Rollenstößel für eine Kolbenpumpe, Kolbenpumpe Die Erfindung betrifft einen Rollenstößel für eine Kolbenpumpe, insbesondere eine

Kraftstoffhochdruckpumpe, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Der Rollenstößel dient der Abstützung eines Pumpenkolbens der Kolbenpumpe an einem Nocken oder Exzenter einer Antriebswelle. Ferner betrifft die Erfindung eine Kolbenpumpe, insbesondere eine Kraftstoffhochdruckpumpe zur Versorgung eines Verbren- nungsmotors mit Kraftstoff, mit einem solchen Rollenstößel.

Stand der Technik

Ein Rollenstößel der vorstehend genannten Art geht beispielhaft aus der Offenle- gungsschrift DE 10 2012 223 413 AI hervor. Der bekannte Rollenstößel weist ein

Stößelteil auf, das über eine im Stößelteil drehbar gelagerte Rolle an einer Antriebseinrichtung abstützbar ist. Um den Verschleiß im Lagerbereich zu minimieren und auf diese Weise die Lebensdauer der Pumpe zu erhöhen, wird eine verbesserte Schmierung des Lagerbereichs über wenigstens einen im Stößelteil vorgesehenen Durchlass und eine Nut vorgeschlagen. Der Durchlass verbindet einen inneren Bereich des

Stößelteils, in dem die Lagerung der Rolle angeordnet ist, mit dem Außenmantel des Stößelteils. Die Anordnung des Durchlasses erfolgt in der Weise, dass er in die Nut mündet. Die Nut ist dabei in einem an eine in Richtung ihrer Drehachse weisenden Stirnseite der Rolle angrenzenden Umfangsbereich des Stößelteils in dessen Innen- mantel vorgesehen und erstreckt sich in Richtung der Längsachse des Rollenstößels.

Der über den Durchlass in den inneren Bereich des Stößelteils gelangende Schmierstoff wird demnach vorrangig einem axialen Lagerspalt zwischen der Rolle und dem Innenmantel des Stößelteils zugeführt. Ausgehend von dem vorstehend zitierten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Schmierung im Bereich eines radialen Lagerspalts eines Rollenstößels für eine Kolbenpumpe zu verbessern, der zwischen einer Rolle und einem Bolzen zur drehbaren Lagerung der Rolle oder zwischen der Rolle und einer Lagerbuchse ausgebildet wird. Auf diese Weise soll ein Rollenstößel geschaffen werden, der weniger verschleißanfällig ist.

Zur Lösung der Aufgabe wird der Rollenstößel mit den Merkmalen des Anspruchs 1 angegeben. Ferner wird die Kolbenpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 8 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.

Offenbarung der Erfindung

Der zur Abstützung eines hubbeweglichen Pumpenkolbens an einem Nocken oder Exzenter einer Antriebswelle vorgeschlagene Rollenstößel umfasst einen Stößelkörper und eine hohlzylinderförmige Rolle, die in einer stirnseitigen Ausnehmung des

Stößelkörpers bereichsweise aufgenommen und unmittelbar oder mittelbar über eine Lagerbuchse auf einem Bolzen drehbar gelagert ist. Ein zwischen der Rolle und dem Bolzen oder zwischen der Rolle und der Lagerbuchse ausgebildeter radialer Lagerspalt ist dabei über mindestens eine im Stößelkörper ausgebildete und in die stirnseitige Ausnehmung des Stößelkörpers mündende Bohrung mit einem Schmiermedium versorgbar. Erfindungsgemäß besitzt die Rolle im Bereich ihrer Außenumfangsfläche und/oder im Bereich ihrer Innenumfangsfläche und/oder im Bereich zumindest einer Stirnfläche mindestens eine die Strömung des Schmiermediums beeinflussende Geometrie.

Durch die Beeinflussung der Strömung des Schmiermediums über die Geometrie kann zumindest eine Teilmenge des Schmiermediums dem radialen Lagerspalt gezielt zugeführt werden. Die Beeinflussung besteht demnach vorzugsweise in einer Umlenkung der Strömung des Schmiermediums. In der Folge erhöht sich die dem radialen Lagerspalt zugeführte Schmiermenge, was mit einer verbesserten Schmierung und einem geringeren Verschleiß im Bereich der den radialen Lagerspalt begrenzenden Bauteilen einhergeht. Die Beeinflussung der Strömung des Schmiermediums kann auch darin bestehen, zumindest eine Teilmenge des Schmiermediums aufzufangen und vorzuhalten, so dass in jedem Betriebszustand eine ausreichende Menge des Schmiermediums zur Schmie- rung und Kühlung des Rollenstößels im Bereich des radialen Lagerspalts zur Verfügung steht.

Um sicherzustellen, dass dem Rollenstößel in jedem Betriebszustand eine ausreichende Menge eines Schmiermediums zur Verfügung steht, musste bislang eine deutlich erhöhte Schmiermenge vorgehalten werden. Bei Verwendung eines erfindungsgemäßen Rollenstößels kann die Schmiermenge reduziert werden, da über die vorgeschlagene Geometrie ein definierter Schmierzustand im radialen Lagerspalt erreichbar ist. Die Reduzierung der Schmiermenge wiederum führt zu einer Effizienzsteigerung des Systems.

Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Geometrie eine im Bereich der Innenumfangsfläche der Rolle ausgebildete und dem radialen Lagerspalt vorgelagerte Ringnut. Über die Ringnut kann zumindest eine Teilmenge des über die im Stößelkörper vorgesehene Bohrung zugeführten Schmiermediums aufgefangen werden, so dass eine Art Depot für das Schmiermedium gebildet wird. Aus dem Depot kann dem radialen Lagerspalt kontinuierlich Schmiermedium zugeführt werden, um die erforderliche Schmierung sicherzustellen.

Die als Depot dienende Ringnut ist hierzu im Bereich einer Innenumfangsfläche der Rolle und zwar vor dem radialen Lagerspalt angeordnet. Dadurch ist zum Einen sichergestellt, dass zumindest ein Teilstrom des Schmiermediums dem Depot zugeführt wird, zum Anderen, dass aus dem Depot entnommenes Schmiermedium in den radialen Lagerspalt gelangt. Ferner macht sich diese Ausführungsform der Erfindung die Zentrifugalkraft zunutze, die auf die Rotationsbewegung der Rolle zurückzuführen ist und einen erhöhten hydraulischen Druck in der Ringnut bewirkt. Der erhöhte hydraulische Druck fördert die Versorgung des radialen Lagerspalts mit dem in der Ringnut bevorrateten Schmiermedium. Die im Bereich einer Innenumfangsfläche der Rolle vorgesehene Ringnut kann sowohl durch ein materialabtragendes Verfahren, als auch durch ein materialauftragendes Verfahren hergestellt worden sein.

Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Geometrie eine im Bereich der Innenumfangsfläche der Rolle ausgebildete und dem radialen Lagerspalt vorgelagerte umlaufende Nase, die eine dem radialen Lagerspalt zugewandte Flanke besitzt, die gegenüber der Innenumfangsfläche in einem Winkel geneigt ist, der kleiner 90° ist. Vorzugsweise ist der Winkel kleiner 70°, weiterhin vorzugsweise kleiner 50°. Die geneigte Flanke der vorstehenden umlaufenden Nase formt einen Einlauftrichter, über den dem radialen Lagerspalt gezielt Schmiermedium zugeführt wird. Auch hier wirkt sich die auf die Rotationsbewegung der Rolle zurückzuführende Zentrifugalkraft positiv aus, da sie die Zwangsführung über die geneigte Flanke verstärkt.

Gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Geometrie eine im Bereich der Innenumfangsfläche der Rolle ausgebildete und dem radialen Lagerspalt vorgelagerte Nut, die sich von der Stirnfläche der Rolle bis in den radialen Lagerspalt erstreckt und in einem Winkel gegen die Drehrichtung der Rolle angestellt ist. Das heißt, dass die Nut von der Stirnfläche weg in einer der Drehrichtung der Rolle entgegengesetzten Richtung verläuft. Die Nut trägt in Kombination mit der Drehbewegung der Rolle dazu bei, dass am Rand des radialen Lagerspalts ein hydraulischer Druck aufgebaut wird, der zum Aufbau eines konstanten Schmierfilms beiträgt. Vorzugsweise sind mehrere gleichartige Nuten in gleichem Winkelabstand zueinander im Bereich der Innenumfangsfläche der Rolle ausgebildet, da über die Anzahl der Nuten die vorteilhafte Wirkung verstärkt werden kann.

Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass die Geometrie eine im Bereich der Außenumfangsfläche ausgebildete Nut ist, die sich von der Mitte der Rolle zu einer Stirnfläche hin erstreckt und in einem Winkel gegen die Drehrichtung der Rolle angestellt ist. Diese Ausführungsform macht sich eine Schleppströmung an der Außenumfangsfläche der Rolle zunutze, so dass Schmiermedium, das die Rolle außenumfang- seitig umgibt, gezielt in die zu schmierenden Lagerbereiche geführt wird. Hierbei handelt es sich zum Einen um den radialen Lagerspalt, zum Anderen um einen axialen La- gerspalt, der zwischen dem Stößelkörper und der Stirnfläche Rolle und/oder der Lagerbuchse ausgebildet wird. Vorzugsweise sind mehrere gleichartige Nuten in gleichem Winkelabstand zueinander im Bereich der Außenumfangsfläche ausgebildet. Die Nuten sind dabei bevorzugt derart geneigt, dass sie von der Mitte der Rolle in Drehrichtung der Rolle schräg nach außen in Richtung der jeweiligen Stirnfläche führen.

Die zur Versorgung des radialen Lagerspalts mit einem Schmiermedium vorgesehene Bohrung erstreckt sich bevorzugt vom Außenumfang des Stößelkörpers nach radial innen bis zur Ausnehmung, in der die Rolle bereichsweise aufgenommen ist. Auf diese Weise kann das den Stößelkörper umgebende Schmiermedium zur Schmierung des Rollenlagers genutzt werden. Die Bohrung stellt hierzu die notwendige Verbindung der Ausnehmung des Stößelkörpers, in der die Rolle aufgenommen ist, mit der Zylinderbohrung sicher, in welcher der Stößelkörper aufgenommen ist.

Vorzugsweise mündet die Bohrung im Bereich eines axialen Lagerspalts, der zwischen dem Stößelkörper und einer Stirnfläche der Rolle und/oder der Lagerbuchse ausgebildet wird, in die Ausnehmung. Auf diese Weise ist eine ausreichende Versorgung sowohl des radialen Lagerspalts, als auch des axialen Lagerspalts mit Schmiermedium sichergestellt. Die Bohrung kann dabei insbesondere radial oder schräg durch die Wandung des Stößelkörpers geführt sein.

Ferner wird eine Kolbenpumpe, insbesondere eine Kraftstoffhochdruckpumpe zur Kraftstoffversorgung eines Verbrennungsmotors, vorgeschlagen, die einen hubbeweglichen Pumpenkolben, der über einen erfindungsgemäßen Rollenstößel an einem Nocken oder Exzenter einer Antriebswelle abgestützt ist, umfasst. Der Stößelkörper des Rollenstößels ist dabei in einer Zylinderbohrung eines Gehäuseteils der Kolbenpumpe hubbeweglich aufgenommen. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Rollenstößels kommen auch bei einer den Rollenstößel umfassenden Pumpe zum Tragen, da der reduzierte Verschleiß in den Lagerbereichen des Rollenstößels eine Verlängerung der Lebensdauer der Pumpe zur Folge hat.

Bevorzugt ist der Stößelkörper in der Zylinderbohrung gegen Verdrehen gesichert. Die Verdrehsicherung ist insbesondere von Bedeutung, wenn die vorgeschlagene Geometrie zur Beeinflussung der Strömung des Schmiermediums von der Drehrichtung der Rolle abhängig ist. Über die Verdrehsicherung ist sichergestellt, dass die Drehrichtung der Rolle immer gleich ist.

Vorteilhafterweise ist die im Stößelkörper vorgesehene Bohrung, die der Versorgung des radialen Lagerspalts mit einem Schmiermedium dient, an eine motorinterne Druckölversorgungsleitung angeschlossen. Es muss demnach kein separates Schmiermedium vorgehalten werden. Der in der Druckölversorgungsleitung herrschende Druck fördert zudem die Zuführung des Schmiermediums in den Bereich der Rollenlagerung.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Kolbenpumpe im Bereich des Rollenstößels,

Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Rollenstößel gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform im Bereich der an der Rolle vorgesehenen Geometrie,

Fig. 3 einen schematischen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Rollenstößel gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform im Bereich der an der Rolle vorgesehenen Geometrie,

Fig. 4 einen schematischen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Rollenstößel gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform im Bereich der an der Rolle vorgesehenen Geometrie,

Fig. 5 eine schematische Draufsicht auf die Innenumfangsfläche der Rolle der Fig. 4 in einer vergrößerten Darstellung,

Fig. 6 eine schematische Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Rollenstößel gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform und Fig. 7 einen schematischen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Rollenstößel gemäß einer fünften bevorzugten Ausführungsform.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Der Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Kolbenpumpe mit einem Rollenstößel 1 zur AbStützung eines hubbeweglichen Pumpenkolbens 2 an einem Nocken 3 einer rotierenden Antriebswelle 4 zu entnehmen. Durch die Abstützung des Pumpenkolbens 2 am Nocken 3 über den Rollenstößel 1 wird die Rotation der Antriebswelle 4 in eine Hubbewegung des Pumpenkolbens 2 umgewandelt. Der Rollenstößel 1 umfasst hierzu einen Stößelkörper 5, der in einer Zylinderbohrung 19 eines Gehäuseteils 20 der Kolbenpumpe hubbeweglich aufgenommen ist, und eine Rolle 6, die in einer stirnseitigen Ausnehmung 7 des Stößelkörpers 5 bereichsweise aufgenommen und drehbar gelagert ist. Die drehbare Lagerung der Rolle 6 wird über einen Bolzen 9 bewirkt, der den Stößelkörper 5 im Bereich der Ausnehmung 7 durchsetzt und an seinen Enden im Stößelkörper 5 gehalten ist. Bei dem in der Fig. 1 dargestellten Rollenstößel 1 ist zwischen dem Bolzen 9 und der Rolle 6 eine Lagerbuchse 8 angeordnet, die jedoch nicht zwingend erforderlich ist. Die Rolle 6 ist um eine Drehachse 22 drehbar, die senkrecht zu einer Längsachse 23 des Rollenstößels 1 und parallel zu einer Längsachse 24 der Antriebswelle 4 angeordnet ist.

Wie der Fig. 1 ferner zu entnehmen ist, mündet in die Zylinderbohrung 19 des Gehäuseteils 20 eine Druckölversorgungsleitung 21, über welche der Zylinderbohrung 19 Öl als Schmiermedium zugeführt wird. Über einen Ringspalt 25, der zwischen dem Stößelkörper 5 und dem Gehäuseteil 20 ausgebildet wird, gelangt das Schmiermedium in den Lagerbereich der Rolle 6. Um die Versorgung eines radialen Lagerspalts 10, der zwischen der Rolle 6 und der Lagerbuchse 8 ausgebildet wird, mit dem Schmiermedium sicherzustellen, ist im Stößelkörper 5 mindestens eine Bohrung 11 vorgesehen, die sich vom Außenumfang des Stößelkörpers 5 schräg nach radial innen erstreckt und in die Ausnehmung 7 mündet. Die Bohrung 11 ist dabei derart angeordnet, dass sie im Bereich eines axialen Lagerspalts 18 in die Ausnehmung 7 mündet, und zwar so, dass der Mündungsbereich dem radialen Lagerspalt 10 am axialen Lagerspalt 18 gegenüber liegt. Auf diese Weise kann die auf die Rotationsbewegung der Rolle zurückzuführende Zentrifugalkraft zur Verteilung des Schmiermediums genutzt werden.

Zur Optimierung der Schmierung des radialen Lagerspalts 10 weist die Rolle 6 des Rollenstößels 1 der Fig. 1 zudem eine im Bereich seiner Innenumfangsfläche 13 angeordnete Geometrie 15 in Form einer dem radialen Lagerspalt 10 vorgelagerten Ringnut auf. In der Ringnut sammelt sich das über die Bohrung 11 in den axialen Lagerspalt 18 gelangende Schmiermedium, so dass am Eingang des radialen Lagerspalts 10 ein Schmiermedium- Reservoir ausgebildet wird, über welches dem radialen Lagerspalt 10 kontinuierlich Schmiermedium zuführbar ist.

Eine vergrößerte Darstellung einer als Ringnut ausgeführten Geometrie 15 ist der Fig. 2 zu entnehmen. Die Pfeile stellen die Strömungsrichtung des Schmiermediums dar. Über die Zentrifugalkraft wird das Schmiermedium zunächst nach radial außen gedrückt. Da die als Ringnut ausgebildete Geometrie 15 dem radialen Lagerspalt 10 vorgelagert ist, wird eine Teilmenge des Schmiermediums aufgefangen. Durch das sich in der Ringnut sammelnde Schmiermedium erhöht sich der Druck in der Ringnut, so dass hierüber die Versorgung des radialen Lagerspalts 10 mit dem Schmiermedium noch gefördert wird.

Eine andere Geometrie 15 ist der Fig. 3 zu entnehmen. Sie ist als umlaufende Nase ausgestaltet, die eine dem radialen Lagerpalt 10 vorgelagerte geneigte Flanke 16 besitzt, so dass ein Einlauftrichter ausgebildet wird. Über die Flanke 16 wird dem radialen Lagerspalt 10 gezielt Schmiermedium zugeführt.

Der Fig. 4 kann eine weitere mögliche Ausgestaltung der Geometrie 15 entnommen werden. Anstelle einer umlaufenden Nut sind hier mehrere, entgegen der Drehrichtung 17 der Rolle 6 angestellte und über die Innenumfangsfläche 13 gleichmäßig verteilt angeordnete Nuten vorgesehen (siehe Fig. 5). Die Nuten bewirken, dass eine Teilmenge des Schmiermediums gezielt dem radialen Lagerspalt 10 zugeführt wird.

Eine weitere Möglichkeit zur Ausbildung der Geometrie 15 ist in der Fig. 6 dargestellt. Hier weist die Außenumfangsfläche 12 der Rolle 6 mehrere Nuten auf, die von der Mitte der Rolle 6 schräg nach außen geführt sind, und zwar gegen die Drehrichtung 17 der Rolle 6. Die Nuten erstrecken sich bis zu den seitlichen Stirnflächen 14 der Rolle 6, so dass hierüber insbesondere Schmiermedium aus der Ausnehmung 7 des

Stößelkörpers 5 in den axialen Lagerspalt 18 geführt wird. Dies gilt im Besonderen, wenn die Zuführung des Schmiermediums in die Ausnehmung 7 über Bohrungen 11' erfolgt, die den Stößelkörper 5 in axialer Richtung durchsetzen (siehe auch Fig. 7). Da die Wirkung von der Drehrichtung 17 der Rolle 6 abhängig ist, weist der Stößelkörper 5 eine Verdrehsicherung 26 in Form einer außenumfangseitigen Ausnehmung zur Aufnahme eines Stifts oder dergleichen auf.

Eine weiterbildende Maßnahme zur Optimierung der Schmierung ist der Fig. 7 zu entnehmen. Hier ist die Querschnittsform der Ausnehmung 7 derart gewählt, dass ein zwischen der Außenumfangsfläche 12 der Rolle 6 und dem Stößelkörper 5 verbleibender Spalt eine sich in Drehrichtung 17 der Rolle 6 verringernde Spaltbreite besitzt. Dies führt zu einem Druckanstieg im Spalt, der insbesondere den Effekt außenumfangseiti- ger Nuten analog der Ausführungsform der Fig. 6 verstärkt.

Sämtliche anhand der Figuren beschriebenen Maßnahmen zur Optimierung der Schmierung können einzeln oder in unterschiedlichen Kombinationen zur Anwendung gelangen.