DE102016211245A1

DE102016211245A1 - Piston fluid pump

Info

Publication number: DE102016211245A1
Application number: DE102016211245.7A
Authority: DE
Inventors: Corren Heimgaertner; Michael Kleindl; Dietmar Schmieder
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-06-23
Filing date: 2016-06-23
Publication date: 2017-12-28

Abstract

Eine Kolben-Fluidpumpe (10), insbesondere Kraftstoff-Hochdruckpumpe, umfasst einen Kolben (18), einen Abschnitt (16) eines Pumpengehäuses (12), und eine Kolbendichtung (32), die den Kolben (18) gegen den Abschnitt (16) des Pumpengehäuses (12) abdichtet. Es wird vorgeschlagen, dass sie eine Beaufschlagungseinrichtung (42, 48) aufweist, welche mindestens ein Dichtelement (34) der Kolbendichtung (32) in einer axialen Richtung des Kolbens (18) gesehen mit einem solchen Druck beaufschlagt, dass sich das Dichtelement (34) in einer radialer Richtung so verformt, dass es einerseits gegen den Kolben (18) und andererseits gegen den Abschnitt (16) des Pumpengehäuses (12) gedrückt wird.A piston fluid pump (10), in particular a high-pressure fuel pump, comprises a piston (18), a section (16) of a pump housing (12), and a piston seal (32) which pushes the piston (18) against the section (16). the pump housing (12) seals. It is proposed that it has a loading device (42, 48), which acts on at least one sealing element (34) of the piston seal (32) in an axial direction of the piston (18) with such a pressure that the sealing element (34) deformed in a radial direction so that it is pressed on the one hand against the piston (18) and on the other hand against the portion (16) of the pump housing (12).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft eine Kolben-Fluidpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a piston fluid pump according to the preamble of claim 1.

Brennkraftmaschinen heutiger Kraftfahrzeuge wird der Kraftstoff unter sehr hohem Druck bereitgestellt. Hierzu werden Kolben-Fluidpumpen eingesetzt, deren Kolben von einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine in eine Hin- und Herbewegung versetzt wird. Der Kolben wird meist in einer Kolbenbuchse geführt, die den größten Teil zur Abdichtung des Kolbens gegenüber dem Pumpengehäuse beiträgt. Gleichwohl kommt es über den Spalt zwischen Kolben und Kolbenbuchse zu einer gewissen Leckage und zu Schleppverlusten. Daher ist zusätzlich in einem niederdruckseitigen Bereich eine Kolbendichtung vorhanden. Diese umfasst ein ringförmiges Dichtelement, welches radial einwärts am Kolben und radial auswärts an einem Abschnitt des Pumpengehäuses, meist der Kolbenbuchse, dichtend anliegt. Ein Beispiel ist in der DE 10 2013 226 062 A1 beschrieben. Bekannt ist auch, das ringförmige Dichtelement mittels eines ringförmigen Vorspannelements nach radial einwärts gegen den Kolben vorzuspannen.Internal combustion engines of today's motor vehicles, the fuel is provided under very high pressure. For this purpose, piston-fluid pumps are used, the piston is set by a camshaft of the internal combustion engine in a reciprocating motion. The piston is usually guided in a piston sleeve, which contributes the most part to the sealing of the piston relative to the pump housing. Nevertheless, there is a certain leakage and drag losses via the gap between piston and piston bushing. Therefore, a piston seal is additionally present in a low-pressure side region. This comprises an annular sealing element, which bears radially inwardly on the piston and radially outwardly on a portion of the pump housing, usually the piston sleeve sealingly. An example is in the DE 10 2013 226 062 A1 described. It is also known to bias the annular sealing element radially inwardly against the piston by means of an annular biasing element.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch eine Kolben-Fluidpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen angegeben. Darüber hinaus finden sich für die Erfindung wichtige Merkmale auch in der nachfolgenden Beschreibung und in der Zeichnung, wobei dort offenbarte Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf explizit hingewiesen wird.The object underlying the invention is achieved by a piston-fluid pump having the features of claim 1. Advantageous developments are specified in subclaims. In addition, important features of the invention are also to be found in the following description and in the drawing, where features disclosed therein, both alone and in various combinations, may be important to the invention without explicit reference being made thereto.

Gegenüber herkömmlichen Kolben-Fluidpumpen, bei denen das Dichtelement mittels eines ringförmigen Vorspannelements nach radial einwärts beaufschlagt wird, hat die erfindungsgemäße Kolben-Fluidpumpe zahlreiche Vorteile: so wird beispielsweise der Anpressdruck des Dichtelements gegen den Kolben vergleichmäßigt, wodurch die Leckage verringert wird. Dabei kann das Dichtelement aus einem relativ festen Kunststoff hergestellt werden, da es nicht mehr von einem Vorspannelement nach radial einwärts beaufschlagbar sein muss. Ein relativ fester Kunststoff wiederum führt zu geringeren Reibwerten zwischen dem Dichtelement und dem im Allgemeinen aus Stahl hergestellten Kolben, wodurch die erforderliche Antriebsleistung der Kolben-Fluidpumpe reduziert wird. Hierzu trägt auch bei, dass das Dichtelement eine vergleichsweise geringe axiale Erstreckung aufweisen kann, wodurch sich eine geringere „Reiblänge“ ergibt.Compared with conventional piston-fluid pumps, in which the sealing element is acted upon radially inwardly by means of an annular biasing member, the piston-fluid pump according to the invention has numerous advantages: for example, the contact pressure of the sealing element is made uniform against the piston, whereby the leakage is reduced. In this case, the sealing element can be made of a relatively strong plastic, since it no longer has to be acted upon by a biasing element radially inwardly. In turn, a relatively strong plastic results in lower coefficients of friction between the sealing element and the generally steel-made piston, thereby reducing the required drive power of the piston fluid pump. This also contributes to the fact that the sealing element may have a comparatively small axial extension, resulting in a smaller "friction length".

Bei der erfindungsgemäßen Kolben-Fluidpumpe wird darüber hinaus eine optimale Abdichtfunktion auch nach einer langen Betriebszeit gewährleistet, und dies auch bei unterschiedlichen Betriebstemperaturen, da ein konstanter Abdichtdruck zwischen dem Dichtelement und einerseits dem Kolben und andererseits dem Abschnitt des Pumpengehäuses gewährleistet ist. Bei der erfindungsgemäßen Kolben-Fluidpumpe können darüber hinaus geometrische Abweichungen und ein Verschleiß am Kolben, an der Kolbenbuchse, am Dichtelement und am Pumpengehäuse aufgrund der erfindungsgemäßen Verformung des Dichtelements ausgeglichen werden. Darüber hinaus ist die Kolbendichtung bei der erfindungsgemäßen Kolben-Fluidpumpe einfach montierbar, was neben dem einfachen Aufbau zusätzlich die Kosten reduziert.In the piston-fluid pump according to the invention, moreover, an optimal sealing function is ensured even after a long period of operation, and this also at different operating temperatures, since a constant sealing pressure between the sealing element and on the one hand the piston and the other part of the pump housing is ensured. In the case of the piston-type fluid pump according to the invention, moreover, geometric deviations and wear on the piston, on the piston bush, on the sealing element and on the pump housing can be compensated due to the deformation of the sealing element according to the invention. In addition, the piston seal in the piston-type fluid pump according to the invention is easy to install, which additionally reduces the cost in addition to the simple structure.

Erreicht wird all dies durch ein neuartiges Dichtprinzip. Bei diesem wird nicht mehr von einem weitgehend elastisch vorgespannten Dichtelement ausgegangen, sondern von einem Dichtelement, welches in axialer Richtung einem solch hohen Druck ausgesetzt ist, dass es in radialer Richtung, also zur Seite hin, auszuweichen versucht, wodurch es mit einer radialen Kraft einerseits gegen den Kolben und andererseits gegen den Abschnitt des Pumpengehäuses drückt. Voraussetzung hierfür ist, dass sich das Dichtelement quasi in einem „gekapselten Raum“ befindet, der radial einwärts vom Kolben und radial auswärts vom Abschnitt des Pumpengehäuses begrenzt wird. Selbst dann, wenn das Dichtelement anfangs, also ohne die Beaufschlagung in axialer Richtung, in radialer Richtung noch ein Spiel gegenüber dem Abschnitt des Pumpengehäuses und/oder dem Kolben hat, wird das Dichtelement durch die axiale Kraft so stark verformt, dass es den oben erwähnten „gekapselten Raum“ vollständig ausfüllt und sowohl am Kolben als auch im Abschnitt des Pumpengehäuses dichtend anliegt.All this is achieved by a novel sealing principle. In this is no longer assumed by a largely elastically biased sealing element, but by a sealing element which is exposed in the axial direction of such a high pressure that it tries to avoid in the radial direction, ie to the side, whereby it with a radial force on the one hand against the piston and on the other hand presses against the portion of the pump housing. The prerequisite for this is that the sealing element is quasi in an "encapsulated space" which is bounded radially inwardly from the piston and radially outward from the portion of the pump housing. Even if the sealing element initially, ie without the application in the axial direction, in the radial direction still has a clearance against the portion of the pump housing and / or the piston, the sealing element is so strongly deformed by the axial force that it is the above-mentioned "Encapsulated space" completely fills and seals against both the piston and in the section of the pump housing.

In einer ersten Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass das Dichtelement aus einem PTFE-Compound hergestellt ist. Infrage kommt beispielsweise ein Material, welches neben PTFE sowohl Glas als auch Kohle enthält. Bevorzugt ist beispielsweise eine Zusammensetzung mit 5 Gewichtsprozent Glas und 10 Gewichtsprozent Kohle. Ein solches Material hat einen niedrigen spezifischen Reibungskoeffizienten, der zwischen 0,09 und 0,05 liegt.In a first development, it is proposed that the sealing element is made of a PTFE compound. For example, a material can be considered that contains not only PTFE but also glass and carbon. For example, preferred is a composition containing 5% by weight of glass and 10% by weight of carbon. Such a material has a low specific coefficient of friction which is between 0.09 and 0.05.

Ferner ist möglich, dass die Beaufschlagungseinrichtung das Dichtelement mit einem solchen Druck beaufschlagt, dass zumindest bereichsweise und zumindest zeitweise im Betrieb eine Fließgrenze des Materials des Dichtelements überschritten wird. Es wird erfindungsgemäß also eine plastische Verformung des Dichtelements erzeugt, wodurch eine besonders gute Dichtwirkung erzeugt wird.It is also possible that the loading device acts on the sealing element with such a pressure that at least partially and at least temporarily during operation, a yield point of the material of the sealing element is exceeded. It is according to the invention therefore a produced plastic deformation of the sealing element, whereby a particularly good sealing effect is generated.

Die Beaufschlagungseinrichtung kann eine Vorspanneinrichtung, insbesondere eine Feder, und ein bewegliches Druckelement umfassen. Als Federn kommen insbesondere eine Schraubendruckfeder, Federscheiben, Flachdrahtfedern oder Wellfedern infrage, wobei diese jeweils einzeln oder als Paket eingesetzt werden können. Die Vorspanneinrichtung wird vorzugsweise so ausgeführt, dass die axiale Kraft, mit der das Dichtelement beaufschlagt wird, im Betrieb weitgehend konstant ist. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Vorspanneinrichtung eine vergleichsweise geringe Federsteifigkeit aufweist. Die Kraft der Vorspanneinrichtung wird so gewählt, dass sichergestellt ist, dass das Dichtelement im Betrieb, also dann, wenn ein hoher Kraftstoffdruck auf einer Hochdruckseite der Kolbendichtung anliegt, nicht abhebt, und dass das Dichtelement zuverlässig nach radial einwärts und auswärts auszuweichen versucht, am besten, indem die Fließgrenze des Werkstoffs des Dichtelements überschritten wird. Durch das bewegliche Druckelement und vorzugsweise ein stationäres Gegenstück bzw. eine stationäre Gegenfläche wird auf einfache Art und Weise eine in axialer Richtung veränderliche Ausdehnung des „gekapselten Raumes“ geschaffen.The loading device may comprise a biasing device, in particular a spring, and a movable pressure element. Suitable springs are in particular a helical compression spring, spring washers, flat wire springs or corrugated springs in question, which can each be used individually or as a package. The biasing device is preferably designed so that the axial force with which the sealing element is acted upon, during operation is substantially constant. This can for example be achieved in that the biasing means has a comparatively low spring stiffness. The force of the biasing means is selected so as to ensure that the sealing element does not lift during operation, that is, when a high fuel pressure is applied to a high pressure side of the piston seal, and that the sealing element reliably tries to dodge radially inwardly and outwardly, preferably in that the flow limit of the material of the sealing element is exceeded. By the movable pressure element and preferably a stationary counterpart or a stationary counter surface is provided in a simple manner a variable in the axial direction extension of the "encapsulated space".

Vorteilhaft ist auch, wenn zwischen einerseits dem Druckelement und/oder einem Gegenstück und andererseits dem Kolben und/oder dem Abschnitt des Pumpengehäuses ein Spalt vorhanden ist. Diese radialen Spalte ermöglichen es, dass toleranzbedingte Abweichungen des Durchmessers des Kolbens zum Durchmesser zum Abschnitt des Pumpengehäuses, beispielsweise einer Zylinderbuchse, ausgeglichen werden können. Die Spalte müssen jedoch so gering dimensioniert sein, dass das Material des Dichtelements unter der axialen Beaufschlagung nicht aus dem „gekapselten Raum“ in axialer Richtung herausgedrückt werden kann.It is also advantageous if, on the one hand, there is a gap between the pressure element and / or a counterpart and, on the other hand, the piston and / or the section of the pump housing. These radial gaps allow tolerance-related deviations of the diameter of the piston to the diameter to the portion of the pump housing, such as a cylinder liner, can be compensated. However, the gaps must be dimensioned so small that the material of the sealing element under the axial loading can not be pushed out of the "encapsulated space" in the axial direction.

Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn der Spalt am Druckelement in radialer Richtung gesehen entgegengesetzt zum Spalt am Gegenstück angeordnet ist. Hierdurch wird die Dichtwirkung nochmals verbessert.It is particularly preferred if the gap is arranged on the pressure element in the radial direction opposite to the gap on the counterpart. As a result, the sealing effect is further improved.

Möglich ist auch, dass die Kolben-Fluidpumpe ein axial bewegliches Stützelement aufweist, an dem sich eine Vorspanneinrichtung der Beaufschlagungseinrichtung zum Dichtelement hin abstützt. Ein solches Stützelement kann ebenfalls als Ringelement ausgebildet sein und zusätzlich zu dem oben erwähnten beweglichen Druckelement vorhanden sein, oder auch durch dieses gebildet sein. Durch ein solches Stützelement wird die Abdichtung nochmals verbessert.It is also possible that the piston-fluid pump has an axially movable support element on which a biasing device of the loading device is supported towards the sealing element. Such a support member may also be formed as a ring member and be present in addition to the above-mentioned movable pressure element, or be formed by this. By such a support element, the seal is further improved.

Ebenfalls zur Verbesserung der Abdichtung dient jene Weiterbildung, bei der die Kolbendichtung mehrere Dichtelemente umfasst, zwischen denen vorzugsweise ein Trennelement angeordnet ist. Es wird also eine Art Stapel bestehend aus Dichtungselementen geschaffen.Also to improve the seal is that development in which the piston seal comprises a plurality of sealing elements between which a separating element is preferably arranged. It is thus created a kind of stack consisting of sealing elements.

Das erfindungsgemäße Prinzip kann bei ganz unterschiedlichen Ausführungen von Kolben-Fluidpumpen eingesetzt werden. Beispielsweise kann die Kolbendichtung im Betrieb in axialer Richtung gesehen relativ zum Kolben stationär sein. In diesem Fall bewegt sich also die Kolbendichtung im Betrieb relativ zum Abschnitt des Pumpengehäuses.The principle of the invention can be used in very different embodiments of piston-fluid pumps. For example, the piston seal can be seen in operation in the axial direction relative to the piston stationary. In this case, so the piston seal moves in operation relative to the section of the pump housing.

Alternativ kann die Kolbendichtung in axialer Richtung gesehen relativ zum Abschnitt des Pumpengehäuses stationär sein. Dies entspricht dem üblichen Prinzip bei bisher auf dem Markt befindlichen Kolben-Fluidpumpen, bei dem die Kolbendichtung stationär ist und sich der Kolben relativ zu Kolbendichtung bewegt. Alternatively, viewed in the axial direction, the piston seal may be stationary relative to the portion of the pump housing. This corresponds to the usual principle in previously on the market piston-fluid pumps, in which the piston seal is stationary and the piston moves relative to the piston seal.

Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:Hereinafter, embodiments of the invention will be explained with reference to the drawings. In the drawing show:

1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform einer Kolben-Fluidpumpe; 1 a longitudinal section through a first embodiment of a piston-fluid pump;

2 ein Detail der Kolben-Fluidpumpe von 1; 2 a detail of the piston fluid pump of 1 ;

3–7 verschiedene Ausführungsformen von Vorspanneinrichtungen zum Einsatz bei der Kolben-Fluidpumpe von 1; 3 - 7 various embodiments of biasing means for use in the piston-type fluid pump of 1 ;

8 eine Darstellung ähnlich 1 einer zweiten Ausführungsform; 8th a representation similar 1 a second embodiment;

9 ein Detail der Kolben-Fluidpumpe von 8; 9 a detail of the piston fluid pump of 8th ;

10 eine Darstellung ähnlich 1 einer dritten Ausführungsform; 10 a representation similar 1 a third embodiment;

11 eine Darstellung ähnlich 1 einer vierten Ausführungsform; 11 a representation similar 1 a fourth embodiment;

12 ein Detail der Kolben-Fluidpumpe von 11; 12 a detail of the piston fluid pump of 11 ;

13 eine Darstellung ähnlich 1 einer fünften Ausführungsform; und 13 a representation similar 1 a fifth embodiment; and

14 ein Detail der Kolben-Fluidpumpe von 13. 14 a detail of the piston fluid pump of 13 ,

Eine Kolben-Fluidpumpe – vorliegend eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe für eine Brennkraftmaschine – trägt in 1 insgesamt das Bezugszeichen 10. Sie umfasst ein Pumpengehäuse 12, zu dem ein nur teilweise gezeichneter Gehäuseblock 14 und eine Kolbenbuchse 16 gehören. Insoweit kann die Kolbenbuchse 16 als ein Abschnitt des Pumpengehäuses 12 bezeichnet werden. Die Kolbenbuchse 16 ist mit dem Gehäuseblock 14 verschweißt (Bezugszeichen 17). In der Kolbenbuchse 16 ist ein Kolben 18 beweglich und im Wesentlichen fluiddicht aufgenommen. Ein in 1 oberes Ende des Kolbens 18 begrenzt zusammen mit dem Gehäuseblock 14 einen Förderraum 20. In diesem wird im Betrieb der Kolben-Fluidpumpe 10 Kraftstoff komprimiert und über ein Auslassventil (nicht gezeichnet) beispielsweise einem Kraftstoffrail (nicht gezeichnet) zugeführt. Am in 1 unteren Ende des Kolbens 18 ist an diesem ein Federteller 22 befestigt. Zwischen diesem und dem Gehäuseblock 14 ist eine Kolbenfeder 24 verspannt. A piston fluid pump - in this case, a high-pressure fuel pump for a Internal combustion engine - carries in 1 Overall, the reference number 10 , It includes a pump housing 12 to which a partially drawn housing block 14 and a piston sleeve 16 belong. In that regard, the piston sleeve 16 as a section of the pump housing 12 be designated. The piston sleeve 16 is with the housing block 14 welded (reference numeral 17 ). In the piston sleeve 16 is a piston 18 movably and substantially fluid-tight. An in 1 upper end of the piston 18 limited together with the housing block 14 a pump room 20 , This is in operation of the piston fluid pump 10 Fuel compressed and fed via an exhaust valve (not shown), for example, a fuel rail (not shown). At the in 1 lower end of the piston 18 is a spring plate on this 22 attached. Between this and the housing block 14 is a piston spring 24 braced.

Die Kolbenbuchse 16 ist vorliegend als im Wesentlichen gerade Hülse ausgeführt. Sie steht mit ihrem in 1 unteren Ende über den Gehäuseblock 14 hinaus. Der Kolben 18 ist als Stufenkolben ausgeführt. Er weist einen ersten und in 1 oberen Abschnitt 26 mit einem vergleichsweise großen Durchmesser D1 auf, der als Führungsdurchmesser ausgebildet ist und mit dem der Kolben 18 in der Kolbenbuchse 16 geführt ist. In 1 unterhalb von dem Abschnitt 26 ist ein zweiter axial relativ kurzer Abschnitt 28 mit einem etwas kleineren Durchmesser D2 vorhanden, an den sich ein wiederum etwas längerer dritter Abschnitt 30 mit einem nochmals kleineren Durchmesser D3 anschließt. The piston sleeve 16 is presently designed as a substantially straight sleeve. She stands with her in 1 lower end over the housing block 14 out. The piston 18 is designed as a stepped piston. He has a first and in 1 upper section 26 with a comparatively large diameter D1, which is designed as a guide diameter and with which the piston 18 in the piston sleeve 16 is guided. In 1 below the section 26 is a second axially relatively short section 28 with a slightly smaller diameter D2 present, which is followed by a slightly longer third section 30 followed by an even smaller diameter D3.

Der Bereich zwischen dem Federteller 22 und dem Abschnitt 28 des Kolbens 18 ist vergrößert in 2 gezeichnet. In diesem Bereich ist eine Kolbendichtung 32 angeordnet, deren Komponenten nun im Detail erläutert werden: zu der Kolbendichtung 32 gehört ein ringscheibenförmiges Dichtelement 34, welches vorliegend aus einem PTFE-Compound hergestellt ist. Beispielsweise kann es aus einem PTFE-Material hergestellt sein, welches zusätzlich noch Glas sowie Kohle enthält. Grundsätzlich sind aber auch andere Kunststoffmaterialien denkbar. Zwischen dem Dichtelement 34 und einem zwischen dem Abschnitt 26 und dem Abschnitt 28 des Kolbens 18 gebildeten Absatz 36 ist ein ringscheibenförmiges Gegenstück 38 angeordnet. Dessen Außendurchmesser entspricht in etwa dem Innendurchmesser D1 der Kolbenbuchse 16. Sein Innendurchmesser ist allerdings etwas größer als der Außendurchmesser D3 des Abschnitts 30, so das zwischen dem radial einwärtigen Rand des Gegenstücks 38 und dem Abschnitt 30 des Kolbens 18 ein geringer Spalt 40 vorhanden ist.The area between the spring plate 22 and the section 28 of the piston 18 is enlarged in 2 drawn. In this area is a piston seal 32 whose components are now explained in detail: to the piston seal 32 heard an annular disc-shaped sealing element 34 , which in the present case is made of a PTFE compound. For example, it may be made of a PTFE material which additionally contains glass as well as carbon. In principle, however, other plastic materials are conceivable. Between the sealing element 34 and one between the section 26 and the section 28 of the piston 18 formed paragraph 36 is an annular disc-shaped counterpart 38 arranged. Its outer diameter corresponds approximately to the inner diameter D1 of the piston sleeve 16 , Its inner diameter, however, is slightly larger than the outer diameter D3 of the section 30 , so between the radially inward edge of the counterpart 38 and the section 30 of the piston 18 a small gap 40 is available.

In 2 unterhalb von dem Dichtelement 34 ist ein ebenfalls ringscheibenförmiges Druckelement 42 angeordnet. Dessen Außendurchmesser entspricht wiederum in etwa dem Innendurchmesser der Kolbenbuchse 16. Sein Innendurchmesser ist allerdings wiederum etwas größer als der Außendurchmesser D3 des Abschnitts 30 des Kolbens 18, so das zwischen dem radial einwärtigen Rand des Druckelements 42 und dem Abschnitt 30 ein geringer Spalt 44 vorhanden ist. Sowohl das Gegenstück 38 als auch das Druckelement 42 können beispielsweise aus Edelstahl hergestellt sein, beispielsweise aus einer Legierung vom Typ 1.4310. Grundsätzlich sind aber auch andere Materialien für die Herstellung des Gegenstücks 38 und des Druckelements 42 denkbar.In 2 below the sealing element 34 is a likewise annular disc-shaped pressure element 42 arranged. Its outer diameter again corresponds approximately to the inner diameter of the piston sleeve 16 , However, its inner diameter is again slightly larger than the outer diameter D3 of the section 30 of the piston 18 , so between the radially inward edge of the pressure element 42 and the section 30 a small gap 44 is available. Both the counterpart 38 as well as the pressure element 42 may for example be made of stainless steel, for example of a type 1.4310 alloy. In principle, however, other materials for the production of the counterpart 38 and the printing element 42 conceivable.

In 2 wiederum unterhalb vom Druckelement 42 ist ein ringscheibenfömriges Stützelement 46 vorhanden, an dem sich eine Vorspanneinrichtung in Form einer Schraubenfeder 48 abstützt. Wie wiederum aus 1 ersichtlich ist, stützt sich das entgegengesetzte Ende der Schraubenfeder 48 an einer geschlitzten Hülse 50 ab, die mittels mehrerer punktförmiger Verschweißungen 52 fest mit dem Abschnitt 30 des Kolbens 18 verbunden ist. Die geschlitzte Hülse 50 kann beispielsweise als Stanz-Biegeteil hergestellt sein und ebenfalls aus einem Stahl, beispielsweise der Legierung 1.4310 bestehen. Die geschlitzte Hülse 50 kann im leichten Presssitz auf dem Abschnitt 30 sitzen. Bei der Herstellung wird die axiale Lage der geschlitzten Hülse 50 so gewählt, dass die Schraubenfeder 48 die gewünschte Vorspannung aufweist. Die entsprechende Kraft ist in 2 durch einen Pfeil F1 bezeichnet.In 2 again below the pressure element 42 is a ringscheibenfömriges support element 46 present, in which a biasing device in the form of a coil spring 48 supported. As turn out 1 it can be seen, the opposite end of the coil spring is supported 48 on a slotted sleeve 50 off, by means of multiple punctiform welds 52 stuck with the section 30 of the piston 18 connected is. The slotted sleeve 50 For example, it can be made as a stamped and bent part and also consist of a steel, for example the alloy 1.4310. The slotted sleeve 50 can be in light press fit on the section 30 to sit. During manufacture, the axial position of the slotted sleeve 50 so chosen that the coil spring 48 has the desired bias. The corresponding force is in 2 denoted by an arrow F1.

Man erkennt, dass in axialer Richtung zwischen dem Gegenstück 38 und dem Druckelement 42 und in radialer Richtung zwischen der Kolbenbuchse 16 und dem Abschnitt 30 des Kolbens 18 ein quasi gekapselter Raum 54 geschaffen wird, in dem das Dichtelement 34 aufgenommen ist. Durch die Schraubenfeder 48 wird das axial bewegliche Stützelement 46 gegen das ebenfalls axial bewegliche Druckelement 42 beaufschlagt, welches wiederum in axialer Richtung gegen das Dichtelement 34 drückt. Insoweit bilden die Schraubenfeder 48 und das Druckelement 42 eine Beaufschlagungseinrichtung. Da das Gegenstück 38 jedoch am Absatz 36 anliegt und sich axial nicht bewegen kann sondern insoweit axial stationär ist, wird das Dichtelement 34 durch das Druckelement 42 in einer axialen Richtung des Kolbens 18 gesehen mit einem Druck beaufschlagt. Die durch die Schraubenfeder 48 erzeugte Druckkraft ist dabei so gewählt, dass sich das Dichtelement 34 in einer radialen Richtung so verformt, dass es einerseits gegen den Kolben 18 und andererseits gegen die Innenwand der Kolbenbuchse 16 mit einer radialen Kraft gedrückt wird. Diese Kraft ist in 2 durch einen Doppelpfeil F2 bezeichnet.It can be seen that in the axial direction between the counterpart 38 and the pressure element 42 and in the radial direction between the piston sleeve 16 and the section 30 of the piston 18 a quasi-enclosed space 54 is created, in which the sealing element 34 is included. By the coil spring 48 becomes the axially movable support element 46 against the likewise axially movable pressure element 42 acted upon, which in turn in the axial direction against the sealing element 34 suppressed. In that regard, form the coil spring 48 and the pressure element 42 an admission device. Because the counterpart 38 however on the heel 36 rests and can not move axially but so far axially stationary, the sealing element 34 through the pressure element 42 in an axial direction of the piston 18 seen pressurized. The through the coil spring 48 generated compressive force is chosen so that the sealing element 34 deformed in a radial direction so that it on the one hand against the piston 18 and on the other hand against the inner wall of the piston sleeve 16 is pressed with a radial force. This power is in 2 denoted by a double arrow F2.

In der hier gezeigten Ausführungsform ist die Kraft der Schraubenfeder 48 so gewählt, dass die axiale Kraft F1 so hoch ist, dass die Fließgrenze des Materials, aus dem das Dichtelement 34 hergestellt ist, überschritten wird. Das Dichtelement 34 wird also plastisch verformt und „fließt“ in radialer Richtung, also zur Seite nach außen und nach innen hin weg, so dass es den gekapselten Raum 54 vollständig ausfüllt. Dabei sind die Spalte 40 und 44 so gewählt, dass zwar toleranzbedingte Abweichungen des Durchmessers D3 des Abschnitts 30 des Kolbens 18 zum Durchmesser D1 der Kolbenbuchse 16 ausgeglichen werden können. Sie sind aber auch so klein gewählt, dass das Material des Dichtelements 34 unter der Druckbelastung F1 nicht durch die Spalte 40 und 44 in axialer Richtung aus dem gekapselten Raum 54 austreten kann. Ein Verschleiß am Dichtelement 42 wird automatisch ausgeglichen, indem das Volumen des gekapselten Raums 54 durch eine axiale Bewegung des Druckelements 42 und des Stützelements 46, die durch die Schraubenfeder 48 bewirkt wird, verringert wird.In the embodiment shown here, the force of the coil spring 48 chosen so that the axial force F1 is so high that the yield point the material from which the sealing element 34 is exceeded. The sealing element 34 is thus plastically deformed and "flows" in the radial direction, ie to the side outward and inward away, so that it is the encapsulated space 54 completely filled out. Here are the column 40 and 44 chosen so that although tolerance-related deviations of the diameter D3 of the section 30 of the piston 18 to the diameter D1 of the piston sleeve 16 can be compensated. But they are also chosen so small that the material of the sealing element 34 under the pressure load F1 not through the column 40 and 44 in the axial direction from the enclosed space 54 can escape. A wear on the sealing element 42 is automatically compensated by the volume of the enclosed space 54 by an axial movement of the pressure element 42 and the support element 46 passing through the coil spring 48 is reduced.

In den 3–7 sind verschiedene mögliche Ausführungsformen von Vorspanneinrichtungen 48 gezeigt. Beispielsweise zeigen die 3 und 4 sogenannte Wellfedern, die 5 zeigt eine klassische Schraubenfeder, wie sie bei der Ausführungsform der 1 und 2 eingesetzt wird, und die 6 und 7 zeigen klassische Federscheiben. Es versteht sich, dass sowohl bei der Ausführungsform der 1 und 2 als auch bei den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen derartige ganz unterschiedliche Vorspanneinrichtungen 48 eingesetzt werden können.In the 3 - 7 are various possible embodiments of pretensioners 48 shown. For example, the show 3 and 4 so-called corrugated springs, the 5 shows a classic coil spring, as in the embodiment of 1 and 2 is used, and the 6 and 7 show classic spring washers. It is understood that both in the embodiment of the 1 and 2 as well as in the embodiments described below such very different biasing devices 48 can be used.

Nachfolgend werden weitere Ausführungsformen von Kolben-Fluidpumpen 10 erläutert. Dabei tragen solche Elemente und Bereiche, die äquivalente Funktionen zu Elementen und Bereichen von vorhergehenden Ausführungsformen aufweisen, die gleichen Bezugszeichen. Sie werden im Allgemeinen nicht nochmals im Detail erläutert.Below are further embodiments of piston fluid pumps 10 explained. In doing so, those elements and regions which have equivalent functions to elements and regions of previous embodiments bear the same reference numerals. They are generally not explained in detail again.

Bei der Ausführungsform der 8 und 9 weist die Kolbendichtung 32 mehrere, nämlich vorliegend zwei Dichtelemente 34a und 34b auf. Zwischen den beiden Dichtelementen 34a und 34b ist ein ringscheibenförmiges Trennelement 56 angeordnet, welches beispielsweise identisch zum Druckelement 42 ausgebildet sein kann. Entsprechend gibt es auch zwei gekapselte Räume 54a und 54b. Es versteht sich, das bei nicht gezeigten Ausführungsformen auch einm Stapel aus drei oder noch mehr Dichtelementen eingesetzt werden kann, wobei die Dichtelemente ggf. aus unterschiedlichen Werkstoffen hergestellt sein können.In the embodiment of the 8th and 9 has the piston seal 32 several, namely present two sealing elements 34a and 34b on. Between the two sealing elements 34a and 34b is an annular disk-shaped separating element 56 arranged, which, for example, identical to the printing element 42 can be trained. Accordingly, there are also two enclosed spaces 54a and 54b , It is understood that in embodiments not shown einm stack of three or more sealing elements can be used, wherein the sealing elements may optionally be made of different materials.

Sowohl bei der Ausführungsform der 1 und 2 als auch bei der Ausführungsform der 8 und 9 ist im Gehäuseblock 14 ein Entlastungskanal 58 vorhanden, der von einem Niederdruckbereich 60 zu einer radial verlaufenden Bohrung 62 in der Kolbenbuchse 16 führt, die wiederum in eine auf der Innenseite der Kolbenbuchse 16 vorhandene umlaufende Ringnut 64 mündet. Hierdurch kann Leckagefluid, welches durch den Spalt zwischen dem Kolben 18 und der Kolbenbuchse 16 hindurchtritt, noch vor Erreichen der Kolbendichtung 32 abgeführt werden. Wie aus 10 ersichtlich ist, kann aufgrund der guten Dichtwirkung der vorliegend eingesetzten Kolbendichtung 32 auf eine solche Abführung von Leckagefluid aber auch verzichtet werden.Both in the embodiment of the 1 and 2 as well as in the embodiment of 8th and 9 is in the housing block 14 a discharge channel 58 present, that of a low pressure area 60 to a radially extending bore 62 in the piston sleeve 16 leads, in turn, into one on the inside of the piston sleeve 16 existing circumferential annular groove 64 empties. As a result, leakage fluid passing through the gap between the piston 18 and the piston sleeve 16 passes, even before reaching the piston seal 32 be dissipated. How out 10 can be seen, due to the good sealing effect of the presently used piston seal 32 on such a discharge of leakage fluid but also be dispensed with.

Bei der in den 11 und 12 gezeigten Ausführungsform ist der Innendurchmesser der Kolbenbuchse nicht im Wesentlichen konstant, sondern gestuft mit einem größeren Innendurchmesser in dem in den Figuren unteren Bereich. Die Kolbenfeder 24 stützt sich nicht direkt am Gehäuseblock 14 ab sondern an einem separaten Stütztopf 66. Der eigentliche Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsformen ist jedoch, dass bei diesen die Kolbendichtung 32 in axialer Richtung gesehen im Betrieb relativ zum Kolben 18 stationär war. Bei der Ausführungsform der 11 und 12 dagegen ist die Kolbendichtung 32 in axialer Richtung des Kolbens 18 gesehen relativ zur Kolbenbuchse 16 stationär. Der Kolben 18 bewegt sich also im Betrieb relativ zur Kolbendichtung 32.In the in the 11 and 12 In the embodiment shown, the inner diameter of the piston sleeve is not substantially constant, but stepped with a larger inner diameter in the lower portion in the figures. The piston spring 24 does not support itself directly on the housing block 14 but on a separate support pot 66 , The real difference from the previous embodiments, however, is that in these the piston seal 32 seen in the axial direction in operation relative to the piston 18 was stationary. In the embodiment of the 11 and 12 on the other hand is the piston seal 32 in the axial direction of the piston 18 seen relative to the piston sleeve 16 stationary. The piston 18 thus moves in operation relative to the piston seal 32 ,

Dies wird erreicht, indem an der Innenwand der Kolbenbuchse ein Absatz 36 gebildet ist, an dem ein scheibenringförmiges Zusatz-Gegenstück 68 anliegt. An diesem stützt sich wiederum das Gegenstück 38 ab. Die geschlitzte Hülse 50 ist nicht mit dem in den Figuren unteren Ende des Kolbens 18, sondern mit dem in den 11 und 12 unteren Ende der Kolbenbuchse 16 in 52 verschweißt. Man erkennt aus 12, dass die Spalte 40 und 44 hier nicht zwischen dem Gegenstück 38 bzw. dem Druckelement 42 und dem Kolben 18, sondern zwischen dem Gegenstück 38 bzw. dem Druckelement 42 und der Kolbenbuchse 16 vorhanden sind.This is achieved by a paragraph on the inner wall of the piston sleeve 36 is formed, on which a disc-ring-shaped additional counterpart 68 is applied. This is in turn based on the counterpart 38 from. The slotted sleeve 50 is not with the lower end of the piston in the figures 18 but with the in the 11 and 12 lower end of the piston sleeve 16 in 52 welded. One recognizes 12 that the column 40 and 44 not here between the counterpart 38 or the pressure element 42 and the piston 18 but between the counterpart 38 or the pressure element 42 and the piston sleeve 16 available.

Die Ausführungsform der 13 und 14 entspricht vom grundsätzlichen Aufbau her den derzeit auf dem Markt befindlichen Kraftstoff-Hochdruckpumpen 10 und ähnelt der Ausführungsform der 11 und 12. Hier stützt sich das Zusatz-Gegenstück 68 an einer Anschlaghülse 70 ab, die im montierten aber noch nicht eingebauten Zustand ein Herausfallen des Kolbens 18 verhindert.The embodiment of the 13 and 14 corresponds in its basic structure to the high-pressure fuel pumps currently available on the market 10 and is similar to the embodiment of FIG 11 and 12 , Here is the additional counterpart 68 on a stop sleeve 70 from, in the mounted but not yet installed state falling out of the piston 18 prevented.

Wie oben erwähnt wurde, ist es vorteilhaft, wenn die Vorspannkraft der Vorspanneinrichtung 48 so groß ist, dass die Fließgrenze des Materials des Dichtelements 34 überschritten und das Dichtelement 34 plastisch verformt wird. Grundsätzlich funktioniert die Kolbendichtung 32 aber auch, wenn das Dichtelement 34 in radialer Richtung lediglich elastisch verformt wird. Auch wurde als bevorzugtes Material ein PTFE-Compound erwähnt. Grundsätzlich denkbar sind aber auch andere Materialien, wobei vorwiegend Kunststoff-Materialien in Frage kommen dürften.As mentioned above, it is advantageous if the biasing force of the biasing means 48 so great is that the yield point of the material of the sealing element 34 exceeded and the sealing element 34 is plastically deformed. Basically, the piston seal works 32 but also if the sealing element 34 only elastically deformed in the radial direction. Also was as preferred Material mentions a PTFE compound. In principle, however, other materials are conceivable, whereby predominantly plastic materials are likely to come into question.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen wurde darüber hinaus jeweils ein Stützelement 46 erwähnt, an dem sich die Vorspanneinrichtung 48 abstützt. Grundsätzlich denkbar ist aber auch, dass auf ein solches Stützelement 46 verzichtet wird, und sich die Vorspanneinrichtung 48 unmittelbar am Druckelement 42 abstützt.In addition, in the above-described embodiments, a support member each became 46 mentions where the biasing device 48 supported. In principle, however, it is also conceivable that such a support element 46 is omitted, and the biasing device 48 directly on the pressure element 42 supported.

Ferner wurde als Gegenlager für die Vorspanneinrichtung 48 oben eine geschlitzte Hülse 50 erwähnt. Grundsätzlich denkbar ist aber auch jede andere Further, as an abutment for the pretensioner 48 above a slotted sleeve 50 mentioned. In principle, however, every other is conceivable

Art eines Gegenlagers, beispielsweise ein klassischer Federteller, oder ähnliches. Auch ist es nicht zwingend erforderlich, dass die geschlitzte Hülse 50 (oder ein anderes Gegenlager) mit dem Kolben 18 in 52 verschweißt ist. Beispielsweise kann das Gegenlager auch auf den Kolben 18 aufgeschrumpft oder auf andere Art und Weise befestigt sein.Type of an abutment, such as a classic spring plate, or the like. Also, it is not mandatory that the slotted sleeve 50 (or another abutment) with the piston 18 in 52 is welded. For example, the anvil also on the piston 18 shrunk or otherwise secured.

Schließlich wurde oben im Zusammenhang mit den 11 bis 14 auch ein Zusatz-Gegenstück 68 erwähnt. Auch dieses ist nicht zwingend erforderlich. Stattdessen kann sich das Gegenstück 38 auch direkt an dem Absatz 36 der Kolbenbuchse 16 bzw. an der Anschlaghülse 70 abstützen.Finally, the above was related to the 11 to 14 also an additional counterpart 68 mentioned. Again, this is not mandatory. Instead, the counterpart can be 38 also directly on the heel 36 the piston sleeve 16 or at the stop sleeve 70 support.

Allen oben beschriebenen Ausführungsformen gemeinsam ist, dass das Dichtelement 34 durch die Vorspanneinrichtung 48 und das axial bewegliche Druckelement 42 so stark komprimiert wird, dass es zur Seite hin, also in radialer Richtung ausweicht und so dichtend einerseits an der Kolbenbuchse 16 und andererseits am Kolben 18 in Anlage kommt. Insoweit können die Vorspanneinrichtung 48 und das Druckelement 42 auch als Beaufschlagungseinrichtung bezeichnet werden.Common to all embodiments described above is that the sealing element 34 through the pretensioner 48 and the axially movable pressure element 42 compressed so much that it evades to the side, so in the radial direction and so sealing on the one hand on the piston sleeve 16 and on the other hand on the piston 18 comes into contact. In that regard, the biasing device 48 and the pressure element 42 also be referred to as an admission device.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen waren die Spalte 40 und 44 entweder beide radial innen oder beide radial außen. Denkbar ist aber auch, dass der eine Spalt radial innen und der andere Spalt radial außen ist. Damit wäre der Spalt am Druckelement in radialer Richtung gesehen entgegengesetzt zum Spalt am Gegenstück angeordnet.In the embodiments described above, the gaps were 40 and 44 either both radially inside or both radially outside. It is also conceivable, however, that one gap is radially inward and the other gap is radially outward. Thus, the gap on the pressure element in the radial direction would be arranged opposite to the gap on the counterpart.

Weiterhin ist bei den obigen Ausführungsformen die Kolbenbuchse 16, die einen Abschnitt des Pumpengehäuses 12 bildet, ein vom Gehäuseblock 14, der ebenfalls einen Abschnitt des Pumpengehäuses 12 bildet, separates Teil, welches in den Gehäuseblock 14 beispielsweise eingepresst und/oder mit diesem verschweißt ist. Grundsätzlich möglich wäre aber auch, dass die Kolbenbuchse 16 und der Gehäuseblock 14 einstückig sind.Furthermore, in the above embodiments, the piston sleeve 16 , which is a section of the pump housing 12 one forms of the housing block 14 , which is also a section of the pump housing 12 forms, separate part, which in the housing block 14 for example, pressed and / or welded to it. In principle, however, would also be possible that the piston sleeve 16 and the housing block 14 are integral.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102013226062 A1 [0002]

Claims

Piston fluid pump ( 10 ), in particular high-pressure fuel pump, with a piston ( 18 ), a section ( 16 ) of a pump housing ( 12 ), and a piston seal ( 32 ), the piston ( 18 ) against the section ( 16 ) of the pump housing ( 12 ), characterized in that it comprises a loading device ( 42 . 48 ), which at least one sealing element ( 34 ) of the piston seal ( 32 ) in an axial direction of the piston ( 18 ) acted upon with such a pressure that the sealing element ( 34 ) deformed in a radial direction so that it against the piston ( 18 ) and, on the other hand, against the section ( 16 ) of the pump housing ( 12 ) is pressed.

Piston fluid pump ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the sealing element ( 34 ) is made of a PTFE compound.

Piston fluid pump ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the loading device ( 42 . 48 ) the sealing element ( 34 ) is subjected to such a pressure that, at least in regions and at least temporarily during operation, a yield point of the material of the sealing element ( 34 ) is exceeded.

Piston fluid pump ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the loading device ( 42 . 48 ) a biasing device ( 48 ), in particular a spring, and a movable pressure element ( 42 ) and preferably a stationary counterpart ( 38 ).

Piston fluid pump ( 10 ) according to claim 4, characterized in that between on the one hand the pressure element ( 42 ) and / or the counterpart ( 38 ) and on the other hand the piston ( 18 ) and / or the section ( 16 ) of the pump housing ( 12 ) A gap ( 40 . 44 ) is available.

Piston fluid pump according to claim 5, characterized in that the gap is arranged on the pressure element in the radial direction opposite to the gap on the counterpart.

Piston fluid pump ( 10 ) according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises an axially movable supporting element ( 46 ), on which a pretensioning device ( 48 ) of the imposition facility ( 42 . 48 ) to the sealing element ( 34 ) is supported.

Piston fluid pump ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the piston seal ( 34 ) a plurality of sealing elements ( 34a . 34b ) between which preferably a separating element ( 56 ) is arranged.

Piston fluid pump ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the piston seal ( 34 ) in operation in the axial direction relative to the piston ( 18 ) is stationary.

Piston fluid pump ( 10 ) according to one of claims 1 to 8, characterized in that the piston seal ( 34 ) seen in the axial direction relative to the section ( 16 ) of the pump housing ( 12 ) is stationary.