DE3731241C2 - Nockensteueranordnung für einen Rollenstößel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Nockensteueranordnung gemäß dem Oberbegriff des Patent­ anspruches 1.

Aus der DE-OS 27 12 765 ist eine gattungsgemäße Nockensteueranordnung für einen Rollenstößel bekannt, wobei der Stößel unter Vorspannung einer Vorspannungsfeder steht und eine auf den Rollenstößel wirkende Steuernocke wenigstens einen konvexen Nocken­ vorsprung aufweist.

Für Hochgeschwindigkeitsanwendungen, also beispielsweise mit hohen Drehzahlen umlau­ fenden Nockenwellen, müssen regelmäßig verschiedene, sich teilweise widersprechende Forderungen berücksichtigt werden:

• - Regelmäßig sollen die Nockenvorsprünge steil sein, damit beispielsweise hohe Förder­ geschwindigkeiten und hohe Drücke bei der oszillierenden Bewegung, beispielsweise bei einer Einspritzpumpe, erzielt werden.
• - Der Anpreßdruck des Übertragungshebels an dem Steuernocken sowie des Rollenstö­ ßels an der wirksamen Nockenkontur des Übertragungshebels muß so gering wie mög­ lich eingestellt werden, damit die mechanische Beanspruchung der Nockenbahnen möglichst gering gehalten wird.
• - Auch bei hohen Drehzahlen muß ein Abspringen der Rollen von den Nockenkonturen sicher vermieden werden.

Ersichtlich sind diese Forderungen nur in Form von Kompromissen berücksichtigbar. Ein steiler Nockenvorsprung mit einem geringen Kopfkreisradius führt ebenso zu einer Erniedri­ gung der Abspringdrehzahl wie eine geringe, durch die Vorspannungsfeder bewirkte Andruckkraft.

Mit diesen Nachteilen ist der genannte Stand der Technik behaftet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Nockensteueranordnung für einen Rollenstößel zu schaffen, bei welcher auch bei hohen Drehzahlen ein Kontakt zwischen Rollenstößel und Nockenkontur gewährleistet ist, ohne daß zwischen diesen bei­ den Bauteilen unverhältnismäßig hohe Hertz′sche Pressungen vorliegen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Nockensteueranordnung der eingangs er­ wähnten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Die konkave Form der Nockenkontur erlaubt hohe Geschwin­ digkeiten und vertragt hohe Hertz′sche Pressungen, die beispielsweise durch hohe Pum­ pendrücke verursacht werden. Ein Problem für den Kopfkreisübergang besteht bei der er­ findungsgemäßen Anordnung nicht, da der Rollenstößel lediglich auf dem konkaven Ab­ schnitt der Nockenkontur auf- und abrollt. Die durch hohe Geschwindigkeiten auftretenden großen Kräfte werden durch den Übertragungshebel mit seiner konkaven Nockenkontur ins Negative übersetzt, so daß der Steuernocken entlastet wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Nockenkontur einen etwa kreisbogenförmigen (konvexen) Abschnitt auf, an den sich ein etwa tangentialer Abschnitt anschließt, der in einen konkaven Ab­ schnitt übergeht. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform läßt sich die relative Lage von Rollenstößel und Nockenkontur drehzahlabhängig verstellen, so daß drehzahlabhängig die ver­ schiedenen Abschnitte der Nockenkontur überwiegend wirksam wer­ den. So ist es möglich, bei einer geringen Drehzahl in dem rela­ tiv steilen, konkaven Bereich der Nockenkontur zu arbeiten, wäh­ rend bei ansteigender Drehzahl in den tangentialen Bereich bzw. den konvexen Bereich übergegangen werden kann.

Die Vorspannungsfeder kann klein dimensioniert werden, so daß eine günstige Hertz′sche Pressung zwischen Rollenstößel und Nok­ kenkontur erzielt wird, wenn der Rollenstößel einen bei der Aus­ lenkbewegung des Übertragungshebel komprimierten flüssigkeits­ dichten Raum aufweist, der in Ruhestellung über eine Zuleitung gefüllt und während der Komprimierung über eine einstellbare Drossel entleerbar ist. Der Abfluß der Flüssigkeit, bei einem Einspritzsystem vorzugsweise Brennstoff, durch die Drossel er­ höht den Anpreßdruck des Rollenstößels an die Nockenkontur wäh­ rend der Auslenkbewegung. Einem Abheben des Übertragungshebels von der Steuernocke bzw. des Rollenstößels von der Nockenkontur des Übertragungshebels wird dadurch entgegengewirkt. Der Anpreß­ druck des Rollenstößels an der Nockenkontur variiert somit für verschiedene Betriebsbedingungen. Die Stärke der Vorspannungsfe­ der muß daher nicht - wie bisher üblich - für den Höchstlastfall dimensioniert sein.

Ein ähnlicher Effekt wird erreicht, wenn in einer bevorzugten Ausführungsform die Vorspannungsfeder mit der Auslenkung des Übertragungshebels durch den Steuernocken komprimiert wird. Be­ kanntlich ist bei einer Feder die erzeugte Kraft proportional zur Auslenkung bzw. Kompression der Feder. Wird die Feder auf eine relativ geringe Vorspannung eingestellt, kann sie für den kriti­ schen Fall der Auslenkung des Übertragungshebels durch die Steu­ ernocke komprimiert werden, so daß die durch die Vorspannungsfe­ der vermittelte Andruckkraft erhöht wird. In der Zeit, in der der Übertragungshebel nicht ausgelenkt wird, ist der Anpreßdruck da­ her relativ gering.

Vorzugsweise wird die Komprimierung der Vorspannungsfeder durch denselben Steuernocken bewirkt. Hierzu ist es zweckmäßig, wenn der Steuernocken mehrere gleiche Nockenvorsprünge aufweist, die gleichzeitig den Übertragungshebel auslenken und die Vorspan­ nungsfeder komprimieren. Für einen auf einer Nockenwelle angeordneten Steuernocken sind die Nockenvorsprünge dann äquidistant auf dem Umfang verteilt.

Die Erfindung soll im folgenden anhand von in der Zeichnung dar­ gestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zei­ gen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Nockensteuer­ anordnung für einen Rollenstößel

Fig. 2 eine detailliertere Darstellung einer Nockensteu­ eranordnung für einen Rollenstößel

Fig. 3 eine erläuternde Darstellung für die Nockenkontur eines Übertragungshebels.

Fig. 1 läßt einen Steuernocken 1 erkennen, der zusammen mit einer Nockenwelle 2 rotiert. Der Steuernocken 1 weist zwei kon­ vexe identische Nockenvorsprünge 3 auf, die durch Drehung um 18° ineinander übergehen. Die Kontur der Steuernocke 1 wird mit ei­ ner Abtastrolle 4 eines Übertragungshebels 5 abgetastet. Der Übertragungshebel 5 ist um eine Drehachse 6 drehbar, die für den Übertragungshebel 5 einen langen Hebelarm S1 und einen kurzen He­ belarm S2 definiert. Am kurzen Hebelarm S2 weist der Übertra­ gungshebel 5 eine Nockenkontur 7 auf, auf der eine Rolle 8 eines Rollenstößels 9 aufliegt. Der Rollenstößel 9 ist mit einem Ein­ spritzkolben 10 verbunden, der einen Teil einer Einspritzpumpe bildet. Die Rolle 8 wird gegen die Nockenkontur 7 durch die Kraft einer Vorspannungsfeder 11 gedrückt, die auf den Einspritzkolben 10 bzw. den Nockenstößel 9 über einen Hebel 12 wirkt. Der Hebel 12 ist ein um eine Achse 13 drehbar gela­ gerter zweiarmiger Hebel, dessen einer Arm von der Vorspannungs­ feder 11 mit Hilfe einer Anlagefläche 14 beaufschlagt wird und dessen anderer Arm über den Einspritzkolben 10 in Richtung auf die Nockenkontur 7 drückt.

Das andere Ende der Vorspannungsfeder 11 ist mit einem Lager 15 für eine Kugel 16 versehen. Die Kugel tastet den Nockenvorsprung 3 ab, der jeweils dem von der Rolle 4 des Übertragungshebels 5 abgetasteten Nockenvorsprung 3 gegenüberliegt.

Die Abtastung kann völlig synchron erfolgen, wenn sich die Rolle 4 bzw. die Kugel 16 immer an der jeweils entsprechenden Stelle ihres Nockenvorsprungs 3 befindet. Selbstverständlich ist es auch möglich, gewisse Phasenunterschiede einzustellen, wenn dies für den Ablauf für zweckmäßig gehalten wird.

In der dargestellten Anordnung wird also mit der Auslenkung des Übertragungshebels 5 durch den Nockenvorsprung 3 gleichzeitig die Andruckkraft der Rolle 8 des Rollenstößels 9 an der Nockenkontur 7 dadurch erhöht, daß die Vorspannungsfeder 11 durch den zweiten Nockenvorsprung 3 komprimiert wird. Solange der Übertragungshebel 5 nicht ausgelenkt ist, wirkt daher nur eine geringe Vorspannung auf die Rolle 8 ein, die sie gegen die Nockenkontur 7 drückt. Demzufolge ist die durch die Vorspannungsfeder 11 erzeugte Vor­ spannung in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ebenfalls nok­ kengesteuert, und zwar erhöht, wenn die erhöhte Vorspannung zur Vermeidung des Abhebens der Rolle 4 von dem Nockenvorsprung 3 bzw. der Rolle 8 von der Nockenkontur 7 erforderlich ist, und er­ niedrigt, wenn die Gefahr des Abhebens nicht besteht, so daß eine optimale Schonung der Nockenbahnen erzielt wird.

Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform einer Nockensteueran­ ordnung in detaillierterer Darstellung. Die Steuernocke 1 rotiert dabei ebenfalls mit der Nockenwelle 2, wobei die Steuernocke 1 jedoch nur einen Nockenvorsprung 3 aufweist. Die Abtastung dieser Nockenkontur 3 geschieht in gleicher Weise wie in Fig. 1 mit der Rolle 4 des Übertragungshebels 5, der mit der Nockenkontur 7 ver­ sehen ist, an der die Rolle 8 des Nockenstößels 9 anliegt. Der Nockenstößel 9 ist wiederum mit dem Einspritzkolben 10 verbunden. Die Vorspannungsfeder 11 ist in diesem Ausführungsbeispiel in den Rollenstößel 9 integriert und umgibt den Einspritzkolben 10 über eine gewisse Länge. Diese Länge wird durch die Länge einer den Einspritzkolben 10 umgebenden flüssigkeitsdichten Kammer 17 be­ stimmt, die im Falle einer Einspritzpumpe mit Brennstoff oder Öl gefüllt ist. Bei der Auslenkung des Übertragungshebels 5 aufgrund des Nockenvorsprungs 3 wandert der Rollenstößel 9 in Fig. 2 nach unten und verringert das Volumen des flüssigkeitsdichten Raumes 17, so daß die Flüssigkeit aus diesem Raum 17 durch eine ein­ stellbare Drossel 18 hindurch in ein (nicht dargestelltes) Re­ servoir gedrückt wird. Der Verkleinerung des Raumes 17 wird daher ein zunehmender Druck aufgrund des durch die Drossel 18 begrenz­ ten Massenstroms entgegengesetzt.

Bei der Rückstellbewegung, die durch die Vorspannungsfeder 11 verursacht wird, füllt sich der Raum 17 über einen (nicht darge­ stellten) Zulauf mit Flüssigkeit.

Fig. 3 verdeutlicht im einzelnen eine bevorzugte Nockenkontur 7. Fig. 3 läßt erkennen, daß die Nockenkontur 7 an dem in Fig. 3 dargestellten Anlagepunkt der Rolle 8 einen konvexen Abschnitt 19 aufweist, und zwar über den Winkel ϕ 1. Daran schließt sich ein tangentialer Abschnitt 20 über eine Strecke T2 an. An den tangen­ tialen Abschnitt 20 schließt sich ein konkaver Abschnitt 21 an, der sich über einen Winkel ϕ 2 erstreckt.

In Fig. 3 ist in strichlierter Darstellung eine Nockenkontur 7′ dargestellt, die sich nur aus einer an dem Berührungspunkt zwi­ schen Übertragungshebel 5 und Rolle 8 anschließenden konkaven Flanke bildet.

Die bevorzugte Nockenkontur 7 dient dazu, die relative Lage zwi­ schen Übertragungshebel 5 und Rolle 8 einstellbar auszubilden, so daß bei niedriger Drehzahl in dem steilen Bereich 21 der Nocken­ kontur 7 gearbeitet wird, während bei zunehmender Drehzahl unter die gestrichelt eingezeichnete Tangente T1 eines konventionellen Tangentennocken eingetaucht wird, so daß die erzeugten Drücke bei einem hohen Drehzahlbereich niedriger liegen als bei einem her­ kömmlichen Tangentialsystem.

Fig. 2 verdeutlicht noch, daß durch die versetzte Lage des Über­ tragungshebels 5 die Seitenkräfte FR auf den Rollenstößel 9 verringert werden können. Beim Anheben des Rollenstößels 9 durch die Nockenkontur 7 verlagert sich die Berührungsnormale von der einen Seite des Systems FN1 auf die andere Seite des Systems FN3. Im Idealfall durchläuft die Berührungsnormale gerade dann den Nullpunkt FN2, wenn der durch den Einspritzkolben 10 verur­ sachte Pumpenraum-Innendruck am größten ist.

Claims (9)

1. Nockensteueranordnung für einen unter Vorspannung einer Vorspan­ nungsfeder (11) stehenden Rollenstößel (9) mit einer Steuernocke (1) mit wenigstens einem konvexen Nockenvorsprung (3), dadurch gekennzeichnet, daß der Rollenstößel (9) unter der Vorspannung an einer Nockenkontur (7) eines Übertragungshebels (5) anliegt und der bei der Auslenkung des Übertragungshebels (5), hervor­ gerufen durch den konvexen Nockenvorsprung (3) des Steuernockens (1), wirksame Bereich der Nockenkontur (7) eine konkave Form aufweist.

2. Nockensteueranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Nockenkontur (7) einen etwa kreisbogenförmigen konvexen Abschnitt (19) aufweist, an den sich ein etwa tan­ gentialer Abschnitt (20) anschließt, der in einem konkaven Abschnitt (21) übergeht.

3. Nockensteueranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die relative Lage von Rollenstößel (9) und Nocken­ kontur (7) verstellbar ist, so daß die verschiedenen Ab­ schnitte (19, 20, 21) der Nockenkontur (7) allein oder über­ wiegend wirksam werden.

4. Nockensteueranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der Rollenstößel (9) einen bei der Auslenkbewegung des Übertragungshebels (5) komprimierten flüssigkeitsdichten Raum (17) aufweist, der in Ruhestellung über eine Zuleitung gefüllt und während der Komprimierung über eine einstellbare Drossel (18) entleerbar ist.

5. Nockensteueranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Vorspannungsfeder (11) mit der Auslenkung des Übertragungshebels (5) durch den Steuernocken (1) komprimiert wird.

6. Nockensteueranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß der Steuernocken (1) mehrere gleiche Nockenvor­ sprünge (3) aufweist, die gleichzeitig den Übertragungshebel (5) auslenken und die Vorspannungsfeder (11) komprimieren.

7. Nockensteueranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß der Steuernocken (1) auf einer Nocken­ welle (2) angeordnet ist und daß die Nockenvorsprünge (3) äquidistant auf dem Umfang verteilt sind.

8. Nockensteueranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ge­ kennzeichnet durch seine Verwendung bei einem nockengesteu­ erten Einspritzsystem.

9. Nockensteueranordnung nach Anspruch 4 und 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der flüssigkeitsdichte Raum (17) mit Kraft­ stoff gefüllt ist.