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Die Erfindung betrifft eine Kraftstoff-Fördereinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Stand der Technik
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Eine Kraftstoff-Fördereinrichtung der vorstehend genannten Art geht beispielsweise aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2008 040 833 A1 hervor. Sie umfasst ein Gehäuse sowie mindestens ein Fördermodul, das in eine entsprechende Aufnahmeöffnung des Gehäuses eingesteckt ist. Ferner umfasst sie eine in dem Gehäuse gelagerte Antriebswelle für das Fördermodul, welche in einem Lagerabschnitt des Gehäuses drehbar gelagert ist. Der das Fördermodul aufnehmende Bereich ist mit Kraftstoff gefüllt und gegenüber einem mit Schmierstoff, insbesondere Öl, gefüllten Bereich außerhalb der Fördereinrichtung mittels einer Dichtungsanordnung abgedichtet. Die Dichtungsanordnung umfasst vorzugsweise zwei benachbarte und voneinander beabstandete Wellendichtringe, zwischen denen ein Ringraum ausgebildet wird. Vom Ringraum zweigt ein Entlastungskanal zur Ableitung einer Leckagemenge ab.
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Dichtungsanordnungen mit wenigstens zwei Wellendichtringen sind in der Regel dann erforderlich, wenn es zwei verschiedene Medien voneinander zu trennen gilt. Bei der vorliegenden Kraftstoff-Fördereinrichtung sind diese Medien Kraftstoff und Öl. Denn die Kraftstoff-Fördereinrichtung wird vorzugsweise unter Ölschmierung an einen Motor angebaut, so dass es Motoröl und zu förderndes Medium, nämlich Kraftstoff, zu trennen gilt.
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Ist das Beölungskonzept unzureichend, so dass der motorseitige Wellendichtring nicht mit genügend Öl als Schmiermedium versorgt wird, erhöht sich der Verschleiß im Kontaktbereich zwischen dem Wellendichtring und der Antriebswelle. Dies kann dazu führen, dass eine fehlerfreie Funktionalität des Wellendichtrings nicht mehr gewährleistet ist und es zur Ölleckage kommt. Über die Ölleckage können zudem Frempartikel ins Innere der Kraftstoff-Fördereinrichtung gelangen. Die motorseitige Anordnung eines Wellendichtrings ist daher nur bei guter Beölung des Dichtbereiches für eine lange Lebensdauer geeignet.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kraftstoff-Fördereinrichtung der vorstehend genannten Art derart weiterzubilden, dass insbesondere bei unzureichender Schmierung bzw. Beölung der Verschleiß im Bereich der Wellenabdichtung minimiert wird, um über einen langen Zeitraum hinweg eine gute Dichtwirkung zu erzielen.
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Zur Lösung der Aufgabe wird eine Kraftstoff-Fördereinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorgeschlagene Kraftstoff-Fördereinrichtung für eine Brennkraftmaschine umfasst ein ein- oder mehrteilig ausgebildetes Gehäuse zur Aufnahme wenigstens eines Fördermoduls und einer Antriebswelle zum Antrieb des Fördermoduls. Die Antriebswelle ist in wenigstens einer Lagerbohrung des Gehäuses drehbar gelagert. Innerhalb der Lagerbohrung ist eine Dichtungsanordnung, umfassend wenigstens einen Wellendichtring, zur Abdichtung eines kraftstoffführenden innen liegenden Bereichs gegenüber einem ölführenden außen liegenden Bereich angeordnet. Erfindungsgemäß ist der Dichtungsanordnung zum Schutz vor schädigenden Partikeln eine Buchse vorgelagert, in welcher ein poröser schwammartiger Körper angeordnet ist. Die Buchse mit dem porösen schwammartigen Körper kann alternativ oder ergänzend zu wenigstens einem weiteren Wellendichtring vorgesehen sein, wobei die Buchse einschließlich des porösen schwammartigen Körpers vorzugsweise den zweiten, motorseitigen Wellendichtring ersetzt. Die Dichtungsanordnung kann somit auf einen Wellendichtring beschränkt werden, dessen Aufgabe es ist, eine Kraftstoffleckage vom Innenraum der Pumpe nach außen zu verhindern. Eine solche Dichtungsanordnung mit vorgelagerter Buchse ist insbesondere für Applikationen mit unzureichendem Beölungskonzept geeignet, bei welchem die Kraftstoff-Fördereinrichtung lediglich einem leichten Ölnebel ausgesetzt ist. Die motorseitige Abdichtung kann dann von der Buchse mit dem porösen schwammartigen Körper bewirkt werden. Zudem verhindert diese Anordnung, dass schädigende Partikel, insbesondere Fremdpartikel wie beispielsweise Russpartikel, in die Lagerbohrung gelangen und zu Schäden am Wellendichtring und/oder an dem jeweiligen Reibpartner führen. Der in der Buchse aufgenommene poröse schwammartige Körper ist derart ausgebildet, dass als leichter Ölnebel vorhandenes Öl zurückgehalten und gespeichert wird, bis dieses temperaturbedingt als Öldampf zurück in den Motorraum abgegeben wird.
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Bevorzugt ist die Buchse mehrschenklig, insbesondere L-förmig, C-förmig oder U-förmig, ausgebildet und besitzt wenigstens eine von der Dichtungsanordnung abgewandte, d.h. dem Motor zugewandte, Öffnung. Die mehrschenklige Ausbildung der Buchse ist vorzugsweise derart gewählt, dass wenigstens ein axial in Bezug auf die Längsachse der Antriebswelle sowie ein radial verlaufender Schenkel ausgebildet werden, wobei der axial verlaufende Schenkel der Anlage der Buchse an der Antriebswelle bzw. am Gehäuse und der radial verlaufende Schenkel der Abstützung des porösen schwammartigen Körpers dient. Sofern wenigstens ein weiterer vorzugsweise axial verlaufender Schenkel vorgesehen ist, kann der poröse schwammartige Körper zwischen diesen beiden axial verlaufenden Schenkeln angeordnet werden, so dass dieser über die Buchse lagefixiert ist. Zumindest zur Motorseite hin ist die Buchse jedoch geöffnet, so dass der über die Öffnung auf den porösen schwammartigen Körper aufschlagende Ölnebel vom Körper aufgenommen wird.
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Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Buchse mit der Antriebswelle kraft- und/oder formschlüssig verbunden. Die kraft- und/oder formflüssige Verbindung kann beispielsweise mittels Aufpressen der Buchse auf die Antriebswelle erfolgen. Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass die Buchse über ein Radialspiel zum Gehäuse beabstandet ist. Das Radialspiel verhindert, dass sich die Buchse bzw. der hierin aufgenommene poröse schwammartige Körper und das Gehäuse berühren, so dass weder die Buchse noch das Gehäuse dynamisch beansprucht werden. Dadurch kann der Verschleiß im Lagerbereich weiter reduziert werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten alternativen Ausführungsform der Erfindung ist die Buchse mit dem Gehäuse kraft- und/oder formschlüssig verbunden, wobei die kraftund/oder formschlüssige Verbindung bevorzugt mittels Einpressen der Buchse in die Lagerbohrung des Gehäuses erfolgt. Um eine dynamische Beanspruchung der Buchse durch die sich drehende Antriebswelle zu vermeiden, kann alternativ oder ergänzend vorgesehen sein, dass die Buchse über ein Radialspiel zur Antriebswelle beabstandet ist.
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Sofern ein Radialspiel zwischen der Buchse und dem Gehäuse bzw. der Antriebswelle vorgesehen ist, ist das Radialspiel möglichst derart gewählt, dass eine direkte Berührung der Buchse mit dem Gehäuse bzw. der Antriebswelle selbst bei maximaler Pumpendrehzahl ausgeschlossen werden kann. Ferner sollte bei der Auslegung des Radialspiels eine etwaige Axialbewegung oder Kippung der Antriebswelle berücksichtigt werden, indem das zu erwartende Maß einer solchen Bewegung in das Radialspiel mit eingerechnet wird.
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Vorteilhafterweise ist die Buchse aus Metall und/oder der poröse schwammartige Körper aus ölbeständigem Kunststoff. Die Verwendung von Metall als Buchsenwerkstoff verleiht der Buchse eine ausreichende Festigkeit bzw. Steifigkeit, während die Verwendung eines ölbeständigen Kunststoffs zur Herstellung des porösen schwammartigen Körpers sich positiv aus die Herstellungskosten des Körpers auswirkt. Die Ölbeständigkeit des Kunststoffs stellt eine lange Lebensdauer des porösen schwammartigen Körpers sicher.
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Vorteilhafterweise ist der poröse schwammartige Körper elastisch verformbar, so dass er derart in die Buchse einsetzbar ist, dass er unter Vorspannung an zwei sich gegenüber liegenden Schenkel der Buchse anliegt. Der Körper ist auf diese Weise lagefixiert. Ferner wird durch die elastische Verformbarkeit des porösen schwammartigen Körpers die Montage des Körpers vereinfacht. Die elastische Verformbarkeit des porösen schwammartigen Körpers ist vorzugsweise über einen Temperaturbereich von ca. –40° C bis +160° C gegeben.
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Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass der poröse schwammartige Körper an wenigstens einer dem Wellendichtring, dem Gehäuse und/oder der Antriebswelle zugewandten Oberfläche eine ölundurchlässige Schicht besitzt. Die ölundurchlässige Schicht verhindert, dass bei einem Vollsaugen des porösen schwammartigen Körpers mit Öl dieses an der dem Wellendichtring zugewandten Seite des porösen schwammartigen Körpers austritt und auf diese Weise zu einer Ölleckage führt. Bei der ölundurchlässigen Schicht kann es sich beispielsweise um eine Folie oder Membran handeln, welche Bestandteil des porösen schwammartigen Körpers ist oder nachträglich auf den porösen schwammartigen Körper aufgebracht worden ist.
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Sofern ein ausreichendes Radialspiel zwischen der Buchse bzw. dem porösen schwammartigen Körper und dem Gehäuse oder der Antriebswelle nicht gewährleistet werden kann, wird als weiterbildende Maßnahme vorgeschlagen, dass die Buchse im Bereich einer Kontaktfläche mit dem Gehäuse oder der Antriebwelle eine Beschichtung aus einem Gleitlagermaterial besitzt. Bei dem Gleitlagermaterial kann es sich beispielsweise um Polytetrafluorethylen (PTFE) handeln, wobei auch andere reibwertreduzierende Materialien geeignet sind. Dies ermöglicht einen Bauteilkontakt ohne kritischen Verschleiß, da die Reibungskräfte im Kontaktbereich gering sind. Alternativ oder ergänzend kann die Buchse im Bereich einer Kontaktfläche mit dem Gehäuse oder der Antriebswelle eine Oberflächenstruktur besitzen, welch derart gestaltet ist, dass im Betrieb der Fördereinrichtung, d.h. mit Drehung der Antriebswelle, über den Kontaktbereich eindringendes Motoröl sicher abgeführt wird. Die Oberflächenstruktur kann insbesondere in Form einer wendelförmig verlaufenden Nut gestaltet sein. Dabei sollte die Wendelung der Drehrichtung der Antriebswelle derart angepasst sein, dass das Motoröl über die wendelförmig verlaufende Nut bei drehender Antriebswelle zur Motorseite transportiert wird. Auf diese Weise wir zum einen einer Ölleckage entgegengewirkt, zum anderen eine Schmierung der Kontaktflächen im Kontaktbereich über das abzutransportierende Öl bewerkstelligt.
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Als weiterbildende Maßnahme wird vorgeschlagen, dass die innerhalb der Lagerbohrung des Gehäuses eine umlaufende Nut ausgebildet ist, in welche die Buchse und/oder der poröse schwammartige Körper eingreift bzw. eingreifen. Auf diese Weise wird eine Art Labyrinthdichtung erreicht, so dass die Dichtfunktion verbessert wird.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass das Gehäuse ein Flanschbauteil umfasst, in welchem die Lagerbohrung zur Aufnahme der Antriebswelle und der Dichrtungsanordnung ausgebildet ist. Das Flanschbauteil erleichtert die Montage der Antriebswelle, da dieses weiterhin bevorzugt lösbar mit einem weiteren Gehäuseteil des Gehäuses verbunden ist. Zudem kann das Flanschbauteil besser den Kundenanforderungen angepasst werden.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist das Flanschbauteil an seinem motorseitigen Ende einen sich nach radial innen erstreckenden Flansch auf, welcher die Buchse und/oder den porösen schwammartigen Körper zumindest teilweise umgreift. Dadurch wird zum Einen die Abdichtung optimiert, da wieder eine Art Labyrinthdichtung geschaffen wird, zumindest wird der Leckageweg verlängert und mit einem Richtungswechsel versehen, zum Anderen deckt der sich nach radial innen erstreckende Flansch den Spalt zwischen der Buchse bzw. dem porösen schwammartigen Körper und dem Gehäuse bzw. Gehäuseteil ab, so dass Fremdkörper nicht in die Lagerbohrung gelangen.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Diese zeigen:
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1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erste erfindungsgemäße Kraftstoff-Fördereinrichtung im Bereich einer Dichtungsanordnung,
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2 einen schematischen Längsschnitt durch eine zweite erfindungsgemäße Kraftstoff-Fördereinrichtung im Bereich einer Dichtungsanordnung,
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3 einen schematischen Längsschnitt durch eine dritte erfindungsgemäße Kraftstoff-Fördereinrichtung im Bereich einer Dichtungsanordnung und
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4 eine perspektivische Teilansicht der Buchse der Anordnung gemäß 3.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Die in der 1 ausschnittsweise dargestellte erfindungsgemäße Kraftstoff-Fördereinrichtung umfasst ein Gehäuse 1 mit einer Lagerbohrung 3, in welcher eine Antriebswelle 2 drehbar gelagert ist. Um zu verhindern, dass Kraftstoff aus einem kraftstoffführenden Bereich 6, d.h. dem Pumpeninnern, in Richtung eines ölführenden Bereichs 7, oder Motoröl aus dem ölführenden Bereich 7 in den kraftstoffführenden Bereich 6 gelangt, ist in der Lagerbohrung 3 eine Dichtungsanordnung 4 vorgesehen, welche einen Wellendichtring 5 umfasst. Der Wellendichtring 5 ist am Gehäuse 1 befestigt und liegt innenumfangseitig an der Außenumfangseite der Antriebswelle 2 dichtend an. Im Betrieb der Kraftstoff-Fördereinerichtung werden der Wellendichtring 5 und die Antriebswelle 2 im Kontaktbereich dynamisch beansprucht, wodurch es zu einem erhöhten Verschleiß kommen kann. Dies gilt insbesondere bei unzureichender Beölung der Dichtungsanordnung 4.
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Bei der in der 1 dargestellten Kraftstoff-Fördereinrichtung ist der Dichtungsanordnung 4 jedoch eine Buchse 8 vorgelagert, welche einen porösen schwammartigen Körper 9 umfasst und somit in der Lage ist, das Öl aus dem ölführenden Bereich 7 aufzunehmen und zu speichern.
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In dem in der 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist die Buchse L-förmig ausgeführt und weist einen sich axial, d.h. parallel zur Längsachse A der Antriebswelle 2 erstreckenden ersten Schenkel sowie einen senkrecht hierzu und somit radial verlaufenden zweiten Schenkel auf. Die Buchse 8 ist zur kraftschlüssigen Verbindung mit der Antriebswelle 2 auf diese aufgepresst. Zum Gehäuse 1 hin weist die Buchse 8 ein Radialspiel 11 auf. Ein direkter Kontakt der Buchse mit dem Gehäuse 1 ist somit nicht gegeben. Der in der Buchse 8 aufgenommene poröse schwammartige Körper 9 weist gegenüber der Buchse 8 ein radiales Übermaß auf, wobei jedoch auch der poröse schwammartige Körper 9 nicht in direktem Kontakt mit dem Gehäuse 1 steht. Denn das Gehäuse 1 weist im Bereich des porösen schwammartigen Körpers 9 eine umlaufende Nut 16 auf, in welcher der poröse schwammartige Körper 9 unter Ausbildung eines Radialspiels 11 eingreift. Dadurch wird die Dichtwirkung verbessert und selbst ohne direkten Kontakt des schwammartigen porösen Körpers 9 mit dem Gehäuse 1 eine ausreichende Abdichtung sichergestellt, welche einer Ölleckage über die Lagerbohrung 3 bzw. das hierin vorhandene Radialspiel 11 entgegen wirkt. Um ferner eine Ölleckage durch den porösen schwammartigen Körper 9 zu verhindern, weist dieser an zwei der Buchse 8 zugewandten Oberflächen eine ölundurchlässige Schicht 12 auf. Diese verhindern einen Ölaustritt zur Seite des Wellendichtrings 5 hin.
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Bei dem in der 2 dargestellten Ausführungsbeispiel einer weiteren erfindungsgemäßen Kraftstoff-Fördereinrichtung ist die Buchse 8 U-förmig ausgebildet und weist zwei axial, d.h. parallel zur Längsachse A der Antriebswelle 2 verlaufende Schenkel sowie einen zwischenliegenden radial verlaufenden Schenkel auf. Der poröse schwammartige Körper 9, welcher vorliegend aus einem elastisch verformbaren Material besteht, liegt unter Vorspannung an den beiden axial verlaufenden Schenkeln der Buchse 8 an, so dass dieser lagefixiert ist. Eine weitere Lagefixierung wird über eine Öffnung in der Buchse 8 bewirkt, in welcher der poröse schwammartige Körper 9 eingreift. Die U-förmige Buchse 8 ist derart orientiert, dass ihre Öffnung 10 zum ölführenden Bereich 7 hin zeigt. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass der poröse schwammartige Körper 9 von dem dort vorhandenen Öl benetzt wird. Zum Gehäuse 1 sowie zur Antriebswelle 2 hin wird der poröse schwammartige Körper 9 von der Buchse 8 umschlossen.
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Im Ausführungsbeispiel der 2 ist die Buchse 8 wiederum auf die Antriebswelle 2 aufgepresst, so dass eine kraftschlüssige Verbindung zwischen der Buchse 8 und der Antriebswelle 2 besteht. Die Außenumfangsfläche der Buchse 8 kann dabei in Abhängigkeit von den jeweiligen Fertigungs- und/oder Montagetoleranzen in berührendem Kontakt mit dem Gehäuse 1 gelangen. Zur Minimierung der dynamischen Beanspruchung der sich ggf. berührenden Oberflächen wird vorgeschlagen, dass die Außenumfangsfläche der Buchse 8 mit einer Beschichtung 13 versehen ist. Vorliegend besteht die Beschichtung 13 aus Polytetrafluorethylen (PTFE), um die Reibungskräfte im Kontaktbereich zu reduzieren.
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Das Gehäuse 1 weist im Unterschied zur Ausführungsform der 1 keine Umfangsnut 16, sondern lediglich einen ringförmigen Flansch 17 auf, welcher sich nach radial innen erstreckt und somit die Buchse 8 umgreift. Auf diese Weise wird auch mit der in der 2 gezeigten Anordnung die Wirkung einer – wenn auch in abgeschwächter Form – Labyrinthdichtung erreicht, so dass einer Ölleckage entgegen gewirkt wird. Zudem wird über die Buchse 8 und den ringförmigen Flansch 17 das Eindringen von Fremdpartikeln verhindert.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kraftstoff-Fördereinrichtung ist der 3 zu entnehmen. Diese unterscheidet sich von der der 2 dadurch, dass die Außenumfangsfläche der Buchse 8, welche ebenfalls in berührendem Kontakt mit dem Gehäuse 1 gelangen kann, anstelle einer Beschichtung 13 mit einer Oberflächenstruktur 14 in Form einer wendelförmig verlaufenden Nut 15 versehen ist. Die Nut 15 bewirkt im Betrieb der Kraftstoff-Fördereinrichtung dass durch die Drehung der Antriebswelle 2 etwaiges im Kontaktbereich vorhandenes Öl wieder in Richtung des ölführenden Bereichs 7 transportiert wird. Der Drehsinn der Wendelform der Nut 15 hierzu dem Drehsinn der Antriebswelle 2 entsprechend angepasst.
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Bei den in den 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispielen einer erfindungsgemäßen Kraftstoff-Fördereinrichtung ersetzt die Buchse 8 einschließlich des porösen schwammartigen Körpers 9 jeweils einen motorseitigen Wellendichtring 5. Die Dichtungsanordnung 4 umfasst demnach lediglich einen Wellendichtring 5, welcher die Abdichtung des Pumpeninnenraums, d.h. des kraftstoffführenden Bereiches 6, übernimmt, so dass sichergestellt ist, dass kein Kraftstoff aus dem kraftstoffführenden Bereich 6 in den ölführenden Bereich 7 gelangt. Sofern dennoch eine gewisse Kraftstoffleckage unvermeidbar ist, gelangt diese zunächst in einen Ringraum, der zwischen dem Wellendichtring 5 und der Buchse 8 ausgebildet wird. Der im Wege der Leckage in den Ringraum gelangende Kraftstoff ist über einen Ablaufkanal (nicht dargestellt) in Form einer Gehäusebohrung abführbar. Dies ermöglicht eine Entlastung des Ringraums.
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Sofern im ölführenden Bereich das Öl als leichter Ölnebel vorliegt, kann eine ausreichende motorseitige Abdichtung der Lagerbohrung 3 über die Buchse 8 und den porösen schwammartigen Körper 9 bewirkt werden. Ein zweiter Wellendichtring ist somit verzichtbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008040833 A1 [0002]
