WO2019081238A1 - STÖßEL, INSBESONDERE ROLLENSTÖßEL, FÜR EINE PUMPE UND PUMPE MIT STÖßEL - Google Patents

STÖßEL, INSBESONDERE ROLLENSTÖßEL, FÜR EINE PUMPE UND PUMPE MIT STÖßEL

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Abstract

Es wird ein Stößel, insbesondere Rollenstößel (20), für eine Pumpe vorgeschlagen wobei der Stößel (20) einen zumindest annähernd hohlzylinderförmigen Stößelkörper (40) aufweist. Es ist wenigstens ein die Wandung (70, 72) des Stößelkörpers (40) durchdringender Durchgang (72) vorhanden. Der Stößelkörper (40) ist in einem materialauftragenden Fertigungsverfahren hergestellt und der wenigstens eine Durchgang (72) ist im Fertigungsverfahren des Stößelkörpers (40) innerhalb der Wandung (70, 72) verlaufend ohne nachfolgende spanende Bearbeitung des Stößelkörpers (40) erzeugt. Durch den wenigstens einen Durchgang (72) wird der Lagerung einer innerhalb des Stößelkörpers (40) drehbar gelagerten Rolle (56) Schmierstoff zugeführt.

Description

Beschreibung Titel
Stößel, insbesondere Rollenstößel, für eine Pumpe und Pumpe mit Stößel Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Stößel, insbesondere Rollenstößel, für eine Pumpe nach der Gattung des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem eine Pumpe mit einem Stößel.
Eine Pumpe mit einem Stößel ist durch die DE 10 2010 030 498 AI bekannt. Diese Pumpe weist wenigstens ein Pumpenelement mit einem Stößel in Form eines Rollenstößels auf, über den sich ein Pumpenkolben an einem Nocken einer Antriebswelle abstützt. Der Stößel weist einen zumindest annähernd
hohlzylinderförmigen Stößelkörper auf, wobei mehrere die Wandung des
Stößelkörpers durchdringende Durchgänge vorgesehen sind. Innerhalb des Stößelkörpers ist über einen Bolzen oder Stift eine Rolle drehbar gelagert, deren Drehachse senkrecht zu einer Längsachse des Stößelkörpers verläuft. Die Rolle läuft auf einem Nocken einer Antriebswelle ab, die zum Antrieb des
Pumpenkolbens in einer Hubbewegung dient. Durch die Durchgänge in der Wandung des Stößelkörpers wird Schmierstoff aus der Umgebung des
Stößelkörpers in das Innere des Stößelkörpers im Bereich der Lagerung der Rolle zugeführt. Der Stößelkörper ist beispielsweise mittels spanabhebender Fertigungsverfahren wie Drehen und Fräsen aus einem zylinderförmigen Rohteil hergestellt. Die Durchgänge sind als Bohrungen in die Wandung des
Stößelkörpers eingebracht. Die Herstellung des Stößelkörpers ist dadurch aufwendig und mit hohen Kosten verbunden. Außerdem ist die Ausbildung der Durchgänge hinsichtlich deren Verlauf und Querschnittsform stark eingeschränkt, da diese nur als gerade verlaufende Bohrungen ausgeführt werden können.
Innerhalb des Stößelkörpers können außerdem Öffnungen vorgesehen sein, die eine Durchströmung des Stößelkörpers bei dessen Hubbewegung ermöglichen. Diese Öffnungen müssen auch in spanabhebenden Fertigungsverfahren in den Stößelkörper eingebracht werden.
Der Stößel wird üblicherweise durch eine Stößelfeder zum Nocken hin beaufschlagt um die Anlage der Rolle am Nocken sicherzustellen. Im Betrieb der Pumpe wirken auf den Stößel Massekräfte, denen die Stößelfeder entgegen wirken muss. Mit zunehmender Drehzahl der Antriebswelle nehmen die
Massekräfte stark zu und es ist eine Stößelfeder mit hoher Federkraft erforderlich um die Anlage der Rolle am Nocken sicherzustellen. Der Stößel besitzt wegen des massiven Stößelkörpers, der üblicherweise aus Stahl hergestellt ist, eine große Masse. Um einen Betrieb der Pumpe mit hoher Drehzahl zu ermöglichen ist daher eine Stößelfeder mit hoher Federkraft und hierdurch bedingt großer Baugröße und großem Gewicht erforderlich oder, bei vorgegebener Federkraft der Stößelfeder ist die mögliche maximale Drehzahl, mit der die Pumpe betrieben werden kann, begrenzt.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Der erfindungsgemäße Stößel mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass dieser einfach und kostengünstig herstellbar ist, da der wenigstens eine Durchgang in dessen Wandung bereits bei der
Herstellung des Stößelkörpers erzeugt werden kann. Der wenigstens eine Durchgang kann dabei in beliebigem Verlauf und mit beliebiger Querschnittsform hergestellt werden, da dieser nicht nachträglich in einem spanhebenden
Bearbeitung eingebracht wird sondern bereits beim materialauftragenden Fertigungsverfahren des Stößelkörpers indem in den Bereichen, in denen der Durchgang gebildet werden soll, kein Materialauftrag erfolgt. Der Stößelkörper kann strukturell so ausgebildet werden, dass nur in erforderlichen Bereichen Material vorhanden ist und auch belastungsabhängig beliebige unterschiedliche Materialstärken realisiert werden können. In hoch belasteten Bereichen des Stößelkörpers kann dabei eine größere Materialstärke vorgesehen werden und in geringbelasteten Bereichen ein geringere Materialstärke. Als
materialauftragendes Fertigungsverfahren kann beispielsweise ein 3D- Druckverfahren verwendet werden, bei dem der Stößelkörper aus einer Vielzahl von aufeinanderaufgebrachten Materialschichten aufgebaut wird. Als Material für den Stößelkörper kann beispielsweise Metallpulver, Keramik oder Kunststoff verwendet werden, wobei das Material in geschmolzenem Zustand aufgebracht wird.
In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und
Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Stößels angegeben. Die Ausbildung gemäß Anspruch 2 ermöglicht eine Zufuhr von Schmierstoff in unterschiedliche Bereiche innerhalb des Stößelkörpers. Die Ausbildung gemäß Anspruch 3 ermöglicht eine Verteilung von Schmierstoff in verschiedene Umfangsbereiche innerhalb des Stößelkörpers. Die Ausbildung gemäß Anspruch 4 ermöglicht eine Schmierung der Lagerung einer Rolle im Stößelkörper. Die Ausbildung gemäß Anspruch 5 ermöglicht gezielt eine Schmierung einer axialen Lagerung der Rolle in Richtung ihrer Drehachse. Durch die Ausbildung gemäß Anspruch 6 und Anspruch 7 wird die Schmierung der axialen Lagerung der Rolle weiter verbessert. Durch die Ausbildung gemäß Anspruch 8 und 9 wird eine
Durchströmung des Stößelkörpers ermöglicht und außerdem dessen Gewicht verringert.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine Pumpe in vereinfachter Darstellung in einem Längsschnitt, Figur 2 in vergrößerter
Darstellung einen Ausschnitt des Rollenstößels der Pumpe in einem Längsschnitt in perspektivischer Darstellung, Figur 3 einen Ausschnitt eines Stößelkörpers der Rollenstößels in einem Längsschnitt und Figur 4 im Stößelkörper verlaufende Durchgänge in räumlicher Darstellung.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In Figur 1 ist eine Pumpe dargestellt, die insbesondere eine
Kraftstoffhochdruckpumpe für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer
Brennkraftmaschine ist. Die Pumpe weist wenigstens ein Pumpenelement 10 auf, das einen in einer Zylinderbohrung 12 eines Gehäuseteils 14 verschiebbar dicht geführten Pumpenkolben 16 aufweist, auf, das nachfolgend als Zylinderkopf bezeichnet wird. Der Pumpenkolben 16 begrenzt mit seinem in die
Zylinderbohrung 12 ragenden Ende einen Pumpenarbeitsraum 18. Das aus der Zylinderbohrung 12 ragende Ende des Pumpenkolbens 16 ist mit einem
Rollenstößel 20 verbunden. Der Rollenstößel 20 stützt sich an einem Nocken 22 einer Antriebswelle 24 ab, durch den bei der Drehbewegung der Antriebswelle 24 eine Hubbewegung des Pumpenkolbens 16 in der Zylinderbohrung 12 bewirkt wird. Die Antriebswelle 24 kann Teil der Pumpe sein oder Teil der
Brennkraftmaschine, beispielsweise deren Nockenwelle oder eine andere Welle.
Der Pumpenarbeitsraum 18 ist über ein Einlassventil 26 mit einem
Niederdruckzulauf zur Pumpe und über ein Auslassventil 28 mit einem
Hochdruckablauf verbindbar, der beispielsweise zu einem Hochdruckspeicher 30 führt. Der Niederdruckzulauf kann beispielsweise von einer Förderpumpe, die Kraftstoff aus einem Vorratsbehälter ansaugt, gespeist werden.
Der Rollenstößel 20 weist einen zumindest annähernd hohlzylinderförmigen Stößelkörper 40 auf, in den auf dessen dem Nocken 22 abgewandter Seite das aus der Zylinderbohrung 12 herausragende Ende des Pumpenkolbens 16 hineinragt. Der Pumpenkolben 16 weist an seinem Ende einen Kolbenfuß 42 auf, dessen Querschnitt gegenüber dem Querschnitt des in der Zylinderbohrung 12 angeordneten Bereichs des Pumpenkolbens 16 vergrößert ist. Der Kolbenfuß 42 kommt innerhalb des Stößelkörpers 40 an einer Querwand 44 zur Anlage, die eintsückig mit dem Stößelkörper 40 ausgebildet ist und von dessen
Mantelbereich nach innen verläuft. Es kann vorgesehen sein, dass die Querwand 44 in ihrem zentralen Bereich, in dem der Kolbenfuß 42 anliegt, eine Vertiefung 46 aufweist, deren Querschnitt etwas größer als der Querschnitt des Kolbenfußes 42 ist. Durch die Querwand 44 ist im Stößelkörper 40 zum Pumpenkolben 16 hin eine Ringschulter 48 gebildet, wobei der Abstand der Ringschulter 48 vom Boden der Vertiefung 46 etwa so groß ist wie die Höhe des Kolbenfußes 42.
Der Rollenstößel 20 wird durch eine Stößelfeder 50 zum Nocken 22 hin beaufschlagt, wobei sich die Stößelfeder 50 an einem Federteller 52 abstützt, der in den Stößelkörper 40 eingesetzt ist und sich an seinem radial inneren Rand am Kolbenfuß 42 des Pumpenkolbens 16 und an seinem radial äußeren Rand an der Ringschulter 48 des Stößelkörpers 40 abstützt. Die Querwand 44 ist
vorzugsweise mit einer großen Wandstärke in Richtung der Längsachse 41 des Stößelkörpers 40 ausgeführt um eine sichere Abstützung des Pumpenkolbens 16 zu ermöglichen.
Im Stößelkörper 40 ist eine zylindrische Rolle 56 drehbar gelagert. Die Rolle 56 kann auf einem Stift oder Bolzen 58 gelagert sein, der im Stößelkörper 40 gehalten ist. Zwischen der Rolle 56 und dem Bolzen 58 kann eine Lagerbuchse 60 angeordnet sein, die Rolle 56 kann jedoch auch direkt auf dem Bolzen 58 gelagert sein. Die Drehachse 57 der Rolle 56 verläuft zumindest annähernd senkrecht zur Längsachse 41 des Stößelkörpers 40. Die Rolle 56 ist innerhalb des Stößelkörpers 40 zwischen seitlichen Wandungen 62 des Stößelkörpers 40 angeordnet, wobei die Wandungen 62 zumindest annähernd ebene Anlaufflächen 64 für die Rolle 56 bilden, an denen die Rolle 56 in Richtung ihrer Drehachse 57 mit ihren Stirnseiten 66 zur Anlage kommen kann. In den Wandungen 62 sind Ausnehmungen 68 zur Aufnahme des Bolzens 58 vorgesehen.
Der Stößelkörper 40 ist in einem materialauftragenden Fertigungsverfahren hergestellt, insbesondere in einem 3 D- Druckverfahren. Hierbei wird der
Stößelkörper 40 schichtweise beispielsweise in Richtung seiner Längsachse 41 oder quer zur Längsachse 41 aufgebaut, indem eine Vielzahl von
Materialschichten aufeinander aufgebracht werden. Als Material für den
Stößelkörper 40 kann Metall, beispielsweise Metallpulver, Keramik oder
Kunststoff verwendet werden.
In der zylinderförmigen Wandung 70 des Stößelkörpers 40 ist wenigstens ein Durchgang 72 vorgesehen, durch den von der Außenseite des Stößelkörpers 40 Schmierstoff in das Innere des Stößelkörpers 40, insbesondere in den Bereich der Lagerung der Rolle 56 zugeführt wird. Die Lagerung der Rolle 56 ist dabei durch deren radiale Lagerung auf dem Bolzen 58 und deren axiale Lagerung zwischen den Anlaufflächen 64 der Wandungen 62 gebildet. Anhand der räumlichen Darstellung des Durchgangs in Figur 4 wird nachfolgend der Verlauf des Durchgangs 72 erläutert. Der Durchgang 72 weist am Außenmantel der Wandung 70 eine Mündung 74 auf, durch die Schmierstoff in den Durchgang eintreten kann. Der Durchgang 72 weist innerhalb der Wandung 70 ausgehend von der Mündung 74 beiderseits der Mündung in Umfangsrichtung der Wandung 70 verlaufende erste Abschnitte 72a auf. Die ersten Abschnitte 72a des
Durchgangs 72 weisen einen Querschnitt auf, der in Richtung der Längsachse 41 des Stößelkörpers 40 eine größere Erstreckung besitzt als in radialer Richtung bezüglich der Längsachse 41. Die ersten Abschnitte 72a des Durchgangs 72 verlaufen bis etwa zur Mitte der seitlichen Wandungen 62 des Stößelkörpers 40. An die in Umfangsrichtung verlaufenden ersten Abschnitte 72a des Durchgangs 72 schließen sich jeweils in Richtung der Längsachse 41 des Stößelkörpers 40 verlaufende zweite Abschnitte 72b des Durchgangs 72 an. Die zweiten Abschnitte 72b des Durchgangs 72 weisen einen Querschnitt auf, der in Umfangsrichtung des Stößelkörpers 40 eine größere Erstreckung besitzt als in radialer Richtung bezüglich der Längsachse 41 des Stößelkörpers 40. Die zweiten Abschnitte 72b des Durchgangs 72 erstrecken sich in Richtung der Längsachse 41 bis auf Höhe der Anlaufflächen 64.
An die zweiten Abschnitte 72b schließen sich jeweils bogenförmig in
Umfangsrichtung der Rolle 56 verlaufende dritte Abschnitte 72c des Durchgangs 72 in den seitlichen Wandungen 62 an. Die dritten Abschnitte 72c des
Durchgangs 72 weisen beispielsweise einen runden Querschnitt auf und erstrecken sich über den Umfang der Rolle 56 annähernd so weit wie die Anlaufflächen 64. Von den dritten Abschnitten 72c des Durchgangs 72 führen über den Umfang der Rolle 56 verteilt mehrere vierte Abschnitte 72d des
Durchgangs 72 ab, die etwa parallel zur Drehachse 57 der Rolle 56 verlaufen und die an den Anlaufflächen 64 münden. Die vierten Abschnitte 72d des Durchgangs 72 können beispielsweise einen runden Querschnitt aufweisen. Es kann vorgesehen sein, dass der Querschnitt der Mündungen der vierten Abschnitte 72d im Bereich der Anlaufflächen 64 vergrößert ist. Es können beispielsweise jeweils vier vierte Abschnitte 72d des Durchgangs 72 vorgesehen sein, die vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang der Rolle 56 verteilt angeordnet sind.
Es kann vorgesehen sein, dass in der Wandung 70 des Stößelkörpers 40 eine Ausnehmung in Form einer sich in Richtung von dessen Längsachse 41 erstreckenden Nut 76 vorhanden ist. In diese Nut 76 kann ein in einer Führung 78 des Stößels 20 angeordnetes Führungselement 80 eingreifen, das beispielsweise als Zapfen oder Bolzen ausgebildet sein kann, wodurch eine Verdrehung des Stößels 20 um die Längsachse 41 verhindert wird. Es kann vorgesehen sein, dass die Mündung 74 des Durchgangs 72 im Bereich der Nut 76 angeordnet ist, von der Schmierstoff in den Durchgang 72 gelangen kann.
Es kann vorgesehen sein, dass in der Querwand 44 des Stößelkörpers 40 wenigstens eine Öffnung 82 vorhanden ist, die eine Durchströmung des
Stößelkörpers 40 bei dessen Hubbewegung in der Führung 78 ermöglicht ist. Es können beispielsweise mehrere über den Umfang der Querwand 44 verteilte etwa radial zur Längsachse 41 verlaufende Öffnungen 82 vorgesehen sein. Die Querwand 44 ist dann durch die Öffnungen 82 auf mehrere in radialer Richtung bezüglich der Längsachse 41 verlaufende Stege 84 reduziert, die an ihren radial äußeren Enden an der Wandung 70 des Stößelkörpers 40 angeformt sind und die an ihren radial inneren Enden durch einen geschlossenen Mittelbereich 86 verbunden sind, der eine Auflage für den Kolbenfuß 42 bildet.
Zur Verringerung der Masse des Stößelkörpers 40 können in diesem weitere Öffnungen oder Nuten vorgesehen sein, die vorzugsweise in gering belasteten Bereichen des Stößelkörpers 40 angeordnet sind und die ebenfalls direkt beim materialauftragenden Fertigungsverfahren des Stößelkörpers 40 erzeugt werden.

Claims

Ansprüche
1. Stößel, insbesondere Rollenstößel (20), für eine Pumpe, wobei der Stößel (20) einen zumindest annähernd hohlzylinderförmigen Stößelkörper (40) aufweist, wobei wenigstens ein die Wandung (70, 72) des Stößelkörpers (40) von der Außenseite des Stößelkörpers (40) zu dessen Innenseite durchdringender Durchgang (72) vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Stößelkörper
(40) in einem materialauftragenden Fertigungsverfahren hergestellt ist und dass der wenigstens eine Durchgang (72) im Fertigungsverfahren des Stößelkörpers (40) innerhalb der Wandung (70, 72) verlaufend ohne nachfolgende spanende Bearbeitung des Stößelkörpers (40) erzeugt ist.
2. Stößel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der
Wandung (70, 72) des Stößelkörpers (40) mehrere Durchgänge (72) und/oder mehrere Abschnitte (72a, 72b, 72c, 72d) eines Durchgangs (72) vorhanden sind, die innerhalb des Stößelkörpers (40) in unterschiedlichen Bereichen münden.
3. Stößel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Durchgang (72) oder wenigstens ein Abschnitt (72a) eines Durchgangs (72) innerhalb der Wandung (70) in Umfangsrichtung der Wandung (70) verläuft. 4. Stößel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im
Stößelkörper (40) zumindest mittelbar eine Rolle (56) drehbar gelagert ist, deren Drehachse (57) zumindest annähernd senkrecht zu einer Längsachse (41) des Stößelkörpers (40) verläuft und dass durch den wenigstens einen Durchgang (72) Schmierstoff zur Lagerung (58, 60; 64, 66) der Rolle (56) zugeführt wird.
5. Stößel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Stößelkörper (40) wenigstens eine Anlauffläche (64) für die Rolle (56) vorgesehen ist, die in Richtung der Drehachse (57) der Rolle (56) einer Stirnseite (66) der Rolle (56) gegenüberliegend angeordnet ist, und dass wenigstens ein Durchgang (72d) in der wenigstens einen Anlauffläche (64) mündet.
6. Stößel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der wenigstens einen Anlauffläche (64) mehrere in Umfangsrichtung der Rolle (56) zueinander versetzte Durchgänge oder Abschnitte (72d) eines Durchgangs (72) münden.
7. Stößel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der die wenigstens eine Anlauffläche (64) bildenden Wandung (72) des Stößelkörpers (40) ein um die Drehachse (57) der Rolle (56) bogenförmig verlaufender Durchgang (72c) oder Abschnitt (72c) eines Durchgangs (72) vorhanden ist, von dem die mehreren an der wenigstens einen Anlauffläche (64) mündenden Durchgänge (72d) oder Abschnitte (72d) eines Durchgangs (72) abführen.
8. Stößel nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Stößelkörpers (40) wenigstens eine einstückig mit dem Stößelkörper (40) ausgebildete, sich quer zu einer Längsachse (41) des Stößelkörpers (40) erstreckende Querwand (44) angeordnet ist, die wenigstens eine Öffnung (82) aufweist, die im Fertigungsverfahren des Stößelkörpers (40) ohne zerspanende Bearbeitung des Stößelkörpers (40) erzeugt ist.
9. Stößel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere zumindest annähernd radial zu einer Längsachse (41) des Stößelkörpers (40) verlaufende Öffnungen (82) über den Umfang der wenigstens einen Querwand (44) verteilt vorgesehen sind, so dass die Querwand (44) durch mehrere zumindest annähernd radial zur Längsachse (41) des Stößelkörpers (40) verlaufende Stege (84) gebildet ist.
10. Pumpe mit wenigstens einem Pumpenelement (10), das einen Stößel (20) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Stößel (20) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche ausgebildet ist.
11. Pumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Stößelkörper (40) in einer Führung (78) in einem Gehäuseteil (62) der Pumpe verschiebbar geführt ist, dass der Stößelkörper (40) in seiner Wandung (70) eine sich in Richtung von dessen Längsachse (41) erstreckende Nut (76) aufweist und dass in die Nut (76) ein an der Führung (78) angeordnetes Führungselement (80) eingreift.
PCT/EP2018/077972 2017-10-27 2018-10-15 STÖßEL, INSBESONDERE ROLLENSTÖßEL, FÜR EINE PUMPE UND PUMPE MIT STÖßEL WO2019081238A1 (de)

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