-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe, insbesondere eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe, mit einem Gehäuse, einem Kolben und einer Antriebswelle mit einem Nockenabschnitt, an dem sich der Kolben wenigstens mittelbar über eine in einem Rollenstößel drehbar gelagerte Laufrolle abstützt, wobei seitlich des Nockenabschnitts zu beiden Seiten jeweils ein Bord vorgesehen ist, der in radialer Richtung über den Nockenabschnitt hinausragt.
-
Das Einsatzgebiet der vorliegenden Erfindung erstreckt sich auf Kolbenpumpen, insbesondere Hochdruck-Kraftstoffpumpen, die für Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommen.
-
Stand der Technik
-
Aus der
WO 2004/097219 A ist eine Kolbenpumpe bekannt, welche ein Gehäuse, einen Kolben und eine Antriebswelle aufweist. Die Antriebswelle weist einen Nockenabschnitt auf, an dem sich der Kolben mittelbar über eine in einem Rollenstößel drehbar gelagerten Laufrolle abstützt. Seitlich des Nockenabschnitts ist zu beiden Seiten an der Antriebswelle ein Bord vorgesehen, der in radialer Richtung über den Nockenabschnitt hinausragt. Die beiden Borde bilden Anlaufflächen für die Laufrolle, an denen diese bei axialer Verschiebung und/oder Verdrehung aus der idealen Lage zur Anlage kommt.
-
Des Weiteren offenbart die
EP 2 079 923 B1 eine Kolbenpumpe einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, die zum Fördern von Kraftstoff dient. Dazu weist die Kolbenpumpe einen in einem Zylinder axial hin und her beweglichen Kolben auf. Der Kolben wird dabei durch den Nocken einer Nockenwelle gegen die Kraft einer Feder verlagert, wobei die Feder als Rückstellfeder dient und dafür sorgt, dass der Rollenstößel stets in Anlagekontakt mit dem Nocken der Nockenwelle steht. Ein Rollenstößel besteht üblicherweise aus einem Stößelkörper, an dem eine Laufrolle drehbar gelagert und gehalten ist. Diese Laufrolle läuft auf dem Nockenabschnitt des Nockens ab, wodurch die Reibung zwischen der Nockenwelle und dem Kolben minimiert wird. Zu beiden Seiten des Nockenabschnitts ist ein Bord in radialer Richtung über den Nockenabschnitt hinausragend angeordnet, so dass eine axiale Bewegung und/oder Verdrehung aus der idealen Lage der Laufrolle durch die Borde auf ein definiertes Maß limitiert ist. Darüber hinaus wird durch eine geeignete, tribologische Paarung der Laufrolle und der Borde der Verschleiß an der Laufrolle und am Bord derart gering gehalten, dass er nicht zur Funktionsstörung oder einer Verkürzung der Lebensdauer der Kolbenpumpe führt. Ferner wird die Laufrolle durch die beim Anlaufen an einem der Borde entstehende Reibung in Drehung versetzt, falls sie nicht ohnehin schon durch die Wälzreibung zwischen Nockenabschnitt und Laufrolle dreht.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Ausgehend von dem vorgehend genannten Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Kolbenpumpe zu schaffen, die einem Eckkontakt bei Winkelabweichungen der Laufrichtung einer Laufrolle mit einem Bord entgegenwirkt, die Gefahr des Verschleißens und Abbrechens von Kanten und Ecken minimiert und eine Rückführung der Laufrolle in ihre ursprüngliche Position fördert.
-
Die Aufgabe wird ausgehend von einer Kolbenpumpe gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den nachfolgenden abhängigen Ansprüchen hervor.
-
Entsprechend eines ersten Ausführungsbeispiels verjüngt sich der Bord an einer zur Laufrolle gerichteten Stirnfläche zu einem Außenumfang des Bordes hin und ist insbesondere konisch ausgebildet, so dass sich eine öffnende Neigung ergibt, wobei die Laufrolle an einer zum Bord gerichteten Stirnfläche eine konvexe Wölbung, vorzugsweise mit einem Radius aufweist. Diese Ausbildung des Bordes verhindert zuverlässig einen Eckkontakt der Laufrolle mit dem Bord.
-
Eckkontakte sind von hohen Flächenpressungen geprägt und können zu Kantenabbrüchen führen. Kantenabbrüche bringen große Risiken für die Betriebssicherheit der Kolbenpumpe mit sich und können zu ungewünschten Betriebsausfällen der Kolbenpumpe führen.
-
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass ein Winkel zwischen einer Senkrechten zu einer Achsenlängsachse der Laufrolle und der zu einem Außenumfang des Bordes verjüngenden Stirnfläche 0,1° bis 10° groß ist und der Radius einer zum Bord gerichteten Stirnfläche der Laufrolle zwischen 1 mm und 40 mm groß ist. Um einen Linienkontakt zu fördern und einen punktuellen Kontakt an einer scharfen Kante zu verhindert, wird vorgeschlagen den angegebene Winkel für den Bord und den angegebenen Radius für die Laufrolle einzuhalten. Darüber hinaus besteht ein weiterer Vorteil darin, dass der Berührpunkt zwischen der Laufrolle und dem Bord am Bord zwischen der Bordoberkante und der Bordunterkante liegt.
-
Entsprechend eines zweiten Ausführungsbeispiels weist der Bord an einer zur Laufrolle gerichteten Stirnfläche eine konvexe Wölbung, vorzugsweise mit einem Radius auf und die Laufrolle verjüngt sich an einer zum Bord gerichteten Stirnfläche zur Stirnseite der Laufrolle hin, wobei die Stirnfläche insbesondere konisch geformt ist, so dass sich eine öffnende Neigung ergibt. Diese Ausbildung des Bordes verhindert zuverlässig einen Eckkontakt der Laufrolle mit dem Bord. Eckkontakte sind von hohen Flächenpressungen geprägt und können zu Kantenabbrüchen führen. Kantenabbrüche bringen große Risiken für die Betriebssicherheit der Kolbenpumpe mit sich und können zu Betriebsausfällen der Kolbenpumpe führen.
-
Vorzugsweise ist ein Winkel zwischen einer Senkrechten zu einer Achsenlängsachse der Laufrolle und der zu einem Außenumfang des Bordes verjüngenden Stirnfläche 0,1° bis 10° groß und der Radius einer zum Bord gerichteten Stirnfläche der Laufrolle zwischen 1 mm und 40 mm groß ist. Eine derartige Ausbildung der Kontaktflächen fördert einen Linienkontakt und verhindert somit den punktuellen Kontakt an einer scharfen Kante. Ferner liegt der Berührpunkt zwischen der Laufrolle und dem Bord am Bord zwischen der Bordoberkante und der Bordunterkante.
-
Erfindungsgemäß sind der Bord und der Nockenabschnitt einstückig ausgebildet. Darüber hinaus bestehen der Bord und/oder die Laufrolle aus einem härtbarem Eisenwerkstoff. Fertigungstechnisch und unter dem Gesichtspunkt der Montage erlaubt die einstückige Ausbildung eine sichere und einfache Möglichkeit der Bordausbildung an der Nockenwelle. Desweiteren kann die Verschleißbeständigkeit an den Kontaktflächen des Bordes und der Laufrolle durch eine Oberflächenhärtung erhöht werden.
-
Der Bord und/oder die Laufrolle weisen eine Oberflächenbehandlung zur Reibungsminimierung auf. Unter einer Oberflächenbehandlung ist eine Beschichtung oder eine etwaige mechanische oder chemische Veränderung der Oberflächenbeschaffenheit zu verstehen. Solche Veränderungen der Oberflächenbeschaffenheit können insbesondere durch schleifen, polieren oder ätzen realisiert werden.
-
Es wird weiterhin vorgeschlagen, dass der Bord eine geringere Höhe aufweist als der halbe Durchmesser der Laufrolle. Eine geringe Höhe des Bordes ist verbunden mit einer größeren Rückstellungskraft der Laufrolle und vermindert somit auch den Verschleiß der Kontaktflächen des Bordes und der Laufrolle.
-
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher dargestellt.
-
Ausführungsbeispiele
-
Es zeigen:
-
1 eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Kolbenpumpe,
-
2 eine vergrößerte schematische Schnittdarstellung des in 1 gekennzeichneten Bereiches, umfassend einen Nockenabschnitt samt Bord und Laufrolle,
-
3 eine schematische Schnittdarstellung des in 2 dargestellten Nockenabschnittes samt Bord und Laufrolle nach einem zweiten Ausführungsbeispiel und
-
4 eine schematische Darstellung der Borde mit der dazwischenliegenden Laufrolle.
-
In 1 ist eine Kolbenpumpe dargestellt, welche ein Gehäuse 1 umfasst, in dem eine Antriebswelle 2 über zwei Lager 7a und 7b gelagert sind. Ferner umfasst die Antriebswelle 2 zwischen den beiden Lagern 7a und 7b einen im Querschnitt ovalen Nockenabschitt 3. Die Kolbenpumpe dient als Hochdruck-Kraftstoffpumpe für eine Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug. Mit ihr wird der Kraftstoff auf einen sehr hohen Druck verdichtet und zu einer hier nicht dargestellten Kraftstoffsammelleitung gefördert. Die Antriebswelle 2 der Kolbenpumpe wird dabei direkt von der Brennkraftmaschine angetrieben. Daher verfügt die Antriebswelle 2 über einen entsprechenden Kupplungsabschnitt 8, der außerhalb des Gehäuses 1 angeordnet ist.
-
Der hier nicht dargestellte Kolben der Kolbenpumpe wird von dem Nockenabschnitt 3 der Antriebswelle 2 mittelbar angetrieben. Zwischen dem Kolben und dem Nockenabschnitt 3 ist ein Rollenstößel 4 angeordnet. Dieser umfasst einen Stößelkörper 9 und eine Laufrolle 5. Mittels einer in der Zeichnung nicht dargestellten Kolbenfeder wird der Rollenstößel 4 zusammen mit dem Kolben gegen den Nockenabschnitt 3 gedrückt, um sicher zu stellen, dass die Laufrolle 5 nicht von dem Nockenabschnitt 3 der Antriebswelle 2 abhebt.
-
Zu beiden Seiten des Nockenabschnitts 3 ist jeweils ein Bord 6a und 6b an der Antriebswelle 2 vorgesehen. Die Borde 6a und 6b ragen in radialer Richtung über den Nockenabschnitt 3 hinaus, so dass die Laufrolle 5 bei Wanderung während des Betriebes in axialer Richtung und/oder Verdrehung aus der idealen Lage, gegen einen der beiden Borde 6a oder 6b anläuft. Dadurch wird die Axialbewegung und/oder Verdrehung aus der idealen Lage der Laufrolle 5 während des Betriebes auf ein definiertes Maß beschränkt. Gleichzeitig kann dafür Sorge getragen werden, dass durch eine geeignete tribologische Paarung der Laufrolle 5 und der Borde 6a und 6b der Verschleiß sowohl an der Laufrolle 5 als auch an den Borden 6a und 6b so gering ist, dass er nicht zu Funktionsstörungen oder einer Verkürzung der Lebensdauer der Kolbenpumpe führt.
-
Der in der 2 näher dargestellte Bereich eines Nockenabschnittes 3 zeigt den an einer Stirnseite des Nockenabschnittes 3 angeordneten in radialer Richtung über den Nockenabschnitt 3 hinausragenden Bord 6a. Der Bord 6a weist eine zur Laufrolle 5 gerichtete zumindest annähernd konisch geformte Stirnfläche auf. Diese Stirnfläche ist derart gekippt, dass die Breite des Bordes 6a vom Außenumfang zum Innenumfang hin zunimmt, wodurch sich eine öffnende Neigung ergibt. Die Laufrolle 5 weist an einer zum Bord 6a gerichteten Stirnfläche eine konvexe Wölbung, insbesondere mit einem Radius r auf.
-
Ferner ist der Bord 6a derart ausgebildet, dass seine Höhe geringer ist als der halbe Durchmesser der Laufrolle 5. Eine solche Ausbildung des Bordes 6a und der Laufrolle 5 ermöglicht bei Winkelabweichungen der Laufrichtung der Laufrolle 5, hohe Pressungen infolge von Kantenträger oder Eckkontakten zwischen Laufrolle 5 und Bord 6a zu vermeiden. Darüber hinaus ist es von Vorteil, wenn der Berührpunkt der Laufrolle mit dem Bord 6a zwischen der Bordoberkannte und der Bordunterkannte liegt. Dies wird erfindungsgemäß erfüllt, wenn der Winkel w zwischen einer Senkrechten zu einer Achsenlängsachse der Laufrolle 5 und der zu einem Außenumfang des Bordes 6a verjüngenden Stirnfläche zwischen 0,1° und 10°groß ist und der Radius r einer zum Bord 6a gerichteten Stirnfläche der Laufrolle 5 1 mm bis 40 mm groß ist.
-
In 3 ist eine weitere Ausführungsform des Nockenabschnittes 3 samt Bord 6a und Laufrolle 5 dargestellt. Der Bord 6a weist an einer zur Laufrolle 5 gerichtete Stirnfläche eine konvexe Wölbung, insbesondere mit einem Radius r auf. Die Laufrolle 5 ist an einer zum Bord 6a gerichteten Stirnfläche zumindest annähernd konisch geformt. Diese Stirnfläche ist derart gekippt, dass zu einer Stirnseite der Laufrolle 5 hin deren Durchmesser abnimmt und die Stirnfläche zum Außenumfang der Laufrolle 5 hin vom Bord 6a wegführt, so dass eine schließende Neigung entsteht. Ferner ist der Bord 6a derart ausgebildet, dass seine Höhe geringer ist als der halbe Durchmesser der Laufrolle 5. Eine Solche Ausbildung des Bordes 6a und der Laufrolle 5 ermöglicht bei Winkelabweichungen der Laufrichtung der Laufrolle 5, hohe Pressungen infolge von Kantenträger oder Eckkontakten zwischen Laufrolle 5 und Bord 6a zu vermeiden. Darüber hinaus ist es von Vorteil, wenn der Berührpunkt der Laufrolle 5 mit dem Bord 6a zwischen der Bordoberkannte und der Bordunterkannte liegt. Dies wird erfindungsgemäß erfüllt, wenn der Winkel w zwischen einer Senkrechten zu einer Achsenlängsachse der Laufrolle 5 und der zu einem Außenumfang der Laufrolle 5 verjüngenden Stirnfläche 0,1° bis 10° groß ist und der Radius r einer zur Laufrolle 5 gerichteten Stirnfläche des Bordes 6a zwischen 1 mm und 40 mm groß ist.
-
4 zeigt eine Schiefstellung der Laufrolle 5 auf dem Nockenabschnitt 3. Es kommt in einem Berührpunkt B zum Kontakt der Laufrolle 5 mit dem Bord 6a. Der Abstand a kennzeichnet die Entfernung des Berührpunktes B vom Mittelpunkt M der Laufrollenbreite. Dieser Abstand a stimmt mit dem Abstand zwischen dem Berührpunkt B und der Laufrollenlängsachse in einem nicht verdrehten Zustand überein. Der Abstand b ist der Abstand zwischen dem Berührpunkt B und dem Mittelpunkt M der Laufrollenbreite. Der Winkel c stellt den Verdrehwinkel der Laufrolle 5 dar und kann bis zu 30° groß sein. Im Berührpunkt B erfährt die Laufrolle 5 eine Krafteinwirkung, welche aus der Normalkraft Fn und der Reibkraft Fr der Laufrolle 5 durch Kontakt am Bord 6a resultiert.
-
Diese beiden Kräfte Fn und Fr bewirken ein Drehmoment, wobei die Kraft Fr den Hebelarm b aufweist und als Reibmoment wirkt, welches den Verdrehwinkel c vergrößert. Die Kraft Fn weist den Hebelarm a auf und wirkt als Rückstellmoment, welches den Verdrehwinkel c verringert. Eine Rückstellung der Laufrolle 5 in ihre ursprüngliche Position wird erreicht, wenn das Rückstellmoment größer ist als das Reibmoment. Dies kann beispielsweise erreicht werden wenn die Kraft Fr besonders klein ist, wobei eine Verringerung von Fr bewerkstelligt wird, indem der Bord 6a und die Laufrolle 5 mit einer reibungsverringernden Beschichtung zumindest an möglichen Berührungsflächen zwischen Laufrolle 5 und Bord 6a versehen werden.
-
Eine andere Möglichkeit die Rückstellung der Laufrolle 5 zu fördern ist eine Vergrößerung des Hebelarmes a und/oder eine Verringerung des Hebelarmes b.
-
Durch das Einstellen der Geometrien Radius an der Laufrolle 5 und Winkel am Bord 6a zueinander, ergibt sich ein Verhältnis von a/b, welches bewirkt, dass die Rückstellung immer bei jeder Winkelabweichung erreicht wird. Die zulässige Winkelabweichung kann dabei festgelegt werden. Dies lässt sich durch eine Änderung der Abmessungen der Laufrolle 5 realisieren, wobei der Laufrollendurchmesser vergrößert werden sollte und die Laufrollenbreite verringert werden sollte. Ferner wird der Abstand a ebenfalls vergrößert, je kleiner der Bord 6a ist. Somit sollte die Höhe des Bordes 6a eine geringere Höhe aufweisen als der halbe Durchmesser der Laufrolle 5.
-
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit umfasst sind. So ist es beispielsweise auch möglich, anstelle der Aufbringung einer reibungsverringernden Beschichtung, die Oberfläche durch schleifen, polieren oder ätzen zu glätten, um den Effekt der Reibungsverringerung hervorzurufen. Desweitern ist eine reibungsverringernde Werkstoffpaarung und insbesondere eine Schmierung der Reibflächen der Laufrolle 5 und der Borde 6a und 6b ebenfalls denkbar.
-
Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
-
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
-
- WO 2004/097219 A [0003]
- EP 2079923 B1 [0004]
