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Die Erfindung betrifft eine Stößelbaugruppe für einen Rollenstößel-Nockenantrieb mit einem hohlzylinderförmigen Stößelkörper, in den in Richtung einer Längsachse des Stößelkörpers ein Rollenschuh eingefügt ist, wobei im Rollenschuh eine Rolle drehbar gelagert ist, wobei mindestens eine Lasche zum axialen Anschlag für den Rollenschuh und/oder für ein zumindest mittelbar anliegendes Federelement an einer Mantelfläche des Stößelkörpers ausgebildet ist und die mindestens eine Lasche radial in einen Innenraum des Stößelkörpers hineinragt.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Stößelbaugruppe und eine Hochdruckpumpe mit einer erfindungsgemäßen Stößelbaugruppe.
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Stand der Technik
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Aus der
DE 103 45 061 A1 geht eine Hochdruckpumpe mit wenigstens einer Stößelbaugruppe hervor, die wiederum einen hohlzylindrischen Stößelkörper und einen in diesen in Richtung der Längsachse des Stößelkörpers eingesetzten Rollenschuh aufweist, in dem eine Rolle drehbar gelagert ist. Die Hochdruckpumpe weist wenigstens ein Pumpenelement auf, das wiederum einen Pumpenkolben aufweist, durch den ein Pumpenarbeitsraum begrenzt wird. Die Stößelbaugruppe ist zwischen dem Pumpenkolben und einer rotierend angetriebenen Antriebswelle der Hochdruckpumpe angeordnet, wobei die Antriebswelle wenigstens einen Nocken aufweist, auf dem die Rolle abläuft. Der Stößelkörper ist in einer Bohrung eines Gehäuseteils der Hochdruckpumpe verschiebbar geführt. Die Stößelbaugruppe dient dazu, die Drehbewegung der Antriebswelle in eine Hubbewegung des Pumpenkolbens umzuwandeln. Der Rollenschuh ist gegen einen in der Stößelkörpergeometrie integrierten axialen Anschlag eingepresst. Ebenso stützt sich eine Feder mittelbar auf diesen axialen Anschlag ab. Der Anschlag wird durch einen Dreh- oder Schleifprozess in den Stößelkörper eingebracht.
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Aus dem allgemein bekannten Stand der Technik geht hervor, dass der Herstellungsprozess des Stößelkörpers sehr zerspanungsintensiv und materialaufwendig ist, da der Stößelkörper aus vollem Stangenmaterial gedreht wird. Dadurch resultieren nicht nur ein hoher Werkzeugverschleiß und ein großes Abfallvolumina, sondern auch ein hoher energetischer Aufwand und eine hohe Herstellungsdauer des Stößelkörpers. Üblicherweise werden zwischen 70% und 80% des Stangenmaterials spanend entfernt, um den Stößelkörper herzustellen.
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Die Druckschrift
WO 83/00724 offenbart eine Stößelbaugruppe, umfassend einen hohlzylindrischen Stößelkörper, der aus einem Blechstück hergestellt ist, in dem ein Rollenschuh mit einer im Rollenschuh gelagerten Rolle angeordnet ist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist der Stößelkörper mehrere Laschen auf, die sich radial in einen Innenraum des Stößelkörpers erstrecken. Die Laschen sind aus quadratischen Blechteilen, die radial in den Innenraum des Stößelkörpers gebogen sind, gebildet. Ferner sind die quadratischen Laschen an drei Kanten ausgestanzt, so dass sie nur noch an einer Kante, die quer zur Längsachse des Stößelkörpers angeordnet ist, an dem Stößelkörper befestigt sind.
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Diese Stößelbaugruppe ist zwar gewichtsoptimiert und bietet den Vorteil, keine spanabhebenden Verfahren nutzen zu müssen, weist jedoch den Nachteil auf, dass die Laschen aufgrund ihrer Ausbildung nur geringe axiale Kräfte aufnehmen können und somit die Gefahr besteht, dass die Laschen leicht verbiegen können. Dadurch würde nicht nur die Stößelbaugruppe beschädigt werden, sondern auch die gesamte Pumpe. Ferner ist die Fertigung des Stößelkörpers aus einem Blechstück unvorteilhaft, da das Blechstück an den Stoßkanten zusammengefügt werden muss, um einen hohlzylindrischen Stößelkörper zu bilden. Dies würde weitere Fügeprozesse, wie beispielsweise Schweißprozesse oder Klebeprozesse, mit sich bringen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Stößelbaugruppe dahingehend zu verbessern, dass die Stößelbaugruppe zeitsparend und materialsparend herstellbar ist, wobei gleichzeitig keine Einbußen bezüglich der auf die Stößelbaugruppe axial wirkenden Kräfte entstehen und ein sicherer Betrieb der Stößelbaugruppe gewährleistet ist.
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Zur vorrichtungstechnischen Lösung der Aufgabe wird die Stößelbaugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 5 angegeben. Ferner wird zur Herstellung der erfindungsgemäßen Stößelbaugruppe ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind den Unteransprüchen 7 und 8 entnehmbar. In Anspruch 9 wird eine Hochdruckpumpe mit der erfindungsgemäßen Stößelbaugruppe angegeben.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorrichtungstechnisch wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die mindestens eine Lasche ausschließlich an zwei auf einer gemeinsamen Höhe an der Mantelfläche angeordneten Stellen mit dem Stößelkörper verbunden ist und sich quer zur Längsachse des Stößelkörpers erstreckt.
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Mit anderen Worten ist die mindestens eine Lasche länglich entlang des Umfangs ausgebildet. Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung der mindestens einen Lasche, weisen sowohl der daran axial zur Anlage kommende Rollenschuh als auch das daran zumindest mittelbar axial zur Anlage kommende Federelement einen großen Auflagebereich auf, da der Auflagebereich die längste Kante der länglichen Lasche darstellt. Axial zwischen dem Federelement und der mindestens einen Lasche ist vorzugsweise ein Federteller angeordnet.
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Darüber hinaus ist das axiale Flächenträgheitsmoment, das zusammen mit dem Elastizitätsmodul ein Maß für den Widerstand gegen Biegung darstellt, aufgrund einer axialen Breite der mindestens einen Lasche, die größer ist als die Wandstärke der mindestens einen Lasche relativ hoch, sodass auch relativ große axiale Kräfte sicher aufgenommen werden können. Die Wandstärke der mindestens einen Lasch ist von der Wandstärke des Stößelkörpers abhängig.
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Über die axiale Breite der mindestens einen Lasche ist ferner auch der Abstand zwischen Rollenschuh und Federelement einstellbar, sofern der Rollenschuh an einer Kante der mindestens einen Lasche anliegt und das Federelement an der anderen Kante der mindestens einen Lasche anliegt.
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Des Weiteren bevorzugt ist, dass der Stößelkörper mindestens zwei Laschen aufweist, wobei die mindestens zwei Laschen winkelversetzt auf einer gemeinsamen axialen Höhe an der Mantelfläche des Stößelkörpers ausgebildet sind. Mit anderen Worten sind die mindestens zwei Laschen nebeneinander angeordnet und ermöglichen dadurch, dass sich der Rollenschuh und/oder das Federelement an den mindestens zwei Laschen abstützen. Vorzugsweise sind jedoch drei Laschen nebeneinander angeordnet, so dass sich die axiale Last des Rollenschuhs und/oder des Federelements besser verteilt. Es ist besonders vorteilhaft, wenn die drei Laschen gleichmäßig über den Umfang nebeneinander angeordnet sind.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass der Stößelkörper mindestens zwei Laschen aufweist, wobei die mindestens zwei Laschen axial versetzt an der Mantelfläche des Stößelkörpers ausgebildet sind. Mit anderen Worten sind die mindestens zwei Laschen übereinander angeordnet. Dadurch kann eine Lasche zum axialen Anschlag für den Rollenschuh dienen, und die andere Lasche zum axialen Anschlag für das zumindest mittelbar anliegende Federelement dienen. Über den axialen Abstand der mindestens zwei Laschen ist der axiale Abstand zwischen Rollenschuh und Federelement einstellbar.
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Vorzugsweise ist der Stößelkörper aus einen dünnwandigen Rohr mit kreisförmiger Querschnittsfläche ausgebildet. Dadurch entfallen spanende Bearbeitungsverfahren wie beispielsweise das Fräsen oder Schleifen eines axialen Anschlags. Ferner sind Rohre Meterware und können je nach Anforderung auf Maß gesägt werden, wobei auch die Wandstärke der Rohre je nach Anforderung auslegbar ist.
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Des Weiteren bevorzugt ist, dass der Stößelkörper aus einem Stahl- oder Aluminiumwerkstoff hergestellt ist. Vorzugsweise ist der Stahl- oder Aluminiumwerkstoff derart legiert, dass der Elastizitätsmodul erhöht ist. Ferner ist es vorteilhaft den Stößelkörper einer Wärmebehandlung zur Härtung zu unterziehen.
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Zur Herstellung der Stößelbaugruppe wird ferner ein Verfahren angegeben. In einem ersten Schritt werden in die Mantelfläche des Stößelkörpers jeweils mindestens zwei parallele, quer zur Längsachse des Stößelkörpers angeordnete Schlitze eingearbeitet, sodass axial zwischen den jeweils mindestens zwei Schlitzen die längliche Lasche ausgebildet wird. In einem zweiten Schritt wird die mindestens eine längliche Lasche radial in den Innenraum des Stößelkörpers gebogen, sodass diese aufgrund der jeweils mindestens zwei Schlitze ausschließlich über zwei auf einer gemeinsamen Höhe an der Mantelfläche angeordneten Stellen mit dem Stößelkörper verbunden ist. Ferner ist es auch denkbar die beiden Schritte in einem einzigen Prozessschritt durchzuführen, wobei das Stanzbiegeverfahren dafür vorgeschlagen wird. Somit erfolgt gemäß dem Stanzbiegeverfahren das Stanzen und Biegen in einem Prozessschritt.
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Die mindestens eine Lasche wird somit durch zwei parallele Schlitze oder Schnitte, die quer zur Längsachse des Stößelkörpers angeordnet sind, ausgebildet. Durch Biegen der mindestens einen Lasche radial in Richtung des Innenraums des Stößelkörpers, ist die mindestens eine Lasche nur noch an zwei Stellen befestigt, die auf einer gemeinsamen Höhe an der Mantelfläche angeordnet sind. Diese Befestigungsstellen weisen eine axiale Breite auf, die der axialen Breite der Lasche entspricht
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Vorzugsweise wird der Stößelkörper durch Fließpressen hergestellt. Insbesondere eignen sich dazu Werkstoffe wie Stahl oder Aluminium. Das Fließpressen bietet den Vorteil, den Stößelkörper schnell und spanungsfrei herzustellen.
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Besonders bevorzugt ist, dass die jeweils mindestens zwei Schlitze in die Mantelfläche des Stößelkörpers eingestanzt werden oder mittels eines Laserstrahls in die Mantelfläche des Stößelkörpers eingearbeitet werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.
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Diese zeigen:
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1 eine Längsschnittdarstellung einer Hochdruckpumpe mit einer erfindungsgemäßen Stößelbaugruppe,
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2 eine perspektivische Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Stößelkörpers aus 1,
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3 eine Querschnittdarstellung des erfindungsgemäßen Stößelkörpers aus 1, und
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4 eine vergrößerte perspektivische Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Stößelbaugruppe gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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In 1 ist eine Hochdruckpumpe für einen Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine dargestellt. Die Hochdruckpumpe weist ein Gehäuse 11 auf, das mehrteilig ausgebildet ist und in dem eine rotierend angetriebene Antriebswelle 6 angeordnet ist. Die Antriebswelle 6 ist im Gehäuse 11 über zwei in Richtung einer Drehachse der Antriebswelle 6 voneinander beabstandete Lagerstellen drehbar gelagert.
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In einem zwischen den beiden Lagerstellen liegenden Bereich weist die Antriebswelle 6 einen Nocken 7 auf. Die Hochdruckpumpe weist einen in einem Gehäuseteil 12 angeordneten Pumpenelement 8 mit einem Pumpenkolben 9 auf, der durch den Nocken 7 der Antriebswelle 6 mittelbar in eine Hubbewegung in zumindest annähernd radialer Richtung zur Drehachse der Antriebswelle 6 angetrieben wird. Der Pumpenkolben 9 ist in einer Zylinderbohrung 13 im Gehäuseteil 12 dicht verschiebbar geführt und begrenzt mit seiner der Antriebswelle 6 abgewandten Stirnseite in der Zylinderbohrung 12 einen Pumpenarbeitsraum 14. Der Pumpenarbeitsraum 14 weist über einen im Gehäuse 11 verlaufenden Kraftstoffzulaufkanal 15 eine Verbindung mit einem Kraftstoffzulaufkanal – einer hier nicht dargestellten – Förderpumpe auf. An der Mündung des Kraftstoffzulaufkanals 15 in den Pumpenarbeitsraum 14 ist ein in den Pumpenarbeitsraum 14 öffnendes Einlassventil 16 angeordnet, dass ein federbelastetes Ventilglied 17 aufweist. Der Pumpenarbeitsraum 14 weist außerdem über einen im Gehäuseteil 12 verlaufenden Kraftstoffablaufkanal 18 eine Verbindung zu einem Auslass auf, der mit einem Hochdruckspeicher 19 verbunden ist. Mit dem Hochdruckspeicher 19 sind mehrere an den Zylindern der Brennkraftmaschine angeordnete Injektoren 20 – wovon hier nur einer dargestellt ist – verbunden, durch die Kraftstoff in die – hier nicht dargestellten – Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. An der Mündung des Kraftstoffablaufkanals 18 in den Pumpenarbeitsraum 14 ist ein aus dem Pumpenarbeitsraum 14 öffnendes Auslassventil 21 angeordnet, das ebenfalls ein federbelastetes Ventilglied 22 aufweist.
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Dem Pumpenelement 8 ist eine Stößelbaugruppe 10 zugeordnet, über die sich der Pumpenkolben 9 am Nocken 7 der Antriebswelle 6 abstützt. Die Stößelbaugruppe 10 umfasst einen hohlzylindrischen Stößelkörper 1, der in einer Bohrung 23 des Gehäuses 11 der Hochdruckpumpe verschiebbar geführt ist. Der Pumpenkolben 9 weist einen kleineren Durchmesser auf als der Stößelkörper 1 und ragt mit seinem dem Pumpenarbeitsraum 14 abgewandten Endbereich aus der Zylinderbohrung 13 heraus in den Stößelkörper 1 hinein. An seinem dem Pumpenarbeitsraum 14 angewandten Ende weist der Pumpenkolben 9 einen im Durchmesser gegenüber seinem übrigen Bereich vergrößerten Kolbenfuß 24 auf.
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In den Stößelkörper 1 ist von dessen der Antriebswelle 6 zugewandten Seite her in Richtung einer Längsachse des Stößelkörpers 1 ein Rollenschuh 2 eingefügt. Im Rollenschuh 2 ist in einer zylinderabschnittförmigen Aufnahme auf der dem Nocken 7 der Antriebswelle 6 zugewandten Seite des Rollschuhs 2 eine zylindrische Rolle 3 drehbar gelagert. Der Rollenschuh 2 kommt im Stößelkörper 1 in Richtung der Längsachse an drei längliche Laschen 4a, 4b, 4c – wovon hier aufgrund der Querschnittdarstellung nur zwei dargestellt sind – zur Anlage.
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In 2 ist der Stößelkörper 1 aus 1 dargestellt. Aufgrund der Längsschnittdarstellung des Stößelkörpers 1 sind nur zwei der drei Laschen 4a, 4b, 4c zu sehen. Der Stößelkörper 1 ist aus einem dünnwandigen metallischen Rohr mit kreisförmiger Querschnittsfläche ausgebildet. Die Laschen 4a, 4b, 4c wurden hergestellt, indem in die Mantelfläche des Stößelkörpers 1 drei Mal jeweils zwei parallele, quer zur Längsachse des Stößelkörpers 1 angeordnete Schlitze eingestanzt wurden. Die so erzeugten Geometrien wurden dann in dem Innenraum des Stößelkörpers 1 gebogen, wodurch die Laschen 4a, 4b, 4c ausgebildet wurden. Die Laschen 4a, 4b, 4c sind aufgrund der zwei Schlitze ausschließlich über zwei auf einer gemeinsamen Höhe an der Mantelfläche angeordneten Stellen mit dem Stößelkörper 1 verbunden.
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3 zeigt eine Querschnittdarstellung des Stößelkörpers 1 aus 2. Gemäß dieser Ansicht sind die drei Laschen 4a, 4b, 4c erkennbar. Ferner geht aus dieser Abbildung hervor, dass die Laschen winkelversetzt auf einer gemeinsamen axialen Höhe an der Mantelfläche des Stößelkörpers 1 ausgebildet sind.
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Gemäß 4 sind zwei Laschen 4a, 4a‘ axial versetzt an der Mantelfläche des Stößelkörpers 1 ausgebildet. Die eine Lasche 4a dient zur axialen Anlage des Rollenschuhs 2, und die andere Lasche 4a‘ dient zur axialen Anlage des Federelements 5.
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Die Erfindung ist nicht beschränkt auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit umfasst sind. So ist es beispielsweise auch möglich, anstelle von drei winkelversetzt auf einer gemeinsamen axialen Höhe an der Mantelfläche des Stößelkörpers 1 ausgebildeten Laschen 4a, 4b, 4c nur eine Lasche 4a auszubilden. An dieser Lasche 4a kommt an einer unteren Kante der Rollenschuh 2 zur Anlage und an einer oberen Kante das mittelbar über einen Federteller 25 daran angeordnete Federelement 5. Die Position der Lasche 4a sowie die axiale Breite ist gemäß den Anforderungen wählbar. Jedoch ist es besonders vorteilhaft, wenn die axiale Breite der Lasche 4a größer ist als die Wandstärke der Lasche 4a, da somit die Steifigkeit und Stabilität der Lasche 4a verbessert werden. Dies rührt von einer darauf basierenden Erhöhung des axialen Flächenträgheitsmoments.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10345061 A1 [0003]
- WO 83/00724 [0005]
