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Die Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe, aufweisend ein Pumpengehäuse, in dem eine Pumpennockenwelle drehbar gelagert ist, die über einen in dem Pumpengehäuse translatorisch bewegbar gelagerten Rollenstößel mit einem Pumpenkolben zusammenwirkt, wobei der Rollenstößel einen in einer Gehäuseführung bewegbaren Stößelkörper aufweist, in den ein eine Laufrolle aufnehmender Rollenschuh eingesetzt ist, und wobei die Laufrolle mit einer Nockenbahn der Pumpennockenwelle zusammenwirkt.
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Stand der Technik
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Eine derartige Pumpe ist aus der
DE 10 2008 001 718 A1 bekannt. Diese Pumpe vermeidet den Nachteil, dass bei einer konventionellen Anordnung von einer Pumpennockenwelle zu einer Laufrolle eines Rollenstößels und zu einem Pumpenkolben alle Toleranzen und Spiele durch den Pumpenkolben ausgeglichen werden müssen. Weiterhin soll diese Pumpe den Nachteil vermeiden, dass die Querkräfte bei einer derartigen Anordnung ungünstig auf die Laufrolle einwirken, so dass die Laufrolle abhängig von den Toleranzlagen immer an einem ihrer beiden Anschläge anliegt und somit einem vermehrten Verschleiß ausgesetzt ist bzw. verursacht. Dies soll dadurch vermieden werden, dass bei dieser Kolbenpumpe Mittel vorgesehen sind, um eine definierte fest eingestellte Schrägstellung der Oberfläche des Pumpenkolbens zu einer Kontaktfläche der Laufrolle mit der Oberfläche des Nockens zu erreichen. Durch diese Maßnahme können die vorherrschenden Winkelfehler einer Pumpe ausgeglichen werden und zusätzlich die Laufrolle gezielt von einem ihrer Anschläge zum anderen bewegt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verschleißverhalten einer Kolbenpumpe zu verbessern.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Rollenstößel um einen Verkippwinkel Φ um eine Längsachse durch die Laufrolle kippbar ist, wobei der Verkippwinkel Φ in weiterer Ausgestaltung zwischen ±0,08° und ±0,22°, insbesondere ±0,15° beträgt. Dieser Ausgestaltung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der Rollenstößel rund ist und auch dazu dient, Querkräfte aus dem Nockentrieb aufzunehmen, indem der Rollenstößel sich in einer Gehäuseführung des Pumpengehäuses abstützt. Die Stößelbaugruppe wird durch die Reibkräfte zwischen einer Pumpenfeder und einem Pumpenzylinderkopf sowie die Pumpenfeder und eine Federscheibe im unteren Totpunkt und oberen Totpunkt am Verdrehen um 180° gehindert. Diese Reibkräfte sind (unter Umständen bei geringem Reibkoeffizienten zwischen Pumpenfeder und ihrem jeweiligen Gegenpart und hohem Verdreh-Giermoment der Stößelbaugruppe durch äußere Einflüsse) zu gering, um ein Verdrehen um 180° der Stößelbaugruppe zu verhindern. In der ansteigenden und absteigenden Flanke des Nockens wird die Stößelbaugruppe durch die Pumpenkolbenkraft und die Kombination von Nockensteigungswinkel α und Krümmungsradius R eines Nockens der Pumpennockenwelle am Verdrehen gehindert. Der Bereich, in dem sich diese Kombination ändert, liegt zwischen 67,6°und 90° (OT), also in einem Bereich, in dem auch die volle Pumpenkolbenkraft bei Förderung anliegt. Im Bereich des Nockens, in dem sich die Kombination aus Nockensteigungswinkel α und Krümmungsradius R ändert, kann es aber zu kleinen Verdrehungen (0° bis 3° um den Winkel β) des Rollenstößels durch das Torsionsmoment der Pumpenfeder oder durch Abweichungen der Orthogonalität des Rollenstößels zur Nockenachse kommen, die sich bei einer schwergängigen Rolle (aufgrund von Mischreibungsverhältnissen zwischen der Rolle und dem Rollenschuh) auch erhöhen können. Diese Verdrehungen finden statt, weil der Rollenstößel durch eine Kraft eines Pumpenkolbens und die Kombination aus Nocksteigungswinkel α und Krümmungsradius R des Nockens versucht, den Linienkontakt zwischen der Laufrolle und der Nockenlaufbahn herzustellen. Das Spiel des Rollenstößels ist mit einem vorgegebenen Nennmaß in der Gehäuseführung bemessen, damit der Verschleiß in dem Pumpengehäuse durch Kavitation und die Wirkung der Querkraft nicht zu groß wird. Den Linienkontakt zwischen der Laufrolle und dem Nocken stellt der Rollenstößel durch eine Kombination aus einem Verdrehen und einem Verkippen her, wobei der Verkippwinkel Φ das erfindungsgemäße Maß aufweist. Durch diese Maßnahme wird das Verschleißverhalten, nämlich insbesondere der seitliche Laufrollenanlauf, der Kolbenpumpe, das sich unter anderem durch die Neigung zur Verdrehung des Rollenstößels äußert, deutlich reduziert.
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In Weiterbildung der Erfindung weist die Gehäuseführung gegenüber dem Rollenstößel ein Spiel von 60 μm bis 160 μm in Nockenwellenachsrichtung auf. Insbesondere in der mit in weiterer Ausgestaltung vorgesehen Ausbildung der Gehäuseführung als längliche Bohrung oder Nut beziehungsweise als Langloch wird der erfindungsgemäß gewünschte Effekt erreicht. Durch das Langloch wird der Freiheitsgrad des Rollenstößels in Nockenwellenachsrichtung so erhöht, dass die Laufrolle in jeder Toleranzlage der Kolbenpumpe den Linienkontakt mit der Nockenwelle durch Kippen um einen Winkel Φ herstellen kann und dafür keine Verdrehung um einen Winkel β braucht. Quer zur Nockenwellenachsrichtung bleibt das kleine Spiel erhalten, um das Verschleißverhalten des Rollenstößels im Pumpengehäuse (durch eine Querkraft und/oder eine Kavitation) nicht zu verschlechtern. Dabei beträgt das Maß des Langlochs maximal 160 μm (normalerweise) abzüglich des standardmäßigen Stößelspiels von 30 μm bis 60 μm. Dieses Spiel bezieht sich auf einen Rollenstößel mit einem Durchmesser im Bereich von 20 mm bis 36 mm, insbesondere 28 mm. Diese erfindungsgemäße Paarung hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist der Stößelkörper einen Innenringflansch auf, an dem sich der Rollenschuh abstützt, und wobei der Innenringflansch außermittig in Bezug zu dem Stößelkörper an diesen angebunden ist. Dabei ist diese Anbindung in weiterer Ausgestaltung der Erfindung im oberen von der Laufrolle wegweisenden Bereich der Laufrolle der angeordnet und wiederum in weiterer Ausgestaltung der Erfindung zumindest an einem Drittel der Gesamtlänge des Stößelkörpers angeordnet. Insbesondere mit der nachfolgend erläuterten Verkürzung des Stößelkörpers kann dadurch ein verstärktes Kippen erreicht werden.
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In einer vorteilhaften Ausbildung beträgt die Gesamtlänge des Stößelkörpers 10 mm bis 20 mm, vorzugsweise 15 mm. Mit anderen Worten kann das verstärkte Kippen um den Winkel Φ auch durch einen verkürzten Stößelkörper erreicht werden, da bei gleichem Spiel zwischen dem Pumpengehäuse und dem Stößelkörper dessen Führung mehr Kippen zulässt.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben sind.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es zeigen:
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1 eine perspektivische Schnittdarstellung eines Teilbereichs einer Kolbenpumpe,
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2 eine Schnittdarstellung durch einen Rollenstößel, der in einer als Langloch ausgebildeten Gehäuseführung in dem Pumpengehäuse gelagert ist und
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3 eine Schnittdarstellung eines Stößels, bei dem die Anbindung eines Innenringflansch außermittig in Bezug zu dem Stößelkörper an diesem angebunden ist.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Die perspektivische Schnittdarstellung gemäß 1 zeigt einen Ausschnitt aus einer Pumpe, die insbesondere eine Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems für eine Brennkraftmaschine ist, mit der Kraftstoff mit einem Druck ab 1.600 bar in einen Hochdruckspeicher gefördert wird. Dabei wird der Hochdruckpumpe der zu fördernde Kraftstoff aus einem Tank von einer Niederdruckpumpe zugeführt und von der Hochdruckpumpe wird der in den Hochdruckspeicher nachzufördernde Kraftstoff von einem Pumpenkolben 1, der in einen Pumpenzylinder 2 bewegbar ist, von einem Pumpenarbeitsraum über ein Rückschlageventil und eine Hochdruckleitung in den Hochdruckspeicher gepumpt. Dabei wird der Kraftstoff dem Pumpenarbeitsraum über eine Zumesseinheit und ein Saugventil aus einem Pumpeninnenraum 3 zugeführt. In diesen Pumpeninnenraum 3 wird der Kraftstoff von der Niederdruckpumpe eingebracht. Der Pumpeninnenraum 3 ist in einem Pumpengehäuse 4 gebildet, wobei in dem Pumpengehäuse 4 eine Pumpennockenwelle 5 in einem Gehäuselager 6 und einem Flanschlager 7 gelagert ist. Die Pumpennockenwelle 5 weist zwei gegenüberliegende Nocken 8 auf, die in dem kraftstoffgefüllten Pumpeninnenraum 3 angeordnet sind.
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Bei einer Drehbewegung der Pumpennockenwelle 5 läuft auf der von den Nocken 8 gebildeten Nockenlaufbahn eine Laufrolle 9 eines Rollenstößels 10 ab. Die Laufrolle 9 ist in einem Rollenschuh 11 drehbar gelagert, wobei der Rollenschuh 11 zusammen mit der Laufrolle 9 in einem Stößelkörper 12 gegen einen Innenringflansch 13 anliegend eingesetzt ist. Der Rollenschuh 11 und die Laufrolle 9 ragen dabei soweit in den Stößelkörper 12 hinein, dass die Laufrolle 9 axial mit der Innenwand des Stößelkörpers 12 zusammenwirken kann.
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Der Pumpenkolben 1 weist einen Pumpenkolbenfuss 14 auf, der sich auf dem Rollenschuh 11 abstützt und der von einer Pumpenfeder 15 und einer Federscheibe 16 gegen den Rollenschuh 11 gepresst wird. Die Pumpenfeder 15 stützt sich dementsprechend auf der mit dem Pumpenkolbenfuss 14 und/oder dem Innenringflansch 13 zusammenwirkenden Federscheibe 16 und einem mit dem Pumpenzylinder 2 einstückig ausgebildeten Pumpenzylinderkopf ab.
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Bei einer Drehbewegung der Pumpennockenwelle 5 wird der Rollenstößel 10, der in einer Gehäuseführung 17 translatorisch auf und ab bewegbar ist, einerseits von der Pumpenfeder 15 gegen die Lauffläche der Nocken 8 der Pumpennockenwelle 5 gedrückt und andererseits von der drehenden Nockenwelle 5 entsprechend der Nockenkontur auf und ab bewegt. Bei einer gegebenen Stößelverdrehung β bis zu 3°, beispielsweise hervorgerufen durch eine Pumpengeometrietoleranz oder eine Nockenwellenverkippung durch Antriebskräfte von außerhalb, läuft die Laufrolle 9 unter Umständen die Nockenbahn der Pumpennockenwelle 5 schräg hinauf und die Laufrolle 9 bewegt sich axial zu ihrer Längsachse. Ein vorgegebenes Axialspiel ist notwendig, so dass in der steigenden Flanke des Nockens 8 bei einer gegebenen Stößelverdrehung β die Laufrolle 9 nicht sofort am Stößelkörper 12 zur Anlage kommt und Verschleiß erzeugen kann. Verschleiß kann nur erzeugt werden, wenn eine Kraft Fax auf den Stößelkörper 12 übertragen werden kann. Weiterhin verkürzt selbst eine geringe Verdrehung den Linienkontakt zwischen der Laufrolle 9 und dem Nocken 8 und erhöht damit die Herz'sche Pressung. Für hochbelastete Kolbenpumpen mit langer vorgesehener Lebensdauer (beispielsweise mehr als 750.000 km) besteht die Gefahr der Nockenoder Laufrollenermüdung.
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Eine erste Ausführungsform zur Reduzierung oder sogar einer Vermeidung der Verdrehung um den Winkel β zeigt 2. Bei dieser Ausführungsform wird die Möglichkeit des Verkippens des Stößelkörpers 12 um den Winkel Φ (in 3 dargestellt) um die Hochachse durch den Stößelkörper 12 bewusst verstärkt. Dies ist möglich, da die Führung im Pumpengehäuse 4 beziehungsweise der Gehäuseführung 17 durch ein Langloch 18 ausgeführt wist. Somit wird dem Stößelkörper 12 eine größere Verkippfreiheit um die Hochachse in Richtung der Nockenwellenlängsachse mit dem Winkel Φ gegeben, so dass dadurch der uneingeschränkte Linienkontakt zwischen der Laufrolle 9 und der Nockenbahn sichergestellt ist. Somit wird der mögliche Verdrehwinkel β ebenfalls um die Hochachse so klein wie möglich gehalten. Damit wird auch die zuvor geschilderte Seitenanlauftendenz der Laufrolle 9 gegen den Stößelkörper 12 minimiert. Stattdessen läuft die Laufrolle 9 die Nockenbahn in der Flucht hoch. Desweiteren wird die Verkürzung des Linienkontakts zwischen der Laufrolle 9 und der Pumpennockenwelle 5 durch die Verdrehung β des Stößelkörpers 12 und damit die Überhöhung der Herz'schen Pressung im Bereich des oberen Totpunkts des Rollenstößels 10 verhindert.
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3 zeigt eine weitere Möglichkeit, die Freiheit zum Verkippen des Stößelkörpers 12 zu erhöhen. Hierzu ist der Stößelkörper 12 auf der Pumpenkolbenseite kürzer gestaltet, so dass sich eine außermittige Anordnung des Innenringflansches 13 an dem Stößelkörper ergibt. Gestrichelt ist eine bekannte Ausgestaltung eines Stößelkörpers 12 mit einer Länge l1 = ca. 31,5 mm dargestellt, während der verkürzte Stößelkörper 12 eine Länge l2 = ca. 15 mm aufweist. Die Aufrolle 9, der Rollenschuh 11, die Federscheibe 16, die Pumpenfeder 15 und der Pumpenkolben 1 bleiben dabei unverändert. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführung ist, dass die Summe der bewegten Masse durch den kürzeren Stößelkörper 12 reduziert und damit die gesamte Triebwerkbelastung verringert ist. Es ist im Rahmen der Erfindung auch möglich, eine Kombination der in den 2 und 3 dargestellten Maßnahmen zur Erhöhung der Freiheit zum Verkippen des Stößelkörpers auszuführen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008001718 A1 [0002]
