Die Erfindung betrifft eine Stößelanordnung für eine Radialkolbenpumpe zur Förderung eines Fluids.
Radialkolbenpumpen werden beispielsweise als Förderpumpen zur Förderung von Fluid für ein Speichereinspritzsystem für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen verwendet.
Speichereinspritzsysteme für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen, beispielsweise in Common Rail Systemen, sollen den notwendigen Volumenstrom und den erforderlichen Fluiddruck bereitstellen können. Die Radialkolbenpumpe unterliegt in Speichereinspritzsystemen für Kraftfahrzeuge starken Belastungen, insbesondere mechanischen Beanspruchungen. Insbesondere müssen von derartigen Hochdruckpumpen große Kräfte aufgenommen werden können. Damit werden sowohl hohe Anforderungen an das Material als auch an die Konstruktion der Radialkolbenpumpe gestellt. Da Radialkolbenpumpen Drücken von beispielsweise über 2000 Bar ausgesetzt sind, müssen sie hohen Beanspruchungen standhalten.
Die Stößel für Radialkolbenpumpen führen eine translatorische Bewegung aus, die insbesondere bei mehrfachhubigen Pumpen in einer sehr hohen Frequenz betrieben werden. Der Stößel muss mit seiner Führung im Pumpengehäuse und der Führung der Rolle die Kräfte vom Rolle/Nockenkontakt in das Pumpengehäuse möglichst reibungsarm und direkt übertragen. Weiterhin stellt der Stößel eine Aufstandfläche für den Pumpenkolben zur Verfügung und leitet die Kräfte des Kolbens über den Rolle/Nockenkontakt an die Pumpenwelle weiter.
Beispielsweise sind Stößel zylindrisch mehrteilig oder rechteckig mehrteilig ausgebildet. Ein Teil dient zur axialen Lagerung der Rolle, der sogenannte Rollenschuh. Ein zweiter Teil dient zur Lagerung des Stößels in dem Pumpengehäuse. Die beiden Teile werden beispielsweise miteinander verpresst.
Eine Stößelbaugruppe für eine solche Radialkolbenpumpe ist beispielsweise in
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Stößelanordnung anzugeben, die auch bei hohen Pumpendrücken einen zuverlässigen und präzisen Betrieb ermöglicht und dabei einfach und kostengünstig herstellbar ist.
Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft eine Stößelanordnung für eine Radialkolbenpumpe zur Förderung eines Fluids. Die Stößelanordnung ist ausgebildet zum zumindest mittelbaren Abstützen eines Pumpenkolbens an einer zum Antrieb der Radialkolbenpumpe ausgebildeten Antriebswelle. Die Stößelanordnung weist einen kreiszylindrischen Stößel mit einer Stößellängsachse auf. Der Stößel ist angeordnet und ausgebildet für eine Bewegung in Richtung der Stößellängsachse. Die Stößelanordnung weist eine Rolle auf, die in dem Stößel drehbar gelagert ist und mit der Antriebswelle koppelbar ist. Die Stößelanordnung weist eine separat von dem Stößel ausgebildete und mechanisch mit dem Stößel koppelbare Sicherung auf. Die Sicherung ist so angeordnet und ausgebildet, dass eine Bewegung der Rolle relativ zu dem Stößel in Richtung einer Rollenlängsachse verhindert wird. Der Stößel ist einstückig ausgebildet und weist eine Außenfläche auf, die gleichgerichtet zu der Stößellängsachse verläuft zum Abstützen des Stößels in einem Gehäuse der Radialkolbenpumpe. Der Stößel weist weiterhin eine Aufnahme für die Rolle auf. Die Außenfläche des Stößels zur Führung des Stößels im Pumpengehäuse ist einstückig mit der Aufnahme für die Rolle ausgebildet. Die Aufnahme für die Rolle ist ein integraler Bestandteil des Stößels. Der Stößel mit der Außenfläche zum
Abstützen des Stößels in dem Pumpengehäuse und die Aufnahme für die Rolle sind aus einem einzigen Teil ausgebildet. Auf eine Verbindung von zwei Einzelteilen wird verzichtet, insbesondere ist keine stoffschlüssige Verbindung zwischen einem Stößel zum Abstützten des Stößels in einem Gehäuse der Radialkolbenpumpe und einem Rollenschuh zur Aufnahme für die Rolle notwendig.
Durch ein einziges Bauteil werden die Führung im Pumpengehäuse und die Bereitstellung eines Gleitlagers für die Rolle durch die Aufnahme realisiert. Somit werden Risiken durch Einpressteile wie Verformen und/oder Späne vermieden. Dadurch ist ein präziser Betrieb der Pumpe mit der Stößelanordnung möglich.
Der Stößel ist kostengünstig beispielsweise mittels Drehen oder Schleifen herstellbar. Somit ist eine präzise runde kreiszylindrische Form realisierbar. Ebenso ist der Zylinderraum in dem Pumpengehäuse, in dem sich in Betrieb die Stößelanordnung bewegt, kostengünstig kreiszylindrisch herstellbar mittels Bohren, Drehen, Konen und/oder Schleifen.
Die Sicherung ist ein mechanisch einfaches und damit kostengünstiges Bauteil, das eingerichtet ist, die Rolle axial mittels Formschluss zu sichern.
Gemäß einer Ausgestaltung ist die Aufnahme ausgebildet, die Rolle teilweise zu umgreifen, so dass eine Bewegung der Rolle in Richtung der Stößellängsachse vermieden wird. Dadurch muss die Sicherung nur eingerichtet sein, eine Bewegung der Rolle in Richtung der Rollenlängsachse, quer zur Stößellängsachse, zu vermeiden.
Gemäß einer nicht erfindungsgemäßen Ausgestaltung weist die Sicherung einen Vorsprung auf, der über den Stößel quer zur Stößellängsachse vorspringt. Durch den Vorsprung wird in Betrieb, wenn die Stößelanordnung in dem Pumpengehäuse angeordnet ist, ein Verdrehen der Stößelanordnung um die Stößellängsachse relativ zu dem Pumpengehäuse vermieden. Der Vorsprung ist beispielsweise in einer Nut des Pumpengehäuses angeordnet.
Gemäß einer weiteren nicht erfindungsgemäßen Ausgestaltung umfasst die Sicherung einen Sprengring. Der Sprengring umgibt den Stößel in einer Ebene quer zur Stößellängsachse zumindest teilweise. Der Sprengring ist mit der Rolle an zwei quer zur Rollenlängsachse ausgerichteten Flächen der Rolle gekoppelt. Der Sprengring ist federnd ausgebildet, so dass der Sprengring seitlich quer zur Stößellängsachse auf den Stößel aufschiebbar ist. Dabei wird der Sprengring zunächst verformt und gelangt anschließend in seine Halteposition, in der er mit den Flächen der Rolle gekoppelt ist, um diese in dem Stößel zu halten. Der Sprengring ist insbesondere in einer Nut, die an der Außenfläche des Stößels ausgebildet ist, angeordnet. Durch die Kopplung mit den quer zur Rollenlängsachse ausgerichteten Flächen der Rolle ist es möglich, eine Bewegung der Rolle relativ zu dem Stößel in Richtung der Rollenlängsachse zu vermeiden.
Gemäß einer weiteren nicht erfindungsgemäßen Ausgestaltung weist der Sprengring zwei Endbereiche auf, die jeweils mit einer der zwei quer zur Rollenlängsachse ausgerichteten Flächen der Rolle gekoppelt sind. Der Sprengring ist dadurch einfach mit dem Stößel koppelbar.
Gemäß einer weiteren nicht erfindungsgemäßen Ausgestaltung umfasst die Sicherung einen Pressring, der auf den Stößel aufgepresst ist und mit der Rolle an zwei quer zur Rollenlängsachse ausgebildeten Flächen der Rolle gekoppelt ist. Der Pressring ist insbesondere in Richtung der Stößellängsachse auf den Stößel aufgepresst und dadurch eingerichtet, die Rolle in dem Stößel zu halten.
Gemäß einer weiteren nicht erfindungsgemäßen Ausgestaltung weist der Stößel auf der der Aufnahme zugewandten Seite einen Bereich auf, der einen in Bezug auf die Außenfläche kleineren Durchmesser aufweist . Auf diesen Bereich ist der Pressring aufgepresst. Somit sind eine sichere Fixierung der Rolle in dem Stößel und gleichzeitig eine reibungsarme Bewegung der Stößelanordnung in dem Pumpengehäuse möglich.
Die Sicherung umfasst zwei Halteelemente, die jeweils zumindest teilweise in der Aufnahme angeordnet sind, um jeweils mit einer quer zur Rollenlängsachse ausgerichtete Fläche der Rolle gekoppelt sind. Die Halteelemente sind jeweils federnd ausgebildet und werden in Richtung der Stößellängsachse in die Aufnahme eingebracht. Dabei verformen sich die Halteelemente zunächst. Durch die Federkraft werden die Halteelemente in der Aufnahme gehalten. Die Halteelemente bilden einen Abschluss in Richtung der Rollenlängsachse der Aufnahme beidseitig der Rolle . Somit ist eine Bewegung der Rolle in Richtung der Rollenlängsachse vermeidbar.
Es zeigen:
Der Stößel weist eine kreiszylindrische Form entlang einer Stößellängsachse L auf. Der Stößel 101 weist im Querschnitt quer zur Längsachse L eine runde Form auf. Der Stößel 101 weist eine Außenfläche 104 auf. Die Außenfläche 104 entspricht der Zylindermantelfläche.
Die Außenfläche 104 ist ausgebildet, in Betrieb mit einem Zylinderraum eines Pumpengehäuses einer Radialkolbenpumpe gekoppelt zu sein. Die Außenfläche 104 dient dabei zur Führung der Stößelanordnung 100 in dem Pumpengehäuse . Zudem werden Kräfte von der Stößelanordnung 100 über die Außenfläche 104 auf das Pumpengehäuse übertragen. Durch den kreisrunden Querschnitt erfolgt die Lagerung des Stößels 101 in dem Pumpengehäuse reibungsarm.
Die Rolle 102 ist in einer Aufnahme 105 des Stößels 101 angeordnet. Die Aufnahme 105 dient zur Lagerung der Rolle 102. Die Aufnahme 105 ist so ausgebildet, dass sich die Rolle 102 relativ zu dem Stößel 101 um ihre Rollenlängsachse R drehen kann. Die Aufnahme 105 umgreift die Rolle 102 so, dass die Rolle 102 relativ zu dem Stößel 101 entlang der Längsachse L fixiert ist.
Wie in der Schnittansicht entlang der Geraden AA' in
Die Sicherung 103 verhindert eine Bewegung der Rolle 102 quer zur Längsachse L in Richtung der Rollenlängsachse R. Die Rolle 102 wird durch die Sicherung 103 so in dem Stößel 101 gehalten, dass eine Drehbewegung der Rolle 102 um die Rollenlängsachse R relativ zu dem Stößel 101 möglichst reibungsarm möglich ist. Dazu ist die Sicherung 103 an zwei Seitenflächen 109 und 110 der Rolle 102, die quer zur Rollenlängsachse ausgerichtet sind, mit der Rolle 102 gekoppelt. Dies ist beispielsweise aus der
Der Stößel 101 weist eine Auflagefläche 106 auf (
Der Pumpenkolben ist insbesondere Teil einer Pumpeneinheit der Radialkolbenpumpe. Die Pumpeneinheit weist einen Zylinder mit einer Zylinderlängsachse, einem in dem Zylinder angeordneten Zylinderraum, eine Feder, den Pumpenkolben und die Stößelanordnung 100 auf. Der Zylinder, der Zylinderraum, die Feder und der Pumpenkolben sind zueinander koaxial angeordnet. Der Zylinder ist fest mit dem Pumpengehäuse gekoppelt. Die Radialkolbenpumpe weist eine oder mehrere Pumpeneinheiten auf. Die Radialkolbenpumpe ist insbesondere zur Kraftstoffhochdruckversorgung bei einem Speichereinspritzsystem einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs ausgebildet.
Der Pumpenkolben ist axial bewegbar in der Zylinderkammer des Zylinders gelagert und steht über Nocken einer Antriebswelle mit der Antriebswelle in Wirkverbindung. Der Pumpenkolben wird insbesondere durch die Nocken der Antriebswelle in einer Hubbewegung in zumindest annähern radialer Richtung zur Drehachse der Antriebswelle angetrieben.
Um die Zylinderkammer mit Fluid befüllen zu können, weist der Zylinder eine Zylinderkammerzulaufleitung auf, in der vorzugsweise ein Zylinderkammereinlassventil angeordnet ist. Das Zylinderkammereinlassventil erleichtert die Befüllung der Zylinderkammer und verhindert beim Befüllen das Zurückströmen des Fluids aus der Zylinderkammerzulaufleitung. Der Zylinder weist weiter eine Zylinderkammerablaufleitung und ein in dieser angeordnetes Zylinderkammerauslassventil auf. Damit kann Fluid aus der Zylinderkammer ausgestoßen werden.
Die Stößelanordnung 100 ist innerhalb des Pumpengehäuses in Richtung der Zylinderlängsachse geführt und steht in Mitnahmeverbindung mit dem Pumpenkolben. Der Pumpenkolben weist vorzugsweise einen kleinerer Durchmesser auf als der Stößel 101. Der Pumpenkolben und der Stößel 101 können aus demselben oder jeweils einem anderen Werkstoff bestehen, vorzugsweise aus einem Stahl.
Die Stößelanordnung 100 dient zur zumindest mittelbaren Abstützung des Pumpenkolbens über die mit dem Stößel 101 gekoppelte Rolle 102 an der Antriebswelle der Pumpe. Der Stößel 101 wird am Zylinder geführt.
Die Rolle 102 ist in Betrieb in Anlage an die Antriebswelle gehalten, beispielsweise in Anlage an den zumindest einen Nocken der Antriebswelle, und rollt auf der Antriebswelle beziehungsweise den Nocken ab. Die Rollenlängsachse R der Rolle 102 ist bevorzugt zumindest annähernd parallel zur Drehachse der Antriebswelle.
Der Stößel 101 mit der Außenfläche 104 zur Abstützung des Stößels in dem Zylinder und der Aufnahme 105 ist einstückig ausgebildet. Der Stößel 101 ist aus einem einzigen Bauelement gefertigt.
Gemäß den nicht erfindungsgemäßen Ausführungsformen wie in
Der Sprengring 108 ist federnd ausgebildet, so dass er auf den Stößel 101 aufgebracht werden kann, nachdem die Rolle 102 in der Aufnahme 105 angeordnet ist. Der Sprengring ist in Kontakt mit den Flächen 109 und 110. Dazu weist der Sprengring beispielsweise abgeflachte Bereiche auf, die in Kontakt mit den Flächen 109 und 110 sind. Der Kontakt mit der Rolle 102 ist gemäß Ausführungsformen in einem Bereich der Rollenlängsachse R. Gemäß weiteren Ausführungsformen ist der Kontakt mit der Rolle 102 versetzt außerhalb des Bereichs der Rollenlängsachse R. Der Sprengring ist beispielsweise ein Runddrahtring.
Der Sprengring 108 ist wie in
Der Pressring 113 ist auf einen Bereich 114 des Stößels 101 aufgepresst, der einen im Vergleich zu dem Bereich der Außenfläche 104 verringerten Durchmesser quer zur Längsachse L aufweist. Der Pressring 113 umgibt den Stößel 101 vollständig.
Der Pressring 113 weist einen Vorsprung 107 auf, der über die Außenfläche 104 des Stößels 101 vorspringt. Durch den Vorsprung 107 wird in Betrieb ein Verdrehen der Stößelanordnung 100 relativ zu dem Pumpengehäuse vermieden. Zur Sicherung der Rolle 102 in dem Stößel 101 wird der Pressring 113 auf dem Stößel 101 aufgepresst. Der Pressring 113 ist so ausgebildet, dass er in verpresstem Zustand mit den Flächen 109 und 110 der Rolle 102 gekoppelt ist und so eine Bewegung der Rolle 102 entlang der Rollenlängsachse R verhindert.
Die Halteelemente 115 und 116 sind jeweils mindestens halbkreisförmig und an die Ausnehmung 105 angepasst. Zur Sicherung der Rolle 102 in der Ausnahme 105 werden die Halteelemente 115 und 116 jeweils in Richtung der Stößellängsachse L beidseitig der Rolle 102 benachbart zu den Flächen 109 und 110 in die Aufnahme 105 eingebracht. Die Halteelemente 115 und 116 sind jeweils federnd ausgebildet und in der Aufnahme 105 durch ihre Federkraft fixiert.
Die Halteelemente 115 und 116 weisen jeweils einen vorspringenden Bereich 117 auf, der mit der Fläche 109 beziehungsweise der Fläche 110 gekoppelt ist. So wird eine Bewegung der Rolle 102 entlang der Rollenlängsachse R vermieden. Gemäß Ausführungsformen weisen die Halteelemente 115 und 116 jeweils an den Enden einen weiteren vorspringenden Bereich auf, der außerhalb der Aufnahme 105 angeordnet ist und die Lage der Halteelemente 115 und 116 in Richtung der Stößellängsachse L vorgibt. Die Größe der Halteelemente 115 und 116 ist abhängig von dem Radius der Aufnahme 105. Die Halteelemente 115 und 116 sind jeweils nur teilweise an dem Bereich 117 in Kontakt mit der Rolle 102 und außerhalb des Bereichs 117 beabstandet von der Rolle 102 angeordnet. Dadurch ist eine reibungsarme und verschleißbeständige Bewegung der Rolle 102 relativ zu den Halteelementen 115 und 116 und dem Stößel 101 möglich.
Dadurch, dass der Stößel 101 einteilig ausgebildet ist, ist es möglich, die Bauteilanzahl der Stößelanordnung 100 in Vergleich zu herkömmlichen Anordnungen zu reduzieren. Der Stößel erfüllt in Betrieb mehrere Funktionen: Führung im Gehäuse, Bereitstellung des Gleitlagers für die Rolle, Kraftaufnahme des Kolbens und Leitung des Kraftflusses vom Kolben und vom Rollen/Nockenkontakt. Diese Funktionen sind in einem einzigen Bauteil realisiert. Die axiale Sicherung der Rolle 102 ist durch die Sicherung 103 mittels Formschluss einfach möglich. Da die Aufnahme 105 integraler Bestandteil des Stößels 101 ist, ist kein zusätzlicher Einpressvorgang eines Rollenschuhs notwendig, so dass eine einfache Montage und Demontage der Rolle 102 ermöglicht ist. Die runde Außengeometrie des Stößels 101 ermöglicht eine kostengünstige Herstellung sowohl des Stößels 101 als auch der korrespondierenden Gehäuselagerung für den Stößel 101 in der Pumpe.
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