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Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffhochdruckpumpe, insbesondere Steckpumpe, für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Stand der Technik
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2012 218 122 A1 ist eine als Steckpumpe ausgebildete Kraftstoffhochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine bekannt, die einen in einer Führungsbohrung eines Hohlzylinders hubbeweglich geführten Pumpenkolben sowie eine als Stangendichtung ausgeführte Dichtungsanordnung zur Medientrennung innerhalb der Führungsbohrung umfasst. Aufgabe der Dichtungsanordnung ist es, die Medien Kraftstoff und Öl zu trennen, das heißt, eine Durchmischung der beiden Medien im Wege der Leckage über einen Leckagepfad zwischen dem Hohlzylinder und dem Pumpenkolben zu verhindern. Denn die Führungsbohrung verbindet einen kraftstoffführenden Bereich mit einem ölführenden Bereich der Hochdruckpumpe.
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Eine als Stangendichtung ausgeführte Dichtungsanordnung geht ferner aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2006 055 298 A1 hervor. Diese umfasst ein Dichtelement mit einem gegenüber einem ersten Medienraum abdichtenden ersten Abdichtbereich und einem gegenüber einem zweiten Medienraum abdichtenden zweiten Abdichtbereich. Jeder Abdichtbereich umfasst einen an einem beweglichen Bauteil anliegenden dynamischen Dichtabschnitt. Um eine zuverlässige Abdichtung zwischen den Medienräumen und geringe Leckagewerte über einen längeren Zeitraum hinweg zu gewährleisten, wird in dieser Druckschrift vorgeschlagen, dass jeder der beiden Abdichtbereiche jeweils mindestens ein Federelement umfasst, welches den dynamischen Dichtabschnitt des jeweiligen Abdichtbereichs gegen das bewegliche Bauteil vorspannt. Ferner soll mindestens einer der beiden dynamischen Dichtabschnitte mindestens zwei Dichtlippen aufweisen. Zusätzlich zu den Dichtlippen kann der Dichtabschnitt eine Abstreiflippe aufweisen, um Schmutzpartikel von den Dichtlippen fern zu halten. Vorzugsweise ist die Abstreiflippe aus einem Material gefertigt, das basierend auf einem Memory-Effekt eine radiale Vorspannung der Abstreiflippe gegen das bewegliche Bauteil bewirkt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftstoffhochdruckpumpe, insbesondere Steckpumpe, für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine mit einer Dichtungsanordnung zur Medientrennung anzugeben, die eine sichere Medientrennung gewährleistet sowie einfach und kostengünstig herstellbar ist. Ferner soll die die Dichtungsanordnung leicht zu montieren sein.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Kraftstoffhochdruckpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine vorgeschlagene Kraftstoffhochdruckpumpe, insbesondere Steckpumpe, umfasst ein Gehäuseteil mit einer Zylinderbohrung, in der ein Pumpenkolben hubbeweglich aufgenommen ist, sowie eine Dichtungsanordnung zur Trennung der Medien Öl und Kraftstoff innerhalb der Zylinderbohrung. Erfindungsgemäß umfasst die Dichtungsanordnung ein erstes ringförmiges Dichtelement mit mindestens einer innenumfangseitig ausgebildeten Dichtlippe zur dichtenden Anlage am Pumpenkolben und ein zweites ringförmiges Dichtelement mit mindestens einer innenumfangseitig ausgebildeten Dichtlippe zur dichtenden Anlage am Pumpenkolben sowie ein zwischen dem ersten und dem zweiten Dichtelement angeordnetes Distanzelement.
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Die Dichtungsanordnung der vorgeschlagenen Kraftstoffhochdruckpumpe besitzt demnach zwei ringförmige Dichtelemente, die axial beabstandet angeordnet sind. Der axiale Abstand ist dabei vorzugsweise durch das Distanzelement vorgegeben. Das erste Dichtelement kann beispielsweise ölseitig und das zweite Dichtelement kann kraftstoffseitig angeordnet sein. Somit ist für jedes der zu trennenden Medien ein eigenes ringförmiges Dichtelement mit mindestens einer innenumfangseitig ausgebildeten Dichtlippe zur dichtenden Anlage am Pumpenkolben vorgesehen, wodurch die Dichtwirkung der Dichtungsanordnung verbessert wird. Ferner kann aufgrund der mehrteiligen Ausführung die Baulänge der Dichtungsanordnung vergrößert werden, die üblicherweise mindestens den zweifachen Hub des Pumpenkolbens beträgt. Auch diese Maßnahme trägt zu einer Verbesserung der Dichtwirkung bei. Die optimale Baulänge kann über das Distanzelement eingestellt werden.
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Durch das zwischen den beiden ringförmigen Dichtelementen angeordnete Distanzelement kann zudem die Herstellung der Dichtungsanordnung vereinfacht werden. Denn zum Einen kann das Distanzelement als einfacher Ringkörper ausgebildet sein. Zum Anderen kann zur Ausbildung des Distanzelements ein vergleichsweise kostengünstiges Material gewählt werden, da dieses keine Dichtfunktion zu erfüllen hat.
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Demgegenüber ist mindestens ein ringförmiges Dichtelement der Dichtungsanordnung zumindest teilweise aus einem Kunststoffmaterial, insbesondere aus Polytetrafluorethylen (PTFE), gefertigt. Dieses auch unter dem Markennamen „Teflon“ bekannte Kunststoffmaterial weist einen sehr geringen Reibungskoeffizienten auf, so dass der Verschleiß im dynamisch belasteten Kontaktbereich des Dichtelements mit dem Pumpenkolben minimiert wird. Darüber hinaus besitzt PTFE eine hohe chemische Beständigkeit gegenüber aggressiven Medien, was sich ebenfalls günstig in Bezug auf eine lange Lebensdauer des Dichtelements auswirkt. Vorteilhafterweise sind beide ringförmigen Dichtelemente zumindest teilweise aus einem solchen Kunststoffmaterial, insbesondere aus PTFE, gefertigt.
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Die Herstellung eines Dichtelements aus PTFE kann sehr kostenintensiv sein. Dies gilt insbesondere, wenn ein zerspanendes Fertigungsverfahren, wie beispielsweise Drehen, eingesetzt wird. Zur Reduzierung der Herstellungskosten wird daher vorgeschlagen, dass mindestens ein ringförmiges Dichtelement der Dichtungsanordnung in einem Spritzgießverfahren hergestellt worden ist, d. h. ein Spritzgussteil ist. Die mehrteilige Ausführung der Dichtungsanordnung und die damit einhergehenden geringen Baulängen der einzelnen Dichtelemente vereinfachen den Einsatz eines Spritzgießverfahrens.
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In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass mindestens ein ringförmiges Dichtelement eine stirnseitige Ringnut besitzt, in der ein Federelement zur radialen Vorspannung der mindestens einen Dichtlippe gegenüber dem Pumpenkolben aufgenommen ist. Über die Federkraft des Federelements kann der Anpressdruck der Dichtlippe gegen den Pumpenkolben vorgegeben werden. Ein hoher Anpressdruck wirkt sich günstig auf die Dichtwirkung aus, allerdings geht ein hoher Anpressdruck in der Regel auch mit einem erhöhten Verschleiß im Kontaktbereich der Dichtlippe mit dem Pumpenkolben einher. Demzufolge ist der Anpressdruck bzw. die Federkraft des Federelements derart einzustellen, dass den Anforderungen sowohl im Hinblick auf eine hohe Dichtheit als auch im Hinblick auf einen möglichst geringen Verschleiß genüge geleistet wird. Das Federelement stellt zudem sicher, dass eine radiale Vorspannung der Dichtlippe gegenüber dem Pumpenkolben selbst bei Verschleiß im Kontaktbereich der Dichtlippe mit dem Pumpenkolben erhalten bleibt.
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Vorteilhafterweise besitzen die innenumfangseitig ausgebildeten Dichtlippen der beiden ringförmigen Dichtelemente unterschiedlich stark gegenüber der Außenumfangsfläche des Pumpenkolbens geneigte Flanken. Die Flanke, die dem jeweiligen Medium zugewandt ist, das es fernzuhalten gilt, ist vorzugsweise stärker als die jeweils andere Flanke geneigt. Denn die stärker geneigte Flanke kann einer höheren hydraulischen Belastung ausgesetzt werden, so dass diese bevorzugt der Seite zugewandt ist, auf welcher der hydraulische Druck größer ist.
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Bevorzugt umfasst die Dichtungsanordnung eine Hülse zur Halterung der beiden ringförmigen Dichtelemente und des Distanzelements. Die Hülse ist in die Zylinderbohrung des Gehäuseteils eingesetzt und mit dem Gehäuseteil kraft- und/oder formschlüssig, vorzugsweise über eine Steck-, Klemm-, Press- und/oder Klebeverbindung, verbunden. Besonders bevorzugt ist die Hülse in die Zylinderbohrung eingepresst. Der Presssitz erfordert keine aufwendige Geometrie der Hülse, sondern lediglich ein geringes radiales Übermaß der Hülse gegenüber der Zylinderbohrung, so dass die Hülse einfach und kostengünstig herstellbar ist. Zudem gewährleistet ein Presssitz eine sichere Verbindung. Alternativ oder ergänzend kann die Hülse innerhalb der Zylinderbohrung mit dem Gehäuseteil verklebt werden. Beide Verbindungen – allein oder in Kombination – sind besonders einfach herzustellen.
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Die Hülse erlaubt eine Vormontage der Elemente der Dichtungsanordnung, so dass diese als vormontierte Einheit in die Zylinderbohrung des Gehäuseteils der Kraftstoffhochdruckpumpe eingesetzt werden kann. Die Hülse erleichtert demnach die Montage der Dichtungsanordnung. Ferner ist über die Hülse sichergestellt, dass die Dichtelemente der Dichtungsanordnung bei der Montage nicht beschädigt werden.
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Des Weiteren bevorzugt sind die beiden ringförmigen Dichtelemente und/oder das Distanzelement mit der Hülse kraft- und/oder formschlüssig, vorzugsweise über eine Steck-, Klemm-, Press- und/oder Klebeverbindung, verbunden. Beispielsweise können die Dichtelemente ein radiales Übermaß gegenüber dem Innendurchmesser der Hülse besitzen und in die Hülse eingepresst sein. Das Distanzelement wird dann über den Presssitz der Dichtelemente in der Hülse gehalten. Alternativ oder ergänzend kann ein Kleber eingesetzt werden.
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Vorteilhafterweise besitzt die Hülse an mindestens einem Ende einen sich nach radial innen ersteckenden Abschnitt, welcher das ringförmige Dichtelement stirnseitig zumindest bereichsweise umgreift. Auf diese Weise kann ein Formschluss erreicht werden, der die axiale Lage des Dichtelements in der Hülse sichert. Vorzugsweise werden beide ringförmigen Dichtelemente jeweils stirnseitig zumindest bereichsweise von der Hülse umgriffen. Die Dichtelemente und das dazwischen liegende Distanzstück sind somit verliersicher über die Hülse gehalten. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn die Dichtungsanordnung als vormontierte Einheit in die Zylinderbohrung des Gehäuseteils eingesetzt werden soll.
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Die Hülse ist bevorzugt zumindest teilweise aus einem metallischen Werkstoff gefertigt. In diesem Fall kann die Hülse ein Stanz-/Biegeteil sein, das aus einem Metallblech gefertigt worden ist. Ein solches ist kostengünstig herstellbar.
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Zur Aufnahme und/oder Abstützung der Dichtungsanordnung ist die Zylinderbohrung des Gehäuseteils bevorzugt gestuft ausgeführt. Durch die gestufte Ausführung verbleibt zwischen dem Pumpenkolben und dem Gehäuseteil ein Ringraum, in dem die Dichtungsanordnung aufgenommen sein kann. Der Ringraum ist vorzugsweise einseitig geöffnet, um das Einsetzen der Dichtungsanordnung in die Zylinderbohrung zu vereinfachen. Die gestufte Ausführung führt ferner zur Ausbildung eines ringförmigen Absatzes, an dem die Dichtungsanordnung in axialer Richtung abgestützt sein kann.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt einen Ausschnitt eines schematischen Längsschnitts durch eine erfindungsgemäße Kraftstoffhochdruckpumpe im Bereich einer Dichtungsanordnung zur Medientrennung.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
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Die dargestellte Kraftstoffhochdruckpumpe umfasst ein Gehäuseteil 1 mit einer Zylinderbohrung 2, in welcher ein Pumpenkolben 3 hubbeweglich aufgenommen ist. Die Zylinderbohrung 2 ist vorliegend gestuft ausgeführt, so dass stirnseitig ein Ringraum 16 zur Aufnahme einer Dichtungsanordnung 4 ausgebildet wird. Die Dichtungsanordnung 4 dient der Trennung der Medien Öl und Kraftstoff innerhalb der Zylinderbohrung 2. Denn die Zylinderbohrung 2 verbindet einen ölführenden Bereich 17 mit einem kraftstoffführenden Bereich 18 der Kraftstoffhochdruckpumpe.
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Zur Trennung der Medien Öl und Kraftstoff umfasst die Dichtungsanordnung 4 ein ölseitig angeordnetes erstes ringförmiges Dichtelement 5 sowie ein kraftstoffseitig angeordnetes zweites ringförmiges Dichtelement 7, die in einem axialen Abstand in einer Hülse 14 angeordnet sind. Der axiale Abstand ist durch ein zwischen den beiden Dichtelementen 5, 7 angeordnetes ringförmiges Distanzelement 9 der Dichtungsanordnung 4 vorgegeben. Das Distanzelement 9 dient der Vergrößerung der Baulänge der Dichtungsanordnung 4, so dass die Dichtwirkung der Dichtungsanordnung 4 verbessert wird. Die beiden ringförmigen Dichtelemente 5, 7 sind in die Hülse 14 eingepresst. Sie weisen hierzu jeweils einen Abschnitt 19 auf, der gegenüber dem Innendurchmesser der Hülse 14 einen vergrößertem Außendurchmesser besitzt. Durch den Presssitz der Dichtelemente 5, 7 ist auch das zwischen den beiden Dichtelementen 5, 7 angeordnete Distanzelement 9 in der Hülse 14 lagefixiert.
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Jedes Dichtelement 5, 7 bildet innenumfangseitig zwei hintereinander liegende Dichtlippen 6, 8 aus, die jeweils unter einer radialen Vorspannung am Pumpenkolben 3 anliegen. Die radiale Vorspannung wird durch ein Federelement 11 bewirkt, das in eine stirnseitige Ringnut 10 des jeweiligen Dichtelements 5, 7 eingesetzt ist. Das Federelement 11 bewirkt ein Aufspreizen der Ringnut 10, so dass die Dichtlippen 6, 8 gegen den Pumpenkolben 3 und zugleich der Abschnitt 19 mit vergrößertem Außendurchmesser gegen die Hülse 14 gedrückt werden.
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Die Dichtkonturen der Dichtlippen 6, 8 weisen unterschiedlich stark geneigte Flanken 12, 13 auf, wobei die jeweils dem ölführenden bzw. kraftstoffführenden Bereich 17, 18 zugewandte Flanke 12 einer Dichtlippe 6, 8 stärker als die jeweils andere Flanke 13 geneigt ist. Die stärker geneigte Flanke 12 ist demnach jeweils der Seite zugewandt, auf welcher der hydraulische Druck am größten ist.
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Die Hülse 14 bildet an ihren beiden Enden Abschnitte 15 aus, die sich nach radial innen erstrecken und die Dichtelemente 5, 7 stirnseitig bereichsweise umgreifen. Die Dichtelemente 5, 7 wie auch das Distanzelement 9 sind somit zusätzlich über Formschluss verliersicher in der Hülse 14 gehalten. Ferner erhöhen die Abschnitte 15 die Formsteifigkeit der Hülse 14.
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Die Hülse 14 erlaubt eine Vormontage der Dichtungsanordnung 4. Zugleich dient die Hülse 14 der Verbindung der Dichtungsanordnung 4 mit dem Gehäuseteil 1. Die Hülse 14 ist hierzu in den Ringraum 16 der Zylinderbohrung 2 eingepresst.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012218122 A1 [0002]
- DE 102006055298 A1 [0003]
