DE102006012458A1

DE102006012458A1 - Rollenstößel für ein Pumpenelement einer Kraftstoffhochdruckpumpe

Info

Publication number: DE102006012458A1
Application number: DE102006012458A
Authority: DE
Inventors: Josef Guentert; Burkhard Boos
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-03-17
Filing date: 2006-03-17
Publication date: 2007-09-20
Also published as: WO2007107410A1

Abstract

Es wird ein Rollenstößel (6) vorgeschlagen, der einerseits gut montierbar ist und andererseits eine hohe Belastbarkeit aufweist. Dies wird durch eine geeignete Ausgestaltung der Lagerschale (17) erreicht.

Description

Stand der Technik

Rollenstößel, die aus einem Stößelkörper und einer in dem Stößelkörper drehbar gelagerten Lagerrolle bestehen, sind in unterschiedlichen Ausführungsformen aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise werden Rollenstößel in den Pumpenelementen von Kraftstoffhochdruckpumpen von Kraftstoffeinspritzanlagen eingesetzt. Dabei wird zwischen einer Lagerschale des Stößelkörpers und der zylindrischen Lagerrolle ein Gleitlager ausgebildet. Dieses Gleitlager ist vor allem bei Kraftstoffhochdruckpumpen der neuesten Generation, die Einspritzdrücke von bis zu 2.000 bar bereitstellen sollen, sehr hoch belastet. Geschmiert wird dieses hydrodynamische Gleitlager in der Regel durch den Kraftstoff, der in der Kraftstoffhochdruckpumpe gefördert wird.

Damit die Lagerrollen bei der Montage nicht in das Pumpengehäuse fallen können, sondern vielmehr in der gewünschten Position relativ zu dem Stößelkörper verbleiben, ist es bekannt, eine formschlüssige Verbindung zwischen Stößelkörper und Lagerrolle herzustellen. Dies geschieht üblicherweise dadurch, dass die Lagerschale die Lagerrolle mit einem Umschlingungswinkel von mehr als 180° umschließt. Dadurch ist gewährleistet, dass die Lagerrolle nicht nach unten aus dem Stößelkörper herausfallen kann. Dieser relativ große Umschlingungswinkel wirkt sich jedoch nachteilig auf die Ausbildung eines Schmierfilms zwischen Lagerschale und zylindrischer Lagerrolle aus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rollenstößel bereitzustellen, dessen Belastbarkeit gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Rollenstößeln erhöht ist. Gleichzeitig soll die gute und prozesssichere Montierbarkeit der aus dem Stand der Technik bekannten Rollenstößel erhalten bleiben.

Offenbarung der Erfindung

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Rollenstößel mit einem Stößelkörper und mit einer zylindrischen Lagerrolle, mit einer in dem Stößelkörper ausgebildeten Lagerschale, wobei die Lagerrolle formschlüssig in der Lagerschale aufgenommen ist, und wobei die Lagerrolle und die Lagerschale ein Gleitlager bilden, dadurch gelöst, dass die Lagerschale die Lagerrolle an deren Enden mit einem ersten Umschlingungswinkel α₁ > 180° umschließt und dass die Lagerschale die Lagerrolle in einem mittleren Abschnitt mit einem zweiten Umschlingungswinkel α₂ < 180° umschließt.

Vorteile der Erfindung

Bei dem erfindungsgemäß beanspruchten Rollenstößel ist nach wie vor die formschlüssige Verbindung zwischen Lagerung und Stößelkörper gewährleistet. Dies wird dadurch erreicht, dass an den Enden der Lagerrolle diese von der Lagerschale mit einem Umschlingungswinkel > 180° umschlossen und somit gehalten wird, so dass die Montierbarkeit erhalten bleibt.

Gegenüber herkömmlichen Rollenstößeln wird eine erhöhte Belastbarkeit des Gleitlagers dadurch erreicht, dass in einem mittleren Abschnitt der Lagerrolle diese von der Lagerschale mit einem zweiten Umschlingungswinkel kleiner 180° umschlossen wird. Dadurch wird der Schmierspalt zwischen Lagerschale und Lagerrolle in dem mittleren Bereich verkürzt.

Es hat sich überraschenderweise bei Versuchen herausgestellt, dass durch die Verkürzung des Schmierspalts die Belastbarkeit des Gleitlagers im mittleren Bereich der Lagerrolle, das heißt dort wo die Belastungen am höchsten sind, zunimmt. Dadurch wird die Belastbarkeit des erfindungsgemäßen Rollenstößels erhöht, ohne zusätzliche Bauteile zu benötigen.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Umschlingungswinkel zwischen 190° und 210°, bevorzugt etwa gleich 200°, beträgt.

Für den zweiten Umschlingungswinkel haben sich ein Winkelbereich zwischen 150° und 170°, bevorzugt etwa 160°, als vorteilhaft erwiesen.

Die Belastbarkeit des Gleitlagers in dem erfindungsgemäßen Rollenstößel kann weiter erhöht werden, wenn auf der Lagerschale und/oder auf der Lagerrolle eine Mikrostrukturierung aufgebracht ist. Diese Mikrostrukturierung kann die Ausbildung von Schmiertaschen fördern und dadurch den direkten Kontakt von Lagerschale und Lagerrolle wirksam unterbinden.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Lagerschale als separates Bauteil ausgeführt ist und dass dieses separate Bauteil formschlüssig mit dem Stößelkörper verbunden ist. Dadurch ist es möglich, die Lagerschale aus einem Werkstoff herzustellen, der optimal mit der Lagerrolle, die üblicherweise aus gehärtetem Stahl hergestellt wird, zusammenwirkt. Des Weiteren ist es möglich, den eigentlichen Stößelkörper aus einem Werkstoff herzustellen, dessen spezifisches Gewicht geringer ist als das der Lagerschale, so dass der Rollenstößel leichter wird, obwohl die Belastbarkeit des Rollenstößels zunimmt.

Der Stößelkörper und/oder die als separates Bauteil ausgeführte Lagerschale kann aus Metall, Kunststoff oder einem Sinterwerkstoff bestehen.

Um zu gewährleisten, dass der Stößelkörper sich relativ zu dem Gehäuse der Pumpe verdreht, ist seitlich an dem Stößelkörper eine Längsnut ausgeformt, die mit einem im Gehäuse der Kraftstoffhochdruckpumpe eingesetzten Stift eine Verdrehsicherung für den Rollenstößel bildet.

Ein besonders bevorzugtes Einsatzgebiet des erfindungsgemäßen Rollenstößels ist in einer Kraftstoffhochdruckpumpe in einem Kraftstoff-Einspritzsystem für eine Brennkraftmaschine zu sehen.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar. Alle in den Zeichnungen, deren Beschreibung und in den Patentansprüchen beschriebenen Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
Zeichnungen
Es zeigen:
1 eine Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rollenstößel in einer Kraftstoffhochdruckpumpe;
2 bis 5 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rollenstößels in verschiedenen Ansichten und
6 und 7 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rollenstößels in verschiedenen Ansichten.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In 1 ist eine Kraftstoffhochdruckpumpe für eine Brennkraftmaschine im Längsschnitt dargestellt. Die Kraftstoffhochdruckpumpe kann als Ein- oder Mehrzylinder-Radialkolbenpumpe ausgebildet sein. Ein Gehäuse der Kraftstoffhochdruckpumpe ist mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. In dem Gehäuse 1 ist eine Nockenwelle 2 drehbar gelagert. Die Nockenwelle 2 wird durch die Brennkraftmaschine oder auf andere Weise, beispielsweise über einen Elektromotor, angetrieben. Die Nockenwelle 2 umfasst auf ihrer äußeren Umfangsfläche drei zueinander in einem Winkel von 120° beabstandete Nocken 4.
In dem Gehäuse 1 der Kraftstoffhochdruckpumpe ist außerdem eine Führungsbohrung 5 ausgebildet. Die Führungsbohrung 5 dient der Führung eines Rollenstößels 6. Der Rollenstößel 6 umfasst einen Stößelkörper 7 und eine in dem Stößelkörper 7 um eine Drehachse 8 drehbar gelagerte Lagerrolle 9 auf. Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel hat der Stößelkörper 7 eine kreisförmige Querschnittsfläche (siehe 4).
Durch die Drehung der Nockenwelle 2 wird der Rollenstößel 6 in eine oszillierende Bewegung versetzt, die durch einen Doppelpfeil 10 angedeutet ist.
Der Rollenstößel 6 wird über ein Federelement 11 in Anlage an der Nockenwelle 2 gehalten. Um das Federelement 11 nicht unnötig hoch zu belasten und um Bauraum einzusparen, ist eine geringe bewegte Masse des Rollenstößels 6 besonders wichtig.
Die oszillierende Bewegung des Rollenstößels 6 wird bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel auf einen Kolben 12 übertragen. Der Kolben 12 kann beispielsweise ein Pumpenkolben einer Kraftstoffhochdruckpumpe eines Kraftstoffversorgungssystems einer Brennkraftmaschine sein.
Damit sich der Rollenstößels 6 nicht verdrehen kann, ist eine zwischen dem Gehäuse 1 und dem Rollenstößel 6 wirkende Verdrehsicherung vorgesehen. In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Verdrehsicherung einen in das Gehäuse 1 eingesetzten Stift 13 und eine Längsnut 14 in dem Stößelkörper 7 eingreift. Die Längsnut 14 verläuft im Wesentlichen parallel zu einer Längsachse 15 des Rollenstößels 6.
In 1 sind sowohl die Lagerrolle 9 als auch der Stößelkörper 7 geschnitten dargestellt. In dieser Darstellung ist gut zu erkennen, dass in dem Stößelkörper 7 eine Lagerschale 17 ausgebildet ist. Diese Lagerschale 17 bildet zusammen mit der Lagerrolle 9 ein Gleitlager. Die Schnittebene der 1 geht durch die Längsachse 15 des Rollenstößels. In dieser Schnittebene umschließt die Lagerschale 17 die Lagerrolle 9 mit einem zweiten Umschlingungswinkel α₂. Dieser Umschlingungswinkel α₂, ist kleiner als 180°. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der zweite Umschlingungswinkel α₂, in einem Bereich zwischen 150° und 170° liegt. Als besonders bevorzugt hat sich ein zweiter Umschlingungswinkel α₂ von 160° erwiesen.
Weil der zweite Umschlingungswinkel α₂ kleiner als 180° ist, besteht keine formschlüssige Verbindung zwischen Lagerschale 17 und Lagerrolle 9 in dem oder den Bereichen in denen der zweite Umschlingungswinkel α₂ kleiner als 180° ist. In Folge dessen würde die Lagerrolle 9 nicht in dem Stößelkörper 7 gehalten, wenn beispielsweise während der Montage die Lagerrolle 9 und der Stößelkörper in das Gehäuse 1 der Kraftstoffhochdruckpumpe eingeführt werden soll. Daraus resultieren mögliche Störungen bei der Montage der erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe, wenn beispielsweise die Lagerrolle 9 in das Gehäuse 1 der Kraftstoffhochdruckpumpe fällt und sich dort verklemmt.
Es hat sich jedoch bei praktischen Versuchen erwiesen, dass bei einem zweiten Umschlingungswinkel α₂ von etwa 160° die Versorgung des zwischen Lagerschale l7 und Lagerrolle 9 befindlichen Schmierspalts mit Kraftstoff (nicht dargestellt) besser ist, als wenn der zweite Umschlingungswinkel α₂ größer als 180° ist. Durch die bessere Versorgung des Schmierspalts zwischen Lagerschale 17 und Lagerrolle 9 wird die Belastbarkeit des erfindungsgemäßen Rollenstößels 6 erhöht. Dies gilt auch für die Lebensdauer des erfindungsgemäßen Rollenstößels 6. Diese Erkenntnis ist insofern überraschend als man üblicherweise erwartet hätte, dass die Lebensdauer des aus Lagerschale 17 und Lagerrolle 9 gebildeten Gleitlagers mit zunehmendem Umschlingungswinkel zunimmt.
Um zu gewährleisten, dass die Lagerrolle 9 trotz eines zweiten Umschlingungswinkels α₂ von weniger als 180° die Lagerrolle 9 formschlüssig mit dem Stößelkörper 7 verbunden ist, ist an den Enden der Lagerschale 17 jeweils ein Bereich vorgesehen, innerhalb dessen ein erster Umschlingungswinkel α₁ größer als 180° ist. Die Geometrie des erfindungsgemäßen Rollenstößels wird nachfolgend anhand der 2–7 näher erläutert.
2 zeigt eine Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Rollenstößels 6. In dieser Ansicht ist ein Ende (ohne Bezugszeichen) der Lagerrolle 9 sowie ein Ende der Lagerschale 17 sichtbar.
An den Enden der Lagerrolle 9 umschließt die Lagerschale 17 diese mit einem ersten Umschlingungswinkel α₁, der größer als l80 ist. Dadurch ergibt sich eine formschlüssige Verbindung zwischen der Lagerschale 17 beziehungsweise dem Stößelkörper 7 und der Lagerrolle 9, so dass die Lagerrolle 9 gegen Herausfallen gesichert ist.
3 zeigt einen Schnitt entlang der Linie Z-Z durch den in 2 dargestellten Rollenstößel 6. Dabei wird deutlich, dass die Lagerschale 17 in drei Abschnitte unterteilt ist.
An den Enden 19 umschließt die Lagerschale 17 die Lagerrolle 9 mit einem ersten Umschlingungswinkel α₁ > 180°, während die Lagerschale 17 in einem mittleren Bereich 21 die Lagerrolle 9 nur mit dem zweiten Umschlingungswinkel α₂ < 180° umschließt. Wie aus 3 ersichtlich, sind die Enden 19 im Vergleich zu dem mittleren Bereich 21 durch die etwas größeren ersten Umschlingungswinkel α₁ im Bereich der Enden 19 nicht nennenswert beeinträchtigt. Andererseits ist durch den Formschluss zwischen Stößelkörper und Lagerrolle 9 im Bereich der Enden 19 gewährleistet, dass die Lagerrolle 9 bei der Montage nicht aus dem Stößelkörper heraus und in das Gehäuse 1 der Kraftstoffhochdruckpumpe fallen kann. Wie aus 3 ersichtlich, ist die Lagerrolle 9 an ihren Enden ballig ausgeführt. Dadurch wird die Reibung zwischen den Stirnflächen (ohne Bezugszeichen) der Lagerrolle 9 und dem Gehäuse 1 der Kraftstoffhochdruckpumpe minimiert.
4 zeigt eine Ansicht von unten auf den in den 2 und 3 dargestellten Stößelkörper 7. Die Lagerrolle 9 ist in 4, ebenso wie in 5 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
In dieser Ansicht von unten ist die Längsnut 14 im Stößelkörper 7 gut sichtbar. Es wird auch deutlich, dass die Verringerung des zweiten Umschlingungswinkels α₂ relativ zu dem ersten Umschlingungswinkel α₂ durch eine Ausnehmung 23, die beispielsweise mit einem Fingerfräser hergestellt werden kann, erreichbar ist.
In 5 ist ein Längsschnitt durch den Stößelkörper 7 dargestellt. Dieser Längsschnitt entspricht der Schnittdarstellung gemäß 1. Da in 5 nur der Stößelkörper 7 dargestellt ist und nicht, wie in 1 die weiteren Bauteile eingezeichnet sind, lässt sich die Geometrie der Lagerschale 17 und der zweite Umschlingungswinkel α₂ im mittleren Bereich 21 (siehe 3 und 4) gut erkennen. Auch die Aussparung 23 ist in 5 gut sichtbar.
In 6 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rollenstößels 6 im Längsschnitt dargestellt. Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel ist die Lagerschale 17 als separates Bauteil ausgeführt. In der Lagerschale 17 sind die Aussparungen 23 ebenfalls vorhanden. Dadurch wird der erfindungsgemäße Formschluss zwischen den Enden 19 der Lagerrolle 9 und der Lagerschale 17 hergestellt, während im mittleren Bereich ein zweiter Umschlingungswinkel α₂ < 180° realisiert werden kann. Durch die zweiteilige Ausführung von Stößelkörper 7 und Lagerschale 17 ergibt sich die Möglichkeit, die Materialauswahl bei dem Stößelkörper 7 und der Lagerschale 17 optimal auf die auftretenden Belastungen anzupassen. Beispielsweise könnte der Stößelkörper 7 aus einem sehr leichten Werkstoff hergestellt werden, während die Lagerschale 17, beispielsweise aus einem extrem verschleißfesten Werkstoff wie gehärtetem Stahl, Keramik, Sintermetall oder Kunststoff hergestellt wird. Bei dem in 6 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel sind die Lagerschale 17 und der Stößelkörper 7 durch eine Schnappverbindung 25 formschlüssig und unverlierbar miteinander verbunden.
Die Schmierverhältnisse zwischen der Lagerrolle 9 und dem Stößelkörper 7 können noch einmal deutlich verbessert werden, wenn zwischen einer in der Vertiefung 18 des Stößelkörpers 7 ausgebildeten Lauffläche und/oder auf der Umfangsfläche der Lagerrolle 9 eine Mikrostrukturierung aufgebracht ist. Dies kann insbesondere bei einer Kunststoffausführung des Stößelkörpers 7 einfach und kostengünstig aufgebracht werden, da die Mikrostruktur nur einmal in eine Spritzgussform eingebracht werden muss. Eine Mikrostruktur kann die Schmierung deutlich verbessern, z. B. durch Ausbildung als Schmiertaschen oder zusätzliche Schmiernuten.

Claims

Rollenstößel mit einem Stößelkörper (7) und mit einer zylindrischen Lagerrolle (9), mit einer in dem Stößelkörper (7) ausgebildeten Lagerschale (17), wobei die Lagerrolle (9) formschlüssig in der Lagerschale (17) aufgenommen ist und wobei die Lagerrolle (9) und die Lagerschale (17) ein Gleitlager bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerschale (17) die Lagerrolle (9) an deren Enden mit einem ersten Umschlingungswinkel (α₁) größer 180° umschließt, und dass die Lagerschale (17) die Lagerrolle (9) in einem mittleren Abschnitt (21) mit einem zweiten Umschlingungswinkel (α₂) kleiner 180° umschließt.
Rollenstößel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Umschlingungswinkel (α₁) zwischen 190° und 210°, bevorzugt etwa gleich 200°, beträgt.
Rollenstößel (6) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Umschlingungswinkel (α₂) zwischen 150° und 170°, bevorzugt etwa gleich 160°, beträgt.
Rollenstößel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Lagerschale (17) und/oder auf der Lagerrolle (9) eine Mikrostrukturierung aufgebracht ist.
Rollenstößel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerschale als separates Bauteil ausgeführt ist, und dass dieses separate Bauteil () formschlüssig mit dem Stößelkörper (7) verbunden ist. (6 und 7)
Rollenstößel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stößelkörper (7) und/oder die als separates Bauteil ausgeführte Lagerschale (17) aus Metall, Kunststoff oder einem Sinterwerkstoff besteht.
Rollenstößel nach einem der vorhergehenden Anspruche, dadurch gekennzeichnet, dass seitlich an dem Stößelkörper (7) eine Längsnut (14) ausgeformt ist, und dass die Längsnut (14) zusammen mit einem in einem Gehäuse (1) eingesetzten Stift (13) eine Verdrehsieherung für den Rollenstößel (6) bildet.
Rollenstößel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rollenstößel (6) für einen Einsatz in einer Kraftstoffhochdruckpumpe einer Brennkraftmaschine ausgelegt ist.