DE102017129430A1

DE102017129430A1 - Stößel einer Kraftstoffhochdruckpumpe oder eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102017129430A1
Application number: DE102017129430.9A
Authority: DE
Inventors: Thomas Hußenether; Norbert Geyer
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2017-12-11
Filing date: 2017-12-11
Publication date: 2019-06-13

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stößel (1) einer Kraftstoffhochdruckpumpe oder eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine, der ein Gehäuse (2) aufweist, in dem ein Bolzen (3) mit einer Zentralachse (a) angeordnet ist, wobei auf dem Bolzen (3) eine Rolle (4) gelagert ist. Um eine verschleißbeständige und dennoch kostengünstige Ausgestaltung zu erreichen, sieht die Erfindung vor, dass zwischen dem Bolzen (3) und der Rolle (4) eine Gleitlagerung ausgebildet ist, wobei der Bolzen (3) über einen Teil seines sich um die Zentralachse (a) herum erstreckenden Umfangs mit einer verschleißbeständigen Beschichtung versehen ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Stößel einer Kraftstoffhochdruckpumpe oder eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine, der ein Gehäuse aufweist, in dem ein Bolzen mit einer Zentralachse angeordnet ist, wobei auf dem Bolzen eine Rolle gelagert ist.
Hintergrund der Erfindung
Ein Stößel dieser Art ist in der DE 10 2009 013 130 A1 offenbart. Der Bolzen ist im Gehäuse gelagert und trägt ein Nadellager, über welches die Rolle drehbar auf dem Bolzen gelagert ist. Bei der Umwandlung der Drehbewegung der Antriebswelle (z. B. der Nockenwelle) mittels eines einfach- oder mehrhübigen Nockens in die translatorische Bewegung eines Pumpenkolbens wird der Hauptteil der Kraft durch den Rollenstößel übertragen. Durch die stetig steigenden Anforderungen an den Rollenstößel infolge höherer Einspritzdrücke, die durch die Hochdruckpumpe zu erzeugen sind, ergeben sich steigende Beanspruchungen auf das Lager der Rolle. Diese Beanspruchungen können unter den gegebenen Bauraumbedingungen nicht mehr durch Wälzlager aufgenommen werden, weshalb in diesem Falle gleitgelagerte Rollenstößel zum Einsatz kommen.
Durch stetig steigende Lasten und Drehzahlen ist also der Einsatz von wälzgelagerten Stößel problematisch, da sich Wälzlager (Nadellager) hierbei nicht mehr als geeignet erweisen.
Die DE 10 2009 056 303 A1 offenbart einen solchen gattungsgemäßen Stößel, bei dem die Rolle mittels einer Gleitlagerung gelagert ist. Hierzu ist ein schalenförmiges Element, welches als Lagerschale dient, im Gehäuse angeordnet, über welches die Rolle drehbar gelagert ist.
Dabei ist es allerdings erforderlich, dafür Sorge zu tragen, dass auf der einen Seite eine hinreichende Verschleißfestigkeit besteht und auf der anderen Seite die Kosten für die Realisierung der Gleitlagerung nicht übermäßig werden.
Bekannt ist es, Oberflächen durch entsprechende verschleißbeständige Beschichtungen haltbar zu machen, allerdings geht dies in der Regel mit einem entsprechenden Kostenaufwand einher, der insbesondere im Falle der gattungsgemäßen Stößel nicht immer gerechtfertigt werden kann.
Aufgabe der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Stößel bereitzustellen, der sich durch hohe Verschleißbeständigkeit auszeichnet und der dennoch kostengünstig hergestellt werden kann.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Bolzen und der Rolle eine Gleitlagerung ausgebildet ist, wobei der Bolzen über einen Teil seines sich um die Zentralachse herum erstreckenden Umfangs mit einer verschleißbeständigen Beschichtung versehen ist.
Der Bolzen weist dabei bevorzugt zumindest über 80 % seiner axialen Erstreckung eine zylindrische Form auf.
Bevorzugt erstreckt sich der Bereich, der mit der verschleißbeständigen Beschichtung versehen ist, über einen Umfangswinkel zwischen 45° und 180°; besonders bevorzugt ist ein Umfangswinkel zwischen 60° und 120°.
Die verschleißbeständige Beschichtung erstreckt sich bevorzugt über mindestens 80 % der axialen Länge des Bolzens.
Die verschleißbeständige Beschichtung kann nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung aus einer amorphen Kohlenstoffschicht (DLC - Diamond Like Carbon) bestehen. Hierbei handelt es sich um eine dünne Kohlenstoffschicht, die als solche im Stand der Technik bekannt ist und auf die daher an dieser Stelle nicht näher eingegangen werden muss. Natürlich kommen auch andere Arten verschleißbeständiger Beschichtungen in Betracht.
Der Bolzen ist bevorzugt mit einer Verdrehsicherung versehen, die eine Drehung um die Zentralachse relativ zum Gehäuse verhindert. Dadurch wird sichergestellt, dass der beschichtete Bereich des Bolzens in der richtigen Lage im Gehäuse angeordnet ist, um seine Funktion erfüllen zu können.
Die Verdrehsicherung kann durch eine zur Zentralachse asymmetrische Profilierung gebildet sein, die in zumindest ein axiales Ende des Bolzens eingearbeitet ist und die in einer korrespondierenden Ausnehmung im Gehäuse angeordnet ist. Die asymmetrische Profilierung im Bolzen wird dabei bevorzugt durch eine Abfräsung gebildet. Die asymmetrische Profilierung ist dabei bevorzugt in beiden axialen Enden des Bolzens eingearbeitet.
Durch die vorgeschlagene Beschichtung kann die Adhäsionsneigung und die Reibung im Gleitkontakt reduziert werden, wenn der Bolzen, auf dem die Rolle gleitgelagert ist, wie beschrieben beschichtet wird.
Durch die Beschichtung nur über einen Abschnitt des Umfangs des Bolzens wird der Vorteil erzielt, dass die Beschichtung in sehr viel kürzerer Zeit erfolgen kann, als dies bei einer vollumfänglichen Beschichtung der Fall wäre. Hierdurch können die Kosten wesentlich reduziert werden, die bei der Beschichtung anfallen.
Die Beschichtung ist erfindungsgemäß nur in dem belasteten Teil der Mantelfläche des Bolzens vorgesehen. Somit wird eine kosten- und funktionsoptimierte Lösung für die Beschichtung des Gleitlagerbolzens bereitgestellt.
Bei DLC-Beschichtungen werden die zu beschichteten Flächen rotationssymmetrischer Bauteile in einem um drei Achsen rotierenden Beschichtungswerkzeug beschichtet, so dass jeder Punkt der Mantelfläche während des Prozesses senkrecht zu dem Target ausgerichtet ist und somit ein homogener Schichtaufbau auf der gesamten Mantelfläche entsteht. Durch das erfindungsgemäß gerichtete Einbauen des Bolzens wird jedoch ein homogener Schichtaufbau auf nur einem Teil der Mantelfläche erzeugt, wodurch eine senkrechte Ausrichtung des Bolzens nur für einen Teilbereich der Mantelfläche notwendig ist. Hierdurch kann das Beschichten in einem lediglich um zwei Achsen rotierenden Beschichtungswerkzeug ausgeführt werden, wodurch die Prozesslaufzeiten und damit verbundenen Kosten reduziert werden können.
Bevorzugt ist demgemäß in einem der axialen Endbereiche eine unsymmetrische Gestaltung des Bolzens vorgesehen, wodurch dieser präzise ausgerichtet bereits in das Beschichtungswerkzeug eingebaut werden kann; ferner ist hierdurch eine präzise Ausrichtung im Gehäuse möglich, um sicherzustellen, dass die nur segmentierte Beschichtung in der richtigen Lage im Gehäuse angeordnet ist. Besagter unsymmetrischer Bereich kann gegebenenfalls auch nur auf die untere Hälfte des Bolzens beschränkt sein.
Durch den verdrehgesicherten Einbau des Bolzens in das Gehäuse befindet sich also lediglich ein Teil der Mantelfläche des Bolzens während einer Überrollung des Nockens in der Lastzone. Die für den Gleitkontakt funktionsrelevante Beschichtung wird in der Folge auf den belasteten Teil der Bolzenmantelfläche beschränkt.
Figurenliste
In den Figuren ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

1 in der Vorderansicht, in der Seitenansicht, in der Draufsicht sowie in perspektivischer Darstellung einen Stößel einer Kraftstoffhochdruckpumpe im montierten Zustand,
2 in geschnittener Vorderansicht, in geschnittener Seitenansicht sowie in Explosionsdarstellung den Stößel gemäß 1 und
3 in der Vorderansicht, in der Seitenansicht, in der Draufsicht sowie in perspektivischer Darstellung den Bolzen des Stößels.

Ausführliche Beschreibung der Figuren
In den 1 und 2 ist in verschiedenen Ansichten und Darstellungen ein Stößel 1 zu sehen, der Bestandteil einer Kraftstoffhochdruckpumpe eines Kraftfahrzeugs ist. Der Stößel 1 hat ein Gehäuse 2, in dem eine Rolle 4 drehbar gelagert ist. Die Lagerung der Rolle 4 erfolgt durch einen Bolzen 3, der eine Zentralachse a aufweist, die senkrecht zur Längsrichtung des Gehäuses 2 steht. Unterhalb der Rolle 4 ist ein Brükkenstück 8 angeordnet.
Eine solche Konzeption eines Stößel ist im Stand der Technik als solches bekannt, wozu ausdrücklich auf die oben bereits genannten Dokumente DE 10 2009 013 130 A1 und DE 10 2009 056 303 A1 Bezug genommen wird, wo Einzelheiten hierzu beschrieben sind.
Im vorliegenden Falle wesentlich ist eine Gleitlagerung, die zwischen dem Bolzen 3 und der Rolle 4 ausgebildet ist. Dabei ist vorgesehen, dass der Bolzen 3 nur über einen Teil seines sich um die Zentralachse a herum erstreckenden Umfangs mit einer verschleißbeständigen Beschichtung versehen ist. Hierzu wird auf 3 Bezug genommen.
In der linken oberen Darstellung ist ein Umfangswinkel α dargestellt, der einen Winkelbereich markiert, über den der Bolzen 3 mit einer Hartstoff-Beschichtung versehen ist, beispielsweise mit einer DLC- Beschichtung; ansonsten ist der Umfang des Bolzens 3 nicht beschichtet. Der Winkel α erstreckt sich hier über etwa 90° und macht demgemäß das oben liegende Viertel des Umfangs des Bolzens 3 resistent gegen Verschleiß.
Dabei ist dafür Sorge getragen, dass der obere, beschichtete Bereich des Bolzens 3 auch im montierten Zustand oben liegt und so für die Rolle 4 einen verschleißbeständigen Anlauf bietet.
Damit dies sichergestellt ist, ist eine Verdrehsicherung 5 vorgesehen, die aus einer Profilierung 6 besteht, die in den Bolzen 3 eingearbeitet ist, sowie aus einer kongruent geformten Ausnehmung 7 im Gehäuse 2 (siehe hierzu die Explosionsdarstellung gemäß 2).
Konkret weist der Bolzen 3 in seinen beiden axialen Endbereichen Abfräsungen auf, wie sie am besten aus 3 und hier in der perspektivischen Darstellung des Bolzens ersichtlich sind. Die Ausnehmung 7 im Gehäuse ist hierzu passend ausgebildet, so dass der Bolzen 3 ins Gehäuse 2 nur in der gewünschten, richtigen Position eingesetzt werden kann und dann gegen Verdrehung gesichert ist.
Als Beschichtung für den Bolzen 3 kommen generell verschiedenartige Materialien bzw. Maßnahmen infrage, wobei eine bevorzugte Ausgestaltung die bereits beschriebene DLC-Beschichtung ist, die ein sehr hohes Maß an Verschleißbeständigkeit aufweist.
Die Rolle 4 kontaktiert bei entsprechender Belastung beispielsweise durch einen Nocken den Bolzen 3 im wesentlichen immer nur im beschichteten Bereich, so dass eine dauerhafte Verschleißbeständigkeit sichergestellt ist.
Bezugszeichenliste

1: Stößel
2: Gehäuse
3: Bolzen
4: Rolle
5: Verdrehsicherung
6: Profilierung
7: Ausnehmung
8: Brückenstück
a: Zentralachse
α: Umfangswinkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102009013130 A1 [0002, 0023]
DE 102009056303 A1 [0004, 0023]

Claims

Stößel (1) einer Kraftstoffhochdruckpumpe oder eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine, der ein Gehäuse (2) aufweist, in dem ein Bolzen (3) mit einer Zentralachse (a) angeordnet ist, wobei auf dem Bolzen (3) eine Rolle (4) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Bolzen (3) und der Rolle (4) eine Gleitlagerung ausgebildet ist, wobei der Bolzen (3) über einen Teil seines sich um die Zentralachse (a) herum erstreckenden Umfangs mit einer verschleißbeständigen Beschichtung versehen ist.
Stößel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bolzen (3) zumindest über 80 % seiner axialen Erstreckung eine zylindrische Form aufweist.
Stößel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Bereich, der mit der verschleißbeständigen Beschichtung versehen ist, über einen Umfangswinkel (α) zwischen 45° und 180° erstreckt.
Stößel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Bereich, der mit der verschleißbeständigen Beschichtung versehen ist, über einen Umfangswinkel (α) zwischen 60° und 120° erstreckt.
Stößel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die verschleißbeständige Beschichtung über mindestens 80 % der axialen Länge des Bolzens (3) erstreckt.
Stößel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die verschleißbeständige Beschichtung aus einer amorphen Kohlenstoffschicht (DLC) besteht.
Stößel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Bolzen (3) mit einer Verdrehsicherung (5) versehen ist, die eine Drehung des Bolzens (3) um die Zentralachse (a) relativ zum Gehäuse (2) verhindert.
Stößel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehsicherung (5) durch eine zur Zentralachse (a) asymmetrische Profilierung (6) gebildet ist, die in zumindest ein axiales Ende des Bolzens (3) eingearbeitet ist und die in einer korrespondierenden Ausnehmung (7) im Gehäuse (2) angeordnet ist.
Stößel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die asymmetrische Profilierung (6) im Bolzen (3) durch eine Abfräsung gebildet ist.
Stößel nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die asymmetrische Profilierung (6) in beiden axialen Enden des Bolzens (3) eingearbeitet ist.