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Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Schlepphebel-Rollenvorrichtungen, die bei Automobil- und industriellen Anwendungen verwendet werden.
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Eine vorteilhafte Anwendung der Erfindung ist der Gebrauch der Schlepphebel-Rollenvorrichtung in einer Kraftstoffeinspritzpumpe, die für eine Verbrennungsmaschine bestimmt ist, insbesondere die eines Kraftfahrzeugs, wie zum Beispiel eines PKWs oder Lastkraftwagens.
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Eine Vorrichtung wie diese umfasst einen Stößel oder Körper und eine Rolle, die montiert ist, um auf dem Körper zu drehen, und die dazu bestimmt ist, mit einem Nocken zusammenzuwirken, der mit der Nockenwelle der Verbrennungsmaschine derart synchronisiert ist, dass die Drehung der Nockenwelle zu einer periodischen Bewegung eines Kolbens der Einspritzpumpe führt, die gegen den Körper anliegt, um das Zuführen von Kraftstoff zu erlauben.
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Eine andere vorteilhafte Anwendung der Erfindung ist der Gebrauch der Vorrichtung in einem Kippsystem, das zum Steuern von Ventilen einer Hubkolben-Verbrennungsmaschine bestimmt ist.
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Bei dieser Anwendung ist die Rolle der Vorrichtung dazu bestimmt, mit einem Nockenteil der Nockenwelle der Verbrennungsmaschine zusammenzuwirken, indem sie auf ihm rollt, so dass die Drehung der Nockenwelle ein periodisches Schwenken eines Körpers der Vorrichtung oder eines Kippkörpers verursacht, um Ventile der Maschine zu öffnen und zu schließen.
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Für diese Vorrichtungen wird die Rolle im Allgemeinen frei auf einer Tragwelle, die an dem Körper befestigt ist, montiert. Während des Betriebs und unter Berücksichtigung der Kräfte, die an die Vorrichtung angelegt werden, insbesondere axiale Kräfte, werden Kontakte zwischen der Rolle und dem Körper erzeugt. Solche axialen Kontakte erzeugen Reibung. Der Körper dieser Vorrichtung wird nun gewöhnlich durch Schmieden erzielt, was ein relativ hohes Reibungsdrehmoment oder sogar frühzeitige Abnutzung hervorruft.
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Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, diesen Nachteilen abzuhelfen.
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Insbesondere zielt die vorliegende Erfindung darauf ab, eine Schlepphebel-Rollenvorrichtung bereitzustellen, die verringertes Reibungsdrehmoment und/oder erhöhte Verschleißfestigkeit hat, und die leicht herzustellen und zusammenzufügen ist.
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Bei einer Ausführungsform weist die Schlepphebel-Rollenvorrichtung einen Körper, eine Welle, die auf dem Körper montiert ist, und eine Rolle auf, die auf die Welle in einer drehend beweglichen Art montiert ist und zwei Endseiten aufweist. Jede der Endseiten ist mindestens teilweise axial einer Innenwand des Körpers gegenüberliegend eingerichtet. Mindestens eine der Endseiten der Rolle und/oder mindestens eine der Innenwände des Körpers weist eine Reibungsschutz- und/oder verschleißfeste Beschichtung auf.
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Die Einrichtung einer Reibungsschutz- und/oder verschleißfesten Beschichtung auf mindestens einer der Endseiten der Rolle und/oder auf mindestens einer der Innenwände des Körpers ermöglicht es, das Reibungsdrehmoment der Vorrichtung und/oder die Abnutzung, die durch die axialen Kontakte zwischen der Rolle und dem Körper erzeugt wird, einzuschränken.
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Die Rolle kann eine äußere Oberfläche und eine Bohrung umfassen, die axial durch die Endseiten begrenzt sind.
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Vorzugsweise weist die Vorrichtung mindestens zwei Reibungsschutz- und/oder verschleißfeste Beschichtungen auf. Eine der Beschichtungen kann sich axial auf einer Seite der Rolle befinden, und die andere Beschichtung kann sich axial auf der anderen Seite der Rolle befinden.
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Bei einer Ausführungsform umfasst mindestens jede Endseite der Rolle eine Reibungsschutz- und/oder verschleißfeste Beschichtung. Alternativ oder kombiniert, kann mindestens jede Innenwand des Körpers eine Reibungsschutz- und/oder verschleißfeste Beschichtung aufweisen.
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Die Kombination mindestens einer ersten Beschichtung, die auf den Endseiten der Rolle vorgesehen ist, und mindestens einer zweiten Beschichtung, die auf den Innenwänden des Körpers vorgesehen ist und die fähig sind, axial gegeneinander anzuliegen, machen es möglich, das Reibungsdrehmoment der Vorrichtung und die damit verbundene Abnutzung noch weiter zu verringern.
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Die Beschichtungen der Rolle und des Körpers können identisch sein. Alternativ können die Beschichtungen der Rolle und des Körpers voneinander unterschiedlich sein. Vorteilhafterweise kann jede Endseite der Rolle eine Reibschutzbeschichtung aufweisen, und jede Innenwand des Körpers kann eine verschleißfeste Beschichtung aufweisen oder umgekehrt. Bei einer Ausführungsform umfasst die Beschichtung jeder Innenseite der Rolle diamantähnlichen amorphen Kohlenstoff, und die Beschichtung jeder Innenwand des Körpers weist Wolframdisulfid oder umgekehrt auf.
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Bei einer Ausführungsform weist die Vorrichtung zusätzlich ein Gleitlager auf, das radial zwischen der Welle und der Rolle eingefügt ist. Vorzugsweise umfasst mindestens eine der Endseiten des Gleitlagers eine Reibungsschutz- und/oder verschleißfeste Beschichtung.
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Bei einer Ausführungsform sind die Enden der Welle in Bohrungen des Körpers, die sich von den Innenwänden des Körpers erstrecken, befestigt. Alternativ kann der Körper zusätzlich einen Träger aufweisen, der mit offenen Lageroberflächen, die die Enden der Welle tragen, versehen ist.
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Die vorliegende Erfindung wird bei der Lektüre der ausführlichen Beschreibung von Ausführungsformen, die beispielhaft und nicht einschränkend gegeben und durch die anliegenden Zeichnungen veranschaulicht werden, besser verstanden, wobei:
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1 eine Querschnittansicht einer Schwinghebel-Rollenvorrichtung gemäß einem ersten Beispiel der Erfindung ist, und
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die 2 und 3 Querschnittansichten von Schwinghebel-Rollenvorrichtungen gemäß einem zweiten und dritten Beispiel der Erfindung sind.
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1 zeigt eine Schlepphebel-Rollenvorrichtung, die das allgemeine Bezugszeichen 10 trägt, die zum Beispiel in einer Kraftstoffeinspritzpumpe, die für eine Verbrennungsmaschine bestimmt ist, verwendet werden kann.
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Die Vorrichtung 10 umfasst einen Stößel oder Körper 12 und eine Rolle 14, die montiert ist, um in Bezug auf den Körper zu drehen, und dazu bestimmt ist, gegen einen Nocken anzuliegen, der mit der Nockenwelle der Verbrennungsmaschine synchronisiert ist, oder direkt gegen einen Nocken der Welle. Der Körper 12 grenzt eine nach außen offene Vertiefung 12a ab, innerhalb welcher die Rolle 14 montiert ist. Der Körper 12 umfasst zwei radial entgegengesetzte Frontinnenwände 12b, 12c, die die Vertiefung 12a radial abgrenzen. Die Rolle 14 erstreckt sich derart, dass sie radial aus dem Körper 12 vorsteht. Der Körper 12 kann vorteilhafterweise kostengünstig durch Schmieden oder Schneiden, Stanzen und Biegen aus einem Rohteil aus dünnem Blech erzielt werden.
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Die Vorrichtung 10 umfasst auch eine Welle 16 mit geometrischer Achse 16a, die auf dem Körper 12 montiert ist und die Rolle 14 trägt. Die Tragwelle 16 umfasst eine axiale zylindrische äußere Oberfläche 16b, auf die die Rolle 14 montiert ist. Die Welle 16 erstreckt sich axial auf jeder Seite der Rolle 14. Die Enden der Welle sind innerhalb durchgehender Bohrungen 18, 20, die in dem Körper 12 ausgebildet sind, die einander gegenüberliegen, montiert. Die Bohrungen 18, 20 erstrecken sich von den Innenwänden 12b, 12c des Körpers. Die Welle 16 wird durch jedes geeignete Mittel an dem Körper 12 befestigt.
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Die Rolle 14 ist frei in Drehung auf der Welle 16 montiert. Bei der veranschaulichten beispielhaften Ausführungsform ist die Rolle 14 auch frei in Verschiebung auf der Welle 16 montiert. Die Rolle 14 umfasst eine axiale zylindrische Bohrung 14a, die in direktem radialem Kontakt mit der äußeren Oberfläche 16b der Welle montiert ist, und bildet eine innere Oberfläche und eine axiale zylindrische äußere Oberfläche 14b, die der Bohrung radial gegenüberliegt. Die äußere Oberfläche 14b der Rolle bildet eine Kontaktoberfläche, die dazu bestimmt ist, gegen den dazugehörenden Nocken der Verbrennungsmaschine anzuliegen.
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Die Rolle 14 umfasst auch zwei einander gegenüberliegende radiale Frontendseiten 14c, 14d, die axial die Bohrung 14a und die äußere Oberfläche 14b abgrenzen. Ein Teil der Endseiten 14c und 14d liegt axial jeweils den Innenwänden 12b und 12c des Körpers gegenüber, das heißt nach außen ausgerichtet. Bei der veranschaulichten beispielhaften Ausführungsform haben die Endseiten 14c und 14d eine abgestufte Form. Bei einer Variante könnten die Seiten eben sein.
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Bei der veranschaulichten beispielhaften Ausführungsform umfasst jede Endseite 14c, 14d der Rolle eine Beschichtung 22, um Reibung und/oder Abnutzung, die durch axiale Berührung zwischen der Rolle 14 und dem Körper 12 erzeugt werden, zu begrenzen. Bei einer Ausführungsform weist die Beschichtung 22 diamantähnlichen amorphen Kohlenstoff auf. Diamantähnlicher amorpher Kohlenstoff ist international unter der Bezeichnung DLC bekannt. Eine solche Beschichtung bietet zahlreiche Vorteile, darunter selbstschmierende Eigenschaften und gute Festigkeit gegenüber Scheuer-, Klebe- und Korrosionsabnutzung. Bei einer Variante kann die Beschichtung 22 Wolframdisulfid (WS2) oder schwarzes Oxid („schwarze Oxidation“) oder Phosphat oder Chromnitrid oder auch Titannitrid umfassen. Bei einer Variante ist es möglich, irgendeine andere Beschichtung zu verwenden, die Eigenschaften hat, die es ermöglichen, Reibung einzuschränken und/oder die Verschleißfestigkeit zu verbessern. Die Beschichtung 22 kann zum Beispiel eine Stärke zwischen 0,5 Mikrometer (μm) und 1 μm haben. In der Figur wurde die Stärke jeder Beschichtung 22 zur Klarheit erhöht.
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Die Beschichtung 22 wird auf jeder Endseite 14c, 14d der Rolle in der Form einer harten Schicht aufgebracht. Die Beschichtung 22 kann auf bekannte Art durch industrielle Techniken aufgebracht werden, wie zum Beispiel Vakuumbedampfungen oder Dampfphasenbeschichtungen. Die Beschichtung 22 kann direkt auf jeder Endseite 14c, 14d der Rolle aufgebracht werden und dann ein Substrat bilden. Als eine Alternative kann die Beschichtung 22 auf einer oder mehreren Zwischenschichten vorab auf jeder Endseite 14c, 14d aufgebracht werden.
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Bei der veranschaulichten beispielhaften Ausführungsform bedeckt jede Beschichtung 22 die dazugehörende in Seite 14c, 14d der Rolle vollständig. Bei einer Variante könnte es möglich sein, die Beschichtungen 22 nur auf denjenigen Teilen der Endseiten 14c, 14d vorzusehen, die axial den Innenwänden 12b, 12c des Körpers gegenüber liegen. Die Beschichtungsmenge, die aufzubringen ist, wird daher verringert. Bei einer anderen Variante, aus Gründen, die mit dem Vorgang des Aufbringens der Beschichtungen 22 zusammenhängen, kann die Rolle 14 vollständig mit der Beschichtung 22 bedeckt werden. Alternativ könnte es auch möglich sein, unterschiedliche Beschichtungen 22 für die Endseite 14c und die gegenüberliegende Endseite 14d der Rolle bereitzustellen.
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Um die Reibung und/oder Abnutzung, die durch axialen Kontakt zwischen der Rolle 14 und dem Körper 12 erzeugt werden, noch weiter einzuschränken, bedeckt eine Beschichtung 24 die Innenwände 12b, 12c des Körpers. Die Beschichtung 24, die auf jeder Innenwand 12b, 12c des Körpers bereitgestellt wird, liegt der Beschichtung 22, die auf der dazugehörenden Endseite 14c, 14d der Rolle vorgesehen ist, gegenüber. Die Beschichtung 24 des Körpers bildet eine Reibungsoberfläche mit der dazugehörenden Beschichtung 22 der Rolle und umgekehrt. Leichte axiale Abstände verbleiben zwischen dem Körper 12 und der Rolle 14.
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Auf eine identische Art mit der Rolle 14 kann die Beschichtung 24 diamantähnlichen amorphen Kohlenstoff oder Wolframdisulfid (WS2) oder schwarzes Oxid oder Phosphat oder Chromnitrid oder auch Titannitrid umfassen. Bei einer Variante ist es möglich, irgendeine andere Beschichtung zu verwenden, die Eigenschaften hat, die es ermöglichen, die Reibung einzuschränken und/oder die Verschleißfestigkeit zu verbessern. Die Beschichtung 24 kann zum Beispiel eine Stärke zwischen 0,5 Mikrometer (μm) und 4 μm haben. In der Figur wurde die Stärke jeder Beschichtung 24 zur Klarheit erhöht.
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Bei der veranschaulichten beispielhaften Ausführungsform bedeckt die Beschichtung 24 die Innenwände 12b, 12c des Körpers und eine axiale Bodenwand 12d, die die Wände verbindet, vollständig. Bei einer Variante könnte es möglich sein, zwei Beschichtungen 24 vorzusehen, die nur diejenigen Teile der Innenwände 12b, 12c des Körpers abdecken, die den Endseiten 14c, 14d der Rolle axial gegenüber liegen. Die Beschichtungsmenge, die aufzubringen ist, wird daher verringert. In diesem Fall können die zwei Beschichtungen identisch oder voneinander unterschiedlich sein.
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Die in 2 veranschaulichte beispielhafte Ausführungsform, in der identische Elemente dieselben Bezugszeichen tragen, unterscheidet sich dadurch, dass die Vorrichtung 10 zusätzlich ein Gleitlager 26 aufweist, das radial zwischen die Rolle 14 und die Welle 16 eingefügt ist. Das Gleitlager 26 hat eine ringförmige Hülsenform und ist zu der Rolle 14 und zu der Welle 16 koaxial. Das Lager 26 umfasst eine zylindrische äußere Oberfläche 26a, die radial in Berührung gegen die Bohrung 14a der Rolle montiert ist, und eine gegenüberliegende zylindrische Bohrung 26b, die radial in Berührung gegen die äußere Oberfläche 16b der Welle montiert ist. Das Lager 26 umfasst auch zwei einander gegenüberliegende radiale Frontendseiten (ohne Bezugszeichen), die axial die äußere Oberfläche 26a und die Bohrung 26b abgrenzen. Bei der veranschaulichten beispielhaften Ausführungsform ist jede Endseite des Lagers 26 mit der dazugehörenden Endseite 14c, 14d der Rolle bündig. Die Rolle 14 ist über das Lager 26 auf die Welle 16 montiert. Das Lager 26 kann an der Rolle 14 oder an der Welle 16 oder auch frei in Bewegung zwischen ihnen montiert sein.
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Jede Endseite des Lagers 26 weist eine Beschichtung 28 zum Einschränken von Reibung und/oder Abnutzung auf, und bedeckt die Seite. Die Beschichtung 28, die auf jeder Seite des Lagers 26 vorgesehen ist, kann vorteilhafterweise identisch mit der sein, die auf der dazugehörenden Endseite 14c oder 14d der Rolle bereitgestellt wird. Bei einer Variante kann eine einzige gemeinsame Beschichtung auf der Innenseite des Gleitlagers 26 und der dazugehörenden Seite 14c oder 14d der Rolle aufgebracht werden, zum Beispiel, wenn das Lager an der Rolle befestigt ist. Bei einer anderen Variante wäre es auch möglich, keine Beschichtung auf dem Gleitlager 26 bereitzustellen. In diesem Fall kann das axiale Maß des Lagers 26 derart verringert werden, dass seine Endseiten in Bezug auf die der Rolle 14 axial rückwärts versetzt sind.
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Die in 3 veranschaulichte beispielhafte Ausführungsform, in der identische Elemente dieselben Bezugszeichen tragen, unterscheidet sich in der Hauptsache von der ersten beschriebenen beispielhaften Ausführungsform dadurch, dass die Vorrichtung 10 einen Träger 30 aufweist, der axial in Lagerberührung gegen die Bodenwand 12d des Körpers montiert ist und Lager oder Lageroberflächen 30a, 30b aufweist, die offen und radial nach außen ausgerichtet sind. Der Träger 30 wird durch jedes geeignete Mittel an dem Körper 12 befestigt. Die Lageroberflächen 30a, 30b haben ein radial nach außen offenes halbkreisförmiges Profil mit einem Durchmesser, der dem Durchmesser der Welle 16 entspricht. Die Welle 16 wird radial in Kontakt gegen die Lageroberflächen 30a, 30b des Trägers montiert. Der Träger 30 umfasst eine radiale Bohrung 30c, die die Beschichtung 24 umfasst.
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Bei dieser beispielhaften Ausführungsform umfasst der Körper 12 auch einen ringförmigen Haltering 32, der an seinem Ende befestigt ist, um die Rolle 14 in Bezug auf den Körper während des Transports und des Zusammenfügens der Vorrichtung 10 zurückzuhalten. Der Haltering 32 umfasst eine radiale Bohrung 32a, die die Beschichtung 24 umfasst. Die Bohrungen 32a und 30c des Halterings und des Trägers bilden lokal ringförmige Innenwände des Körpers 12, die mit den Beschichtungen 24 abgedeckt sind, die axial den Beschichtungen 22 der Rolle gegenüberliegen.
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Bei der veranschaulichten beispielhaften Ausführungsform ist der Haltering 32 ein hinzugefügtes Teil, das an dem Körper 12 befestigt ist. Alternativ wäre es möglich, an dem Ende des Körpers 12 eine oder mehrere lokale Materialverformungen auszubilden, um zu verhindern, dass die Rolle 14 aus dem Körper 12 nach dem Zusammenfügen bewegt wird. In diesem Fall wird die Beschichtung 24 auf der Innenwand jeder lokalen Verformung vorgesehen.
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Bei den veranschaulichten beispielhaften Ausführungsformen werden Reibungsschutz- und/oder verschleißfeste Beschichtungen sowohl auf der Rolle 14 als auch auf dem Körper 12 vorgesehen. Alternativ wäre es möglich, eine oder mehrere Reibungsschutz- und/oder verschleißfeste Beschichtungen nur auf einem dieser zwei Elemente vorzusehen.
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Die vorliegende Erfindung wurde auf der Grundlage einer Schlepphebel-Rollenvorrichtung veranschaulicht, die zum Beispiel in einer Kraftstoffeinspritzpumpe verwendet werden kann, die für eine Verbrennungsmaschine bestimmt ist. Ohne den Geltungsbereich der Erfindung zu verlassen, ist es auch möglich, eine Schlepphebel-Rollenvorrichtung in einem Kippsystem bereitzustellen, das zur Steuerung von Ventilen einer Verbrennungsmaschine verwendet wird und eine Reibungsschutz- und/oder verschleißfeste Beschichtung umfasst, die auf mindestens einer der Endseiten der Rolle und/oder auf mindestens einer der Innenwände des Körpers, die den Endseiten axial gegenüberliegt, vorgesehen wird.
