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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einer Stößelbaugruppe für eine Pumpe und einer Pumpe mit wenigstens einer Stößelbaugruppe nach der Gattung des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 10.
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Eine solche Stößelbaugruppe und Pumpe, bzw. Hochdruckpumpe ist durch die
DE 199 07 311 A1 bekannt. Diese Hochdruckpumpe weist wenigstens eine Stößelbaugruppe auf, welche durch eine rotierend angetriebene Antriebswelle der Hochdruckpumpe gegen die Kraft einer Rückstellfeder in einer Hubbewegung angetrieben wird. Durch die Rückstellfeder werden der Stößel und der Pumpenkolben zur Antriebswelle hin beaufschlagt und die Anlage an der Antriebswelle sichergestellt. Am Stößel ist einstückig eine Aufnahme für eine Rolle angeformt, die auf der Antriebswelle läuft.
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Eine weitere Stößelbaugruppe einer Hochdruckpumpe ist in der
DE 10 2007 003 125 A1 dargestellt. Diese Hochdruckpumpe mit einem Pumpenkolben und einem Rollenstößel weist eine Antriebswelle mit einem Nockenabschnitt auf, der in einem mit Schmiermittel (Kraftstoff oder Öl) gefüllten Nockenfreiraum eines Gehäuses der Hochdruckpumpe angeordnet ist. Die Bewegungen des Pumpenkolbens werden über den Rollenstößel übertragen, indem bei einer Drehung der Antriebswelle eine im Rollenstößel gelagerte Rolle auf dem Nockenabschnitt abrollt.
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Nachteilig an den bekannten Stößelbaugruppen ist, dass im Schmiermittel befindliche Partikel in einen Schmierspalt zwischen die Rolle und den Rollenstößel gelangen können, wodurch ein optimales Gleiten der beiden Bauteile zueinander eingeschränkt werden kann. Das beschriebene Problem kann überwiegend bei einer Ölschmierung in Form einer Sumpf- oder Sprühschmierung auftreten.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Stößelbaugruppe derart weiterzubilden, dass der Eintritt von Schmutzpartikeln in einen Schmierspalt zwischen der Rolle und einem Stützelement vermindert wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Aufgabe der Erfindung wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die erfindungsgemäße Stößelbaugruppe oder die erfindungsgemäße Pumpe mit einer Stößelbaugruppe ein Mittel zur Erzeugung einer turbulenten Strömung eines Fluids aufweist. Eine turbulente Strömung kann im Stand der Technik zwar auftreten, diese wird jedoch nicht bewusst erzeugt. Das Mittel zur Erzeugung der turbulenten Strömung ist derart ausgestaltet, dass das Fluid während des Betriebs der Stößelbaugruppe an einen Umfang der Rolle im Bereich des Schmierspalts zwischen der Rolle und dem Stützelement hingeführt ist und in diesem Bereich die turbulente Strömung erzeugt ist. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass im Fluid, bzw. Schmiermittel befindliche Schmutzpartikel durch die erzeugte turbulente Strömung vom Schmierspalt weggeführt werden und ein Eindringen der Schmutzpartikel in den Schmierspalt weitestgehend verhindert wird. Ferner ist es von Vorteil, dass das Mittel die turbulente Strömung im Bereich vor einem Schmierspalteinlass erzeugt. Das Wegführen der Schmutzpartikel vor dem Schmierspalteinlass sorgt dafür, dass das Schmiermittel möglichst rein in den Schmierspalt eindringt und zwischen der Rolle und dem Stützelement der gewünschte Gleitkontakt hergestellt wird, um einen optimalen Einsatz der Stößelbaugruppe zu gewährleisten.
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Auf vorteilhafter Weise ist das Mittel zur Erzeugung einer turbulenten Strömung durch eine Ausnehmung in dem Stützelement gebildet. Hierdurch kann bei dieser Ausführung der Erfindung die Anzahl von zusätzlichen Bauteilen am Stützelement gering gehalten werden. Gegebenenfalls kann auch auf zusätzliche Bauteile verzichtet werden.
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Die Ausnehmung der Stößelbaugruppe ist vorteilhaft so ausgestaltet, dass sie eine Bohrung zum Zuführen des Fluids und im Bereich vor dem Schmierspalteinlass eine weitere Ausnehmung zum Erzeugen der turbulenten Strömung aufweist. Durch die Bohrung ist ein definierter Zufluss des Fluids, bzw. des Schmiermittels zu der weiteren Ausnehmung gewährleistet, so dass mittels der weiteren Ausnehmung eine turbulente Strömung im Bereich vor dem Schmierspalteinlass entstehen kann.
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Eine Schmutzpartikelentfernung lässt sich in vorteilhafter Weise dadurch erreichen, dass im Betrieb der Stößelbaugruppe das Fluid, bzw. das Schmiermittel mit einer Geschwindigkeit durch die Bohrung und/oder der weiteren Ausnehmung geführt ist, die zumindest gleich oder größer als die Umfangsgeschwindigkeit der Rolle ist. Dies führt dazu, dass das durch die Bohrung und die weitere Ausnehmung zugeführte Schmiermittel einen an der Rolle befindlichen Schmierfilm mitreißen kann und dementsprechend auch die im Schmierfilm befindlichen Schmutzpartikel. Das durch die Bohrung zugeführte Schmiermittel kann beispielsweise vorher gefiltert werden, um möglichst schmutzpartikelfrei zu sein.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich die weitere Ausnehmung entlang einer Längsachse der Rolle. Auf diese Weise ist die Zuführung des Schmiermittels derart optimiert, dass es die Schmutzpartikel möglichst über der gesamten Längsachse der Rolle abführen kann.
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Die turbulente Strömung wird in vorteilhafter Weise derart erzeugt, dass die weitere Ausnehmung eine Nut ist und diese eine Strömungsabrisskante am Übergang zum Schmierspalt aufweist. Die Strömungsabrisskante ist derart ausgebildet, dass das Fluid, bzw. Schmiermittel im Zusammenspiel mit der Strömungsgeschwindigkeit, der Bohrung und der Lage der Rolle im Stützelement in eine turbulente Strömung am Übergang des Schmierspalts versetzt wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die weitere Ausnehmung derart ausgebildet, dass die turbulente Strömung durch eine oder mehrere Düsen erzeugt ist. Düsen haben den Vorteil, dass sich die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids, bzw. des Schmiermittels in der Düse zum Düsenausgang erhöht, wodurch die Zuführgeschwindigkeit des Schmiermittels durch die Bohrung geringer ausgelegt werden kann, als bei alternativen Lösungen.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Mittel zur Erzeugung einer turbulenten Strömung ein Mittel zum Sprühen des Fluids, insbesondere eine Düse ist. Diese Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass die Komponenten der Stößelbaugruppe geometrisch nicht, oder nur leicht verändert werden müssten, weil ein zusätzliches Bauteil eingebracht wird. Die Düse wird vorteilhaft so auf die Rolle ausgerichtet, dass sie das Fluid, bzw. Schmiermittel im Bereich des Schmierspalteinlasses in eine turbulente Strömung versetzt und dort die Schmutzpartikel des Schmierfilms mitreißen kann.
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In vorteilhafter Weise ist das Fluid, bzw. Schmiermittel zumindest ein Kraftstoff und/oder ein Öl, insbesondere Schmieröl.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus der Beschreibung und der nachfolgenden Zeichnung.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen:
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1: eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine mit einer Pumpe;
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2a: einen in 1 mit II bezeichneten Ausschnitt mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer Stößelbaugruppe;
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2b: einen Ausschnitt einer Seitenansicht des ersten Ausführungsbeispiels aus 2a;
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3a: einen Ausschnitt mit einem zweiten Ausführungsbeispiel einer Stößelbaugruppe;
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3b: ein Ausschnitt einer Seitenansicht des zweiten Ausführungsbeispiels aus 3a;
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4: einen Ausschnitt mit einem dritten Ausführungsbeispiel einer Stößelbaugruppe;
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Ausführungsformen der Erfindung
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In den 1 bis 4 ist eine Pumpe 1, speziell eine Hochdruckpumpe für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine dargestellt. Die Hochdruckpumpe weist ein Gehäuse 2 auf, das mehrteilig ausgebildet ist und in dem eine rotierend antreibbare Antriebswelle 3 angeordnet ist. Die Antriebswelle 3 ist im Gehäuse 2 über zwei in Richtung der Drehachse 4 der Antriebswelle 3 voneinander beabstandete, hier jedoch nicht dargestellte, Lagerstellen drehbar gelagert. Die Lagerstellen können in verschiedenen Teilen des Gehäuses 2 angeordnet sein.
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In einem zwischen den beiden Lagerstellen liegenden Bereich weist die Antriebswelle 3 wenigstens einen Nocken 5 auf, wobei der Nocken 5 auch als Mehrfachnocken ausgebildet sein kann. Die Hochdruckpumpe weist wenigstens ein oder mehrere im Gehäuse 2 angeordnete Pumpenelemente 6 mit jeweils einem Pumpenkolben 7 auf, der durch den Nocken 5 der Antriebswelle 3 in einer Hubbewegung in zumindest annähernd radialer Richtung zur Drehachse 4 der Antriebswelle 3 angetrieben wird. Der Pumpenkolben 7 ist in einer Zylinderbohrung 8 im Gehäuse 2 oder einem Einsatz im Gehäuse 2 dicht verschiebbar geführt und weist an der dem Nocken 5 zugewanden Seite einen im Durchmesser gegenüber seinem übrigen Bereich vergrößerten Kolbenfuß 16 auf. Zwischen dem Gehäuse 2 und dem Kolbenfuß 16 ist eine Rückstellfeder 17 angeordnet. Der Pumpenkolben 7 begrenzt mit seiner der Antriebswelle 3 abgewandten Stirnseite in der Zylinderbohrung 8 einen Pumpenarbeitsraum 9. Der Pumpenarbeitsraum 9 weist über einen im Gehäuse 2 verlaufenden Kraftstoffzulaufkanal 10 eine Verbindung mit einem Kraftstoffzulauf, beispielsweise einer Förderpumpe auf. An der Mündung des Kraftstoffzulaufkanals 10 in den Pumpenarbeitsraum 9 ist ein in den Pumpenarbeitsraum 9 öffnendes Einlassventil 11 angeordnet, das ein federbelastetes Ventilglied 12 aufweist. Der Pumpenarbeitsraum 9 weist außerdem über einen im Gehäuse 2 verlaufenden Kraftstoffablaufkanal 13 eine Verbindung mit einem Auslass auf, der beispielsweise mit einem Hochdruckspeicher 110 verbunden ist. Mit dem Hochdruckspeicher 110 sind ein oder vorzugsweise mehrere an den Zylindern der Brennkraftmaschine angeordnete Injektoren 120 verbunden, durch die Kraftstoff in die Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. An der Mündung des Kraftstoffablaufkanals 13 in den Pumpenarbeitsraum 9 ist ein aus dem Pumpenarbeitsraum 9 öffnendes Auslassventil 14 angeordnet, das ebenfalls ein federbelastetes Ventilglied 15 aufweist.
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Dem Pumpenelement 6 ist eine Stößelbaugruppe 20 zugeordnet, deren Bestandteil der Pumpenkolben 7 ist. Die Stößelbaugruppe 20 umfasst außerdem einen Stößelkörper 21, der in einer Gehäusebohrung 22 der Hochdruckpumpe verschiebbar geführt ist. Zwischen der Nocke 5 und dem Kolbenfuß 16 ist ein Stützelement 23 eingesetzt. Das Stützelement 23 kann beispielsweise in den Stößelkörper 21 eingepresst sein und sichert dabei den ebenfalls in den Stößelkörper 21 eingesetzten Pumpenkolben 7. Auf seiner der Antriebswelle 3 zugewandten Seite weist das Stützelement 23 eine konkave Vertiefung 24 auf, in der eine zylindrische Rolle 25 drehbar angeordnet ist. Die Drehachse der Rolle 25 ist dabei zumindest annähernd parallel zur Drehachse 4 der Antriebswelle 3 und die Rolle 25 liegt am Nocken 5 der Antriebswelle 3 an und rollt auf diesem ab. Das Stützelement 23 kann aus einem anderen Werkstoff bestehen als der Stößelkörper 21, beispielsweise aus Stahl. Alternativ können der Stößelkörper 21, der Pumpenkolben 7 und das Stützelement 23 jedoch auch aus einem Stück hergestellt sein. Das Stützelement 23 kann zumindest im Bereich der Vertiefung 24 oder auf seiner gesamten Oberfläche mit einer Beschichtung versehen sein, durch die eine geringe Reibung und damit ein geringer Verschleiß der in der Vertiefung 24 gleitenden Rolle 25 sichergestellt ist. Gewünscht sind ein Gleitkontakt der Rollen-Stützelement-Paarung und ein Reibkontakt der Rollen-Nocken-Paarung.
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Die Schmierung der beschriebenen Stößelbaugruppe 20 findet beispielsweise durch Kraftstoff, insbesondere Dieselkraftstoff statt, wobei die Pumpe 1 komplett mit Kraftstoff befüllt ist und dieser auch als Schmiermittel 32 dient. Eine bevorzugte Anwendung findet die Erfindung in ölgeschmierten Pumpen 1, wobei die Schmierung in der Regel über das Schmieröl des Motors und dabei in Form einer Sumpf- oder Sprühschmierung erfolgt.
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Ein erstes Ausführungsbeispiel der Stößelbaugruppe 20 ist in 2a dargestellt. In der Vertiefung 24 des Stützelements 23 ist die Rolle 25 aufgenommen, wobei das Stützelement 23 die Funktion eines halboffenen Gleitlagers erfüllt und zwischen der Rolle 25 und dem Stützelement 23 ein Schmierspalt 30 ausgebildet ist. Auf dem Nocken 5, dem Stützelement 23 und dem Umfang der Rolle 25 ist ein Fluid 32, bzw. Schmiermittel 32 (in diesem Ausführungsbeispiel ein Schmieröl) aufgebracht, dass einen Schmierfilm auf den Oberflächen der Bauteile bildet. Im Betrieb gelangt das Schmiermittel 32 durch die Drehbewegung der Rolle 25 über einen Schmierspalteinlass 33 in den Schmierspalt 30. Am Schmierspalteinlass 33 ist ein Mittel 31 zur Erzeugung einer turbulenten Strömung angeordnet, wobei das Mittel 31 eine Ausnehmung 34, 35 im Stützelement 23 ist, die durch eine Bohrung 34 und eine weitere Ausnehmung 35 in Form einer Nut 37 gebildet ist. Die Nut 37 weist im Bereich des Schmierspalteinlasses 33 eine Strömungsabrisskante 38 auf und hat die Funktion einer Spülnut.
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Im Schmiermittel 32 der Pumpe 1 können sich Schmutzpartikel 26 befinden, die auch in dem Schmierfilm der Nocke 5 und der Rolle 25 gelangen können. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Schmierfilm ein Ölfilm. Die Schmutzpartikel 26 können während des Betriebs der Pumpe 1 über den am Umfang der Rolle 25 befindlichen Schmierfilm in den Schmierspalt 30 gelangen und sich dort ablagern. Dadurch kann sich der Reibwert zwischen der Rolle 25 und dem Stützelement 23 erhöhen, so dass ein optimales Gleiten der beiden Bauteile zueinander eingeschränkt wird. Dies wird verhindert, indem das Schmiermittel 32 mit einer solchen Geschwindigkeit durch die Bohrung 34, bzw. die Nut 37 zugeführt wird, dass sich über die Strömungsabrisskante 38 eine turbulente Strömung im Bereich des Schmierspalteinlasses 33 ergibt. Die Geschwindigkeit des Schmiermittels 32 ist möglichst so zu wählen, dass diese größer oder gleich der Umfangsgeschwindigkeit der Rolle 25 ist. Anschließend strömt das in eine Turbulenz versetzte Schmiermittel 32 In der Nut 37 an der Rolle 25 vorbei und reißt den auf dem Umfang der Rolle 25 befindlichen Schmierfilm mit den Schmutzpartikeln 26 mit.
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Das durch die Bohrung 34 zugeführte Schmiermittel 32 sollte möglichst frei von Schmutzpartikeln 26 sein, was zum Beispiel durch Filter vor der Bohrung 34 oder durch ein Fördern des Schmiermittels 32 über einen Filter aus dem Ölsumpf geschehen kann.
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Das Schmiermittel 32 mit den Schmutzpartikeln 26 kann beispielsweise über Öffnungen an den seitlichen Enden der Nut 37 oder anderen geometrischen Veränderungen abgeführt werden.
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2b zeigt eine Seitenansicht des ersten Ausführungsbeispiels der Stößelbaugruppe 20, in der der Verlauf der Nut 37 entlang einer Längsachse 36 der Rolle 25 dargestellt ist, wobei das Schmiermittel 32 über die Bohrung 34 in die Nut 37 zugeführt wird.
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Ein zweites Ausführungsbeispiel ist in den 3a und 3b dargestellt. Der Aufbau der Stößelbaugruppe 20 ist prinzipiell der gleiche wie der des ersten Ausführungsbeispiels, so dass im Folgenden nur die wesentlichen Unterschiede beschrieben werden.
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Die Nut 37 weist eine oder mehrere Düsen 40 auf, wobei deren Düsenauslass 41 in den Bereich des Schmierspalteinlasses 33 geöffnet ist. Das über die Bohrung 34 zugeführte Schmiermittel 32 wird über die Düsen 40 im Bereich des Schmierspalteinlasses 33 in eine turbulente Strömung versetzt, wobei das Schmiermittel 32 über die entlang der Längsachse 36 der Rolle 25 verlaufenden Nut 37 zu den Düsen 40 geführt wird. Dort tritt das Schmiermittel 32 aus den Düsen 40 aus und trifft auf das auf der Rolle 25 befindliche Schmiermittel 32 mit den Schmutzpartikeln 26, wodurch dieses weggesprüht wird. Alternativ zu mehreren einzelnen Düsen 40 in der Nut 37, kann die Nut 37 auch eine Düse 40 mit einem länglichen Querschnitt aufweisen.
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4 zeigt eine dritte Ausführungsform der Erfindung, wobei das Mittel 31 zur Erzeugung der turbulenten Strömung nicht, wie in den anderen Ausführungsbeispielen dargestellt, im Stützelement 23 angeordnet ist, sondern in einem Bereich zwischen dem Stützelement 23 und dem Nocken 5. Das Mittel 31 ist eine Düse 50 mit einem Düsenauslass 51, wobei dieser so ausgerichtet ist, dass das durch die Düse 50 zugeführte Schmiermittel 32 in dem Bereich des Schmierspalteinlasses 33 auf die Rolle 25 gesprüht ist. Der Düsenauslass 51 kann sowohl einen runden als auch einen länglichen Querschnitt aufweisen, der entlang der Längsachse 36 der Rolle 25 verläuft.
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Die Ausführungsbeispiele der Stößelbaugruppe beschränken sich nicht auf den Einsatz in Pumpen, bzw. Hochdruckpumpen, sondern können auch in anderen Bereichen, wie zum Beispiel für Ventilsteuerungen aller Art, insbesondere in Verbrennungsmotoren, eingesetzt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19907311 A1 [0002]
- DE 102007003125 A1 [0003]
