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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 hohe Lebensdauer besitzt, um langfristig eine sichere Medientrennung zu gewährleisten.
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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 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, wobei die Dichtungsanordnung ein ringförmiges Dichtelement mit mindestens einer innenumfangseitig ausgebildeten Dichtlippe zur dichtenden Anlage am Pumpenkolben umfasst. Erfindungsgemäß umfasst die Dichtungsanordnung ferner eine in der Zylinderbohrung aufgenommene Distanzscheibe mit mindestens einer innenumfangseitig ausgebildeten Abstreiflippe, die der Dichtlippe des Dichtelements vorgelagert ist.
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Die vorgelagerte Abstreiflippe dient dem Schutz der Dichtlippe. Denn die Abstreiflippe hält Schmutzpartikel von der Dichtlippe fern, so dass diese nicht in den Kontaktbereich der Dichtlippe mit dem Pumpenkolben gelangen. Der Verschleiß im Kontaktbereich der Dichtlippe mit dem Pumpenkolben kann so gemindert und eine dauerhaft sichere Abdichtung erreicht werden.
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Die vorgelagerte Abstreiflippe hat ferner den Effekt, dass die hydraulische Belastung der dahinter angeordneten Dichtlippe reduziert wird. Denn in Abhängigkeit vom jeweils herrschenden hydraulischen Druck im öl- bzw. kraftstoffführenden Bereich, kann dieser zu einer Druckbelastung der Dichtlippe führen, welche die Dichtwirkung der Dichtlippe gefährdet. Dies gilt insbesondere bei Auftreten von Druckpulsationen sowie damit einhergehender Druckspitzen im öl- bzw. kraftstoffführenden Bereich. Durch die vorgelagerte Abstreiflippe ist die hydraulische Belastung der Dichtlippe jedoch deutlich gemindert, so dass es möglich ist, die zur Realisierung der Dichtwirkung erforderliche radiale Vorspannung der Dichtlippe gegenüber dem Pumpenkolben zu verringern. Die Verringerung der radialen Vorspannung hat wiederum zur Folge, dass der Verschleiß im Kontaktbereich der Dichtlippe mit dem Pumpenkolben gemindert wird, was sich ebenfalls günstig auf die Lebensdauer der Dichtungsanordnung auswirkt.
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Bevorzugt ist die Distanzscheibe zumindest teilweise aus Metall gefertigt. Eine solche ist einfach und kostengünstig herzustellen. Zudem weist sie eine hohe Formstabilität auf. Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass die Distanzscheibe zwischen dem Dichtelement und einem Federring zur axialen Lagefixierung der Dichtungsanordnung angeordnet ist. Die Distanzscheibe kann in diesem Fall auch als Unterlegscheibe zur Abstützung des Federrings und/oder als Druckstück zur Übertragung einer Axialkraft auf das Dichtelement eingesetzt werden. Darüber hinaus können neben dieser einen Distanzscheibe weitere Distanzscheiben – jeweils mit oder ohne Abstreiflippezwischen dem Dichtelement und dem Federring angeordnet sein.
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Die Abstreiflippe ist bevorzugt aus einem elastomeren Werkstoff gefertigt. Die Nachgiebigkeit eines solchen Werkstoffs erleichtert das Einsetzen des Pumpenkolbens in die Zylinderbohrung bei bereits eingelegter Distanzscheibe, insbesondere, wenn die Abstreiflippe der Distanzscheibe unter einer radialen Vorspannung am Pumpenkolben anliegen soll. Ferner kann bei Verwendung eines elastomeren Werkstoffs die Ausbildung der Abstreiflippe durch Umspritzen des Distanzrings mit einem solchen Werkstoff erreicht werden. Ferner können der Distanzring und die Abstreiflippe separat hergestellt und anschließend verbunden werden, wobei vorzugsweise ein Kraft- und/oder Formschluss bewirkt wird. Beispielsweise kann ein separat hergestellter Ring, der die Abstreiflippe ausbildet, nachträglich in den Distanzring eingesteckt, eingepresst, eingeklemmt und/oder eingeklebt werden.
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Des Weiteren bevorzugt wird vorgeschlagen, dass die am Distanzring ausgebildete Abstreiflippe unter einer radialen Vorspannung am Pumpenkolben anliegt. Die radiale Vorspannung erhöht die Abstreif- und damit Schutzfunktion der Abstreiflippe. Bevorzugt ist die radiale Vorspannung der Abstreiflippe gegenüber dem Pumpenkolben größer als die radiale Vorspannung der Dichtlippe des Dichtelements gegenüber dem Pumpenkolben gewählt.
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Vorteilhafterweise besitzt die Abstreiflippe unterschiedlich stark gegenüber der Außenumfangsfläche des Pumpenkolbens geneigte Flanken. Eine erste Flanke ist der Dichtlippe zu- und eine zweite Flanke ist der Dichtlippe abgewandt. Die dem Dichtelement abgewandte zweite Flanke ist vorzugsweise stärker als die erste Flanke geneigt. Aufgrund ihrer stärkeren Neigung kann die zweite Flanke einem größeren hydraulischen Druck ausgesetzt werden, ohne ihre Abstreif- bzw. Schutzwirkung zu verlieren. Sie ist daher bevorzugt der Seite mit dem größeren hydraulischen Druck zugewandt. Die Neigung der zweiten Flanke kann beispielsweise 90° betragen.
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Als weiterbildende Maßnahme wird vorgeschlagen, dass die innenumfangseitig ausgebildete Dichtlippe des Dichtelements unterschiedlich stark gegenüber der Außenumfangsfläche des Pumpenkolbens geneigte Flanken besitzt. In Abhängigkeit von der axialen Lage der Dichtlippe in Bezug auf die axiale Erstreckung des Dichtelements ist vorzugsweise die Flanke stärker geneigt, die näher in Bezug auf eine Stirnfläche des Dichtelements angeordnet ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt das Dichtelement mehrere innenumfangseitig ausgebildete Dichtlippen, die vorzugsweise in Gruppen angeordnet sind. Die mehreren innenumfangseitig angeordneten Dichtlippen einer Gruppe sind in axialer Richtung hintereinander angeordnet. Eine Gruppe kann dabei zwei, drei oder mehr Dichtlippen umfassen. Vorzugsweise definiert eine erste Gruppe einen ersten Dichtabschnitt und eine zweite Gruppe einen zweiten Dichtabschnitt des ringförmigen Dichtelements. Der erste Dichtabschnitt dient vorzugsweise der Abdichtung gegenüber einem ölführenden Bereich, während der zweite Dichtabschnitt bevorzugt der Abdichtung gegenüber einem kraftstoffführenden Bereich dient. Auf diese Weise kann eine effektive Abdichtung und damit Medientrennung bewirkt werden.
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Des Weiteren bevorzugt ist zwischen dem ersten und dem zweiten Dichtabschnitt ein dritter Dichtabschnitt ausgebildet. Der dritte Dichtabschnitt besitzt bevorzugt eine zylinderförmige Innenkontur zur Anlage am Pumpenkolben. Durch diese Maßnahme kann die Dichtwirkung des Dichtelements weiter verbessert werden.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass das Dichtelement mindestens einen Außenumfangsabschnitt besitzt, der ein radiales Übermaß gegenüber der Zylinderbohrung aufweist. Das Dichtelement kann auf diese Weise in die Zylinderbohrung eingepresst werden. Der Presssitz gewährleistet ferner eine Abdichtung über den Außenumfang des Dichtelements.
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Das Dichtelement ist vorzugsweise aus einem Kunststoff, insbesondere aus Polytetrafluorethylen (PTFE), gefertigt. Dieses auch unter dem Markennamen „Teflon“ bekannte Kunststoffmaterial weist einen sehr geringen Reibungskoeffizienten auf, so dass hierüber der Verschleiß im Kontaktbereich des Dichtelements mit dem Pumpenkolben auf ein Minimum reduziert werden kann. Darüber hinaus besitzt PTFE eine hohe chemische Beständigkeit gegenüber aggressiven Medien, was sich ebenfalls günstig in Bezug auf eine lange Lebensdauer des Dichtelements auswirkt.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
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1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erste erfindungsgemäße Kraftstoffhochdruckpumpe im Bereich einer Dichtungsanordnung zur Medientrennung,
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2 einen schematischen Längsschnitt durch eine zweite erfindungsgemäße Kraftstoffhochdruckpumpe im Bereich einer Dichtungsanordnung zur Medientrennung,
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3 einen Längsschnitt durch die Distanzscheibe der Dichtungsanordnung der 2 und
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4 eine Draufsicht auf eine weitere Distanzscheibe einer Dichtungsanordnung einer erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Die in der 1 schematisch dargestellte erfindungsgemäße 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 zwischen dem Pumpenkolben 3 und dem Gehäuseteil 1 ein Ringraum 18 zur Aufnahme einer Dichtungsanordnung 4 verbleibt. Die Dichtungsanordnung 4 umfasst ein ringförmiges Dichtelement 5, das innenumfangseitig mehrere am Pumpenkolben 3 unter einer radialen Vorspannung anliegende Dichtlippen 6 besitzt, sowie eine Distanzscheibe 8 mit einer hieran ausgebildeten Abstreiflippe 7, die ebenfalls unter einer radialen Vorspannung am Pumpenkolben 3 anliegt. Die Abstreiflippe 7 ist den Dichtlippen 6 des Dichtelements 5 vorgelagert, so dass diese die Dichtlippen 6 vor Schmutzpartikeln aus einem ölführenden Bereich 19 schützt. Ferner reduziert die Abdichtlippe 7 die hydraulische Druckbelastung der dahinter liegenden Dichtlippen 6.
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Das im ölführenden Bereich 19 vorhandene Öl dient der Schmierung von Antriebskomponenten, welche vorliegend eine Stößelbaugruppe 20 mit einem Stößelkörper 21 und einer Rolle 22 umfassen. Über die Stößelbaugruppe 20 ist der Pumpenkolben 3 an einem Nocken oder Exzenter einer Antriebswelle (nicht dargestellt) abstützbar, über welche der Pumpenkolben 3 in einer Hubbewegung antreibbar ist. Zur Verbindung des Pumpenkolbens 3 mit der Stößelbaugruppe 20 ist ein Federteller 23 vorgesehen, welcher einen Kolbenfuß 24 des Pumpenkolbens 3 hintergreift und über die Federkraft einer Feder 25 gegen den Stößelkörper 21 axial vorgespannt ist.
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Im ölführenden Bereich 19 können im Betrieb der Kraftstoffhochdruckpumpe Druckpulsationen auftreten, welche – ohne vorgelagerte Distanzscheibe 8 mit Abstreiflippe 7 – die Dichtwirkung der Dichtlippen 6 beeinträchtigen könnten. Die den Dichtlippen 6 vorgelagerte Abstreiflippe 7 der Distanzscheibe 8 senkt jedoch den hydraulischen Druck vor den Dichtlippen 6, so dass diese einer geringeren Belastung ausgesetzt sind. Damit kann auch die radiale Vorspannung der Dichtlippen 6 am Pumpenkolben 3 gesenkt werden, was sich wiederum verschleißmindernd auswirkt.
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Im Ausführungsbeispiel der 1 ist die Distanzscheibe 8 außenumfangseitig in eine Ringnut 26 der Zylinderbohrung 2 eingesetzt, so dass die Distanzscheibe 8 zugleich die Funktion eines Federrings 9 zur axialen Lagesicherung des Dichtelements 5 innerhalb der Zylinderbohrung 2 übernimmt. Darüber hinaus ist das Dichtelement 5 über Außenumfangsabschnitte 17, die gegenüber dem Ringraum 18 ein radiales Übermaß besitzen, in die Zylinderbohrung 2 eingepresst.
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Bei der in der 2 schematisch dargestellten weiteren erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe ist zusätzlich zur Distanzscheibe 8 ein Federring 9 in die gestufte Zylinderbohrung 2 eingesetzt. Die axiale Lagesicherung wird in diesem Fall durch den separaten Federring 9 bewirkt. Entsprechend ist der Federring 9 und nicht die Distanzscheibe 8 außenumfangseitig in einer Ringnut 26 der Zylinderbohrung 2 aufgenommen. Da die Distanzscheibe 8 dabei zwischen dem Dichtelement 5 und dem Federring 9 zu liegen kommt, sichert der Federring 9 zugleich die axiale Lage der Distanzscheibe 8.
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Die Darstellung der 2 zeigt deutlich, dass das Dichtelement 5 innenumfangseitig mehrere Dichtlippen 6 umfasst, die in zwei Gruppen zusammengefasst sind, wobei jede Gruppe einen Dichtabschnitt 14, 15 mit jeweils drei Dichtlippen 6 definiert. Zwischen den die Dichtlippen 6 aufweisenden Dichtabschnitten 14, 15 ist ein weiterer Dichtabschnitt 16 angeordnet, der keine Dichtlippen 6 besitzt.
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Jede Dichtlippe 6 weist zwei unterschiedlich stark geneigte Flanken 12, 13 auf, wobei die jeweils nach außen weisende Flanke 12 eines Dichtabschnitts 14, 15 stärker als die nach innen weisende Flanke 13 geneigt ist.
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Der Innendurchmesser ID2 der Dichtlippen 6 ist jeweils kleiner als der Außendurchmesser AD eines in die Zylinderbohrung 2 einzusetzenden Pumpenkolbens 3 (in der 2 nicht dargestellt) gewählt, so dass hierüber eine radiale Vorspannung der Dichtlippen 6 gegenüber dem Pumpenkolben 3 erreichbar ist.
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Gleiches gilt im Übrigen für das Dichtelement 5 der in der 1 dargestellten Kraftstoffhochdruckpumpe. Das Dichtelement 5 der 1 weist darüber hinaus stirnseitige Ringnuten 27 auf, in welchen jeweils ein Federelement 28 derart eingelassen ist, dass die Federkraft des Federelements 28 die Dichtlippen 6 des jeweiligen Dichtabschnitts 14, 15 gegen den Pumpenkolben 3 drückt.
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Die den Dichtlippen 6 vorgelagerte Abstreiflippe 7 weist ebenfalls zwei unterschiedlich stark geneigte Flanken 10, 11 auf, wobei die dem ölführenden Bereich 19 zugewandte Flanke 10 stärker als die den Dichtlippen 6 zugewandte Flanke 11 geneigt ist (siehe 3). Dies gilt sowohl für die Abstreiflippe 7 der Distanzscheibe 8 gemäß der 1 als auch für die der Distanzscheibe 8 gemäß der 2. Im Bereich der Abstreiflippe 7 weist der Distanzring 8 einen Innendurchmesser ID1 auf, der ebenfalls kleiner als der Außendurchmesser AD eines in die Zylinderbohrung 2 eingesetzten oder einzusetzenden Pumpenkolbens 3 ist. Ferner ist der Innendurchmesser ID1 kleiner als der Innendurchmesser ID2 des Dichtelements 5 im Bereich der Dichtlippen 6 gewählt. Die Dichtlippen 6 liegen somit unter einer geringeren radialen Vorspannung als die Abstreiflippe 6 am Pumpenkolben 3 an. Durch diese Maßnahme wird der Verschleiß im Kontaktbereich der Dichtlippen 6 mit dem Pumpenkolben 3 reduziert.
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Wie in der 4 dargestellt, kann die Abstreiflippe 7 aus einem anderen Material als die eigentliche Distanzscheibe 8 gefertigt sein. Vorliegend ist die Distanzscheibe 8 aus einem metallischen Material gefertigt und zur Ausbildung der Abstreiflippe 7 innenumfangseitig mit einem elastomeren Material umspritzt.
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Ein weiterer Vorteil der vorgeschlagenen Dichtungsanordnung 4, umfassend ein Dichtelement 5 und eine Distanzscheibe 8 mit Abstreiflippe 7, ist darin zu sehen, dass der modulare Aufbau eine einfache und kostengünstige Herstellung einer solchen Dichtungsanordnung 4 ermöglicht. Denn als Dichtelement 5 kann ein bereits aus dem Stand der Technik bekanntes Dichtelement eingesetzt, so dass hieran keine Modifikationen vorzunehmen sind. Zwar ist auch das Einlegen einer Distanzscheibe 8 zwischen einem Dichtelement 5 und einem Federring 9 zur axialen Lagesicherung grundsätzlich bekannt. Die Funktion der Distanzscheibe 8 bestand bislang jedoch lediglich darin, die Distanz zwischen dem Dichtelement 5 und dem Federring 9 zu überbrücken.
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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]
