-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Pumpenelement für eine Kraftstoffhochdruckpumpe in einem Kraftstoffeinspritzsystem mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Kraftstoffhochdruckpumpe mit einem solchen Pumpenelement.
-
Stand der Technik
-
Eine Kraftstoffhochdruckpumpe mit einem Pumpenelement der vorstehend genannten Art geht beispielsweise aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2008 042 182 A1 hervor. Die Kraftstoffhochdruckpumpe ist als Kolbenpumpe mit mindestens einem zumindest annähernd radial zu einer Antriebswelle verschiebbar geführten Pumpenkolben ausgelegt. Über einen Nocken der Antriebswelle ist der Pumpenkolben zu einer Hubbewegung antreibbar. Hierzu ist der Pumpenkolben über eine Stößelbaugruppe umfassend einen Stößelkörper sowie eine hierin aufgenommene und drehbar gelagerte Laufrolle an dem Nocken der Antriebswelle abgestützt. Die Laufrolle wird dabei über den am Pumpenkolben wirkenden hydraulischen Druck sowie eine Feder an eine Nockenbahn des Nockens gedrückt und auf diese Weise parallel zur Nockenbahn ausgerichtet. Der Stößelkörper weist kugelkalottenförmige Lagerfläche auf, an welcher die Laufrolle mit ihren ebenfalls kugelkalottenförmigen Stirnflächen anliegt. Um bei konstantem Anlagekontakt der Laufrolle am Stößelkörper eine Reduzierung der maximalen Pressung zwischen Laufrolle und Stößelkörper und damit eine Verringerung des Verschleißes zu bewirken, wird in dieser Druckschrift vorgeschlagen, dass die kugelkalottenförmigen Stirnflächen der Laufrolle einen Kugelradius R
1 und die kugelkalottenförmigen Lagerflächen des Stößelkörpers einen Radius R
2 besitzen, wobei der Radius R
1, der Radius R
2 und der halbe Innendurchmesser des Stößelkörpers einander, jeweils mit einer Abweichung von maximal ±10%, entsprechen.
-
Mit Zunahme der Pumpenkolbenkräfte nehmen auch die Reibungskräfte zwischen der Laufrolle und dem Stößelkörper im zylindrischen Bereich der Laufrolle zu, so dass es nicht nur zu einem erhöhten Verschleiß, sondern ferner zu einem kurzzeitigen Aussetzen der Rotation der Laufrolle kommen kann. Der Nocken bewegt sich relativ zur Laufrolle, wodurch die Bauteile Schaden nehmen können. Ferner kann es zum Ausfall der Pumpe kommen.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Pumpenelement für eine Kraftstoffhochdruckpumpe derart weiterzuentwickeln, dass die vorstehend beschriebenen Nachteile nicht oder zumindest in deutlich verringertem Maß auftreten. Insbesondere soll das vorgeschlagene Pumpenelement eine möglichst gleichmäßige Kraftübertragung vom Pumpenkolben auf die Laufrolle gewährleisten.
-
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Pumpenelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Kraftstoffhochdruckpumpe mit einem solchen Pumpenelement. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Das für den Einsatz in einer Kraftstoffhochdruckpumpe vorgeschlagene Pumpenelement umfasst einen hubbeweglichen Pumpenkolben sowie eine mit dem Pumpenkolben verbundene hubbewegliche Stößelbaugruppe, wobei die Stößelbaugruppe einen Stößelkörper sowie eine hierin aufgenommene, drehbar gelagerte Laufrolle zur Abstützung des Pumpenkolbens an einem Nocken einer Antriebswelle der Kraftstoffhochdruckpumpe umfasst. Erfindungsgemäß ist zwischen dem Pumpenkolben und dem Stößelkörper oder einem im Stößelkörper zur drehbaren Lagerung der Laufrolle aufgenommenen Stützelement ein Kraftübertragungselement angeordnet, das an einer Stirnfläche des Stößelkörpers oder des Stützelementes anliegt, in welcher eine innerhalb des Durchmessers des Stößelkörpers oder des Stützelementes liegende Vertiefung ausgebildet ist. Aufgrund der innerhalb des Durchmessers des Stößelkörpers bzw. des Stützelementes ausgebildeten Vertiefung liegt das Kraftübertragungselement nicht vollflächig an der Stirnfläche des Stößelkörpers bzw. des Stützelementes an, sondern weist einen unterbrochenen, beispielsweise ringförmigen Kontaktbereich mit dem Stößelkörper bzw. dem Stützelement auf. Die Form des unterbrochenen Kontaktbereichs kann dabei derart gewählt werden, dass die über den Pumpenkolben und das Kraftübertragungselement in den Stößelkörper bzw. das Stützelement eingeleitete Axialkraft eine gleichmäßige Belastung der Stößelbaugruppe bewirkt. Auf diese Weise kann einer Durchbiegung des Stößelkörpers bzw. des Stützelementes entgegen gewirkt und eine lokal erhöhte Flächenpressung im Kontaktbereich des Stößelkörpers bzw. des Stützelementes mit der Laufrolle verhindert werden. Dadurch werden nicht nur die Reibungskräfte zwischen der Laufrolle und dem Stößelkörper bzw. dem Stützelement verringert, sondern ferner die hydrodynamische Schmierung der Reibpartner verbessert, so dass die Gefahr eines Pumpenausfalls deutlich verringert wird.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt die innerhalb des Durchmessers des Stützkörpers bzw. des Stützelementes ausgebildete Vertiefung eine erste Abmessung a, die parallel zu einer Längsachse A der Laufrolle ausgerichtet und größer als eine parallel zu einem Durchmesser DL ausgerichtete, zweite Abmessung b gewählt ist. D.h., dass die Vertiefung eine längliche Form besitzt und die längliche Form der Vertiefung der länglichen Form der Laufrolle angepasst ist. Die über den Pumpenkolben und das Kraftübertragungselement auf den Stößelkörper bzw. das Stützelement übertragene Axialkraft wird demnach gleichmäßiger auf die gesamte Länge der Laufrolle verteilt. Durch diese Maßnahme kann einer lokal erhöhten Flächenpressung im Kontaktbereich der Laufrolle mit dem Stößelkörper bzw. dem Stützelement weiter entgegen gewirkt werden. Die genaue Form der Vertiefung ist vorzugsweise mittels strukturmechanischer Berechnungen zu optimieren, wobei es fertigungstechnisch bedingte Anforderungen zu berücksichtigen gilt.
-
Vorteilhafterweise besitzt die Vertiefung in der Draufsicht eine elliptische oder längliche Form mit vorzugsweise gerundeten Ecken. Diese Form der Vertiefung ist im Vergleich zu einer eckigen Form einfacher herzustellen.
-
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Vertiefung mittig in Bezug auf die Längsachse A und/oder den Durchmesser DL der Laufrolle in der Stirnfläche des Stößelkörpers oder des Stützelementes ausgebildet ist. Durch diese Maßnahme ist eine möglichst gleichmäßige Flächenpressung zwischen der Laufrolle und dem Stößelkörper bzw. dem Stützelement gewährleistet.
-
Vorzugsweise ist das zwischen dem Pumpenkolben und dem Stößelkörper bzw. dem Stützelement angeordnete Kraftübertragungselement scheibenförmig und/oder als rotationssymmetrischer Körper ausgebildet. Eine Verdrehung des Kraftübertragungselementes im Betrieb des Pumpenelementes ist damit unerheblich. Denn der Kraftübertragungsbereich zwischen dem Kraftübertragungselement und dem Stößelkörper bzw. dem Stützelement wird im Wesentlichen durch die Form und die Lage der innerhalb des Durchmessers des Stößelkörpers bzw. des Stützelementes ausgebildeten Vertiefung definiert.
-
Als weiterbildende Maßnahme wird ferner vorgeschlagen, dass die Stirnfläche des Stößelkörpers oder des Stützelementes, in welcher die Vertiefung ausgebildet ist, einen Bereich besitzt, welcher außerhalb eines der Kraftübertragung dienenden Bereichs abgesenkt ist. Der Kraftübertragungsbereich, d.h. der Kontaktbereich des Stößelkörpers bzw. des Stützelementes mit dem Kraftübertragungselement, wird somit durch einen angehobenen Bereich der Stirnfläche definiert, wobei der angehobene Bereich neben einer die Vertiefung begrenzenden Innenkontur nunmehr auch eine Außenkontur besitzt. Über die Außenkontur kann die Kraftverteilung weiter beeinflusst werden.
-
Alterativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass die Stirnfläche des Stößelkörpers oder des Stützelementes, in welcher die Vertiefung ausgebildet ist, wenigstens einen Bereich besitzt, welcher gegenüber der Stirnfläche unter einem Winkel α geneigt angeordnet ist. Vorzugsweise geht der der Kraftübertragung dienende Bereich der Stirnfläche über den geneigt angeordneten Bereich in die Vertiefung über. Vorzugsweise schließt sich an den der Kraftübertragung dienenden Bereich ein Bereich an, der zur Vertiefung hin leicht abfallend ausgebildet ist. Durch den zur Vertiefung hin leicht abfallenden Bereich kann eine noch gleichmäßigere Kraftübertragung von dem Kraftübertragungsglied auf den Stößelkörper bzw. das Stützelement gewährleistet werden. Denn über den mittig anliegenden Pumpenkolben wird das Kraftübertragungsglied im Zentrum stärker belastet als in einem radial außenliegenden Bereich, so dass das Kraftübertragungsglied eine der Belastung nachgebende Verbiegung erfährt. Die Verbiegung des Kraftübertragungsgliedes könnte wiederum zu einer unerwünschten Konzentration der Flächenpressung in einem innenliegenden Randbereich der der Kraftübertragung dienenden Stirnfläche und damit zu einer Überbelastung und einem erhöhten Verschleiß führen. Wird die Stirnfläche des Stößelkörpers bzw. des Stützelementes jedoch nach innen hin leicht abfallend ausgebildet, kann einer derartigen Konzentration der Flächenpressung entgegen gewirkt werden.
-
Vorteilhafterweise ist der Winkel α ≤ 5°, vorzugsweise ≤ 3°, weiterhin vorzugsweise ≤ 1° gewählt. Der leicht abfallende bzw. abgesenkte Bereich der Stirnfläche kann somit bei einer Verbiegung des Kraftübertragungselementes als Kontaktbereich bzw. als Kraftübertragungsbereich dienen.
-
Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird ferner eine Kraftstoffhochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einem erfindungsgemäßen Pumpenelement vorgeschlagen, wobei die Kraftstoffhochdruckpumpe ferner eine einen Nocken aufweisende Antriebswelle zum Antrieb des Pumpenelementes umfasst. Das Pumpenelement ist hierzu über eine Stößelbaugruppe am Nocken der Antriebswelle abgestützt. Die Stößelbaugruppe umfasst zumindest einen Stößelkörper, in dem eine Laufrolle aufgenommen ist. Zur drehbaren Lagerung der Laufrolle kann in dem Stößelkörper ferner ein Stützelement aufgenommen sein, das eine korrespondierend zur Außenkontur der Laufrolle ausgebildete Ausnehmung besitzt. Alternativ kann eine korrespondierend zur Außenkontur der Laufrolle ausgebildete Ausnehmung zur drehbaren Lagerung der Laufrolle auch im Stößelkörper ausgebildet sein, so dass ein zusätzliches Stützelement entbehrlich ist.
-
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
-
1 eine teilweise perspektivisch dargestellte Schnittansicht einer bekannten Hochdruckpumpe im Bereich einer Stößelbaugruppe,
-
2 einen schematischen Längsschnitt durch eine weitere bekannte Hochdruckpumpe im Bereich einer Stößelbaugruppe,
-
3 einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Hochdruckpumpe im Bereich einer Stößelbaugruppe,
-
4 einen vergrößerten Ausschnitt der 3 im Bereich des Kraftübertragungselementes,
-
5 eine Draufsicht auf den Stößelkörper der Stößelbaugruppe der 3 und
-
6 einen schematischen Längsschnitt durch eine alternative Ausführungsform eines Stößelkörpers einer erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe.
-
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
-
Die in der 1 ausschnittsweise im Bereich einer Stößelbaugruppe 2 dargestellte Hochdruckpumpe umfasst wenigstens ein Pumpenelement mit einem hubbeweglich geführten Pumpenkolben 1, welcher über eine Stößelbaugruppe 2 an einem Nocken 5 einer Antriebswelle 6 abgestützt ist. Die Stößelbaugruppe 2 soll eine Umwandlung der Rotationsbewegung der Antriebswelle 6 in eine Translationsbewegung des Pumpenkolbens 1 bewirken. Die Stößelbaugruppe 2 ist hierzu in einer Bohrung 16 eines Gehäuseteils 17 der Hochdruckpumpe axial verschiebbar aufgenommen.
-
Die dargestellte Stößelbaugruppe 2 umfasst einen hülsenförmigen Stößelkörper 3 sowie ein hierin aufgenommenes Stützelement 7 zur drehbaren Lagerung einer Laufrolle 4. Über die Laufrolle 4 ist die Stößelbaugruppe 2 unmittelbar außenumfangseitig am Nocken 5 der Antriebswelle 6 abgestützt. Über die Federkraft einer Feder 12 wird Stößelbaugruppe 2 in Anlage mit dem Nocken 5 gehalten.
-
Die Feder 12 und das Stützelement 7 der in der 1 dargestellten Stößelbaugruppe 2 sind jeweils an gegenüberliegenden Seiten eines Ringbunds 14 des Stößelkörpers 3 abgestützt, wobei zwischen der Feder 12 und dem Ringbund 14 zusätzlich ein Federteller 11 angeordnet ist. Der Federteller 11 dient der Verbindung des Pumpenkolbens 1 mit der Stößelbaugruppe 2. Hierzu weist der Federteller 11 eine zentrale Ausnehmung auf, durch welche der Pumpenkolben 1 derart hindurchgeführt ist, dass der Federteller 11 einen Kolbenfuß 13 des Pumpenkolbens 1 hintergreift. Auf diese Weise wird eine formschlüssige Verbindung des Pumpenkolbens 1 mit der Stößelbaugruppe 2 bewirkt.
-
Die in dem Stützelement 7 drehbar gelagerte Laufrolle 4 weist Stirnflächen 15 auf, über welche die Laufrolle 4 an dem Stößelkörper 3 anliegt. Im Betrieb der Hochdruckpumpe werden somit die Laufrolle 4, der Stößelkörper 3 und das Stützelement 7 im Bereich ihrer jeweiligen Kontaktflächen auf Reibung beansprucht. Über das Stützelement 7 wird zudem eine Kraft in Richtung der Längsachse des Pumpenkolbens 1 auf die Laufrolle 4 übertragen, welche sich im Wesentlichen aus der Federkraft der Feder 12 und eine den Pumpenkolben 1 in Richtung des Nockens 5 beaufschlagenden hydraulischen Kraft zusammensetzt. Diese Kraft kann eine Verbiegung des Stützelementes 7 und damit eine lokale Erhöhung der Flächenpressung zwischen der Laufrolle 4 und dem Stützelement 7 bewirken.
-
In der 2 ist eine weitere Stößelbaugruppe einer bekannten Hochdruckpumpe dargestellt, bei welcher die Laufrolle 4 in einer Ausnehmung des Stößelkörpers 3 drehbar gelagert ist. Ein zusätzliches Stützelement 7 kann damit entfallen. Der Pumpenkolben 1 liegt demnach unmittelbar an dem Stößelkörper 3 an.
-
In der 3 ist eine erste bevorzugte Ausführungsform einer Stößelbaugruppe 2 eines erfindungsgemäßen Pumpenelementes dargestellt. Die Laufrolle 4 ist hier in einer Ausnehmung des Stößelkörpers 3 drehbar gelagert, so dass die Anordnung eines separaten Stützelementes 7 entbehrlich ist. Abweichend von der Darstellung der 3 kann in dem Stößelkörper 3 jedoch auch ein Stützelement 7 zur drehbaren Lagerung der Laufrolle 4 aufgenommen sein.
-
Wie der 3 zu entnehmen ist weist die Stößelbaugruppe 2 ein Kraftübertragungselement 8 auf, das zwischen dem Pumpenkolben 1 und dem Stößelkörper 3 angeordnet ist. Die dem Pumpenkolben 1 zugewandte Stirnfläche 9 des Stößelkörpers 3 weist zudem einen angehobenen Bereich 9.2 auf, welcher in Kontakt mit dem Kraftübertragungselement 8 steht und der Kraftübertragung dient. Der angehobene Bereich 9.2 der Stirnfläche 9 umschließt eine Vertiefung 10, wobei die Form der Vertiefung 10 die Innenkontur des angehobenen Bereiches 9.2 definiert. Radial außen liegend schließt sich an den angehobenen Bereich 9.2 ein abgesenkter Bereich 9.1 der Stirnfläche 9 an (siehe 4). Das Kraftübertragungselement 8 liegt demnach an einer ringförmigen Kontaktfläche des Stößelkörpers 3 an.
-
Wie der 5 zu entnehmen ist, ist die Form der Vertiefung 10 länglich gewählt. D.h., dass die Vertiefung 10 in der Draufsicht eine erste Abmessung a besitzt, die größer als eine zweite Abmessung b gewählt ist. Die beiden parallelen Längskanten der Vertiefung 10 sind über einen Halbkreis verbunden, dessen Radius R der Hälfte der Abmessung b entspricht. Die Längskanten der Vertiefung 10 verlaufen parallel zur Längsachse A der Laufrolle 4, so dass die Längserstreckung der Vertiefung 10 der Längserstreckung der Laufrolle 4 angepasst ist. Die Vertiefung 10 liegt dabei innerhalb des Durchmessers des Stößelkörpers 3 bzw. innerhalb des Durchmessers DS des als Stützfläche dienenden angehobenen Bereichs 9.2 der Stirnfläche 9.
-
Um den Federteller 11 der Stößelbaugruppe 2 der 3 einerseits mit dem Pumpenkolben 1, andererseits mit dem Stößelkörper 3 zu verbinden, weist dieser einen radial innenliegenden angehobenen Bereich zur Verbindung mit dem Pumpenkolben 1 auf. Über einen hierzu axial beabstandeten radial außenliegenden Bereich ist der Federteller 11 am Stößelkörper 3 abgestützt. Auf diese Weise wird das Kraftübertragungselement 8 von dem Federteller 11 umschlossen, wobei kein Kontakt zwischen beiden Bauteilen besteht. Die Kraftübertragung der auf den Pumpenkolben wirkenden Axialkraft auf den Stößelkörper 3 erfolgt demnach allein über das Kraftübertragungselement 8. Die in der Stirnfläche 9 des Stößelkörpers 3 ausgebildete längliche Vertiefung 10 bewirkt dabei, dass die Kraft weitgehend gleichmäßig über den Stößelkörper 3 auf die Laufrolle 4 übertragen wird, so dass es nicht zu einer lokalen Erhöhung der Flächenpressung zwischen dem Stößelkörper 3 und der Laufrolle 4 kommt.
-
Eine alternative Ausführungsform ist in der 6 dargestellt. Hier schließt sich an den angehobenen Bereich 9.2 der Stirnfläche 9 des Stößelkörpers 3 eine Bereich 9.3 an, welcher unter einem Winkel α geneigt zur Stirnfläche 9 angeordnet ist. D.h., dass der angehobene Bereich 9.2 der Stirnfläche 9 über den anschließenden Bereich 9.3 zur Vertiefung 10 hin leicht abfällt. Erfährt das Kraftübertragungselement 8 beispielsweise eine der Axialkraft nachgebende Verbiegung im Anlagebereich des Pumpenkolbens 1 bewirkt der unter dem Winkel α gegenüber der Stirnfläche 9 geneigt angeordnete Bereich 9.3 weiterhin eine weitgehend gleichmäßige Kraftverteilung.
-
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 102008042182 A1 [0002]
