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Die Erfindung betrifft eine Rollenstößelanordnung für eine Radialkolbenpumpe. Die Erfindung betrifft weiter eine Radialkolbenpumpe mit einer Rollenstößelanordnung.
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Vorzugsweise werden derartige Radialkolbenpumpen als Förderpumpen zur Förderung von Fluid für ein Speichereinspritzsystem für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen verwendet.
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Speichereinspritzsysteme für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeuge, beispielsweise in Common-Rail-Systemen, sollen den notwendigen Volumenstrom und den erforderlichen Fluiddruck bereitstellen können. Die Radialkolbenpumpe unterliegt in Speichereinspritzsystemen für Kraftfahrzeuge starken Belastungen, insbesondere mechanischen Beanspruchungen. Insbesondere müssen von derartigen Hockdruckpumpen große Kräfte aufgenommen werden können. Damit werden sowohl hohe Anforderungen an das Material als auch an die Konstruktion der Radialkolbenpumpe gestellt.
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Da Radialkolbenpumpen Drücken von beispielsweise bis zu über 2000 bar ausgesetzt sind, müssen sie hohen Beanspruchungen standhalten.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Rollenstößelanordnung und eine Radialkolbenpumpe zu schaffen, die auch bei hohen Pumpendrücken einen zuverlässigen und präzisen Betrieb ermöglichen und dabei einem möglichst geringen Verschleiß unterliegen. Des Weiteren sollen die Rollenstößelanordnung und die Radialkolbenpumpe kostengünstig herstellbar sein.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Gemäß einem ersten Aspekt zeichnet sich die Erfindung aus durch eine Rollenstößelanordnung für eine Radialkolbenpumpe zur Förderung eines Fluids. Die Rollenstößelanordnung ist ausgebildet zum zumindest mittelbaren Abstützen eines Pumpenkolbens an einer zum Antrieb der Radialkolbenpumpe ausgebildeten Antriebswelle, und weist einen zylindrischen Stößel mit einer Stößellängsachse auf. Der Stößel ist angeordnet und ausgebildet zu einer Bewegung in Richtung der Stößellängsachse, und in dem Stößel ist eine Rolle drehbar gelagert für einen zumindest mittelbaren Anlauf der Antriebswelle. Eine bezüglich der Stößellängsachse senkrechte Querschnittsfläche des Stößels ist ausgebildet als Polygon mit abgerundeten Ecken.
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Dies hat den Vorteil, dass der Stößel an den Ecken eine geringe Reibungsfläche aufweisen kann. Damit kann eine geringe Reibung des Stößels erreicht werden. Des Weiteren kann die Eigenpumpwirkung des Stößels sehr gering sein. Darüber hinaus kann die Anfälligkeit der Stößelführung gegenüber Partikeln sehr klein gehalten werden. Des Weiteren kann eine besonders gute Winkelausgleichsfähigkeit des Stößels erreicht werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Rollenstößelanordnung weist das Polygon zwischen den Ecken angeordnete Zwischenbereiche auf, die eine Krümmung haben. Das bedeutet, dass die zwischen den Ecken angeordneten Zwischenbereiche gekrümmt ausgebildet sind. Damit ist eine einfache Herstellung der Zwischenbereiche und damit des gesamten Stößels mittels Schleifen möglich. Damit kann der Stößel besonders kostengünstig hergestellt werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Rollenstößelanordnung gehen jeweils benachbarte Ecken und Zwischenbereiche des Polygons tangential ineinander über. Damit ist eine einfache Herstellung des Stößels mittels Schleifen möglich. Damit kann der Stößel besonders kostengünstig hergestellt werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Rollenstößelanordnung ist das Polygon gleichseitig ausgebildet. Eine gleichseitige Polygonform des Stößels hat den Vorteil, dass der Stößel eine besonders gute Führung in dem Pumpengehäuse erreichen kann.
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Gemäß einem zweiten Aspekt zeichnet sich die Erfindung aus durch eine Radialkolbenpumpe zur Förderung eines Fluids, mit einem Pumpengehäuse, einer in dem Pumpengehäuse drehbar gelagerten Antriebswelle, über die die Radialkolbenpumpe antreibbar ist, und mindestens einer Pumpeneinheit, die aufweist einen Zylinder und eine Zylinderkammer, in der ein Pumpenkolben axial bewegbar angeordnet ist, wobei die mindestens eine Pumpeneinheit eine Rollenstößelanordnung gemäß des ersten Aspekts aufweist. Die Vorteile des zweiten Aspekts der Erfindung entsprechen den Vorteilen des ersten Aspekts der Erfindung.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Radialkolbenpumpe weist das Pumpengehäuse eine Pumpengehäusekammer auf, in der der Stößel in Richtung der Stößellängsachse bewegbar angeordnet ist. Die Pumpengehäusekammer weist eine bezüglich der Stößellängsachse senkrechte Querschnittsfläche auf. Die Querschnittsfläche der Pumpengehäusekammer und die Querschnittsfläche des Stößels sind zueinander ähnlich. Dies hat den Vorteil, dass eine hohe Verdrehsicherung des Stößels gegenüber dem Pumpengehäuse erreicht werden kann.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind nachfolgend anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Ansicht einer Radialkolbenpumpe mit einer Rollenstößelanordnung in einem Längsschnitt,
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2 eine Schnittansicht einer Ausführungsform eines Stößels der Rollenstößelanordnung,
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3 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform des Stößels, und
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4 eine Schnittansicht nach einer weiteren Ausführungsform des Stößels.
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Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Die Figuren zeigen eine Radialkolbenpumpe 10 mit einem Pumpengehäuse 12 und einer Pumpeneinheit 14. Die Radialkolbenpumpe 10 kann weitere nicht dargestellte Pumpeneinheiten aufweisen. Die Radialkolbenpumpe 10 kann insbesondere zur Kraftstoffhochdruckversorgung bei einem Speichereinspritzsystem einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs verwendet werden. Das Pumpengehäuse 12 ist vorzugsweise aus einem Metall gebildet.
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Die Radialkolbenpumpe 10 weist zentral eine Antriebswelle 16 auf, die mit Nocken 17 in Wirkverbindung steht und in einer Drehachse D drehbar in dem Pumpengehäuse 12 gelagert ist. Die Anzahl der Förder- und Kompressionshübe kann über die Anzahl der Nocken 17 vorgegeben werden. Die Anzahl der Förder- beziehungsweise Kompressionshübe entspricht dabei der Anzahl der Nocken 17. In der hier dargestellten bevorzugten Ausführungsform hat die Radialkolbenpumpe 10 zwei Nocken 17.
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Die Pumpeneinheit 13 umfasst im Wesentlichen einen Zylinder 18, eine in dem Zylinder 18 angeordnete Zylinderkammer 20, eine Feder 22, einen Pumpenkolben 24 und eine Rollenstößelanordnung 30. Der Zylinder 18, die Zylinderkammer 20, die Feder 22 und der Pumpenkolben 24 sind zueinander koaxial angeordnet. Der Zylinder 18 ist fest mit dem Pumpengehäuse 12 gekoppelt und aus einem Metall, vorzugsweise einem Stahl, gebildet.
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Der Pumpenkolben 24 ist axial bewegbar in der Zylinderkammer 20 des Zylinders 18 gelagert und steht über die Nocken 17 mit der Antriebswelle 16 in Wirkverbindung. Der Pumpenkolben 24 wird insbesondere durch die Nocken 17 der Antriebswelle 16 in einer Hubbewegung in zumindest annähernd radialer Richtung zur Drehachse D der Antriebswelle 16 angetrieben.
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Der Pumpenkolben 24 wird mittels der Feder 22, die vorzugsweise als Schraubendruckfeder ausgebildet ist und sich vorzugsweise am Zylinder 18 und am Pumpenkolben 24 abstützt, in ständiger Anlage an die Nocken 17 der Antriebswelle 16 gehalten. Damit kann ein Abheben und Wiederauftreffen des Pumpenkolbens 24 auf die Antriebswelle 16 mit den Nocken 17 vermieden werden, was zu Beschädigungen sowohl der Antriebswelle 16 und der Nocken 17 als auch des Pumpenkolbens 24 führen könnte.
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Um die Zylinderkammer 20 mit Fluid befüllen zu können, weist der Zylinder 18 eine Zylinderkammerzulaufleitung 26 auf, in der vorzugsweise ein Zylinderkammereinlassventil angeordnet ist. Das Zylinderkammereinlassventil erleichtert die Befüllung der Zylinderkammer 20 und verhindert beim Befüllen das Zurückströmen des Fluids aus der Zylinderkammerzulaufleitung 26. Der Zylinder 18 weist weiter eine Zylinderkammerablaufleitung 28 auf, über die Fluid aus der Zylinderkammer 20 ausgestoßen werden kann.
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Während eines Saughubs, das heißt einer bezüglich der 1 abwärts gerichteten Bewegung des Pumpenkolbens 24, wird Fluid, insbesondere Kraftstoff über die Zylinderkammerzulaufleitung 26 in die Zylinderkammer 20 gefördert. Während eines Pumphubs, das heißt einer bezüglich der 1 aufwärts gerichteten Bewegung des Pumpenkolbens 24, wird der in der Zylinderkammer 20 befindliche Kraftstoff komprimiert beziehungsweise unter hohem Druck an die Zylinderkammerzulaufleitung 26 abgegeben.
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Die Rollenstößelanordnung 30 umfasst einen Stößel 32, einen Rollenschuh 34 und eine Rolle 36.
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Der zylinderförmige Stößel 32 ist innerhalb des Pumpengehäuses 12 in einer Pumpengehäusekammer 38 angeordnet und in Richtung einer Stößellängsachse L geführt. Der Stößel 32 steht in Mitnahmeverbindung mit dem Pumpenkolben 24. Der Pumpenkolben 24 weist vorzugsweise einen kleineren Durchmesser auf als der Stößel 32. Der Stößel 32 dient zur zumindest mittelbaren Abstützung des Pumpenkolbens 24 über die mit dem Stößel 32 drehbar gekoppelte Rolle 36 an der Antriebswelle 16. Der Stößel 32 wird vorzugsweise am Pumpengehäuse 12 geführt. Der Stößel 32 weist eine Ausnehmung auf, in der der Rollenschuh 34 angeordnet ist. Ein der Antriebswelle 12 zugewandter Abschnitt des Rollenschuhs 34 umfasst im zentralen Bereich eine Ausnehmung 40, in der die zylindrische Rolle 36 zumindest teilweise aufgenommen und drehbar angeordnet ist.
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Die Rolle 36 ist mittels einer durch die Feder 22 über den Stößel 32 und den Rollenschuh 34 auf die Rolle 36 übertragenen Kraft in Anlage an die Antriebswelle 16 gehalten, vorzugsweise in Anlage an den zumindest einen Nocken 17 der Antriebswelle 16, und rollt auf der Antriebswelle 16 beziehungsweise den Nocken 17 ab.
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Wie in den 2 bis 4 gezeigt, ist eine bezüglich der Stößellängsachse L senkrechte Querschnittsfläche des Stößels 32 als Polygon P mit abgerundeten Ecken 50 ausgebildet. Das Polygon P hat Zwischenbereiche 52, die jeweils zwischen zwei Ecken 50 angeordnet sind. Die Zwischenbereiche 52 sind vorzugsweise gekrümmt ausgebildet. In alternativen Ausführungsformen können die Zwischenbereiche 52 plan ausgebildet sein. Vorzugsweise gehen jeweils benachbarte Ecken 50 und Zwischenbereiche 52 des Polygons P tangential ineinander über. In den gezeigten bevorzugten Ausführungsformen ist das Polygon P gleichseitig ausgebildet. In weiteren Ausführungsformen kann das Polygon P auch ungleichseitig ausgebildet sein.
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Eine Ausbildung der bezüglich der Stößellängsachse L senkrechten Querschnittsfläche des Stößels 32 als Polygon P mit abgerundeten Ecken 50 hat den Vorteil, dass der Stößel 32 an den Ecken 50 nur eine geringe Reibung gegenüber dem Pumpengehäuse 12 hat. Aufgrund der geringen Querschnittsfläche des Stößels 32 kann eine geringe Eigenpumpwirkung des Stößels 32 erreicht werden. Partikel können in den Bereichen der Pumpengehäusekammer 38 zwischen dem Stößel 32 und dem Pumpengehäuse 12 gut transportiert werden, so dass eine Anfälligkeit der Stößelführung gegenüber Partikeln sehr klein sein kann. Darüber hinaus kann der Stößel 32 aufgrund der Ausbildung als Polygon P eine sehr gute Winkelausgleichsfähigkeit erreichen.
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In 4 ist eine Ausführungsform der Radialkolbenpumpe 10 gezeigt, bei der eine bezüglich der Stößellängsachse L senkrechte Querschnittsfläche der Pumpengehäusekammer 38 und die Querschnittsfläche des Stößels 32 zueinander ähnlich sind und annähernd die gleiche Größe aufweisen. Damit kann erreicht werden, dass der Stößel 32 verdrehsicher gegenüber dem Pumpengehäuse 12 ist.
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Im Folgenden soll die Funktionsweise der Radialkolbenpumpe 10 beschrieben werden:
Im Ausgangszustand soll sich der Pumpenkolben 24 in einer Position in der Pumpeneinheit 14 befinden, in der er einen maximalen Abstand von der Antriebswelle 16 aufweist, wie in 1 dargestellt.
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Durch eine Drehbewegung der Antriebswelle 16 mit den Nocken 17 um die Drehachse D wird die Rolle 36, bedingt durch die Federkraft der Feder 22, von der Zylinderkammer 20 wegbewegt. Über den Rollenschuh 34 wird der Stößel 32 bei dieser Bewegung mitgenommen, wodurch wegen der bestehenden festen Kopplung zwischen dem Stößel 32 und dem Pumpenkolben 24 der Pumpenkolben 24 in Richtung der Zylinderlängsachse L bezüglich 1 nach unten bewegt wird. Durch die Bewegung des Pumpenkolbens 24 wird die Zylinderkammer 20 vergrößert und über die Zylinderkammerzulaufleitung 26 mit Fluid befüllt.
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Im Weiteren wird durch die Drehbewegung der Antriebswelle 14 die Rolle 36 wieder in Richtung auf den Zylinder 18 hinbewegt. Die Kraft wird über den Rollenschuh 34 direkt auf den Pumpenkolben 24 übertragen, wodurch eine direkte Druckbeaufschlagung der Zylinderkammer 20 und damit eine Verdichtung des in der Zylinderkammer 20 befindlichen Fluids erfolgt. Hierbei können Drücke von bis zu 2000 bar in der Zylinderkammer 20 auftreten.
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Das komprimierte Fluid kann im Anschluss an den Kompressionshub über die Zylinderkammerablaufleitung 28 ausgestoßen werden. Handelt es sich bei der Radialkolbenpumpe 10 beispielsweise um eine Kraftstoffhochdruckpumpe einer Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine, so kann das mit Druck beaufschlagte Fluid zu einem Hochdruckkraftstoffspeicher (Common Rail) gelangen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Radialkolbenpumpe
- 12
- Pumpengehäuse
- 14
- Pumpeneinheit
- 16
- Antriebswelle
- 17
- Nocken
- 18
- Zylinder
- 20
- Zylinderkammer
- 22
- Feder
- 24
- Pumpenkolben
- 26
- Zylinderkammerzulaufleitung
- 28
- Zylinderkammerablaufleitung
- 30
- Rollenstößelanordnung
- 32
- Stößel
- 34
- Rollenschuh
- 36
- Rolle
- 38
- Pumpengehäusekammer
- 40
- Ausnehmung
- 50
- Ecke
- 52
- Zwischenbereich
- P
- Polygon
- D
- Drehachse der Antriebswelle
- L
- Stößellängsachse
