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Die Erfindung betrifft eine Stößelbaugruppe für eine Radialkolbenpumpe, insbesondere für eine Kraftstoffhochdruckpumpe, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die angegebene Stößelbaugruppe dient der Abstützung eines Pumpenkolbens der Radialkolbenpumpe an einem Nocken einer Antriebswelle.
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Ferner betrifft die Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe, insbesondere eine Kraftstoffhochdruckpumpe, mit einer solchen Stößelbaugruppe.
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Stand der Technik
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2006 045 933 A1 ist eine Stößelbaugruppe für eine Hochdruckpumpe bekannt, die einen hohlzylinderförmigen Stößelkörper aufweist, in den in Richtung einer Längsachse des Stößelkörpers ein Rollenschuh eingefügt ist, wobei im Rollenschuh eine Rolle drehbar gelagert ist. Um die Drehachse der Rolle parallel zur Drehachse einer Antriebswelle auszurichten, an welcher die Stößelbaugruppe abgestützt ist, ist der Rollenschuh in der Weise im Stößelkörper aufgenommen, dass er in definiertem Ausmaß eine Kippbewegung ausführen kann. Durch paralleles Ausrichten der Drehachse der Rolle in Bezug auf die Drehachse der Antriebswelle sollen Kantenträger vermieden werden, die zu einem erhöhten Verschleiß im Bereich der Lauffläche der Rolle führen. Alternativ zu einem kippbeweglichen Rollenschuh wird ein kippbeweglicher Stößelkörper vorgeschlagen, der hierzu in einer Bohrung eines Pumpengehäuseteils der Hochdruckpumpe in der Weise aufgenommen ist, dass das Spiel in Richtung der Drehachse der Rolle größer als in der Richtung senkrecht zur Drehachse der Rolle ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stößelbaugruppe für eine Radialkolbenpumpe, insbesondere für eine Kraftstoffhochdruckpumpe, mit einer Laufrolle anzugeben, die ein verbessertes Anlaufverhalten aufweist. Auf diese Weise soll der Verschleiß weiter gemindert und die Robustheit der Radialkolbenpumpe gesteigert werden.
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Zur Lösung der Aufgabe werden die Stößelbaugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie die Radialkolbenpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 8 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.
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Offenbarung der Erfindung
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Zur Abstützung eines hubbeweglichen Pumpenkolbens einer Radialkolbenpumpe, insbesondere einer Kraftstoffhochdruckpumpe, an einem Nocken einer Antriebswelle wird eine Stößelbaugruppe vorgeschlagen, die einen zumindest abschnittsweise hohlzylinderförmig ausgeführten Stößelkörper mit einer Längsachse AL, eine im Stößelkörper zumindest abschnittsweise aufgenommene und um eine Drehachse AD drehbar gelagerte Laufrolle sowie eine Feder umfasst. Die Feder dient der Vorspannung der Stößelbaugruppe in Richtung des Nockens, so dass die Laufrolle in Reibkontakt mit dem Nocken gelangt. Erfindungsgemäß erzeugt die Vorspannkraft der Feder zugleich ein auf den Stößelkörper wirkendes Kippmoment.
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Das Kippmoment führt zu einer Kippbewegung des Stößelkörpers, so dass der Stößelkörper eine Kipplage einnimmt oder eine bereits eingenommene Kipplage des Stößelkörpers ausgeglichen wird. Ferner kann über eine gezielt herbeigeführte Kipplage des Stößelkörpers der Reibkontakt der Laufrolle mit dem Nocken verbessert werden, so dass das Anlaufverhalten verbessert wird. Das unmittelbare Anlaufen der Laufrolle im Startfall stellt wiederum eine Grundvoraussetzung für einen verschleißarmen Betrieb dar, so dass zugleich die Robustheit der Radialkolbenpumpe steigt.
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In Abhängigkeit von der jeweiligen Position der Laufrolle in Bezug auf den Nocken, wirken beim Anlaufen unterschiedliche Kräfte auf die Laufrolle. Zu unterscheiden ist insbesondere, ob sich die Laufrolle beim Anlaufen an einem Anstieg oder einem Abstieg des Nockens befindet. An einem Abstieg wird das Anlaufen der Laufrolle aufgrund der kinematischen Gegebenheiten begünstigt, an einem Anstieg dagegen erschwert. Zudem führen die beim Anlaufen auf die Laufrolle wirkenden Kräfte zu einer Kippbewegung des Stößelkörpers. Bei der erfindungsgemäßen Stößelbaugruppe kann mittels der Feder dieser Kippbewegung des Stößelkörpers entgegengewirkt werden, da diese nicht nur der Vorspannung der Stößelbaugruppe in Richtung des Nockens, sondern ferner der Erzeugung eines auf den Stößelkörper wirkenden Kippmoments dient.
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Bevorzugt ist mittels der Feder ein Kippmoment erzeugbar, das eine Kippbewegung des Stößelkörpers um eine Drehachse bewirkt, die parallel zur Drehachse AD der Laufrolle verläuft. Auf diese Weise bleibt die Laufrolle in Bezug auf eine am Nocken ausgebildete Lauffläche optimal ausgerichtet und Kantenträger werden vermieden.
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Des Weiteren bevorzugt ist mittels der Feder ein Kippmoment erzeugbar, das eine Kippbewegung bzw. Drehung des Stößelkörpers entgegen der Drehrichtung der Laufrolle bewirkt. Auf diese Weise kann einer Kipplage des Stößelkörpers entgegengewirkt werden, die der Stößelkörper beim Anlaufen der Laufrolle im Bereich eines Anstiegs des Nockens einnimmt.
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Um neben der Vorspannung des Stößelkörpers zugleich ein auf den Stößelkörper einwirkendes Kippmoment zu erzeugen, ist bzw. sind gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Feder und/oder die Laufrolle exzentrisch in Bezug auf die Längsachse AL der Stößelbaugruppe angeordnet. Das heißt, dass eine herkömmliche Feder, beispielsweise eine herkömmliche Schraubendruckfeder, als Feder verwendet werden kann, deren Federkraft jedoch außermittig auf den Stößelkörper bzw. auf die Laufrolle einwirkt. Dies wird dadurch erreicht, dass die Feder und/oder die Laufrolle exzentrisch in Bezug auf die Längsachse AL der Stößelbaugruppe angeordnet ist bzw. sind.
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Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass die Feder als Schraubendruckfeder ausgeführt und an einer Aufstandsfläche abgestützt ist, die gegenüber einer Senkrechten zur Längsachse AL geneigt ist, so dass die Feder einseitig stärker vorgespannt bzw. vorspannbar ist. Über die einseitig stärkere Vorspannung der Feder wird ebenfalls eine außermittige bzw. über den Umfang ungleichmäßig verteilte Krafteinleitung in den Stößelkörper erreicht, die das gewünschte Kippmoment erzeugt.
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Darüber hinaus kann eine als Schraubendruckfeder ausgeführte Feder eingesetzt werden, die variierende Windungsabstände aufweist, so dass die Feder einseitig stärker vorgespannt bzw. vorspannbar ist. Am Stößelkörper müssen in diesem Fall keine Veränderungen vorgenommen werden, was die Herstellung der Stößelbaugruppe vereinfacht.
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Bevorzugt ist die Feder unmittelbar oder mittelbar über einen Federteller am Stößelkörper abgestützt. Zur Abstützung der Feder unmittelbar am Stößelkörper, reicht die Ausbildung eines Ringbunds in einem Innenumfangsbereich des Stößelkörpers. Sofern ein Federteller zur Abstützung der Feder vorgesehen ist, kann auch dieser am Ringbund abgestützt sein. Der Federteller besitzt den Vorteil, dass er in einfacher Weise eine Verbindung der Stößelbaugruppe mit einem Pumpenkolben der Radialkolbenpumpe ermöglicht. Beispielsweise kann der Federteller derart auf den Pumpenkolben aufgeschoben werden, dass er einen Kolbenfuß des Pumpenkolbens hintergreift.
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Die ferner vorgeschlagene Radialkolbenpumpe, wobei es sich insbesondere um eine Kraftstoffhochdruckpumpe handeln kann, weist eine Stößelbaugruppe zur Abstützung eines hubbeweglichen Pumpenkolbens der Radialkolbenpumpe an einem Nocken einer Antriebswelle auf. Die Stößelbaugruppe umfasst einen zumindest abschnittsweise hohlzylinderförmig ausgeführten Stößelkörper mit einer Längsachse AL, eine im Stößelkörper zumindest abschnittsweise aufgenommene und um eine Drehachse AD drehbar gelagerte Laufrolle sowie eine Feder, mittels welcher die Stößelbaugruppe in Richtung des Nockens vorspannbar ist, so dass die Laufrolle in Reibkontakt mit dem Nocken gelangt. Erfindungsgemäß erzeugt die Vorspannkraft der Feder zugleich ein auf den Stößelkörper wirkendes Kippmoment. Durch das Kippmoment kann das Anlaufverhalten der Laufrolle verbessert werden, so dass der Verschleiß im Bereich des Reibkontakts der Laufrolle mit dem Nocken gemindert wird. Die vorgeschlagene Radialkolbenpumpe weist demnach eine gesteigerte Robustheit auf.
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Die Radialkolbenpumpe weist bevorzugt ein Pumpengehäuse mit einer Führungsbohrung auf, in der die Stößelbaugruppe hin und her beweglich aufgenommen ist. Über die Führungsbohrung wird eine Führung des Stößelkörpers und damit der Stößelbaugruppe bewirkt.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass das Pumpengehäuse eine Aufstandsfläche für die Feder aufweist, die vorzugsweise gegenüber einer Senkrechten zur Längsachse AL des Stößelkörpers geneigt ist, so dass die Feder einseitig stärker vorgespannt ist. Die ungleichmäßige Vorspannung der Feder zur Erzeugung eines auf den Stößelkörper wirkenden Kippmoments kann demnach auch über eine schräg verlaufende Federaufstandsfläche am Pumpengehäuse bewirkt werden, so dass die Stößelbaugruppe selbst nicht modifiziert werden muss. Ein verbessertes Anlaufverhalten der Laufrolle der Stößelbaugruppe kann demzufolge allein dadurch bewirkt werden, dass das Pumpengehäuse der Radialkolbenpumpe modifiziert wird.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
- 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Stößelbaugruppe gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform,
- 2 einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Stößelbaugruppe gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform,
- 3 einen schematischen Längsschnitt durch eine Feder einer erfindungsgemäßen Stößelbaugruppe gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform,
- 4 jeweils einen schematischen Längsschnitt durch eine aus dem Stand der Technik bekannte Stößelbaugruppe a) in Ruhestellung, b) beim Anlaufen,
- 5 jeweils einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Stößelbaugruppe a) in Ruhestellung, b) beim Anlaufen und
- 6 einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Stößelbaugruppe als Bestandteil einer Radialkolbenpumpe.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Der 1 ist eine erfindungsgemäße Stößelbaugruppe 1 in einer stark vereinfachten Darstellung zu entnehmen. Die Stößelbaugruppe 1 dient der Abstützung eines Pumpenkolbens 2 einer Radialkolbenpumpe an einem Nocken 3 einer Antriebswelle 4, wie beispielhaft in der 6 dargestellt. Die Stößelbaugruppe 1 der 1 umfasst hierzu einen im Wesentlichen hohlzylinderförmigen Stößelkörper 5, in dem eine Laufrolle 6 drehbar gelagert ist. Und eine Feder 7, mittels welcher die Stößelbaugruppe 1 in Richtung des Nockens 3 vorspannbar ist.
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Bei der Ausführungsform der 1 ist die Laufrolle 6 der Stößelbaugruppe 1 gegenüber einer Längsachse AL des Stößelkörpers 5 versetzt angeordnet, so dass die Längsachse AL in Laufrichtung der Laufrolle 6 hinter einer Drehachse AD der Laufrolle 6 zu liegen kommt. Darüber hinaus ist die Feder 7 exzentrisch im Stößelkörper 5 aufgenommen. Die Federkraft FF der Feder 7 wirkt demnach außermittig auf den Stößelkörper 6 ein. Auf diese Weise wird ein Kippmoment erzeugt, das zu einer Kippbewegung des Stößelkörpers 5 führt, um beispielsweise eine bereits vorhandene Kipplage des Stößelkörpers 5 auszugleichen.
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Wie beispielhaft in der 4a) anhand einer aus dem Stand der Technik bekannten Stößelbaugruppe 1 dargestellt, wirken in Ruhelage - in Abhängigkeit von der Position der Stößelbaugruppe 1 in Bezug auf den Nocken 3 - Kräfte auf die Stößelbaugruppe 1 ein. Hierbei handelt es sich um die Federkraft FF und eine Gegenkraft FN, die senkrecht zu einer am Nocken 3 ausgebildeten Lauffläche 19 auf die Laufrolle 6 einwirkt und somit eine parallel zur Federkraft FF als auch eine senkrecht hierzu ausgerichtete Kraftkomponente aufweist. Letztere führt dazu, dass der Stößelkörper 5 eine Kipplage innerhalb einer Führungsbohrung 11 eines Pumpengehäuses 10 einnimmt.
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Läuft nunmehr - wie in der 4b) dargestellt - die im Bereich eines Anstiegs am Nocken 3 abgestützte Laufrolle 6 an, wirken im Reibkontakt zwischen der Laufrolle 6 und dem Nocken 3 Reibkräfte FRN, welche die senkrecht zur Federkraft FF auf die Laufrolle 6 wirkende Kraftkomponente noch verstärkt. Entsprechend steigen die Reibkräfte FRNQ im Kontaktbereich des Stößelkörpers 5 mit dem Pumpengehäuse 10 an, wodurch nicht nur der Verschleiß verstärkt wird, sondern ferner das Anlaufen der Laufrolle 6 erschwert wird.
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Wird jedoch - wie beispielhaft in der 5a) dargestellt - die Federkraft FF der Feder 7 exzentrisch in den Stößelkörper 5 eingeleitet, kann die Kipplage des Stößelkörpers 5 in Ruhelage kompensiert werden, so dass das Anlaufverhalten der Laufrolle 6 im Bereich eines Nockenanstiegs verbessert wird. Ferner kann eine neue Kipplage des Stößelkörpers 5 bewirkt werden, die der Drehrichtung der Laufrolle 6 entgegengesetzt ist, damit auch ein Ausgleich der beim Anlaufen zusätzlich wirkenden Kräfte erzielt wird. Welche Kräfte beim Anlaufen wirken, ist schematisch in der 5b) dargestellt.
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Durch eine definierte Kipplage des Stößelkörpers 5 kann zudem ein hydrodynamisches Gleitlager verbessert werden, das zwischen der Laufrolle 6 und dem Stößelkörper 5 bzw. zwischen der Laufrolle 6 und einem Rollenschuh 18 ausgebildet wird, der zur drehbaren Lagerung der Laufrolle 6 in den Stößelkörper 5 eingesetzt ist (siehe beispielsweise 6). Denn durch die Kippbewegung des Stößelkörpers 5 wird die hydrodynamisch relevante Geschwindigkeit zwischen der Laufrolle 6 und dem Stößelkörper 5 bzw. zwischen der Laufrolle 6 und dem Rollenschuh 18 vergrößert, so dass sich beim Anlaufen früher ein hydrodynamisches Druckfeld im Gleitlager ausbildet. Das heißt, dass die Laufrolle 6 schneller aufschwimmt und dementsprechend schneller anläuft.
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Liegt die Laufrolle 6 in Ruhestellung im Bereich eines Abstiegs am Nocken 3 an, ist das Kippverhalten des Stößelkörpers 6 in der Regel derart günstig, dass sowohl mit mittiger als auch mit außermittiger Krafteinleitung die hydrodynamisch relevante Geschwindigkeit immer erhöht ist.
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Um eine außermittige Krafteinleitung zu erzielen, muss nicht zwingend die Feder 7 exzentrisch angeordnet werden. Alternativen sind in den 2 und 3 aufgezeigt.
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Wie beispielhaft in der 2 dargestellt, kann die Feder 7 als herkömmliche Schraubendruckfeder ausgebildet sein, die an einer schräg gegenüber einer Senkrechten zur Längsachse AL verlaufenden Aufstandsfläche 8 abgestützt ist. Die Kraftresultierende FF greift dann ebenfalls außermittig an, so dass ein Kippmoment erzeugt wird. Alternativ oder ergänzend kann auch eine am Pumpengehäuse 10 ausgebildete Aufstandsfläche 12 für die Feder 7 schräg verlaufend ausgebildet werden. Über mindestens eine schräg verlaufende Aufstandsfläche 8, 12 wird die Feder 7 einseitig stärker vorgespannt, so dass hierüber das Kippmoment bewirkt wird.
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Wie in der 3 dargestellt, kann die als Schraubendruckfeder ausgebildete Feder 7 auch variierende Windungsabstände a bzw. a' aufweisen, so dass im Bereich der Windungsabstände a' die Feder 7 stärker vorspannbar ist, da der Federweg vergrößert ist.
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Der 6 ist darüber hinaus eine als Radialkolbenpumpe ausgeführte Kraftstoffhochdruckpumpe mit einem Pumpengehäuse 10 zu entnehmen, in dem in einer Führungsbohrung 11 eine erfindungsgemäße Stößelbaugruppe 1 hin und her beweglich aufgenommen ist. Die Stößelbaugruppe 1 dient der Abstützung eines Pumpenkolbens 2 am Nocken 3, der an einer Antriebswelle 4 angeordnet ist. Die Drehbewegung der Antriebswelle 4 wird auf diese Weise in eine translatorische Bewegung des Pumpenkolbens 2 umgewandelt.
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Zur Verbindung des Pumpenkolbens 2 mit der Stößelbaugruppe 1 ist ein Federteller 9 vorgesehen, der einen Kolbenfuß 16 des Pumpenkolbens 2 hintergreift und an einem Ringbund 17 des Stößelkörpers 6 abgestützt ist. Die Federkraft der Feder 7 hält den Federteller 9 in Anlage mit dem Ringbund 17. Am Ringbund 17 ist auf der dem Federteller 9 abgewandten Seite ein Rollenschuh 18 abgestützt, welcher der drehbaren Lagerung der Laufrolle 6 dient.
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Der Pumpenkolben 2 ist in einer Zylinderbohrung 14 des Pumpengehäuses 10 hin und her beweglich aufgenommen, wobei der Pumpenkolben 2 innerhalb der Zylinderbohrung 14 einen Pumpenarbeitsraum 13 begrenzt. Der Pumpenarbeitsraum 13 ist bei einer Abwärtsbewegung des Pumpenkolbens 2 über ein Saugventil 15 mit Kraftstoff befüllbar, der während einer anschließenden Aufwärtsbewegung des Pumpenkolbens 2 verdichtet wird. Ob sich der Pumpenkolben 2 aufwärts oder abwärts bewegt, hängt von der Position der Laufrolle 6 in Bezug auf den Nocken 3 ab, der mindestens einen Anstieg und einen Abstieg ausbildet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006045933 A1 [0003]
