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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Stand der Technik
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Der Offenlegungsschrift
DE 10 2008 043 847 A1 ist eine als Radial- oder Reihenkolbenpumpe ausgebildete Hochdruckpumpe für Brennstoffeinspritzanlagen bekannt, welche zumindest eine Pumpenbaugruppe und eine Antriebswelle mit einem der Pumpenbaugruppe zugeordneten Nocken aufweist. Die Pumpenbaugruppe umfasst einen entlang einer Achse der Pumpenbaugruppe verschiebbaren Kolben und ein zumindest mittelbar mit dem Nocken der Antriebswelle zusammenwirkendes Gleitelement, mittels dessen der Kolben vom Nocken antreibbar ist. Vorzugsweise ist das Gleitelement als Rollenschuh ausgebildet oder Teil eines Rollenschuhs und dient der drehbaren Lagerung einer Laufrolle, welche unmittelbar am Nocken abgestützt ist. Um das Rollen-Reibmoment an der Gleitfläche des Gleitelementes zu reduzieren, wird eine geeignet gewählte Kontur der Gleitfläche des Gleitelementes vorgeschlagen, welche im Querschnitt zwei Teilkreise ausbildet, deren Radien größer als der Radius der Laufrolle gewählt ist. In Kontakt mit der Laufrolle bildet das Gleitelement demnach eine erste Stelle eines minimalen Schmierspalts und zumindest eine weitere Stelle eines minimalen Schmierspalts aus, welche in einem Winkelabstand zueinander liegen. Die Stellen eines minimalen Schmierspalts bilden die Hauptbelastungsstellen aus, wobei der Winkelabstand der Stellen zueinander eine gleichmäßige Lastverteilung im Vergleich zu einer Anordnung mit nur einer Stelle eines minimalen Schmierspaltes bewirkt. Ferner wird auf diese Weise einer lokalen Überbelastung sowie einem lokalen erhöhten Verschleiß entgegen gewirkt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hochdruckpumpe der vorstehend genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass das Anlaufverhalten der Laufrolle verbessert wird. Zugleich soll eine einfache und kostengünstig herzustellende Hochdruckpumpe angegeben werden.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Hochdruckpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorgeschlagene Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem umfasst wenigstens ein Pumpenelement mit einem hubbeweglichen Pumpenkolben und einer Antriebswelle, über welche der Pumpenkolben zu einer Hubbewegung antreibbar ist. Der Pumpkolben ist dabei mittelbar über eine Stößelbaugruppe, umfassend einen Stößelkörper und eine hierin aufgenommene, drehbar gelagerte Laufrolle, an einem Nocken der Antriebswelle abgestützt. Erfindungsgemäß steht die Laufrolle über wenigstens 2/3 ihrer Länge a in Kontakt mit dem Nocken und über maximal 1/3 ihrer Länge a in Kontakt mit einem Gleitlager zur drehbaren Lagerung der Laufrolle. Die Auflagerlängen der Laufrolle am Nocken und am Gleitlager sind demnach derart gewählt, dass die Auflagerlänge am Nocken größer ist. Dadurch ergibt sich ein konstruktiv bedingtes erhöhtes Anlaufmoment, durch welches das Anlaufverhalten der Laufrolle verbessert wird. Insbesondere wird einem Schlupf der Laufrolle entgegen gewirkt, der darauf zurückzuführen ist, dass die Reibwerte zwischen der Laufrolle und dem Gleitlager höher sind als die zwischen der Laufrolle und dem Nocken.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Gleitlager im Stößelkörper oder in einem im Stößelkörper aufgenommenen Stützelement ausgebildet. Beispielsweise kann das Gleitlager als Ausnehmung im Stößelkörper oder im Stützelement ausgeführt sein. Ein solches Gleitlager lässt sich besonders einfach herstellen.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Stößelkörper oder das Stützelement mehrteilig zur Ausbildung des Gleitlagers ausgeführt sind. Die mehrteilige Ausführung erlaubt die Verwendung verschiedener Werkstoffe, welche somit der jeweiligen Funktion entsprechend ausgewählt werden können. Beispielsweise kann zur Ausbildung eines Gleitlagers ein Teil in den Stößelkörper oder in das Stützelement eingesetzt werden, das aus einem verschleißresistenteren Werkstoff als der Stößelkörper oder das Stützelement selbst hergestellt ist. Der Werkstoff des gleitlagerausbildenden Teils kann insbesondere ein Gleitlagermaterial umfassen und/oder zumindest teilweise mit einem solchen Gleitlagermaterial beschichtet sein. Dadurch können die Reibwerte zwischen Laufrolle und Gleitlager weiter reduziert werden, wodurch das Anlaufverhalten der Laufrolle weiter optimiert wird.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass das Gleitlager im Querschnitt einer der Außenkontur der Laufrolle angepasste Innenkontur besitzt. Beispielsweise kann die Innenkontur kreis- oder teilkreisförmig gestaltet sein, wobei die Laufrolle im Querschnitt bevorzugt eine kreisförmige Außenkontur besitzt. Dabei ist weiterhin bevorzugt der Radius des Kreises bzw. Teilkreises der Innenkontur des Gleitlagers geringfügig größer als der Radius der kreisförmigen Außenkontur der Laufrolle gewählt. Vorteilhafterweise weist das Gleitlager im Querschnitt eine die Laufrolle zumindest über einen Winkelbereich von 180° umschlingende Innenkontur auf. Um einen Formschluss der Laufrolle mit dem Gleitlager ausbildenden Bauteil zu bewirken, kann der Umschlingungswinkel auch größer als 180° gewählt sein.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Laufrolle verschiedene Außendurchmesser D1, D2 besitzt. Der Außendurchmesser D2 ist dabei bevorzugt mittig angeordnet und kleiner als der Außendurchmesser D1 gewählt. Zur Ausbildung der unterschiedlich langen Kontaktbereiche der Laufrolle mit dem Nocken bzw. dem Gleitlager wird ferner vorgeschlagen, dass der Laufrollenabschnitt mit dem Außendurchmesser D2 beidseitig von einem Laufrollenabschnitt mit dem Außendurchmesser D1 eingefasst wird, wobei die Gesamtlänge der beiden Laufrollenabschnitte mit dem Außendurchmesser D1 wenigstens doppelt so lang sind, wie der Laufrollenabschnitt mit dem Außendurchmesser D2. Soweit auf die Länge der Laufrolle bzw. eines Laufrollenabschnitts Bezug genommen wird, ist hiermit die axiale Erstreckung der Laufrolle bzw. des jeweiligen Laufrollenabschnitts gemeint, d.h. die Abmessung parallel zur Längsachse A der Laufrolle.
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Die Länge des Gleitlagers, d.h. die axiale Erstreckung des Gleitlagers parallel zur Längsachse A der Laufrolle, ist bevorzugt gleich lang bzw. geringfügig kürzer als die Länge des Laufrollenabschnitts mit dem Außendurchmesser D2 gewählt. Darüber hinaus ist der bzw. das gleitlagerausbildende Teil des Stößelkörpers oder des Stützelementes derart gestaltet, dass es in Eingriff mit der Laufrolle steht, um den Kontakt des Gleitlagers mit dem den Außendurchmesser D2 aufweisenden Laufrollenabschnitt herzustellen. Über das Gleitlager hinaus sollte der bzw. das gleitlagerausbildende Teil keinen weiteren Kontakt mit der Laufrolle haben, um die Reibungskräfte im Bereich des Gleitlagers gering zu halten.
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Vorzugsweise ist die Laufrolle gestuft ausgeführt, wobei die Stufen vorzugsweise durch die Laufrollenabschnitte mit verschieden großen Außendurchmessern ausgebildet werden. Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass die Laufrolle mehrteilig ausgeführt ist. Die mehreren Teile können beispielsweise einen Bolzen sowie wenigstens eine auf den Bolzen aufgesetzte Hülse umfassen, um Laufrollenabschnitte mit unterschiedlichen Außendurchmessern auszubilden. Vorzugsweise ist jeweils an beiden Enden des Bolzens eine Hülse aufgesetzt, welche die Laufrollenabschnitte mit dem größeren Außendurchmesser D1 ausbilden. Über den axialen Abstand der beiden Hülsen zueinander wird dann ein Laufrollenabschnitt mit einem Außendurchmesser D2 ausgebildet, welcher kleiner als der Außendurchmesser D1 der beiden angrenzenden Endabschnitte ist. Ferner kann auch im Bereich des Laufrollenabschnitts mit dem Außendurchmesser D2 eine Hülse aufgesetzt sein, welche zum Beispiel aus einem Gleitlagermaterial bestehen oder eine Beschichtung aus einem Gleitlagermaterial aufweisen kann. Dadurch können die Reibungskräfte zwischen der Laufrolle und dem Gleitlager weiter reduziert werden. Ferner kann auch der Bolzen der Laufrolle gestuft ausgeführt sein.
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Weiterhin bevorzugt ist die Laufrolle zumindest teil- oder abschnittsweise mit einer Oberflächenbeschichtung versehen. Die Oberflächenbeschichtung umfasst dabei vorzugsweise Kohlenstoff und/oder ein anderes Gleitlagermaterial. Die Oberflächenbeschichtung der Laufrolle vermag eine entsprechende Beschichtung des Stößelkörpers oder des Stützelementes im Bereich des Gleitlagers zu ersetzen. Die reibungskräftereduzierende Oberflächenbeschichtung kann somit von der Laufrollenaufnahme auf die Laufrolle selbst verlagert werden. Indem eine solche Beschichtung auf einer Außenumfangsfläche der Laufrolle aufzubringen ist, kann sie einfacher und damit kostengünstiger als am Stößelkörper oder am Stützelement aufgebracht werden.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
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1 eine perspektivische Schnittansicht durch eine aus dem Stand der Technik bekannte Hochdruckpumpe im Bereich einer an einer Antriebswelle abgestützten Stößelbaugruppe,
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2 einen schematischen Längsschnitt durch eine erste erfindungsgemäße Hochdruckpumpe im Bereich einer an einer Antriebswelle abgestützten Stößelbaugruppe,
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3a–c jeweils einen schematischen Längsschnitt durch ein Stützelement einer Stößelbaugruppe, wobei die Darstellungen der 3b und c um jeweils 90° gegenüber der Darstellung der 3a gedreht sind und
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4a–c jeweils einen schematischen Längsschnitt durch eine gebaute Laufrolle einer Stößelbaugruppe einer erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Die in der 1 ausschnittsweise im Bereich einer Stößelbaugruppe 4 dargestellte Hochdruckpumpe umfasst wenigstens ein Pumpenelement 1 mit einem hubbeweglich geführten Pumpenkolben 2, welcher über die Stößelbaugruppe 4 an einem Nocken 7 einer Antriebswelle 3 abgestützt ist. Die Stößelbaugruppe 4 soll eine Umwandlung der Rotationsbewegung der Antriebswelle 3 in eine Translationsbewegung des Pumpenkolbens 2 bewirken. Die Stößelbaugruppe 4 ist hierzu in einer Bohrung 16 eines Gehäuseteils 17 der Hochdruckpumpe axial verschiebbar aufgenommen.
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Die in der 1 dargestellte Stößelbaugruppe 4 umfasst einen hülsenförmigen Stößelkörper 5 sowie ein hierin aufgenommenes Stützelement 9 zur drehbaren Lagerung einer Laufrolle 6. Über die Laufrolle 6 ist die Stößelbaugruppe 4 unmittelbar außenumfangseitig am Nocken 7 der Antriebswelle 3 abgestützt. Über die Federkraft einer Feder 13 wird die Stößelbaugruppe 4 in Anlage mit dem Nocken 7 gehalten.
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Die Feder 13 sowie das Stützelement 9 der in der 1 dargestellten Stößelbaugruppe 4 sind jeweils an gegenüberliegenden Seiten eines Ringbunds 14 des Stößelkörpers 5 abgestützt, wobei zwischen der Feder 13 und dem Ringbund 14 zusätzlich ein Federteller 12 angeordnet ist. Der Federteller 12 dient der Verbindung des Pumpenkolbens 2 mit der Stößelbaugruppe 4. Hierzu weist der Federteller 12 eine zentrale Ausnehmung auf, durch welche der Pumpenkolben 2 derart hindurchgeführt ist, dass der Federteller 12 einen Kolbenfuß 15 des Pumpenkolbens 2 hintergreift. Auf diese Weise wird eine formschlüssige Verbindung des Pumpenkolbens 2 mit der Stößelbaugruppe 4 bewirkt.
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Über das im Stößelkörper 5 aufgenommene Stützelement 9 wird eine Axialkraft auf die Laufrolle 6 übertragen, welche sich im Wesentlichen aus der Federkraft der Feder 13 und einer den Pumpenkolben 2 in Richtung des Nockens 7 beaufschlagende hydraulischen Kraft zusammensetzt. Über diese Axialkraft wird die Stößelbaugruppe 4 einschließlich des Pumpenkolbens 2 in Anlage mit dem Nocken 7 gehalten.
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Das Stützelement 9 bildet im Kontaktbereich zur Laufrolle 6 ein Gleitlager 8 aus, wobei die zwischen der Laufrolle 6 und dem Stützelement 9 im Bereich des Gleitlagers 8 wirkenden Reibungskräfte das Anlaufen der Laufrolle 6 über den ferner bestehenden Kontakt der Laufrolle 6 zum Nocken 7 erschwert wird.
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Um das Anlaufverhalten der Laufrolle 6 zu optimieren, wird beispielsweise eine Hochdruckpumpe entsprechend der Abbildung der 2 vorgeschlagen. Die Abbildung zeigt die wesentlichen Komponenten der erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe stark vereinfacht.
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Zur Ausbildung eines Gleitlagers 8 ist in einem Stößelkörper 5 wiederum ein Stützelement 9 aufgenommen, welches vorliegend eine Erhebung zur Ausbildung des Gleitlagers 8 besitzt. Die Erhebung ist mittig sowie beabstandet zur Außenumfangsfläche des Stützelements 9 angeordnet und steht in Eingriff mit einer Laufrolle 6, über welche die dargestellte Stößelbaugruppe 4 an einem Nocken 7 einer Antriebswelle 3 abgestützt ist. Die Laufrolle 6 ist gebaut ausgeführt und umfasst einen Bolzen 10 sowie hierauf aufgesetzte Hülsen 11, welche in einem axialen Abstand zueinander angeordnet sind. Im Bereich des axialen Abstandes der beiden Hülsen 11 weist die Laufrolle 6 demnach einen verringerten Außendurchmesser auf, wobei der Abschnitt mit verringerten Außendurchmesser mit dem Gleitlager 8 zusammenwirkt, während die Außenumfangsflächen der Hülsen 11 in Kontakt mit dem Nocken 7 stehen. Zur Erzielung eines positiven Anlaufmomentes ist ferner vorgesehen, dass der Kontaktbereich der Hülsen 11 mit dem Nocken 7 eine größere Länge aufweist, als der Kontaktbereich der Laufrolle 6 mit dem Gleitlager 8. Wie der 2 zu entnehmen ist, weist der Kontaktbereich der Laufrolle 6 mit dem Nocken 7 eine Gesamtlänge auf, welche mehr als 2/3 der Gesamtlänge a der Laufrolle 6 entspricht. Der Kontaktbereich der Laufrolle 6 mit dem Gleitlager 8 ist dagegen auf einen Bereich reduziert, welcher eine Länge von weniger als 1/3 der Länge a der Laufrolle 6 besitzt.
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Den 3a–c sind verschiedene Längsschnitte durch ein Stützelement 9 zu entnehmen, wobei die Darstellung der 3a der Darstellung der 2 entspricht. Die Darstellungen der 3b und c sind jeweils um 90° gedreht. Die 3b zeigt somit einen Querschnitt durch das Gleitlager 8, das durch eine innerhalb der Erhebung des Stützelementes 9 teilkreisförmige Ausnehmung gebildet wird. Die Innenkontur des Gleitlagers 8 ist im Querschnitt somit der Außenkontur der Laufrolle 6 angepasst. Sofern eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Stützelement 9 und der Laufrolle 6 ausgebildet werden soll, kann, entsprechend der Darstellung der 3c, das Gleitlager 8 im Querschnitt auch eine kreisförmige Innenkontur besitzen. Ferner sind nicht dargestellte Ausführungsformen möglich, in welchen das Gleitlager 8 eine Innenkontur besitzt, welche die Laufrolle 6 über einen Winkelbereich > 180° umschlingt, dabei jedoch keinen geschlossenen Kreis ausbildet.
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Den 4a–c sind verschiedene Ausführungsformen einer Laufrolle 6 zu entnehmen, wobei die Gestaltung der Laufrolle 6 der Darstellung der 4a weitgehend der der Darstellung der 2 entspricht. Das in der 4a dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem der 2 dadurch, dass das Stützelement 9 mehrteilig ausgebildet ist, wobei ein Teil 9‘ mittig in das Stützelement 9 eingesetzt ist, so dass eine Erhebung zur Ausbildung des Gleitlagers 8 geschaffen wird. Die mehrteilige Ausführung des Stützelementes 9 hat den Vorteil, dass das Teil 9‘ aus einem besonders verschleißresistenten Werkstoff gefertigt werden kann, während das Stützelement 9 im Übrigen aus einem einfacheren und demnach kostengünstigeren Werkstoff bestehen kann.
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Die in der 4b dargestellte Laufrolle ist wie die Laufrolle der 4a bzw. 2 mehrteilig ausgeführt und umfasst einen Bolzen 10, auf welchen drei Hülsen 11 aufgesteckt sind. Die Bolzenmitte umgibt eine Hülse 11 mit einem Außendurchmesser D2, an welche beidseitig jeweils eine Hülse 11 mit einem Außendurchmesser D1 angrenzt. Der Außendurchmesser D1 der außenliegenden Hülsen 11 ist größer als der Außendurchmesser D2 der mittig angeordneten Hülse 11 gewählt. Die Außenkontur der Laufrolle 6 ist somit im Längsschnitt gestuft ausgebildet. Die mittig angeordnete Hülse 11 dient zum einen als Abstandshalter zwischen den beiden außenliegenden Hülsen 11, so dass sichergestellt ist, dass die Laufrolle 6 lediglich über die Außenumfangsfläche der mittig angeordneten Hülse 11 in Kontakt mit dem Gleitlager 8 des Stützelements 9 steht. Zum anderen weist die Außenumfangsfläche der mittig angeordneten Hülse 11 eine Oberflächenbeschichtung mit Kohlenstoff auf, so dass die Reibungskräfte zwischen der Außenumfangsfläche der mittig angeordneten Hülse 11 und dem Gleitlager 8 reduziert sind. Alternativ zur Darstellung der 4b kann eine entsprechende Oberflächenbeschichtung selbstverständlich auch direkt auf den Bolzen 10 aufgebracht werden.
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Eine weitere alternative Ausführungsform der Laufrolle 6 ist in der 4c dargestellt, wobei die Darstellung lediglich den Bolzen 10 wiedergibt. Die Darstellung soll zeigen, dass auch der Bolzen 10 gestuft und/oder gebaut ausgeführt sein kann, um Abschnitte mit unterschiedlichen Außendurchmessern auszubilden. Vorliegend ist ein mittig angeordneter Abschnitt mit einem größeren Außendurchmesser versehen, um auf die beidseitig angrenzenden Endabschnitte jeweils eine Hülse 11 aufsetzen zu können, so dass der Außendurchmesser der Endabschnitte jeweils größer als der Außendurchmesser des mittig angeordneten Bolzenabschnitts ist. Der mittig angeordnete Bolzenabschnitt mit größerem Außendurchmesser dient wiederum als Abstandshalter, an welchem die beiden außenliegenden, nicht dargestellten Hülsen 11 abgestützt sind.
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Neben den in den 2 bis 4 dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispielen sind unzählige Abwandlungen möglich, welche insbesondere eine gebaute, d.h. mehrteilige, Ausführung der Laufrolle und/oder des gleitlagerausbildenden Stützelementes betreffen können. Diese Ausführungen sollen ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008043847 A1 [0002]
