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Die Erfindung betrifft eine Laufrolle für eine Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung. eine Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einer solchen Laufrolle.
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Stand der Technik
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Eine Hochdruckpumpe der vorstehend genannten Art mit einer gattungsgemäßen Laufrolle geht beispielsweise aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2006 041 673 A1 hervor. Die hierin beschriebene Hochdruckpumpe umfasst einen Pumpenkolben, der über eine Antriebswelle mit wenigstens einem Nocken oder Exzenter zu einer Hubbewegung antreibbar ist. Hierzu ist der Pumpenkolben über eine in einem Tassenstößel drehbar gelagerte Rolle am Nocken oder Exzenter der Antriebswelle abgestützt. Die Rolle bildet jeweils stirnseitig Kontaktbereiche mit dem Tassenstößel aus, welche aufgrund der Drehbewegung der Rolle einem erhöhten Verschleiß unterliegen. In der Druckschrift wird daher vorgeschlagen, die Kontaktbereiche mit einer Oberfläche zu versehen, die eine hohe Veschleißfestigkeit aufweist.
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Ausgehend vom vorstehend genannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine hinsichtlich ihres Verschleißverhaltens verbesserte Laufrolle für eine Hochdruckpumpe bereitzustellen. Insbesondere die Laufrolle den Verzicht auf eine zusätzliche Oberflächenbeschichtung zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit ermöglichen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Laufrolle für eine Hochdruckpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Hochdruckpumpe mit einer solchen Laufrolle entsprechend Anspruch 5 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Laufrolle werden in den auf Anspruch 1 rückbezogenen Unteransprüchen angegeben.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorgeschlagene Laufrolle besitzt eine zylinderförmige Außenumfangsfläche sowie diese begrenzende Stirnflächen. Erfindungsgemäß weisen die Stirnflächen jeweils einen zentralen Bereich A, der zur Ausbildung eines Hohlraums konkav geformt ist, und einen ringförmigen Bereich B, der den Bereich A umgibt und konvex geformt ist, sowie einen zwischen den Bereichen A und B liegenden Übergangsbereich auf, der gerundet ist. Dabei bleibt eine Formsteifigkeit der Laufrolle über ihre gesamte axiale Erstreckung erhalten.
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Die Funktion der stirnseitig geschaffenen Hohlräume einer im Betrieb der Hochdruckpumpe kraftstoffumströmten Laufrolle ist es, den Strömungswiderstand im Bereich der Stirnflächen im Betrieb der Hochdruckpumpe derart zu erhöhen, dass die axiale Beweglichkeit der Laufrolle eingeschränkt ist. Dadurch, dass an beiden Stirnflächen der Laufrolle derartige Hohlräume ausgebildet sind wird der Strömungswiderstand zu beiden Seiten der Laufrolle erhöht, so dass die Laufrolle aufgrund der auf die Laufrolle wirkenden hydraulischen Kräfte in einer Lage gehalten wird, in welcher der Kontakt der Laufrolle zu einem die Laufrolle aufnehmenden Rollenschuh auf ein Mimimum reduziert ist. Demnach wird auch der Verschleiß der Laufrolle im Bereich der Stirnflächen auf ein Minimum reduziert, so dass auf eine zusätzliche verschleißfeste Beschichtung und/oder Oberflächennachbehandlung verzichtet werden kann.
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Die Vorteile einer erfindungsgemäßen Laufrolle kommen insbesondere bei Einsatz eines niedrig viskosen Kraftstoffs und/oder bei hohen Kraftstofftemperaturen zum Tragen, bei welchen die Viskosität des Kraftstoffs ebenfalls herabgesetzt ist. Denn die Viskosität des Kraftstoffs hat einen nicht zu vernachlässigenden Einfluss auf das Verschleißverhalten der Laufrolle, die damit zu erklären ist, dass der Reibungswiderstand eines Körpers in einer Flüssigkeit u. a. proportional zur Viskosität der Flüssigleit ist (Stokesches Gesetz). Um demnach bei reduzierter Viskosität die axiale Beweglichkeit der Laufrolle einzuschränken, ist eine strömungsungünstige Geometrie der angeströmten Flächen sinnvoll. Zur Ausbildung einer strömungsungünstigen Geometrie wird vorliegend die Ausbildung von Hohlräumen an den Stirnflächen der Laufrolle vorgeschlagen.
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Bevorzugt bildet der konkav geformte Bereich A einer Stirnfläche einen sich von der Stirnfläche nach innen erstreckenden, zumindest in Teilabschnitten kegelförmigen und/oder teilkugelförmigen Hohlraum aus. Vorzugsweise ist der Hohlraum von außen nach innen zunächst kegelförmig und dann teilkugelförmig ausgebldiet. Eine entsprechende Ausbildung des Hohlraums führt zu einer strömungsungünstigen Kontur der Stirnfläche der Laufrolle. Denn im Betrieb der Hochdruckpumpe läuft in den Hohlraum gelangender Kraftstoff aufgrund der Drehbewegung der Laufrolle entlang einer Spiralbahn nach außen hin ab und bewirkt auf diese Weise einen Strömungswiderstand im Bereich der jeweiligen. Stirnfläche der Laufrolle. Ferner wird der Kraftstoff zwischen den konvex geformten Bereich B der Stirnfläche der Laufrolle und der Innenwandfläche eines die Laufrolle aufnehmenden Rollenschuhs gedrückt, was zur Ausbildung eines ebenfalls den Verschleiß minderndes Schmierpolster führt. Denn das Schmierpolster wirkt zusätzlich einem axialen Anlaufen der Laufrolle am Rollenschuh entgegen.
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Um ein spiralförmiges Abströmen des Kraftstoffs aus dem stirnseitigen Hohlraum zu begünstigen, ist die innerhalb des Hohlraums liegende Oberfläche zumindest teilweise strukturiert bzw. rau ausgebildet. Denn eine strukurierte bzw. raue Oberfläche nimmt den Kraftstoff bei einer Drehbewegung der Laufrolle gut mit und bewirkt somit das Abströmen des Kraftstoffs entlang einer Spiralbahn. Ergänzend kann die Oberfläche im Bereich B der Stirnfläche geglättet sein. Eine Glättung der Oberfläche im Bereich B der Stirnfläche verringert den Reibwiderstand der Laufrolle im Kontaktbereich mit einem die Laufrolle aufnehmenden Rollenschuh. Dadurch kann das Verschleißverhalten der Laufrolle zusätzlich optimiert werden. Zum Glätten der Oberfläche kann diese beispielsweise poliert sein.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt der konkav geformte Bereich A einer Stirnfläche eine Tiefe T, die größer als der maximale Durchmesser D gewählt ist. Eine derartige Stirnflächengeometrie wirkt sich günstig in Bezug auf eine Erhöhung des Strömungswiderstands im Bereich der Stirnflächen der Laufrolle aus.
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Vorteilhafterweise sind die Stirnflächen jeweils rotationssymmetrisch in Bezug auf die Längsachse L der Laufrolle ausgebildet. Dadurch ist gewährleistet, dass die an den Stirnflächen anliegenden hydraulischen Kräfte die Laufrolle gleichmäßig beaufschlagen. Demzufolge ist auch eine gleichmäßige Drehbewegung der Laufrolle im Betrieb der Hochdruckpumpe sichergestellt.
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Die ferner zur Lösung der eingangs gestellten Aufgabe vorgeschlagene Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem zeichnet sich dadurch aus, dass sie eine erfindungsgemäße Laufrolle zur Abstützung eines Pumpenkolbens an einem Nocken oder Exzenter einer Antriebswelle umfasst. Dadurch wird eine Hochdruckpumpe geschaffen, welche im Bereich der Rollenlagerung einen geringen Verschleiß und damit eine verlängerte Lebensdauer aufweist. Zudem kann auf eine Oberflächenbeschichtung der Laufrolle im Bereich der Stirnflächen. verzichtet werden, was sich wiederum günstig auf die Herstellungskosten der Hochdruckpumpe auswirkt.
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Eine erfindungsgemäße Laufrolle wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
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1 eine Ansicht einer herkömmlichen Laufrolle und
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2a–b jeweils einen Teillängsschnitt durch eine erfindungsgemäße Laufrolle.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Der Darstellung der 1 ist eine herkömmliche Laufrolle einer aus dem Stand der Technik bekannten Hochdruckpumpe zu entnehmen. Diese Laufrolle besitzt eine zylinderförmige Außenumfangsfläche 1, die beidseits von kegelstumpfförmigen Stirnflächen 2 begrenzt wird. In ihrem Zentrum weisen die kegelstumpfförmigen Stirnflächen 2 konvex geformte Anlaufflächen auf, die im eingebauten Zustand der Laufrolle in Kontakt mit den Innenwandflächen eines die Laufrolle aufnehmenden Rollenschuhs gelangen. Die konvex geformten Anlaufflächen werden daher im Betrieb der Hochdruckpumpe stark auf Verschleiß beansprucht. Um die Lebensdauer der Laufrolle und damit der Hochdruckpumpe zu erhöhen, sind die Stirnflächen derartiger Laufrollen oftmals mit einer die Verschleißfestigkeit erhöhenden Beschichtung versehen.
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Bei einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Laufrolle ist eine derartige Beschichtung der Stirnflächen 2 entbehrlich, da die Beanspruchung der Laufrolle im Betrieb der Hochdruckpumpe herabgesetzt wird. Denn bei einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung, wie sie beispielhaft in den 2a und 2b dargestellten ist, weist jede Stirnfläche 2 der Laufrolle einen zentral angeordneten Bereich A auf, der konkav geformt ist, so dass ein Hohlraum 3 ausgebildet wird, in welchem sich Kraftstoff sammelt. Wird die Laufrolle im Betrieb der Hochdruckpumpe in eine Drehbewegung versetzt, strömt der Kraftstoff entlang einer Spiralbahn nach außen und erzeugt an beiden Stirnflächen der Laufrolle einen Strömungswiderstand, der einer axialen Bewegung der Laufrolle entgegenwirkt. Um beidseits der Laufrolle sich entsprechende hydraulische Kräfte zu bewirken, sind die Stirnflächen spiegelbildlich ausgeführt. Die Laufrolle wird demnach bei Ausführung einer Drehbewegung über die an den Stirnflächen anliegenden hydraulischen Kräfte in einer zentrierten Lage gehalten, die ein axiales Anlaufen der Laufrolle auf eine Inenwandfläche eines die Laufrolle aufnehmenden Rollenschuhs verhindert. Demzufolge sind die Stirnflächen 2 einer erfindungsgemäßen Laufrolle einer geringeren Beanspruchung ausgesetzt, so dass auf eine zusätzliche, die Verschleißfestigkeit der Stirnflächen 2 erhöhende Beschichtung verzichtet werden kann.
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Um das Verschleißverhalten der Laufrolle weiterhin zu verbessern, ist der konkav geformte Bereich A der Stirnflächen jeweils von einem konvex geformten ringförmigen Bereich B umgebenden. Zum Einen wird hierdurch die Kontaktfläche der Laufrolle mit dem Rollenschuh auf ein Minimum reduziert, sollte ein solcher Kontakt unvermeidbar sein. Zum Anderen fördert der konvex ausgebildete Bereich B die Ausbildung eines Schmierpolsters zwischen der Laufrolle und dem Rollenschuh.
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Ein zwischen den Bereichen A und B ausgebildeter Übergangsbereich 4 ist gerundet ausgeführt. Die Ausbildung einer wenig verschleißfesten scharfen Kante wird demnach vermieden. Die Rundung fördert aber auch die Ausbildung eines Schmierpolsters zwischen der Laufrolle und dem Rollenschuh, da der aus dem Hohlraum 3 nach außen strömende Kraftstoff besser in den Zwischenraum zwischen der Laufrolle und dem Rollenschuh gelangen kann.
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Den alternativen Ausgestaltungen einer Stirnflächengeometrie einer erfindungsgemäßen Laufrolle, wie sie beispielhaft in den 2a und 2b dargestellt ist, ist gemein, dass der Hohlraum 3 einen kegelförmigen Abschnitt und einen teilkugelförmigen Abschnitt besitzt. Der kegelförmige Abschnitt bestimmt im Wesentlichen die Tiefe T des Hohlraums 3, während der teilkugelförmige Abschnitt den Bodenbereich ausbildet. Ferner ist die Tiefe T jeweils größer als der maximale Durchmesser D des Hohlraums 3 gewählt. Dies begünstigt eine Erhöhung des Strömungswiderstandes im Bereich der Stirnflächen 2. Der Unterschied beider Ausführungsformen beschränkt sich im Wesentlichen auf die Größe des Hohlraums 3. Bei der Ausführungsform der 2a ist die Querschnittsfläche des ringförmigen Bereichs B der Stirnfläche 2 größer als die des Bereichs A gewählt. Bei der Ausführungsform der 2b ist dies umgekehrt. Dennoch ist auch bei der Ausführungsform gemäß der 2b gewährleistet, dass die Formsteifigkeit der Laufrolle über ihre gesamte axiale Erstreckung erhalten bleibt. Dadurch ist ein gleichmäßiges Andrücken der Laufrolle in radialer Richtung an den Nocken oder Exzenter einer Antriebswelle im Betrieb der Hochdruckpumpe gewährleistet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006041673 A1 [0002]
