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Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe zur Förderung von Kraftstoff mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Derartige Pumpen finden insbesondere in Kraftstoffeinspritzsystemen Einsatz, die der Versorgung von Verbrennungsmotoren mit Kraftstoff dienen.
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Stand der Technik
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Eine Radialkolbenpumpe weist mindestens einen Pumpenkolben auf, der durch eine Nockenwelle in eine Hubbewegung versetzt wird. Der Pumpenkolben ist hierzu radial an einem Nocken der Nockenwelle abgestützt. Die Abstützung erfolgt mittelbar über eine Laufrolle eines Rollenstößels, die außenumfangseitig auf dem Nocken abläuft. Über einen hohlzylinderförmigen Stößelkörper, in dem die Laufrolle ausgenommen ist, ist der Rollenstößel zudem in einer Zylinderbohrung eines Gehäuseteils hin und her beweglich geführt. Mit Hilfe des Rollenstößels wird somit die Rotation der Nockenwelle in eine translatorische Bewegung des Pumpenkolbens umgesetzt. Eine Radialkolbenpumpe mit einem derartigen Rollenstößel geht beispielhaft aus der
DE 10 2017 214 818 A1 hervor.
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Aufgabe des Stößelkörpers eines Rollenstößels ist zum einen die Führung des Rollenstößels im Gehäuseteil der Radialkolbenpumpe, zum anderen die Aufnahme von Radialkräften. Diese können dazu führen, 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 einer erhöhten Flächenpressung und damit 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. In der Folge kann es zu einer Partikelkontamination der Radialkolbenpumpe kommen.
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Beim derzeitigen Pumpendesign weist die Gehäusebohrung, über welche der Stößelkörper des Rollenstößels geführt ist, in Längsrichtung verlaufende Strömungskanäle auf. Über die Strömungskanäle ist die Gehäusebohrung mit einem Triebwerksraum der Radialkolbenpumpe verbunden, in dem die Nockenwelle aufgenommen ist. Die Seitenkanäle erleichtern im Betrieb der Radialkolbenpumpe den erforderlichen 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. Ferner verringert sich die Abhebe-Drehzahl des Rollenstößels. Besonders deutlich treten diese Vorteile bei höheren Pumpendrehzahlen hervor. Die insbesondere asymmetrische Gestaltung der Strömungskanäle verstärkt jedoch das Problem der einseitig erhöhten Flächenpressung bzw. des einseitig erhöhten Kontaktverschleißes am Stößelkörper im Betrieb der Radialkolbenpumpe.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Zentrierung eines Stößelkörpers eines Rollenstößels in einer Gehäusebohrung einer Radialkolbenpumpe zu verbessern, damit es möglichst 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 vorgeschlagene Radialkolbenpumpe zur Förderung von Kraftstoff umfasst einen hin- und herbeweglichen Pumpenkolben und einen Rollenstößel zur radialen Abstützung des Pumpenkolbens an einem rotierenden Nocken. Der Rollenstößel weist einen im Wesentlichen hohlzylinderförmigen Stößelkörper auf, der in einer Zylinderbohrung eines Gehäuseteils der Radialkolbenpumpe hin- und herbeweglich aufgenommen und über eine Führungsfläche der Zylinderbohrung geführt ist. In der Führungsfläche sind zwei in Längsrichtung verlaufende Seitenkanäle ausgebildet, die erfindungsgemäß in gleichem Winkelabstand zueinander angeordnet sind und in Umfangsrichtung die gleiche Breite aufweisen.
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Über die beiden Seitenkanäle werden gleichgroße Teilflächen aus der Führungsfläche herausgeschnitten. Diesen herausgeschnittenen gleichgroßen Teilflächen liegen am Stößelkörper Flächen gegenüber, die im Betrieb der Radialkolbenpumpe von einer hydraulischen Druckkraft beaufschlagt werden. Denn die Seitenkanäle werden im Betrieb von Kraftstoff durchströmt. Die am Stößelkörper anliegenden hydraulischen Druckkräfte heben sich jedoch gegeneinander auf, da die Flächen zum einen gleich groß sind und sich zum anderen am Stößelkörper diametral gegenüber liegen. Die vorgeschlagene Anordnung und Ausgestaltung der Seitenkanäle fördert somit eine Zentrierung des Stößelkörpers innerhalb der Gehäusebohrung.
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Zugleich werden beidseits der Seitenkanäle gleichgroße Kontaktflächen des Stößelkörpers mit dem Gehäuseteil der Radialkolbenpumpe geschaffen. Die gleichgroßen Kontaktflächen bewirken, dass die Flächenpressung in diesem Bereich ebenfalls gleich ist. Entsprechend kann der Kontaktverschleiß in diesem Bereich verringert werden.
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Bei der vorgeschlagenen Radialkolbenpumpe tragen die Seitenkanäle zu einer gleichmäßigen Belastung des Stößelkörpers und damit zu einer Zentrierung des Stößelkörpers innerhalb der Zylinderbohrung bei. Zugleich wird eine gewisse Stabilisierung des Stößelkörpers in seiner Längsausrichtung und in seiner Winkellage erreicht. Dies wiederum hat ein verbessertes Seitenanlaufverhalten der Laufrolle zur Folge, so dass sich ferner der Verschleiß zwischen der Laufrolle und dem Stößelkörper verringert. Im Ergebnis wird somit auch eine Partikelkontamination der Radialkolbenpumpe entgegengewirkt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die beiden Seitenkanäle in radialer Richtung die gleiche Tiefe auf. Das heißt, dass - bei im Übrigen gleicher Querschnittsform der Seitenkanäle - die beiden Seitenkanäle gleiche Strömungsquerschnitte besitzen. Über beide Seitenkanäle kann demnach zur Schaffung eines volumetrischen Ausgleichs die gleiche Menge Kraftstoff hin und her geschoben werden.
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Auch dies trägt zu einer gleichmäßigen Belastung des Stößelkörpers des Rollenstößels bei.
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Bevorzugt sind im Querschnitt der Zylinderbohrung die beiden Seitenkanäle drehsymmetrisch ausgebildet. Das heißt, das bei einer Drehung um 180° sich die beiden Seitenkanäle aufeinander abbilden. Die Symmetrieachse fällt somit mit der Längsachse der Zylinderbohrung zusammen. Die drehsymmetrische Ausbildung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die beiden Seitenkanäle jeweils eine asymmetrische Querschnittsform besitzen.
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In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass in die Zylinderbohrung oder in einen Seitenkanal der Zylinderbohrung eine Bohrung zur Aufnahme eines Verdrehsicherungsstifts mündet. Mit Hilfe des Verdrehsicherungsstifts kann eine Verdrehung des Stößelkörpers innerhalb der Gehäusebohrung verhindert oder auf einen kleinen Winkelbereich beschränkt werden. Der Verdrehsicherungsstift wird hierzu in Eingriff mit einer sich in Längsrichtung erstreckenden Ausnehmung des Stößelkörpers gebracht. Über die Breite der Ausnehmung in Umfangsrichtung kann dann der Winkelbereich der maximalen Verdrehung des Stößelkörpers festgelegt werden. Dieser kann auch gleich Null sein, wenn die Breite im Wesentlichen dem Durchmesser des Verdrehsicherungsstifts entspricht. Die Bohrung zur Aufnahme des Verdrehsicherungsstifts ist vorzugsweise als Schrägbohrung ausgeführt, die mit der Längsachse der Zylinderbohrung einen Winkel < 90° umschließt. Auf diese Weise können die auf den Verdrehsicherungsstift wirkenden Kräfte gemindert werden.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass sich die Führungsfläche jeweils unter Ausbildung eines Plateaus in die beiden Seitenkanäle hineinerstreckt. Das Plateau erstreckt sich dann jeweils von einer Längskante eines Seitenkanals in diesen hinein. Bei einer drehsymmetrischen Ausbildung der Seitenkanäle liegen sich die Plateaus diametral an der Zylinderbohrung gegenüber, so dass weiterhin eine gleichmäßige Flächenpressung sichergestellt ist.
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Vorteilhafterweise ist die Bohrung zur Aufnahme eines Verdrehsicherungsstifts im Bereich eines solchen Plateaus angeordnet. Das Plateau verstärkt die Bohrung, in welcher der Verdrehsicherungsstift aufgenommen ist. Zugleich ermöglicht das Plateau die Anordnung des Verdrehsicherungsstifts im Bereich eines Seitenkanals. Die Anordnung der Bohrung außerhalb des Seitenkanals würde - zumindest bei dem derzeitigen Pumpendesign - zu einer ungünstigen Bohrungsverschneidung mit anderen im Gehäuseteil der Radialkolbenpumpe ausgebildeten Bohrungen führen.
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Zur Anordnung des Verdrehsicherungsstifts im Bereich eines Seitenkanals müsste grundsätzlich nur ein Plateau ausgebildet werden. Dies würde jedoch zu unterschiedlich großen Kontaktflächen beidseits des Seitenkanals führen. Daher weist auch der jeweils andere Seitenkanal ein entsprechendes Plateau auf.
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Bevorzugt umfasst der Rollenstößel eine Laufrolle und ein Stützelement zur drehbaren Lagerung der Laufrolle. Das Stützelement ist dabei in den Stößelkörper des Rollenstößels eingesetzt. Über die Laufrolle ist der Rollenstößel reibungsarm am Nocken abgestützt. Dies setzt jedoch voraus, dass die Laufrolle optimal in Bezug auf den Nocken ausgerichtet ist. Unterstützend wirkt hierbei die Zentrierung des Stößelkörpers bzw. Rollenstößels in Bezug auf die Längsachse der Zylinderbohrung mit Hilfe der beiden Seitenkanäle.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
- 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Radialkolbenpumpe gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung im Bereich des Rollenstößels,
- 2 einen schematischen Querschnitt durch die Radialkolbenpumpe der 1 im Bereich des Rollenstößels,
- 3 eine perspektivische Darstellung des Gehäuseteils der Radialkolbenpumpe der 1 und
- 4 eine perspektivische Darstellung eines Gehäuseteils einer Radialkolbenpumpe gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Die in der 1 ausschnittsweise dargestellte erfindungsgemäße Radialkolbenpumpe umfasst ein Gehäuseteil 6 mit einer Zylinderbohrung 5, die radial in Bezug auf einen Nocken 3 einer Nockenwelle der Radialkolbenpumpe ausgerichtet ist. In der Zylinderbohrung 5 ist ein Rollenstößel 2 aufgenommen, welcher der Abstützung eines Pumpenkolbens 1 am Nocken 3 dient. Die Abstützung erfolgt mittelbar über eine Laufrolle 11 des Rollenstößels 2, die bei einer Rotation des Nockens 3 reibungsarm außen auf dem Nocken 3 abläuft. Zugleich ist der Rollenstößel 2 über einen hohlzylinderförmigen Stößelkörper 4 des Rollenstößels 2 in der Zylinderbohrung 5 hin und her beweglich geführt. Die Rotation des Nockens 3 wird somit in eine translatorische Bewegung des Pumpenkolbens 1 umgesetzt. Der Pumpenkolben 1 ist zudem über einen Pumpenzylinderkopf 17 geführt.
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Um den Rollenstößel 2 in Richtung des Nockens 3 vorzuspannen, ist eine Feder 13 vorgesehen, die den Pumpenkolben 1 umgibt und in Bewegungsrichtung des Pumpenkolbens 1 mittelbar über einen Federteller 15 an einem Ringbund 16 des Stößelkörpers 4 abgestützt ist. Da der Federteller 15 einen Kolbenfuß 14 des Pumpenkolbens 1 hintergreift, wird zugleich der Pumpenkolben 1 in Richtung des Nockens 3 vorgespannt. Die drehbare Lagerung der Laufrolle 11 wird durch ein Stützelement 12 bewirkt, das in den Stößelkörper 4 eingesetzt ist. Die Drehachse der Laufrolle 11 ist dabei senkrecht zur Längsachse A der Zylinderbohrung 5 ausgerichtet.
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Wie ferner der 1 zu entnehmen ist weist das Gehäuseteil 6 zwei Seitenkanäle 8 auf, durch welche die Zylinderbohrung 5 eine Erweiterung erfährt. Die beiden Seitenkanäle 8 ermöglichen einen Volumenausgleich im Betrieb der Radialkolbenpumpe. Das heißt, dass Kraftstoff durch die beiden Seitenkanäle 8 strömt. Die beiden Seitenkanäle 8 sind hierzu in Längsrichtung bzw. parallel zur Längsachse A der Zylinderbohrung 5 geführt. Sie verbinden einen Triebwerksraum 18 mit einem Stößelraum 19 der Radialkolbenpumpe.
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Wie insbesondere der 2 zu entnehmen ist, weisen die beiden Strömungskanäle 8 jeweils die gleiche Breite B und die gleiche Tiefe T auf. Die Abmessungen der Strömungskanäle 8 im Querschnitt sind somit identisch. Entsprechend weisen beide Strömungskanäle 8 auch den gleichen Strömungsquerschnitt auf. Über die Kraftstoffströmung innerhalb der Seitenkanäle 8 wird der Stößelkörper 4 demnach gleichmäßig belastet. Dies fördert eine Zentrierung des Stößelkörpers 4 innerhalb der Zylinderbohrung 5.
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Wie insbesondere der 3 zu entnehmen ist, weist die Zylinderbohrung 5 eine Führungsfläche 7 auf, die sich seitlich unter Ausbildung eines Plateaus 10 in einen Seitenkanal 8 hineinerstreckt. Im Plateau 10 ist eine Bohrung 9 ausgebildet, die der Aufnahme eines Verdrehsicherungsstifts (nicht dargestellt) dient. Um beidseits des Seitenkanals 8 gleich große Führungsflächen 7 zu schaffen, erstreckt sich in den gegenüberliegenden Seitenkanal 8 ein entsprechend ausgebildetes Plateau 10 in den Seitenkanal 8 hinein (siehe 2), obgleich in diesem Seitenkanal 8 kein Verdrehsicherungsstift angeordnet ist. Die Ausbildung des zweiten Plateaus 10 soll lediglich gleich große Kontaktflächen des Stößelkörpers 4 mit dem Gehäuseteil 6 der Radialkolbenpumpe schaffen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die in der 4 dargestellt ist, kann auf die Ausbildung der Plateaus 10 auch verzichtet werden, wenn die Bohrung 9 zur Aufnahme des Verdrehsicherungsstifts außerhalb des Bereichs des Seitenkanals 8 angeordnet wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017214818 A1 [0002]
