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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Nockenwellentrieb, insbesondere
für eine
Dieseleinspritzpumpe gemäß dem Oberbegriff
des Anspruch 1. Der erfindungsgemäße Nockenwellentrieb richtet sich
insbesondere auf Dieseleinspritzpumpen für Common-Rail-Einspritzsysteme für Diesel-Brennkraftmaschinen.
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Stand der Technik
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In
der Offenlegungsschrift
DE
101 38 362 A1 ist ein Nockenwellentrieb für eine Dieseleinspritzpumpe
eines Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystems offenbart. Der Nockenwellentrieb
umfasst eine Nockenwelle mit einem exzentrischen Abschnitt, welcher
den Nocken bildet. Über
dem exzentrischen Abschnitt wälzt
eine Stößelrolle
ab, wobei die Stößelrolle
in einem Rollenschuh drehbar aufgenommen ist, und mit einem Stößelkörper eine
Hubbewegung ausführt.
Die Stößelrolle
wird mittels einer Druckfeder gegen den exzentrischen Abschnitt
der Nockenwelle gedrückt.
Die Hubbewegung wird auf einen Kolben übertragen, welcher mit einem
Ventilverband zusammenwirkt, um den Kraftstoff zu verdichten.
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Aus
der Patentschrift
DE
35 46 930 C2 ist ein Nockenwellentrieb bekannt, welcher
eine Nockenwelle umfasst, die über
eine Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine angetrieben wird.
Die Nockenwelle weist einen Nocken auf, über den eine Laufrolle umfangsseitig
der Nocke abwälzt.
Dabei wird über
die Laufrolle eine Hubbewegung erzeugt, wobei die Laufrolle in einem
Rollenschuh aufgenommen ist, um die lineare Hubbewegung auszuführen. Über den
so erzeugten Hub kann unter Verwendung einer Ventilanordnung der
Kraftstoff verdichtet werden.
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Bei
derartigen aus dem Stand der Technik bekannten Anordnungen von Nockenwellentrieben für eine Dieseleinspritzpumpe
entsteht das Problem, dass die Laufrolle, der Rollenschuh sowie
der Stößelkörper oder
der Rollenstößel nach
einer typischen Reihenpumpenbauart über dem Nockenabschnitt auf der
Nockenwelle eine Verdrehbewegung ausführen können. Die Verdrehbewegung erfolgt
um die Hubachse der hubbeweglich über dem Nockenabschnitt geführten Komponenten.
In einem idealisierten Normalbetrieb bildet sich zwischen der Laufrolle
und dem Nockenabschnitt der Nockenwelle ein Linienberührung aus.
Jedoch besteht die Gefahr, das sich das System aus Laufrolle, Rollenschuh
und Stößelkörper um
die Hubachse verdreht, so dass die Wirkverbindung zwischen dem Nockenabschnitt
und der Laufrolle gestört
ist. Die Laufrolle kann eine Taumel- bzw. Tanzbewegung auf dem Nockenabschnitt
ausführen, damit
verringert sich die Kraftübertragungsfläche zwischen
der Laufrolle und dem Nockenabschnitt.
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Aus
dem Stand der Technik sind daher Stifte oder Gleitsteine bekannt,
die zur Führung
an den Stößelkörpern, insbesondere
bei Reihenpumpen, d.h. nockengesteuerte Pumpen, vorgesehen sind. Diese
können
sowohl im Stößelkörper als
auch im Pumpengehäuse
angebracht werden, so dass der Gleitstein entweder eine Hubbewegung
ausführt, oder
ortsfest innerhalb des Gehäuses
der Dieseleinspritzpumpe angeordnet ist. Eine Vermeidung der Verdrehung
des Stößels erfolgt
daher primär über diese
Verdrehhemmung. Jedoch bildet sich dabei der Nachteil aus, dass
die feststehenden Stifte oder Gleitsteine gemäß der bisher bekannten Lösungen die
Führungsaufgabe
nur eingeschränkt
sichern. Um eine Überbestimmtheit
aufgrund von Toleranzeinschränkungen
zu vermeiden, muss das Spiel zwischen dem Stift oder dem Gleitstein
vergleichsweise groß sein.
Trotz dieser Ungenauigkeiten in der Führung ist der Aufwand jedoch
beträchtlich.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Nockenwellentrieb
zu schaffen, welcher eine Verdrehhemmung der Laufrolle sowie der mit
der Laufrolle in Wirkverbindung stehenden hubbeweglichen Komponenten
in einer führungsmittelfreien
Ausführung
aufweist.
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Diese
Aufgabe wird ausgehend von einem Nockenwellentrieb gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen
gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die
Erfindung schließt
die technische Lehre ein, dass der Zwischennockenrastbereich einen Hohlradius
umfasst, um auch im unteren Todpunkt eine Verdrehhemmung der Laufrolle
um die Hubachse zu schaffen. Wälzt
die Laufrolle nunmehr über dem
Nockenabschnitt der Nockenwelle ab, so ist diese nur noch im oberen
Totpunkt um die Hubachse frei drehbar. Wälzt die Laufrolle über dem
Nockenabschnitt ab, so bildet sich durch den Hohlbereich eine geführte Linienberührung zwischen
der Laufrolle und dem Nockenabschnitt in Richtung der Nockenwellenlängsachse
aus.
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Die
Erstreckung der Linienberührung
steht dabei senkrecht auf der Hubachse. Durch die ansteigende Nockenflanke,
die abfallende Nockenflanke sowie den ausgeprägten Hohlradius im Zwischennockenrastbereich
wirkt neben der Kraftkomponente in Richtung der Hubachse eine senkrecht
auf dieser stehende Kraftkomponente in der Bewegungsrichtung des
Umfangs des Nockenabschnittes während der
Rotation der Nockenwelle.
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Diese
senkrecht auf der Hubachse stehende Kraftkomponente, welche über die
Linienberührung von
dem Nockenabschnitt auf die Laufrolle ausgeübt wird, stabilisiert die Laufrolle
in der Verdrehung um die Hubachse, so dass eine Verdrehhemmung geschaffen
ist. Ist nunmehr zwischen der wenigstens einen Nocke, d.h. im Zwischennockenrastbereich,
welcher den unteren Totpunkt bildet, ein Hohlradius ausgebildet,
so ist auch über
dem Nockenabschnitt im Bereich des unteren Totpunktes eine senkrecht
auf die Hubachse stehende Kraftkomponente vorhanden. Diese wirkt über die
Oberfläche
im Hohlradius des Nockenabschnittes auf die Laufrolle. Die freie Drehbarkeit
der Laufrolle um die Hubachse begrenzt sich daher auf den Bereich
des oberen Totpunktes. Die Verdrehhemmung im Zwischennockenrastbereich
bewirkt eine erhebliche Stabilisierung der hubbeweglichen Komponenten
in ihrer Verdrehung um die Hubachse, so dass die Dieseleinspritzpumpe
führungsmittellos
ausgebildet sein kann. Stifte und Gleitsteine gemäß der bekannten
Ausführungen
von Verdrehhemmungen sind gemäß der Ausgestaltung
des Nockenwellentriebes nach der vorliegenden Erfindung nicht weiter
notwendig. Es entstehen beim Verdrehen der Laufrolle rückwirkende
Momente, die eine Drehung des Rollenstößels verhindern. Insbesondere
bei geringen Drehzahlen kann es zu Verdrehungen kommen, die über den
erfindungsgemäßen Hohlradius
im Zwischennockenrastbereich verhindert werden können. Damit ist zu Beginn des
Arbeitshubes eine genauere Ausrichtung gegeben als bei einer einfachen
Verdrehhemmung mit einem Stift oder einem Gleitstein.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist die Laufrolle in einem Rollenschuh
aufgenommen und in diesem um eine Rotationsachse drehbar gelagert,
wobei die Laufrolle die Verdrehhemmung um die Hubachse auf den Rollenschuh überträgt. Die
Aufnahme der Laufrolle im Rollenschuh erfolgt entweder über einen
Rollenbolzen oder die Laufrolle ist im Rollenschuh gleitgelagert,
wobei die Gleitlagerung über
die Mantelfläche der
Laufrolle im Rollenschuh erfolgt. Unabhängig von der Art der Aufnahme
der Laufrolle im Rollenschuh wird dieser durch die verdrehgehemmte
Laufrolle über
die Zusammenwirkung mit dem Nockenabschnitt ebenfalls in der Verdrehung
gesichert. Somit überträgt die Laufrolle
die Verdrehhemmung auf den Rollenschuh.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausführungsform
ist vorgesehen, dass der Rollenschuh in einem Stößelkörper aufgenommen ist, welcher
durch die Laufrolle über
den Rollenschuh in einer Verdrehung um die Hubachse gesichert ist.
Der Rollenschuh ist in einem Stößelkörper aufgenommen,
wobei der Rollenschuh gegenüber
dem Stößelkörper verdrehgehemmt
ist. Damit überträgt sich
die Verdrehhemmung von der Laufrolle zunächst auf den Rollenschuh und
damit auch auf den Stößelkörper. Die
Anordnung eines Gleitsteins, eines Stiftes oder dergleichen zur
Verdrehhemmung ist daher an keiner der genannten Komponenten wie
der Laufrolle, dem Rollenschuh sowie dem Stößelkörper erforderlich.
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Vorteilhafterweise
ist die Laufrolle mittels einer Druckfeder gegen den Nockenabschnitt
gedrückt,
wobei die gewundene Druckfeder über
dem Hub der Laufrolle eine leichte Torsionsbewegung erzeugt. Die
Druckfeder ist als Spiraldruckfeder ausgeführt, wobei im Arbeitshub einer
Spiralfeder eine Torsinn zwischen den an die Feder in axialer Richtung angrenzenden
Komponenten erzeugt wird. Die verdrehgehemmte Anordnung der Laufrolle über dem Nockenabschnitt
wirkt der Torsinn der Druckfeder entgegen, so dass diese nicht störend in
Erscheindung tritt. Ferner können
Verdrehneigungen der hubbeweglich geführten Komponenten durch Toleranzen,
durch Schwingungen oder sonstige Unstetigkeiten im Nockentrieb hervorgerufen
werden, die sich nicht störend
auswirken.
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Vorteilhafterweise
umfasst der Hohlradius einen Wert von 30 mm bis 500 mm, wobei der
Wert des Hohlradius im Zwischennockenrastbereich von dem Durchmesser
der Nockenwelle selbst abhängig
ist. Die Laufrolle kann einen Durchmesser von beispielsweise 5 mm
bis 25 mm aufweisen. Der Hohlradius sollte jedoch zumindest so klein
sein, dass die Krümmung
innerhalb des Zwischennockenrastbereiches hinreichend groß ist, um
die Laufrolle in der Drehung um die Hubachse zu stabilisieren. Je
kleiner die Differenz zwischen dem Hohlradius der Nockenbahn und
dem Laufrollenradius ausgebildet ist, desto stärker ist der Effekt der Stabilisierung
im Zwischennockenrastbereich, damit nimmt die Verdrehhemmung zu.
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Vorteilhafterweise
kann vorgesehen sein, dass über
dem Umfang des Nockenabschnitts typischerweise zwei sich gegenüberstehende
Nocken ausgebildet sind, zwischen denen sich zwei um 45° bis 135°, vorzugsweise
um 75° bis
105° und
besonders bevorzugt um 90° versetzt
angeordnete Zwischennockenrastbereiche erstrecken. Ferner besteht die
Möglichkeit,
Nockenwellentriebe vorzusehen, bei denen über dem Umfang des Nockenabschnittes
eine, drei, vier oder mehr als vier Nocken angeordnet sind, zwischen
denen sich jeweils ein Zwischennockenrastbereich erstreckt. Bei
geeigneter Auslegung bilden sich geometrisch bedingte Hohlradien
zwischen den Nocken aus, welche die stabilisierende Wirkung auf
die Laufrolle ausüben.
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Weitere,
die Erfindung verbessernde Maßnahmen
werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten
Ausführungsbeispiels
der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.
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Ausführungsbeispiel
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Es
zeigt:
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1 einen
Querschnitt eines Nockenwellentriebes einer Dieseleinspritzpumpe
mit einem Nockenabschnitt, auf dem zwei Nocken ausgebildet sind;
und
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2 eine
schematisierte Darstellung eines Nockenwellentriebes gemäß der vorliegenden
Erfindung, wobei die Laufrolle in der dargestellten Form über den
Zwischennockenrastbereich abrollt, und der Nockenabschnitt zwei
Nocken aufweist, zwischen denen zwei sich gegenüberstehende Zwischennockenrastbereiche
ausgebildet sind.
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Der
in 1 dargestellte Nockenwellentrieb ist mit dem Bezugszeichen 1 versehen.
In einem Gehäuse
ist eine Nockenwelle 3 drehbar aufgenommen, wobei die Rotationsachse
der Nockenwelle 3 durch die Nockenwellenlängsachse 2 angedeutet
ist. Die Nockenwelle 3 weist einen Nockenabschnitt 4 auf, welcher
zwischen zwei Lagerstellen der Nockenwelle 3 angeordnet
ist. Der Nockenabschnitt 4 umfasst zwei Nocken 5,
welche in der Bildebene am oberen Ende sowie am unteren Ende des
dargestellten Nockenabschnittes 4 angedeutet sind. Zwischen
den beiden Nocken 5 ist ein Zwischennockenrastbereich 8 angedeutet,
welcher mittels zweier Lichtkanten schematisch gegen die Nocken 5 abgegrenzt
ist. Innerhalb des Zwischennockenrastbereiches 8 ist ein Hohlradius
ausgebildet, welcher eine Krümmung
des Nockenabschnittes 4 in Richtung der zentrisch verlaufenden
Nockenwellenlängsachse 2 bewirkt. Über dem
Nockenabschnitt 4 wälzt
eine Laufrolle 7 ab, wobei die Laufrolle 7 innerhalb
eines Rollenschuhs 9 aufgenommen ist. Der Rollenschuh 9 ist
wiederum innerhalb eines Stößelkörpers 10 angeordnet,
welcher in einer Zylinderbohrung des Gehäuses des Nockenwellentriebs 1 hubbeweglich
geführt
ist. Die Hubbewegung, welche die Laufrolle 7, der Rollenschuh 9 sowie
der Stößelkörper 10 ausführen, erfolgt
entlang einer Hubachse 6. Die Hubachse 6 erstreckt
sich senkrecht zur Nockenwellenlängsachse 2.
Eine Druckfeder 11 drückt
die Rolle 7 über
den Stößelkörper 10 sowie
den Rollenschuh 9 gegen den Nockenabschnitt 4 der
Nockenwelle 3. Damit bleibt die Laufrolle 7 über den
gesamten Umfang des Nockenabschnittes 4 mit diesem in Kontakt.
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2 zeigt
den Nockenwellentrieb 1 in einer schematisierten Darstellung.
Die Darstellung ist aus Blickrichtung der Nockenwellenlängsachse 2 dargestellt,
so dass die innerhalb des Nockenabschnittes ausgebildeten Nocken 5 angedeutet
sind. Zwischen den Nocken 5 erstrecken sich 90° versetzt
zu den Nocken 5 zwei Zwischennockenrastbereiche 8.
Die Zwischennockenrastbereiche 8 sind durch einen Hohlradius
R gekennzeichnet, wobei die Laufrolle 7 in der dargestellten
Form über
einen der beiden Zwischennockenrastbereiche 8 abwälzt. Aufgrund
der Kontur des Hohlradius R im Zwischennockenrastbereich erfolgt
eine Stabilisierung der Laufrolle 7 um die Hubachse 6,
wobei die stabilisierte Laufrolle 7 mit dem Rollenschuh 9 und
dem Stößelkörper 10 zusammenwirkt.
Die Laufrolle 7 ist um die Hubachse 6 verdrehfest
mit dem Rollenschuh 9 verbunden, welcher wiederum verdrehfest
mit dem Stößelkörper 10 verbunden
ist. Eine Druckfeder 11 drückt die Einheit, bestehend
aus der Laufrolle 7, dem Rollenschuh 9 sowie dem
Stößelkörper 10 gegen
den Nockenabschnitt 4 der Nockenwelle 3.
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Der
Hohlradius R, welcher in 2 lediglich schematisch dargestellt
ist, kann einen Wert von 30 mm bis 500 mm umfassen, wobei die Laufrolle 7 einen
Durchmesser von beispielsweise 5 mm bis 25 mm aufweisen kann. Die
Hubbewegung der Einheit aus der Laufrolle 7, dem Rollenschuh 9 sowie
dem Stößelkörper 10 ist
mit einem Doppelpfeil schematisch gekennzeichnet. Ferner ist die
Rotation der Nockenwelle 3 durch einen rotierenden Pfeil
um die Nockenwellenlängsachse 2 angedeutet.
Der im Querschnitt kreuzschraffiert dargestellte Rollenschuh 9 umschließt gemäß der vorliegenden
Darstellung die Laufrolle 7, wobei diese nicht unmittelbar
innerhalb des Rollenschuhs 9 gleitgeführt sein muss, sondern über einen
zentrisch zur Laufrolle 7 angeordneten Rollenbolzen drehbar
aufgenommen sein kann.
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Die
Erfindung beschränkt
sich in ihrer Ausführung
nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel.
Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch
bei grundsätzlich
anders gearteten Ausführungen
Gebrauch macht.