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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rollenstößel für eine Kraftstoffhochdruckpumpe. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Kraftstoffhochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem eines Kraftfahrzeugs mit einem derartigen Rollenstößel.
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Eine Kraftstoffhochdruckpumpe wird in einem Kraftstoffeinspritzsystem dazu verwendet, um den Kraftstoff zu komprimieren und dadurch mit einem hohen Druck zu beaufschlagen. Der unter hohem Druck stehende Kraftstoff wird dann mittels einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung in die Brennkammer einer Brennkraftmaschine eingespritzt. Der Druck bei Benzinbrennkraftmaschinen liegt im Bereich von 120 bar bis 400 bar und bei Dieselbrennkraftmaschinen im Bereich von 1600 bar bis 2500 bar. Je höher der Kraftstoff komprimiert wird, desto geringer sind die während des Verbrennungsprozesses entstehenden Emissionen. Dies ist insbesondere vor dem Hintergrund der immer stärker gewünschten und gesetzlich geforderten Emissionsverringerung von Vorteil.
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Zur Komprimierung des Kraftstoffes saugt die Kraftstoffhochdruckpumpe den Kraftstoff über einen Anschluss, der über eine Leitung mit dem Kraftstoffbehälter verbunden ist, in einen im Pumpengehäuse ausgebildeten Hochdruckraum an. Der Hochdruckraum wird von einem translatorisch bewegbaren Pumpenkolben begrenzt, der über einen Rollenstößel angetrieben wird. Durch die translatorische Bewegung des Pumpenkolbens wird der im Hochdruckraum angesaugte Kraftstoff verdichtet. Der verdichtete Kraftstoff wird dann über einen Auslass und eine mit dem Auslass verbundene Leitung der Kraftstoffeinspritzvorrichtung zugeführt.
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Bekannte Rollenstößel umfassen ein mit dem Pumpenkolben in Kontakt befindliches Stößelgehäuse, eine Rolle und einen Rollenschuh, die in das Stößelgehäuse eingesetzt sind, wobei die Rolle mit einer in einer Bohrung im Pumpengehäuse angeordneten Nockenwelle in Verbindung steht. Durch eine Drehbewegung der Antriebswelle wird der Pumpenkolben über die Rolle, den Rollenschuh und das Stößelgehäuse in eine translatorische Bewegung versetzt.
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Bei derartigen Rollenstößelantrieben ist es wesentlich, dass die Rolle an der Schnittstelle zur Antriebswelle eine möglichst große Reibung erfährt und dass zwischen Rolle und Rollenschuh, in Radialrichtung gesehen, sowie zwischen Rolle und Stößelgehäuse, in Axialrichtung gesehen, möglichst wenig Reibung vorhanden ist. Dies ist erforderlich, um so weit wie möglich Schlupf zu limitieren.
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Die bekannten Rollenstößel sind dabei aus Einzelteilen gebildet, nämlich dem Stößelgehäuse, dem Rollenschuh und der Rolle, die beim Zusammenbau lose ineinandergelegt werden. Ein derartiger Rollenstößel ist aus
DE 10 2010 026 361 A1 bekannt. Hierzu wird das Stößelgehäuse an seinem Innenmantel von einem Brückenstück durchragt, welches an einer der Antriebswelle zugeordneten Seite eine schalenartige Aussparung aufweist, in die ein Rollenschuh eingelegt ist. In den Rollenschuh ist ferner eine Rolle eingelegt und gelagert. Nachteilig hierbei ist, dass durch das lose Ineinanderlegen der Einzelteile eine große Relativbewegung zwischen Rolle und Schuh sowie Rolle und Stößel vorhanden ist, weshalb der aus dem Stand der Technik bekannte Rollenstößel eine große Reibung und einen großen Schlupf aufweist.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Rollenstößel und eine Kraftstoffhochdruckpumpe vorzuschlagen, die eine geringe Reibung sowie einen geringen Schlupf aufweisen.
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Diese Aufgabe wird mit einem Rollenstößel mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie einer Kraftstoffhochdruckpumpe mit den Merkmalen des Anspruches 11 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen des Rollenstößels sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Ein Rollenstößel für eine Kraftstoffhochdruckpumpe weist ein Stößelgehäuse, einen Rollenschuh und eine den Rollenschuh kontaktierende Rolle auf, wobei der Rollenschuh an zwei Kontaktzonen zu dem Stößelgehäuse durch eine Presspassung und/oder Übergangspassung in dem Stößelgehäuse fixiert ist. Hierdurch wird eine Einschränkung der axialen und radialen Relativbewegung zwischen Schuh und Stößelgehäuse erzielt. Ferner wird eine Linienanlage zwischen Rolle und Antriebswelle sichergestellt und gleichzeitig der Schlupf reduziert. Infolge des fixierten Rollenschuhs wird eine einfache Montage realisiert und dadurch eine kostengünstige Fertigung gewährleistet. Vorteilhaft ist die Presspassung und/oder Übergangspassung als formschlüssige Presspassung und/oder Übergangspassung ausgebildet. Bevorzugt sind die beiden Kontaktzonen derart ausgebildet, dass die Presspassung und/oder Übergangspassung nur in einem eng begrenzten Bereich zweier kurzer Schlüsselflächen erfolgt.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Presspassung und/oder Übergangspassung durch einen umformtechnisch kalibrierten Bereich am Stößelgehäuse gebildet. Dadurch wird eine kostengünstige Realisierung und/oder Fertigung der entsprechenden Schnittstellen verwirklicht. Zudem ist eine geringe Verformung der sensitiven Bauteile, nämlich Rollenschuh und Stößelgehäuse, in einem geometrisch eng begrenzten Bereich erforderlich. Der umformtechnisch kalibrierte Bereich am Stößelgehäuse bildet die beiden Kontaktzonen zum Rollenschuh aus, wobei der umformtechnisch kalibrierte Bereich derart dimensioniert ist, dass der Rollenschuh durch eine Presspassung und/oder Übergangspassung in dem umformtechnisch kalibrierten Bereich fixiert ist.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Stößelgehäuse zwei radial einwärts ragende Vorsprünge auf, wobei ein Abschnitt des Rollenschuhs durch die Presspassung und/oder Übergangspassung zwischen den Vorsprüngen fixiert ist. Dadurch erfolgt die Presspassung und/oder Übergangspassung nur in einem eng begrenzten Bereich zweier kurzer Schlüsselflächen. Die Vorsprünge ragen bevorzugt von einer Innenwandung des Stößelgehäuses ab. Die Vorsprünge können materialeinheitlich mit dem Stößelgehäuse verbunden sein. Darüber hinaus können die Vorsprünge die Einfassung und/oder Umrandung einer in das Stößelgehäuse eingebrachten Vertiefung bilden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Rollenschuh Ausnehmungen auf, in die die Vorsprünge eingreifen. Dadurch wird eine ausreichend feste Fixierung des Rollenschuhs in dem Stößelgehäuse erzielt. Bevorzugt greifen die Vorsprünge formschlüssig in die Ausnehmungen ein.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Ausnehmungen in Stirnflächen des Rollenschuhs eingebracht. Dadurch ist der Rollenschuh nur zwischen seinen Stirnflächen durch die Presspassung und/oder Übergangspassung in dem Stößelgehäuse fixiert, so dass der Bereich der Presspassung und/oder Übergangspassung besonders klein gehalten werden kann.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Ausnehmungen kreissegmentförmig ausgebildet. Derartige Ausnehmungen lassen sich kostengünstig in den Rollenschuh einbringen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Rollenschuh im Querschnitt schalenförmig ausgebildet. Dadurch kann die radiale Relativbewegung zwischen Rolle und Rollenschuh reduziert werden. Bevorzugt ist der Rollenschuh in Anpassung an die Rolle teilbuchsenförmig ausgebildet.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Stößelgehäuse von einer Trennwand in einen antriebsseitigen Abschnitt und einen abtriebsseitigen Abschnitt unterteilt, wobei auf Seiten des antriebsseitigen Abschnitts eine Vertiefung in die Trennwand eingebracht ist, in die ein Abschnitt des Rollenschuhs eingesetzt ist. Durch die Anlage des Rollenschuhs an der Trennwand wird eine möglichst große Schnittstelle zu dem Stößelgehäuse geschaffen, so dass eine gleichmäßige Kraftübertragung der translatorischen Bewegung von der Antriebswelle auf das Stößelgehäuse und den Pumpenkolben erfolgt. Bevorzugt ist die in die Trennwand eingebrachte Vertiefung durch einen umformtechnisch kalibrierten Bereich am Stößelgehäuse gebildet. Die Umrandung und/oder Einfassung der Vertiefung greift in die in die Stirnflächen des Rollenschuhs eingebrachten Ausnehmungen formschlüssig ein und bildet so einen begrenzten Bereich zweier kurzer Kontaktzonen, in denen die Presspassung und/oder Übergangspassung erfolgt. Der Pumpenkolben ist unter Anlage an der Trennwand in den antriebsseitigen Abschnitt des Stößelgehäuses eingesetzt und formschlüssig, kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig mit selbigem verbunden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Vertiefung eine sphärische Kontur auf, in der ein dazu korrespondierender sphärisch gekrümmter Mantelflächenabschnitt des Rollenschuhs einliegt. Dadurch wird eine großflächige Schnittstelle zwischen dem Rollenschuh und dem Stößelgehäuse geschaffen. Bevorzugt ist der sphärische Mantelflächenabschnitt zwischen den in den Stirnflächen des Rollenschuhs eingebrachten Ausnehmungen ausgebildet.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Rollenschuh eine sphärische Einformung auf, in der die Rolle drehbar gelagert ist. Dadurch ist der Rollenschuh an die Rollenkrümmung angepasst, so dass die Relativbewegung zwischen Rollenschuh und Rolle reduziert ist. Bevorzugt ist der Rollenschuh teilbuchsenförmig ausgebildet und nimmt die Rolle zumindest teilweise auf.
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Eine Kraftstoffhochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem eines Kraftfahrzeugs weist einen zuvor beschriebenen Rollenstößel auf. Durch die Fixierung des Rollenschuhs in dem Stößelgehäuse durch eine Presspassung und/oder Übergangspassung in einem eng begrenzten Bereich zweier kurzer Kontaktzonen kann die axiale und/oder radiale Relativbewegung zwischen Rollenschuh und Stößel eingeschränkt werden. Dadurch wird eine Linienanlage zwischen Rollenschuh und Antriebswelle sichergestellt und somit der Schlupf reduziert. Bevorzugt erfolgt die Umsetzung der Presspassung und/oder Übergangspassung über einen umformtechnisch kalibrierten Bereich am Stößelgehäuse. Zudem wird die Montage aufgrund des fixierten Rollenschuhs vereinfacht.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen des Rollenstößels und der Kraftstoffhochdruckpumpe werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:
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1 einen Vertikalschnitt durch eine Kraftstoffhochdruckpumpe in einer Ebene senkrecht zur Antriebswelle;
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2 einen Vertikalschnitt durch die Kraftstoffhochdruckpumpe entlang der Linie II-II in 1; und
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3 eine vergrößerte perspektivische Darstellung eines Rollenschuhs.
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In den 1 und 2 ist eine Kraftstoffhochdruckpumpe 10 für ein Kraftstoffeinspritzsystem eines Kraftfahrzeugs gezeigt.
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Die Kraftstoffhochdruckpumpe 10 weist ein Pumpengehäuse 12 auf, in das eine Bohrung 14 eingebracht ist, in der eine Antriebswelle 16 drehbar gelagert ist. Die Antriebswelle 16 ist als eine Nockenwelle ausgebildet und weist einen Antriebsnocken 18 auf.
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An den Antriebsnocken 18 schließt sich senkrecht dazu eine zweite Bohrung 20 an, in die ein Rollenstößel 22 eingesetzt ist und die endseitig durch einen Zylinderkopf 24 verschlossen ist. Der Rollenstößel 22 ist mit einem in der zweiten Bohrung 22 eingebrachten Pumpenkolben 52 in Kontakt, wobei der Rollenstößel 22 eine Drehbewegung der Antriebswelle 16 in eine translatorische Bewegung umwandelt und den Pumpenkolben 52 gegen die Federkraft einer zwischen dem Rollenstößel 22 und dem Zylinderkopf 24 angeordneten Druckfeder 54 nach oben bewegt. Der Pumpenkolben 52 verdichtet dabei ein in dem Hochdruckraum 54 des Zylinderkopfs 24 befindliches Fluid, insbesondere einen Kraftstoff. Im Anschluss daran drückt die Druckfeder 54 den Pumpenkolben 52 wieder nach unten.
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Wie in den 1 und 2 ersichtlich ist, weist der Rollenstößel 22 ein Stößelgehäuse 26, einen Rollenschuh 28 und eine Rolle 30 auf, die in das Stößelgehäuse 26 eingesetzt sind.
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Das Stößelgehäuse 26 ist näherungsweise hohlzylinderförmig ausgebildet und wird von einer Trennwand 32 in einen antriebsseitigen Abschnitt 34 und einen abtriebsseitigen Abschnitt 36 unterteilt. Auf Seiten des antriebsseitigen Abschnitts 34 weist die Trennwand 32 eine Vertiefung 38 mit einer im Querschnitt näherungsweise sphärischen Kontur auf, in der ein sphärisch gekrümmter Mantelflächenabschnitt 40 des Rollenschuhs 28 einliegt.
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Der Rollenschuh 28 ist in dem Stößelgehäuse 26, insbesondere in der Vertiefung 38, an zwei Kontaktzonen 42a, 42b zu dem Stößelgehäuse 26 durch eine Presspassung und/oder Übergangspassung fixiert. Wie insbesondere in den 2 und 3 ersichtlich ist, weist der Rollenschuh 28 an seinen Stirnflächen 44a, 44b Ausnehmungen 46a, 46b auf, in die eine Einfassung oder Umrandung 48 der Vertiefung 38 formschlüssig eingreift, wobei die Presspassung und/oder Übergangspassung zwischen der Umrandung 48 und den Ausnehmungen 46a, 46b erfolgt. Da beide Kontaktzonen 42a, 42b kurz sind, erfolgt die Presspassung und/oder Übergangspassung nur in einem eng begrenzten Bereich.
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Wie insbesondere in den 1 und 3 ersichtlich ist, ist der Rollenschuh 28 schalenförmig, insbesondere teilbuchsenförmig, ausgebildet, wobei die Rolle 30 in einer in den Rollenschuh 28 eingebrachten sphärischen Einformung 50 drehbar gelagert ist. Die Rolle 30 steht zudem in Kontakt mit dem Antriebsnocken 18. Ferner ist in eine Mantelfläche des Rollenschuhs 28 eine Aussparung 58 eingebracht.
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Da der Rollenschuh 28 unter Ausbildung zweier kurzflächiger Kontaktzonen 42a, 42b mittels einer Presspassung und/oder Übergangspassung in dem Stößelgehäuse 26 fixiert ist, wird die axiale und/oder radiale Relativbewegung zwischen dem Rollenschuh 28 und dem Stößel reduziert. Dadurch wird eine Linienanlage zwischen der Rolle 30 und dem Antriebsnocken 28 sichergestellt und somit der Schlupf reduziert. Die Umsetzung der Presspassung und/oder Übergangspassung erfolgt durch einen umformtechnisch kalibrierten Bereich am Stößelgehäuse 26. Vorliegend ist der umformtechnisch kalibrierte Bereich durch eine in die Trennwand 32 eingebrachte Vertiefung 38 ausgebildet. Dadurch lässt sich eine kostengünstige Realisierung und/oder Fertigung der Schnittstellen und zudem eine geringe Verformung der sensitiven Bauteile Rollenschuh 28 und Stößelgehäuse 26 in einem geometrisch eng begrenzten Bereich erreichen. Der umformtechnisch kalibrierte Bereich kann auch durch zwei von einer Innenwandung des Stößelgehäuses 26 radial einwärts abragende Vorsprünge gebildet sein. Zudem ist die Montage aufgrund des fixierten Rollenschuhs 28 vereinfacht.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kraftstoffhochdruckpumpe
- 12
- Pumpengehäuse
- 14
- erste Bohrung
- 16
- Antriebswelle
- 18
- Antriebsnocken
- 20
- zweite Bohrung
- 22
- Rollenstößel
- 24
- Zylinderkopf
- 26
- Stößelgehäuse
- 28
- Rollenschuh
- 30
- Rolle
- 32
- Trennwand
- 34
- antriebsseitiger Abschnitt
- 36
- abtriebsseitiger Abschnitt
- 38
- Vertiefung
- 40
- Mantelflächenabschnitt
- 42a
- Kontaktzone
- 42b
- Kontaktzone
- 44a
- Stirnfläche
- 44b
- Stirnfläche
- 46a
- Ausnehmung
- 46b
- Ausnehmung
- 48
- Umrandung
- 50
- sphärische Einformung
- 52
- Pumpenkolben
- 54
- Druckfeder
- 56
- Hochdruckraum
- 58
- Aussparung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010026361 A1 [0006]
