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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 ein PKW oder Lastwagen.
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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 Verlagerung 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 der Ventile einer Hubkolben-Verbrennungsmaschine bestimmt ist.
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Bei dieser Anwendung ist die Rolle der Vorrichtung dazu bestimmt, mit einem Nocken 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 im Allgemeinen eine ununterbrochene Ölversorgung zum Schmieren der Kontaktzone zwischen der Rolle und einer Welle, die diese Rolle trägt, während des Betriebs des Verbrennungsmotors bereitgestellt.
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Um die Kosten, die mit dem Gebrauch solcher Vorrichtungen zusammenhängen, zu verringern, ist es wünschenswert, den Strom des Schmieröls zu minimieren. Bei bestimmten Anwendungen müssen die Schlepphebel-Rollenvorrichtungen außerdem sogar während Übergangsperioden betriebsfähig sein, in welchen die Ölzufuhr unterbrochen ist, oder in welchen das Öl die Kontaktzone zwischen der Rolle und Tragwelle noch nicht erreicht hat, zum Beispiel während des Anlassens des Verbrennungsmotors.
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Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, eine Schlepphebel-Rollenvorrichtung bereitzustellen, die diese Forderungen erfüllt.
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Insbesondere zielt die vorliegende Erfindung darauf ab, eine Vorrichtung bereitzustellen, die eine begrenzte Zufuhr an Schmiermittel benötigt.
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Die vorliegende Erfindung zielt ferner darauf ab, eine Vorrichtung bereitzustellen, die einfach herzustellen und zusammenzufügen ist, verringerte Gesamtgröße und eine begrenzte Anzahl von Bauteilen hat.
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Bei einer Ausführungsform umfasst die Schlepphebel-Rollenvorrichtung einen Körper, eine Rolle und eine Welle, die auf den Körper montiert ist und einen äußeren Sitz zum Montieren der Rolle zum Drehen umfasst. Die Rolle umfasst eine innere Oberfläche, die radial den äußeren Sitz umgibt und drehfähig in Bezug auf die Welle montiert ist. Der äußere Sitz der Welle und/oder die innere Oberfläche der Rolle umfasst eine Mehrzahl von Hohlräumen. Das Verhältnis der Summe der Oberflächenbereiche der Hohlräume zu der Gesamtoberfläche des äußeren Sitzes oder der inneren Oberfläche, in der die Hohlräume ausgebildet sind, liegt zwischen 2 % und 40 %. Die Hohlräume haben eine Tiefe zwischen 0,5 Mikrometer (µm) und 5 Mikrometer (µm).
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Vorzugsweise liegt das Verhältnis zwischen 5 % und 15 %.
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Die Hohlräume können ein Profil in der Form einer sphärischen Kappe haben. Der Durchmesser der Hohlräume kann zum Beispiel zwischen 20 µm und 80 µm betragen.
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Bei einer Ausführungsform ist die innere Oberfläche der Rolle radial in Kontakt mit dem äußeren Sitz der Welle montiert.
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Bei einer anderen Ausführungsform umfasst die Vorrichtung auch ein Gleitlager, das radial zwischen dem äußeren Sitz der Welle und der inneren Oberfläche der Rolle eingefügt ist. Eine äußere Oberfläche des Gleitlagers kann radial in Kontakt mit der inneren Oberfläche der Rolle montiert sein und kann eine Mehrzahl von Hohlräumen aufweisen. Alternativ oder in Kombination, kann eine innere Oberfläche des Gleitlagers radial in Kontakt mit dem äußeren Sitz der Welle montiert sein und kann eine Mehrzahl von Hohlräumen aufweisen. Das Verhältnis der Summe der Oberflächenbereiche der Hohlräume in der äußeren Oberfläche oder in der inneren Oberfläche des Gleitlagers zu der Gesamtoberfläche der Oberfläche, auf der die Hohlräume ausgebildet sind, kann vorteilhafterweise zwischen 2 % und 40 % betragen, wobei die Hohlräume eine Tiefe zwischen 0,5 µm und 5 µm haben.
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Bei einer Ausführungsform sind die Enden der Welle in Bohrungen in dem Körper befestigt. Alternativ kann die Vorrichtung zusätzlich einen Träger aufweisen, der an dem Körper befestigt ist und mit offenen Lageroberflächen, die die Enden der Welle tragen, versehen ist.
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Bei einer Ausführungsform werden die Oberflächen, die mit den Hohlräumen versehen sind, ausgewählt aus dem äußeren Sitz der Welle und/oder der inneren Oberfläche der Rolle, mit einer Oberflächenbehandlung abgedeckt, die aus einer Beschichtung auf Kohlenstoffbasis beruhen kann, wie zum Beispiel diamantähnlicher amorpher Kohlenstoff, der international unter der Bezeichnung DLC bekannt ist, oder aus einer auf Wolframdisulfid(WS2)-basierenden Beschichtung oder ansonsten aus einer Oxidation des Typs schwarzes Oxid („schwarze Oxidation“).
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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 Schlepphebel-Rollenvorrichtung gemäß einem ersten Beispiel der Erfindung ist,
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2 eine ausführliche Ansicht ist, die die äußere Oberfläche der Welle der Vorrichtung der 1 veranschaulicht, und
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die 3 und 4 Querschnittansichten von Schlepphebel-Rollenvorrichtungen gemäß einem zweiten und einem 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. 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 16 sind innerhalb durchgehender Bohrungen 18, 20, die in dem Körper 12 ausgebildet sind, die einander axial gegenüberliegen, montiert. Die Welle 16 wird durch jedes geeignete Mittel an dem Körper 12 befestigt. Der Abschnitt der äußeren Oberfläche 16b, der von dem Körper 12 freigelassen wird, bildet eine äußere Montagelageroberfläche oder einen äußeren Sitz für die Rolle 14. Der äußeren Sitz liegt axial zwischen den Enden der Welle 16, die innerhalb der Bohrungen 18, 20 in dem Körper aufgenommen ist.
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Die Rolle 14 ist in einer frei drehenden Art auf dem äußeren Sitz der Welle 16 montiert. Bei der veranschaulichten beispielhaften Ausführungsform ist die Rolle 14 auch frei in Verschiebung auf dem äußeren Sitz 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 16 montiert ist und eine innere Oberfläche und eine axiale zylindrische äußere Oberfläche 14b bildet, die der Bohrung radial gegenüberliegt. Die äußere Oberfläche 40b der Rolle bildet eine Kontaktoberfläche, die dazu bestimmt ist, gegen den dazugehörenden Nocken der Verbrennungsmaschine anzuliegen.
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Um fähig zu sein, den Schmiermittelstrom, der für die Kontaktzone zwischen der Rolle 14 und der Welle 16 bestimmt ist, einzuschränken, während der Betrieb ohne Schmiermittel während Übergangsperioden erlaubt wird, ist eine Mehrzahl von Hohlräumen 22 (2) in dem äußeren Sitz der Welle 16 ausgebildet. Die Hohlräume 22 werden ausgehend von der äußeren Oberfläche 16b und sich radial einwärts erstreckend ausgebildet. Die Hohlräume 22 sind radial auswärts ausgerichtet und in die Richtung der Bohrung 14a der Rolle offen. Die Hohlräume 22 bilden konkave Vertiefungen, die in der äußeren Oberfläche 16b der Welle hergestellt und im Wesentlichen insgesamt miteinander identisch sind. Die Hohlräume 22 können durch einen Behandlungsvorgang mit mechanischem Aufprallen des Typs Kugelstrahlen mit Kugeln ausgebildet werden, die zum Beispiel aus Stahl, Keramik oder Glas bestehen.
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Die Hohlräume 22 sind über den äußeren Sitz der Welle 16 derart verteilt, dass das Verhältnis der Summe der Oberflächenbereiche der Wände, die die Hohlräume 22 abgrenzen, zu der Gesamtoberfläche des Sitzes zwischen 2 % und 40 % liegt. Vorzugsweise liegt das Verhältnis zwischen 5 % und 15 %. Ferner haben die Hohlräume 22 eine Tiefe zwischen 0,5 µm und 5 µm. Bei der veranschaulichten beispielhaften Ausführungsform haben die Hohlräume 22 ein Profil in der Form einer sphärischen Kappe. Die Hohlräume 22 können auf dem äußeren Sitz der Welle 16 einen Durchmesser zwischen 20 µm und 80 µm haben.
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Unter normalen Schmierungsbedingungen füllen sich die Hohlräume 22 der Wellen mit Schmiermittel und bilden Vorräte, die dann eine Verteilung des in ihnen enthaltenen Schmiermittels während Übergangsperioden, in welchen die Kontaktzone zwischen der Rolle 14 und der Welle 16 nicht mehr mit Schmiermittel versorgt wird, erlauben.
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Die Anmelderin hat bestimmt, dass es mit einem Deckungsgrad und einer Tiefe, wie sie oben für die Hohlräume 22 definiert sind, möglich ist, den Schmiermittelstrom, der unter normalen Schmierungsbedingungen während Aufrechterhaltung zufriedenstellenden Betriebs während Übergangsperioden ohne Schmiermittelzufuhr zuzuführen ist, zu verringern. Die Gefahren frühzeitiger Abnutzung, von Festfressen und Reibungsenergieverlusten werden daher im Wesentlichen verringert. Außerdem wird auch das Reibungsmoment zwischen der Rolle 14 und der Welle 16 verringert.
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Bei der beschriebenen beispielhaften Ausführungsform werden die Hohlräume 22 nur in dem Sitz der äußeren Oberfläche 16a der Welle, auf der die Rolle 14 montiert ist, hergestellt. Insbesondere wird die Gleitschnittstelle zwischen der Welle 16 und der Rolle 14 durch diesen Sitz und durch die radial gegenüberliegende Bohrung 14a der Rolle gebildet. Aus Herstellungsgründen ist es jedoch möglich, solche Hohlräume in der gesamten äußeren Oberfläche 16b der Welle bereitzustellen.
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Vorteilhafterweise ist es möglich, zusätzlich Hohlräume in der Bohrung 14a bereitzustellen, die ausgehend von der Bohrung ausgebildet werden und sich radial auswärts erstrecken. Solche Hohlräume sind radial einwärts ausgerichtet und in die Richtung der äußeren Oberfläche 16b der Welle offen. Der Deckungsgrad, der durch das Verhältnis des Oberflächenbereichs der Hohlräume zu dem Oberflächenbereich der Bohrung 14a definiert ist, und auch die Tiefe der Hohlräume sind mit denjenigen identisch, die oben für die Welle 16 definiert wurden. Der Schmiermittelstrom, der bereitzustellen ist, kann daher wieder verringert werden. Bei einer Variante der Ausführungsform könnte es möglich sein, Hohlräume nur in der Bohrung 14a der Rolle bereitzustellen.
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Die in 3 veranschaulichte beispielhafte Ausführungsform, bei der identische Elemente dieselben Bezugszeichen tragen, unterscheidet sich nur dadurch, dass die Vorrichtung 10 zusätzlich ein Gleitlager 24 aufweist, das radial zwischen die Rolle 14 und die Welle 16 eingefügt ist. Das Gleitlager 24 hat eine ringförmige Hülsenform und ist zu der Rolle 14 und zu der Welle 16 koaxial. Das Lager 24 umfasst eine zylindrische äußere Oberfläche 24a, die radial in Kontakt mit der Bohrung 14a der Rolle montiert ist, und eine gegenüberliegende zylindrische Bohrung 26b, die radial in Kontakt mit der äußeren Oberfläche 16b der Welle montiert ist. Die Rolle 14 ist über das Lager 24 auf die Welle 16 montiert. Das Lager 24 kann an der Rolle 14 oder an der Welle 16 montiert sein oder auch frei in Drehung zwischen ihnen.
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Die äußere Oberfläche 24a des Gleitlagers und/oder die zylindrische Bohrung 24b kann eine Mehrzahl von Hohlräumen aufweisen, die dazu bestimmt ist, Schmiermittelvorräte auf identische Art wie diejenigen zu bilden, die in dem äußeren Sitz der Welle 16, auf der das Gleitlager 24 montiert ist, und/oder in der Bohrung 14a der Rolle bereitgestellt sind. Bei einer Variante der Ausführungsform könnte es möglich sein, ein Nadellager an Stelle des Gleitlagers vorzusehen.
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Die in 4 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 26 aufweist, der axial montiert ist, so dass er gegen eine Bodenwand 12b des Körpers anliegt und Lager oder Lageroberflächen 26a, 26b aufweist, die offen und radial nach außen ausgerichtet sind. Der Träger 26 wird durch jedes geeignete Mittel an dem Körper 12 befestigt. Die Lageroberflächen 26a, 26b 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 26a, 26b des Trägers montiert. Ein Circlip 28 ist an der Welle 16 befestigt und liegt axial gegen die Rolle 14 an. Bei der veranschaulichten beispielhaften Ausführungsform ist eine Vertiefung auf einer der Frontseiten der Rolle 14 ausgebildet, um den Circlip 28 zu montieren.
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Bei dieser beispielhaften Ausführungsform umfasst der Körper 10 auch einen ringförmigen Haltering 30, der an dem Ende des Körpers 12 befestigt ist, um die Rolle 14 in Bezug auf den Körper während des Transports und des Zusammenfügens der Vorrichtung 10 zurückzuhalten. Bei der veranschaulichten beispielhaften Ausführungsform ist der Haltering 30 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 verlagert wird. Bei dieser beispielhaften Ausführungsform, auf eine identische Art wie die erste und die zweite beispielhafte Ausführungsform, umfasst mindestens der äußere Sitz der Welle 16, auf die die Rolle montiert ist, und/oder die Bohrung 14a der Rolle wie oben definierte Hohlräume.
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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. Es ist auch möglich, ohne vom Geltungsbereich der Erfindung abzuweichen, eine Schlepphebel-Rollenvorrichtung in einem Kippsystem bereitzustellen, das zum Steuern von Ventilen eines Verbrennungsmotors verwendet wird und eine Welle, eine Rolle oder sogar ein Gleitlager, wie oben definiert, umfasst.
