DE102015210721A1

DE102015210721A1 - Rollenstößel für eine Kolbenpumpe, Kolbenpumpe

Info

Publication number: DE102015210721A1
Application number: DE102015210721.3A
Authority: DE
Inventors: Zafer Akkaya; Rainer Kwasny; Markus Majer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-06-11
Filing date: 2015-06-11
Publication date: 2016-12-15
Also published as: WO2016198188A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rollenstößel (1) für eine Kolbenpumpe, insbesondere eine Kraftstoffhochdruckpumpe, zur Abstützung eines hubbeweglichen Pumpenkolbens (2) an einem Nocken (3) oder Exzenter einer Antriebswelle (4), umfassend einen Stößelkörper (5) und eine hohlzylinderförmige Rolle (6), die in einer stirnseitigen Ausnehmung (7) des Stößelkörpers (5) bereichsweise aufgenommen und unmittelbar oder mittelbar über eine Lagerbuchse (8) auf einem Bolzen (9) drehbar gelagert ist, so dass zwischen der Rolle (6) und dem Bolzen (9) oder zwischen der Rolle (6) und der Lagerbuchse (8) ein radialer Lagerspalt (10) ausgebildet wird, der über mindestens eine im Stößelkörper (5) ausgebildete und in die Ausnehmung (7) mündende Bohrung (11) mit einem Schmiermedium versorgbar ist. Erfindungsgemäß ist der Mündungsbereich (12) der Bohrung (11) in Überdeckung mit einem Unterdruckgebiet (13) des radialen Lagerspalts (10) angeordnet, das unter Belastung des Rollenstößels (1) und/oder bei auf dem Nocken (3) oder Exzenter ablaufender Rolle (6) durch einen sich in Drehrichtung der Rolle (6) aufweitenden Lagerspalt (10) definiert ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Kolbenpumpe mit einem solchen Rollenstößel (1).

Description

Die Erfindung betrifft einen Rollenstößel für eine Kolbenpumpe, insbesondere eine Kraftstoffhochdruckpumpe, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Der Rollenstößel dient der Abstützung eines Pumpenkolbens der Kolbenpumpe an einem Nocken oder Exzenter einer Antriebswelle. Ferner betrifft die Erfindung eine Kolbenpumpe, insbesondere eine Kraftstoffhochdruckpumpe zur Versorgung eines Verbrennungsmotors mit Kraftstoff, mit einem solchen Rollenstößel.
Stand der Technik
Ein Rollenstößel der vorstehend genannten Art geht beispielhaft aus der Offenlegungsschrift DE 10 2012 223 413 A1 hervor. Der bekannte Rollenstößel weist ein Stößelteil auf, das über eine im Stößelteil drehbar gelagerte Rolle an einer Antriebseinrichtung abstützbar ist. Um den Verschleiß im Lagerbereich zu minimieren und auf diese Weise die Lebensdauer der Pumpe zu erhöhen, wird eine verbesserte Schmierung des Lagerbereichs über wenigstens einen im Stößelteil vorgesehenen Durchlass und eine Nut vorgeschlagen. Der Durchlass verbindet einen inneren Bereich des Stößelteils, in dem die Lagerung der Rolle angeordnet ist, mit dem Außenmantel des Stößelteils. Die Anordnung des Durchlasses erfolgt in der Weise, dass er in die Nut mündet. Die Nut ist dabei in einem an eine in Richtung ihrer Drehachse weisenden Stirnseite der Rolle angrenzenden Umfangsbereich des Stößelteils in dessen Innenmantel vorgesehen und erstreckt sich in Richtung der Längsachse des Rollenstößels. Der über den Durchlass in den inneren Bereich des Stößelteils gelangende Schmierstoff wird demnach vorrangig einem axialen Lagerspalt zwischen der Rolle und dem Innenmantel des Stößelteils zugeführt.
Ausgehend von dem vorstehend zitierten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Schmierung im Bereich eines radialen Lagerspalts eines Rollenstößels für eine Kolbenpumpe zu verbessern, der zwischen einer Rolle und einem Bolzen zur drehbaren Lagerung der Rolle oder zwischen der Rolle und einer Lagerbuchse ausgebildet wird. Auf diese Weise soll ein Rollenstößel geschaffen werden, der weniger verschleißanfällig ist.
Zur Lösung der Aufgabe wird der Rollenstößel mit den Merkmalen des Anspruchs 1 angegeben. Ferner wird die Kolbenpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 6 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.
Offenbarung der Erfindung
Der zur Abstützung eines hubbeweglichen Pumpenkolbens an einem Nocken oder Exzenter einer Antriebswelle vorgeschlagene Rollenstößel umfasst einen Stößelkörper und eine hohlzylinderförmige Rolle, die in einer stirnseitigen Ausnehmung des Stößelkörpers bereichsweise aufgenommen und unmittelbar oder mittelbar über eine Lagerbuchse auf einem Bolzen drehbar gelagert ist. Ein zwischen der Rolle und dem Bolzen oder zwischen der Rolle und der Lagerbuchse ausgebildeter radialer Lagerspalt ist dabei über mindestens eine im Stößelkörper ausgebildete und in die stirnseitige Ausnehmung des Stößelkörpers mündende Bohrung mit einem Schmiermedium versorgbar. Erfindungsgemäß ist der Mündungsbereich der Bohrung, die der Versorgung mit einem Schmiermedium dient, in Überdeckung mit einem Unterdruckgebiet des radialen Lagerspalts angeordnet. Das Unterdruckgebiet ist – unter Belastung des Rollenstößels und/oder bei auf dem Nocken oder Exzenter ablaufender Rolle – durch einen sich in Drehrichtung der Rolle aufweitenden Lagerspalt definiert.
Im Mündungsbereich der Bohrung, die der Zuführung des Schmiermediums dient, herrscht demnach ein Druckgefälle, das bewirkt, dass das Schmiermedium in den radialen Lagerspalt regelrecht hinein gezogen wird. Das heißt, dass dem radialen Lagerspalt eine größere Menge eines Schmiermediums zugeführt wird. Dies wiederum hat zur Folge, dass die den radialen Lagerspalt begrenzenden Bauteile, die auf Reibung beansprucht werden, weniger verschleißbehaftet sind.
Um sicherzustellen, dass dem Rollenlager in jedem Betriebszustand eine ausreichende Menge eines Schmiermediums zur Verfügung steht, musste bislang eine deutlich erhöhte Schmiermenge vorgehalten werden. Bei Verwendung eines erfindungsgemäßen Rollenstößels kann die Schmiermenge reduziert werden, da die Schmierung durch die im Lagerspalt herrschenden Druckverhältnisse optimiert wird Das heißt, dass sich das vorgeschlagene Schmierkonzept die lagereigenen hydrodynamischen Verhältnisse zunutze macht. Zugleich kann mit einer Reduzierung der Schmiermenge die Effizienz des Systems gesteigert werden.
Bei der Positionierung des Mündungsbereichs der der Zuführung des Schmiermediums dienenden Bohrung gilt es die Drehrichtung der Rolle zu beachten. Vorzugsweise ist diese immer gleich. Um dies zu gewährleisten, kann der Rollenstößel gegen Verdrehen gesichert sein bzw. Mittel zur Realisierung einer Verdrehsicherung umfassen.
Da die Zuführung des Schmiermediums im Bereich eines Unterdruckgebiets des radialen Lagerspalts erfolgt, das in einem Bereich, der in Drehrichtung der Rolle auf den Eintrittsbereich der Rolle in die stirnseitige Ausnehmung des Stößelkörpers folgt, trägt die Drehbewegung der Rolle zur Optimierung der Schmierung bei.
Bevorzugt ist der radiale Lagerspalt – unter Belastung des Rollenstößels und/oder bei auf dem Nocken oder Exzenter ablaufender Rolle – im Querschnitt sichelförmig, wobei der radiale Lagerspalt auf der der Antriebswelle abgewandten Seite seine maximale Spaltbreite erreicht. Das Unterdruckgebiet entsteht in diesem Fall in Drehrichtung der Rolle vor dem Bereich mit maximaler Spaltbreite. Verengt sich anschließend der radiale Lagerspalt wieder, wird Druck aufgebaut, der in einem der Antriebswelle zugewandten Bereich des Lagerspalts sein Maximum erreicht.
Die im Stößelkörper zur Versorgung des radialen Lagerspalts mit einem Schmiermedium vorgesehene Bohrung erstreckt sich vorzugsweise vom Außenumfang des Stößelkörpers nach radial innen bis zu einer die Ausnehmung begrenzenden Fläche des Stößelkörpers. Bevorzugt verläuft die Bohrung radial oder schräg. Das Schmiermedium kann auf diese Weise direkt dem Unterdruckgebiet des radialen Lagerspalts zugeführt werden.
Des Weiteren bevorzugt mündet die Bohrung für die Zuführung des Schmiermediums im Bereich eines axialen Lagerspalts in die stirnseitige Ausnehmung des Stößelkörpers, der zwischen dem Stößelkörper und der Rolle und/oder der Lagerbuchse ausgebildet wird. Auf diese Weise kann zugleich die Schmierung des axialen Lagerspalts optimiert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Bohrung im Wesentlichen auf der Höhe der Drehachse der Rolle angeordnet. In diesem Bereich hat der radiale Lagerspalt eine Spaltbreite erreicht, die den Eintritt des Schmiermediums erleichtert, die jedoch unter der maximalen Spaltbreite liegt, so dass hier ein Unterdruck herrscht, der das Schmiermedium in den Lagerspalt zieht.
Ferner wird eine Kolbenpumpe, insbesondere Kraftstoffhochdruckpumpe zur Kraftstoffversorgung eines Verbrennungsmotors, vorgeschlagen, die einen hubbeweglichen Pumpenkolben umfasst, der über einen erfindungsgemäßen Rollenstößel an einem Nocken oder Exzenter einer Antriebswelle abgestützt ist. Der Stößelkörper des Rollenstößels ist dabei in einer Zylinderbohrung eines Gehäuseteils der Kolbenpumpe hubbeweglich aufgenommen. Durch den Einsatz eines erfindungsgemäßen Rollenstößels kann der Verschleiß im Bereich des Triebwerks der Pumpe gemindert werden, so dass die Lebensdauer der Pumpe steigt.
Da die optimale Lage der Mündung der Bohrung zur Versorgung mit dem Schmiermedium von der Drehsichtung der Rolle abhängig ist, wird ferner vorgeschlagen, dass der Stößelkörper in der Zylinderbohrung gegen Verdrehen gesichert ist. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die Vorteile der Erfindung in jedem Fall zum Tragen kommen.
Vorteilhafterweise ist die im Stößelkörper vorgesehene Bohrung, die der Versorgung des radialen Lagerspalts mit einem Schmiermedium dient, an eine motorinterne Druckölversorgungsleitung angeschlossen. Es muss demnach kein separates Schmiermedium vorgehalten werden. Der in der Druckölversorgungsleitung herrschende Druck fördert zudem die Zuführung des Schmiermediums in den Bereich der Rollenlagerung.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Kolbenpumpe im Bereich des Rollenstößels,
2 einen schematischen Querschnitt durch die Rolle des Rollenstößels der Kolbenpumpe der 1,
3 eine diagrammartige Darstellung des Druckverlaufs in Drehrichtung der Rolle über die Lagerbreite und
4 eine diagrammartige Darstellung des Druckverlaufs über eine Drehung der Rolle.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Der 1 ist eine erfindungsgemäße Kolbenpumpe mit einem Rollenstößel 1 zur Abstützung eines hubbeweglichen Pumpenkolbens 2 an einem Nocken 3 einer rotierenden Antriebswelle 4 zu entnehmen. Durch die Abstützung des Pumpenkolbens 2 am Nocken 3 über den Rollenstößel 1 wird die Rotation der Antriebswelle 4 in eine Hubbewegung des Pumpenkolbens 2 umgewandelt. Der Rollenstößel 1 umfasst hierzu einen Stößelkörper 5, der in einer Zylinderbohrung 17 eines Gehäuseteils 18 der Kolbenpumpe hubbeweglich aufgenommen ist, und eine Rolle 6, die in einer stirnseitigen Ausnehmung 7 des Stößelkörpers 5 bereichsweise aufgenommen und drehbar gelagert ist. Die drehbare Lagerung der Rolle 6 wird über einen Bolzen 9 bewirkt, der den Stößelkörper 5 im Bereich der Ausnehmung 7 durchsetzt und an seinen Enden im Stößelkörper 5 gehalten ist. Eine Sicherungsring 27 dient der Lagefixierung des Bolzens 9. Bei dem in der 1 dargestellten Rollenstößel 1 ist zwischen dem Bolzen 9 und der Rolle 6 eine Lagerbuchse 8 angeordnet, die jedoch nicht zwingend erforderlich ist. Die Rolle 6 ist somit um eine Drehachse 16 drehbar, die senkrecht zu einer Längsachse 20 des Rollenstößels 1 und parallel zu einer Längsachse 21 der Antriebswelle 4 angeordnet ist.
Wie der 1 ferner zu entnehmen ist, mündet in die Zylinderbohrung 17 des Gehäuseteils 18 eine Druckölversorgungsleitung 19, über welche der Zylinderbohrung 17 Öl als Schmiermedium zugeführt wird. Über einen Ringspalt 23, der zwischen dem Stößelkörper 5 und dem Gehäuseteil 18 ausgebildet wird, gelangt das Schmiermedium in den Lagerbereich der Rolle 6. Um die Versorgung eines radialen Lagerspalts 10, der zwischen der Rolle 6 und der Lagerbuchse 8 ausgebildet wird, mit dem Schmiermedium sicherzustellen, ist im Stößelkörper 5 mindestens eine radial verlaufende Bohrung 11 vorgesehen, die sich vom Außenumfang des Stößelkörpers 5 nach radial innen erstreckt und in die Ausnehmung 7 mündet. Die Bohrung 11 ist dabei derart angeordnet, dass der Mündungsbereich 12 der Bohrung 11 dem radialen Lagerspalt 10 gegenüber liegt. Die Winkellage der Bohrung in Bezug auf die Drehachse 16 der Rolle 6 ist derart gewählt, dass der Mündungsbereich 12 in Überdeckung mit einem Bereich des radialen Lagerspalts 10 zu liegen kommt, in dem ein Unterdruck herrscht, wenn die Rolle 6 auf dem Nocken 3 der Antriebswelle 4 abläuft. Der Unterdruck bewirkt, dass das Schmiermedium in den Lagerspalt gezogen wird und sich dort verteilt, wobei die Drehbewegung der Rolle 6 unterstützend wirkt.
Der 2 ist ein schematischer Querschnitt durch die Rolle 6 bei belastetem Rollenstößel 1 zu entnehmen. Unter Belastung besitzt der radiale Lagerspalt 10 eine sichelförmige Querschnittsform. Das heißt, dass der radiale Lagerspalt 10 keine über den Umfang gleichbleibende Spaltbreite, sondern einen Bereich 24 maximaler Spaltbreite und einen Bereich 25 minimaler Spaltbreite besitzt. Zwischen diesen beiden Bereichen 24, 25 werden ein Unterdruckgebiet 13 und ein Überdruckgebiet 26 ausgebildet, je nachdem, ob sich das Gebiet in Drehrichtung 22 der Rolle 6 vor oder nach dem Bereich 24 maximaler Spaltbreite befindet. Der Mündungsbereich 12 der Bohrung 11 ist im Bereich des Unterdruckgebiets 13 angeordnet, da über den dort herrschenden Unterdruck die Versorgung des Lagerspalts 10 mit dem Schmiermedium forciert wird.
Der 1 wiederum ist zu entnehmen, dass über die vorgeschlagene Lage der Bohrung 11 zugleich die Schmierung im Bereich eines axialen Lagerspalts 15 verbessert wird, der zwischen der Rolle 6 bzw. der Lagerbuchse 8 und einer die Ausnehmung 7 begrenzenden Fläche 14 des Stößelkörpers 5 ausgebildet wird.
Das Diagramm der 3 soll die Druckverteilung im radialen Lagerspalt 10 über den Umfang (y-Achse) und die gesamte Lagerbreite (x-Achse) verdeutlichen, wenn der Umgebungsdruck p_U bei etwa 3 bar liegt.
Eine vereinfachte Darstellung des Druckverlaufs im radialen Lagerspalt 10 über den Umfang ist der 4 zu entnehmen. Die Position des Mündungsbereichs 12 der Bohrung 11 ist ebenfalls angedeutet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012223413 A1 [0002]

Claims

Rollenstößel (1) für eine Kolbenpumpe, insbesondere eine Kraftstoffhochdruckpumpe, zur Abstützung eines hubbeweglichen Pumpenkolbens (2) an einem Nocken (3) oder Exzenter einer Antriebswelle (4), umfassend einen Stößelkörper (5) und eine hohlzylinderförmige Rolle (6), die in einer stirnseitigen Ausnehmung (7) des Stößelkörpers (5) bereichsweise aufgenommen und unmittelbar oder mittelbar über eine Lagerbuchse (8) auf einem Bolzen (9) drehbar gelagert ist, so dass zwischen der Rolle (6) und dem Bolzen (9) oder zwischen der Rolle (6) und der Lagerbuchse (8) ein radialer Lagerspalt (10) ausgebildet wird, der über mindestens eine im Stößelkörper (5) ausgebildete und in die Ausnehmung (7) mündende Bohrung (11) mit einem Schmiermedium versorgbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Mündungsbereich (12) der Bohrung (11) in Überdeckung mit einem Unterdruckgebiet (13) des radialen Lagerspalts (10) angeordnet ist, das unter Belastung des Rollenstößels (1) und/oder bei auf dem Nocken (3) oder Exzenter ablaufender Rolle (6) durch einen sich in Drehrichtung der Rolle (6) aufweitenden Lagerspalt (10) definiert ist.
Rollenstößel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der radiale Lagerspalt (10) unter Belastung des Rollenstößels (1) und/oder bei auf dem Nocken (3) oder Exzenter ablaufender Rolle (6) im Querschnitt sichelförmig ist, wobei der radiale Lagerspalt (10) auf der der Antriebswelle (4) abgewandten Seite seine maximale Spaltbreite erreicht.
Rollenstößel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Bohrung (11) zur Versorgung des radialen Lagerspalts (10) mit einem Schmiermedium vom Außenumfang des Stößelkörpers (3) nach radial innen bis zu einer die Ausnehmung (7) begrenzenden Fläche (14) erstreckt, wobei vorzugsweise die Bohrung (11) radial oder schräg verläuft.
Rollenstößel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (11) im Bereich eines axialen Lagerspalts (15) in die Ausnehmung (7) mündet, der zwischen dem Stößelkörper (5) und der Rolle (6) und/oder der Lagerbuchse (7) ausgebildet wird.
Rollenstößel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (11) im Wesentlichen auf der Höhe der Drehachse (16) der Rolle (6) angeordnet ist.
Kolbenpumpe, insbesondere Kraftstoffhochdruckpumpe zur Kraftstoffversorgung eines Verbrennungsmotors, umfassend einen hubbeweglichen Pumpenkolben (2), der über einen Rollenstößel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche an einem Nocken (3) oder Exzenter einer Antriebswelle (4) abgestützt ist, wobei der Stößelkörper (5) des Rollenstößels (1) in einer Zylinderbohrung (17) eines Gehäuseteils (18) der Kolbenpumpe hubbeweglich aufgenommen ist.
Kolbenpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stößelkörper (5) in der Zylinderbohrung (17) gegen Verdrehen gesichert ist.
Kolbenpumpe nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die im Stößelkörper (5) vorgesehene Bohrung (11), die der Versorgung des radialen Lagerspalts (10) mit einem Schmiermedium dient, an eine motorinterne Druckölversorgungsleitung (19) angeschlossen ist.