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Die Erfindung betrifft einen Nockentrieb für eine Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine zum Antrieb wenigstens eines Pumpenelementes mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Ferner betrifft die Erfindung eine Hochdruckpumpe mit einem solchen Nockentrieb.
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Stand der Technik
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Eine Hochdruckpumpe mit einem Nockentrieb geht beispielsweise aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2006 041 673 A1 hervor. Die hierin beschriebene Hochdruckpumpe weist eine Antriebswelle mit wenigstens einem Nocken und wenigstens einem Pumpenelement auf. Das Pumpenelement umfasst einen hubbeweglichen Pumpenkolben, der durch den Nocken in einer Hubbewegung angetrieben wird. Zwischen dem Pumpenkolben und dem Nocken sind ein Stützelement und eine in diesem drehbar gelagerte, auf dem Nocken abrollende Rolle angeordnet, die zudem über eine seitliche Abstützung abgestützt ist. Um den Verschleiß im Kontaktbereich zwischen der Laufrolle und der Abstützung zu mindern, wird zumindest eine Oberfläche mit hoher Verschleißfestigkeit vorgeschlagen.
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Im Betrieb der Hochdruckpumpe kann es ferner im Bereich des Wälzkontaktes zwischen der Rolle und dem Nocken zu einem erhöhten Verschleiß kommen, welcher zur Beeinträchtigung der Funktionsfähigkeit des Triebwerks bis zum Totalausfall der Hochdruckpumpe führen kann.
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Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, die Robustheit eines Nockentriebes im Bereich des Wälzkontaktes zwischen der Laufrolle und dem Nocken zu steigern.
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Zur Lösung der Aufgabe werden ein Nockentrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Hochdruckpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 5 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Offenbarung der Erfindung
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Der vorgeschlagene Nockentrieb zum Antrieb wenigstens eines Pumpenelementes einer Hochdruckpumpe umfasst einen drehfest mit einer Antriebswelle verbundenen Nocken sowie eine in Wälzkontakt mit einer Außenumfangsfläche des Nockens stehende Laufrolle einer Stößelbaugruppe, über welche ein hubbeweglicher Pumpenkolben des Pumpenelementes am Nocken abstützbar ist. Erfindungsgemäß besitzt die in Wälzkontakt mit der Laufrolle stehende Außenumfangsfläche des Nockens eine definierte Oberflächenfeingeometrie bestehend aus in Laufrichtung und/oder senkrecht zur Laufrichtung der Laufrolle alternierenden Wellenbergen und Wellentälern. Durch die definierte Oberflächenfeingeometrie wird die Reibkraft im Bereich des Wälzkontaktes zwischen der Laufrolle und dem Nocken erhöht, so dass diese größer als die Reibkraft in einem Gleitkontaktbereich zwischen der Rolle und einem Stützelement der Stößelbaugruppe ist, in dem die Rolle drehbar gelagert ist. Dadurch werden Relativbewegungen der Rolle gegenüber dem Nocken minimiert, was wiederum einen geringeren Verschleiß durch Abrasion und Adhäsion zur Folge hat.
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Grundsätzlich kann die Oberflächenfeingeometrie auch an der Laufrolle als Wälzkontaktpartner ausgebildet werden. Dies würde jedoch zugleich eine Erhöhung der Reibkraft im Bereich des Gleitkontaktes zwischen der Laufrolle und dem Stützelement zur Folge haben, so dass die gewünschte Wirkung nicht mehr gewährleistet ist.
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Die definierte Oberflächenfeingeometrie der Außenumfangsfläche des Nockens ist derart gewählt, dass ein hoher Reibbeiwert entsteht, welcher die Übertragung einer hohen Reibkraft weitgehend unabhängig vom jeweiligen Betriebszustand der Hochdruckpumpe ermöglichen soll. Hier gilt es insbesondere zwei Betriebszustände zu berücksichtigen: a) keinen oder nur geringen Schmierfilmaufbau im Kontaktbereich und b) Schmierfilmaufbau im Kontaktbereich.
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Bei keinem oder nur geringem Schmierfilmaufbau im Kontaktbereich erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Oberflächenfeingeometrie Wellenberge aufweist, deren Steigungsgradient möglichst klein, jedoch größer als Null ist und der Steigungsgradient eine stetige Funktion darstellt. Vorzugsweise gilt: 0 µm/mm < ∇Z < 6 µm/mm
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Die Ausbildung von Oberflächenspitzen wird auf diese Weise vermieden und die Gefahr abbrechender Spitzen minimiert, welche im Betrieb der Hochdruckpumpe Verschleißspuren durch Furchungen hinterlassen. Ferner führen weniger Oberflächenspitzen zu weniger adhäsiven Schweißbrücken und/oder plastischen Verformungen, welche eine Verringerung des Reibbeiwertes zur Folge hätten. In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Oberflächenfeingeometrie daher die Form einer positiven Sinushalbwelle auf.
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Bei einem Schmierfilmaufbau im Kontaktbereich gilt es dem Aufbau eines hydrodynamischen Schmierkeils entgegen zu wirken. Hierzu erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Oberflächenfeingeometrie ein möglichst großes Talvolumen aufweist, über welche das Schmiermedium abgeleitet werden kann. In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Oberflächenfeingeometrie daher die Form einer positiven Sinushalbwelle auf. Diese ist in ihrer Gradientenfunktion stetig, so dass zugleich die Gefahr der Risssinitiierung im Bereich der Oberfläche durch Kerbwirkung gering ist.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bildet die Oberflächenfeingeometrie demnach eine zumindest annähernd sinusförmig verlaufende Kontur aus. Die Ausrichtung der Kontur ist dabei laufrichtungsunabhängig.
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Des Weiteren bevorzugt ist die definierte Oberflächenfeingeometrie regelmäßig ausgebildet. Das heißt, dass der Abstand zwischen den Wellenbergen bzw. zwischen den Wellentälern vorzugsweise gleichbleibend gewählt ist und/oder die Wellenberge bzw. die Wellentäler eine gleichbleibende Amplitude aufweisen.
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Als vorteilhaft erweist es sich ferner, wenn der die Hydrodynamik im Wälzkontakt kennzeichnende dimensionslose Schmierfilmparameter Λ = hmin/Rq zwischen 0,3 und 3 liegt. Der Schmierfilmparameter Λ berechnet sich dabei aus der minimalen Schmierfilmdicke hmin im Kontaktspalt und dem Summenmittenrauheitswert Rq der beiden Kontaktpartner, wobei gilt: Rq = √R2 q1 + R2 q2
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt die Laufrolle eine Außenumfangsfläche, über welche die Laufrolle in Wälzkontakt mit der Außenumfangsfläche des Nockens steht, wobei der Summenmittenrauheitswert Rq der beiden Außenumfangsflächen zwischen 0,045 µm und 0,065 µm beträgt. In diesem Bereich liegen im Wälzkontaktbereich optimale Schmierbedingungen für den gesamten Betriebsbereich vor, da einerseits die Gefahr des Aufbaus eines hydrodynamischen Schmierfilms, andererseits die Gefahr eines Adhäsionsverschleißes aufgrund eines zu geringen Schmierfilms minimiert ist.
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Die ferner zur Lösung der eingangs gestellten Aufgabe vorgeschlagene Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine weist erfindungsgemäß einen Nockentrieb der vorstehend beschriebenen Art auf. Dadurch kann der Verschleiß der Hochdruckpumpe im Bereich des Wälzkontaktes zwischen der Laufrolle und dem Nocken minimiert und die Lebensdauer der Hochdruckpumpe erhöht werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Diese zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht eines Nockentriebs einer Hochdruckpumpe,
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2 einen schematischen Längsschnitt durch den Nockentrieb der 1,
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3–5 jeweils eine Schnittansicht einer bevorzugten Oberflächenfeingeometrie.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Der in 1 dargestellte erfindungsgemäße Nockentrieb einer Hochdruckpumpe weist eine Antriebswelle 1 mit einem Nocken 2 auf, an dessen Außenumfangsfläche 3 ein hubbeweglicher Pumpenkolben 6 über eine Stößelanordnung 5 abgestützt ist. Die Stößelanordnung 5 umfasst eine Laufrolle 4, welche über ihre Außenumfangsfläche 10 in Wälzkontakt mit der Außenumfangsfläche 3 des Nockens 2 steht.
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Der schematischen Schnittdarstellung der 2 ist zu entnehmen, dass eine Axialkraft F die Stößelbaugruppe 5 einschließlich der Laufrolle 6 in Anlage mit der Außenumfangsfläche 3 des Nockens 2 hält. Bei einer Rotation der Antriebswelle 1 bzw. des Nockens 2 läuft die Laufrolle 6 daher an der Außenumfangsfläche 3 des Nockens 2 ab, welcher die Stößelbaugruppe 5 zu einer Hubbewegung antreibt, da die Stößelbaugruppe 5 in einer Gehäusebohrung (nicht dargestellt) der Hochdruckpumpe hubbeweglich geführt ist. Um die Reibkraft im Bereich des Wälzkontaktes W zwischen der Laufrolle 6 und dem Nocken 2 zu erhöhen, weist die Außenumfangsfläche 3 des Nockens 2 eine Oberflächenfeingeometrie 7 auf, die Wellenberge 8 und Wellentäler 9 umfasst. Dadurch ist gewährleistet, dass die Reibkraft im Bereich des Wälzkontaktes W größer als die Reibkraft im Bereich eines Gleitkontaktes G der Laufrolle 6 mit einem Stützelement 11 der Stößelbaugruppe 5 ist.
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Bevorzugte Ausgestaltungen der Oberflächenfeingeometrie 7 sind den 3 bis 5 zu entnehmen, wobei 3 eine Oberflächenfeingeometrie 7 mit einer annähernd sinusförmigen Kontur zeigt, welche besonders bevorzugt wird. Darüber hinaus sind aber auch Abwandlungen von der Sinusform möglich, die in den 4 und 5 dargestellt sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006041673 A1 [0003]
