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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stößelbaugruppe für eine Kraftstoffhochdruckpumpe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Kraftstoffhochdruckpumpe mit einer solchen Stößelbaugruppe.
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Stand der Technik
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Eine Stößelbaugruppe der vorstehend genannten Art geht beispielsweise aus der Offenlegungsschrift
DE 103 55 027 A1 hervor. Sie dient der Abstützung eines Pumpenkolbens eines Pumpenelementes einer Hochdruckpumpe an einem Nocken einer Antriebswelle, so dass die Rotationsbewegung der Antriebswelle in eine Translationsbewegung des Pumpenkolbens umgewandelt wird. Der Pumpenkolben ist hierzu über einen Federteller mit der Stößelbaugruppe verbunden. Der Federteller weist eine zentrale Öffnung auf, durch welche der Pumpenkolben hindurchgeführt ist, so dass der Federteller den Kolbenfuß des Pumpenkolbens hintergreift. Außenumfangseitig ist der Federteller über eine Rückstellfeder axial gegen einen Ringbund eines Stößelkörpers der Stößelbaugruppe vorgespannt. Durch die axiale Vorspannung des Federtellers wird auch der Pumpenkolben in seiner axialen Lage gehalten. Die dem Federteller abgewandte Stirnfläche des Kolbenfußes gelangt dabei in Anlage mit einem Stützelement, das zur drehbaren Lagerung einer Laufrolle im Stößelkörper der Stößelbaugruppe aufgenommen ist.
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Aufgrund von Fertigungs- und/oder Montagetoleranzen weist die Kolbenfußaufnahme der Stößelbaugruppe regelmäßig ein axiales Spiel auf, das vom Pumpenkolben bei einer Bewegungsumkehr dynamisch durchlaufen wird. Dies führt dazu, dass der Pumpenkolben mit hoher Geschwindigkeit auf das angrenzende Bauteil aufschlägt, was wiederum zu Geräuschproblemen und zu einer Überbelastung des angrenzenden Bauteils führt. Die Überbelastung kann beispielsweise den Bruch des Federtellers zur Folge haben. Ferner führt das Axialspiel im Bereich der Pumpenkolbenaufnahme zu unerwünschten Fördertoleranzen. Durch das axiale Spiel wird am Ende der Saugphase am unteren Totpunkt der Pumpenkolben nicht bis zum Ende nachgezogen. Je nach Spiel fördert die Hochdruckpumpe damit unterschiedliche Hochdruckmengen.
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Zur Vermeidung der vorstehend genannten Nachteile wird in der Offenlegungsschrift
DE 103 55 027 A1 vorgeschlagen, den Federteller in Bewegungsrichtung des Pumpenkolbens derart elastisch verformbar auszubilden, dass durch dessen elastische Verformung Abweichungen der Lage von dessen Anlagefläche am Pumpenkolben und am Stößel ausgeglichen werden.
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Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Stößelbaugruppe mit vereinfachtem Aufbau anzugeben, mit welcher, insbesondere bei Einsatz in einer Kraftstoffhochdruckpumpe die vorstehend genannten Nachteile eines vorhandenen axialen Spiels im Bereich der Kolbenfußaufnahme minimiert werden können.
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Zur Lösung der Aufgabe wird eine Stößelbaugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Ferner wird eine Kraftstoffhochdruckpumpe mit einer erfindungsgemäßen Stößelbaugruppe zur Lösung der Aufgabe vorgeschlagen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorgeschlagene Stößelbaugruppe umfasst eine Druckfeder zur axialen Vorspannung eines Pumpenkolbens der Kraftstoffhochdruckpumpe. Erfindungsgemäß ist die Druckfeder als Schraubenfeder mit einer plangeschliffenen Aufstandsfläche und/oder einem nach radial innen gebogenen Windungsende ausgebildet. Eine derartige Druckfeder ermöglicht den Wegfall des Federtellers, so dass die Anzahl der Bauteile der Stößelbaugruppe reduziert und damit der Aufbau der Stößelbaugruppe vereinfacht werden kann. Der Federteller wird ersetzt durch eine plangeschliffene Aufstandsfläche und/oder einem nach radial innen gebogenen Windungsende der als Schraubenfeder ausgebildeten Druckfeder. Der Planschliff vergrößert die Aufstandsfläche, so dass die Druckfeder vorzugsweise über ihren gesamten Umfang am Stößelkörper anliegt. Der Stößelkörper weist als Anlagefläche vorzugsweise einen Ringbund auf, so dass die Gestaltung des Stößelkörpers keiner Veränderung bedarf. Über das nach radial innen gebogene Windungsende kann die Druckfeder an den Kolbenfuß des Pumpenkolbens angelegt werden, wobei das Windungsende soweit nach radial innen zu führen ist, dass es den Kolbenfuß hintergreift. Insoweit ist allein über die Druckfeder eine formschlüssige Verbindung des Pumpenkolbens mit der Stößelbaugruppe herstellbar. Die elastische Verformbarkeit des nach radial innen gebogenen Windungsendes gewährleistet zudem, dass die Bewegungen des Pumpenkolbens elastisch aufgefangen und damit gedämpft werden. Demzufolge ist durch die erfindungsgemäße Stößelbaugruppe gewährleistet, dass es weniger zu Geräuschproblemen und/oder Fördertoleranzen kommt. Wegen des Wegfalls des Federtellers besteht zudem keine Gefahr mehr, dass es zu einem Federtellerbruch kommt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das nach radial innen gebogene Windungsende zumindest in einem Teilbereich einen spiralförmigen Verlauf auf. Der spiralförmige Verlauf erhöht zum Einen die elastische Verformbarkeit des nach radial innen gebogenen Windungsendes, zum Anderen kann das nach radial innen gebogene Windungsende zumindest teilweise um den Pumpenkolben herum geführt werden, so dass sich die Anlagefläche am Pumpenkolben erhöht.
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Weiterhin bevorzugt weist das nach radial innen gebogene Windungsende zumindest in einem Teilbereich einen kreis- oder teilkreisförmigen Verlauf auf. Vorteilhafterweise ist der zumindest teilkreisförmige Verlauf derart angeordnet, dass er den Pumpenkolben umschlingt und zugleich den Kolbenfuß hintergreift. Beträgt der Umschlingungswinkel annähernd 360°, kann die Anlagefläche der Druckfeder am Pumpenkolben weiter optimiert werden.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass das nach radial innen gebogene Windungsende im Bereich der plangeschliffenen Aufstandsfläche liegt. Durch diese Maßnahme ist eine möglichst große Aufstandsfläche sichergestellt. Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass zumindest ein Teilbereich des nach radial innen gebogenen Windungsendes aus der Ebene der plangeschliffenen Aufstandsfläche herausgebogen ist, um einen Federarm auszubilden, mittels dessen ein axiales Spiel im Bereich der Kolbenfußaufnahme kompensierbar ist. Denn über den aus der ebene der plangeschliffenen Aufstandsfläche herausgebogenen Federarm kann der Kolbenfuß in Anlage mit dem Stützelement der Stößelbaugruppe gehalten werden.
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Um den Pumpenkolben über einen Winkelbereich von 360° zu umschlingen, wird ferner vorgeschlagen, dass das nach radial innen gebogene Windungsende ein im Wesentlichen kreisförmiges Auge zur Aufnahme des Pumpenkolbens ausbildet.
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Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass das nach radial innen gebogene Windungsende eine zylinderförmige Aufbohrung zur Aufnahme des Pumpenkolbens besitzt. Durch eine zylinderförmige Aufbohrung ist gewährleistet, dass sich das nach radial innen gebogene Windungsende besonders eng an den Pumpenkolben schmiegt.
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Die des Weiteren zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe vorgeschlagene Kraftstoffhochdruckpumpe weist eine erfindungsgemäße Stößelbaugruppe auf, mittels welcher ein Pumpenkolben der Kraftstoffhochdruckpumpe an einem Nocken oder Exzenter einer Antriebswelle abstützbar ist.
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Die der Stößelbaugruppe für eine Kraftstoffhochdruckpumpe eigene Druckfeder kann auf verschiedene Arten und Weisen hergestellt worden sein. Beispielsweise kann ein Windungsende zur Ausbildung eines Federarms nach radial innen und/oder in eine der Steigung entgegengesetzten Richtung gebogen werden, so dass sich gegebenenfalls bereits durch das Biegen eine planebene Aufstandsfläche ergibt. Alternativ oder ergänzend kann ein Planschliff vorgesehen werden, durch welchen die Aufstandsfläche vergrößert wird. Ferner kann nach dem Planschliff ein Teilbereich des gebogenen Windungsendes wieder aus der Ebene des Planschliffs herausgebogen werden, um einen Federarm auszubilden, der auf den Kolbenfuß eine klemmende Wirkung ausübt.
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Die Druckfeder der erfindungsgemäßen Stößelbaugruppe vereinfacht die Montage der Stößelbaugruppe, da der Einbau des Federtellers entfällt. Des Weiteren ist über das nach radial innen gebogene Windungsende ein etwaiges axiales Spiel im Bereich der Kolbenfußaufnahme ausgleichbar. Das nach radial innen gebogene Windungsende ist zudem derart elastisch verformbar, dass die Bewegungen des Pumpenkolbens gedämpft werden. In dynamischen Lastzuständen wird der Kolben über das nach radial innen gebogene Windungsende langsam abgefangen, so dass die auf den Kolbenfuß wirkenden Kräfte reduziert werden.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhang der Zeichnungen näher beschrieben. Diese zeigen:
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1 eine perspektivische Schnittansicht einer herkömmlichen Stößelbaugruppe mit Federteller,
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2 einen Längsschnitt durch eine Druckfeder einer erfindungsgemäße Stößelbaugruppe,
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3 eine Draufsicht auf die Druckfeder der 2, und
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4 eine Draufsicht auf die Druckfeder einer alternativen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Stößelbaugruppe
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Die in der 1 dargestellte herkömmliche Stößelbaugruppe umfasst einen hohlzylinderförmigen Stößelkörper 9, in welchem innenumfangseitig ein Ringbund 10 ausgebildet ist, welcher einen oberen und einen unteren Stößelraum begrenzt. Im unteren Stößelraum ist ein Stützelement 12 aufgenommen, in welchem eine Laufrolle 13 drehbar gelagert ist. Über die Laufrolle 13 ist die Stößelbaugruppe einschließlich eines mit der Stößelbaugruppe verbundenen Pumpenkolbens 2 an einem Nocken 7 einer Antriebswelle 8 abgestützt. Die Stößelbaugruppe bewirkt, dass bei einer Rotation der Antriebswelle 8 der Pumpenkolben 2 in einer Hubbewegung angetrieben wird. Die Stößelbaugruppe ist hierzu über den Stößelkörper 9 in einer Gehäusebohrung einer Kraftstoffhochdruckpumpe hubbeweglich geführt. Um die Hubbewegung der Stößelbaugruppe auf den Pumpenkolben 2 zu übertragen, ist dieser mit der Stößelbaugruppe formschlüssig verbunden. Die Verbindung erfolgt über einen Federteller 14, welcher im oberen Stößelraum am Ringbund 10 des Stößelkörpers 9 abgestützt ist. Der Federteller 14 weist eine zentrale Ausnehmung auf, durch welche der Pumpenkolben 2 hindurchgeführt ist. Mit einem Kolbenfuß 11 liegt der Pumpenkolben 2 einerseits am Federteller 14, andererseits am Stützelement 12 der Stößelbaugruppe an. Um den Formschluss zu bewirken, hintergreift der Federteller 14 den Kolbenfuß 11 des Pumpenkolbens 2. Eine der Rückstellung des Pumpenkolbens 2 bzw. der Stößelbaugruppe dienende Druckfeder 1 hält den Federteller 14 in Anlage mit dem Ringbund 10. Aufgrund von Fertigungs- und/oder Montagetoleranzen weist der Bereich der Kolbenfußaufnahme zwischen dem Federteller 14 und dem Stützelement 12 ein axiales Spiel auf, das vom Pumpenkolben 2 bei einer Bewegungsumkehr dynamisch durchlaufen wird. Dies verursacht Geräusche, die als störend empfunden werden, und führt ferner zu Fördertoleranzen. Zudem kann beim Durchlaufen des axialen Spiels der Pumpenkolben derart beschleunigt werden, dass er mit hoher Geschwindigkeit auf den Federteller aufschlägt, so dass dieser bricht.
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Die vorstehend genannten Nachteile treten bei einer erfindungsgemäßen Stößelbaugruppe nicht auf oder werden zumindest deutlich verringert. Ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Stößelbaugruppe ist in den 2 und 3 dargestellt. Wie dem Längsschnitt der 2 zu entnehmen ist, weist die Druckfeder 1 der Stößelbaugruppe ein nach radial innen gebogenen Windungsende 4 auf, das einen Federarm ausbildet und in einer Ebene einer plangeschliffenen Aufstandsfläche 3 angeordnet ist. Die plangeschliffene Aufstandsfläche 3 erhöht die Kontaktfläche mit dem Ringbund 10 des Stößelkörpers 9. Zugleich gewährleistet sie eine über den Umfang gleichmäßige Belastung des Ringbunds des Stößelkörpers. Das nach radial innen gebogene Windungsende 4 ist dabei soweit nach radial innen geführt, dass es den Kolbenfuß 11 (in 3 nicht dargestellt) hintergreift. Die Druckfeder 1 vermag demnach ohne Federteller 14 eine formschlüssige Verbindung des Pumpenkolbens 2 mit der Stößelbaugruppe zu bewirken.
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Alternativ zu der in den 2 und 3 dargestellten Ausführungsform kann das nach radial innen gebogene Windungsende 4 auch aus der Ebene der plangeschliffenen Aufstandsfläche 3 heraus gebogen sein, um ein ggf. vorhandenes axiales Spiel im Bereich der Kolbenfußaufnahme zu kompensieren und den Kolbenfuß 11 des Pumpenkolbens 2 in Anlage mit dem Stützelement 12 zu halten.
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Darüber hinaus ist es möglich, das nach radial innen gebogene Windungsende 4 in der Ebene der planebenen Aufstandsfläche 3 zu belassen und den Ringbund 10 des Stößelkörpers 9 im Vergleich zum Kolbenfuß 11 weniger hoch zu gestalten, um eine Klemmwirkung zu erzielen.
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Eine weitere Alternative Ausführungsform der Druckfeder 1 ist in der 4 dargestellt. Hier weist das nach radial innen gebogene Windungsende 4 einen spiralförmigen Verlauf auf, das zum Ende hin ein Auge 5 ausbildet, in welchem der Pumpenkolben 2 aufgenommen ist. Der Umschlingungswinkel beträgt im Wesentlichen 360°. Um das als Auge 5 ausgeformte Windungsende 4 möglichst dicht an den Außenumfang des Pumpenkolbens 2 anzulegen, weist das nach radial innen gebogene Windungsende 4 im Bereich des Auges 5 eine zylinderförmige Aufbohrung 6 auf, durch welche der Pumpenkolben 2 hindurchgeführt ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10355027 A1 [0002, 0004]
