DE102006025924B4 - Fluidpumpe mit Rollenstößel - Google Patents

Abstract

Fluidpumpe, insbesondere Hochdruck-Kraftstoffpumpe für Einspritzsysteme von Brennkraftmaschinen, mit einem Pumpelement (12), welches zur Hin- und Herbewegung (14) in Richtung einer Pumpelementachse (16) in einem Pumpengehäuse (18) geführt ist, und mit einem das Pumpelement (12) beaufschlagenden, in Richtung der Pumpelementachse (16) verschiebbaren Rollenstößel (22), der durch Federmittel (24) in Gegenrichtung zum Pumphub gegen einen Nockentrieb (26) belastet ist und einen Stößelkörper (28) und eine daran um eine Rollenachse (30) drehbar abgestützte Stößelrolle (32) aufweist, deren Mantelfläche (40) an einer Steuerfläche (42) des Nockentriebs abrollt, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelfläche (40) der Stößelrolle (32) und die Steuerfläche (42) des Nockentriebs (26) korrespondierend zueinander derart konturiert sind, dass die Stößelrolle (32) hinsichtlich ihrer Position in Richtung der Rollenachse (30) an der Steuerfläche des Nockentriebs (26) positioniert wird.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fluidpumpe, insbesondere Hochdruck-Kraftstoffpumpe für Einspritzsysteme von Brennkraftmaschinen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Derartige Fluidpumpen sind beispielsweise aus der DE 102 15 038 A1 und der DE 103 61 578 A1 bekannt. Bei den bekannten Pumpen erfolgt die Betätigung eines Pumpelements wie z. B. eines Pumpkolbens oder Pumpstempels mittels eines Rollenstößels, der einen Stößelkörper und eine daran um eine Rollenachse drehbar abgestützte Stößelrolle aufweist, deren Mantelfläche an einer Steuerfläche des Nockentriebs abrollt. Die Steuerfläche des Nockentriebs wird hierbei vom Umfang eines sich drehenden Nockentriebkörpers gebildet, welcher in Richtung der Drehachse betrachtet einen einheitlichen Außenumfang besitzt. Bei den oben erwähnten, bekannten Pumpen ist der Nockentriebkörper von einem Exzenterabschnitt einer sich drehenden Exzenterwelle gebildet.
• Insbesondere auf Grund fertigungsbedingter Lageabweichungen der zusammenwirkenden Bauteile (Stößelrolle und Exzenterabschnitt) neigt die Stößelrolle durch Schiefstellung gegenüber der Lauffläche des Exzenterabschnitts aus ihrer axialen Position (in Richtung der Rollenachse) zu wandern. Diese Wanderungstendenz erfordert in der Praxis eine axiale Sicherung der Stößelrolle am Stößelkörper. Doch selbst wenn eine solche Sicherung vorgesehen ist, so kann sich die Wanderungstendenz nachteilig auf die Leichtgängigkeit der Drehbewegung der Stößelrolle am Stößelkörper auswirken. Darüber hinaus kann eine nachteilige Belastung des Rollenstößels in Axialrichtung, also quer zur Pumpelementachse, resultieren.
• Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Fluidpumpe der eingangs genannten Art hinsichtlich der axialen Positionierung der Stößelrolle zu verbessern.
• Diese Aufgabe wird durch eine Fluidpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
• Bei der erfindungsgemäßen Fluidpumpe sind die Mantelfläche der Stößelrolle und die Steuerfläche des Nockentriebs korrespondierend zueinander derart konturiert, dass die Stößelrolle hinsichtlich ihrer Position in Richtung der Rollenachse (Axialrichtung) an der Steuerfläche des Nockentriebs positioniert wird. Mit anderen Worten wird die axiale Fixierung der Stößelrolle durch eine besondere Formgebung der Stößelrolle und/oder des die Steuerfläche des Nockentriebs bereitstellenden Nockenkörpers erzielt.
• Selbst bei Vorliegen von in der Praxis unvermeidlichen Lageabweichungen und/oder Maßtoleranzen der zusammenwirkenden Bauteile ist die axiale Fixierung bzw. Positionierung bei der erfindungsgemäßen Lösung diesen Bauteilen gewissermaßen inhärent. Vorteilhaft sind weitere aufwendige und/oder reibungserhöhende Maßnahmen zur axialen Sicherung der Stößelrolle entbehrlich. Unabhängig davon kann mit der Erfindung eine in der Regel nachteilige Querbelastung des Rollenstößels in Axialrichtung der Stößelrolle einfach und zuverlässig vermieden werden.
• Die Erfindung kann sehr vorteilhaft für Kraftstoffpumpen, insbesondere Hochdruck-Kraftstoffpumpen für Einspritzsysteme von Brennkraftmaschinen verwendet werden. Hierbei ist insbesondere an vergleichsweise hoch belastete Hochdruck-Kraftstoffpumpen für Speichereinspritzsysteme (z. B. "common rail") zu denken. Förderdrücke derartiger Hochdruck-Kraftstoffpumpen liegen nicht selten in der Größenordnung von etwa 2000 bar, so dass in diesen Anwendungen besondere Anfor derungen an die Zuverlässigkeit und Leichtgängigkeit der im Pumpenbetrieb bewegten Pumpenbauteile gestellt werden.
• Für die zueinander korrespondierende Konturierung der Mantelfläche der Stößelrolle und der Steuerfläche des Nockentriebs ergeben sich im Rahmen der Erfindung vielfältige Möglichkeiten.
• In einer Ausführungsform ist beispielsweise vorgesehen, dass die Nockensteuerfläche einen radialen Vorsprung aufweist, der hinsichtlich der Richtung der Rollenachse einen Anschlag für ein axiales Ende der Stößelrolle bildet. Wenn die Nockensteuerfläche an ihren beiden axialen Endbereichen jeweils einen solchen radialen Vorsprung aufweist, so kann bereits in Zusammenwirkung mit einer herkömmlichen zylindrischen Stößelrolle die gewünschte Axialpositionierung realisiert werden. Selbstverständlich ist auch der umgekehrte Fall möglich, in welchem die Stößelrollenmantelfläche wenigstens einen, insbesondere an beiden axialen Endbereichen jeweils einen radialen Vorsprung aufweist, der hinsichtlich der Axialrichtung einen bzw. zwei Anschläge für ein bzw. beide axialen Enden des die Steuerfläche ausbildenden Nockentriebkörpers bildet.
• Alternativ oder zusätzlich kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Konturierung wenigstens eine Ausbuchtung der Rollenmantelfläche oder der Nockensteuerfläche umfasst, die an einer korrespondierenden Einbuchtung der Nockensteuerfläche bzw. der Rollenmantelfläche abläuft. Bereits eine einzige solche Ausbuchtung-Einbuchtung-Anordnung kann für die gegenseitige Axialpositionierung ausreichen.
• In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Rollenmantelfläche zumindest größtenteils, insbesondere z. B. im Wesentlichen vollflächig, an der Nockensteuerfläche abrollt.
• Insbesondere für eine orientierungsunabhängige Positionierfunktion ist es von Vorteil, wenn die Konturierung eine or thogonal zur Rollenachse sich erstreckende Symmetrieachse besitzt. Diese Symmetrieachse kann z. B. identisch mit der Pumpelementachse sein. Eine einfache Gestaltung besteht beispielsweise darin, ausgehend von der herkömmlichen zylindrischen Form der Stößelrolle und "im weiteren Sinne zylindrischen" Form des Nockentriebkörpers eine dieser beiden Komponenten in ihrer Kontur "tonnenförmig" und die andere dieser Komponenten "kissenförmig" zu gestalten. Der Begriff "im weiteren Sinne zylindrisch" soll hier die z. B. in Bronstein-Semendjajew, Taschenbuch der Mathematik, 22. Auflage, 1985, Seiten 198, 199 angegebene allgemeine Definition von "zylindrisch" ausdrücken. Mit dem in dieser Anmeldung verwendeten Betriff "zylindrisch" ist demgegenüber der von dieser allgemeineren Definition umfasste Spezialfall eines Kreiszylinders gemeint, der sich durch Verwendung einer kreisförmigen Leitkurve ergibt.
• Der Nockentrieb kann in an sich bekannter Weise als eine drehangetriebene Exzenter- bzw. Nockenwelle mit einem die Nockensteuerfläche ausbildenden Nockenabschnitt ausgebildet sein.
• In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Stößelrolle rotationssymmetrisch bezüglich der Rollenachse ausgebildet. Bei dieser Formgebung kann die drehbare Abstützung der Stößelrolle am Stößelkörper in einfacher Weise in einer an die Form der Rollenmantelfläche angepassten Ausnehmung des Stößelkörpers (Gleitlagerung) vorgesehen sein.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben. Es stellen schematisch dar:
• 1 eine erste Ausführungsform einer Kraftstoffpumpe, und
• 2 ein Detail aus 1 gemäß einer abgewandelten zweiten Ausführungsform (Explosionsansicht).
• 1 veranschaulicht eine Kraftstoffpumpe 10 mit einem Pumpkolben 12, welcher zur Hin- und Herbewegung (vgl. Pfeil 14) in Richtung einer Pumpelementachse 16 in einem Pumpengehäuse 18 geführt ist.
• Die in 1 untere Stirnfläche des zylindrisch ausgebildeten Pumpkolbens 12 begrenzt einen Arbeitsraum 20, der in nicht dargestellter Weise über ein Einlassventil mit einer Niederdruck-Kraftstoffpassage und über ein Auslassventil mit einer Hochdruck-Kraftstoffpassage in Verbindung steht. Bei einer Bewegung des Kolbens 12 nach unten ("Pumphub") wird der im Arbeitsraum 20 befindliche Kraftstoff über das Auslassventil in die Hochdruck-Kraftstoffpassage gefördert, wohingegen bei der entgegengesetzten Kolbenbewegung ("Ansaughub") neuer Kraftstoff aus der Niederdruck-Kraftstoffpassage in den Arbeitsraum 20 gefördert wird.
• Im Pumpenbetrieb wird der Pumpkolben 12 durch einen Rollenstößel 22 betätigt, der durch eine Druckfeder 24 in Gegenrichtung zum Pumphub gegen einen Nockentrieb 26 belastet ist und einen Stößelkörper 28 und eine daran um eine Rollenachse 30 drehbar abgestützte Stößelrolle 32 aufweist.
• Zum Antrieb der Pumpe 10 wird eine um eine Drehachse 34 herum drehbar am Pumpengehäuse 18 gelagerte Exzenter- bzw. Nockenwelle 36 drehangetrieben. Der Rollenstößel 22 wird durch die Druckfeder 24 gegen einen nicht-rotationssymmetrisch ausgebildeten Nockenabschnitt 38 der Nockenwelle 36 gedrückt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel stützt sich die Feder 24 hierfür einerseits am Gehäuse 18 und andererseits an einem Kolbenfuß ab, der an dem Stößelkörper 28 anliegt und somit die Druckkraft der Feder 24 auf den Rollenstößel 22 überträgt. Die Feder 24 sorgt somit sowohl dafür, dass der Kolbenfuß stets am Rollenstößel 22 anliegt, als auch dafür, dass der Rollenstößel mit seiner Stößelrolle 32 stets am Nockenabschnitt 38 anliegt.
• Bei einer Drehung der Nockenwelle 36 rollt eine Mantelfläche 40 der Stößelrolle 32 an einer Umfangsfläche (Steuerfläche) 42 des Nockenabschitts 38 ab. Durch einen von der Radialrichtung abhängenden Abstand zwischen der Drehachse 34 und der Steuerfläche 42 der Nockenwelle 36 wird die Drehbewegung der Nockenwelle 36 in eine lineare Hin- und Herbewegung des Rollenstößels 22 und somit des Pumpkolbens 12 gewandelt.
• Eine Besonderheit des Nockentriebs 26 besteht darin, dass die Nockensteuerfläche 42 an ihren beiden axialen Endbereichen jeweils einen ringförmig umlaufenden radialen Vorsprung 44 aufweist, die hinsichtlich der Axialrichtung Begrenzungsanschläge für die Stößelrolle 32 bilden. Durch diese besondere Konturierung der Mantelfläche 42 wird in einfacher und zuverlässiger Weise der axiale Spielraum für eine etwaige "Wanderung" der Stößelrolle 32 während des Pumpenbetriebs begrenzt bzw. die Stößelrolle 32 in Axialrichtung zentriert.
• Durch die Positionierung der Stößelrolle 32 bezüglich der Nockenwelle 36 und somit letztlich auch bezüglich des Gehäuses 18 und des Kolbens 12 sind spezielle Maßnahmen zur axialen Sicherung der Stößelrolle 32 am Stößelkörper 28 entbehrlich. Zudem besteht keine Gefahr, dass eine Wanderungstendenz der Stößelrolle 32 zu einer auf den Pumpkolben 12 einwirkenden Querkraft führt.
• Wie erwähnt kann durch die zueinander korrespondierende Konturierung des Nockentriebs 26 und der Stößelrolle 32 eine Axiallagerung bzw. Axialsicherung der Stößelrolle 32 am Stößelkörper 28 vereinfacht oder sogar ganz weggelassen werden. Alternativ oder zusätzlich taugt diese Konturierung jedoch auch vorteilhaft dazu, eine gemäß des Stands der Technik vorgesehene Linearführung (z. B. durch Führungsnuten) des Stö ßelkörpers 28 in Richtung der Pumpkolbenachse 16 zu vereinfachen oder ganz wegzulassen.
• Bei der nachfolgenden Beschreibung eines weiteren Ausführungsbeispiels werden für gleichwirkende Komponenten die gleichen Bezugszahlen verwendet, jeweils ergänzt durch einen kleinen Buchstaben "a" zur Unterscheidung der Ausführungsform. Dabei wird im Wesentlichen nur auf die Unterschiede zu dem bereits beschriebenen Ausführungsbeispiel eingegangen und im Übrigen hiermit ausdrücklich auf die Beschreibung des vorangegangenen Ausführungsbeispiels verwiesen.
• 2 veranschaulicht eine alternative Formgestaltung des Nockentriebs. Bei dieser Ausführungsform besteht die Konturierung einer Rollenmantelfläche 40a aus einer (konvexen) Ausbuchtung und die Konturierung einer Nockensteuerfläche 42a aus einer korrespondierenden (konkaven) Einbuchtung. Durch die Zusammenwirkung dieser Konturen erfolgt wieder eine Positionierung der Stößelrolle 32a in Axialrichtung bezüglich der Nockenwelle 36a (Durch die Überhöhung der Nockenkontur in Axialrichtung nach außen läuft die Stößelrolle immer wieder in die Mitte).
• Selbstverständlich sind die in den 1 und 2 dargestellten Konturierungen lediglich beispielhaft zu verstehen und können im Rahmen der Erfindung weitreichend modifiziert werden. Wesentlich ist die durch die Formgestaltung des Nockentriebs einerseits und der Stößelrolle andererseits inhärent bewerkstelligte Positionierfunktion.

Claims (6)

1. Fluidpumpe, insbesondere Hochdruck-Kraftstoffpumpe für Einspritzsysteme von Brennkraftmaschinen, mit einem Pumpelement (12), welches zur Hin- und Herbewegung (14) in Richtung einer Pumpelementachse (16) in einem Pumpengehäuse (18) geführt ist, und mit einem das Pumpelement (12) beaufschlagenden, in Richtung der Pumpelementachse (16) verschiebbaren Rollenstößel (22), der durch Federmittel (24) in Gegenrichtung zum Pumphub gegen einen Nockentrieb (26) belastet ist und einen Stößelkörper (28) und eine daran um eine Rollenachse (30) drehbar abgestützte Stößelrolle (32) aufweist, deren Mantelfläche (40) an einer Steuerfläche (42) des Nockentriebs abrollt, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelfläche (40) der Stößelrolle (32) und die Steuerfläche (42) des Nockentriebs (26) korrespondierend zueinander derart konturiert sind, dass die Stößelrolle (32) hinsichtlich ihrer Position in Richtung der Rollenachse (30) an der Steuerfläche des Nockentriebs (26) positioniert wird.
2. Fluidpumpe nach Anspruch 1, wobei die Nockensteuerfläche (42) einen radialen Vorsprung (44) aufweist, der hinsichtlich der Richtung der Rollenachse (30) einen Anschlag für ein axiales Ende der Stößelrolle (32) bildet.
3. Fluidpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Konturierung wenigstens eine Ausbuchtung der Rollenmantelfläche (40) oder der Nockensteuerfläche (42) umfasst, die an einer korrespondierenden Einbuchtung der Nockensteuerfläche (42) bzw. der Rollenmantelfläche (40) abläuft.
4. Fluidpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Konturierung eine orthogonal zur Rollenachse (30) sich erstreckende Symmetrieachse (16) besitzt.
5. Fluidpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Nockentrieb (26) als eine drehangetriebene Nockenwelle (36) mit einem die Nockensteuerfläche (42) ausbildenden Nockenabschnitt (38) ausgebildet ist.
6. Fluidpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Stößelrolle (32) rotationssymmetrisch bezüglich der Rollenachse (30) ausgebildet ist und in einer an die Form der Rollenmantelfläche (40) angepassten Ausnehmung des Stößelkörpers (28) abgestützt ist.