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Die Erfindung betrifft einen Pumpenzylinderkopf für eine Kraftstoffpumpe, insbesondere für eine Kraftstoffhochdruckpumpe, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Kraftstoffpumpe, insbesondere Kraftstoffhochdruckpumpe, mit einem erfindungsgemäßen Pumpenzylinderkopf sowie ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Pumpenzylinderkopfs.
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Stand der Technik
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2016 215 304 A1 ist eine Kraftstoffhochdruckpumpe mit einem elektromagnetisch betätigbaren Saugventil bekannt, das ein in einen Pumpenzylinderkopf der Kraftstoffhochdruckpumpe integriertes Hydraulikteil und ein am Pumpenzylinderkopf mittels einer Spannmutter befestigtes Magnetteil umfasst. Mittels des Magnetteils kann auf einen Anker des Hydraulikteils zum Schließen des Saugventils eingewirkt werden. Das Öffnen bzw. Offenhalten wird mit Hilfe einer Feder bewirkt, mittels welcher der Anker gegen einen Ventilkolben gedrückt wird, so dass die Feder den Ventilkolben entgegen der Federkraft einer den Ventilkolben in Schließrichtung belastenden Feder in einer Offenstellung hält. Um zu verhindern, dass Feuchtigkeit von außen in das Saugventil eindringt, ist zwischen dem Magnetteil, dem Pumpenzylinderkopf und der Überwurfmutter ein ringförmiges Dichtelement angeordnet. Die Lage des Dichtelements ist derart gewählt, dass nach der Befestigung des Magnetteils am Pumpenzylinderkopf mittels der Spannmutter weder über einen Gewindebereich der Spannmutter noch über einen Abstützbereich der Spannmutter Feuchtigkeit ins Innere des Saugventils gelangen kann. Die im Inneren angeordneten Komponenten des Saugventils sind somit besser vor Feuchtigkeit geschützt, so dass die Gefahr von Fehlfunktionen sinkt, die auf eindringende Feuchtigkeit zurückzuführen sind.
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Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Dichtheit im Anschlussbereich des Saugventils am Pumpenzylinderkopf weiter zu verbessern.
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Zur Lösung der Aufgabe werden der Pumpenzylinderkopf mit den Merkmalen des Anspruchs 1, die Kraftstoffpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 8 sowie das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.
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Offenbarung der Erfindung
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Der für eine Kraftstoffpumpe, insbesondere für eine Kraftstoffhochdruckpumpe, vorgeschlagene Pumpenzylinderkopf umfasst ein elektromagnetisch betätigbares Saugventil mit einem in den Pumpenzylinderkopf integrierten Hydraulikteil und einem mit Hilfe einer Überwurfmutter am Pumpenzylinderkopf befestigten Magnetteil. Erfindungsgemäß ist die Überwurfmutter von einer Zylinderkopfabdeckung umgeben, die mindestens einen Radialspalt und/oder Axialspalt begrenzt, in dem ein Dichtelement angeordnet oder ausgebildet ist.
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Die Zylinderkopfabdeckung bietet einen zusätzlichen Schutz, da sie den Anschlussbereich abdeckt. Vorzugsweise ist die Zylinderkopfabdeckung haubenartig ausgebildet und/oder besitzt einen die Überwurfmutter umgreifenden Flanschabschnitt, so dass die Schutzwirkung der Abdeckung weiter verbessert wird. Weiterhin vorzugsweise ist stirnseitig in der Zylinderkopfabdeckung eine zentrale Öffnung vorgesehen, durch welche das Magnetteil hindurchgeführt ist.
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Bevorzugt ist die Zylinderkopfabdeckung mehrteilig, insbesondere zweiteilig, ausgeführt. Die mehrteilige Ausführung erleichtert die Montage der Zylinderkopfabdeckung. Vorzugsweise ist die Zylinderkopfabdeckung mittig geteilt, so dass zwei Halbschalen ausgebildet werden. Diese können über ein Gelenk, beispielsweise ein Filmscharnier, verbunden sein, so dass das Fügen der Halbschalen vereinfacht wird. Das Fügen kann insbesondere mittels einer Schnappverbindung bewirkt werden, die vorzugsweise beide Halbschalen unlösbar verbindet.
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Vorzugsweise ist die Zylinderkopfabdeckung zumindest bereichsweise, vorzugsweise vollständig, aus Kunststoff gefertigt. Das heißt, dass zumindest die aus Kunststoff gefertigten Bereiche nicht rosten, so dass über die Zylinderkopfabdeckung ein „optischer“ Korrosionsschutz gegeben ist.
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Durch die nachträgliche Montage der Zylinderkopfabdeckung kommt es zur Ausbildung von Radial- und/oder Axialspalten zwischen
- - der Zylinderkopfabdeckung und der Überwurfmutter und/oder
- - der Zylinderkopfabdeckung und dem Magnetteil und/oder
- - der Zylinderkopfabdeckung und dem Pumpenzylinderkopf.
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Um zu verhindern, dass über diese Radial- und/oder Axialspalte Feuchtigkeit in das Saugventil eindringt, ist in mindestens einem Radial- und/oder Axialspalt ein Dichtelement angeordnet oder ausgebildet. Das Dichtelement verbessert somit das Dichtkonzept, da es eine zusätzliche Abdichtung bewirkt.
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Das Dichtelement kann ein eigenständiges Bauteil sein, das vorzugsweise vor der Montage der Zylinderkopfabdeckung an der abzudichtenden Stelle platziert wird. Wird anschließend die Zylinderkopfabdeckung montiert, wird hierüber bevorzugt das Dichtelement elastisch verformt, so dass es unter einer radialen und/oder axialen Vorspannung an den jeweiligen spaltbegrenzenden Bauteilwänden anliegt.
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Das Dichtelement kann aber auch im Verbund mit der Zylinderkopfabdeckung ausgebildet sein, so dass es gemeinsam mit der Zylinderkopfabdeckung montiert wird.
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Ferner kann das Dichtelement aus einem Dichtschaum ausgebildet sein, der vorzugsweise erst nach der Montage der Zylinderkopfabdeckung in den dann ausgebildeten Radial- und/oder Axialspalt eingebracht worden ist.
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Bevorzugt ist das mindestens eine Dichtelement aus einem Elastomermaterial, so dass es elastisch verformbar ist. Ein solches Dichtelement dichtet auch dann sicher ab, wenn die Spaltbreite des Radial- und/oder Axialspalts aufgrund fertigungs- und/oder montagebedingter Toleranzen stark schwankt.
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Dank des mindestens einen Dichtelements sind die elektrischen Bauteile des Magnetteils des Saugventils optimal vor eindringender Feuchtigkeit, insbesondere Spritzwasser oder Kondenswasser geschützt. Das heißt, dass Funktionsausfälle des Saugventils aufgrund hydrolytischer Reaktionen nicht zu befürchten sind. Ferner wird eine Korrosion im Inneren des Saugventils, insbesondere im Bereich des Hydraulikteils, und zwar im Besonderen an einer Schweißhülse, welche einen Polkern mit einem Ventilkörper verbindet, vermieden.
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Bevorzugt ist der mindestens eine Radialspalt, in dem das Dichtelement angeordnet oder ausgebildet ist, zwischen der Zylinderkopfabdeckung und dem Magnetteil des Saugventils und/oder zwischen der Zylinderkopfabdeckung und dem Pumpenzylinderkopf ausgebildet.
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Des Weiteren bevorzugt ist der mindestens eine Axialspalt zwischen der Zylinderkopfabdeckung und dem Magnetteil des Saugventils und/oder zwischen der Zylinderkopfabdeckung und der Überwurfmutter ausgebildet.
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Darüber hinaus kann die Zylinderkopfabdeckung derart gestaltet sein, dass sie, beispielsweise über einen Flansch-, Kragen- und/oder Bundabschnitt, zugleich einen Radialspalt und einen Axialspalt begrenzt. Über ein in diesem Bereich angeordnetes oder ausgebildetes Dichtelement kann somit zugleich eine radiale und axiale Abdichtung bewirkt werden. Unter Umständen kann somit ein Dichtelement eingespart werden.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass mindestens ein Dichtelement im Wesentlichen ringförmig ist. Auf diese Weise wird eine umlaufende Abdichtung erreicht.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist mindestens ein Dichtelement an die Zylinderkopfabdeckung angespritzt. Das heißt, dass das Dichtelement einstückig mit der Zylinderkopfabdeckung verbunden ist, wodurch sich die Montage vereinfacht. Beispielsweise kann das Dichtelement in einem Zweikomponenten Spritzverfahren angespritzt worden sein, so dass das Dichtelement aus einem anderen Kunststoff als die Zylinderkopfabdeckung gefertigt sein kann.
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Des Weiteren bevorzugt weist mindestens ein Dichtelement zwei zueinander beabstandete Dichtabschnitte auf, die über einen Stegabschnitt mit verringertem Querschnitt verbunden sind. Durch Verpressen des Dichtelements kann insbesondere der Stegabschnitt elastisch verformt werden, so dass er gegen eine Bauteilwand vorgespannt wird, was zu einer verbesserten Dichtwirkung führt. Ferner können größere Toleranzen über das Dichtelement aufgenommen werden. Die über den Stegabschnitt verbundenen Dichtabschnitte des Dichtelements können im Querschnitt rund und/oder eckig ausgebildet sein.
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Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass mindestens ein Dichtelement einen zentralen Dichtabschnitt mit beidseits angeformten Dichtlippen aufweist. In dieser Ausgestaltung weisen die angeformten Dichtlippen eine höhere Elastizität als der zentrale Dichtabschnitt auf, so dass diese beim Verpressen des Dichtelements besonders einfach gegen eine Bauteilwand vorspannbar sind. Je nach Form des Radial- und/oder Axialspalts kann es von Vorteil sein, wenn die beiden Dichtlippen gemeinsam einen Winkel umschließen, der größer 90°, vorzugsweise größer 100° ist.
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In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Zylinderkopfabdeckung einen stirnseitig angeordneten, umlaufenden Kragen und/oder einen innenliegenden Ringbund zum Schutz und/oder zur Abstützung mindestens eines Dichtelements aufweist. Der stirnseitig angeordnete Kragen kann sowohl eine Schutzfunktion als auch eine Abstützfunktion besitzen. Der Schutz wird dadurch erreicht, dass der Kragen das dahinter angeordnete Dichtelement zumindest bereichsweise überdeckt. Ferner kann mit Hilfe des Kragens eine Vorspannkraft auf das dahinterliegende Dichtelement aufgebracht werden, die zu einer elastischen Verformung des Dichtelements führt.
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Die darüber hinaus vorgeschlagene Kraftstoffpumpe, insbesondere Kraftstoffhochdruckpumpe, für ein Kraftstoffeinspritzsystem eines Verbrennungsmotors, zeichnet sich dadurch aus, dass sie einen erfindungsgemäßen Pumpenzylinderkopf umfasst. Hinsichtlich der Vorteile der vorgeschlagenen Kraftstoffpumpe kann somit auf die in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Pumpenzylinderkopf bereits genannten Vorteile verwiesen werden.
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Das ferner vorgeschlagene Verfahren dient der Herstellung eines Pumpenzylinderkopfs für eine Kraftstoffpumpe, insbesondere für eine Kraftstoffhochdruckpumpe, die ein elektromagnetisch betätigbares Saugventil mit einem Hydraulikteil und einem Magnetteil umfasst. Das Hydraulikteil wird dabei in den Pumpenzylinderkopf integriert. Das Magnetteil wird mit Hilfe einer Überwurfmutter am Pumpenzylinderkopf befestigt. Erfindungsgemäß wird zur Ausbildung mindestens eines Dichtelements ein Dichtschaum, vorzugsweise ein Zweikomponenten-Dichtschaum, in mindestens einen Radialspalt und/oder Axialspalt gespritzt, der von einer Zylinderkopfabdeckung begrenzt wird. Das Verfahren kann insbesondere zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Pumpenzylinderkopfs bzw. einer erfindungsgemäßen Kraftstoffpumpe eingesetzt werden. Vorzugsweise wird der Dichtschaum zur Ausbildung des Dichtelements erst nach der Montage der Zylinderkopfabdeckung in den Radial- und/oder Axialspalt eingebracht, da dann die endgültigen Spaltabmessungen feststehen. Etwaige fertigungs- und/oder montagebedingte Toleranzen können über die Menge des eingebrachten Dichtschaums besonders einfach ausgeglichen werden.
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Bevorzugt wird der Dichtschaum zur Ausbildung des Dichtelements mit Hilfe einer Spritzdüse in den Radialspalt und/oder Axialspalt gespritzt. Die Einbringung mittels Spritzdüse vereinfacht die Herstellung des Dichtelements.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
- 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Pumpenzylinderkopf im Bereich des Saugventils gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
- 2 einen schematischen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Pumpenzylinderkopf im Bereich des Saugventils gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
- 3 einen schematischen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Pumpenzylinderkopf im Bereich des Saugventils gemäß einer drittenbevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
- 4 einen schematischen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Pumpenzylinderkopf im Bereich des Saugventils gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
- 5 schematische Querschnitte durch ein erstes Dichtelement für einen erfindungsgemäßen Pumpenzylinderkopf, a) entspannt, b) unter Spannung,
- 6 schematische Querschnitte durch ein zweites Dichtelement für einen erfindungsgemäßen Pumpenzylinderkopf, a) entspannt, b) unter Spannung,
- 7 schematische Querschnitte durch ein drittes Dichtelement für einen erfindungsgemäßen Pumpenzylinderkopf, a) entspannt, b) unter Spannung,
- 8 schematische Querschnitte durch ein viertes Dichtelement für einen erfindungsgemäßen Pumpenzylinderkopf, a) entspannt, b) unter Spannung,
- 9 einen schematischen Querschnitt durch ein fünftes Dichtelement für einen erfindungsgemäßen Pumpenzylinderkopf,
- 10 eine perspektivische Darstellung einer Kraftstoffpumpe mit vormontierter, aber noch nicht geschlossener Zylinderkopfabdeckung und
- 11 einen schematischen Längsschnitt durch das Saugventil der Kraftstoffpumpe der 10.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Der 1 ist ein Pumpenzylinderkopf 1 für eine Kraftstoffpumpe zu entnehmen, in den ein elektromagnetisch betätigbares Saugventil 2 eingesetzt ist. Das Saugventil 2 weist - analog dem Saugventil 2 der 11 - ein Hydraulikteil 3 und ein Magnetteil 5 auf. Das Hydraulikteil 3 ist in den Pumpenzylinderkopf 1 integriert. Das Magnetteil ist mittels einer Überwurfmutter 4 am Pumpenzylinderkopf 1 befestigt. Die Überwurfmutter 4 ist von einer Zylinderkopfabdeckung 6 aus Kunststoff umgeben, die einen „optischen“ Korrosionsschutz ausbildet.
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Die Zylinderkopfabdeckung 6 weist eine seitliche Öffnung 19 zum Hindurchführen eines Hochdruckanschlusses 16 des Pumpenzylinderkopfs 1 auf. Ferner besitzt die Zylinderkopfabdeckung 6 eine zentrale Öffnung 17, durch die das Magnetteil 5 des Saugventils 2 hindurchgeführt ist. Die zentrale Öffnung 17 wird dabei durch einen Flanschabschnitt 18 der Zylinderkopfabdeckung 6 begrenzt, über den die Zylinderkopfabdeckung 6 in axialer Richtung an der Überwurfmutter 4 abgestützt ist.
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Um das Saugventil 2 vor eindringender Feuchtigkeit zu schützen, sind Dichtelemente 9 vorgesehen. Ein erstes Dichtelement 9 ist derart zwischen dem Flanschabschnitt 18 der Zylinderkopfabdeckung 6 und dem Magnetteil 5 des Saugventils 2 angeordnet, dass es sowohl radial als auch axial abdichtet. Denn der Flanschabschnitt 18 und das Magnetteil 5 bilden gemeinsam einen Radialspalt 7 sowie einen Axialspalt 8 aus. Ein weiteres Dichtelement 9 ist in einem Axialspalt 8 zwischen einem Ringbund 15 der Zylinderkopfabdeckung 6 und der Überwurfmutter 4 angeordnet.
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Der 2 ist ein anderes Dichtkonzept zu entnehmen. Das Dichtelement 9 ist derart zwischen der Zylinderkopfabdeckung 6 und dem Magnetteil 5 eingesetzt, dass es in axialer Richtung zwischen dem Magnetteil 5 und der Überwurfmutter 4 eingespannt ist. Das Dichtelement 9 weist hierzu an seinen beiden Enden zwei Dichtabschnitte 10 auf, die über einen Stegabschnitt 11 verbunden sind. In der 5 ist das Dichtelement vergrößert dargestellt, wobei die 5a) das Dichtelement 9 in einem entspannten Zustand und die 5b) das Dichtelement unter Spannung zeigt. Über den leicht verformbaren Stegabschnitt 11 sind insbesondere axiale Toleranzen ausgleichbar. Zugleich dichtet das Dichtelement 9 über einen der beiden endseitigen Dichtabschnitte 10 einen zwischen der Zylinderabdeckung 6 und dem Magnetteil 5 verbleibenden Radialspalt 7 ab.
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Zum Schutz des Dichtelements 9 vor äußeren Einwirkungen weist die in der 2 dargestellte Zylinderkopfabdeckung 6 stirnseitig einen umlaufenden Kragen 14 auf, der das Dichtelement 9 zumindest bereichsweise abdeckt.
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Ein weiteres Dichtkonzept ist der 3 zu entnehmen. Das Dichtelement 9 weist hier einen zentralen Dichtabschnitt 12 auf, an den beidseits Dichtlippen 13 angeformt sind. Eine vergrößerte Darstellung des Dichtelements 9 ist der 6 zu entnehmen, wobei die 6a) das Dichtelement 9 in entspanntem Zustand und die 6b) das Dichtelement 9 unter Spannung zeigt. Die beiden Dichtlippen 13 sind derart angeordnet, dass sie gemeinsam einen Winkel umschließen, der größer 90°, aber kleiner als 180° ist. Der Dichtabschnitt 12 kommt somit am Kragen 14 der Zylinderkopfabdeckung 6 zu liegen, mittels dessen eine Vorspannkraft auf das Dichtelement 9 aufbringbar ist, so dass die beiden Dichtlippen 13 dichtend am Magnetteil 5 anliegen. Auch in diesem Fall wird zugleich eine radiale als auch axiale Abdichtung erreicht.
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Eine weitere Dichtkonzeptvariante ist in der 4 dargestellt. Hier ist ein Dichtelement 9 in einem Radialspalt 7 angeordnet, der einerseits von der Zylinderkopfabdeckung 6, andererseits von dem Pumpenzylinderkopf 1 begrenzt wird. Das Dichtelement 9 verhindert somit, dass Feuchtigkeit „von unten“ unter die Zylinderkopfabdeckung 6 gelangt. Das Dichtelement 9 weist hierzu einen zentralen Dichtabschnitt 12 auf, an den wiederum zwei Dichtlippen 13 angeformt sind. Eine vergrößerte Darstellung des Dichtelements 9 ist der 9 zu entnehmen.
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Weitere mögliche Ausgestaltungen eines Dichtelements 9 für einen erfindungsgemäßen Pumpenzylinderkopf 1 sind in den 7 und 8 dargestellt. Diese stellen Modifikationen des Dichtelements 9 der 5 dar. Die Dichtabschnitte 10 des Dichtelements 9 der 7 weisen vorliegend jeweils einen runden Querschnitt auf. Das Dichtelement 9 der 8 weist einen im Querschnitt runden und einen im Querschnitt eckigen Dichtabschnitt 10 auf.
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In der 10 ist eine Kraftstoffpumpe mit einem erfindungsgemäßen Pumpenzylinderkopf 1 dargestellt. Das Magnetteil 5 des Saugventils 2 ist mittels einer Überwurfmutter 4 am Pumpenzylinderkopf 1 befestigt. Auf der Überwurfmutter 4 ist eine Zylinderkopfabdeckung 6 angeordnet, deren Montage jedoch noch nicht abgeschlossen ist. Denn die Zylinderkopfabdeckung 6 weist zwei Teile auf, die mittels eines Filmscharniers 20 verbunden sind. Zur vollständigen Montage müssen die dem Filmscharnier 20 diametral gegenüberliegenden Enden der beiden Teile noch gefügt werden. Erst dann ist der Pumpenzylinderkopf 1 vollständig abgedeckt und geschützt. Die mehrteilige Ausführung erleichtert die Montage, da die Zylinderkopfabdeckung 6 von der Seite mit dem Hochdruckanschluss 16 aufgesetzt werden kann.
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Das Saugventil 2 der Kraftstoffpumpe der 10 ist in der 11 vergrößert dargestellt. Das Hydraulikteil 3 des Saugventils 2 umfasst einen Ventilkörper 21 mit einem hierin hubbeweglich aufgenommenen Anker 22. Der Ventilkörper 21 ist über eine Schweißhülse 23 mit einem Polkern 24 verbunden, so dass der Anker 22 und der Polkern 24 gemeinsam einen Arbeitsluftspalt 25 begrenzen. Zwischen dem Polkern 24 und dem Anker 22 ist zudem eine Feder 26 angeordnet. Das Magnetteil 5 des Saugventils 2 umfasst eine ringförmige Magnetspule 27, die von einer Magnethülse 28 umgeben ist. Über der Magnetspule 27 ist ein Deckelteil 29 angeordnet. Das Deckelteil 29, die Magnethülse 28 und die Magnetspule 27 sind ferner mit Kunststoff umspritzt. Die Umspritzung 30 formt zugleich ein Steckerteil 31 für den erforderlichen elektrischen Anschluss der Magnetspule 27 auf.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016215304 A1 [0002]
