DE102019216165A1

DE102019216165A1 - Rollenstößel für eine Kolbenpumpe, Kolbenpumpe

Info

Publication number: DE102019216165A1
Application number: DE102019216165.0A
Authority: DE
Inventors: Daniel Kucher; Bjoern Laibacher
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-10-21
Filing date: 2019-10-21
Publication date: 2021-04-22
Also published as: CN114630961A; CN114630961B; WO2021078531A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rollenstößel (10) für eine Kolbenpumpe, insbesondere für eine Kraftstoffhochdruckpumpe, zur Abstützung eines hubbeweglichen Pumpenkolbens (12) an einem Nocken (14) oder Exzenter einer Antriebswelle (16), umfassend einen Stößelkörper (24) in dem auf einem Bolzen (40) eine Rolle (30) drehbar gelagert ist. Seitenwände (28) des Stößelkörpers (24) liegen den in Richtung ihrer Drehachse (32) weisenden Stirnseiten (34) der Rolle (30) unter Bildung eines axialen Lagerspalts (36) gegenüber. In den Lagerspalt (36) wird ein Schmiermedium über einen Zulauf (27) zugeführt. Die Seitenwände (28) des Stößelkörpers (24) und die Stirnseiten (34) der Rolle (30) sind derart ausgebildet, dass sich bei Rotation der Rolle (30) bei einer auf die Rolle (30) zu einer der Seitenwände (28) hin wirkenden Kraft ein hydrodynamisches Schmierpolster zwischen der Stirnseite (34) der Rolle (30) und der gegenüberliegenden Seitenwand (28) ausbildet.Ferner betrifft die Erfindung eine Kolbenpumpe mit einem solchen Rollenstößel (1).

Description

Die Erfindung betrifft einen Rollenstößel für eine Kolbenpumpe, insbesondere eine Kraftstoffhochdruckpumpe, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Der Rollenstößel dient der Abstützung eines Pumpenkolbens der Kolbenpumpe an einem Nocken oder Exzenter einer Antriebswelle. Ferner betrifft die Erfindung eine Kolbenpumpe, insbesondere eine Kraftstoffhochdruckpumpe zur Versorgung eines Verbrennungsmotors mit Kraftstoff, mit einem solchen Rollenstößel.
Stand der Technik
Ein Rollenstößel der vorstehend genannten Art ist durch die DE 10 2016 218 909 A1 bekannt. Diese Rollenstößel weist einen Stößelkörper auf, in dem auf einem in den Stößelkörper eingefügten Bolzen eine Rolle drehbar gelagert ist. Der Stößelkörper weist Seitenwände auf, die den in Richtung ihrer Drehachse weisenden Stirnwänden der Rolle gegenüberliegen. Um den Verschleiß im Lagerbereich zu minimieren und auf diese Weise die Lebensdauer der Pumpe zu erhöhen, wird eine verbesserte Schmierung des Lagerbereichs über wenigstens einen im Stößelteil vorgesehenen Durchlass und eine Nut vorgeschlagen. Der Durchlass verbindet einen inneren Bereich des Stößelkörpers, in dem die Lagerung der Rolle angeordnet ist, mit dem Außenmantel des Stößelkörpers. Die Anordnung des Durchlasses erfolgt in der Weise, dass er in die Nut mündet. Die Nut ist dabei in einem an eine in Richtung ihrer Drehachse weisenden Stirnseite der Rolle angrenzenden Umfangsbereich des Stößelteils in dessen Innenmantel vorgesehen und erstreckt sich in Richtung der Längsachse des Rollenstößels. Der über den Durchlass in den inneren Bereich des Stößelteils gelangende Schmierstoff wird demnach vorrangig einem axialen Lagerspalt zwischen den Stirnwänden der Rolle und den Seitenwänden des Stößelkörpers zugeführt. Aufgrund von auf den Rollenstößel und die Rolle wirkenden Seitenkräften kann es jedoch zu einer Anlage der Stirnwände der Rolle an den Seitenwänden des Stößelkörpers kommen, wobei dann unter Umständen keine ausreichende Schmierung zwischen der Rolle und dem Stößelkörper mehr vorhanden ist und Verschleiß auftreten kann.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Der erfindungsgemäße Rollenstößel mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 hat den Vorteil, dass durch den hydrodynamischen Schmierspalt eine Anlage der Stirnwände der Rolle an den Seitenwänden des Stößelkörpers verhindert ist, so dass kein oder nur ein geringer Verschleiß auftritt. Durch die im Betrieb vorhandene Rotation der Rolle kann bei geeigneter Ausbildung der Stirnwände der Rolle und der Seitenwände des Stößelkörpers eine hydrodynamische Schmierung erreicht werden.
In den abhängigen Ansprüche sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
Durch die Ausbildung der Oberflächen der Seitenwände des Stößelkörpers gemäß Anspruch 2 oder Anspruch 3 wird auf einfache Weise die Bildung eines hydrodynamischen Schmierpolsters unterstützt. Durch die Ausbildung der Oberflächen der Stirnseiten der Rolle gemäß Anspruch 4, Anspruch 5 oder Anspruch 6 wird ebenfalls die Bildung eines hydrodynamischen Schmierpolsters unterstützt.
Darüber hinaus wird eine Kolbenpumpe, insbesondere eine Kraftstoffhochdruckpumpe zur Kraftstoffversorgung eines Verbrennungsmotors, vorgeschlagen. Die Kolbenpumpe umfasst einen hubbeweglichen Pumpenkolben, der über einen erfindungsgemäßen Rollenstößel an einem Nocken oder Exzenter einer Antriebswelle abgestützt ist. Der Stößelkörper des Rollenstößels ist dabei in einer Zylinderbohrung eines Gehäuseteils der Kolbenpumpe oder des Verbrennungsmotors hubbeweglich aufgenommen. Durch den Einsatz eines erfindungsgemäßen Rollenstößels kann der Verschleiß im Bereich des Triebwerks der Pumpe gemindert werden, so dass die Lebensdauer der Pumpe steigt.
Figurenliste
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:

1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Kolbenpumpe im Bereich eines Rollenstößels,
2 einen vergrößerten Ausschnitt der 1 in einem Querschnitt entlang Linie II-II in 1,
3 einen Verlauf einer Oberflächenkontur einer Seitenwand eines Stößelkörpers des Rollenstößels, und
4 einen Verlauf einer Oberflächenkontur einer Stirnseite einer Rolle des Rollenstößels.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Der 1 ist eine erfindungsgemäße Kolbenpumpe mit einem Rollenstößel 10 zur Abstützung eines hubbeweglichen Pumpenkolbens 12 an einem Nocken 14 einer rotierenden Antriebswelle 16 zu entnehmen. Die Rotation der Antriebswelle 16 wird über den Rollenstößel 10 in eine Hubbewegung des Pumpenkolbens 12 umgewandelt. Der Rollenstößel 10 umfasst hierzu einen in einer Zylinderbohrung 20 eines Gehäuseteils 22 der Kolbenpumpe hubbeweglich aufgenommenen Stößelkörper 24 sowie eine außenumfangseitig am Nocken 14 ablaufende Rolle 30. Anstelle des Gehäuseteils 22 der Kolbenpumpe kann auch ein Gehäuseteil eines Verbrennungsmotors, beispielsweise dessen Motorblock oder Zylinderkopf zur Führung des Stößelkörpers 24 vorgesehen sein. Die Rolle 30 ist in einer dem Pumpenkolben 12 abgewandten Ausnehmung 23 des Stößelkörpers 24 angeordnet und auf einem Bolzen 40 drehbar gelagert, der zur Verbindung mit dem Stößelkörper 24 in Radialbohrungen 25,26 des Stößelkörpers 24 eingeklippt oder auf andere Weise befestigt ist.
Zur Versorgung eines zwischen der Rolle 30 und dem Bolzen 40 ausgebildeten radialen Lagerspalts mit einem Schmiermedium ist im Stößelkörper 24 eine Zulaufbohrung 27 vorgesehen, die sich von einer Außenumfangsfläche des Stößelkörpers 24 bis zu einer stirnseitigen Ausnehmung des Stößelkörpers 24 erstreckt, in der die Rolle 30 aufgenommen ist. Über die Zylinderbohrung 20 ist die Zulaufbohrung 27 mit einer Druckölversorgungsleitung 18 verbunden, so dass Öl als Schmiermedium zugeführt wird.
Die Rolle 30 ist auf dem Bolzen 40 um eine Drehachse 32 drehbar gelagert, beispielsweise direkt oder über eine Lagerbuchse 33. Der Stößelkörper 24 weist Seitenwände 28 auf, die den in Richtung der Drehachse 32 weisenden Stirnseiten 34 der Rolle 30 gegenüberliegen. Zwischen den Seitenwänden 28 und den Stirnseiten 34 ist jeweils ein axialer Lagerspalt 36 vorhanden. Die Seitenwände 28 des Stößelkörpers 24 erstrecken sich etwa halbkreisförmig über etwa den halben Umfang der Stirnseiten 34 der Rolle 30 wie dies in 2 dargestellt ist. Die Stirnseite 34 der Rolle 30 ist in 2 mit gestrichelten Linien dargestellt.
Die Seitenwände 28 des Stößelkörpers 24 und die Stirnseiten 34 der Rolle 30 sind derart ausgebildet, dass sich im Betrieb der Kolbenpumpe wenn sich die Rolle 30 um die Drehachse 32 dreht ein hydrodynamisches Schmierpolster zwischen den Seitenwänden 28 und den Stirnseiten 34 aufbaut. Je nach Belastung und Toleranzlage der Bauteile der Kolbenpumpe und der Antriebswelle 16 sowie dem Rollenstößel 10 kann die Rolle 30 im Betrieb zu einer der Seitenwände 28 hin gedrückt werden. Durch das hydrodynamische Schmierpolster wird erreicht, dass die Stirnseite 34 der Rolle 30 nicht in Anlage an der Seitenwand 28 gelangt und somit der axiale Lagerspalt 36 nicht Null wird.
Die Seitenwände 28 des Stößelkörpers 24 sind vorzugsweise derart ausgebildet, dass diese auf ihrer den Stirnseiten 34 der Rolle 30 zugewandten Oberflächen eine Oberflächenkontur aufweisen, die in einem in Umfangsrichtung der Rolle 30 gesehen mittleren Bereich 28a einen geringen axialen Abstand S1 von der jeweiligen Stirnseite 34 aufweisen und ausgehend von diesem mittleren Bereich 28a in beiden Umfangsrichtungen der Rolle 30 einen zunehmenden axialen Abstand aufweisen, bis zu einem maximalen Abstand S2 in den Umfangsendbereichen 28b der Seitenwände 28. In 3 ist der Verlauf der Oberflächenkontur der Seitenwände 28 über deren Umfang, also den Drehwinkel der Rolle 30, dargestellt. Die Differenz zwischen dem maximalen Abstand S2 und dem minimalen Abstand S1 beträgt beispielsweise zwischen etwa 5µm und 100µm, vorzugsweise zwischen etwa 10µm und 20µm. Der Verlauf des Abstands der Oberflächenkontur ist vorzugsweise kontinuierlich wie in 3 dargestellt.
Alternativ oder zusätzlich sind die Stirnseiten 34 der Rolle 30 vorzugsweise derart ausgebildet, dass diese auf ihrer den Seitenwänden 28 zugewandten Oberflächen eine Oberflächenkontur aufweisen, die in Umfangsrichtung der Rolle 30 gesehen einen wellenförmigen Verlauf aufweist mit aufeinanderfolgenden Wellenbergen 34a, in denen der axiale Abstand S3 von der gegenüberliegenden Seitenwand 28 am geringsten ist, und Wellentälern 34b, in denen der axiale Abstand S4 von der gegenüberliegenden Seitenwand 28 am größten ist. In 4 ist der Verlauf der Oberflächenkontur über den Umfang der Stirnseite 34 der Rolle 30, also den Drehwinkel der Rolle 30 dargestellt. Die Differenz zwischen dem maximalen Abstand S3 und dem minimalen Abstand S4 beträgt beispielsweise zwischen etwa 5µm und 100µm, vorzugsweise zwischen etwa 10µm und 20µm. Der Verlauf des Abstands der Oberflächenkontur ist vorzugsweise kontinuierlich wellenförmig wie in 3 dargestellt. In 4 ist nur der halbe Umfang der Stirnseite 34 der Rolle 30 dargestellt wobei der andere halbe Umfang spiegelsymmetrisch ausgebildet ist. Es können beispielsweise zwischen 4 und 20, vorzugsweise 6 Wellenberge 34a und Wellentäler 34b vorgesehen sein.
Anstelle des in 4 mit durchgezogenen Linien dargestellten etwa sinusförmigen Verlaufs der Oberflächenkontur der Stirnseiten 34 der Rolle 30 kann auch ein anderer Verlauf der Oberflächenkontur vorgesehen sein. Beispielsweise kann die Erstreckung der Wellentäler 34b in Umfangsrichtung der Rolle 30 größer als die Erstreckung der Wellenberge 34a sein, wie dies in 4 mit gestrichelten Linien dargestellt ist. Weiterhin alternativ kann die Erstreckung der Wellentäler 34b auch kleiner als die Erstreckung der Wellenberge 34a sein.
Im Betrieb der Kolbenpumpe läuft die Rolle 30 auf dem Nocken 14 der Antriebswelle 16 ab. Dabei dreht sich die Rolle 30 um die Drehachse 32. Durch die Drehbewegung der Rolle 30 wird Schmiermedium aus der Zulaufbohrung 27 in den Lagerspalt 36 gefördert, wobei sich zwischen den vorstehend beschriebenen Oberflächenkonturen der Seitenwand 28 und der gegenüberliegenden Stirnseite 34 der Rolle 30 ein hydrodynamisches Schmierpolster aufbaut, durch das eine der Anpresskraft der Rolle 30 zur Seitenwand hin entgegenwirkende hydraulische Kraft erzeugt wird, die eine Anlage der Rolle 30 mit ihrer Stirnseite 34 an der Seitenwand 28 verhindert.
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 102016218909 A1 [0002]

Claims

Rollenstößel (10) für eine Kolbenpumpe, insbesondere für eine Kraftstoffhochdruckpumpe, zur Abstützung eines hubbeweglichen Pumpenkolbens (12) an einem Nocken (14) oder Exzenter einer Antriebswelle (16), umfassend einen Stößelkörper (24), in dem auf einem Bolzen (40) eine Rolle (30) drehbar gelagert ist, wobei Seitenwände (28) des Stößelkörpers (24) in Richtung ihrer Drehachse (32) weisenden Stirnseiten (34) der Rolle (30) unter Bildung eines axialen Lagerspalts (36) gegenüberliegen, und wobei in den Lagerspalt (36) ein Schmiermedium über einen Zulauf (27) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände (28) des Stößelkörpers (24) und die Stirnseiten (34) der Rolle (30) derart ausgebildet sind, dass sich bei Rotation der Rolle (30) bei einer auf die Rolle (30) zu einer der Seitenwände (28) hin wirkenden Kraft ein hydrodynamisches Schmierpolster zwischen der Stirnseite (34) der Rolle (30) und der gegenüberliegenden Seitenwand (28) ausbildet.
Rollenstößel (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände (28) des Stößelkörpers (24) in ihrem den Stirnseiten (34) der Rolle (30) zugewandten Oberflächen eine derartige Oberflächenkontur aufweisen, dass in einem in Umfangsrichtung der Seitenwände (28) gesehen mittleren Oberflächenbereich (28a) der geringste axiale Abstand (S1) zu der gegenüberliegenden Stirnseite (34) der Rolle (30) vorhanden ist und ausgehend vom mittleren Oberflächenbereich (28a) in Umfangsrichtung ein zunehmend größerer axialer Abstand (S2) zu der gegenüberliegenden Stirnseite (34) der Rolle (30) vorhanden ist.
Rollenstößel (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz zwischen dem größten axialen Abstand (S2) und dem geringsten axialen Abstand (S1) der Oberflächenkontur der Seitenwände (28) des Stößelkörpers (24) etwa 5 µm bis 100 µm, vorzugsweise etwa 10 µm bis 20 µm beträgt.
Rollenstößel (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnseiten (34) der Rolle (30) eine deartige Oberflächenkontur aufweisen, dass diese wellenförmig ausgebildet sind mit in Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden Wellenbergen (34a) und Wellentälern (34b).
Rollenstößel (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Abstand zwischen den Wellenbergen (34a) und den Wellentälern (34b) etwa 5 µm bis 100 µm, vorzugsweise etwa 10 µm bis 20 µm beträgt.
Rollenstößel (10) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenkontur der Stirnseiten (34) der Rolle (30) zwischen vier und zehn, vorzugsweise sechs gleichmäßig über den Umfang der Stirnseiten (34) verteilt angeordnete Wellenberge (34a) und Wellentäler (34b) aufweist.
Kolbenpumpe, insbesondere Kraftstoffhochdruckpumpe zur Kraftstoffversorgung eines Verbrennungsmotors, umfassend einen hubbeweglichen Pumpenkolben (12), der über einen Rollenstößel (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche an einem Nocken (14) oder Exzenter einer Antriebswelle (16) abgestützt ist, wobei der Stößelkörper (24) des Rollenstößels (10) in einer Zylinderbohrung (20) eines Gehäuseteils (22) der Kolbenpumpe oder des Verbrennungsmotors hubbeweglich aufgenommen ist.
Kolbenpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine im Stößelkörper (24) vorgesehene Zulaufbohrung (27) über die Zylinderbohrung (20) an eine motorinterne Druckölversorgungsleitung angeschlossen ist.