DE102017212498A1

DE102017212498A1 - Kolbenpumpe, insbesondere Kraftstoff-Hochdruckpumpe für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102017212498A1
Application number: DE102017212498.9A
Authority: DE
Inventors: Siamend Flo; Oliver Albrecht; Frank Nitsche; Olaf Schoenrock; Jurij Giesler; Andreas Plisch; Dietmar Uhlenbrock; Ekrem Cakir
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-07-20
Filing date: 2017-07-20
Publication date: 2019-01-24
Also published as: US20200191129A1; ES2961951T3; JP2022009152A; JP2020527209A; KR20200033255A; WO2019015862A1; CN110945239B; JP6963090B2; KR102537643B1; CN114738220B; JP7263476B2; CN114738220A; EP3655650A1; CN110945239A; US11261853B2; EP3655650B1

Abstract

Eine Kolbenpumpe (16), insbesondere Kraftstoff-Hochdruckpumpe für eine Brennkraftmaschine, umfasst ein Pumpengehäuse (26), einen Pumpenkolben (28) und einen zumindest vom Pumpengehäuse (26) und dem Pumpenkolben (28) begrenzten Förderraum (38). Es wird vorgeschlagen, dass vorzugsweise zwischen dem Pumpenkolben (28) und dem Pumpengehäuse (26) eine Dichtung (44) zur Abdichtung des Förderraums (38) und ein separates Führungselement (46) zur Führung des Pumpenkolbens (28) angeordnet sind, wobei die Dichtung (44) als Kunststoffring mit einem im Wesentlichen hülsenförmigen Basisabschnitt (45) ausgebildet ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe, insbesondere eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe für eine Brennkraftmaschine, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus dem Stand der Technik sind Kolbenpumpen bekannt, die bspw. bei Brennkraftmaschinen mit Benzindirekteinspritzung zum Einsatz kommen. Derartige Kolbenpumpen verfügen über eine Spaltdichtung zwischen Pumpenzylinder und Pumpenkolben. Pumpenzylinder und Pumpenkolben sind typischerweise aus Edelstahl hergestellt. Eine solche Spaltdichtung erfordert hohe Genauigkeiten bei Fertigung und Montage von Pumpenzylinder und Pumpenkolben, wodurch hohe Kosten entstehen. Der stets vorhandene Spalt, dessen Größe sich bspw. auf Grund von Wärmeausdehnungskoeffizienten verwendeter Materialien nicht beliebig reduzieren lässt, führt insbesondere bei niedrigen Drehzahlen zu einem suboptimalen Liefergrad.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung hat die Aufgabe, eine Kolbenpumpe zu schaffen, die auch bei geringen Drehzahlen einen hinreichenden Liefergrad aufweist, eine geringe Baugröße aufweist und preiswert herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Kolbenpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Für die Erfindung wesentliche Merkmale finden sich darüber hinaus in der nachfolgenden Beschreibung und in den Zeichnungen.
Die erfindungsgemäße Kolbenpumpe hat ein Pumpengehäuse, einen Pumpenkolben und einen zumindest auch vom Pumpengehäuse und dem Pumpenkolben begrenzten Förderraum. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass vorzugsweise zwischen dem Pumpenkolben und dem Pumpengehäuse eine Dichtung zur Abdichtung des Förderraums und ein separates Führungselement zur Führung des Pumpenkolbens angeordnet sind, wobei die Dichtung als relativ zum Pumpengehäuse wenigstens im Wesentlichen stationärer Kunststoffring mit einem im Wesentlichen hülsenförmigen Basisabschnitt, der beispielsweise eine zylindrische Außenfläche hat, ausgebildet ist und zum Führungselement axial (in Axialrichtung des Pumpenkolbens), insbesondere mittelbar oder unmittelbar, benachbart ist.
Eine solche Kolbenpumpe kann vergleichsweise einfach hergestellt werden, wodurch sich die Bauteilkosten reduzieren. Dies hängt damit zusammen, dass die Spaltabdichtung und deren aufwendig zu fertigender Pumpenzylinder durch eine Dichtungsbaugruppe mit einer Dichtung und mindestens einer Führung ersetzt wird. Durch die Ausgestaltung der Dichtung als Kunststoffring wird eine vorteilhafte Abdichtung des Förderraums erreicht, so dass der Liefergrad insbesondere bei geringen Drehzahlen verbessert ist. Durch die neue Dichtungsbaugruppe kann eine vergleichsweise geringe Gesamtbaugröße der Kolbenpumpe erreicht werden. Die Führungs- und Dichtungsfunktion werden nunmehr durch getrennte Bauteile realisiert, nämlich durch das Führungselement und die Dichtung (Kunststoffring).
Der Pumpenkolben kann in einer Ausnehmung im Gehäuse aufgenommen sein und darin hin- und herlaufen. Die Innenwand der Ausnehmung (Umfangswand) kann zumindest einen Abschnitt einer Lauffläche für den Pumpenkolben bilden. Die Ausnehmung kann als Bohrung, insbesondere als gestufte Bohrung, ausgebildet sein.
Im Konkreten kann das (erste) Führungselement ringförmig ausgebildet sein (Führungsring). Das Führungselement kann an der dem Förderraum zugewandten Seite der Dichtung angeordnet sein. Optional kann das Führungselement zum Pumpenkolben hin einen radialen Spalt aufweisen (Führungsspalt), der derart klein ist, dass das Führungselement als Kavitationsschutz für die Dichtung dient. Der Führungsspalt ist ausreichend klein, so dass keine Dampfblasen bis zur Dichtung gelangen können. Die Gefahr von Beschädigungen an der Dichtung ist somit reduziert.
Die Dichtung kann aus einem PEEK (Polyetheretherketon), PEAK, Polyamidimid (PAI; z.B. einem unter der Bezeichnung Torlon erhältlichen PAI) oder vergleichbaren Materialien hergestellt sein. Die Materialien können zusätzlich durch Füllstoffe verstärkt und/oder optimiert sein. Bei der Dichtung handelt es sich insbesondere um eine Hochdruckdichtung, die einen Hochdruckbereich (Förderraum) gegenüber einem Niederdruckbereich (Bereich an der vom Förderraum abgewandten Seite der Dichtung) abdichtet.
Die Dichtung weist einen radial äußeren Ringrand (äußere Mantelfläche), einen radial inneren Ringrand, eine erste Stirnseite und eine zweite Stirnseite auf. Die Dichtung kann in axialer Richtung des Pumpenkolbens eine größere Länge aufweisen als jeweils das Führungselement und/oder der Befestigungsring. Hiermit lässt sich Bauraum für unterschiedliche Ausgestaltungen der Dichtung gewinnen, wobei die axiale Länge gering gehalten werden kann.
Die Dichtung kann auf einer Nutringdichtung basieren, jedoch im Design optimiert sein und verschiedene Querschnitte aufweisen. Die Wandstärke der Dichtung (Wandstärke in radialer Richtung) wird abhängig vom Systemdruck ausgelegt. Die Wandstärke kann 0,1mm - 3,0mm (Millimeter) betragen. Die Dichtung kann zum Pumpenkolben ein Übermaß (Pressung), ein Untermaß (Spiel) oder eine Übergangspassung aufweisen. Für geringe Reibung und geringen Verschleiß ist eine Ausgestaltung der Dichtung mit radialem Spiel zum Pumpenkolben hin von Vorteil, insbesondere mit einem Spiel von 0,001 mm - 0,1 mm.
Im einfachsten Fall kann die Dichtung, wie oben bereits erwähnt, hülsenförmig ausgebildet sein. Die Dichtung weist dann einen I-förmigen Querschnitt, insbesondere mit im Querschnitt rechteckigen Profil, auf. Der I-förmige Querschnitt kann einen Basisabschnitt der Dichtung bilden. Alternativ zu einem I-förmigen Querschnitt kann die Dichtung einen L-förmigen oder einen U-förmigen Querschnitt aufweisen.
Im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung kann ein weiteres Führungselement vorgesehen sein, welches in einem Dichtungsträger der Kolbenpumpe angeordnet ist. Hiermit ist ein vergleichsweise großer Lagerabstand zum (ersten) Führungselement realisiert. Die Führung des Pumpenkolbens ist somit optimiert. Das weitere Führungselement kann ringförmig ausgebildet sein (Führungsring).
In vorteilhafter Weise kann zwischen dem Pumpengehäuse und dem Pumpenkolben ein Befestigungsring für die Dichtung angeordnet sein. Der Befestigungsring ist insbesondere an der vom Förderraum abgewandten Seite der Dichtung angeordnet. Der Befestigungsring bildet einen Sitz für die Dichtung. Hiermit ist die Dichtung gegen axiale Verschiebung gesichert, insbesondere vom Förderraum weg. Der Befestigungsring kann an der den Pumpenkolben aufnehmenden Ausnehmung befestigt sein, bspw. eingeschraubt, verklebt oder eingepresst sein. Insbesondere können der Befestigungsring und die Dichtung derart ausgebildet sein, dass sich bei Anlage der Dichtung an dem Befestigungsring eine statische Dichtstelle ausbildet. Um ein Positionieren in radialer Richtung zwischen Kolben und Dichtung zu ermöglichen, kann die Dichtung ein axiales Spiel haben, bspw. von 0,01mm - 1 mm. („schwimmende Dichtung“).Die Dichtung, das Führungselement, das weitere Führungselement und der Befestigungsring bilden eine Dichtungsbaugruppe.
Vorzugsweise kann zwischen dem Pumpenkolben und dem Pumpengehäuse ein Federelement angeordnet sein, welches die Dichtung gegen den Befestigungsring drückt. Das Federelement kann (in Axialrichtung des Pumpenkolbens) zwischen dem Führungselement und der Dichtung angeordnet sein. Das Federelement kann einends axial, bspw. am Führungselement, anliegen und andernends die Dichtung gegen den Befestigungsring drücken. Das Federelement kann als Druckfeder, insbesondere als Federscheibe oder Schraubenfeder, ausgebildet sein. Das Federelement kann den Pumpenkolben zumindest teilweise umgeben. Durch das Federelement wirkt eine axiale Kraft auf die Dichtung, wobei diese Kraft auf die dem Förderraum zugewandte axiale Stirnfläche der Dichtung drückt. Die axiale Kraft bewirkt, dass die Dichtung auf dem Befestigungsring aufliegt, so dass eine initiale Dichtheit an der statischen Dichtstelle gewährleistet ist. Dadurch kann in Verbindung mit der Drosselung an der dynamischen Dichtstelle zwischen Dichtung und Kolben in der Förderphase ein Initialdruck im Förderraum aufgebaut werden, welcher die Druckaktivierung der Dichtung begünstigt.
Im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung kann die Dichtung an einem (ersten) axialen Ende einen nach radial außen abragenden, insbesondere umlaufenden, Steg aufweisen. Mit anderen Worten steht der Steg an der äußeren Mantelfläche der Dichtung (Basisabschnitt) radial hervor. Die Dichtung weist damit einen L-förmigen Querschnitt auf. Durch den Steg ist die Steifigkeit der Dichtung erhöht. Zudem kann die Dichtung in radialer Richtung im Pumpengehäuse zentriert werden. Dadurch kann die Dichtung in einer festen Position im Pumpengehäuse verbaut werden. Das axiale Ende mit Steg kann dem Förderraum zugewandt sein oder vom Förderraum abgewandt sein. Der Steg kann als ringförmiger Absatz ausgebildet sein. Die Länge des Stegs ist auf den Anwendungsfall und den herrschenden Systemdruck anzupassen. Der Steg kann bspw. eine Länge von 0,2mm - 2 mm aufweisen.
In vorteilhafter Weise kann die Dichtung an einem zweiten axialen Ende einen weiteren nach radial außen abragenden Steg aufweisen (weiterer Steg ragt vom Basisabschnitt ab). Die Dichtung weist damit einen C- oder U-förmigen Querschnitt auf. Durch den weiteren Steg wird die Steifigkeit der Dichtung nochmals erhöht. Die Zentrierung der Dichtung in radialer Richtung im Pumpengehäuse wird abermals verbessert. Die Anordnung der Dichtung in einer festen Position im Pumpengehäuse ist begünstigt. Der weitere Steg kann als ringförmiger Absatz ausgebildet sein. Der weitere Steg kann bspw. eine Länge von 0,2mm - 2 mm aufweisen.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung können der Steg und/oder der weitere Steg an ihrem radial äußeren Rand zur Umfangswand der den Pumpenkolben aufnehmenden Ausnehmung ein radiales Spiel aufweisen, bspw. von 0,001 - 1 mm. Mit anderen Worten weisen die Stege einen Außendurchmesser auf, der geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser der den Pumpenkolben aufnehmenden Ausnehmung (Bohrung) an der Stelle, an der die Dichtung sitzt. Dieses Spiel bewirkt, dass sich die radiale Position der Dichtung genau auf die Position des Pumpenkolben einstellen kann. Somit kann sich ein gleichmäßiger und symmetrischer Spalt zum Pumpenkolben ergeben.
In jeder Ansaugphase des Pumpenkolbens (Pumpenkolben bewegt sich vom Förderraum weg) besteht die Möglichkeit einer Neuausrichtung der Dichtung. In der Förderphase (Pumpenkolben bewegt sich zum Förderraum, verdichtet und fördert Kraftstoff) baut sich an der dem Förderraum zugewandten Seite der Dichtung ein Förderdruck auf. Dieser Druck wirkt auf die (erste) Stirnseite der Dichtung und bewirkt, dass die Dichtung in axialer Richtung eine Kraft erfährt, welche die Dichtung auf den Befestigungsring drückt.
Während der Förderphase kann sich die Dichtung aufgrund der auf sie wirkenden Axialkraft nicht oder nur unwesentlich in radialer Richtung bewegen. Zwischen den Kontaktflächen der Dichtung (zweite Stirnfläche) und des Befestigungsrings kann eine statische Dichtstelle entstehen. Hierdurch wird verhindert, dass Kraftstoff aus dem Förderraum austritt und den Liefergrad verringert. Die Kontaktflächen von Dichtung und Befestigungsring können quer, insbesondere orthogonal (Winkel von 90±2°), zur Axialrichtung des Pumpenkolbens orientiert sein.
In zweckmäßiger Weise kann die Dichtung an dem (ersten) axialen Ende, an dem der Steg angeordnet ist, stirnseitig einen umlaufenden Bund aufweisen. Durch den Bund wird sichergestellt, dass die vom Förderraum auf die Dichtung wirkende Axialkraft mit einem optimalen Kraftverlauf durch die Dichtung verläuft und genau in die statische Dichtstelle (Kontaktfläche zwischen der Dichtung und dem Befestigungsring) eingeleitet wird. Somit wird eine erhöhte Flächenpressung und eine noch bessere statische Dichtwirkung erzielt. Der Bund ragt in axialer Richtung von der Dichtung ab. Der Bund ist stirnseitig insbesondere am radial innenliegenden Ringrand der Dichtung angeordnet.
In vorteilhafter Weise können das (erste) Führungselement und der Befestigungsring zu einem Bauteil vereinigt - also insbesondere einstückig - ausgebildet sein. Das vereinigte Bauteil übernimmt dann die Funktion der Führung und der Befestigung. Die Anzahl der zu fertigenden und zu montierenden Elemente kann dadurch reduziert werden. Dies begünstigt eine kostengünstige Ausführung der Kolbenpumpe. Das Bauteil und die Dichtung können einander axial überlappen. So kann ein Abschnitt des Bauteils radial zwischen dem Pumpenkolben und dem Pumpengehäuse angeordnet sein.
Im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung kann zwischen der radial äußeren Mantelfläche der Dichtung und dem Pumpengehäuse (Umfangswand der Ausnehmung für den Pumpenkolben) ein O-Ring angeordnet sein. Der O-Ring hat radial dichtende Wirkung. Durch den O-Ring wird die statische Dichtstelle ergänzt und die Dichtungswirkung verbessert.
Zudem kann zwischen der radial äußeren Mantelfläche der Dichtung und dem Pumpengehäuse (Umfangswand der Ausnehmung für den Pumpenkolben) ein Stützring für den O-Ring angeordnet sein. Dadurch wird der O-Ring geschützt, da eine Beschädigung, bspw. ein Extrudieren des O-Rings, verhindert werden kann. Der Stützring ist insbesondere an der vom Förderraum abgewandten Seite des O-Rings angeordnet und kann ein im Querschnitt dreieckiges Profil aufweisen. Die Hypothenuse des dreieckigen Profils kann dem O-Ring zugewandt sein.
Bei der Dichtung handelt es sich insbesondere um eine druckaktivierte Dichtung. Dies bedeutet, dass ein geringer Spalt zwischen der Dichtung und dem Pumpenkolben ausreichend ist, um einen initialen Druck im Förderraum und somit auch am radial äußeren Ringrand (Rückseite der Dichtung) aufzubauen. Durch den rückseitigen Druck auf die Dichtung verformt sich diese und verringert dadurch am innenliegenden Ringrand den Spalt zum Pumpenkolben. Durch den kleiner gewordenen Dichtspalt kann im Förderraum und somit auch auf der Rückseite der Dichtung ein größerer Druck aufgebaut werden, so dass sich die Dichtung durch den größeren Druck stärker verformt und den Spalt zum Pumpenkolben weiter verringert. Dies ist ein selbstverstärkender Effekt, der sich bis zum Erreichen des Systemdrucks fortsetzt.
Die Verformung kann bspw. beim Vorhandensein zweier Stege zwischen den beiden Stegen stattfinden. Dadurch erfolgt die Dichtwirkung an einer definierten Stelle. Die Dichtungsgeometrie kann so ausgelegt werden, dass sich bei Erreichen des Systemdrucks entweder ein sehr geringer Spalt einstellt, bspw. von 0,001 mm - 0,01 mm, oder sich die Dichtung an den Pumpenkolben anlegt und die sich Dichtflächen (der Dichtung und des Pumpenkolbens) berühren. Ob bei Systemdruck noch ein Spalt vorhanden ist oder die Dichtung direkten Kontakt mit dem Kolben hat, hängt von den konkreten Anforderungen ab (Liefergrad, Verschleiß über Lebensdauer, etc.). Durch die Druckaktivierung können sehr hohe Systemdrücke gefahren werden, da je höher der Systemdruck ist, sich die Dichtung immer stärker verformt und somit der Dichtspalt immer geringer wird.
Prinzipbedingt ist die Dichtung verschleißarm, da ein tribologischer Kontakt nur in der Förderphase (während der Druckaktivierung der Dichtung) entsteht. Dies entspricht genau der Hälfte der Laufzeit der Kolbenpumpe. In der Saugphase (während der keine Druckaktivierung stattfindet) wird die Dichtung durch Kraftstoff gespült. So wird stets neuer Kraftstoff in den Dichtspalt eingebracht, welcher als Schmiermittel wirkt. Durch die Druckaktivierung der Dichtung ist es möglich, Verschleiß zu kompensieren. Bei Verschleiß der Dichtfläche der Dichtung verformt sich die Dichtung durch die Druckaktivierung regelmäßig auf den in der Grundauslegung ausgelegten Spalt oder legt sich an den Pumpenkolben an.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert, wobei gleiche oder funktional gleiche Elemente ggf. lediglich einmal mit Bezugszeichen versehen sind. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Kraftstoffsystems mit einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe in Form einer Kolbenpumpe;
2 einen teilweisen Längsschnitt durch die Kolbenpumpe von 1;
3 eine vergrößerte Ansicht eines Pumpenkolbens, einer Dichtung, eines Führungselements und eines Befestigungsrings der Kolbenpumpe aus 1;
4 die Dichtung aus 3 in einer vergrößerten Schnittansicht;
5 einen teilweisen Längsschnitt durch eine alternative Ausgestaltung der Kolbenpumpe aus 1;
6 einen teilweisen Längsschnitt durch eine alternative Ausgestaltung der Kolbenpumpe aus 1 mit Dichtung in einer 1. Orientierung;
7 die Kolbenpumpe aus 6 mit Dichtung in einer 2. Orientierung;
8 die Kolbenpumpe aus 6 mit einem Federelement;
9 die Dichtung aus 3 in einer vergrößerten Schnittansicht mit O-Ring und Stützring;
10 die Dichtung aus 6 in einer vergrößerten Schnittansicht mit O-Ring und Stützring; und
11 eine alternative Ausgestaltung einer Dichtung für die Kolbenpumpe aus 2.

Ein Kraftstoffsystem einer Brennkraftmaschine trägt in 1 insgesamt das Bezugszeichen 10. Es umfasst einen Kraftstoffbehälter 12, aus dem eine elektrische Vorförderpumpe 14 den Kraftstoff zu einer als Kolbenpumpe 16 ausgebildeten Kraftstoff-Hochdruckpumpe fördert. Diese fördert den Kraftstoff weiter zu einem Kraftstoff-Hochdruckrail 18, an welches mehrere Kraftstoffinjektoren 20 angeschlossen sind, die den Kraftstoff in nicht dargestellte Brennräume der Brennkraftmaschine einspritzen.
Die Kolbenpumpe 16 umfasst ein Einlassventil 22, ein Auslassventil 24, und ein Pumpengehäuse 26. In diesem ist ein Pumpenkolben 28 hin- und her bewegbar aufgenommen. Der Pumpenkolben 28 wird durch einen Antrieb 30 in Bewegung versetzt, wobei der Antrieb 30 in der 1 nur schematisch dargestellt ist. Es kann sich beim Antrieb 30 beispielsweise um eine Nockenwelle oder eine Exzenterwelle handeln. Das Einlassventil 22 ist als Mengensteuerventil ausgebildet, durch welches die von der Kolbenpumpe 16 geförderte Kraftstoffmenge eingestellt werden kann.
Der Aufbau der Kolbenpumpe 16 ergibt sich näher aus 2, wobei nachfolgend nur die wesentlichen Komponenten erwähnt werden. Der Pumpenkolben 28 ist als Stufenkolben ausgebildet mit einem in 2 unteren Stößelabschnitt 32, einem sich an diesen anschließenden Führungsabschnitt 34 und einem nicht näher dargestellten oberen Endabschnitt. Der Führungsabschnitt 34 hat einen größeren Durchmesser als der Stößelabschnitt 32 und der Endabschnitt.
Der Endabschnitt sowie der Führungsabschnitt 34 des Pumpenkolbens 28 begrenzen zusammen mit dem Pumpengehäuse 26 einen nicht näher dargestellten Förderraum 38. Das Pumpengehäuse 26 kann als ein insgesamt rotationssymmetrisches Teil ausgebildet sein. Der Pumpenkolben 28 ist im Pumpengehäuse 26 in einer dort vorhandenen Ausnehmung 40 aufgenommen, die als gestufte Bohrung 42 ausgebildet ist. Die Bohrung 42 weist mehrere Stufen auf (drei Stufen 42', 42", 42"'; siehe 2 und 3).
Zwischen dem Führungsabschnitt 34 des Pumpenkolbens 28 und einer inneren Umfangswand der Bohrung 42 (Stufe 42") ist eine Dichtung 44 angeordnet. Sie dichtet unmittelbar zwischen dem Pumpenkolben 28 und dem Pumpengehäuse 26, und dichtet somit den sich oberhalb der Dichtung 44 befindlichen Förderraum (Hochdruckbereich) gegenüber dem in 2 unterhalb der Dichtung 44 angeordneten Bereich (Niederdruckbereich) ab, in dem sich u.a. der Stößelabschnitt 32 des Pumpenkolben 28 befindet. Die Dichtung 44 ist als Kunststoffring ausgebildet. Die Dichtung 44 weist einen im Wesentlichen hülsenförmigen Basisabschnitt 45 auf, der eine zylindrische Außenfläche hat.
Zwischen dem Führungsabschnitt 34 des Pumpenkolbens 28 und der inneren Umfangswand der Bohrung 42 (Stufe 42') ist ein von der Dichtung 44 separates Führungselement 46 angeordnet. Das Führungselement 46 kann zur Dichtung 44 axial benachbart sein und ist in 2 oberhalb der Dichtung 44 angeordnet (dem Förderraum zugewandt). Das Führungselement 46 ist ringförmig ausgebildet (Führungsring) und kann an der Stufe 42' befestigt sein. Die Kolbenpumpe 16 weist ein weiteres Führungselement 48 auf, welches in einem Dichtungsträger 50 der Kolbenpumpe 16 angeordnet ist (siehe 2). Das Führungselement 46 und das weitere Führungselement 48 dienen zur Führung des Pumpenkolbens 28. Das weitere Führungselement 48 ist ringförmig ausgebildet (Führungsring) und kann am Dichtungsträger 50 befestigt sein.
Die Kolbenpumpe 16 weist zwischen dem Führungsabschnitt 34 des Pumpenkolbens 28 und der inneren Umfangswand der Bohrung 42 (Stufe 42"') einen Befestigungsring 52 für die Dichtung 44 auf. Die Dichtung 44 liegt auf dem Befestigungsring 52 auf. Durch die aufliegenden Kontaktflächen von Dichtung 44 und Befestigungsring 52 wird eine statische Dichtstelle 53 ausgebildet (siehe 3). Die Dichtung 44, das Führungselement 46, das weitere Führungselement 48 und der Befestigungsring 52 bilden eine Dichtungsbaugruppe.
Die Dichtung 44 weist an ihrem ersten axialen Ende 54 einen radial nach außen abragenden Steg 56 auf (siehe 4), der vom Basisabschnitt 45 abragt. Der Steg 56 ist als ringförmiger Absatz ausgebildet, der über die äußere Mantelfläche 58 der Dichtung 44 radial hervorsteht. Der Steg 56 umläuft die Dichtung 44 (Mantelfläche 58) vollständig.
Die Dichtung 44 weist an ihrem zweiten axialen Ende 60 einen weiteren nach radial außen abragenden Steg 62 auf, der vom Basisabschnitt 45 abragt. Auch der weitere Steg 62 ist als ringförmiger Absatz ausgebildet, der über die äußere Mantelfläche 58 der Dichtung 44 radial hervorsteht. Der weitere Steg 62 umläuft die Dichtung 44 (Mantelfläche 58) vollständig. Die Dichtung 44 weist einen U-förmigen Querschnitt auf.
Der Steg 56 und der weitere Steg 62 weisen an ihrem radial äußeren Rand zur Umfangswand der den Pumpenkolben 28 aufnehmenden Ausnehmung 40 (Stufe 42") ein radiales Spiel 64 auf (siehe 3). Dadurch kann sich die Dichtung 44 in radialer Richtung zum Pumpenkolben 28 ausrichten. Zudem gelangt über diesen Spalt (Spiel 64) der im Förderraum herrschende Druck 65 auch zur äußeren Mantelfläche 58, so dass die Dichtungswandung 66 aufgrund der dort wirkenden Kraft (Pfeil 68) nach radial innen eine Verformung 69 erfährt (siehe 4). Somit bildet sich zwischen dem Pumpenkolben 28, insbesondere zwischen dem Führungsabschnitt 34, und der Dichtung 44 (radial innenliegender Ringrand 70) eine dynamische Dichtstelle aus.
Der im Förderraum herrschende Druck sorgt auch dafür, dass eine Kraft F (Pfeil 72) an der ersten Stirnseite 74 der Dichtung 44 wirkt (siehe 4 rechts). Optional weist die Dichtung 44 an dem ersten axialen Ende 54, an dem der Steg 56 angeordnet ist, stirnseitig einen umlaufenden Bund 76 auf. Damit ist sichergestellt, dass die Kraft F (Axialkraft; Pfeil 72) optimal durch die Dichtung 44 verläuft und exakt in die statische Dichtstelle 53 eingeleitet wird. Der umlaufende Bund 76 ist am radial innenliegenden Ringrand 70 der Dichtung 44 an der zweiten Stirnseite 78 ausgebildet.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung können das erste Führungselement 46 und der Befestigungsring 52 zu einem Bauteil 80 vereinigt ausgebildet sein (siehe 5). Das Bauteil 80 übernimmt die Führungs- und Befestigungsfunktion. Das Bauteil 80 und die Dichtung 44 überlappen einander axial (Axialrichtung des Pumpenkolbens 28). So ist ein überlappender Abschnitt 82 des vereinigten Bauteils 80 radial zwischen dem Pumpenkolben 28 (Führungsabschnitt 34) und dem Pumpengehäuse 26 (Umfangswandung der Bohrung 42) angeordnet. Die Führung kann an einem in 5 unteren Abschnitt 84 erfolgen. Die Befestigung des Bauteils 80 in der Bohrung 42 kann im unteren Abschnitt 84 oder im überlappenden Abschnitt 82 erfolgen, bspw. mittels eines nach radial außen abragenden Vorsprungs 86.
6 zeigt eine alternative Ausgestaltung der Kolbenpumpe 16 aus 3, wobei die Dichtung 44 lediglich den vom Basisabschnitt 45 ausgehenden ersten Steg 56 und den umlaufenden Bund 76 aufweist. Der weitere Steg 62 ist entfallen. Die Dichtung 44 weist somit einen L-förmigen Querschnitt auf. Der Steg 56 ist dem Befestigungsring 52 zugewandt. Dies bewirkt bei Druckbeaufschlagung der Dichtung 44 (Förderphase) durch die Kraft F (Pfeil 68) eine Verformung 88 der Dichtung 44 im in 6 oberen Bereich 90.
7 zeigt eine weitere alternative Ausgestaltung der Kolbenpumpe 16 aus 3, die der Ausgestaltung der Kolbenpumpe 16 aus 6 entspricht, wobei die Dichtung 44 dahingehend orientiert ist, dass der Steg 56 dem (ersten) Führungselement 46 zugewandt ist. Dies bewirkt bei Druckbeaufschlagung der Dichtung 44 (Förderphase) durch die Kraft F (Pfeil 68) eine Verformung 88 der Dichtung 44 im in 7 unteren Bereich 92 (dem Befestigungsring 52 zugewandt).
8 zeigt eine weitere alternative Ausgestaltung der Kolbenpumpe 16 aus 3, die weitgehend der Ausgestaltung der Kolbenpumpe 16 aus 6 entspricht und zusätzlich über ein Federelement 47 verfügt. So kann zwischen dem Pumpenkolben 28 und dem Pumpengehäuse 26 ein Federelement 47 angeordnet sein, welches die Dichtung 44 gegen den Befestigungsring 52 drückt. Das Federelement 47 kann in Axialrichtung des Pumpenkolbens 28 zwischen dem Führungselement 46 und der Dichtung 44 angeordnet sein. Das Federelement 47 kann als Druckfeder in Form einer Federscheibe oder Schraubenfeder ausgebildet sein kann. Das Federelement 47 liegt einends axial an, insbesondere am Führungselement 46, und drückt andernends die Dichtung 44 gegen den Befestigungsring 52.
Zwischen der radial äußeren Mantelfläche 58 der Dichtung 44 und dem Pumpengehäuse 26 kann ein O-Ring 94 angeordnet sein (siehe 9 und10). Dieser dient zur Verstärkung der statischen Dichtstelle 53 und verbessert die Abdichtwirkung. Zudem kann zwischen der radial äußeren Mantelfläche 58 der Dichtung 44 und dem Pumpengehäuse 26 ein Stützring 96 für den O-Ring 94 angeordnet sein. Der Stützring 96 dient zum Schutz des O-Rings 94, bspw. um ein Extrudieren des O-Rings 94 zu vermeiden. 9 veranschaulicht die Konfiguration mit O-Ring 94 und Stützring 96 an der Dichtung 44 mit U-förmigen Profil entsprechend den 3 und 4. 10 veranschaulicht diese Konfiguration bei einer Dichtung 44 mit nur einem Steg 56 (L-förmiges Profil) gemäß den 6, 7 und 8.
11 zeigt eine alternative, im Aufbau vereinfachte Ausführung einer Dichtung 44, die lediglich den Basisabschnitt 45 aufweist und insgesamt hülsenförmig ausgebildet ist. Die Dichtung 44 weist eine gleichbleibende Dichtungswandung 66 auf, bei der die innere Mantelfläche 70 und die äußere Mantelfläche 58 parallel zueinander sind. Die Dichtung 44 weist somit einen I-förmigen Querschnitt auf. Wirkt eine Kraft F (Pfeil 68) auf die Dichtung 44, kommt es somit zu einer Parallelverschiebung 102. Dies kann von Vorteil sein, wenn eine größere Dichtfläche benötigt wird. Eine solche Ausgestaltung der Dichtung mit im Querschnitt recheckigem Profil ist im Herstellungsprozess vergleichsweise einfach.

Claims

Kolbenpumpe (16), insbesondere Kraftstoff-Hochdruckpumpe für eine Brennkraftmaschine, mit einem Pumpengehäuse (26), einem Pumpenkolben (28) und einem zumindest vom Pumpengehäuse (26) und dem Pumpenkolben (28) begrenzten Förderraum (38), dadurch gekennzeichnet, dass vorzugsweise zwischen dem Pumpenkolben (28) und dem Pumpengehäuse (26) eine Dichtung (44) zur Abdichtung des Förderraums (38) und ein separates Führungselement (46) zur Führung des Pumpenkolbens (28) angeordnet sind, wobei die Dichtung (44) als Kunststoffring mit einem im Wesentlichen hülsenförmigen Basisabschnitt (45) ausgebildet ist.
Kolbenpumpe (16) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Pumpengehäuse (26) und dem Pumpenkolben (28) ein Befestigungsring (52) für die Dichtung (44) angeordnet ist.
Kolbenpumpe (16) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass vorzugsweise zwischen dem Pumpenkolben (28) und dem Pumpengehäuse (26) ein Federelement (47) angeordnet ist, welches die Dichtung (44) gegen den Befestigungsring (52) drückt.
Kolbenpumpe (16) nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein weiteres Führungselement (48), welches in einem Dichtungsträger (50) der Kolbenpumpe (16) angeordnet ist.
Kolbenpumpe (16) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (44) an einem axialen Ende (54) einen nach radial außen abragenden Steg (56) aufweist, der an den hülsenartigen Basisabschnitt (45) angeformt ist, so dass die Dichtung (44) einen insgesamt L-förmigen Querschnitt hat.
Kolbenpumpe (16) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (44) an einem zweiten axialen Ende (60) einen weiteren nach radial außen abragenden Steg (62) aufweist, der an den hülsenartigen Basisabschnitt (45) angeformt ist, so dass die Dichtung (44) einen insgesamt U- oder C-förmigen Querschnitt hat.
Kolbenpumpe (16) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (56) und/oder der weitere Steg (62) an ihrem radial äußeren Rand zur Umfangswand der den Pumpenkolben (28) aufnehmenden Ausnehmung (40) ein Spiel (64) aufweisen.
Kolbenpumpe (16) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (44) an dem axialen Ende (54) stirnseitig einen umlaufenden Bund (76) aufweist.
Kolbenpumpe (16) nach einem Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (46) und der Befestigungsring (52) zu einem Bauteil (80) vereinigt ausgebildet sind.
Kolbenpumpe (16) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der radial äußeren Mantelfläche (58) der Dichtung (44) und dem Pumpengehäuse (26) ein O-Ring (94) angeordnet ist, vorzugsweise wobei zwischen der radial äußeren Mantelfläche (58) der Dichtung (44) und dem Pumpengehäuse (26) ein Stützring (96) für den O-Ring (94) angeordnet ist.