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Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe zur Förderung von Kraftstoff mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Derartige Pumpen finden beispielsweise in Kraftstoffeinspritzsystemen zur Versorgung von Verbrennungsmotoren mit Kraftstoff Einsatz.
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Stand der Technik
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Bei einer Radialkolbenpumpe wird der Pumpenkolben durch eine Nockenwelle in einer Hubbewegung angetrieben. Der Pumpenkolben ist hierzu radial in Bezug auf die Nockenwelle ausgerichtet und mittels eines Rollenstößels an einem Nocken der Nockenwelle abgestützt. Der Rollenstößel weist hierzu eine auf dem Nockenaußenumfang ablaufende Laufrolle auf. Ferner umfasst der Rollenstößel einen hohlzylinderförmigen Stößelkörper, der in einer radial in Bezug auf den Nocken ausgerichteten Gehäusebohrung eines Gehäuseteils der Radialkolbenpumpe hin- und herbeweglich aufgenommen und geführt ist. Mit Hilfe des Rollenstößels wird somit die Rotationsbewegung der Nockenwelle bzw. des Nockens in eine translatorische Bewegung des Rollenstößels sowie des mit dem Rollenstößel verbundenen Pumpenkolbens umgewandelt.
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Ein derartiger Rollenstößel bzw. Stößelbaugruppe für eine Radialkolbenpumpe geht beispielhaft aus der
DE 10 2012 210 199 A1 hervor.
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Im Betrieb einer Radialkolbenpumpe wirken auf den Stößelkörper eines Rollenstößels neben Axialkräften auch Radialkräfte. Diese bewirken, dass der Stößelkörper in Bezug auf eine Längsachse der Gehäusebohrung nicht mehr exakt zentriert ist, sondern in eine bestimmte radiale Richtung gedrückt wird, was zu einem erhöhten Kontaktverschleiß in diesem Bereich führt. Je nach Winkellage des Rollenstößels bzw. Ausrichtung der Laufrolle können die Radialkräfte auch zu einem erhöhten Seitenanlaufverhalten der im Stößelkörper aufgenommenen Laufrolle führen, wodurch der Verschleiß weiter steigt. Die Folge kann ferner eine Partikelkontamination der Radialkolbenpumpe sein.
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Die nicht zentrierte Führung des Stößelkörpers kann demnach eine Vielzahl an Nachteilen mit sich führen. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Zentrierung des Stößelkörpers in einer Gehäusebohrung zu verbessern, damit es nicht zu den vorstehend genannten Nachteilen kommt.
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Zur Lösung der Aufgabe wird die Radialkolbenpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die zur Förderung von Kraftstoff vorgeschlagene Radialkolbenpumpe umfasst einen Rollenstößel zur radialen Abstützung eines Pumpenkolbens an einem rotierenden Nocken, wobei der Rollenstößel einen im Wesentlichen hohlzylinderförmigen Stößelkörper aufweist, der in einer Gehäusebohrung eines Gehäuseteils der Radialkolbenpumpe hin- und herbeweglich aufgenommen und geführt ist. Erfindungsgemäß sind in dem Gehäuseteil mindestens zwei im Wesentlichen parallel zu einer Längsachse A der Gehäusebohrung verlaufende und die Gehäusebohrung erweiternde Seitenkanäle ausgebildet, die über mindestens einen in Umfangsrichtung verlaufenden Strömungskanal verbunden sind.
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Die Seitenkanäle ermöglichen im Betrieb der Radialkolbenpumpe einen Volumenausgleich, so dass Umpumpverluste reduziert werden. Entsprechend kann die Antriebsleistung verringert werden, was einen verminderten Verbrauch sowie verminderte Schadstoffemissionen, insbesondere CO2-Emissionen, zur Folge hat. Besonders deutlich treten diese Vorteile bei höheren Pumpendrehzahlen hervor.
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Als nachteilig erweist sich jedoch, dass die Seitenkanäle zu einer Verringerung der Führungsfläche für den Stößelkörper führen. Ferner können unterschiedliche Querschnittsabmessungen und/oder Druckunterschiede in den Seitenkanälen zu zusätzlich auf den Stößelkörper bzw. den Rollenstößel wirkenden Radialkräften führen, so dass die eingangs genannten Nachteile, die es eigentlich zu vermeiden gilt, noch verstärkt werden.
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Um dem entgegenzuwirken, sind die Seitenkanäle der erfindungsgemäßem Radialkolbenpumpe über mindestens einen sich in Umfangsrichtung erstreckenden Strömungskanal miteinander verbunden. Über den mindestens einen Strömungskanal wird ein hydraulischer Druckausgleich bewirkt, so dass über den Umfang des Stößelkörpers der gleiche hydraulische Druck anliegt. Der Stößelkörper bzw. der Rollenstößel wird somit hydraulisch zentriert. Über die Zentrierung wird zugleich eine gleichmäßige Schmierung des Stößelkörpers über seinen Umfang erreicht, so dass der Kontaktbereich weniger verschleißbehaftet ist. Gleiches gilt für den Lagerbereich der Laufrolle, insbesondere für das durch den Stößelkörper ausgebildete Axiallager, da das Seitenanlaufrisiko minimiert wird.
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Bevorzugt weist bzw. weisen der Stößelkörper in einer Außenumfangsfläche und/oder die Gehäusebohrung in einer Innenumfangsfläche mindestens eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Nut zur Ausbildung eines Strömungskanals auf. Eine Nut ist vergleichsweise einfach einzubringen, so dass die Maßnahme vergleichsweise kostengünstig umsetzbar ist. Sofern die mindestens eine Nut in einer Außenumfangsfläche des Stößelkörpers ausgebildet ist, wird hierüber zugleich das Gewicht des Rollenstößels reduziert. Die Gewichtsreduzierung wirkt sich wiederum positiv auf die maximale Abspring- bzw. Abhebedrehzahl des Rollenstößels aus, so dass die maximale Drehzahl der Radialkolbenpumpe erhöht werden kann. Alternativ oder ergänzend kann der Durchmesser der Laufrolle vergrößert werden.
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Der mindestens eine Strömungskanal weist bevorzugt einen zumindest bereichsweise gerundeten oder runden Strömungsquerschnitt auf. Der gerundete bzw. runde Querschnitt optimiert die Strömung im Strömungskanal. Zugleich wird die Schmierung der Führungsflächen verbessert, da das im Strömungskanal vorhandene Medium besser über die Nutflanken nach außen gedrückt werden kann.
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Des Weiteren bevorzugt sind mehrere Strömungskanäle in gleichen axialen Abständen zueinander angeordnet. Die axialen Abstände können dabei sehr klein sein, so dass die Außenumfangsfläche des Stößelkörpers und/oder die Innenumfangsfläche der Gehäusebohrung eine Art Rillung bzw. Riffelung aufweist. Die mehreren Strömungskanäle verringern den Kontaktbereich zwischen dem Stößelkörper und dem die Gehäusebohrung ausbildenden Gehäuseteil, so dass der Verschleiß weiter reduziert wird.
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Vorteilhafterweise liegen sich die zwei die Gehäusebohrung erweiternden Seitenkanäle an der Gehäusebohrung diametral gegenüber. Der hydraulische Druck in den Seitenkanälen führt somit zu hydraulischen Druckkräften, die in entgegengesetzte Richtung auf den Stößelkörper bzw. den Rollenstößel wirken, so dass sich bestenfalls ausgleichen bzw. aufheben. Die Zentrierung des Stößelkörpers bzw. des Rollenstößels ist somit weniger stark gefährdet.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass die zwei Seitenkanäle im Wesentlichen gleich große Strömungsquerschnitte aufweisen. Insbesondere die Breite der Öffnungen der Strömungskanäle zur Gehäusebohrung hin sollte möglichst gleich groß sein, damit der Stößelkörper bzw. der Rollenstößel gleichmäßig belastet wird.
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Bevorzugt ist im Stößelkörper ein Stützelement mit einer Lagerausnehmung aufgenommen, in der eine Laufrolle drehbar gelagert ist. Über die Laufrolle ist der Rollenstößel reibungsarm am Nocken abgestützt, sofern die Laufrolle optimal in Bezug auf den Nocken ausgerichtet ist. Unterstützend wirkt hierbei eine exakte Zentrierung des Stößelkörpers bzw. des Rollenstößels in Bezug auf die Längsachse A der Gehäusebohrung.
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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 Radialkolbenpumpe im Bereich des Rollenstößels,
- 2 eine perspektivische Darstellung des Gehäuseteils der Radialkolbenpumpe der 1,
- 3 einen schematischen Querschnitt durch Gehäuseteil der 2 im Bereich der Gehäusebohrung mit eingesetztem Rollenstößel und
- 4 eine schematische Seitenansicht eines Rollenstößels einer erfindungsgemäßem Radialkolben gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Der 1 ist ein Gehäuseteil 6 einer erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe zu entnehmen, das eine zylindrische Gehäusebohrung 5 aufweist, in der ein Rollenstößel 1 hin- und herbeweglich aufgenommen und geführt ist. Der Rollenstößel 1 dient der Abstützung eines Pumpenkolbens 2 an einem Nocken 3, der mit einer Antriebswelle (nicht dargestellt) drehfest verbunden ist. Die Abstützung erfolgt dabei mittels einer Laufrolle 13, die im Betrieb der Radialkolbenpumpe auf der Außenumfangsfläche des Nockens 3 abläuft. Durch die Führung des Rollenstößels 1 in der Gehäusebohrung 5 wird somit die Rotationsbewegung des Nockens 3 in eine translatorische Bewegung des Pumpenkolbens 2 umgewandelt.
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Der in der 1 dargestellte Rollenstößel 1 umfasst neben der Laufrolle 13 einen hohlzylinderförmigen Stößelkörper 4, in den ein Stützelement 11 mit einer Lagerausnehmung 12 als Drehlager für die Laufrolle 13 eingesetzt ist. Der Stößelkörper 4 weist innenseitig einen Ringbund 18 auf, an dem einerseits das Stützelement 11, andererseits ein Federteller 17 abgestützt ist. Der Federteller 17 hintergreift einen Kolbenfuß 16 des Pumpenkolbens 2 und ist durch die Federkraft einer Feder 15 gegen den Ringbund 18 axial vorgespannt, so dass der Pumpenkolben 2 über die Federkraft der Feder 15 gegen das Stützelement 11 gedrückt wird. Andernends ist der Pumpenkolben 2 in einem Pumpenzylinderkopf 14 aufgenommen und geführt.
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Wie insbesondere der 2 zu entnehmen ist, weist das Gehäuseteil 6 zwei sich an der Gehäusebohrung 5 diametral gegenüberliegende Seitenkanäle 7 auf, die zu einer Verringerung von Umpumpverlusten beitragen und somit den Wirkungsgrad der Pumpe erhöhen. Denn im Betrieb der Radialkolbenpumpe gelangt aus der Gehäusebohrung 5 oberhalb des Rollenstößels 1 verdrängtes Volumen über die Seitenkanäle 7 unterhalb des Rollenstößels 1 und umgekehrt. Der in den Seitenkanälen 7 herrschende hydraulische Druck kann jedoch unterschiedlich groß sein, so das auf den Stößelkörper 4 bzw. auf den Rollenstößel 1 unterschiedlich hohe hydraulische Druckkräfte in radialer Richtung wirken. Eine optimale Zentrierung des Rollenstößels 1 ist dann nicht mehr gewährleistet, so dass ein Kontaktbereich zwischen dem Rollenstößel 1 und dem Gehäuseteil 1 einer höheren Belastung und damit einem erhöhten Verschleiß ausgesetzt ist.
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Die asymmetrische Belastung des Rollenstößels 1 durch unterschiedliche hydraulische Drücke in den Strömungskanälen 7 ist schematisch in der 3 dargestellt. Im Strömungskanal 7 auf der linken Seite der Gehäusebohrung 5 herrscht ein Druck p1 und im Strömungskanal 7 auf der rechten Seite der Gehäusebohrung 5 ein Druck p2, wobei p2 > p1 ist. Die Druckdifferenz führt zu einer Kraft F, die in radialer Richtung wirkt und somit den Rollenstößel 1 aus der Mitte heraus bewegt.
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Um dem entgegenzuwirken, weist die in den 1 und 2 dargestellte Radialkolbenpumpe mehrere Strömungskanäle 8 auf, die sich in Umfangsrichtung erstrecken und die beiden Seitenkanäle 7 verbinden. Über die Strömungskanäle 8 wird ein Druckausgleich erzielt, der zu einer gleichmäßigen hydraulischen Belastung des Stößelkörpers 4 führt. Die Strömungskanäle 8 tragen somit zu einer optimalen Zentrierung des Stößelkörpers 4 bzw. des Rollenstößels 1 bei.
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In dem Ausführungsbeispiel der 1 und 2 werden die Strömungskanäle 8 durch Nuten gebildet, die in einer Innenumfangsfläche 10 der Gehäusebohrung 5 ausgebildet sind. Die Anzahl, die Abmessungen und die Querschnittsform der Nuten sind dabei grundsätzlich beliebig. Die vorliegend gezeigte halbrunde Querschnittsform ist strömungsoptimiert.
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Alternativ zum Ausführungsbeispiel der 1 und 2 können die Nuten zur Ausbildung der Strömungskanäle 8 auch in einer Außenumfangsfläche 9 des Stößelkörpers 4 ausgebildet sein, wie beispielhaft in der 4 dargestellt.
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Darüber hinaus kann auch jeweils mindestens eine Nut in der Innenumfangsfläche 10 des Gehäuseteils 6 sowie in der Außenumfangsfläche 9 des Stößelkörpers 4 zur Ausbildung der Strömungskanäle 8 ausgebildet sein. Dieses Ausführungsbeispiel ist nicht dargestellt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012210199 A1 [0003]
