EP3194770B1

EP3194770B1 - Kolbenpumpe

Info

Publication number: EP3194770B1
Application number: EP15736837.4A
Authority: EP
Inventors: Christian Graspeuntner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-09-15
Filing date: 2015-07-14
Publication date: 2021-09-08
Anticipated expiration: 2035-07-14
Also published as: DE102014218489A1; JP6467501B2; US10100796B2; JP2017527734A; CN106715886A; EP3194770A1; US20170260947A1; WO2016041655A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe mit einem Rollenstößel.

Stand der Technik

Eine derartige Kolbenpumpe ist aus der Offenlegungsschrift DE 10 2011 076 022 A1 bekannt. Die bekannte Kolbenpumpe umfasst einen Rollenstößel und einen mit dem Rollenstößel wirkverbundenen Pumpkolben, wobei der Rollenstößel einen Rollenschuh, eine Laufrolle und einen Bolzen aufweist. Im Rollenschuh sind ein erstes Lagerauge und ein zweites Lagerauge ausgebildet, wobei der Bolzen im ersten Lagerauge und im zweiten Lagerauge gelagert ist und wobei die Laufrolle drehbar auf dem Bolzen angeordnet ist. Weitere Kolbenpumpen sind auch aus der DE 10 2007 006 320 A1 , DE 10 2010 030 498 A1 und DE 10 2010 063 363 A1 bekannt, wobei bei diesen Kolbenpumpen der Bolzen im ersten Lagerauge elastischer gelagert ist als im zweiten Lagerauge.
Der Rollenstößel der bekannten Kolbenpumpe ist bei Temperaturbelastungen thermischen Spannungen ausgesetzt, die zu einer Reduzierung der Lebensdauer, der Laufruhe und des Wirkungsgrads der Kolbenpumpe führen können.

Offenbarung der Erfindung

Demgegenüber weist die erfindungsgemäße Kolbenpumpe einen Rollenstößel auf, der robust gegenüber Temperaturbelastungen ist. Die Lebensdauer und der Wirkungsgrad der Kolbenpumpe werden somit durch die Temperaturbelastungen nicht reduziert, und eine höhere Laufruhe der Kolbenpumpe wird erreicht.
Dazu weist die Kolbenpumpe einen Rollenstößel und einen mit dem Rollenstößel wirkverbundenen Pumpkolben auf. Der Rollenstößel umfasst einen Rollenschuh, eine Laufrolle und einen Bolzen. Im Rollenschuh sind ein erstes Lagerauge und ein zweites Lagerauge ausgebildet, wobei der Bolzen im ersten Lagerauge und im zweiten Lagerauge gelagert ist. Die Laufrolle ist drehbar auf dem Bolzen angeordnet. Der Bolzen ist im ersten Lagerauge elastischer gelagert als im zweiten Lagerauge. Erfindungsgemäß ist in dem ersten Lagerauge eine Ausnehmung ausgebildet, wobei die Ausnehmung ein durchgängiger Schlitz ist, so dass das erste Lagerauge zwei einseitig voneinander getrennte Lagerschenkel umfasst. Aufgrund der vergleichsweise hohen Elastizität im ersten Lagerauge bzw. der vergleichsweise geringen Steifigkeit der Verbindung zwischen erstem Lagerauge und Bolzen können der Bolzen und der Rollenschuh unterschiedliche Längendehnungen ausführen, ohne dabei zu große Spannungen in den Bauteilen zu induzieren. Die Beanspruchungen der Bauteile, speziell unter Temperaturbelastungen, sind damit stark reduziert, womit sich entsprechend die Lebensdauer der gesamten Kolbenpumpe erhöht. Weiterhin werden dadurch die Laufruhe und der Wirkungsgrad der Kolbenpumpe erhöht.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Rollenschuh in einem Stößelgehäuse angeordnet. Dadurch können bei der Umwandlung der Rotationsbewegung der Laufrolle in eine Translationsbewegung des Pumpkolbens auftretende Toleranzen ausgeglichen werden. Der Rollenstößel kann sich somit innerhalb des Stößelgehäuses selbst ausrichten; aufgrund von Lagerungsbedingungen auftretende Spannungen werden dadurch verhindert.
In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung weist das erste Lagerauge eine erste Breite und das zweite Lagerauge eine zweite Breite auf, wobei die erste Breite kleiner als die zweite Breite ist. Dadurch ist in einer kostengünstigen Ausführung die Verbindung zwischen erstem Lagerauge und Bolzen weniger steif ausgeführt als die Verbindung zwischen zweitem Lagerauge und Bolzen. Weiterhin ist dadurch auch das erste Lagerauge selbst weniger steif ausgeführt als das zweite Lagerauge. Die Elastizität in der Verbindung zwischen zweitem Lagerauge und Bolzen kann somit etwaige unterschiedliche Längenausdehnungen von Bolzen und Rollenschuh ausgleichen.
Erfindungsgemäß ist in dem ersten Lagerauge eine Ausnehmung ausgebildet. Durch die Ausnehmung wird die Steifigkeit des ersten Lagerauges und damit auch die Steifigkeit der Verbindung zwischen erstem Lagerauge und Bolzen reduziert. Unterschiedliche Längenänderungen von Bolzen und Rollenschuh können dadurch ausgeglichen werden. Die Ausnehmung kann zusätzlich der Integration weiterer Funktionen dienen, beispielsweise der Schmierstoffzufuhr in das erste Lagerauge.
In einer vorteilhaften Ausführung ist die Ausnehmung eine Verringerung der Wandstärke des ersten Lagerauges. Dadurch wird die Steifigkeit des ersten Lagerauges auf sehr einfache Weise reduziert. Speziell für den Fall, dass der Rollenschuh im Gießverfahren hergestellt ist, ist dies eine sehr kostengünstige Lösung.
Vorteilhafterweise ist das erste Lagerauge elastisch aufweitbar. Die Ausnehmung führt dadurch zu einer vergleichsweise starken Durchmessererhöhung des ersten Lagerauges, sobald ein Kontaktdruck zum Bolzen vorhanden ist.
Erfindungsgemäß ist die Ausnehmung ein durchgängiger Schlitz, so dass das erste Lagerauge zwei einseitig voneinander getrennte Lagerschenkel umfasst. Aufgrund des durchgängigen Schlitzes ist das erste Lagerauge nicht mehr über seinen gesamten Umfang geschlossen. Dies führt zu einer sehr starken Reduzierung der Steifigkeit des ersten Lagerauges. Dadurch können selbst bei sehr großen Temperaturgradienten die unterschiedlichen Längenausdehnungen von Rollenschuh und Bolzen ausgeglichen werden.
In vorteilhaften Ausführungen der Erfindung ist der Bolzen in das erste Lagerauge eingeklemmt und in das zweite Lagerauge eingepresst. Das bedeutet, dass die Flächenpressung zwischen erstem Lagerauge und Bolzen deutlich geringer ist als die Flächenpressung zwischen zweitem Lagerauge und Bolzen. Im ersten Lagerauge kann der Bolzen im Betrieb der Kolbenpumpe somit Relativverschiebungen zum Rollenschuh ausführen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist in dem zweiten Lagerauge eine weitere Ausnehmung ausgebildet. Dadurch ist auch das zweite Lagerauge vergleichsweise weich ausgebildet und sowohl im ersten Lagerauge als auch im zweiten Lagerauge können unterschiedliche Längenausdehnungen von Rollenschuh und Bolzen ausgeglichen werden.
Vorteilhafterweise ist die weitere Ausnehmung eine Verringerung der Wandstärke des zweiten Lagerauges. Dadurch wird die Steifigkeit des zweiten Lagerauges auf sehr einfache Weise reduziert. Speziell für den Fall, dass der Rollenschuh im Gießverfahren hergestellt ist, ist dies eine sehr kostengünstige Lösung.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Bolzen in das erste Lagerauge und in das zweite Lagerauge eingeklemmt. Dadurch ist sowohl im ersten Lagerauge als auch im zweiten Lagerauge nur noch eine vergleichsweise geringe Kontaktkraft zum Bolzen vorhanden. Der Bolzen kann sowohl im ersten Lagerauge als auch im zweiten Lagerauge Relativverschiebungen zum Rollenschuh ausführen und dementsprechend unterschiedliche thermische Ausdehnungen von Rollenschuh und Bolzen ausgleichen.
In vorteilhaften Ausführungen ist die erfindungsgemäße Kolbenpumpe Bestandteil eines Kraftstoffeinspritzsystems. Speziell in Hochdruckpumpen von Kraftstoffeinspritzsystemen herrschen hohe Drücke und hohe Temperaturen. Der Rollenstößel einer als Hochdruckpumpe eingesetzten Kolbenpumpe ist demzufolge starken Beanspruchungen ausgesetzt. Die Reduzierung bzw. Vermeidung von thermisch induzierten Spannungen im Rollenstößel erhöht demzufolge nicht nur die Lebensdauer der Kolbenpumpe, sondern mit ihr auch die Lebensdauer des gesamten Kraftstoffeinspritzsystems.
Zeichnungen

Fig.1 zeigt eine Kolbenpumpe mit einem Rollenstößel.
Fig.2 zeigt den erfindungsgemäßen Rollenstößel aus der Fig.1 in einer Seitenansicht.
Fig.3 zeigt einen beispielhaften Rollenstößel.

Beschreibung

Fig.1 zeigt eine Kolbenpumpe 1 mit einem Pumpengehäuse 20. In dem Pumpengehäuse 20 sind eine Nockenwelle 21, ein Rollenstößel 2 und ein Pumpkolben 10 angeordnet. Der Rollenstößel 2 umfasst einen Stößelkörper 15, einen Rollenschuh 3, eine Laufrolle 4 und einen Bolzen 5.
Der Rollenschuh 3 ist im Stößelkörper 15 angeordnet; in alternativen Ausführungsformen können der Stößelkörper 15 und der Rollenschuh 3 auch einstückig ausgeführt sein. Der Bolzen 5 ist im Rollenschuh 3 gelagert. Dazu sind im Rollenschuh 3 ein erstes Lagerauge 6 mit einer ersten Breite b6 und ein zweites Lagerauge 7 mit einer zweiten Breite b7 ausgebildet, in denen der Bolzen 5 gelagert bzw. eingepresst ist. Die Laufrolle 4 ist drehbar auf dem Bolzen 5 gelagert.
Ein an der Nockenwelle 21 ausgebildeter Nocken 22 wirkt mit der Laufrolle 4 zusammen, so dass die Laufrolle 4 bei einer Rotation der Nockenwelle 21 auf dem Nocken 22 abrollt. Auf der dem Nocken 22 gegenüberliegenden Seite ist der Rollenschuh 3 mit dem Pumpkolben 10 wirkverbunden. Eine Feder 25 spannt den Pumpkolben 10 unter Zwischenlage einer Unterlegscheibe 26 gegen den Rollenschuh 3 vor.
Fig.2 zeigt den Rollenstößel 2 aus der Fig.1 in einer Seitenansicht. Die Seitenansicht zeigt den Rollenschuh 3, die Laufrolle 4, den Bolzen 5 und das erste Lagerauge 6. Im ersten Lagerauge 6 ist eine Ausnehmung 8 ausgebildet. Die Ausnehmung 8 verläuft über die gesamte Wandstärke des ersten Lagerauges 6 in Form eines durchgängigen Schlitzes, so dass das erste Lagerauge 6 in einen ersten Lagerschenkel 6a und einen zweiten Lagerschenkel 6b unterteilt ist, wobei der erste Lagerschenkel 6a einseitig von dem zweiten Lagerschenkel 6b getrennt ist. Eine Innenfläche 6c des ersten Lagerauges 6, in die der Bolzen 5 eingeklemmt bzw. eingepresst ist, ist somit aufgrund der Ausnehmung 8 vergleichsweise stark elastisch ausgebildet.
Wie zuvor erwähnt, kann in einer vorteilhaften Weiterbildung in dem zweiten Lagerauge eine weitere Ausnehmung ausgebildet sein. Fig.3 zeigt einen beispielhaften Rollenstößel 2 in einer vorteilhaften Weiterbildung. Die Ausnehmung ist hierbei in dem Lagerauge 6 nicht durchgängig über die gesamte Wandstärke des Lagerauges 6 ausgebildet, sondern führt lediglich zu einer lokalen Verringerung der Wandstärke des ersten Lagerauges 6 in diesem Bereich. Dadurch ist auch in dieser vorteilhaften Weiterbildung die Innenfläche 6c elastisch aufweitbar gestaltet, das heißt, dass im Bereich der Ausnehmung 8 das Lagerauge 6 vergleichsweise weich gestaltet ist.
Die Funktionsweise der Kolbenpumpe 1 ist wie folgt:
Die Nockenwelle 21 wird von einer nicht dargestellten Antriebseinheit, beispielsweise von einem mit einer Brennkraftmaschine verbundenen Zahnriemen, angetrieben. Dadurch führt der Nocken 22 eine Rotationsbewegung aus und beschreibt eine Nockenbahn. Der mit dem Nocken 22 über die Laufrolle 4 wirkverbundene Rollenstößel 2 führt aufgrund der Nockenbahn eine translatorische Auf- und Abwärtsbewegung im Pumpengehäuse 20 aus, wobei die Richtung der Bewegung senkrecht zur Achse der Nockenwelle 21 verläuft. Mit dem Rollenstößel 2 führt auch der Pumpkolben 10 die Auf- und Abwärtsbewegung durch und verdichtet dadurch ein Fluid auf der dem Rollenstößel 2 gegenüberliegenden Seite in einem nicht dargestellten Verdichtungsraum. Beispielsweise kann so der Kraftstoff eines Kraftstoffeinspritzsystems in der Kolbenpumpe 1 unter Hochdruck gebracht werden.
Die Kolbenpumpe 1 ist im Betrieb Temperaturänderungen ausgesetzt, die Längenänderungen der Bauteile zur Folge haben. Erfindungsgemäß ist nun die Verbindung zwischen dem Bolzen 5 und dem ersten Lagerauge 6 elastischer bzw. weicher gestaltet als die Verbindung zwischen dem Bolzen 5 und dem zweiten Lagerauge 7. Dadurch kann der Bolzen 5 bei thermischen Belastungen eine Relativbewegung in seiner Achsrichtung zum ersten Lagerauge 6 ausführen. Thermische Spannungen im Bolzen 5 und im Rollenschuh 3 werden dadurch verringert oder sogar vermieden.
Die unterschiedliche Gestaltung der Steifigkeiten der Verbindungen in den beiden Lageraugen 6, 7 kann dabei beispielsweise folgendermaßen ausgeführt werden:

Das Übermaß der beiden Pressverbände zwischen dem Bolzen 5 und den beiden Lageraugen 6, 7 ist im ersten Lagerauge 6 geringer ausgeführt als im zweiten Lagerauge 7.
Die Reibkraft des Pressverbands zwischen dem Bolzen 5 und dem ersten Lagerauge 6 ist geringer als die Reibkraft des Pressverbands zwischen dem Bolzen 5 und dem zweiten Lagerauge 7, beispielsweise indem die erste Breite b6 geringer ist als die zweite Breite b7.
Das erste Lagerauge 6 ist weicher gestaltet als das zweite Lagerauge 7, beispielsweise durch die Ausnehmung 8.

Claims

Kolbenpumpe (1) mit einem Rollenstößel (2) und einem mit dem Rollenstößel (2) wirkverbundenen Pumpkolben (10), wobei der Rollenstößel (2) einen Rollenschuh (3), eine Laufrolle (4) und einen Bolzen (5) aufweist, wobei im Rollenschuh (3) ein erstes Lagerauge (6) und ein zweites Lagerauge (7) ausgebildet sind, wobei der Bolzen (5) im ersten Lagerauge (6) und im zweiten Lagerauge (7) gelagert ist und wobei die Laufrolle (4) drehbar auf dem Bolzen (5) angeordnet ist,
wobei der Bolzen (5) im ersten Lagerauge (6) elastischer gelagert ist als im zweiten Lagerauge (7),
dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Lagerauge (6) eine Ausnehmung (8) ausgebildet ist, wobei die Ausnehmung (8) ein durchgängiger Schlitz ist, so dass das erste Lagerauge (6) zwei einseitig voneinander getrennte Lagerschenkel umfasst.
Kolbenpumpe (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der Rollenschuh (3) in einem Stößelgehäuse (15) angeordnet ist.
Kolbenpumpe (1) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass das erste Lagerauge (6) eine erste Breite (b6) und das zweite Lagerauge (7) eine zweite Breite (b7) aufweisen, wobei die erste Breite (b6) kleiner ist als die zweite Breite (b7).
Kolbenpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (8) eine Verringerung der Wandstärke des ersten Lagerauges (6) ist.
Kolbenpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass das erste Lagerauge (6) elastisch aufweitbar ist.
Kolbenpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass der Bolzen (5) in das erste Lagerauge (6) eingeklemmt und in das zweite Lagerauge (7) eingepresst ist.
Kolbenpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass in dem zweiten Lagerauge (7) eine weitere Ausnehmung ausgebildet ist.
Kolbenpumpe (1) nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Ausnehmung eine Verringerung der Wandstärke des zweiten Lagerauges (7) ist.
Kolbenpumpe (1) nach einem der Ansprüche 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet, dass der Bolzen (5) in das erste Lagerauge (6) und in das zweite Lagerauge (7) eingeklemmt ist.
Kraftstoffeinspritzsystem mit einer Kolbenpumpe (1) nach einem der vorherigen Ansprüche.