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Gebiet der Technik
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Die Erfindung betrifft gemäß einem ersten Aspekt eine Kraftstoffhochdruckpumpe, vorzugsweise für Benzin oder Dieselkraftstoff, umfassend ein Gehäuse, einen sich entlang einer geometrischen Längsmittelachse erstreckenden Kolben und einen Dichtring, wobei der Kolben einen ersten Kolbenlängenabschnitt aufweist und einen zweiten Kolbenlängenabschnitt, der an seinem dem ersten Kolbenlängenabschnitt benachbarten Längsende eine quer zu der Längsmittelachse orientierte, insbesondere kreisringförmige, Stützfläche ausbildet, wobei das Gehäuse eine Gehäuseöffnung aufweist und der Dichtring in dem Gehäuse fluchtend zu der Gehäuseöffnung angeordnet ist, wobei der erste Kolbenlängenabschnitt durch den Dichtring und durch die Gehäuseöffnung entlang der Längsmittelachse verschieblich geführt ist, wobei sich der zweite Kolbenlängenabschnitt im Inneren des Gehäuses befindet und wobei die Kraftstoffhochdruckpumpe ein Stützelement aufweist.
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Stand der Technik
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JP 2012 177 312 A offenbart eine Kraftstoffhochdruckpumpe mit einem gestuften Kolben, der sich mit der Stufe an einem Stützelement abstützt, welches in Kontakt mit einem Dichtring zum Abdichten eines Innenbereiches der Kraftstoffhochdruckpumpe gegen eine Umgebung ausgebildet ist.
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In
DE 10 2012 201 122 A1 ist eine Kraftstoffhochdruckpumpe mit einem gestuften Kolben offenbart, welcher sich an einem Abstützring abstützt, der mit trapezförmigen Vorsprüngen in eine Nut an einer Außenwand einer Kolbenführung eingreift.
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EP 2 317 119 B1 offenbart eine Kraftstoffhochdruckpumpe mit einem elastischen Dichtring, der Nuten mit darin angebrachten Spannelementen aufweist, und weiter mit einem getrennt von den Spannelementen ausgebildeten Stützelement, an dem sich der Pumpenkolben der Kraftstoffhochdruckpumpe mit einer Stufe abstützt.
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In
DE 10 2014 211 609 A1 ist eine Kraftstoffhochdruckpumpe mit einem Kolben beschrieben, an dessen einem Antrieb zugewandten Endabschnitt eine den Kolben radial umschließende Dichteinrichtung angeordnet ist, wobei der Kolben entlang einer Längsachse relativ zu der Dichteinrichtung verschiebbar ist. Oberhalb der Dichteinrichtung ist ein Stützelement angeordnet, an dem sich der Kolben mit einer Stufe abstützen kann.
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Eine Kraftstoffhochdruckpumpe ist im Stand der Technik aus
EP 2 236 809 A2 bekannt. Derartige Benzin- oder Dieselhochdruckpumpen fördern über einen oder mehrere sich auf- und abwärts bewegende Kolben Medium in ein Hochdruck-Rail. Sobald die Hochdruckpumpe zusammengebaut und noch nicht an die Nockenwelle eines Motors angeflanscht wurde, liegt der Kolben zufolge der von der Kolbenfeder bewirkten Kraft auf dem eingebauten Dichtring auf. Diese Kolbenposition wird Transportstellung genannt. Durch die Vorspannkraft der Kolbenfeder wird dabei der Kolben auf den Dichtring gezogen. Dabei wird der Dichtring belastet und bei ausreichend hohen Kräften verformt. Die hohe Belastung kann den Dichtring so stark beschädigen, dass dessen Dichtwirkung verloren gehen kann und somit Kraftstoff in den mit Öl gefüllten Motorraum gelangen kann. Wie auch mit Bezug auf
1 beschrieben, wurde dieses Problem bisher im Stand der Technik dadurch gelöst, dass der Kolben in der Transportstellung auf einem gesonderten Verschlussstopfen (
17') auflag. Dadurch wurde die anliegende Vorspannkraft der Feder von dem Dichtring genommen. Die Belastung am Dichtring und dessen Verformung konnte dadurch verhindert werden. Allerdings ist der Verschlussstopfen ein zusätzliches und kostenineffizientes Bauteil.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine vorteilhafte Abdichteinrichtung, insbesondere für Kraftstoffhochdruckpumpen, bereit zu stellen, so dass insbesondere die zuvor genannten Nachteile teilweise oder vollständig vermieden werden können.
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Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß in Verbindung mit den Merkmalen gelöst, dass das Stützelement einen Halterungsabschnitt und einen damit unmittelbar oder mittelbar verbundenen Anlageabschnitt aufweist, wobei der Halterungsabschnitt an dem Dichtring zumindest in der zu der Gehäuseöffnung weisenden axialen Richtung abgestützt ist und wobei der Anlageabschnitt zumindest eine der Stützfläche des Kolbens zugewandte Anlagefläche zur axialen Abstützung des Kolbens an dessen Stützfläche bildet. Das Gehäuse weist vorzugsweise mehrere Gehäuseteile auf. Zum Beispiel kann der Dichtring in ein, insbesondere kappenartiges, vorzugsweise aus Blech hergestelltes Gehäuseteil eingesetzt sein, das mit dem übrigen Gehäuse, bspw. mittels Schweiß- oder Schraubverbindung verbunden sein kann. Alternativ kann der Dichtring unmittelbar in eine in einem Gehäuseteil eingebrachte Bohrung eingesetzt sein, deren Durchmesser größer als der Durchmesser der Gehäuseöffnung ist. Der Dichtring umfasst einen Dichtkörper, der vorzugsweise aus Elastomer besteht oder der Elastomer aufweist. Die Abstützung der Basis an dem Dichtring kann formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig ausgebildet sein. Die Abstützung bzw. Halterung des Stützelements an dem Dichtring kann zusätzlich in von dem Dichtring wegführender Richtung wirksam sein. Unter der geometrischen Längsmittelachse wird eine geometrische Gerade verstanden, die sich längenmäßig über den Dichtring hinaus erstreckt.
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Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, dass das Stützelement in dem axialen Kraftfluss zwischen den Kolben und den Dichtring zwischengeschaltet ist. Dies eröffnet die Möglichkeit, die Einleitung der axialen, von der Kolbenfeder verursachten Kraft in den Dichtring durch eine günstige Formgebung des Stützelementes so zu beeinflussen, dass der Dichtring nicht beschädigt werden kann.
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Gemäß einer ersten Variante weist das Stützelement eine Basis in Gestalt eines an sich bei Dichtringen bekannten Spannelementes auf. Insofern kann an das Spannelement (auch als Feder zu bezeichnen) des Dichtringes eine zusätzliche Anlagefläche (auch als Auflagefläche zu bezeichnen) für den Kolben angeformt werden. Das Stützelement weist eine ringartige, sich in Umfangsrichtung um die geometrische Längsmittelachse des Dichtringes erstreckende Basis auf, die, entweder entlang des gesamten Umfangs oder umfangsabschnittsweise, in zu der Umfangsrichtung senkrechten Querschnittsebenen einen U-förmigen oder einen V-förmigen Querschnitt aufweist, dessen offene Querschnittsseite axial von dem Dichtring abgewandt ist, dass in der von der Gehäuseöffnung abgewandten Stirnseite des Dichtringes eine Nut ausgebildet ist, worin die Basis eingesetzt und, insbesondere formschlüssig, gehalten ist. In diesem Zusammenhang ist bevorzugt, dass die Basis in der Nut elastisch verformt ist, dass eine nach radial innen weisende Außenseitenfläche der Basis mittels einer nach radial innen wirkenden elastischen Verformungsrückstellkraft gegen eine innere, nach radial außen weisende Innenseitenfläche der Nut angedrückt ist und/oder dass eine nach radial außen weisende Außenseitenfläche der Basis mittels einer nach radial außen wirkenden elastischen Verformungsrückstellkraft gegen eine äußere, nach radial innen weisende Außenseitenfläche der Nut angedrückt ist. Die Basis des Stützelements kann bspw. die Gestalt einer an sich bekannten Dichtungs-Spannfeder besitzen und entsprechend deren Funktion den Dichtring im Bereich seines betreffenden axialen Längsendes nach radial innen gegen den Kolbenschaft und nach radial außen gegen die Innenwand eines Gehäuses oder dergleichen andrücken. Es besteht die Möglichkeit, den Halterungsabschnitt ganz oder teilweise in den Dichtring bzw. in seinen Dichtkörper zu integrieren. Auch dabei besteht der Grundgedanke darin, an den Dichtring eine Ablage für den Kolben in dessen Transportposition anzufügen. Auch dies ermöglicht es, die von dem Kolben übertragene axiale Kraft mittels des Stützelements derart in den Dichtring einzuleiten, dass dieser dadurch nicht beschädigt werden kann. Die Ausgestaltung des Stützelementes kann so gewählt sein, dass in beide an den Längsseiten des Dichtringes eingebrachte Nuten je ein herkömmliches Spannelement eingesetzt werden kann. Zum Beispiel kann sich das Stützelement dazu in seinem Halterungsabschnitt und ggf. in seinem Übergangsabschnitt radial außerhalb der Nuten des Dichtringes erstrecken.
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Ausgehend von einer eingangs genannten bekannten Kraftstoffhochdruckpumpe und der erläuterten Aufgabe wird diese Aufgabe gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung in Verbindung mit den Merkmalen gelöst, dass das Stützelement einen Halterungsabschnitt und einen damit unmittelbar oder mittelbar verbundenen Anlageabschnitt aufweist, dass der Anlageabschnitt zwischen dem Dichtring und der Stützfläche angeordnet ist und zumindest eine der Stützfläche des Kolbens zugewandte Anlagefläche zur axialen Abstützung des Kolbens an dessen Stützfläche bildet, dass der Halterungsabschnitt entweder eine entlang der Umfangrichtung um die Längsmittelachse herumlaufende, sich in Richtung zu der Gehäuseöffnung trichterartig erweiternde Stützwand oder mehrere am Umfang verteilte und voneinander in Umfangsrichtung beabstandete Stützwandsegmente, die sich in durch die Längsmittelachse führenden Querschnittsebenen geneigt zu der Längsmittelachse erstrecken, aufweist, und dass der Halterungsabschnitt mittels der Stützwand bzw. mittels der Stützwandsegmente in einer Nut des Gehäuses in der zu der Gehäuseöffnung weisenden axialen Richtung abgestützt ist. Die angesprochene Nut kann in das Gehäuse bspw. eingedreht und/oder geschliffen werden.
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Das Stützelement weist ein erstes axiales Längsende und ein zweites axiales Längsende aufweist, wobei die zumindest eine Anlagefläche an dem von der Gehäuseöffnung weiter entfernt liegenden axialen Längsende der beiden axialen Längsenden ausgebildet ist und wobei sich der Halterungsabschnitt ausgehend von dem zweiten axialen Längsende erstreckt.
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Gemäß beiden Aspekten der Erfindung ermöglicht das Stützelement, dass sich der Kolben nun in seiner Transportstellung auf der An- bzw. Auflagefläche abstützen kann, ohne dass der Dichtring verformt wird.
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Betreffend beide erfindungsgemäßen Aspekte bestehen zahlreiche Möglichkeiten zur bevorzugten Weiterbildung der Kraftstoffhochdruckpumpe. Gemäß beiden Aspekten könnte man eine Optimierung vornehmen, indem man die Stützelemente zumindest abschnittsweise segmentiert, um die Produktions- und Materialkosten gering zu halten. Ferner besteht die Möglichkeit, die im Stand der Technik den Dichtring umgebende Baugruppe zu überarbeiten und bspw. die in 1 gezeigte, an das übrige Gehäuse angeschweißte und zum Halten des Dichtrings dienende Schale zu entfernen und den Dichtring in das Gehäuse zu integrieren. Weitere Kosteneinsparungen während der Produktion und eine preiseffizientere Kraftstoffhochdruckpumpe lassen sich so erreichen. Die angesprochene Segmentierung kann insbesondere strömungstechnische Vorteile bieten.
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Bevorzugt ist, dass der Dichtring an seinem der Gehäuseöffnung zugewandten Längsende in dem Gehäuse gegen einen axialen Anschlag abgestützt ist. Alternativ gibt es auch andere Möglichkeiten, den Dichtring in seiner axialen Position festzulegen, z. B. mittels einer mit dem Gehäuse gebildeten Passung oder dergleichen.
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Es besteht die Möglichkeit, dass sich das Stützelement ringartig um den Kolben erstreckt. Bevorzugt ist, dass der Anlageabschnitt eine quer, insbesondere senkrecht, zu der geometrischen Längsmittelachse orientierte Wandung aufweist, die sich entlang der um die Längsmittelachse führenden Umfangsrichtung durchgehend (also am Umfang geschlossen) um eine Durchgangsöffnung erstreckt und die auf ihrer von dem Dichtring abgewandten Seite die Anlagefläche (auch als Auflagefläche zu bezeichnen) zur axialen Abstützung der Stützfläche des Kolbens bildet. Alternativ besteht die Möglichkeit, dass der Anlageabschnitt mehrere in Umfangsrichtung verteilte und voneinander in Umfangsrichtung beabstandete Wandsegmente aufweist, dass die Wandsegmente quer, insbesondere senkrecht, zu der Längsmittelachse orientiert sind und dass die Wandsegmente auf ihrer von dem Dichtring abgewandten Seite je eine Anlagefläche zur axialen Abstützung der Stirnfläche ausbilden.
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Bevorzugt ist, dass die Wandung des Anlageabschnitts in axialer Richtung von dem Dichtring beabstandet ist bzw. dass die Wandsegmente des Anlageabschnitts in axialer Richtung von dem Dichtring beabstandet sind. Eine zweckmäßige Ausgestaltung wird darin gesehen, dass die Wandung des Anlageabschnitts bzw. die Wandsegmente des Anlageabschnitts in ihrer Formgebung so auf die Stützfläche des Kolbens abgestimmt ist bzw. sind, dass bei einem Kontakt zwischen dem Kolben und dem Anlageabschnitt dessen Anlagefläche bzw. dessen Anlageflächen flächig an der Stützfläche des Kolbens anliegen. Dies ermöglicht eine gleichmäßige Druckverteilung.
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Bevorzugt ist, dass die Kraftstoffhochdruckpumpe eine Kolbenfeder, bei der es sich insbesondere um eine Zylinderdruckfeder handelt, aufweist, dass der Kolben relativ zu dem Gehäuse mittels der Kolbenfeder vorgespannt ist, so dass die Kolbenfeder, wenn keine Gegenkraft wirkt, den Kolben mit seiner Stützfläche axial gegen die Abstützfläche andrückt. Als zweckmäßig wird angesehen, dass außerhalb des Gehäuses an dem Kolben ein Radialvorsprung mit einer dem Gehäuse zugewandten ersten Federstützfläche ausgebildet oder angeordnet ist, dass an dem Gehäuse außen eine zweite Federstützfläche, die der ersten Federstützfläche gegenüberliegt, ausgebildet ist und dass sich je ein Längsende der vorgespannten Kolbenfeder gegen die erste Federstützfläche und gegen die zweite Federstützfläche abstützt.
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Eine preiswerte Herstellung wird dadurch ermöglicht, dass das Stützelement aus Blech, insbesondere einstückig, ausgebildet ist. Bei dem Blech kann es sich bspw. um Edelstahlblech handeln.
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Es besteht die Möglichkeit, dass das Stützelement zwischen dem Anlageabschnitt und dem Halterungsabschnitt einen Übergangsabschnitt aufweist, der den Anlageabschnitt und den Halterungsabschnitt miteinander verbindet. Es besteht die Möglichkeit, dass der Anlageabschnitt und/oder der Halterungsabschnitt und/oder der Übergangsabschnitt rotationssymmetrisch gestaltet sind. Eine zweckmäßige Ausgestaltung wird darin gesehen, dass das Blech in dem Halterungsabschnitt hohlzylindrisch gestaltet ist oder eine hohlzylindrische Grundgestalt mit darin eingebrachten Durchgangsöffnungen aufweist. Dabei besteht die Möglichkeit, dass sich durch alle Durchgangsöffnungen oder durch nur einige der Durchgangsöffnungen Material, insbesondere elastomeres Material, des Dichtringes erstreckt. Dies begünstigt die Halterung des Stützelements an dem Dichtkörper, der vorzugsweise aus Elastomer hergestellt ist.
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Zur Erzielung günstiger strömungstechnischer Eigenschaften ist bevorzugt, dass der Halterungsabschnitt und/oder der Übergangsabschnitt mehrere am Umfang verteilt liegende, voneinander in Umfangsrichtung beabstandete Umfangsabschnittssegmente ausbildet oder ausbilden, die sich entlang der Längsmittelachse erstrecken, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass Umfangsabschnittssegmente des Halterungsabschnittes mittels einem oder mehreren entlang der Umfangsrichtung um die Längsmittelachse verlaufenden Ringsegment oder Ringsegmenten miteinander verbunden sind. Bevorzugt ist, dass sich an jedes Umfangsabschnittssegment, insbesondere rechtwinklig abknickend, je ein Wandsegment anschließt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Eine aus dem Stand der Technik bekannte Kraftstoffhochdruckpumpe und Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpen und von erfindungsgemäßen Abdichteinrichtungen werden nachfolgend mit Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben. Im Einzelnen zeigt:
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1 anhand eines Teilschnittes eine aus dem Stand der Technik bekannte Kraftstoffhochdruckpumpe;
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2 in einer Schnittansicht einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel,
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3 perspektivisch die erfindungsgemäße Abdichteinrichtung der in 2 exemplarisch gezeigten Kraftstoffhochdruckpumpe,
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4 eine Draufsicht auf die in 3 gezeigte Abdichteinrichtung in dortiger Blickrichtung IV,
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5 eine Schnittansicht entlang Schnittebene V-V in 4,
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6 perspektivisch ein von den 3–5 abgewandeltes zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Abdichteinrichtung,
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7 eine Draufsicht auf die in 6 gezeigte Abdichteinrichtung in dortiger Blickrichtung VII,
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8 eine Schnittansicht entlang Schnittebene VIII-VIII in 7,
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9 in einer Schnittansicht einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe, die eine erfindungsgemäße Abdichteinrichtung umfasst, jeweils gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel,
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10 perspektivisch die erfindungsgemäße Abdichteinrichtung der in 9 gezeigten erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe,
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11 eine Draufsicht auf die in 10 gezeigte Abdichteinrichtung in dortiger Blickrichtung XI,
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12 eine Schnittansicht entlang Schnittebene XII-XII in 11,
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13 perspektivisch ein von den 10–12 abgewandeltes weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Abdichteinrichtung,
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13a perspektivisch das Stützelement der in 13 gezeigten Abdichteinrichtung;
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14 eine Draufsicht auf die in 13 gezeigte Abdichteinrichtung in dortiger Blickrichtung XIV;
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15 eine Schnittansicht entlang Schnittebene XV-XV in 14;
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16 in einer Schnittansicht einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel;
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17 perspektivisch das in der 16 gezeigten Kraftstoffhochdruckpumpe enthaltene Stützelement;
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18 das in 17 gezeigte Stützelement in Draufsicht entlang Blickrichtung XVIII,
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19 eine Schnittansicht entlang Schnittebene XIX-XIX in 18;
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20 perspektivisch ein von den 17–19 abgewandeltes Stützelement für eine erfindungsgemäße Kraftstoffhochdruckpumpe gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel,
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21 eine Draufsicht auf das in 20 gezeigte Stützelement in dortiger Blickrichtung XXI;
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22 eine Schnittansicht entlang Schnittebene XXII-XXII in 21;
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23 in einer Schnittansicht einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel;
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24 perspektivisch das in der Kraftstoffhochdruckpumpe gemäß 23 enthaltene Stützelement;
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25 das in 24 gezeigte Stützelement in einer Draufsicht in dortiger Blickrichtung XXV und
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26 eine Schnittansicht entlang Schnittlinie XXVI-XXVI in 25.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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1 zeigt ausschnittsweise anhand einer Schnittansicht eine aus dem Stand der Technik bekannte Kraftstoffhochdruckpumpe
1'. Zum Verständnis ihres Aufbaus und ihrer Funktionsweise wird auch Bezug auf die aus
EP 2 236 809 A2 der Anmelderin bekannte Kraftstoffhochdruckpumpe genommen. Die in
1 gezeigte Kraftstoffhochdruckpumpe
1' umfasst ein aus mehreren Komponenten zusammengesetztes Gehäuse
2', einen sich entlang einer geometrischen Längsmittelachse L' erstreckenden Kolben
3' und einen Dichtring
4'. Letzterer umfasst einen aus elastomerem Material gebildeten Dichtkörper
5'. Ausgehend von den beiden Längsenden
6',
7' des Dichtkörpers
5' ist je eine Nut
8',
9' eingebracht, in die je ein metallisches Spannelement
10' bzw.
11' eingesetzt und formschlüssig gehalten ist. Der Kolben
3' umfasst einen ersten Kolbenlängenabschnitt
12' und einen zweiten Kolbenlängenabschnitt
13', der an seinem dem ersten Kolbenlängenabschnitt
12' benachbarten Längsende eine quer zu der Längsmittelachse L' orientierte, kreisringförmige Stützfläche
14' ausbildet. Das Gehäuse
2' weist eine Gehäuseöffnung
15' auf. Der Dichtring
4' ist in dem Gehäuse
2' fluchtend zu der Gehäuseöffnung
15' angeordnet. Der erste Kolbenlängenabschnitt
12' ist durch den Dichtring
4' und durch die Gehäuseöffnung
15' entlang der Längsmittelachse L längsverschieblich geführt. Der zweite Kolbenlängenabschnitt
13' befindet sich im Inneren der Kraftstoffhochdruckpumpe
1'. Die Kraftstoffhochdruckpumpe
1' umfasst eine Kolbenfeder
16'. Durch diese ist der Kolben
3' zu dem Gehäuse
2' vorgespannt, so dass die Kolbenfeder
16', wenn keine Gegenkraft wirksam ist, den Kolben
3' in aus der Gehäuseöffnung
15' weisender Richtung weitestmöglich nach außen verlagert. Um zu verhindern, dass der erste Kolbenlängsabschnitt
12' mit seiner Stützfläche
14' von der Kolbenfeder
16' axial (d. h. parallel zu der Längsmittelachse L') gegen den elastomeren Dichtkörper
5' gepresst und der Dichtkörper
5' dadurch verformt oder sogar beschädigt wird, weist die Kraftstoffhochdruckpumpe
1' ein gesondertes Stützelement
17' auf. Dieses ist an seinem dem Druckraum
18' der Kraftstoffhochdruckpumpe
1' zugewandten Längsende in axialer, zu dem Dichtring
4' weisender Richtung formschlüssig abgestützt. An dem der Dichtung zugewandten axialen Längsende
19' ist das Stützelement
17' axial von dem Dichtring
4' durch einen Spalt beabstandet. Ausgehend von dem axialen Längsende
19' ist das Stützelement
17' radial einwärts gebogen, wobei eine im Wesentlichen kreislinienförmige Abstützung für die Stützfläche
14' des Kolbens
3' geschaffen wird. Durch das Stützelement
17', das auch als Verschlussstopfen bezeichnet wird, kann in einer sog. Transportstellung, bei der die Kraftstoffhochdruckpumpe
1' noch nicht an eine Nockenwelle eines Motors angeflanscht wurde, verhindert werden, das die von der Kolbenfeder
16' erzeugte Axialkraft zu einer Verformung oder Beschädigung des Dichtringes
4' führt.
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Mit Bezug auf die 2–5 wird eine erfindungsgemäße Kraftstoffhochdruckpumpe 1, welche eine erfindungsgemäße Abdichteinrichtung 20 umfasst, jeweils gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel vorgestellt. Der in 2 dargestellte Ausschnitt der Schnittansicht entspricht dem in 1 ebenfalls berandeten Ausschnitt. Wie auch in den nachfolgenden Figuren werden korrespondierende Bauteile bzw. Merkmale zur Übersicht mit den gleichen Bezugsziffern, jedoch ohne den nur in 1 zur Kennzeichnung als Stand der Technik nachgestellten Strich bezeichnet. Demzufolge umfasst die in 2 gezeigte Kraftstoffhochdruckpumpe 1 ein Gehäuse 2, einen sich entlang einer geometrischen Längsmittelachse L erstreckenden Kolben 3 und einen Dichtring 4. Der Kolben weist einen ersten, in seinem überwiegenden Längenabschnitt im Querschnitt kreisförmigen ersten Kolbenlängenabschnitt 12 und einen zweiten, ebenfalls im Querschnitt kreisförmigen Kolbenlängenabschnitt 13 auf, der im Vergleich zu dem ersten Kolbenlängenabschnitt einen größeren Durchmesser besitzt. An seinem dem ersten Kolbenlängenabschnitt 12 benachbarten Längsende ist eine senkrecht zu der Längsmittelachse L orientierte, in dem Beispiel kreisringförmige Stützfläche 14 ausgebildet. Diese dient zur Abstützung des Kolbens 3 in seiner Transportstellung, d. h. bevor die Kraftstoffhochdruckpumpe 1 an einen Motor montiert wird. Das Gehäuse 2 besitzt eine Gehäuseöffnung 15. Der Dichtring 4, der einen Dichtkörper 5 aus elastomerem Material umfasst, ist in dem Gehäuse 2 konzentrisch zu der geometrischen Längsmittelachse L und zu der Gehäuseöffnung 15 angeordnet und in axialer Richtung, d. h. in zu der Längsmittelachse L paralleler Richtung, in dem Gehäuse 2 positionsmäßig festgelegt. Der erste Kolbenlängenabschnitt 12 mit dem geringeren Durchmesser, den man auch als Kolbenschaft bezeichnen könnte, ist durch den Dichtring 4 und durch die Gehäuseöffnung 15 axial verschieblich hindurchgeführt. Der zweite Kolbenlängenabschnitt 13 befindet sich im Inneren der Kraftstoffhochdruckpumpe und grenzt mit seinem in 2 nicht mit dargestellten axialen Längsende an den Druckraum der Kraftstoffhochdruckpumpe 1 an. Der Dichtring 4 ist an seinem der Gehäuseöffnung 15 zugewandten Längsende 7 in dem Gehäuse 2 gegen einen Anschlag 21 axial in Richtung zu der Gehäuseöffnung 15 hin abgestützt. In die dort stirnseitig in den Dichtring 4 eingebrachte Nut 9 ist ein metallisches Spannelement 11 eingesetzt und darin in an sich bekannter und daher nicht näher dargestellter Weise formschlüssig gehalten. Andererseits ist in die an dem entgegengesetzten Längsende 6 des Dichtringes 4 stirnseitig eingebrachte Nut 8 kein herkömmliches Spannelement eingesetzt, sondern stattdessen ein von der Erfindung vorgeschlagenes Stützelement 17 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel. Dieses umfasst (vgl. 5) einen Halterungsabschnitt 22 und einen Anlageabschnitt 23. Diese sind im Beispiel mittels eines axial zwischen ihnen ausgebildeten Übergangsabschnittes 24 miteinander verbunden. Die jeweiligen axial aufeinander folgenden Abschnitte 22, 23, 24 sind in den Figuren mittels die axiale Erstreckung kennzeichnenden Klammern angegeben. Der Halterungsabschnitt 22 ist an dem Dichtring 4 in einer zu der Gehäuseöffnung 15 weisenden ersten axialen Richtung, d. h. in Blickrichtung von 2 nach unten hin, abgestützt. Der Anlageabschnitt 23 besitzt die Gestalt einer Ringscheibe und bildet eine der Stützfläche 14 des Kolbens 3 zugewandte Anlagefläche 27 zur axialen Abstützung des Kolbens 3 an seiner Stützfläche 14. Der Dichtring 4 bzw. der Dichtkörper 5 bildet gemeinsam mit dem Stützelement 17 eine erfindungsgemäße Abdichteinrichtung 20 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel.
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Die Kraftstoffhochdruckpumpe 1 umfasst eine Kolbenfeder 16, bei der es sich in dem Beispiel um eine Zylinderdruckfeder handelt. Relativ zu dem Gehäuse 2 ist der Kolben 3 mittels der Kolbenfeder 16 vorgespannt. Außerhalb des Gehäuses 2 ist an dem Kolben 3 ein Radialvorsprung 28 mit einer dem Gehäuse 2 zugewandten ersten Federstützfläche 29 angebracht. An dem Gehäuse 2 ist außenseitig eine zweite Federstützfläche 30 ausgebildet, die der ersten Federstützfläche 29 gegenüber liegt. Je ein Längsende der vorgespannten Kolbenfeder 16 stützt sich gegen die erste Federstützfläche 29 oder gegen die zweite Federstützfläche 30 ab. In dem in 2 gezeigten sog. Transportzustand der Kraftstoffhochdruckpumpe, bei der diese noch nicht an einen Motor angebaut ist, wirkt auf den Kolben 3 keine Gegenkraft zu der von der vorgespannten Kolbenfeder 16 bewirkten, in der Richtung 25 auf den Kolben 3 wirkenden Federkraft. Diese bewirkt daher, dass der Kolben 3 an seiner Stützfläche 14 axial (d. h. in axialer Richtung bzw. in zu der geometrischen Längsmittelachse paralleler Richtung) gegen die Anlagefläche 27 angedrückt wird. In dem Beispiel weist das Stützelement 17 eine ringartige, sich in Umfangsrichtung U um die Längsmittelachse L des Dichtringes 4 erstreckende Basis 31 auf. In dem Beispiel der 2–5 besitzt dieser entlang des gesamten Umfanges einen V-förmigen Querschnitt, dessen offene Querschnittseite axial von dem Dichtring 4 abgewandt ist, d. h. in die von dem Dichtring wegführende Richtung zeigt. Diese ist in die an dem Längsende 6 des Dichtringes 4 ausgebildete, am Umfang durchgehende Nut 8 eingesetzt und darin in an sich bekannter Weiser formschlüssig verliersicher gehalten. Vergleichbar einem herkömmlichen Spannelement 10', 11' kann die Basis 31 in der Nut 8 elastisch verformt sein und die Funktion eines Spannelements übernehmen. In dem Beispiel der 5 ist vorgesehen, dass eine nach radial innen weisende Außenseitenfläche 32 der Basis 31 mittels einer nach radial innen wirkenden elastischen Verformungsrückstellkraft gegen eine innere, nach radial außen weisende Innenseitenfläche 33 der Nut 8 angedrückt wird und dass eine nach radial außen weisende Außenseitenfläche 34 der Basis 31 mittels einer nach radial außen wirkenden elastischen Verformungsrückstellkraft gegen eine äußere, nach radial innen weisende Außenseitenfläche 35 der Nut 8 angedrückt wird. 2 zeigt, dass sich der Kolben mittels seiner Stützfläche 14 auf der Anlagefläche 27 des Stützelementes 17 axial abstützt, während sich das Stützelement 17 seinerseits axial an dem Dichtring 4 abstützt. Dabei wird die Axialkraft mittels des Stützelements 17 in definierter Weise mittels der Basis 31 in den Dichtring 4 eingeleitet, so dass dieser nicht unzulässig verformt oder beschädigt werden kann. Die in dem Beispiel (d. h. nicht notwendig) gewählte, im Querschnitt V-förmige Basis 31, die einem herkömmlichen Spannelement 10', 11' nachempfunden ist, unterstützt dies vorteilhaft.
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Gemäß 5 kann zwischen einem ersten axialen Längsende 36 und einem zweiten axialen Längsende 37 des Stützelementes 17 unterschieden werden. Die Anlagefläche 27 ist an dem ersten axialen Längsende 36, das von der Gehäuseöffnung 15 weiter entfernt ist als das zweite axiale Länge 37, ausgebildet. Der Halterungsabschnitt 22 erstreckt sich axial ausgehend von dem zweiten axialen Längsende 37.
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In dem Beispiel ist eine einstückige Gestaltung des Stützelementes 17 gewählt, so dass sich dieses ringartig um den Kolben 3 herum erstreckt. In dem Anlageabschnitt 23 bzw. in der Anlagefläche 27 ist eine kreisrunde Durchgangsöffnung 38 ausgebildet, deren Durchmesser geringfügig größer als der sich durch sie hindurch erstreckende Abschnitt des Kolbens 3 ist. Die Figuren zeigen, dass der Anlageabschnitt 23 eine senkrecht zu der geometrischen Längsmittelachse L orientierte Wandung 39 aufweist, die sich als Kreisscheibe entlang der um die Längsmittelachse L führenden Umfangsrichtung U durchgehend um den Kolben 3 erstreckt. Auf ihrer von dem Dichtring 4 abgewandten Seite bildet die Wandung 39 die Anlagefläche 27.
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In dem Bespiel ist die Wandung 39 in axialer Richtung von dem Dichtring 4 beabstandet. Auch die Stützfläche 14 des Kolbens 3 erstreckt sich senkrecht zu der Längsmittelachse L. In dem in 2 gezeigten Transportzustand liegt folglich die Stützfläche 14 flächig an der Anlagefläche 27 an. Bei der Anlagefläche 27 könnte man auch von einer Auflagefläche sprechen. Das in den 1–5 gezeigte Stützelement ist aus Metallblech hergestellt, wobei es sich bei dem Metall im Beispiel um Edelstahl handelt. In dem Beispiel ist das Stützelement 17 insgesamt rotationssymmetrisch ausgebildet. In dem Übergangsabschnitt 24 ist das Blech hohlzylindrisch geformt. Die Wandung 39 schließt sich im Querschnitt rechtwinklig an den Übergangsabschnitt 24 an.
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Die 6–8 zeigen ein alternatives Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Abdichteinrichtung 20, die z. B. bei der in den 2–5 gezeigten Kraftstoffhochdruckpumpe 1 anstelle der dort dargestellten Abdichteinrichtung 20 eingesetzt werden könnte. Der Unterschied liegt darin, dass der Anlageabschnitt 23 mehrere in Umfangsrichtung U verteilte und voneinander in Umfangsrichtung beabstandete Wandsegmente 40 aufweist, die jeweils senkrecht zu der Längsmittelachse L orientiert sind. Die Wandsegmente 40 bilden auf ihrer von dem Dichtring 4 abgewandten Seite je eine Anlagefläche, die zur Vereinfachung jeweils ebenfalls mit 27 bezeichnet ist. Die in dem Beispiel drei Anlagefläche 27 dienen gemeinsam zur axialen Abstützung des Kolbens 3 an seiner Stirnfläche 14. Auch der Übergangsabschnitt 24 bildet in dem Beispiel am Umfang verteilt liegende, voneinander in Umfangsrichtung U beabstandete Umfangsabschnittssegmente 41, die sich entlang der Längsmittelachse L erstrecken. Die Segmentierung reicht (vgl. 8) bis in den radial äußeren Abschnitt der Basis 31.
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Die 9–12 zeigen eine erfindungsgemäße Kraftstoffhochdruckpumpe 1 mit einer erfindungsgemäßen Abdichteinrichtung 20 gemäß einem jeweils weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel. Abweichend von den vorangehend beschriebenen Beispielen ist in die Nut 8 des Dichtringes 4 (wie in die entgegengesetzte Nut 9) ein herkömmliches Spannelement 10 eingesetzt. Die Wirkung der Spannelemente 10 und 11 besteht wieder darin, den Dichtkörper 5 an seinen axialen Längsenden nach radial innen gegen den Kolben 3 und nach radial außen gegen das Gehäuse 2 elastisch anzudrücken. Das in 9 gezeigte Stützelement 17 ist in der durch einen Pfeil angegebenen axialen Richtung 25, in der auch die Kraft der Kolbenfeder 16 auf den Kolben 3 einwirkt, an dem Dichtkörper 5 axial abgestützt. In dem Halterungsabschnitt 22 weist das Blech eine hohlzylindrische Grundgestalt mit darin eingebrachten Durchgangsöffnungen 42 auf. Durch diese erstreckt sich elastomeres Material des Dichtkörpers 5 hindurch, so dass eine formschlüssige Verbindung resultiert, welche einerseits auch die besagte axiale Abstützung in Richtung des Pfeils 25 bereitstellt und zusätzlich auch eine Verbindung in der entgegengesetzten axialen Richtung (siehe Pfeil 26) schafft. In dem Beispiel (d. h. nicht notwendig) bilden der Halterungsabschnitt 22 und der Übergangsabschnitt 24 mehrere am Umfang verteilt liegende, voneinander in Umfangsrichtung U beabstandete Umfangsabschnittssegmente 41, die sich parallel zu der Längsmittelachse L erstrecken. Die Umfangsabschnittssegmente 41 sind mittels zwei axial voneinander beabstandeten Ringsegmenten 45 miteinander verbunden (vgl. 12). Die Umfangsabschnittssegmente 41 gehen im Querschnitt rechtwinkelig in die Wandungen 39 über, die eine kreisringförmige Anlagefläche 27 bildet.
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Die 13–15 zeigen ein alternatives Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Abdichteinrichtung 20. Von dem vorangehenden Ausführungsbeispiel unterscheidet sie sich dadurch, dass anstelle der in Umfangsrichtung U durchlaufenden Wandung 39 drei Wandsegmente 40 ausgebildet sind, von denen sich je ein Wandsegment 40 im Querschnitt rechtwinkelig an je ein Umfangsabschnittssegment 41 anschließt.
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Die 16–19 zeigen eine erfindungsgemäße Kraftstoffhochdruckpumpe 1 gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel. Auch bei diesem Beispiel ist in beide Nuten 8, 9 je ein herkömmliches Spannelement 10 bzw. 11 eingesetzt. Das Stützelement 17 umfasst einen Halterungsabschnitt 22 und einen damit verbundenen Anlageabschnitt 23 (vgl. 19). Der Anlageabschnitt 23 ist in der in 16 gezeigten Einbausituation zwischen dem Dichtring 4 und der Stützfläche 14 angeordnet und bildet eine der Stützfläche 14 des Kolbens 3 zugewandte, d. h. gegenüberliegende, Anlagefläche 27 zur axialen Abstützung des Kolbens 3 an der Stützfläche 14. Der Halterungsabschnitt 22 weist in dem Beispiel drei am Umfang verteilte und voneinander in Umfangsrichtung U beabstandete Stützwandsegmente 43 auf, die sich in durch die Längsmittelachse L führenden Querschnittsebenen (vgl. 19) geneigt zu der Längsmittelachse L erstrecken. Der Neigungswinkel ist so gewählt, dass die Stützwandsegmente 43 zu ihren freien Längsrändern hin voneinander divergieren. Mittels der Stützwandsegmente 43 ist der Halterungsabschnitt 22 in einer in dem Gehäuse 2 ausgebildeten ringförmigen Nut 44 in einer zu der Gehäuseöffnung 15 weisenden axialen Richtung 25 axial abgestützt. Eine Variante könnte man auch so fertigen, dass man die Fläche der Stützwandsegmente 43 in die Nut 44 im Gehäuse 2 biegt.
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Das in den 20–22 gezeigte alternativ verwendbare Ausführungsbeispiel eines Stützelementes 17 weicht darin ab, dass anstelle der umlaufenden Wandung 39 drei Wandsegmente 40 den Anlageabschnitt 23 bilden, wobei die Wandsegmente 40 in Umfangsrichtung U betrachtet zwischen den Stützwandsegmenten 43 ausgebildet sind.
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Die 23–26 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe 1, welche ein zu den vorangehenden Beispielen abweichend ausgebildetes Stützelement 17 aufweist.
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Alle offenbarten Merkmale sind (für sich, aber auch in Kombination untereinander) erfindungswesentlich. Die Unteransprüche charakterisieren mit ihren Merkmalen eigenständige erfinderische Weiterbildungen des Standes der Technik, insbesondere um auf Basis dieser Ansprüche Teilanmeldungen vorzunehmen.
