig ausgebildet sind, besteht eine feste Verbindung zwischen Stößelgehäuse 8 und Stößelrolle 9.
1a zeigt einen Längsschnitt des Rollenstößels 1 von 1 mit einem Kraftpfeil 18, der die Nockenantriebskraft nach Größe und Richtung darstellt und dessen Angriffspunkt 19 unterhalb einer Oberkante 20 des Stößelgehäuses 8 angeordnet ist. Dadurch werden das Kippmoment und die Querkraft, die von dem Rollenstößel 1 aufzunehmen sind, vermindert.
Im Zwischenboden 10 sind zwei gleiche und kreisförmige Entlüftungs- und Ölrücklauföffnungen 21 vorgesehen, die unabhängig von der Einbaulage der Rollenstößel 1 wirksam sind und dadurch keine zusätzlichen Ausführungsvarianten erfordern.
Aus den 1, 1a, 2 und 3 ist ersichtlich, dass aufgrund der Wandstärken von Stößelgehäuse 8, Zwischenboden 10 und Naben 16 sowie durch die gewählten Übergangsradien zwischen diesen ein im Vergleich zum Stand der Technik geringerer Material-, und Fertigungsaufwand erforderlich ist.
In 4 sind eine erfindungsgemäße Stößelrolle 9 und in 4a eine vergrößerte Einzelheit X der 4 dargestellt.
Die Stößelrolle 9 weist einen Außenring 22 und den Lagerbolzen 17 sowie zwischen beiden Lagernadeln 23 auf. Die Stößelrolle 9 besitzt eine Rollenbreite 24 und einen Außendurchmesser 26, deren Quotient den erfindungsgemäßen Wert 1,2 aufweist.
Am Umfang des Außenringes 22 befindet sich die Kontaktfläche des Dreifachnockens. Die Kontaktfläche kann in Abhängigkeit der spezifischen Einbaubedingungen des Rollenstößels 1 entweder zylindrisch mit oder ohne Endprofilierung oder auch ballig profiliert sein. Unter der Endprofilierung ist dabei ein sich an den zylindrischen Abschnitt jeweils anschließender Radius zu verstehen, so dass die zylindrische Endprofilierung den Vorteil des zylindrischen Profils hinsichtlich der vergleichsweise kleinen Kontaktpressungen mit der Bauteiltoleranzen ausgleichenden Wirkung eines balligen Profils kombiniert.
Die Kontaktflächenbreite 25 unterscheidet sich von der Rollenbreite 24 durch die Fasenbreite 27 der beiden Fasen 28, die an den Außenkanten 29 des Außenrings 22 vorgesehen sind. In 4a ist nur eine der beiden Fasen 28 dargestellt. Die Fasenbreite 27 kann z. B. durch Nacharbeit der Fasen 28 variiert und damit der jeweiligen Nockenbreite angepasst werden. Um Kantenträger zu vermeiden muss die Nockenbreite stets größer als die Kontaktflächenbreite 25 sein.
In 5 ist eine Ansicht der Stößelrollenseite des Rollenstößels 1 dargestellt. Die Ansicht zeigt die Stößelrolle 9 mit den Fasen 28 und die Naben 16 für den nicht sichtbaren Lagerbolzen 17.
Neben der Stößelrolle 9 ist der Zwischenboden 10 mit einem Teil der beiden zylindrischen Entlüftungs- und Ölrücklauföffnungen 21 erkennbar. Am Außenumfang des Rollenstößels 1 befindet sich auf einer der diametral gegenüberliegenden Abstützseiten 30 und in dessen Mittenebene 31 der Führungspin 6 als Verdrehsicherung desselben.
6 zeigt den Rollenstößel 1 in perspektivischer Darstellung. Dessen im wesentlichen zylindrisches Stößelgehäuse 8 ist im Bereich der Naben 16 zwecks Gewichtseinsparung und Steifigkeitserhöhung eingezogen bzw. abgeflacht. Dort ist der verdrehfest gelagerte Lagerbolzen 17 angeordnet, der die nadelgelagerte Stößelrolle 9 trägt.
Auf einer der Abstützseiten 30 des Stößelgehäuses 8 befindet sich der Führungspin 6, der in 7 in Explosionsdarstellung und in 8 in montiertem Zustand gezeigt ist. Der Führungspin 6 besitzt einen prismatischen Querschnitt, der ein rechteckiges Teil 32 und ein teilzylindrisches Teil 33 aufweist. Das rechteckige Teil 32 wird in eine dazu passende rechteckige Öffnung 34 des Stößelgehäuses 8 gepresst. Dadurch gelangt das teilzylindrische Teil 33 in eine Anlageposition am Stößelgehäuse 8 (siehe 9) und in eine axiale Ausrichtung, die zu einer in 1 dargestellten Führungsnut 7 passt.
9 zeigt den Längsschnitt eines alternativen Rollenstößels 1'. Dieser weist eine alternative Verdrehsicherung in Gestalt eines zylindrischen Stifts 35 auf, der aus einem Stößelführungsgehäuse 36 heraus in einen Führungsschlitz 37 des alternativen Rollenstößels 1' eingreift. Der Führungsschlitz 37 erstreckt sich von der rollennahen Seite eines alternativen Zwischenbodens 10' bis zum rollenseitigen Ende 38 eines alternativen Stößelgehäuses 8'.
Aus 10, die eine Ansicht auf die Stößelrollenseite des alternativen Rollenstößels 1' von 9 zeigt, ist ersichtlich, dass der zylindrische Stift 35 im Stößelführungsgehäuse 36 sitzend auf einer der Abstützseiten 30 des alternativen Stößelgehäuses 8' und symmetrisch zu dessen Mittenebene 31 angeordnet ist.
Eine weitere, wenn auch zeichnerisch nicht dargestellte Verdrehsicherung besteht darin, zumindest eine der in 10 gezeigten Planflächen 39 der Naben 16 an einer am Stößelführungsgehäuse 36 angebrachten Führungsfläche auszurichten. Wie auch bei den vorgenannten Verdrehsicherungsarten brauchen dabei nur moderate Anforderungen an die Präzision der radialen Ausrichtung sowie des Verdrehspiels des Rollenstößels gestellt werden, da die Verdrehsicherung in erster Linie als Ausrichtungshilfe des Rollenstößels bei dessen Montage in das Stößelführungsgehäuse 36 dient, während die eigentliche Ausrichtung des Rollenstößels zum Dreifachnocken 2 durch diesen selbst erfolgt.

1: Rollenstößel
1': alternativer Rollenstößel
2: Dreifachnocken
3: Nockenwelle
4: Stößelführungsbohrung
5: Pumpenplunger
6: Führungspin
7: Führungsnut
8: Stößelgehäuse
8': alternatives Stößelgehäuse
9: Stößelrolle
10: Zwischenboden
10': alternativer Zwischenboden
11: oberer Raum
12: unterer Raum
13: Federteller
14: Längsachse
15: Stößelrollenachse
16: Nabe
17: Lagerbolzen
18: Kraftpfeil
19: Angriffspunkt
20: Oberkante
21: Entlüftungs- und Ölrücklauföffnung
22: Außenring
23: Lagernadeln
24: Rollenbreite
25: Kontaktflächenbreite
26: Außendurchmesser
27: Fasenbreite
28: Fase
29: Außenkante
30: Abstützseite
31: Mittenebene
32: rechteckiges Teil
33: teilzylindrisches Teil
34: rechteckige Öffnung
35: zylindrischer Stift
36: Stößelführungsgehäuse
37: Führungsschlitz
38: rollenseitiges Ende
39: Planfläche

Claims

Rollenstößel (1, 1'), mit einem Stößelgehäuse (8, 8') und einer daran befestigten Stößelrolle (9), der von einem als Dreifachnocken (2) ausgebildeten Mehrfachnocken einer Nockenwelle (3) antreibbar und in einer Stößelführungsbohrung (4) axial geführt ist und der zum querkraftfreien Antrieb eines Pumpenplungers (5) einer Hockdruckkraftstoffpumpe, insbesondere der eines Verbrennungsmotors dient, dadurch gekennzeichnet, dass Tragkraft und Lebensdauer des Rollenstößels (1, 1') bei vorzugsweise konstant bleibendem Außendurchmesser (26) der Stößelrolle (9) durch Verbreitern derselben gesteigert sind.
Rollenstößel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahlenverhältnis von Rollenbreite (24) zu Außendurchmesser (26) der Stößelrolle (9) im Bereich von vorzugsweise 0,8 bis 1,2 liegt.
Rollenstößel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die verbreiterte Stößelrolle (9) auch bei abgesenkten Nockenlasten und verminderten Nockenbreiten mit unveränderter Rollenbreite (24), jedoch angepasster Kontaktflächenbreite (25) einsetzbar ist.
Rollenstößel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die für unterschiedlich breite Nocken jeweils erforderliche Kontaktflächenbreite (25) der Stößelrolle (9) durch Fasen (28) entsprechender Fasenbreite (27) an den beiden Außenkanten (29) derselben verwirklichbar ist.
Rollenstößel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das hohlzylindrisch ausgebildete Stößelgehäuse (8, 8') in seinem mittleren Bereich einen Zwischenboden (10, 10') aufweist, dessen Wandstärke im Bereich der des Stößelgehäuses (8, 8') liegt.
Rollenstößel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenboden (10, 10') zwei gleiche, vorzugsweise kreisförmige Entlüftungs- und Ölrücklauföffnungen (21) aufweist, die in dessen Randbereich und in einer Mittenebene (31) des Rollenstößels (1, 1') angeordnet sind.
Rollenstößel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verdrehsicherung für den Rollenstößel (1) vorgesehen ist, die einen prismatischen Führungspin (6) mit einem pilzförmigen Querschnitt aufweist, der ein rechteckiges Teil (32) und ein teilzylindrisches Teil (33) besitzt.
Rollenstößel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Stößelgehäuse (8) in der Mittenebene (31) von einer der Abstützseiten (30) oberhalb der rollennahen Seite des Zwischenbodens (10) eine rechteckige Öffnung (34) aufweist, in die das rechteckige Teil (32) des Führungspin (6) einpressbar ist, bis dessen teilzylindrisches Teil (33) am Außenumfang des Stößelgehäuses (8) axial ausgerichtet anliegt und in eine passende axiale Führungsnut (7) einer Stößelführungsbohrung (4) mit Bewegungsspiel einführbar ist.
Rollenstößel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine alternative Verdrehsicherung einen zylindrischen Stift (35) aufweist, der aus einem Stößelführungsgehäuse (36) radial in einen auf einer der Abstützseiten (30) eines alternativen Stößelgehäuses (8') angeordneten Führungsschlitzes (37) einragt.
Rollenstößel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsschlitz (37) symmetrisch zur Mittenebene (31) des alternativen Stö ßelgehäuses (8') angeordnet ist und sich von der rollennahen Seite eines alternativen Zwischenbodens (10') bis zum rollenseitigen Ende (38) des alternativen Stößelgehäuses (8') erstreckt.