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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Eine solche Hochdruckpumpe ist durch die
DE 10 2006 012 458 A1 bekannt. Die bekannte Hochdruckpumpe weist eine Pumpenbaugruppe und eine Antriebswelle auf, die zumindest einen der Pumpenbaugruppe zugeordneten Nocken aufweist. Die Pumpenbaugruppe weist eine auf dem Nocken laufende Rolle, einen Rollenschuh, in dem die Rolle gelagert ist, und einen Pumpenkolben auf. Der Pumpenkolben ist mittels der in dem Rollenschuh gelagerten Rolle von dem Nocken antreibbar. Der Rollenschuh weist zumindest ein verschleißfestes Teil auf, an dem die Rolle zum Übertragen der Antriebskraft von dem Nocken der Antriebswelle auf den Pumpenkolben zumindest abschnittsweise im Wesentlichen anliegt. Das verschleißfeste Teil des Rollenschuhs ist als Einlegeteil ausgestaltet, wobei der Rollenschuh einen Grundkörper aufweist, der das verschleißfeste Teil des Rollenschuhs zumindest teilweise umgibt. Durch diese Ausbildung des Rollenschuhs kann gezielt in dem Bereich mit hoher Belastung eine ausreichende Verschleißfestigkeit erreicht werden. Jedoch kann in bestimmten Betriebszuständen der Hochdruckpumpe, insbesondere in der Startphase, infolge unzureichender Schmierung weiterhin ein erhöhter Verschleiß auftreten.
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Durch die
DE 103 55 027 A1 ist eine Hochdruckpumpe bekannt, die eine Pumpenbaugruppe und eine Antriebswelle aufweist, die zumindest einen der Pumpenbaugruppe zugeordneten Nocken aufweist. Die Pumpenbaugruppe weist eine auf dem Nocken laufende Rolle, einen Rollenschuh, in dem die Rolle gelagert ist, und einen Pumpenkolben auf. Der Pumpenkolben ist mittels der in dem Rollenschuh gelagerten Rolle von dem Nocken antreibbar. Der Rollenschuh ist in einen Stößelkörper eingesetzt, der in einem Gehäuseteil der Hochdruckpumpe geführt ist. Der Rollenschuh muss bei dieser Hochdruckpumpe insgesamt mit hoher Verschleißfestigkeit ausgeführt werden und in der Startphase kann bei unzureichender Schmierung erhöhter Verschleiß auftreten.
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Durch die
DE 10 2006 048 722 A1 ist eine Hochdruckpumpe bekannt, die eine Pumpenbaugruppe und eine Antriebswelle aufweist, die zumindest einen der Pumpenbaugruppe zugeordneten Nocken aufweist. Die Pumpenbaugruppe weist eine auf dem Nocken laufende Rolle, einen Rollenschuh, in dem die Rolle gelagert ist, und einen Pumpenkolben auf. Der Pumpenkolben ist mittels der in dem Rollenschuh gelagerten Rolle von dem Nocken antreibbar. Auch bei dieser Hochdruckpumpe muss der Rollenschuh insgesamt mit hoher Verschleißfestigkeit ausgeführt sein und in der Startphase kann bei unzureichender Schmierung erhöhter Verschleiß auftreten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Hochdruckpumpe bereitzustellen, bei der auch in der Startphase Verschleiß vermieden wird.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Hierbei enthält der Grundkörper des Rollenschuhs einen Festschmierstoff und die Rolle gelangt insbesondere in der Startphase in Kontakt mit dem Grundkörper des Rollenschuhs. Durch den Festschmierstoff wird die Reibung reduziert und dadurch der Verschleiß gering gehalten. Beispielsweise kann ein Molybdändisulfid als Festschmierstoff dienen. Der Grundkörper des Rollenschuhs kann dann als Pulverspritzgusskörper mit solch einem Festschmierstoff ausgebildet sein.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Hochdruckpumpe möglich.
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Vorteilhaft ist es, dass der Grundkörper des Rollenschuhs durch eine Umspritzung des verschleißfesten Teils ausgebildet ist. Als Material für die Umspritzung eignet sich beispielsweise ein Werkstoff, der auf einem Metallpulver basiert.
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Vorteilhaft ist es auch, dass der Grundkörper aus einem gefüllten Kunststoff ausgebildet ist. Speziell kann der Grundkörper aus einem faserverstärkten Kunststoff gebildet sein, wobei Kohlefasern oder Glasfasern zur Verstärkung dienen. Als Kunststoff eignet sich beispielsweise Polyether-Etherketon (PEEK). Solch einem Kunststoff kann in vorteilhafter Weise ein Festschmierstoff beigemischt sein, beispielsweise Zinksulfid.
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Vorteilhaft ist es auch, dass der Grundkörper die Rolle bezüglich einer Drehachse der Rolle mit einem Umschlingungswinkel (Umschließungswinkel) umgibt, der größer als 180° ist. Dadurch kann eine zuverlässige Führung der Rolle erzielt werden, wobei die Rolle in vorteilhafter Weise gehalten ist. Speziell kann eine Verliersicherung für die Rolle durch den Grundkörper gebildet werden. Hierdurch wird die Rolle nach unten festgehalten. Dadurch wird eine Montage und eine gegebenenfalls erforderliche Demontage während einer Wartung erleichtert.
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Vorteilhaft ist es ferner, dass die Pumpenbaugruppe einen Stößelkörper aufweist und dass der Rollenschuh an seinem Grundkörper in den Stößelkörper eingesetzt ist. Dadurch kann eine vorteilhafte Schnittstelle zum Stößelkörper gebildet sein.
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In vorteilhafter Weise umfasst das verschleißfeste Teil eine Oberseite, an der Pumpenkolben zumindest mittelbar abgestützt ist. Somit kann das verschleißfeste Teil die Antriebskräfte in vorteilhafter Weise auf den Pumpenkolben übertragen, wobei das belastbare Teil des Rollenschuhs die auftretenden Kräfte überträgt und wobei der Grundkörper des Rollenschuhs entlastet ist. Somit wird die hohe Belastbarkeit des verschleißfesten Teils einerseits gegenüber der Rolle und andererseits gegenüber dem Pumpenkolben ausgenutzt.
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Vorteilhaft ist es, dass das verschleißfeste Teil an zumindest einer Seite eine verschleißfeste Beschichtung aufweist. Solch eine Beschichtung kann beispielsweise auf diamantartigen Kohlenstoffschichten aufgebaut sein. Die verschleißfeste Beschichtung ist vorzugsweise als harte verschleißfeste Beschichtung ausgestaltet.
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Figurenliste
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen, in denen sich entsprechende Elemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen sind, näher erläutert. Es zeigt:
- 1 eine Hochdruckpumpe in einer schematischen, axialen Schnittdarstellung entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung und
- 2 eine auszugsweise Darstellung der in 1 gezeigten Hochdruckpumpe entlang der mit II bezeichneten Schnittlinie.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine Hochdruckpumpe 1 in einer schematischen, axialen Schnittdarstellung entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Die Hochdruckpumpe 1 kann insbesondere als Radial- oder Reihenkolbenpumpe für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen dienen. Speziell eignet sich die Hochdruckpumpe 1 für eine Brennstoffeinspritzanlage mit einer Brennstoffverteilerleiste, die Dieselbrennstoff unter hohem Druck speichert. Die erfindungsgemäße Hochdruckpumpe 1 eignet sich jedoch auch für andere Anwendungsfälle.
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Die Hochdruckpumpe 1 weist ein mehrteiliges Gehäuse 2 auf. In diesem Ausführungsbeispiel besteht das Gehäuse 2 aus den Gehäuseteilen 3, 4, 5, wobei das Gehäuseteil 4 einen Zylinderkopf und das Gehäuseteil 5 einen Flansch darstellen, die mit dem Gehäuseteil 3 verbunden sind.
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Die Hochdruckpumpe 1 umfasst eine Antriebswelle 6, die an Lagerstellen 7, 8 einerseits in dem Gehäuseteil 5 und andererseits in dem Gehäuseteil 3 gelagert ist. Zwischen den Lagerstellen 7, 8 weist die Antriebswelle 6 einen Nocken 9 auf. Der Nocken 9 kann hierbei als Ein- oder Mehrfachnocken ausgestaltet sein. Ferner fallen unter den Begriff des Nockens auch andere Ausgestaltungen des Nockens, beispielsweise eine Ausgestaltung, bei der die Antriebswelle 6 einen exzentrischen Abschnitt oder dergleichen aufweist.
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In dem Gehäuseteil 3 ist eine Führungsbohrung 12 ausgestaltet. In der Führungsbohrung 12 ist zumindest im Wesentlichen eine Pumpenbaugruppe 13 angeordnet. Der Nocken 9 ist hierbei der Pumpenbaugruppe 13 zugeordnet. Die Hochdruckpumpe 1 kann auch weitere Pumpenbaugruppen aufweisen, so dass sich je nach Ausgestaltung eine als Radial- oder Reihenkolbenpumpe ausgestaltete Hochdruckpumpe 1 realisieren lässt.
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Der Zylinderkopf 4 weist einen Ansatz 14 auf, der sich in die Führungsbohrung 12 erstreckt. In dem Ansatz 14 ist eine Zylinderbohrung 15 ausgestaltet, in der ein Pumpenkolben 16 entlang einer Achse 17 der Zylinderbohrung 15 verschiebbar geführt ist, wie es durch den Doppelpfeil 18 veranschaulicht ist.
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Der Pumpenkolben 16 der Pumpenbaugruppe 13 begrenzt in der Zylinderbohrung 15 einen Pumpenarbeitsraum 19. Über ein Einlassventil 20 ist Brennstoff aus einer Brennstoffleitung 21 in den Pumpenarbeitsraum 19 einleitbar. Hierbei kann eine Vorförderpumpe vorgesehen sein, die unter niedrigem Druck stehenden Brennstoff über die Brennstoffleitung 21 zu der Hochdruckpumpe 1 fördert. Außerdem ist ein Auslassventil 22 vorgesehen, über das unter hohem Druck stehender Brennstoff aus dem Pumpenarbeitsraum 19 über eine Brennstoffleitung 23 zu einer Brennstoffverteilerleiste oder dergleichen führbar ist.
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Die Pumpenbaugruppe 13 weist außerdem eine Rolle 25 auf, die in einem Rollenschuh 26 gelagert ist. Im Betrieb läuft die Rolle 25 auf dem Nocken 9 ab. Über die Rolle 25 und den Rollenschuh 26 wird der Pumpenkolben 16 bei einem Förderhub der Hochdruckpumpe 1 von der Antriebswelle 6 angetrieben. Dadurch wird der im Pumpenarbeitsraum 19 vorgesehene Brennstoff komprimiert und über das Auslassventil 22 durch die Brennstoffleitung 23 gefördert.
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Die Pumpenbaugruppe 13 weist außerdem einen Stößelkörper 27 auf, in den ein scheibenförmiges Mitnahmeelement 28 eingesetzt ist. Das Mitnahmeelement 28 weist eine Öffnung auf, durch die der Pumpenkolben 16 geführt ist. Dadurch umgreift das Mitnahmeelement 28 im montierten Zustand einen Bund 29 des Pumpenkolben 16. Außerdem ist eine Stößelfeder 30 vorgesehen, die sich einerseits an dem Zylinderkopf 4 und andererseits an dem Mitnahmeelement 28 abstützt. Bei einem Saughub der Hochdruckpumpe 1 wird durch die Stößelfeder 30 eine Anlage der Rolle 25 an dem Nocken 9 gewährleistet, wobei der Pumpenkolben 16 von dem Mitnahmeelement 28 mitgenommen wird. Im Betrieb der Hochdruckpumpe 1, in dem die Antriebswelle 6 um ihre Drehachse 31 rotiert, kommt es daher zu einer Hin- und Herbewegung des Pumpenkolbens 16 entlang der Achse 17, wie es durch den Doppelpfeil 18 veranschaulicht ist, so dass Brennstoff aus der Brennstoffleitung 21 über den Pumpenarbeitsraum 19 in die Brennstoffleitung 23 gefördert wird.
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Im Betrieb der Hochdruckpumpe 1 tritt eine hohe Belastung an der Schnittstelle von der Rolle 25 auf den Pumpenkolben 16 auf. Speziell kommt es zu erheblichen Beanspruchungen des Rollenschuhs 26 einerseits in Bezug auf den Kontakt mit der Rolle 25 und andererseits in Bezug auf die Abstützung des Bundes 29 des Pumpenkolbens 16.
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Die Ausgestaltung der Hochdruckpumpe 1 und insbesondere die Ausgestaltung des Rollenschuhs 26 sind im Folgenden auch unter Bezugnahme auf die 2 im weiteren Detail beschrieben.
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2 zeigt die in 1 dargestellte Hochdruckpumpe 1 in einer auszugsweisen Schnittdarstellung entlang der mit II bezeichneten Schnittlinie. Der Rollenschuh 26 weist ein verschleißfestes Teil 35 auf, an dem die Rolle 25 zum Übertragen der Antriebskraft von dem Nocken 9 der Antriebswelle 6 auf den Pumpenkolben 16 während des gewöhnlichen Betriebs anliegt. Das verschleißfeste Teil 35 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Einlegeteil 35 ausgestaltet. Der Rollenschuh 26 weist außerdem einen Grundkörper 36 auf, in den das Einlegeteil 35 eingelegt ist. In diesem Ausführungsbeispiel umschließt der Grundkörper 36 das Einlegeteil 35, so dass das Einlegeteil 35 in den Grundkörper 36 eingebettet ist. Dadurch ist das Einlegeteil 35 formschlüssig in dem Grundkörper 36 gehalten. Der Grundkörper 36 ist in diesem Fall einteilig ausgestaltet. Im Betrieb der Hochdruckpumpe 1, insbesondere in einer Startphase, das heißt beim Start und Anlaufen der Hochdruckpumpe 1, gelangt die Rolle 25 auch in Kontakt mit dem Grundkörper 36. Die Antriebskraft von dem Nocken 9 wird aber im Wesentlichen oder ausschließlich über das Einlegeteil 35 auf den Pumpenkolben 16 übertragen.
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Der Grundkörper 36 des Rollenschuhs 26 kann als Pulverspritzgusskörper mit einem Festschmierstoff ausgestaltet sein. Hierfür kann ein geeigneter Werkstoff dienen, der beispielsweise im Wesentlichen auf einem Metallpulver basiert und dem ein Festschmierstoff wie Molybdändisulfid zugesetzt ist. Ferner kann auch ein gefüllter Kunststoff, insbesondere ein Kohlefaser- oder Glasfaserverstärkter Kunststoff zum Einsatz kommen, dem ebenfalls Festschmierstoffe beigemischt sein können, beispielsweise Zinksulfide. Solche Festschmierstoffe kommen zum Einsatz, da die Rolle 25 beispielsweise in der Startphase mit dem Grundkörper 36 des Rollenschuhs 26 in Kontakt gelangt.
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Somit kann der Grundkörper 36 in vorteilhafter Weise durch eine Umspritzung des verschleißfesten Teils ausgebildet sein. Hierbei kann ein Umspritzungsmaterial gewählt werden, das eine relativ kleine Masse, das heißt ein relativ kleines Gewicht, aufweist. Da der Rollenschuh 26 ein bewegtes Bauteil der Pumpenbaugruppe 13 ist, verbessert sich durch eine reduzierte träge Masse des Rollenschuhs 26 auch der Wirkungsgrad der Hochdruckpumpe 1. Ferner wirkt sich solch eine reduzierte träge Masse günstig auf einen unerwünschten Verschleiß aus. Gegebenenfalls kann auch die Kraft der Stößelfeder 30 reduziert werden.
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In diesem Ausführungsbeispiel ist der Grundkörper 36 so ausgestaltet, dass dieser die Rolle 25 bezüglich einer Drehachse 37 der Rolle 25 mit einem Umschlingungswinkel 38 umgibt, der größer als 180° ist. Eine Öffnung 39 des Grundkörpers 36 kann dabei gerade so klein vorgegeben sein, dass die Rolle 25 bei einer Montage oder dergleichen von dem Grundkörper 36 gehalten ist. Dadurch ist eine Verliersicherung für die Rolle 25 gebildet.
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Außerdem ist der Rollenschuh 26 an seinem Grundkörper 36 in den Stößelkörper 27 eingesetzt. Ein direkter Kontakt zwischen dem Einlegeteil 35 und dem Stößelkörper 27 ist hierbei vermieden. Der Stößelkörper 27 ist somit mit dem Grundkörper 36 des Rollenschuhs 26 verbunden.
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Das Einlegeteil 35 weist eine Lagerseite 40, an der die Rolle 25 gelagert ist, und eine Oberseite 41 auf, an der der Pumpenkolben 16 mit seinem Bund 29 an dem Einlegeteil 35 anliegt. Die Oberseite 41 des Einlegeteils 35 ist dabei von der Lagerseite 40 abgewandt. Hierbei ist die Lagerseite 40 dem Nocken 9 zugewandt, während die Oberseite 41 des Einlegeteils 35 von dem Nocken 9 abgewandt ist.
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Das Einlegeteil 35 weist sowohl an der Lagerseite 40 als auch an der Oberseite 41 jeweils eine Beschichtung auf. Diese Beschichtungen sind als verschleißfeste Beschichtungen ausgestaltet. Hierbei können jeweils eine oder mehrere diamantartige Kohlenstoffschichten vorgesehen sein, die eine harte verschleißfeste Beschichtung an der Lagerseite 40 sowie der Oberseite 41 des Einlegeteils 35 bilden. Eine Bearbeitung des Materials des Einlegeteils 35 kann ebenfalls an der Lagerseite 40 und der Oberseite 41 erfolgen, so dass sowohl an der Lagerseite 40 als auch an der Oberseite 41 vorteilhafte Oberflächen gebildet sind. Beispielsweise kann eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit an der Lagerseite 40 und der Oberseite 41 vorgegeben sein. Hierbei kann das Einlegeteil 35 selektiv sowohl an der Lagerseite 40 als auch an der Oberseite 41 mit hoher Genauigkeit und hoher Bearbeitungstiefe bearbeitet und beschichtet sein. Somit sind nur relativ kleine Teilbereiche des Rollenschuhs 26 einem erhöhten Herstellungsaufwand unterworfen, wodurch sich die Herstellung des Rollenschuhs 26 vereinfacht und die Herstellungskosten optimiert sind. Durch eine geeignete Dimensionierung und Anpassung des Einlegeteils 35 kann die Bearbeitung und Beschichtung auf das Notwendigste beschränkt werden, wobei die erforderliche Belastbarkeit gewährleistet bleibt. Im übrigen kann der Rollenschuh 26, das heißt der Grundkörper 36, durch den partiellen Einsatz leichter und kostengünstiger Werkstoffe in den Rollschuhbereichen, in denen die Betriebsbelastungen gering sind, ausgebildet sein.
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Ferner kann durch die Ausgestaltung des Einlegeteils 35, insbesondere der Lagerseite 40, eine gezielte Pressungsverteilung vorgegeben werden. Die Durchbiegung der Rollenbohrung unter dem Pumpenkolben 16 kann hierbei maximal sein. Somit ist eine bessere Verteilung durch eine geeignete Gestaltung des Einlegeteils 35 möglich.
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Außerdem kann durch eine vorteilhafte Ausgestaltung des Grundkörpers 36 und der Wahl des Umspritzungsmaterials beziehungsweise Werkstoffs für den Grundkörper 36 das Betriebsverhalten günstig beeinflusst werden. Speziell können harte Partikel, die über die Öffnung 39 in den Spalt zwischen der Rolle 25 und den Rollenschuh 26 gezogen werden, in das Material des Grundkörpers 36 eingelagert werden, so dass Schäden an der Rolle 25 und/oder dem Einlegeteil 35 vermieden sind. Außerdem kann durch die Ausgestaltung des Grundkörpers 36 das Einlegeteil 35 auf eine gewünschte Weise in der Pumpenbaugruppe 13, insbesondere relativ zu dem Stößelkörper 27, positioniert werden. Durch den Grundkörper 36 kann dadurch gewissermaßen eine Schnittstelle zwischen dem Einlegeteil 35 und dem Stößelkörper 27 geschaffen werden.
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Somit kann die Ausgestaltung des Einlegeteils 35 in Bezug auf die Schnittstelle zwischen der Rolle 25 und dem Pumpenkolben 16 optimiert werden, während die Befestigung des Einlegeteils 35 mit dem Stößelkörper 27 über den Grundkörper 36 bewerkstelligt ist. Ein Angriffsbereich 42 der Antriebskraft bei der Hochdruckerzeugung kann durch die Ausgestaltung der Lagerseite 40 vorgegeben werden.
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Außerdem kann eine Freistellung des Einlegeteils 35 vorgesehen sein, wie es in der 1 veranschaulicht ist. Hierbei erstreckt sich das Einlegeteil 35 und somit die Lagerseite 40 des Einlegeteils 35 nicht über die gesamte Länge der Rolle 25. Hierbei liegt nur ein mittlerer Teil 44 der Rolle 25 an der Lagerseite 40 des Einlegeteils 35 an. Enden 45, 46 der Rolle 25 befinden sich außerhalb der Lagerseite 40 des Einlegeteils 35, so dass diese entlastet sind. Allerdings ist der Raum um das Einlegeteil 35 auch im Bereich der Enden 45, 46 der Rolle 25 mit dem Grundkörper 36 aufgefüllt, so dass die Enden 45, 46 in Kontakt mit dem Grundkörper 36 gelangen. Auf diese Weise kann eine Pressungsverteilung zwischen dem Rollenschuh 26 und der Rolle 25 optimiert werden. Speziell kann eine günstigere Pressungsverteilung auf die Rolle 25 erreicht werden. Je nach Ausgestaltung des Rollenschuhs 26 kann sich die Lagerseite 40 des Einlegeteils 35 allerdings auch über die gesamte Länge der Rolle 25 entlang ihrer Drehachse 37 erstrecken. Dann ist die Rolle 25 einschließlich ihrer Enden 45, 46 vollständig in dem Einlegeteil 35 gelagert.
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Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.
