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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rollenstößel einer Pumpe zur Abstützung eines hubbeweglichen Pumpenkolbens eines Pumpenelementes an einem Nocken einer Antriebswelle, wobei der Rollenstößel einen Rollenschuh mit einer eine Laufrolle aufnehmenden Rollenausnehmung aufweist, und wobei die Laufrolle in der Rollenausnehmung drehbar festgelegt ist.
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Stand der Technik
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Ein derartiger Rollenstößel ist aus der
DE 10 2011 083 571 A1 bekannt. Dieser Rollenstößel ist für eine Kraftstoffhochdruckpumpe zur Abstützung eines hubbeweglichen Pumpenkolbens eines Pumpenelementes an einem Nocken einer Antriebswelle ausgelegt. Der Rollenstößel weist einen Rollenschuh mit einer Ausnehmung auf, in der eine Laufrolle drehbar gelagert ist. Zum Halten der Laufrolle in der Ausnehmung des Rollenschuhs ist ein Halteelement vorgesehen, das mit dem Rollenschuh formschlüssig verbunden ist, wobei der Formschluss eine Verdrehsicherung des Haltelements gegenüber einer Längsachse des Pumpenkolbens bewirkt. Ansonsten ist der Rollenstößel konventionell aufgebaut und weist eine Stößelfeder auf, die zwischen einem Pumpenzylinderkopf der Pumpe und dem Rollenstößel unter Einschluss eines Pumpenkolbenfußes des Pumpenkolbens verspannt ist. Durch diese Stößelfeder ist sichergestellt, dass der Rollenstößel immer der Kontur des Nockens der Antriebswelle folgt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rollenstößel für eine Pumpe bereitzustellen, bei dem sichergestellt ist, dass er immer der Kontur eines Nockens einer Antriebswelle ohne einen den Rollenstößel auf den Nocken drückende Stößelfeder folgt.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Laufrolle mit einem Innennocken zusammenwirkt, dass der Innennocken eine dem Nocken entsprechende Kontur aufweist und dass der Innennocken benachbart zu dem Nocken an der Antriebswelle angeordnet ist. Dieser Innennocken stellt folglich eine Zwangsführung für die Laufrolle des Rollenstößels dar, die insbesondere bei einer Abwärtsbewegung des Rollenstößels auf dem abfallenden Bereich des Nockens sicherstellt, dass der Rollenstößel synchron zu dem Nocken der Antriebswelle bewegt wird. Diese Ausgestaltung ermöglicht es insbesondere, auf eine Stößelfeder zu verzichten, die den Rollenstößel auf den Nocken drückt. Der Verzicht auf die Stößelfeder stellt eine Reduzierung der bewegten Massen dar und gleichzeitig kann durch den Verzicht auf die empfindliche Stößelfeder die Drehzahl der Pumpe erhöht werden, da die Gefahr eines bei sehr hohen Drehzahlen besonders relevanten Federbruchs durch den Verzicht auf die Stößelfeder ausgeschaltet ist. Zudem wird durch den Verzicht auf die Stößelfeder bisher für die Unterbringung der Stößelfeder benötigter Bauraum eingespart, so dass beispielsweise eine Zulaufbohrung für ein der Pumpe zugeführtes und von der Pumpe gefördertes Fluid nahe an einen Pumpenzylinder, in dem der Pumpenkolben geführt ist, gelegt werden kann. Dadurch kann der Durchmesser des Pumpenzylinders und somit gleichzeitig des Pumpenzylinderkopfs deutlich reduziert werden. Dadurch wird einerseits eine Materialeinsparung erreicht, und andererseits baut die Pumpe dadurch filigraner, so dass deren Anbringung an beispielsweise einer Maschine deutlich vereinfacht und verbessert wird. Die Maschine kann grundsätzlich eine beliebige Maschine und das geförderte Fluid ein beliebiges Fluid sein.
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Bevorzugt ist aber die Pumpe eine Kraftstoffhochdruckpumpe, die zur Förderung eines Kraftstoffs, beispielsweise Benzin oder Diesel, an einer Brennkraftmaschine verbaut wird. Dabei wird die als Kraftstoffhochdruckpumpe ausgebildete Pumpe direkt in ein Gehäuse, beispielsweise ein Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine eingebaut, oder aber die Pumpe weist ein eigenes Gehäuse auf, das an der Brennkraftmaschine angebaut wird. Bevorzugt ist die Pumpe, insbesondere deren Antriebswelle und der Rollenstößel ölgeschmiert.
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Dadurch kann beim Einbau der Pumpe in das Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine problemlos eine Zufuhr von Schmieröl der Brennkraftmaschine zur Schmierung der Pumpe, insbesondere deren Antriebswelle erfolgen. Grundsätzlich kann die Pumpe aber auch von Dieselkraftstoff geschmiert sein, wobei dann sichergestellt sein muss, dass der in dem Antriebswellenraum befindliche Kraftstoff nicht entlang der Lager der Antriebswelle, beispielsweise in den Ölsumpf der Brennkraftmaschine gelangt.
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In Weiterbildung der Erfindung ist der Innennocken in eine Nockenscheibe eingelassen und die Nockenscheibe ist auf die Antriebswelle anliegend an den Nocken aufgepresst. Die Nockenscheibe mit dem Innennocken ist vorzugsweise aus dem gleichen oder einem zumindest ähnlichen Material, beispielsweise Stahl, wie die Antriebswelle gefertigt, um ein der Antriebswelle entsprechendes Dehnverhalten zu gewährleisten. Eine solchermaßen gefertigte Nockenscheibe mit dem Innennocken kann dann problemlos auf die Antriebswelle aufgepresst werden, ohne dass die Gefahr besteht, dass der Innennocken sich beim Betrieb der Pumpe in Bezug zu der Antriebswelle verdreht.
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In Weiterbildung der Erfindung ist beidseits des Nockens eine Nockenscheibe mit jeweils einem Innennocken angeordnet. Diese Ausgestaltung stellt eine beidseitige Zwangsführung der Laufrolle sicher, was zur Erhöhung der Betriebssicherheit der Pumpe beiträgt.
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In Weiterbildung der Erfindung weist die Laufrolle zumindest einen stirnseitigen Zapfen auf, der in die eine Lauffläche bildende Innenkontur des Innennockens hineinragt. Der Zapfen weist bevorzugt einen kleineren Durchmesser als die Laufrolle auf, so dass dadurch das Gewicht der Laufrolle nur unwesentlich erhöht ist und zudem der Durchmesser der Nockenscheibe nicht wesentlich größer als der des Nockens ist. Grundsätzlich kann der Zapfen aber auch den gleichen Durchmesser wie die Laufrolle aufweisen. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass eine durchgehende einheitliche Bearbeitung der Laufrolle möglich ist.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Kontur beziehungsweise die Lauffläche Nockens (wie bekannt) und zusätzlich die Innenkontur des Innennockens zumindest abschnittsweise geschliffen oder feinbearbeitet. Diese Bearbeitung erfolgt jeweils zumindest in den Bereichen, in denen die Laufrolle entweder mit dem Nocken oder dem Innennocken direkt oder über den Zapfen zusammenwirkt. Dabei ist bei der Bearbeitungsfläche eine Überlappungsfläche vorzusehen, die auch im Übergangsbereich eine verschließfreie Führung der Laufrolle beziehungsweise des Zapfens sicherstellt. Im Ergebnis wird dadurch der Bearbeitungsaufwand nicht oder nur unwesentlich erhöht.
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In Weiterbildung der Erfindung ist auf den Zapfen ein Innenring eines Wälzlagers aufgesetzt und ein Außenring des Wälzlagers wirkt mit der Innenkontur beziehungsweise der Lauffläche des Innennockens zusammen. Diese Ausgestaltung stellt sicher, dass in Bereichen einer Bewegungsumkehr der Laufrolle, die jeweils im Bereich eines unteren Totpunkts (UT) und eines oberen Totpunkts (OT) des Rollenstößels im Bezug zu dem Nocken der Antriebswelle erfolgt, kein Schlupf und damit kein Verschleiß auftritt. Durch den Einsatz des Wälzlagers kommt es nicht mehr zu einer Drehrichtungsumkehr der Laufrolle in Bezug zu dem Nocken bzw. dem Innennocken, sondern diese wird verschleißfrei in das Wälzlager verlegt.
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In Weiterbildung der Erfindung weist der Außennocken eine Ausnehmung zum Einführen des Zapfens auf. Diese Ausnehmung ist so bemessen und angeordnet, dass einerseits ein problemloses Einführen der Laufrolle mit den Zapfen in die Innenkontur der Nockenscheibe ermöglicht ist und andererseits die Einführung in einem Bereich erfolgt, in dem die Laufrolle auf dem Nocken der Antriebswelle abrollt. Dies ist insbesondere die Hubphase der Pumpe.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Pumpenkolben mit dem Rollenstößel verbunden. Dies kann beispielsweise durch einen Haltering erfolgen, der beispielsweise in eine Innennut des Rollenschuhs eingesetzt ist und der eine mit einem Pumpenkolbenfuß zusammenwirkende Haltescheibe in dem Rollenstößel festlegt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Rollenstößel verdrehgesichert in Bezug zu der Pumpe bzw. der Antriebswelle. Diese Verdrehsicherung kann beispielsweise durch eine Längsführung des Rollenstößels in einem Gehäuseteil erfolgen. Dabei ist die Verdrehsicherung sinnvoll, da bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Pumpe die sonst von einer Stößelfeder bewirkte Verdrehsicherung nicht vorhanden ist.
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Der Rollenstößel ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung Teil einer als Kraftstoffhochdruckpumpe ausgebildeten Pumpe, mit der von einem Kraftstoffniederdrucksystem zugeführter Kraftstoff in ein Hochdruckspeicher gefördert wird. Aus dem Hochdruckspeicher wird der dort gespeicherte Kraftstoff von Kraftstoffinjektoren zur Einspritzung in zugeordnete Brennräume einer Brennkraftmaschine entnommen.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben sind.
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Es zeigen:
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1 einen Längsschnitt durch eine Pumpe mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Rollenstößel und einer Antriebswelle,
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2 einen Querschnitt entsprechend 1,
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3 eine Detailansicht der Antriebswelle mit einem Nocken und einem Innennocken,
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4 einen Längsschnitt durch eine Pumpe ähnlich der 1 in einer zweiten Ausführungsform und
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5 einen Querschnitt durch eine Pumpe gemäß 4 analog zur 2.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt einen Längsschnitt durch den interessierenden Teil einer als Kraftstoffhochdruckpumpe ausgebildeten Pumpe, mit der von einem Kraftstoffniederdrucksystem zugeführter Kraftstoff in ein Hochdruckspeicher gefördert wird. Aus dem Hochdruckspeicher wird der dort gespeicherte Kraftstoff von Kraftstoffinjektoren zur Einspritzung in zugeordnete Brennräume einer Brennkraftmaschine entnommen.
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Die Pumpe weist eine einen als Einfachnocken oder Mehrfachnocken ausgebildeten Nocken 2 aufweisende Antriebswelle 1 auf, die in beidseits des Nockens 2 angeordneten Lagern 3 in einem Gehäuse 4 gelagert ist. Das Gehäuse 4 kann ein eigenständiges Pumpengehäuse oder aber auch beispielsweise das Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine sein. Mit dem Nocken 2 wirkt ein Rollenstößel 5 der Pumpe zusammen, der seinerseits mit einem Pumpenkolben 6 verbunden ist. Der Pumpenkolben 6 ist in einem Pumpenzylinder 7 geführt, der vorzugsweise einteilig mit einem Pumpenzylinderkopf ausgebildet ist. In dem Pumpenzylinderkopf ist ein Pumpenarbeitsraum ausgebildet, in den zu fördernder Kraftstoff über ein Einlassventil bei einer Abwärtsbewegung des Pumpenkolbens 6 eingebracht wird. Bei einer anschließenden Aufwärtsbewegung des Pumpenkolbens 6 wird das Einlassventil verschlossen und der in dem Pumpenarbeitsraum befindliche Kraftstoff wird über ein ebenfalls in dem Pumpenzylinderkopf angeordnetes Auslassventil in eine mit dem Hochdruckspeicher verbundene Hochdruckleitung gefördert.
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Damit insbesondere bei einer Abwärtsbewegung des Pumpenkolbens 6 auf dem abfallenden Bereich des Nockens 2 eine Abwärtsbewegung des Rollenstößels 5 ohne Zuhilfenahme einer Stößelfeder, die den Rollenstößel 5 zusammen mit dem Pumpenkolben 6 gegen den Nocken 2 drückt, erreicht wird, ist neben dem Nocken 2 ein Innennocken 8 vorgesehen, der eine in eine Nockenscheibe 9 eingearbeitete Innenkontur 21 aufweist. Der Innennocken 8 weist eine Lauffläche 18 mit einer Innenkontur 21 auf, die eine spiegelbildliche Ausbildung beziehungsweise Kontur wie der Nocken 2 aufweist. Die Nockenscheibe 9 ist bevorzugt aus dem gleichen oder einem ähnlichen Material wie die Antriebswelle 1, beispielsweise Stahl, gefertigt. Vorzugsweise ist die Nockenscheibe 9 auf die Antriebswelle 1 anliegend an den Nocken 2 aufgepresst. Dabei sind beidseits des Nockens 2 entsprechende Nockenscheiben 9 auf die Antriebswelle 1 aufgepresst.
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Der Rollenstößel 5 weist einen Rollenschuh 10 auf, der eine Rollenausnehmung 22 (2) zur verliersicheren Aufnahme einer Laufrolle 11 aufweist. Weiterhin ist in den Rollenschuh 10 eine Innenringnut 12 eingearbeitet, in die ein Haltering 13 einsetzbar ist. Der Haltering 13 hält eine auf einem Pumpenkolbenfuß 14 des Pumpenkolbens 6 aufliegende Haltescheibe 15 fest, so dass der Pumpenkolben 6 fest mit dem Rollenschuh 10 verbunden ist. In die Haltescheibe 15 und auch in dem Rollenschuh 10 können Schmierbohrungen zur Zuführung von Schmieröl beispielsweise zu der Laufrolle 11 eingearbeitet sein.
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Der Rollenschuh 10 ist direkt oder unter Einfügung eines Stößelkörpers 16 verdrehgesichert in einem Gehäuseteil geführt, wobei das Gehäuseteil das Gehäuse 4 sein kann.
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Die Laufrolle 11 weist einen Zapfen 17 auf, der auf beiden Seiten der Laufrolle 11 angeordnet ist. Der Zapfen 17 wirkt mit der Lauffläche 18 der Innennocke 8 der Nockenscheibe 9 zusammen. Bei einer Drehbewegung der Antriebswelle 1 ist somit sichergestellt, dass die Laufrolle 11 und damit der Rollenstößel 5 mitsamt dem Pumpenkolben 6 immer der Nockenkontur des Nockens 2 beziehungsweise der Nockenscheibe 9 folgt.
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Der zuvor geschilderte Sachverhalt ist analog zu der Darstellung gemäß 1 auch der Darstellung der 2 zu entnehmen, wobei diese Figur die Führung des Zapfens 22 der Laufrolle 11 in zwei Positionen wiedergibt.
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Die Schnittdarstellung gemäß 3 zeigt, dass die Innennocke 8 der Nockenscheibe 9 eine Ausnehmung 19 aufweist. Diese Ausnehmung weist eine solche Breite auf, dass der Zapfen 17 der Laufrolle 11 durch die Ausnehmung 19 hindurchgeführt werden kann und somit problemlos in die Lauffläche 18 der Nockenscheibe 9 eingesetzt werden kann. Während der Hubphase α1 läuft die Laufrolle 11 auf dem Nocken 2 und während der Saugphase α2 läuft der Zapfen 17 der Laufrolle 11 auf dem Innennocken 8 beziehungsweise dessen Innenkontur 21 ab. Für einen verschleißfreien Betrieb sind die Bereiche der Hubphase α1 und der Saugphase α2 der Innenkontur 21 des Innennockens 8 geschliffen oder sonst wie feinst bearbeitet. Dabei sind die Hubphase α1 und die Saugphase α2 so bemessen, dass diese einander überlappen.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß 4 zeigt im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 1, dass auf den Zapfen 17 ein Wälzlager 20 aufgesetzt ist. Das Wälzlager 20 wirkt mit einem Innenring mit dem Zapfen 17 und mit einem Außenring mit der Innennocke 8 zusammen. Durch diese Ausgestaltung ist sichergestellt, dass es zu keiner Drehrichtungsumkehr der Laufrolle 11 im Bereich des unteren Totpunkts (UT) und des oberen Totpunkts (OT) des Nockens 2 kommt. Das Wälzlager 20 kann als Rollenlager, Kugellager oder Nagellager ausgeführt sein und kann wegen der geringen auf das Wälzlager 20 einwirkenden Kräfte relativ klein dimensioniert sein.
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5 zeigt einen analogen Querschnitt wie 2 unter Einsatz des Wälzlagers 20.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011083571 A1 [0002]
