DE102009001314A1 - Antrieb für eine Hochdruckpumpe, insbesondere Kraftstoffeinspritzpumpe - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Antrieb (2) für eine Hochdruckpumpe, insbesondere Kraftstoffeinspritzpumpe einer Brennkraftmaschine, mit einer mit einem Nocken (6) zusammenwirkenden Rolle (5), die in einer randoffenen Ausnehmung (4) eines Rollenschuhs drehbar gelagert ist. Hierbei ist vorgesehen, dass die Ausnehmung (4) eine elastische Auskleidung (11) aufweist.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Antrieb für eine Hochdruckpumpe, insbesondere Kraftstoffeinspritzpumpe einer Brennkraftmaschine, mit einer mit einem Nocken zusammenwirkenden Rolle, die in einer randoffenen Ausnehmung eines Rollenschuhs drehbar gelagert ist.
• Stand der Technik
• Hochdruckpumpen, wie sie insbesondere als Kraftstoffeinspritzpumpen in Kraftfahrzeugen vorkommen, etwa als Dieselhochdruckeinspritzpumpen, weisen zur Förderung des Mediums, insbesondere des Kraftstoffs, einen Hochdruckkolben auf, der in eine Hubbewegung versetzt wird. Diesen Antrieb bewirkt eine Nockenwelle, welche über eine Rolle und ein halboffenes Gleitlager, den sogenannten Rollenschuh, die Drehbewegung der Nockenwelle in die Hubbewegung des Hochdruckkolbens umsetzt. Hierbei treten am Rollenschuh hohe Flächenpressungen und Gleitgeschwindigkeiten im Kontakt zur Rolle auf. Als Schmiermittel wird das zu fördernde Medium, insbesondere Dieselkraftstoff, verwendet. Aufgrund der niedrigen Viskosität insbesondere von Dieselkraftstoff kann die hohe Flächenpressung nur in geringem Umfang durch das hydrodynamische Druckpolster des Schmiermittels aufgenommen werden. Um der übrigen, hohen Beanspruchung Stand halten zu können, müssen Werkstoffe von sehr hoher Belastbarkeit verwendet werden, insbesondere für den Rollenschuh. Üblicherweise werden hierzu harte bis sehr harte, verschleißfeste Schichten, wie beispielsweise diamantartige Kohlenstoffschichten verwendet oder eingebracht. Diese harten bis sehr harten Werkstoffe geben unter Belastung aber nicht nach, wodurch der Kontakt zwischen dem halboffenen Gleitlager und der Rolle im Wesentlichen auf eine geringe Fläche, beispielsweise eine Linie, beschränkt bleibt. Hierdurch entstehen sehr hohe Flächenpressungen zwischen diesen Bauteilen und eine sehr hohe Reibleistung.
• Offenbarung der Erfindung
• Erfindungsgemäß lässt sich in sehr vorteilhafter Weise die Flächenpressung auf eine größere Fläche verteilen und der Aufbau des hydrodynamischen Druckpolsters verbessern. Hierzu wird ein Antrieb für eine Hochdruckpumpe, insbesondere Kraftstoffeinspritzpumpe einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen, mit einer mit einem Nocken zusammenwirkenden Rolle, die in einer randoffenen Ausnehmung eines Rollenschuhs drehbar gelagert ist. Es ist vorgesehen, dass die Ausnehmung eine elastische Auskleidung aufweist. Konträr zu der Handhabung im Stand der Technik wird demzufolge in den Bereichen, in denen Rolle und Ausnehmung des Rollenschuhs mechanisch zusammenwirken, kein besonders hartes Material eingesetzt, sondern vielmehr eine elastische Auskleidung. Diese gibt bei Beaufschlagung mit der Rolle elastisch nach, wodurch die auftretenden Kräfte auf eine größere Fläche verteilt werden, so dass die Flächenpressung gesenkt wird. Gleichzeitig wird, eben auch durch die geringere und auf einen größeren Bereich verteilte Flächenpressung, der Aufbau des hydrodynamischen Druckpolsters gefördert und das im Regelfall nur gering viskose Schmiermittel (etwa Dieselkraftstoff) nicht eben durch die sehr hohe Flächenpressung, wie sie im Stand der Technik in einer fast linienförmigen Auflage besteht, aus dem Auflagebereich verdrängt. Die elastische Auskleidung bietet weiter den Vorteil, dass über ihr elastisches Nachgeben kleine Fehler in der Rechtwinkligkeit zwischen Rollenschuh beziehungsweise Rollenschuhführung und einer Drehachse der Nockenwelle ausgeglichen werden können. In gewisser Weise wird so die Wirkung einer Kardanik erzielt. In besonders vorteilhafter Weise können kleinere Oberflächenfehler, insbesondere Rauheiten in der Rollenschuhbohrung (der randoffenen Ausnehmung) ausgeglichen werden; anders als die harten bis sehr harten Werkstoffe im Stand der Technik muss demzufolge die randoffene Ausnehmung nicht mit einer nahezu perfekten Oberfläche von bestenfalls minimaler Rauhigkeit hergestellt werden. Dies spart Nachbearbeitungsschritte der randoffenen Ausnehmung ein, die gerade bei harten bis sehr harten Werkstoffen aufwendig und kostenintensiv sein können.
• In einer Ausführungsform ist die Auskleidung eine Beschichtung oder ein Einlegeteil. Die Auskleidung der randoffenen Ausnehmung kann als Beschichtung ausgeführt sein, also in einer solchen Art und Weise, dass auf die Oberfläche der randoffenen Ausnehmung zumindest in dem Bereich, in dem diese mit der Rolle in Kontakt kommt, eine elastische Beschichtung aufgebracht ist. Die Auskleidung kann auch als Einlegeteil vorliegen, also in einer solchen Art und Weise, dass die elastische Auskleidung als separates Bauteil, nämlich eben das Einlegeteil, vorliegt und in die randoffene Ausnehmung in einer geeigneten Weise eingebracht wird. Im ersten Fall wird eine im Wesentlichen zunächst amorphe, die elastische Auskleidung ausbildende Beschichtung auf die Oberfläche der randoffenen Ausnehmung aufgebracht, wohingegen im zweiten Fall ein vorgefertigtes Bauteil, das Einlegeteil nämlich, in die randoffene Ausnehmung in einer solchen Art und Weise eingebracht wird, dass der Innenraum des Einlegeteils die Rolle aufnimmt und das Einlegeteil hierbei die elastische Auskleidung im Kontakt zum Rollenschuh bildet.
• In einer weiteren Ausführungsform besteht die Auskleidung aus Weichmetall. Als Weichmetall kommen beispielsweise Nickel, Aluminium-Zinn-Legierungen oder ähnliche Metalle in Betracht.
• In einer anderen Ausführungsform ist die Auskleidung eine Kunststoffauskleidung. Die Auskleidung wird demzufolge aus einem Kunststoff gebildet oder weist einen solchen auf. Hier kommen insbesondere verschleißfeste Kunststoffe in Betracht, die beispielsweise durch Fasern verstärkt sind oder durch ihre Struktur eine hohe Belastungsfähigkeit aufweisen. Solche Kunststoffe können auf unterschiedliche Arten in die randoffene Ausnehmung eingebracht und auf deren innere Oberfläche aufgebracht werden, beispielsweise durch Aufspritzen als Lack, durch Auflaminieren beispielsweise in Form einer Folie, also ein Aufpressen unter hohem Druck bei hoher Temperatur, oder durch Aufkleben als Folie, oder in anderer geeigneter Weise.
• In einer Ausführungsform ist die Auskleidung eine Polymerauskleidung. Die Auskleidung ist demzufolge aus einem Polymerwerkstoff hergestellt oder weist einen solchen auf, wie diese beispielsweise auch zur Herstellung von Kunststoffverbundgleitlagern Verwendung finden. In Betracht kommen hierbei beispielsweise Polyethylenetherketon (PEEK), Polyaramid, Polyamid, Polyiamid. Auch diese Werkstoffe können beispielsweise durch Fasern wie etwa Kohlenstofffaser oder. Glasfaser, verstärkt werden.
• In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Auskleidung einen Schmierstoff. Durch die Einbringung von Schmierstoff in die Auskleidung, der bei Kontakt mit der Rolle wirksam ist oder wird, lässt sich die Reibleistung noch einmal deutlich reduzieren.
• In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Schmierstoff ein Festschmierstoff. Als Festschmierstoffe kommen beispielsweise Molybdändisulfid, Zinksulfid, Grafit, PTFE (Polytetrafluorethylen) und insbesondere Nanopartikel, beispielsweise Titanoxyd, in Betracht. Die Wahl des geeigneten Festschmierstoffes wird hierbei in Abhängigkeit von dem Werkstoff und der Ausgestaltung der Auskleidung erfolgen, beispielsweise bei einer Weichmetall-Auskleidung mit Festschmierstoffen lassen sich insbesondere Nickel mit Polytetrafluorethylen-Beimengung oder Aluminium-Zinn-Legierungen mit Polytetrafluorethylen oder Grafit-Beimengungen realisieren, wobei ebenfalls Molybdändisulfid geeignet ist. Bei der Ausbildung als Kunststoffauskleidung lassen sich als Festschmierstoffe weiterhin vorteilhaft Zinksulfid und Grafit sowie Nanopartikel, etwa Titanoxyd, einbringen. Die Einbringung solcher Festschmierstoffe erfolgt vorteilhafterweise bereits bei der Herstellung der Auskleidung selbst. Die Festschmierstoffe werden in das Material der Auskleidung eingebettet oder auf ihre Oberfläche aufgebracht, beispielsweise durch Sputtern, chemische oder galvanische Abscheidung, Spritzen oder Strahlen.
• In der Ausbildung der Auskleidung als Einlegeteil wird diese in der randoffenen Ausnehmung des Rollenschuhs beispielsweise durch Einklinken, Einpressen, Kleben oder auch Verschweißen fest verankert. Das Einlegeteil weist bevorzugt einen festen Rücken, beispielsweise aus Stahl, auf, auf den eine Haftvermittlerschicht, etwa eine Bronze, und die eigentliche Funktionsschicht aufgebracht sind. Die Funktionsschicht kann hierbei beispielsweise Polyethylenetherketon (PEEK), Polyamid, Polyamid oder Polyaramid sein oder dieses aufweisen und insbesondere auch durch Fasern, wie vorstehend beschrieben, verstärkt sein. Auch hier sind die Beimengungen von Festsschmierstoffen, wie vorstehend beschrieben, vorteilhaft. Die Haftvermittlerschicht wird beispielsweise auf ein Stahlband, das als fester Rücken dient, aufgewalzt oder gesintert, wobei sodann die Funktions schicht entweder aufgewalzt oder laminiert wird. Ebenso kann eine weiche metallische Schicht, beispielsweise Bismutbronze oder eine Aluminium-Zinn-Legierung als Funktionsschicht auf dem festen Rücken, also etwa dem genannten Stahlband, aufgebracht werden.
• Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus Kombinationen derselben.
• Die Erfindung wird nachfolgend näher erläutert, ohne aber hierauf beschränkt zu sein.
• Es zeigen
• 1 eine schematische Darstellung einer in einem Rollenschuh drehbar gelagerten Rolle, die mit einer Nocke einer Nockenwelle zusammenwirkt und
• 2 ein Einlegeteil für den Rollenschuh.
• 1 zeigt abschnittsweise einen Teil 1 eines Antriebs 2 einer nicht dargestellten Hochdruckpumpe, nämlich einer Kraftstoffeinspritzpumpe einer Brennkraftmaschine, wie sie insbesondere für Dieselkraftstoff verwendet wird. Der Teil 1 des Antriebs 2, wie hier dargestellt, umfasst einen Rollenschuh 3, der eine ein Gleitlager ausbildende randoffene Ausnehmung 4 aufweist, in der eine Rolle 5 drehbar lagert. Die Rolle 5 wirkt mit einem Nocken 6 einer Nockenwelle 7 zusammen, indem die Rolle 5 auf dem Nocken 6 der Nockenwelle 7 außenumfangsseitig rollend lagert, und somit bei Drehung der Nockenwelle 7, dem Konturverlauf des Nockens 6 folgend, mit dem Rollenschuh 3 angehoben und wieder gesenkt wird. Durch diese Hubbewegung wird die hier nicht dargestellte Hochdruckpumpe betätigt und der nicht dargestellte Kraftstoff gefördert und zur Einspritzung in die nicht dargestellte Brennkraftmaschine verdichtet. Sowohl die Rolle 5 als auch der Nocken 6 bestehen aus einem relativ harten Werkstoff 8. Je nach Ausführungsform ist auch der Rollenschuh 3 aus einem relativ harten Material 8 gebildet. Da der Rollenschuh 3 mittels der randoffenen Ausnehmung 4 die Lagerung und Führung der Rolle bewirkt, und wobei durch den Nocken 6 zur Ausbildung der Hubbewegung des Rollenschuhs 3 entgegen einer Kraft F trotz dieser Krafteinwirkung eine möglichst reibungsfreie Führung zur Vermeidung von Verschleiß und unnötiger Energieaufwendung gewünscht ist, wird die Rolle 5 ebenso wie der Nocken 6 und zumindest Bereiche des Rollenschuhs 3, nämlich mindestens die randoffene Ausnehmung 4, mit einem Schmiermittel 9 beaufschlagt, das beispielsweise der zu fördernde Kraftstoff 10, also etwa Dieselkraftstoff, sein kann. Aufgrund der geringen Viskosität von Kraftstoff 10 sind seine Schmiereigenschaften für diese Anwendung nicht vorteilhaft. Um eine unnötige Reibung oder übermäßigen Verschleiß durch zu geringe Auflageflächen zu vermeiden, weist der Rollenschuh 3 in der randoffenen Ausnehmung 4 eine Auskleidung 11 auf, die außenseitig in der randoffenen Ausnehmung 4 des Rollenschuhs 3 lagert und sich an einer Ausnehmungsinnenseite 12 mit ihrer Auskleidungsaußenseite 13 abstützt und mit ihrer Auskleidungsinnenseite 14 eine Abstützung der Rolle 5 mit deren Rollenaußenseite 15 ermöglicht. Die Auskleidung 11 kann in die randoffene Ausnehmung 4 als Beschichtung 16 oder als Einlegeteil 17 eingebracht werden, wobei die Beschichtung 16 bevorzugt eine Polymer- oder Weichmetallauskleidung ist. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Auskleidung 11 einen Schmierstoff 18 aufweist, dergestalt, dass der Schmierstoff 18 in die Struktur der Auskleidung 11 eingebracht ist, beispielsweise als Festschmierstoff 20. Auf diese Weise wird eine direkte Anlage des harten Materials 8 der Rolle 5 am Rollenschuh 3 vermieden, wodurch sich eine sehr verschleißfreie und reibungsarme Ausführung des Antriebs 2 ausbilden lässt.
• 2 zeigt abschnittsweise die Rolle 5 in ihrer Anlage im Rollenschuh 3, wobei zwischen der Rolle 5 und dem Rollenschuh 3 in der randoffenen Ausnehmung 4 die Auskleidung 11 eingebracht ist. Die Auskleidung 11 wird unter Kraftbeaufschlagung mit der Kraft F im Betrieb elastisch verformt, insbesondere in direkter Richtung der Kraft F; durch diese Verformung wird eine Auflage der Rollenaußenseite 15 in einem im Wesentlichen nur linienförmigen Abschnitt, wie im Stand der Technik bekannt, vermieden; vielmehr wird eine Auflage der Rollenaußenseite 15 in einem Flächenabschnitt 19 der Auskleidungsinnenseite 14 bewirkt, eben durch die elastische Verformung der Auskleidung 11. Auf diese Weise wird besonders vorteilhaft das im Stand der Technik durch die sehr hohe Kraftwirkung bei annährend linienförmiger Auflage bewirkte Wegspritzen von Schmiermittel 9 verhindert; das Schmiermittel 9 wird vielmehr durch die geringere Kraftwirkung aufgrund größerer Auflagefläche nicht in so starker Weise verdrängt. Gleichzeitig ist das Schmiermittel 9 in Verbindung mit dem in der Auskleidung 11 selbst ein gebrachten Schmierstoff 18, beispielsweise einem Festschmierstoff 20, im Betrieb zur Reibungsreduktion zwischen Rollenaußenseite 15 und Auskleidungsinnenseite 14 vorhanden.
• Auf diese Weise lässt sich ein auf lange Zeit betriebssicherer Antrieb 2 für die Hochdruckpumpe, wie beschrieben ausbilden.

Claims (7)

1. Antrieb (2) für eine Hochdruckpumpe, insbesondere Kraftstoffeinspritzpumpe einer Brennkraftmaschine, mit einer mit einem Nocken (6) zusammenwirkenden Rolle (5), die in einer randoffenen Ausnehmung (4) eines Rollenschuhs (3) drehbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (4) eine elastische Auskleidung (11) aufweist.
2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskleidung eine Beschichtung (16) oder ein Einlegeteil (17) ist.
3. Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskleidung (11) aus Weichmetall besteht.
4. Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskleidung (11) eine Kunststoffauskleidung ist.
5. Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskleidung (11) eine Polymer-Auskleidung ist.
6. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskleidung (11) einen Schmierstoff (18) enthält.
7. Antrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmierstoff (18) ein Festschmierstoff ist.