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TECHNISCHES UMFELD DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft eine Nockenfolgerollenvorrichtung, insbesondere für eine Verwendung in einer Einspritzpumpe oder in einem Ventilaktuator für ein Kraftfahrzeug. Die Erfindung betrifft auch eine Einspritzpumpe für ein Kraftfahrzeug, die mit einer Nockenfolgerollenvorrichtung ausgestattet ist. Die Erfindung betrifft auch einen Ventilaktuator für ein Kraftfahrzeug, das mit einer Nockenfolgerollenvorrichtung ausgestattet ist.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Klassischerweise umfasst eine Nockenfolgerollenvorrichtung, die zu einer Einspritzpumpe gehört, zumindest einen Stößel, eine Rolle und einen Bolzen in Bronze oder Stahl. Die Rolle ist drehbar an den Bolzen befestigt und die Wälzanordnung ist an einer Querachse zentriert, während sich der Stößel entlang einer Längsachse erstreckt. Der Stößel ist mit einem zylindrischen Körper ausgebildet, der ein inneres Volumen begrenzt, in dem der Bolzen und die Rolle angeordnet sind.
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Die Rolle erstreckt sich axial von dem Stößel, um so mit einer Nocke zusammenzuwirken, die mit der Nockenwelle der Verbrennungsmaschine synchronisiert ist. Die Drehung der Nockenwelle führt zu einer periodischen Verschiebung eines Kolbens der Pumpe, der an dem Stößel anliegt, um zu ermöglichen, dass Kraftstoff gefördert wird. Der Stößel ist in einem zylindrischen Gehäuse entlang der Längsachse hin und her bewegbar.
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Es ist aus der
FR-A-2946406 bekannt, einen Tragkörper in dem Stößelkörper bereitzustellen, der die Wälzanordnung trägt. Die Enden des Bolzens sind beispielsweise durch Presspassung, in Durchgangslöchern, die in einer Umfangswandung des Tragkörpers ausgebildet und einander gegenüberliegend angeordnet sind, fixiert. Dennoch können Schwingungen oder Stöße den Tragkörper von dem Stößelkörper lösen.
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Die
FR-A-2998629 schlägt weiterhin einen Tragkörper vor, der an einer Basis des Stößelkörpers sitzt, wobei der Tragkörper zwei Tragabschnitte mit halbkreisförmigen Profil und offen zu der offenen Seite der Vorrichtung aufweist, um die Bolzenenden zu lagern. Eine solche Anordnung erfordert jedoch ein komplexes Stößeldesign mit einem inneren Basissitz für den Tragkörper.
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Üblicherweise ist der Stößelkörper aus einem metallischen Material hergestellt, insbesondere aus geschmiedetem oder aus maschinenbearbeitetem Stahl. Dennoch hat ein solcher Stößelkörper ein beträchtliches Gewicht, das eine beträchtliche Last auf die Nocke ausübt und damit ein beträchtliches Maschinendrehmoment aufgewandt werden muss, um die Nockenwelle anzutreiben.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Das Ziel der Erfindung ist es, eine verbesserte Nockenfolgerollenvorrichtung mit reduziertem Gewicht, reduzierten Kosten und mit einer längeren Lebensdauer bereitzustellen.
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Zu diesem Zweck betrifft die Erfindung eine Nockenfolgerollenvorrichtung mit einem Stößel, der sich entlang einer Längsachse erstreckt und einen zylindrischen Stößelkörper aufweist, der eine Bohrung definiert. Die Nockenfolgerollenvorrichtung weist weiterhin eine Wälzanordnung auf, die in der Bohrung angeordnet ist. Die Wälzanordnung weist einen Tragkörper, einen Bolzen und eine Rolle auf. Der Tragkörper weist eine Basis und zwei sich längs erstreckende Flansche auf, die miteinander diametral gegenüber liegen und die sich längs von der Basis in die Bohrung des Stößelkörpers erstrecken. Der Bolzen ist an einer Querachse zentriert und weist zwei einander gegenüberliegende Enden auf, die dazu ausgelegt sind, von den Flanschen des Tragkörpers getragen zu werden. Die Rolle ist drehbar an dem Bolzen um die Querachse angebracht.
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Gemäß der Erfindung ist der Stößelkörper aus einem Polymermaterial hergestellt, das 10 - 40 Gew.-% Kohlenstofffasern, 0 - 15 Gew.-% Polytetrafluorethylen (PTFE), und 0 - 15 Gew.-% Fluorpolymer aufweist.
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Dank der Erfindung hat der Stößelkörper aus Polymer ein reduziertes Gewicht. Dies ermöglicht es, die Last, die auf die Nockenwelle ausgeübt wird, zu reduzieren. Darüber hinaus trägt eine solche Nockenfolgerollenvorrichtung dazu bei, das Motorgewicht und den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren.
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Die Zusammensetzung des Polymermaterials mit einem gegebenen Anteil von Kohlenstofffasern stellt einen besten Kompromiss zwischen hoher Steifigkeit des Stößelkörpers und reduziertem Verschleiß des Stößelkörpers und des zylindrischen Gehäuses, in dem der Stößelkörper hin und her gleitet, bereit. Üblicherweise ist das Gehäuse aus Metall hergestellt, insbesondere aus Aluminium. Ein beträchtlicher Anteil von Kohlenstofffasern des Stößelkörpers induziert Reibung, Verschleiß des Gehäuses und die Erzeugung von Metallteilchen, die das Öl verschmutzen können. Im Gegenzug führt ein reduzierter Anteil von Kohlenstofffasern zu einem Stößelkörper mit reduzierter Steifheit, der nicht geeignet ist für eine Verwendung unter schweren Bedingungen.
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Die Zusammensetzung des Polymermaterials mit einem gegebenen Anteil von PTFE und/oder von Fluorpolymer stellt einen besten Kompromiss zwischen vernünftigen Kosten des Stößelkörpers und einer optimierten Selbstschmierung des Stößelkörpers bereit. PTFE ist nicht unbedingt für den Stößelkörper nötig, da er in einer Einspritzpumpe hin und her gleitet, die Öl und Ölnebel aufweist. Dennoch stellt der Anteil von PTFE im Polymermaterial des Stößelkörpers eine Selbstschmierung des Stößelkörpers im Fall von abgenutzten Öl, beispielweise von Öl mit Verschmutzungen, bereit. Die Reibreduktion kann durch einen gegebenen Anteil von Fluorpolymer in dem Stößelkörpermaterial erhöht werden. Ein selbstgeschmierter Stößelkörper hat einen signifikanten Vorteil beim Motorstart, wenn weder Öl noch Ölnebel in dem zylindrischen Gehäuse vorhanden ist. Die Reibung zwischen dem Stößelkörper und dem zylindrischen Gehäuse ist reduziert. Der Anteil von PTFE und/oder Fluorpolymer ist begrenzt, um die Materialkosten zu reduzieren.
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Dank der Erfindung hat der Stößelkörper ein reduziertes Gewicht, er kann Lasten und Schwingungen in der Einspritzpumpe des Motors wiederstehen, und er hat eine vergrößerte Lebensdauer mit reduziertem Verschleiß.
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Der Stößelkörper, der aus einem Polymermaterial hergestellt ist, hat eine gewisse Flexibilität, die eine lokale und begrenzte Deformation des Stößelkörpers während des Einführens der Wälzanordnung während des Zusammenbauprozesses ermöglicht.
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Gemäß weiteren Aspekten der Erfindung, die vorteilhaft aber nicht zwingend sind, kann eine derartige Nockenfolgerollenvorrichtung eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften aufweisen:
- - Das Fluorpolymer ist Perfluorpolyether (PFPE).
- - Das Polymermaterial ist Polyphthalamid (PPA).
- - Das Polymermaterial hat einen thermischen Expansionskoeffizienten, der gleich ist zu dem thermischen Expansionskoeffizienten des zylindrischen Gehäuses, in dem der Stößelkörper gedacht ist, zu zugleiten.
- - Der thermische Expansionskoeffizient des Polymermaterials des Stößelkörpers liegt zwischen 20 und 25 × 10-6 K-1, und vorzugsweise zwischen 23 und 25 × 10-6 K-1.
- - Das Polymermaterial weist 30% Kohlenstofffasern auf.
- - Das Polymermaterial weist 15% PTFE auf.
- - Der Tragkörper und der Stößelkörper weisen jeweils Haltemittel auf, die miteinander zusammenwirken, um den Tragkörper in der Bohrung des Stößelkörpers zu halten.
- - Die Nockenfolgerollenvorrichtung weist ein Wälzlager auf, das zwischen dem Bolzen und der Rolle angeordnet ist.
- - Die Nockenfolgerollenvorrichtung weist eine Gleitbuchse auf, die zwischen dem Bolzen und der Rolle angeordnet ist.
- - Die Nockenfolgerollenvorrichtung weist zumindest eine Antiverdrehvorrichtung an einem äußeren Umfang des Stößelkörpers auf.
- - Der Tragkörper ist aus Metall, beispielsweise aus Stahl, hergestellt.
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Die Erfindung betrifft auch eine Einspritzpumpe für ein Kraftfahrzeug, das mit einer Nockenfolgerollenvorrichtung, wie oben erwähnt, ausgestattet ist.
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Die Erfindung betrifft auch einen Ventilaktuator für ein Kraftfahrzeug, das mit einer Nockenfolgerollenvorrichtung, wie oben erwähnt, ausgestattet ist.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird nun im Zusammenhang mit den angehängten Figuren, als illustrative Beispiele, erklärt, ohne den Gegenstand der Erfindung einzuschränken. In den angehängten Figuren:
- 1 ist eine perspektivische Draufsicht auf eine Nockenfolgerollenvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 2 ist eine perspektivische Bodenansicht der Nockenfolgerollenvorrichtung;
- 3 ist eine Schnittansicht entlang Linie I-I der Nockenfolgerollenvorrichtung; und
- 4 ist eine Schnittansicht entlang der Linie II-II der Nockenfolgerollenvorrichtung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON EINIGEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
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Die Nockenfolgerollenvorrichtung 1, die in den 1 bis 4 dargestellt ist, ist dazu ausgelegt, eine Einspritzpumpe für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Benzinfahrzeug, das nicht gezeigt ist, auszustatten.
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Die Vorrichtung 1 weist einen Stößel 2 und eine Wälzanordnung 3 mit einem Tragkörper 4, einem Bolzen 5 und einer Rolle 6 auf. Der Bolzen 5 und die Rolle 6 sind an einer Querachse X5 zentriert, während der Stößel 2 entlang einer Längsachse X2 zentriert ist. Die Achsen X2 und X5 sind senkrecht.
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Im Weiteren werden, um die spezielle Identifikation der Vorrichtung 1 für diese Figuren und die folgenden zu erleichtern, die Adjektive „längsverlaufend“ und „querverlaufend“ und die Adverbien „längs“ und „quer“ relativ zu den Achsen X2 bzw. X5 definiert. Demnach ist ein längsverlaufender Abschnitt oder Teil parallel zu der Achse X2, während ein querverlaufender Abschnitt oder Teil senkrecht zu der Achse X2 und parallel zu der Achse X5 ist.
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Der Stößel 2 weist einen zylindrischen Stößelkörper 7 auf, der an der Achse X2 zentriert ist und sich zwischen einer oberen Kante 8 und einer unteren Kante 9 erstreckt. Der Stößelkörper 7 definiert eine zylindrische Außenfläche 10a und eine zylindrische innere Bohrung 10b, die einen Hohlraum 11 in dem Stößel 2 begrenzt. Der Hohlraum 11 ist dazu ausgelegt, die Wälzanordnung 3 aufzunehmen. Der Stößel 2 ist entlang der Achse X2 in einer nicht dargestellten Bohrung eines zylindrischen Gehäuses, das zu der Einspritzpumpe oder einem Motor gehört, hin und her bewegbar, wobei eine Fläche 10a in dieser Bohrung gleitet. Die Fläche 10a weist ein Antirotationsmittel 10c auf, hier einen auskragenden Abschnitt, der dazu gedacht ist, in einer angepassten Nut, die in der Bohrung bereitgestellt ist, zu gleiten, um jegliche Rotation des Stößels 2 in dieser Bohrung zu verhindern.
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Gemäß der Erfindung ist der Stößelkörper 7 aus einem Polymermaterial mit Kohlenstofffasern, Polytetrafluorethylen (PTFE) und einem Fluorpolymer hergestellt.
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Vorzugsweise ist das Polymermaterial Polyphthalamid (PPA). PPA ist kompatibel mit Öl und seinen Zusätzen, die üblicherweise verwendet werden. PPA ist resistent gegenüber dem Betriebstemperaturbereich in Einspritzpumpen und den Temperaturvariationen. PPA hat außerdem reduzierte Kosten verglichen mit andern Polymermaterialien, die für eine Verwendung in derartigen Bedingungen geeignet sind, wie beispielsweise Polyetheretherketon (PEEK), das bei ähnlichen Charakteristiken sehr teuer ist.
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Das Polymermaterial hat einen thermischen Expansionskoeffizienten, der gleich ist zum thermischen Expansionskoeffizienten des zylindrischen Gehäuses, in dem der Stößelkörper 7 gedacht ist, zu gleiten. Üblicherweise ist das zylindrische Gehäuse aus Aluminium hergestellt, und der thermische Expansionskoeffizient des Polymermaterials des Stößelkörpers liegt zwischen 20 und 25 × 10-6 K-1, und vorzugsweise zwischen 23 und 25 × 10-6 K-1. Dies ermöglicht die Beibehaltung eines konstanten Querspiels zwischen dem Stößelkörper 7 und der Bohrung des zylindrischen Gehäuses während der Lebensdauer der Nockenfolgerollenvorrichtung 1, insbesondere bei hohen Temperaturvariationen.
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Der Anteil von Kohlenstofffasern in dem Polymermaterial liegt zwischen 10 und 40 Gew.-%, vorzugsweise ist er gleich 30 Gew.-%. Der Stößelkörper 7 hat eine ausreichende Steifigkeit um Last und Schwingungen in dem Einspritzsystem aufzunehmen, und begrenzt den Verschleiß des Stößelkörpers 7 und der Einspritzpumpe, in der der Stößelkörper hin und her gleitet.
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Der Anteil von PTFE in dem Polymermaterial liegt zwischen 0 und 15 Gew.-%, vorzugsweise ist er gleich 15 Gew.-%. Der Stößelkörper 7 ist selbstschmierend und kann Verschleiß verhindern, wenn er in dem zylindrischen Gehäuse gleitet.
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Das Fluorpolymer ist vorzugsweise Perfluorpolyether (PFPE) und liegt zwischen 0 und 15 Gew.-% des Polymermaterials des Stößelkörpers 7.
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Der Stößelkörper 7 der Nockenfolgerollenvorrichtung ist leicht herzustellen, insbesondere durch Ausformung, und hat bei einer solchen Zusammensetzung reduzierte Herstellungs- und Materialkosten.
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Der Stößelkörper 7 hat ein reduziertes Gewicht verglichen mit den Stößelkörpern aus Metall, und begrenzt dadurch die Last, die auf die Nockenwelle wirkt, und trägt zum Kraftstoffverbrauch des Kraftfahrzeugs bei.
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Die Wälzanordnung 3 ist in dem Hohlraum 11 des Stößelkörpers 7 angeordnet. Die Wälzanordnung 3 weist einen Tragkörper 4 auf, der ein Trägerelement für den Bolzen 5 und die Rolle 6 ausbildet. Der Tragkörper 4 weist eine Basis 13 auf, die an der Querachse X5 zentriert ist. Zwei seitliche Flansche 14, 15 sind einander gegenüber relativ zu der Basis 13 und erstrecken sich längs von der Basis 13 in Richtung der oberen Seite der Vorrichtung 1.
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Die seitlichen Flansche 14, 15 weisen jeweils Tragmittel 16, 17 für den Bolzen 5 auf. Der Bolzen 5 ist zylindrisch und erstreckt sich entlang der Querachse X5. In dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die Tragmittel 16, 17 der seitlichen Flansche 14, 15 jeweils einen konkaven Abschnitt mit halbkreisförmigen Profil und geöffnet zu der oberen Seite der Vorrichtung 1, auf. Die Abschnitte 16, 17 sind dazu ausgelegt, die Enden 18, 19 des Bolzens 5 aufzunehmen. Das Profil der konkaven Abschnitte 16, 17 passt zu den zylindrischen Enden 18, 19 des Bolzens 5. In einer nicht gezeigten Alternative können die Tragmittel der seitlichen Flansche 14, 15 jeweils eine zylindrische Bohrung aufweisen, in die jeweils ein Ende des Bolzens eingesetzt ist. In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann zumindest ein Ende 18 oder 19 an dem zugehörigen Tragmittel 16 bzw. 17 befestigt sein.
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Die Wälzanordnung 3 weist weiterhin eine Rolle 6 auf, die drehbar an dem Bolzen 5 mittels eines Wälzlagers 20 mit Nadeln, die zwischen dem Bolzen 5 und der Rolle 6 angeordnet sind, angebracht ist. Alternativ kann das Wälzlager durch eine Gleitbuchse ersetzt sein. Die Rolle 6 erstreckt sich längs von der oberen Kante 8 des Stößels 2, um so mit einer Nocke zusammenzuwirken, die mit einer Nockenwelle einer Verbrennungsmaschine, nicht gezeigt, synchronisiert ist.
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Die Wälzanordnung 3 wird längs durch auskragende Abschnitte 21, 22 in dem Stößel 2 gehalten.
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Die Flansche 14, 15 des Tragkörpers 4 sind jeweils mit einem nach außen auskragenden Abschnitt 21, 22 ausgestattet, der sich quer von dem Flansch 14 bzw. 15 in Richtung der Bohrung 10b des Stößelkörpers 7 erstreckt.
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Die nach außen auskragenden Abschnitte 21, 22 definieren jeweils eine untere Querfläche 23 bzw. 24.
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Die nach außen auskragenden Abschnitte 21, 22 weisen jeweils eine obere geneigte Fläche 25 bzw. 26 auf.
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Die nach außen auskragenden Abschnitte 21, 22 sind vorzugsweise durch eine Materialdeformation der Flansche 14, 15 ausgebildet.
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In einem alternativen nicht gezeigten Ausführungsbeispiel, können die Flansche Ausbuchtungen, insbesondere in Form einer Halbkugel oder eines Kegelstumpfes, aufweisen.
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Die innere Bohrung 10b des Stößelkörpers 7 weist Tragmittel 27, 28 auf, die einander diametral gegenüber liegen und die jeweils eine Querfläche 29 bzw. 30 haben, die mit den auskragenden Abschnitten 21 bzw. 22 des Tragkörpers 4 zusammenwirken.
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der 4 besteht das Tragmittel des Stößelkörpers 7 in nach innen auskragenden Abschnitten 27, 28, die sich von der inneren Fläche der Bohrung 10b erstrecken und in Richtung der Flansche 14 bzw. 15 des Tragkörpers 4 gerichtet sind. Die nach innen auskragenden Abschnitte 27, 28 definieren jeweils eine obere Querfläche 29, 30 bzw. eine untere Querfläche 31, 32.
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Die nach innen auskragenden Abschnitte 27, 28 sind jeweils durch eine Öffnung 33, 34 getoppt, die sich durch die Decke des Stößelkörpers 7 erstreckt, wobei die unteren Kanten der Öffnungen die oberen Querflächen 29, 30 definieren. In einem alternativen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel können die Öffnungen durch Aussparungen ersetzt sein.
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Die unteren Querflächen 23, 24 der auskragenden Abschnitte 21, 22, die sich von dem Tragkörper erstrecken, werden längs von den oberen Querflächen 29, 30, die in der Bohrung 10b des Stößelkörpers 7 bereitgestellt sind, getragen.
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Der Bolzen 5, das Wälzlager 20 und die Rolle 6 werden zuerst zusammengebaut und dann an den Tragmitteln 16, 17, die an den Flanschen 14, 15 des Tragkörpers bereitgestellt sind, angebracht, um so die Wälzanordnung 3 auszubilden. Die Anordnung 3 wird dann längs in den Hohlraum 11, der von der Bohrung 10b des Stößelkörpers 7 definiert ist, von der unteren Kante 9 in Richtung der oberen Richtung 8 eingeführt. Die Flansche 14, 15 werden in den Hohlraum 10 gedrückt und dann kommen die geneigten Flächen 25, 26 der auskragenden Abschnitte des Tragkörpers in Anlage an den unteren Flächen 31, 32 der Tragmittel 27, 28 in dem Hohlraum 11. Die Anordnung 3 wird derart gedrückt, dass die geneigten Flächen 25, 26 an den Tragmitteln 27, 28 entlanggleiten. Der Stößelkörper 7 wird dann lokal deformiert. Die auskragenden Abschnitte 21, 22 passieren dann die Tragmittel 27, 28, wobei die unteren Querflächen 23, 24 an den oberen Querflächen 29, 30 der Tragmittel 27, 28 anliegen. Der Tragkörper 4, und somit die Wälzanordnung 3, wird dann längs in dem Stößelkörper 7 in einer Richtung blockiert.
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Der Stößel 2, der aus einem Polymermaterial hergestellt ist, ist flexibel genug, um eine lokale Querdeformation des Stößelkörpers 7 während des Einschiebens der Wälzanordnung zu ermöglichen, insbesondere, wenn die auskragenden Abschnitte 21, 22 des Tragkörpers 4 die unteren Flächen 31, 32 der Tragmittel 27, 28 des Stößelkörpers 7 passieren.
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Der Stößelkörper 7 weist weiterhin zweite längsverlaufende Haltemittel 36, 37 auf, um die Wälzanordnung 3 in dem Stößel 2 zu halten. Die zweiten längsverlaufenden Haltemittel weisen jeweils einen querverlaufenden Abschnitt 36, 37 auf, der sich von der oberen Kante 8 des Stößelkörpers 7 gerichtet in Richtung der Innenseite des Stößelkörpers 7 erstreckt. Die querverlaufenden Abschnitte 36, 37 liegen einander in Richtung der Achse X2 gegenüber.
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Die querverlaufenden Abschnitte 36, 37 bedecken längs die Enden 18, 19 des Bolzens 5, um so jegliche Demontage des Bolzens 5, und demnach der Wälzanordnung 3, von der oberen Seite des Stößelkörpers 7 zu verhindern.
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Die Wälzanordnung 3 wird dann längs an einer Seite durch das Zusammenwirken zwischen den nach außen auskragenden Abschnitten 21, 22 des Tragkörpers 4 mit den nach innen auskragenden Abschnitten 27, 28 des Stößelkörpers 7, und an der anderen Seite durch die zweiten Befestigungsmittel 36, 37 des Stößelkörpers gehalten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- FR 2946406 A [0004]
- FR 2998629 A [0005]
