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Die Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die vorgeschlagene Hochdruckpumpe kann insbesondere zur Komprimierung von Kraftstoffen eingesetzt werden, beispielsweise in einem Kraftstoffeinspritzsystem.
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Stand der Technik
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2016 221 768 A1 geht beispielhaft eine Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem mit integriertem Saugventil hervor. Die Hochdruckpumpe umfasst ein Gehäuseteil mit einer Zylinderbohrung, in der ein Hochdruckelementraum ausgebildet ist, der über das integrierte Saugventil mit Kraftstoff befüllbar ist. Das Saugventil weist hierzu ein hubbewegliches und von der Federkraft einer Schließfeder belasteten Ventilstößel auf, der mit einem im Gehäuseteil ausgebildeten Ventilsitz zusammenwirkt. Im Gehäuseteil ist ferner ein als Zulauf für das Saugventil dienender ringförmiger Niederdruckraum ausgebildet, in dem ein ringförmiges Siebelement aufgenommen ist. Das Siebelement soll den Eintrag von im Kraftstoff enthaltenen Partikeln in das Saugventil und damit in die Hochdruckpumpe verhindern. Denn diese könnten zu einer Funktionsstörung des Saugventils und/oder der Hochdruckpumpe führen. Um dies effektiv zu verhindern, darf zwischen dem Siebelement und dem Gehäuseteil kein Spalt bestehen, über den Kraftstoff das Siebelement umgehen könnte. Bei der Hochdruckpumpe der
DE 10 2016 221 768 A1 ist das Siebelement in axialer Richtung am Gehäuseteil abgestützt und in radialer Richtung gegen eine korrespondierend ausgebildete Anlagefläche des Gehäuseteils vorgespannt, so dass es spaltfrei am Gehäuseteil anliegt. Über die Zeit kann die Vorspannung aufgrund Materialermüdung jedoch nachlassen, so dass Spalte unvermeidbar sind. Die fehlende Vorspannung kann ferner zu Bewegungen des Siebelements gegenüber dem Gehäuseteil führen, die zu Abrieb und damit zu vermehrtem Partikeleintrag führen. Ferner fördert der Abrieb bzw. Verschleiß die Spaltbildung zwischen dem Siebelement und dem Gehäuseteil. All dies kann im Ergebnis dazu führen, dass der Eintrag von Partikeln nicht mehr wirksam verhindert wird und es zu einem Ausfall der Hochdruckpumpe kommt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hochdruckpumpe zum Komprimieren von Kraftstoffen anzugeben, bei der das Pumpenausfallrisiko aufgrund Partikeleintrag verringert ist.
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Zur Lösung der Aufgabe wird die Hochdruckpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die zur Komprimierung von Kraftstoffen vorgeschlagene Hochdruckpumpe umfasst ein Gehäuseteil mit einer Zylinderbohrung, in der ein Hochdruckelementraum ausgebildet ist. In das Gehäuseteil ist zur Befüllung des Hochdruckelementraums mit Kraftstoff ein Saugventil integriert. Das Saugventil umfasst einen hubbeweglichen und von der Federkraft einer Schließfeder belasteten Ventilstößel, der mit einem im Gehäuseteil ausgebildeten Ventilsitz zusammenwirkt. Im Gehäuseteil ist dabei konzentrisch zum Ventilsitz ein als Zulauf für das Saugventil dienender ringförmiger Niederdruckraum ausgebildet, in dem ein ringförmiges Siebelement aufgenommen und gegen das Gehäuseteil radial und/oder axial vorgespannt ist. Erfindungsgemäß ist in das Siebelement mindestens ein Permanentmagnet zur Lagefixierung des Siebelements integriert.
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Bei der vorgeschlagenen Hochdruckpumpe ist demnach das Siebelement nicht nur gegen das Gehäuseteil radial und/oder axial vorgespannt, sondern zusätzlich durch mindestens einen Permanentmagneten lagefixiert. Verringert sich die Vorspannung über die Zeit, bleibt die Lagefixierung durch den mindestens einen Permanentmagneten erhalten. Diese wirkt somit einer Spaltbildung zwischen dem Siebelement und dem Gehäuseteil sowie einem Abrieb aufgrund von Bewegungen des Siebelements gegenüber dem Gehäuseteil entgegen. Das heißt, dass es nicht zu einem erhöhten Partikeleintrag in die Hochdruckpumpe kommt und sich dementsprechend das Ausfallrisiko der Hochdruckpumpe verringert.
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Bevorzugt ist der Permanentmagnet im Bereich einer Stirnfläche des Siebelements angeordnet, die dem Hochdruckelementraum abgewandt ist. Aufgrund der üblichen konstruktiven Gegebenheiten ist die dem Hochdruckelementraum abgewandte Stirnfläche in der Regel größer als die dem Hochdruckelementraum zugewandte Stirnfläche des Siebelements. Durch die vorgeschlagene Anordnung kann somit die Integration des Permanentmagneten in das Siebelement erleichtert werden. Ferner kann bzw. können ein größerer Permanentmagnet verwendet und/oder die Anzahl der Permanentmagneten vergrößert werden, so dass höhere Magnetkräfte erzielbar sind. Damit steigt die Sicherheit der Lagefixierung des Siebelements.
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Des Weiteren bevorzugt wirkt der Permanentmagnet mit einer Einstellscheibe zusammen, über die das Saugventil an einem ringförmigen Absatz des Gehäuseteils axial abgestützt ist. In der Regel wird die Einstellscheibe ferner dazu genutzt, das Siebelement axial vorzuspannen. Das heißt, dass ein Kontakt zwischen der Einstellscheibe und dem Siebelement besteht. Im Kontaktbereich wirken nunmehr nicht nur Vorspannkräfte, sondern zugleich Magnetkräfte, die auch dann noch bestehen bleiben, wenn die Vorspannkräfte nachlassen. Die Einstellscheibe ist hierzu bevorzugt aus einem magnetischen oder magnetisierbaren Werkstoff gefertigt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Siebelement einen zumindest abschnittsweise hohlzylinderförmigen Siebträger mit fensterartigen Ausnehmungen, in denen ein Siebgewebe aufgenommen ist. Das Siebgewebe wird somit im Betrieb der Hochdruckpumpe radial durchströmt, und zwar vorzugsweise von radial außen nach radial innen. Auf diese Weise wird eine großflächige Siebfläche geschaffen, über die schädliche Partikel besonders effektiv aus dem Kraftstoff entfernt werden können.
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Ferner bevorzugt weist der Siebträger einen sich nach radial außen erstreckenden Flanschabschnitt auf. Der Flanschabschnitt stabilisiert den Siebträger. Insbesondere erhöht der Flanschabschnitt die Formsteifigkeit des Siebträgers und damit die Formsteifigkeit des Siebelements. Der Flanschabschnitt ist dabei bevorzugt derart orientiert, dass er die dem Hochdruckelementraum abgewandte Stirnfläche des Siebelements ausbildet. Da die Stirnfläche des Flanschabschnitts deutlich größer als die Stirnfläche des hohlzylinderförmigen Abschnitts des Siebträgers ist, wird vorgeschlagen, dass der Permanentmagnet in den Flanschabschnitt integriert ist.
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Der Siebträger ist vorzugsweise aus Kunststoff gefertigt, weiterhin vorzugsweise in einem Spritzgießverfahren hergestellt worden. Das Siebgewebe und/oder der mindestens eine Permanentmagnet kann bzw. können in diesem Fall mit in die Spritzgießform eingelegt werden. Auf diese Weise ist das Siebelement einfach und kostengünstig herstellbar.
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Der das Siebelement aufnehmende ringförmige Niederdruckraum ist vorzugsweise im Querschnitt zumindest bereichsweise V-förmig ausgebildet, so dass sich der Niederdruckraum nach außen hin weitet. Der Niederdruckraum kann auf diese Weise in einem materialabtragenden Verfahren, beispielsweise durch Drehen, einfach hergestellt werden. Das Siebelement ist weiterhin vorzugsweise im Wesentlichen mittig im Niederdruckraum angeordnet, so dass es den Niederdruckraum in zwei Ringräume unterteilt. Durch die mittige Anordnung kann die Bauhöhe des Siebelements maximiert werden, da es dort angeordnet ist, wo der Niederdruckraum seine größte Tiefe besitzt. Entsprechend der Bauhöhe kann auf diese Weise auch die Fläche des Siebgewebes maximiert werden. Je größer die Fläche des Siebgewebes ist, desto geringer ist die Gefahr, dass sich dieses über die Dauer zusetzt.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass der ringförmige Niederdruckraum über mindestens eine Zulaufbohrung mit einem dem Ventilsitz vorgelagerten Ringraum verbunden ist. Die Zulaufbohrung ist vorzugsweise in einem zentralen Plateau des Gehäuseteils ausgebildet, durch das der Niederdruckraum seine radial innen liegende Begrenzung erfährt. Sofern der Niederdruckraum im Querschnitt V-förmig ausgebildet ist, weist das zentrale Plateau die Form eines Kegelstumpfs auf. Durch dieses zentrale Plateau ist die mindestens eine Zulaufbohrung vorzugsweise schräg nach unten geführt, so dass sie in den dem Ventilsitz vorgelagerten Ringraum mündet. Über die mindestens eine Zulaufbohrung und den Ringraum ist somit der Zulauf von Kraftstoff in den Hochdruckelementraum sichergestellt, wenn das Saugventil öffnet, d. h. der Ventilstößel den Ventilsitz freigibt.
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Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass das Saugventil ein Magnetteil aufweist, das über die Einstellscheibe an dem ringförmigen Absatz des Gehäuseteils abgestützt und mittels einer Überwurfmutter in Richtung des Absatzes axial vorgespannt ist. Das Magnetteil kann somit mittelbar über die Einstellscheibe zur axialen Vorspannung des Siebelements genutzt werden. Da vorzugsweise der mindestens eine in das Siebelement integrierte Permanentmagnet mit der Einstellscheibe zusammenwirkt, wird bevorzugt die Vorspannungskraft mittelbar über die Einstellscheibe übertragen.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
- 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Hochdruckpumpe im Bereich eines in die Hochdruckpumpe integrierten Saugventils,
- 2 eine perspektivische Darstellung eines Siebelements der Hochdruckpumpe der 1,
- 3 einen vergrößerten Ausschnitt der 1 im Bereich des Siebelements und
- 4 einen schematischen Querschnitt durch das Siebelement.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Die in der 1 dargestellte Hochdruckpumpe dient der Komprimierung von Kraftstoff. Die Hochdruckpumpe weist ein Gehäuseteil 1 mit einer Zylinderbohrung 2 auf, in der ein Hochdruckelementraum 3 ausgebildet ist. Der Hochdruckelementraum 3 wird einerseits durch einen Pumpenkolben (nicht dargestellt) und andererseits durch ein Saugventil 4 begrenzt, das in das Gehäuseteil 1 integriert ist. Über das Saugventil 4 ist der Hochdruckelementraum 3 mit Kraftstoff befüllbar. Das Saugventil 4 weist hierzu einen hubbeweglichen Ventilstößel 6 auf, der in Richtung eines Ventilsitzes 7, der durch das Gehäuseteil 1 ausgebildet wird, von der Schließkraft einer Schließfeder 5 beaufschlagt ist. Die Schließfeder 5 ist in der Weise angeordnet, dass sie den Ventilstößel 6 in den Ventilsitz 7 zieht. Zur Betätigung des Saugventils 4 ist ein Magnetteil 21 vorgesehen, das eine Magnetspule 24 und einen mit dem Ventilstößel '6 koppelbaren Anker 26 umfasst. Der Anker 26 ist in axialer Richtung über eine Ankerfeder 22 in Richtung des Ventilstößels 6 vorgespannt. Da die Federkraft der Ankerfeder 22 größer als die Federkraft der Schließfeder 5 ist, hält die starke Ankerfeder 22 das Saugventil 4 bei unbestromter Magnetspule 24 geöffnet. Wird die Magnetspule 24 bestromt, baut sich ein Magnetfeld auf, dessen Magnetkraft den Anker 26 nach oben bewegt, so dass die Kopplung des Ankers 26 mit dem Ventilstößel 6 aufgehoben wird und die Schließfeder 5 den Ventilstößel 6 in den Ventilsitz 7 zu ziehen vermag. Wird die Bestromung der Magnetspule 24 beendet, drückt die Ankerfeder 22 den Anker 26 wieder nach unten, so dass der Anker 26 zur Anlage am Ventilstößel 6 gelangt und diesen aus dem Ventilsitz 7 hebt.
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Ist - wie in der 1 dargestellt - das Saugventil 4 geöffnet, strömt Kraftstoff aus einem im Gehäuseteil 1 ausgebildeten ringförmigen Niederdruckraum 8 über eine Zulaufbohrung 18 zunächst in einen dem Ventilsitz 7 vorgelagerten Ringraum 20. Über den Ventilsitz 7 gelangt der Kraftstoff aus dem Ringraum 20 in den Hochdruckelementraum 3. Da im Kraftstoff Partikel enthalten sein können, die zu einem Funktionsausfall der Hochdruckpumpe führen können, ist im Niederdruckraum 8 ein ringförmiges Siebelement 9 aufgenommen, das derartige Partikel aus dem Kraftstoff entfernen soll.
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Wie insbesondere der 2 zu entnehmen ist, weist das Siebelement 9 einen im Querschnitt L-förmig gestalteten Siebträger 14 auf, der in einem hohlzylinderförmigen Abschnitt fensterartige Ausnehmungen 15 besitzt, in denen jeweils ein Siebgewebe 16 angeordnet ist. An den hohlzylinderförmigen Abschnitt des Siebträgers 14 schließt ein Flanschabschnitt 17 an, der sich nach radial außen erstreckt.
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Wie wiederum der 1 zu entnehmen ist, ist das Magnetteil 21 des Saugventils 4 mittels einer Überwurfmutter 23 am Gehäuseteil 1 befestigt. Das Magnetteil 21 stützt sich dabei über einen Ventilkörper 25 und eine Einstellscheibe 12 an einem ringförmigen Absatz 13 des Gehäuseteils 1 ab. Die Einstellscheibe 12 liegt an einer Stirnfläche 11 des Flanschabschnitts 17 des Siebelements 9 an, so dass die Einstellscheibe 12 das Siebelement 9 in axialer Richtung gegen das Gehäuseteil 1 drückt bzw. axial vorspannt.
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Wie ferner der 1 zu entnehmen ist, wird der Niederdruckraum 8 radial innen durch ein zentrales Plateau 19 des Gehäuseteils 1 begrenzt. In dem Plateau 19 ist die mindestens eine Zulaufbohrung 18 ausgebildet, die den Niederdruckraum 8 mit dem Ringraum 20 verbindet, der dem Ventilsitz 7 vorgelagert ist. Das zentrale Plateau 19 weist eine zylinderförmige Basis auf, die vorliegend ein geringes Übermaß gegenüber dem hohlzylinderförmigen Abschnitt des Siebträgers 14 aufweist. Das Siebelement 9 ist somit zugleich radial gegen das Gehäuseteil 1 vorgespannt.
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Die Vorspannung des Siebelements 9 in axialer und radialer Richtung führt zu einer elastischen Verformung des Siebelements 9, die sich über die Zeit zu einer plastischen Verformung verändern kann. Die plastische Verformung ist in der 3 beispielhaft dargestellt. Durch die axiale Vorspannung kann sich auf Dauer ein Spalt s zwischen dem Flanschabschnitt 17 des Siebträgers 14 und der Einstellscheibe 12 ausbilden. Zugleich kann die Verformung des Siebelements 9 zu einem Ablösen des hohlzylinderförmigen Siebträgers 14 vom zentralen Plateau 19 führen. Mit den Spalten entstehen Strömungswege, die ein Umgehen des Siebelements 9 ermöglichen. In der Folge kann es zu einem Partikeleintrag in die Hochdruckpumpe kommen. Die nachlassende Vorspannung kann zudem zu Bewegungen des Siebelements 9 relativ zum Gehäuseteil 1 führen, so dass es in den Kontaktbereichen zu einem Abrieb kommt, der die Gefahr der Partikelkontamination weiter erhöht.
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Wie in der 4 schematisch dargestellt, kann insbesondere die axiale Vorspannung des Siebelements 9 ferner zu einem Bruch des Siebträgers 14 und/oder des Siebgewebes 16 führen.
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Um die vorstehend genannten Nachteile zu vermeiden, weist das Siebelement 9 der dargestellten Hochdruckpumpe einen in den Flanschabschnitt 17 des Siebträgers 14 integrierten Permanentmagneten 10 auf. Dieser bildet zugleich die Stirnfläche 11 des Siebelements 9 aus, so dass der Permanentmagnet 10 zur Anlage an der Einstellscheibe 12 gelangt. Da diese aus einem metallischen Material gefertigt ist, wirken der Permanentmagneten 10 und die Einstellscheibe 12 in der Weise zusammen, dass eine Lagefixierung des Siebelements 9 erreicht wird. Diese ist selbst dann noch wirksam, wenn die axiale und/oder radiale Vorspannung des Siebelements 9 über die Zeit nachlässt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016221768 A1 [0002]
