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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe für eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung,
einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des
Anspruchs 1.
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Eine
derartige Hochdruckpumpe geht beispielsweise aus der Druckschrift
DE 10 2006 041 673 A1 hervor.
Die hierin beschriebene Hochdruckpumpe weist eine Antriebswelle
mit wengistens einem Nocken oder Exzenter und wenigstens ein Pumpenelement
auf, das einen Pumpenkolben umfasst, der durch den Nocken oder Exzenter
der Antriebswelle in einer Hubbewegung angetrieben wird. Zwischen dem
Pumpenkolben und dem Nocken oder Exzenter der Antriebswelle sind
ein Stützelement und eine auf dem Nocken oder Exzenter
abrollende Rolle angeordnet. Das Stützelement weist auf
seiner der Antriebswelle zugewandten Seite eine Vertiefung auf,
in der die Rolle drehbar gelagert ist. Um die Verschleißfestigkeit
des Stützelements im Kontaktbereich mit der Rolle zu erhöhen,
wird vorgeschlagen, das Stützelement in diesem Bereich
mit einer Beschichtung aus einem Werkstoff mit hoher Verschleißfestigkeit zu
versehen.
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Aus
der
DE 10 2005
042 598 A1 ist ferner eine Stößelanordnung
bekannt, die ein Lagerelement zur teilweisen Aufnahme einer Rolle
besitzt, wobei das Lagerelement frei von einem verliersicheren Halten
der Rolle ausgebildet ist, Das heißt, dass das Lagerelement
die Rolle über einen Winkelbereich ≤ 180° umschlingt.
Zum verliersicheren Halten der Rolle im Lagerelement weist die Stößelanordnung
daher zusätzlich eine Kappe mit Haltenasen auf, die die Rolle – im
Querschnitt betrachtet – hintergreifen. Indem der Umschlingungswinkel
des Lagerelements ≤ 180° gewählt ist,
verringert sich der Kontaktbereich des Lagerelements mit der Rolle,
so dass Reibungskräfte und damit auch der Verschleiß reduziert werden.
Des Weiteren wird in der Druckschrift vorgeschlagen, dass die an
die Rolle angepasste halbzylinderartige Höhlung des Lagerelements
einen größeren Radius als die Rolle besitzt. Dadurch
liegt das Lagerelement lediglich in einem Teilbereich an der Rolle
an, das heißt, der Kontaktbereich wird weiter verringert.
Allerdings bilden sich beidseits Rolle radiale Spalte aus, die den
Eintrag von Schmutzpartikel ermöglichen. Dies kann zu einer
stärkeren mechanischen Belastung der angrenzenden Oberflächen
und und damit wiederum zu einem erhöhten Verschleiß führen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Hochdruckpumpe der eingangs
genannten Art bereitzustellen, die wenigstens ein Pumpenelement aufweist,
das eine verbesserte Abstützung des Pumpenkolbens am Nocken
oder Exzenter der Antriebswelle über einen Stößel
und eine Rolle umfasst. Insbesondere soll die Rolle möglichst
verschleißarm im Stößel oder einem hierin
eingesetzten zusätzlichen Stützelement gelagert
sein.
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Zur
Lösung der Aufgabe wird eine Hochdruckpumpe für
eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung einer Brennkraftmaschine mit
den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorrteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
vorgeschlagene Hochdruckpumpe weist wenigstens ein Pumpenelement
mit einem Pumpenkolben auf, der über einen Nocken oder
Exzenter eine Antriebswelle in einer Hubbewegung antreibbar ist,
wobei der Pumpenkolben mittelbar über einen Stößelkörper
und einer Rolle am Nocken oder Exzenter der Antriebswelle abgestützt
ist. Dabei ist ein Rollenschuh mit einer im Wesentlichen teilzylindrischen Ausnehmung
zur teilweisen Aufnahme der Rolle im Stößelkörper
vorgesehen. Erfindungsgemäß bildet die im Wesentlichen
teilzylindrische Ausnehmung des Rollenschuhs Längskanten
mit einer Stirnfläche des Rollenschuhs aus, die zur Aufnahme
einer Beschichtung, die sich von der Ausnehmung über die Längskanten
erstreckt, gerundet oder gefast sind. Die Beschichtung kleidet im
Wesentlichen die Ausnehmung des Rollenschuhs aus und ist dabei über die
Längskanten hinaus geführt. Die vorgschlagene Kantenausbildung
bewirkt, dass eine verbesserte Haftung der Beschichtung im Bereich
der Längskanten gewährleistet ist. Dies wiederum
bewirkt, dass der Verschleiß im Bereich der Längskanten,
beispielsweise aufgrund einer fehlerhaften Beschichtung, deutlich
reduziert werden kann.
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Vorzugsweise
dient die Beschichtung der Ausbildung einer Gleitschicht und/oder
einer Verschleißschicht und besteht vorzugsweise aus Kohlenstoff
oder einer Kohlenstoffverbindung. Da der Rollenschuh insbesondere
der Lagerung der am Nocken oder am Exzenter der Antriebswelle ablaufenden
Rolle dient, kann durch eine entsprechend ausgebildete Beschichtung
die Ausnehmung zum Gleitlager ausgebildet werden. Als besonders
vorteilhaft haben sich in diesem Zusammenhang Beschichtungen aus
Kohlenstoff bzw. Kohlenstoffverbindungen erwiesen. Wird zudem eine
Beschichtung gewählt; die eine hohe Verschleißfestigkeit
aufweist, kann der Verschleiß im Kontaktbereich zwischen
dem Rollenschuh und der Rolle weiter reduziert werden. Da derartige
Beschichtungen häufig starre Schichten ausbilden, kann
durch gerundete oder gefaste Längskanten ein Abplatzen
der Beschichtung weitestgehend verhindert werden. Dies ist insbesondere
im Bereich der Längskanten von Bedeutung, da diese einer
besonders hohen dynamischen Belastung ausgesetzt werden. Die Belastung
steigt, wenn die im Wesentlichen teilzylindrische Ausnehmung des
Rollenschuhs die Rolle über einen Winkelbereich > 180° umgreift.
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Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel weist wenigstens eine gerundete
oder gefaste Längskante einen radialen Abstand zur Rolle
auf. Das Querschnittsprofil der im Wesentlichen teilzylindrischen
Ausnehmung des Rollenschuhs weicht somit zumindest in einem Teilbereich
von dem Querschnittsprofil der Rolle ab. Beispielsweise kann die teilzylindrische
Ausnehmung im Querschnitt einen größeren Durchmesser
aufweisen, als die Rolle. Ferner kann die teilzylindrische Ausnehmung
im Querschnitt dem Profil einer Ellipse folgen, die sich zu den Längskanten
hin aufweitet. Der radiale Abstand einer Längskante zur
Rolle bewirkt eine Entlastung der Längskante, so dass auch
diese Maßnahme zu einer Minderung des Verschleißes
am Rollenschuh sowie der Rolle beiträgt.
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Ein
radialer Spalt zwischen Rollenschuh und Rolle birgt jedoch zugleich
die Gefahr in sich, dass Schmutzpartikel in den Spalt zwischen Rollenschuh und
Rolle eingetragen werden, die die innerhalb der Ausnehmung ausgebildete
Beschichtung verletzen könnten. Um dem Eintrag von Schmutzpartikeln
entgegenzuwirken, wird daher weiterhin vorzugsweise vorgeschlagen,
dass der Rollenschuh eine Abdeckung besitzt, die sich zumindest über
einen Teilbereich der Stirnfläche und über wenigstens
eine Längskante in der Weise erstreckt, dass eine parallel zur
Längsachse A der Rolle verlaufende Kante ausgebildet wird,
die ein geringes Spiel zur Rolle besitzt. Durch die Abdeckung des
Rollenschuhs kann demnach der radiale Spalt vor eindringenden Schmutzpartikeln
geschützt werden, so dass weiterhin ein geringer Verschleiß im
Kontaktbereich zwischen Rollenschuh und Rolle gewährleistet
ist. Weisen beide Längskanten der im Wesentlichen teilzylindrischen Ausnehmung
des Rollenschuhs einen radialen Abstand zur Rolle auf, ist die Abdeckung
vorzugsweise beidseits der Rolle angeordnet. Soll lediglich eine Längskante
und deren radialer Spalt zur Rolle durch eine entsprechende Abdeckung
geschützt werden, ist vorzugsweise die Abdeckung auf der
Drehrichtungsseite angeordnet, da über diese Seite in der
Regel der Eintrag von Schmutzpartikeln erfolgt. Die parallel zur
Längsachse A der Rolle geführte Kante der Abdeckung
erstreckt sich vorzugsweise über die gesamte Länge
der Längskante, die es abzudecken gibt. Das heißt,
dass die axiale Erstreckung der Kante der Abdeckung zumindest gleich
lang der axialen Erstreckung der abgedeckten Längskante
der Ausnehmung ist. Auf diese Weise kann sichergestellt werden,
dass über die gesamte axiale Erstreckung des radialen Spalts
zwischen Längskante und Rolle eindringende Schmutzpartikel
erfolgreich abgewiesen werden.
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Gemäß einem
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die mit geringem
Spiel zur Rolle beabstandete Kante der Abdeckung schräg
verlaufend und/oder konkav gerundet ausgeführt. Das heißt, dass
die Kante mit einer außenliegenden Oberfläche der
Abdeckung einen spitzen Winkel α umschließt, wobei
vorzugsweise der Winkel α ≤ 45° beträgt.
Die spitzwinkelige und damit bevorzugt scharfkantige Ausführung
der mit geringem radialen Spiel zur Rolle beabstandeten Kante bewirkt,
dass die Abdeckung die Funktion eines Schmutzabstreifers übernimmt. Durch
die Wahl eines geeigneten, insbesondere verschleißfesten
Werkstoffs kann sichergestellt werden, dass die als Schmutzabstreifer
dienende Kante nicht bricht.
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Weiterhin
bevorzugt ist vorgesehen, dass die Abdeckung mit dem Rollenschuh über
eine Schraub-, Klemm- oder Rastverbindung verbunden ist. Dadurch
ist ein sicheres Halten der Abdeckung am Rollenschuh gewährleistet.
Eine besonders einfache Montage erlauben Klemm- oder Rastverbindungen,
die dadurch realisiert werden können, dass an der Abdeckung
angeordnete Rastelemente in entsprechende Ausnehmungen am Rollenschuh
eingesetzt werden. Eine sichere Halterung der Abdeckung am Rollenschuh
ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn die Abdeckung neben der
Funktion als Schmutzabweiser bzw. Schmutzabstreifer auch eine Haltefunktion übernimmt.
Dies ist der Fall, wenn lediglich die Abdeckung die Rolle – im
Querschnitt betrachtet – hintergreift, so dass allein die
Abdeckung ein verliersicheres Halten der Rolle im Rollenschuh gewährleistet.
Die Erfindung schließt jedoch auch Ausführungsbeispiele
mit ein, bei der die Ausnehmung des Rollenschuhs ein Querschnittsprofil
aufweist, das die Rolle hintergreift. Das heißt, dass der Umschlingungswinkel
auch > 180° betragen
kann.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Abdeckung
des Rollenschuhs mehrteilig ausgebildet, vorzugsweise besteht die
Abdeckung aus zwei Teilen, von denen jeder Teil eine parallel zur
Längsachse A der Rolle geführte Kante ausbildet,
die mit geringem radialen Spiel an die Rolle herangeführt
ist. Eine zweiteilige Ausführung der Abdeckung besitzt
den Vorteil, dass das Einsetzen der Rolle in den Rollenschuh erleichtert
wird, da insbesondere eine zum verliersicheren Halten der Rolle ausgelegte
Abdeckung derart ausgelegt sein muss, dass sie die Rolle hintergreift.
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Um
die Montage weiterhin zu erleichtern, können der Rollenschuh
und der Stößelkörper auch einteilig ausgebildet
sein.
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Die
vorliegende Erfindung zeichnet sich insbesondere durch eine robuste
Beschichtung zur Verbesserung der Gleit- und/oder Verschleißeigenschaften
der Rollenlagerung im Rollenschuh und damit durch einen geringeren
Verschleiß im Kontaktbereich der Rolle mit dem Rollenschuh
aus. Zusätzlich bleibt die Funktion der Schmutzabweisung
erhalten.
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Bevorzugte
Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand
der Zeichnungen näher dargestellt. Es zeigen:
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1 einen
schematischen Längsschnitt durch ein Pumpenelement einer
erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe im Bereich der
Rollenlagerung, wobei die linke Hälfte eine erste Ausführungsform und
die rechte Hälfte eine zweite Ausführungsform darstellt,
und
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2 einen
Detailausschnitt im Bereich der Befestigung einer Abdeckung am Rollenschuh.
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Der
schematischen Darstellung der 1 ist ein
Pumpenelement einer erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe
im Bereich einer Rollenlagerung zu entnehmen, wobei die Rollenlagerung
die erfindungsgemäße Ausgestaltung aufweist. Das
Pumpenelement umfasst einen Pumpenkolben 1 der über
eine Rolle 4 an einem Nocken 2 einer Antriebswelle
(nicht dargestellt) abgestützt ist, so dass die Rotationsbewegung der
Antriebswelle bzw. des Nockens 2 in eine Hubbewegung des
Kolbens 1 übertragen wird. Die Rolle 4 läuft
dabei an der Außenumfangsfläche des Nockens 2 ab,
wobei sie sich realtiv zu einem Rollenschuh 5 bewegt, in
dem die Rolle 4 teilweise aufgenommen ist. Der Rollenschuh 5 ist
wiederum in einem Stößelkörper 3 des
Pumpenelements gehalten.
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Um
die Rolle 4 aufnehmen zu können, weist der Rollenschuh 5 eine
im Wesentlichen teilzylindrische Ausnehmung 6 auf, deren
Querschnittsprofil zumindest in einem Teilbereich dem Querschnittsprofil der
Rolle 4 angepasst ist. Zumindest in diesem Teilbereich
besteht ein Kontakt zwischen dem Rollenschuh 5 und der
Rolle 4, so dass im Betrieb der Pumpe dieser Teilbereich
dynamisch beansprucht wird. Um die Reibungskräfte in diesem
Teilbereich zu reduzieren, ist die Ausbildung 6 mit einer
Beschichtung 9 ausgekleidet, die der Ausbildung eines Gleitlagers
für die Rolle 4 dient. Die Ausgestaltung der Ausnehmung 6 als
Gleitlager bewirkt, dass der Verschleiß im Kontaktbereich
der Ausnehmung 6 mit der Rolle 4 durch eine Verringerung
der Reibungskräfte reduziert wird. In den dargestellten
Ausführungsbeispielen (linke Hälfte sowie rechte
Hälfte der 1) weist die Ausnehmung 6 im
Querschnitt einen größeren Durchmesser als die
Rolle 4 auf, so dass der Kontaktbereich sich auf einen
Teilbereich der Ausnehmung 6 beschränkt, wodurch
der Verschleiß am Rollenschuh 5 und/oder der Rolle 4 weiter
verringert werden kann. Aufgrund des größeren
Durchmessers weist die Ausnehmung 6 beidseits der Rolle 4 einen
Radialspalt auf, der im Bereich der Längskanten 7,
die die Ausnehmung 6 mit einer Stirnfläche 8 des
Rollenschuhs 5 bildet, jeweils seine größte
radiale Ausdehnung besitzt. Der Radialspalt entlastet einerseits
die Längskanten 7, andererseits ermöglicht
er den Eintrag von Schmutzpartikeln die eine Verletzung der Beschichtung 9 innerhalb
der Ausnehmung 6 bewirken könnten. Um die Beschichtung
zu schützen, ist daher auf der Stirnfläche 8 des
Rollenschuhs 5 eine Abdeckung 10 vorgesehen, die
eine Aussparung für die Rolle 4 besitzt. Dabei
werden Kanten 11 ausgebildet, die ein geringes radiales
Spiel zur Rolle 4 besitzen. Die Längskanten 7 und
der Radialspalt zwischen der Ausnehmung 6 und der Rolle 4 werden
dabei weitestgehend abgedeckt. Aufgrund des geringen radialen Spiels
der Abdeckung 10 zur Rolle 4 wird ein Schmutzeintrag
wirksam verhindert. Zugleich sind die Kanten 11 der Abdeckung 10 scharfkantig
ausgeführt, so dass die Abdeckung 10 zudem die
Funktion eines Schmutzabstreifer besitzt. Der Abdeckung 10 kommt
ferner die Aufgabe zu, die Rolle 4 verliersicher in der
Ausnehmung 6 des Rollenschuhs 5 zu halten. Denn
der Rollenschuh 5 ist hierzu nicht in der Lage, da der
Querschnitt der Ausnehmung 6 derart ausgebildet ist, dass
der Rollenschuh 5 die Rolle 4 nicht hintergreift.
Die Abdeckung 10 wiederum ist über Schrauben 13 mit
dem Rollenschuh 5 verbunden.
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Eine
wesentliche Maßnahme zum Schutz der Beschichtung 9 innerhalb
der Ausnehmung 6 stellt die erfindungsgemäße
Ausführung der Längskanten 7 der Ausnehmung 6 im
Bereich der Verschneidung mit der Stirnfläche 8 dar.
Gemäß dem ersten, in der linken Hälfte
der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist
die Längskante 7 gefast ausgebildet. Die schräge
Fläche der Fase vermittelt zwischen der Ausnehmung 6 und
der Stirnfläche 8, so dass die Ausbildung scharfer
Kanten vermieden wird. Denn die Fase umschließt mit den
hieran angrenzenden Flächen jeweils einen Winkel von deutlich
mehr als 90°. Die vorgeschlagene Ausführungsform
der Längskante 7 bewirkt somit eine verbesserte
Haftung der Beschichtung 9 auf dem Rollenschuh 5,
die sich über die Längskante 7 erstreckt.
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Eine
alternative Ausführungsform ist in der rechten Halte der 1 dargestellt.
Diese unterscheidet sich von der der linken Hälfte dadurch,
dass die Längskante 7 gerundet ausgeführt
ist. Die Rundung besitzt einen Radius R1,
der derart gewählt ist, dass keine Grate gebildet werden.
Durch eine gratlose Ausführung der Längskante 7 kann
eine noch bessere Haftung der Beschichtung 9 auf der Oberfläche des
Rollenschuhs 5 gewährleistet werden. Sollten trotz
Vorhandenseins der Abdeckung 10, die als Schmutzabweiser
dient, Schmutzpartikel hinter die Abdeckung 10 gelangen,
kann die gratlose Ausbildung der Längskanten 7 Abplatzungen
im Bereich der Beschichtung 9 wirksam verhindern, da Angriffsflächen – wie
sie Kanten und Grate bilden – fehlen. Somit ist ein Schutz
der Beschichtung 9 und damit ein geringerer Verschleiß im
Bereich des Gleitlagers sichergestellt.
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Wie
der Darstellung in 2 zu entnehmen ist, kann die
Abdeckung 10 auch über eine Klemm- bzw. Rastverbindung
am Rollenschuh 5 gehalten sein. Die Schrauben 13 können
dann entfallen. In dem dargestellten Beispiel wird die Klemm- bzw. Rastverbindung
durch eine Rastnase 14 an einer seitlichen Aufkantung der
Abdeckung 10 und einer korrespondierend zur Rastnase 14 ausgebildeten Aufnahmenut 15 in
einer Seitenfläche des Rollenschuhs 5 gebildet.
Darüber hinaus sind verschiedene Varianten von Klemm- bzw.
Rastverbindungen möglich. Anstelle mit dem Rollenschuh 5 kann
die Abdeckung 10 auch mit dem Stößelkörper 3 verbunden sein.
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2 stellt
ebenfalls zwei Ausführungsbeispiele dar. Die linke Hälfte
der 2 zeigt eine erste Ausführungsform der
Kante 11 der Abdeckung 10, die konkav gerundet
ist und mit einer außenliegenden Oberfläche 12 der
Abdeckung 10 einen spitzen Winkel umschließt.
Die Rundung folgt einem Radius R2. Die rechte
Seite der 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel
der Kante 11 der Abeckung 10, die im Unterschied
zu dem Ausführungsbeispiel der linken Hälfte schräg
verlaufend ausgebildet ist. Die Kante 11 umschließt
dabei mit der außenliegenden Oberfläche 12 der
Abdeckung 10 einen spitzen Winkel α, der vorliegend
45° beträgt. Die Funktion des Abstreifers bleibt
somit erhalten.
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Die
verschiedenen, in den 1 und 2 dargestellten
Ausführungsbeispiele der Längskanten 7 und
der Kanten 11 können beliebig kombiniert werden.
Insoweit kann die konkrete Ausbildung den jeweiligen Anforderungen
und/oder den jeweils verwendeten Werkstoffen angepasst werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102006041673
A1 [0002]
- - DE 102005042598 A1 [0003]
