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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stößelbaugruppe für eine Kraftstoffhochdruckpumpe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Kraftstoffhochdruckpumpe mit einer solchen Stößelbaugruppe.
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Stand der Technik
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Eine in einer Hochdruckpumpe, insbesondere Radialkolbenpumpe, aufgenommene Stößelbaugruppe der vorstehend genannten Art dient der Umsetzung der Rotationsbewegung der Antriebswelle in eine Hubbewegung eines über die Stößelbaugruppe an einem Nocken der Antriebswelle abgestützten Pumpenkolbens. Die Stößelbaugruppe umfasst hierzu regelmäßig einen hohlzylindrischen Stößelkörper, ein Stützelement, welches in den Stößelkörper eingesetzt ist, sowie eine Laufrolle, welche in einer Ausnehmung des Stützelementes drehbar gelagert ist. Über die Laufrolle ist die Stößelbaugruppe an der Außenumfangseite des Nockens der Antriebswelle abgestützt. Die Abstützkraft wird mittels einer Feder bewirkt, welche die Stößelbaugruppe unmittelbar oder mittelbar über einen am Stößelkörper anliegenden Federteller mit einer in Richtung des Nockens wirkenden Axialkraft beaufschlagt.
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Eine solche Stößelbaugruppe für eine Hochdruckpumpe geht beispielsweise aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2009 001 633 A1 hervor. Um den Fertigungsaufwand und demzufolge die Fertigungskosten einer solchen Stößelbaugruppe zu verringern, wird in dieser Druckschrift vorgeschlagen, dass das in den hohlzylindrischen Stößelkörper eingesetzte bzw. eingepresste Stützelement – hier Rollenschuh genannte – ein zylindrisches Pressübermaß an zumindest einem Abschnitt einer äußeren Umfangsoberfläche des Rollenschuhs besitzt. Dies hat den Vorteil, dass Fertigungstoleranzen eine geringere Relevanz besitzen und die Pressverteilung optimiert wird.
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Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine alternative Stößelbaugruppe anzugeben, welche einfach und kostengünstig herstellbar ist. Zudem soll durch die Stößelbaugruppe der hydraulische Wirkungsgrad einer Hochdruckpumpe verbessert werden.
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Zur Lösung der Aufgabe wird eine Stößelbaugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Kraftstoffhochdruckpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 8 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorgeschlagene Stößelbaugruppe für eine Kraftstoffhochdruckpumpe zur Abstützung eines hubbeweglichen Pumpenkolbens eines Pumpenelementes an einem Nocken einer Antriebswelle umfasst einen hohlzylinderförmigen Stößelkörper, ein in den Stößelkörper eingesetztes Stützelement sowie eine Laufrolle, die in einer Ausnehmung des Stützelementes drehbar gelagert ist. Erfindungsgemäß besitzt das Stützelement eine zur Laufrollenlängsachse A parallele Längserstreckung und bildet Seitenflächen aus, die zu einer Umfangswand des Stößelkörpers beabstandet sind, so dass Hohlräume ausgebildet werden. Die Hohlräume verringern das Gewicht der Stößelbaugruppe, so dass die Federkraft der Feder, welche die Stößelbaugruppe in Richtung des Nockens mit einer Axialkraft beaufschlagt, kleiner bemessen werden kann. Dadurch verringert sich der Bauraumbedarf der Hochdruckpumpe, so dass das Gewicht weiter reduziert wird. Die Hohlräume dienen ferner als Durchströmöffnungen für ein Ausgleichsvolumen im Betrieb der Hochdruckpumpe. Im Unterschied zu den üblicherweise vorgesehenen Durchströmöffnungen in einem scheibenförmigen Stützelement einer Stößelbaugruppe werden die als Durchströmöffnungen dienenden Hohlräume der vorgeschlagenen Stößelbaugruppe zumindest teilweise von der Umfangswand des Stößelkörpers und/oder einer Seitenfläche des Stützelementes begrenzt, so dass die Ausbildung separater Durchströmöffnungen im Stützelement entfallen kann. Das Stützelement der erfindungsgemäßen Stößelbaugruppe weist hierzu eine Längserstreckung auf, das heißt eine längliche Form, wobei die Längsachse des Stützelementes vorzugsweise mit einem Durchmesser des Stößelkörpers zusammenfällt. Beispielsweise kann das Stützelement im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet sein. In diesem Fall sind zwei parallele Seitenflächen des quaderförmigen Stützelementes jeweils beabstandet zur Umfangswand des Stößelkörpers angeordnet, so dass sich zwischen den Seitenflächen des Stützelementes und der Umfangswand des Stößelkörpers die besagten Hohlräume ergeben. Zur Unterteilung der Hohlräume kann der Stößelkörper Zwischenwände besitzen, welche ferner eine Aussteifung des Stößelkörpers bewirken, so dass die Hohlräume auch zwischen der Umfangswand und wenigstens einer Zwischenwand des Stößelkörpers ausgebildet werden können.
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Des Weiteren verbessern die Hohlräume den hydraulischen Wirkungsgrad einer Hochdruckpumpe, da sie Durchströmöffnungen für ein Ausgleichsvolumen ausbilden. Bei Hochdruckpumpen mit einer massiv ausgebildeten Stößelbaugruppe muss demgegenüber der oberhalb der Stößelbaugruppe befindliche Kraftstoff bei jedem Hub im Kreis gepumpt werden. Das führt dazu, dass eine solche Hochdruckpumpe, insbesondere im Teillastbereich, Schwächen in Bezug auf den hydraulischen Wirkungsgrad aufweist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bildet das Stützelement Stirnflächen aus, die an der Umfangswand des Stößelkörpers anliegen. Die Stirnflächen des Stützelementes werden zumindest über die Seitenflächen verbunden, die zur Umfangswand des Stütztelementes beabstandet sind. Während die Seitenflächen vorzugsweise eben ausgeführt sind, können die Stirnflächen beispielsweise bogenförmig ausgebildet sein. Die Bogenform kann dabei an die Innenumfangsfläche der Umfangswand des Stößelkörpers angepasst sein. Auf diese Weise wird ein vollflächiger Kontakt der Stirnflächen des Stützelementes mit dem Stößelkörper erzielt.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass das Stützelement über die Stirnflächen mit dem Stößelkörper kraft- und/oder formschlüssig verbunden ist. Vorzugsweise ist hierzu das Stützelement in den Stößelkörper eingepresst, wobei das Stützelement ein Pressübermaß in Längsrichtung besitzt. Die über die Stirnflächen auf den Stößelkörper übertragen Presskräfte bewirken nicht nur eine verliersichere Halterung des Stützelementes im Stößelkörper, sondern zugleich eine Verdrehsicherung. Alternativ oder ergänzend kann ferner ein Formschluss zwischen dem Stützelement und dem Stößelkörper vorgesehen werden.
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Um eine formschlüssige Verbindung des Stützelementes mit dem Stößelkörper, insbesondere eine Verdrehsicherung des Stützelementes gegenüber dem Stößelkörper zu bewirken, wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgeschlagen, die Umfangswand des Stößelkörpers im Bereich wenigstens einer anliegenden Stirnfläche des Stützelementes derart auszubilden, dass sie eine zur Stirnfläche korrespondierend ausgebildete Stützfläche besitzt. Beispielsweise kann in die Umfangswand des Stößelkörpers eine Innenkontur besitzen, welche der Außenkontur der Stirnfläche des Stützelementes angepasst ist. Insbesondere kann die Umfangswand eine Ausnehmung besitzen, welche hinsichtlich Größe und Gestaltung der Stirnfläche des Stützelementes angepasst ist, so dass das Stützelement mit seiner Stirnfläche in die Ausnehmung eingreift. Zur Ausbildung eines Formschlusses können ferner an der Innenumfangsfläche der Umfangswand des Stößelkörpers und/oder an der Stirnfläche des Stützelementes Vorsprünge, beispielsweise in Form von Stegen, Rippen oder Nasen ausgebildet werden, welche in gegengleich ausgebildete Vertiefungen der jeweils anderen Oberfläche eingreifen.
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Die Ausnehmung des Stützelementes zur drehbaren Lagerung der Laufrolle ist bevorzugt teilzylinderförmig ausgebildet. Die Längsachse der teilzylinderförmigen Ausnehmung ist dabei parallel zur Längsachse A der Laufrolle angeordnet. Der Umschlingungswinkel der teilzylinderförmigen Ausnehmung des Stützelementes beträgt vorzugsweise < 180°, weiterhin vorzugsweise 140°. Das heißt, dass weniger als die Hälfte der Laufrolle in der Ausnehmung des Stützelementes aufgenommen ist. Um die Laufrolle verliersicher zu halten, wird ferner vorgeschlagen, dass der Stößelkörper nockenwellenseitig ein Bodenteil mit einer Ausnehmung besitzt, in welcher die Laufrolle eingesetzt ist, wobei der Abstand zweier parallel zur Laufrollenlängsachse A verlaufender Längskanten der Ausnehmung kleiner als der Durchmesser der Laufrolle gewählt ist. Die Längskanten der Ausnehmung hintergreifen demnach Laufrolle, welche auf diese Weise durch das Bodenteil des Stößelkörpers verliersicher gehalten wird. Zur Ausbildung von Schmiermitteltaschen können die Längskanten der Ausnehmung im Bodenteil des Stößelkörpers ferner mit einer Fase versehen sein.
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Sofern ein Bodenteil zur Aufnahme und Halterung der Laufrolle vorgesehen ist, erfolgt die Montage der Stößelbaugruppe in der Weise, dass zunächst die Laufrolle in die Ausnehmung des Bodenteils des Stößelkörpers eingesetzt und danach das Stützelement in den Stößelkörper eingesetzt bzw. eingepresst wird. Das Einsetzen bzw. Einpressen erfolgt dabei jeweils von oben, das heißt von einer Seite des Stößelkörpers, die nach dem Einsetzen der Stößelbaugruppe in eine Hochdruckpumpe dem Pumpenkolben zugewandt ist.
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Um das Gewicht des Stößelkörpers gering zu halten, wird vorgeschlagen, dass das Bodenteil scheiben- oder stegartig ausgebildet ist und/oder mehrere Ausnehmungen besitzt. Die Ausnehmungen können zugleich als Durchströmöffnungen dienen. Sofern das Bodenteil stegartig ausgebildet ist, werden Durchströmöffnungen zwischen der Umfangswand des Stößelkörpers und dem stegartigen Bodenteil ausgebildet. Die Durchströmöffnungen im Bodenbereich sowie innerhalb des Stößelkörpers sind derart anzuordnen, dass sie sich zumindest teilweise überdecken.
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Die ferner zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe vorgeschlagene Kraftstoffhochdruckpumpe zeichnet sich dadurch aus, dass sie eine erfindungsgemäße Stößelbaugruppe umfasst. Die Stößelbaugruppe ist dabei in einer Gehäusebohrung der Kraftstoffhochdruckpumpe eingesetzt. Über die Gehäusebohrung ist die Stößelbaugruppe zudem hubbeweglich geführt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Kraftstoffhochdruckpumpe ist ein hubbeweglicher Pumpenkolben eines Pumpenelementes der Hochdruckpumpe mittelbar über die Stößelbaugruppe an einem Nocken einer Antriebswelle abgestützt und in Richtung des Nockens von der Federkraft einer Feder beaufschlagt. Die Federkraft der Feder hält den Pumpenkolben in Anlage mit der Stößelbaugruppe. Dabei liegt eine Stirnfläche des Pumpenkolbens an einer Seitenfläche des Stützelementes an.
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Weiterhin bevorzugt ist die Feder mittelbar über einen Federteller am Pumpenkolben abgestützt, wobei der Federteller vorzugsweise auf den Pumpenkolben gepresst ist. Damit entfällt die Ausbildung eines Kolbenfußes, wodurch sich die Fertigung des Pumpenkolbens vereinfacht, da einfaches Stangenmaterial verwendet werden kann. Ferner kann der Pumpenkolbendurchmesser minimiert werden. Der Federteller nimmt sämtliche Kräfte der Feder auf. Dies gilt insbesondere für ein Torsionsmoment, das über den Federteller auf die Stößelbaugruppe übertragen wird und Hauptgrund für ein axiales Seitenanlaufen der Laufrolle ist, welches zu vorzeitigem Verschleiß führt. Um die Kräfte und damit den Verschleiß gering zu halten, ist der Radius des Federtellers bzw. der hierauf abgestützten Feder möglichst klein gewählt, denn der Federteller wirkt bei der Kraftübertragung als Hebelarm.
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Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass der Federteller Durchströmöffnungen besitzt, wobei die Durchströmöffnungen vorzugsweise nierenförmig gestaltet sind. Weiterhin bevorzugt decken sich die Durchströmöffnungen mit den als Durchströmöffnungen dienenden Hohlräumen und/oder Ausnehmungen der Stößelbaugruppe, so dass ein zusammenhängender Strömungsweg für ein Ausgleichsvolumen geschaffen wird.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
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1 eine perspektivische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe im Bereich einer Stößelbaugruppe,
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2 einen schematischen Längsschnitt durch die Stößelbaugruppe der Hochdruckpumpe der 1
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3 einen vergrößerten Ausschnitt aus der 2 im Bereich der Laufrolle,
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4 eine Unteransicht der Stößelbaugruppe der 2, und
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5 eine Draufsicht auf den Federteller der Hochdruckpumpe der 1.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Die in der 1 dargestellte Hochdruckpumpe ist als Radialkolbenpumpe ausgebildet und umfasst einen über eine erfindungsgemäße Stößelbaugruppe an einem Nocken 2 einer Antriebswelle 3 abgestützten hubbeweglichen Pumpenkolben 1 zur Umsetzung einer Rotationsbewegung der Antriebswelle 3 in eine Hubbewegung des Pumpenkolbens 1. Die Stößelbaugruppe ist hierzu in einer Gehäusebohrung 15 der Hochdruckpumpe aufgenommen und über die Gehäusebohrung 15 hubbeweglich geführt. Die Federkraft einer Feder 16, welche mittelbar über einen Federteller 17 an dem Pumpenkolben 1 abgestützt ist, der wiederum an dem Stützelement 5 anliegt, beaufschlagt die Stößelbaugruppe in Richtung des Nockens 2, so dass diese in Anlage mit dem Nocken 2 gehalten wird.
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Wie insbesondere der 2 zu entnehmen ist, umfasst die Stößelbaugruppe einen hohlzylinderförmigen Stößelkörper 4, eine hierin eingesetztes Stützelement 5 sowie eine Laufrolle 6, die in einer teilzylinderförmigen Ausnehmung 7 des Stützelementes 5 drehbar gelagert ist. Der Stößelkörper 4 weist eine Umfangswand 9 sowie ein Bodenteil 13 auf, welche eine Art Käfig ausbilden, in dem das Stützelement 5 aufgenommen ist. Denn zwischen Stützelement 5 und Stößelkörper 4 werden Hohlräume 10 ausgebildet, welche einerseits eine Gewichtsreduzierung bewirken, andererseits Durchströmöffnungen 18 ausbilden, welche im Betrieb der Hochdruckpumpe von einem Ausgleichsvolumen durchströmt werden. Die Hohlräume 10 sind dadurch bedingt, dass das Stützelement 5 länglich geformt ist und Seitenflächen 8 ausbildet, die zu der Umfangswand 9 des Stößelkörpers 4 beabstandet sind. In Längsrichtung weist das Stützelement 5 ein Pressübermaß auf, so dass das Stützelement 5 über seine an der Umfangswand 9 des Stößelkörpers 4 anliegenden Stirnflächen 11 kraftschlüssig mit dem Stößelkörper 4 verbunden ist. Die Umfangswand 9 des Stößelkörpers 4 weist hierzu Innenumfangsflächen auf, die als Stützflächen 12 dienen und eine Innenkontur besitzen, die der Außenkontur der Stirnflächen 11 des Stützelementes 5 angepasst sind.
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Dem in der 3 dargestellten vergrößerten Ausschnitt der 2 ist zu entnehmen, dass die teilzylinderförmige Ausnehmung 7 des Stützelementes 5 einen Umschlingungswinkel < 180° besitzt. Die Laufrolle 6 wird demnach nicht durch das Stützelement 5, sondern vorliegend durch das Bodenteil 13 des Stößelkörpers in der Ausnehmung 7 gehalten. Das Bodenteil 13 weist hierzu eine Ausnehmung 14 auf, welche sich über die gesamte Länge der Laufrolle 6 erstreckt und eine Breite besitzt, die kleiner als der Durchmesser der Laufrolle 6 ist. Das Bodenteil 13 bildet demnach beidseits der Laufrolle 6 jeweils einen Steg aus, welcher die Laufrolle 6 hintergreift, so dass die Laufrolle 6 in der Ausnehmung 7 gehalten wird. Durch die Reduzierung des Bodenteils 13 auf zwei Stege, weist auch das Bodenteil 13 Längskanten auf, die zu der Umfangswand 9 des Stößelkörpers 4 beabstandet sind (siehe 4). Die Hohlräume 10 erstrecken sich demnach über die gesamte Höhe des Stößelkörpers 4, so dass durchgehende Durchströmöffnungen 18 gebildet werden.
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Die Durchströmöffnungen 18 setzen sich im Federteller 17 fort, welcher – wie in der 5 zu sehen ist – drei über den Umfang gleichmäßig verteilt angeordnete, nierenförmige Durchströmöffnungen 18 besitzt, welche sich im Wesentlichen mit den Durchströmöffnungen 18 der Stößelbaugruppe überdecken.
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Der Pumpenkolben 1 ist vorliegend aus einem einfachen Stangenmaterial gefertigt, d.h. er bildet keinen Kolbenfuß aus. Der Kolbenfuß ist vorliegend entbehrlich, da der Federteller 17 mittels Aufpressen kraftschlüssig mit dem Pumpenkolben 1 verbunden ist. Wie der 2 zu entnehmen ist, liegen der Pumpenkolben 1 und der Federteller 17 unmittelbar an einer Seitenfläche 8 des Stützelementes 5 an, so dass die auf den Federteller 17 wirkenden Kräfte auf das Stützelement 5 übertragen werden. Um die Kräfte zu mindern, ist der Radius der Feder 16 möglichst klein gewählt. Vorliegend beträgt der Radius 7,5 mm. Dadurch verkürzt sich der Hebelarm des Federtellers 17, so dass die auf das Stützelement 5 übertragenen Kräfte verringert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009001633 A1 [0003]
