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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Vom Markt her sind Kraftstoff-Hochdruckpumpen für Kraftstoffsysteme von Brennkraftmaschinen bekannt. Diese Kraftstoff-Hochdruckpumpen verdichten den Kraftstoff auf einen hohen Druck und leiten ihn in eine Kraftstoff-Sammelleitung („Rail“) weiter, von wo der Kraftstoff direkt in Brennräume der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Ein mit einer Stufe versehener Pumpenkolben ist im Pumpengehäuse geführt, und der Pumpenkolben wird von einer Kolbenfeder zu einem Antrieb hin, also aus dem Pumpengehäuse heraus beaufschlagt. Um in einem vormontierten Zustand der Kraftstoff-Hochdruckpumpe ein Herausfallen des Pumpenkolbens aus dem Pumpengehäuse zu verhindern, ist ein Anschlagabschnitt vorgesehen, welcher an einem Pumpengehäuse befestigt ist und eine Bewegung des Pumpenkolbens in Richtung zum Antrieb hin und vom Gehäuse weg begrenzt.
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Offenbarung der Erfindung
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Das der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Problem wird durch eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen angegeben.
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Die erfindungsgemäße Kraftstoff-Hochdruckpumpe hat mehrere Vorteile. Beispielsweise wird der Aufwand für die Handhabung von Teilen bei der Montage der Kraftstoff-Hochdruckpumpe reduziert, da nur noch ein vorgefertigtes Bauteil in Form der integrierten Baugruppe aus Anschlagabschnitt und Niederdruckdichtung gehandhabt werden muss, anstelle von bisher zwei Bauteilen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass ein festigkeitskritischer Bereich an einem Halteelement („Dichtungsträger“), das die Niederdruckdichtung und auch den Anschlagabschnitt stationär am Pumpengehäuse haltert, entlastet wird, da der bisher vorhandene separate Anschlagabschnitt in Form einer separaten Anschlaghülse entfällt. Darüber hinaus wird durch die Integration der beiden Bauteile in eine gemeinsame vorgefertigte Baugruppe zusätzlich verfügbarer Bauraum geschaffen, der beispielsweise dazu verwendet werden kann, eine Niederdruckdichtung einzusetzen, die im Vergleich zu bisherigen Niederdruckdichtungen eine größere axiale Erstreckung (Bauhöhe) aufweist, ohne dass hierfür die äußeren Abmessungen der Pumpe verändert werden müssen. Auf diese Weise kann unter Umständen ein größerer Hub des Pumpenkolbens realisiert werden. Schließlich werden insgesamt die Kosten reduziert.
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Erreicht wird all dies durch eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe mit einem Pumpenkolben, der einen ersten einem Förderraum zugewandten Abschnitt mit einem ersten Durchmesser und einen zweiten (im eingebauten Zustand) einem Antrieb zugewandten Abschnitt mit einem zweiten Durchmesser aufweist, wobei der erste Durchmesser größer ist als der zweite Durchmesser und wobei zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt ein Absatz gebildet ist. Bei dem Pumpenkolben handelt es sich also um einen sogenannten „Stufenkolben“. Als Kraftstoff kommt bei der erfindungsgemäßen Kraftstoff-Hochdruckpumpe sowohl Benzin als auch Diesel infrage. Der Pumpenkolben kann entweder über eine Kolbenbuchse in einem Pumpengehäuse der Kraftstoff-Hochdruckpumpe geführt sein, oder er kann über zwei axial voneinander beabstandete Führungselemente in dem Pumpengehäuse geführt sein.
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Die erfindungsgemäße Kraftstoff-Hochdruckpumpe weist einen radial um den zweiten Abschnitt des Pumpenkolbens herum und im Bereich des Absatzes angeordneten und zu dem Absatz hin weisenden Anschlagabschnitt auf, der mit dem Absatz am Pumpenkolben zusammenwirken kann, um eine Bewegung des Pumpenkolbens in Richtung zum Antrieb hin zu begrenzen. Außerdem gehört zu der Kraftstoff-Hochdruckpumpe eine Niederdruckdichtung, die den zweiten Abschnitt des Pumpenkolbens gleitend kontaktiert. Die Niederdruckdichtung verhindert, dass Kraftstoff in Richtung zum Antrieb gelangt und dort meist vorhandenes Öl verdünnt, was dessen Schmiereigenschaften verschlechtern würde.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Anschlagabschnitt und die Niederdruckdichtung in eine gemeinsame vorgefertigte Baugruppe integriert sind, vorzugsweise eine solche gemeinsame vorgefertigte integrierte Baugruppe bilden. Dies bedeutet, dass die Niederdruckdichtung und der Anschlagabschnitt nach wie vor zwar durch unterschiedliche Elemente oder zumindest unterschiedliche Abschnitte des gleichen Elements gebildet werden, dass jedoch die Niederdruckdichtung und der Anschlagabschnitt ein vorgefertigtes integrales Teil bilden und insoweit nicht zerstörungsfrei voneinander gelöst werden können.
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Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Anschlagabschnitt an einer Hülse ausgebildet ist, in der die Niederdruckdichtung angeordnet ist. Diese Hülse wird daher auch als „Anschlaghülse“ bezeichnet. Durch die Hülse wird die Niederdruckdichtung geschützt und sicher gehalten, und gleichzeitig gestattet eine solche Hülse eine einfache Ausgestaltung und Anordnung des Anschlagabschnitts.
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Bei einer Weiterbildung hierzu ist vorgesehen, dass die Hülse einen sich insgesamt axial erstreckenden Mantel aufweist, und dass der Anschlagabschnitt mindestens einen sich von einem axialen Rand des Mantels nach radial einwärts erstreckenden Materialabschnitt umfasst, vorzugsweise durch diesen gebildet wird. Der Materialabschnitt ist vorzugsweise einstückig mit dem Mantel ausgebildet, was eine insgesamt außerordentlich stabile Konstruktion mit hoher Lebensdauer ergibt. Der nach radial einwärts sich erstreckende Materialabschnitt kann eine Doppelfunktion erfüllen, nämlich einerseits als Anschlagabschnitt dienen und andererseits als axialer Halter der Niederdruckdichtung. Dabei ist es möglich, dass eine Mehrzahl einzelner Materialabschnitte vorgesehen ist, besonders bevorzugt ist es jedoch, wenn der Materialabschnitt ein umlaufender geschlossener Kragen ist, an dessen zum Absatz des Pumpenkolbens hin weisender Stirnfläche der Absatz flächig anliegen kann.
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Bei einer nochmaligen Weiterbildung hierzu ist vorgesehen, dass die Niederdruckdichtung in der Hülse kraftschlüssig, formschlüssig und/oder stoffschlüssig gehalten ist. Hierdurch wird die Niederdruckdichtung in der Hülse sicher axial gehaltert.
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Bei einer Weiterbildung hierzu ist vorgesehen, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederdruckdichtung in die Hülse eingespritzt ist. Dies ist eine preiswerte Herstellmethode, die einen zuverlässigen Sitz der Niederdruckdichtung in der Hülse sicherstellt. Infrage kommt beispielsweise ein 2-Komponenten-Spritzgussverfahren.
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Bei einer nochmaligen Weiterbildung hierzu ist vorgesehen, dass die Niederdruckdichtung in die Hülse eingepresst ist. Dies ist mechanisch einfach realisierbar.
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Bei einer nochmaligen Weiterbildung hierzu ist vorgesehen, dass die Niederdruckdichtung in der Hülse axial durch einen Bördel, also eine plastische Materialverformung, gehalten ist. Dieser Bördel kann beispielsweise den oben erwähnten Materialabschnitt bilden, und er sorgt für eine sichere axiale Halterung der Niederdruckdichtung in der Hülse.
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Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Hülse aus einem metallischen Werkstoff hergestellt ist. Die Hülse ist somit sehr robust, und eine Beschädigung der Niederdruckdichtung wird auf diese Weise besonders zuverlässig vermieden.
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Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Niederdruckdichtung aus einem Kunststoffmaterial, insbesondere aus einem PTFE, hergestellt ist. Dies ist ein Material, welches einerseits einen geringen Reibungswiderstand zwischen der Niederdruckdichtung und dem Pumpenkolben und eine gute Dichtwirkung ermöglicht, und welches andererseits sehr gut beispielsweise für ein Spritzgussverfahren zur Herstellung der integrierten Baugruppe geeignet ist.
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Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:
- 1 einen teilweisen und schematischen Schnitt durch eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe mit einem Pumpenkolben, einer integrierten Baugruppe bestehend aus einem Anschlagabschnitt und einer Niederdruckdichtung, und einem Halteelement zur Halterung der integrierten Baugruppe an einem Pumpengehäuse;
- 2 einen vergrößerten Schnitt durch die integrierte Baugruppe von 1; und
- 3 einen größeren Ausschnitt aus 1.
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In den Figuren trägt eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffsystem einer Brennkraftmaschine insgesamt das Bezugszeichen 14. Sie umfasst ein Pumpengehäuse 16 und einen teilweise in diesem aufgenommenen Pumpenkolben 18. Der Pumpenkolben 18 ist im Pumpengehäuse 16 durch eine Kolbenbuchse (ohne Bezugszeichen) geführt. Der Pumpenkolben 18 ist als längliches zylindrisches Teil ausgebildet mit einem in axialer Richtung gesehen ersten Abschnitt 20 und einem zweiten Abschnitt 22. Der erste Abschnitt 20 hat einen größeren Durchmesser als der zweite Abschnitt 22 und ist einem Förderraum 24 zugewandt, wohingegen der zweite Abschnitt 22 einem nicht dargestellten Antrieb zugewandt ist. Zwischen dem ersten Abschnitt 20 und dem zweiten Abschnitt 22 ist ein Absatz 26 gebildet.
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In einem in 1 unteren Bereich des Pumpengehäuses 16 ist ein vorliegend beispielhaft als tiefgezogenes Blechformteil ausgebildetes Halteelement 28 vorhanden, welches mit einem radial äußeren Rand an einem Flanschabschnitt 30 des Pumpengehäuses 16 befestigt ist. Ein in 1 oberer und sich radial erstreckender Abschnitt 32 des Halteelements 28 dient als Gegenlager für eine Kolbenfeder 34. Ein in 1 unteres Ende der Kolbenfeder 34 stützt sich an einem Federteller 36 ab, der an dem in 1 unteren Ende des zweiten Abschnitts 22 des Pumpenkolbens 18 befestigt ist. Die Kolbenfeder 34 (Druckfeder) ist somit zwischen dem Abschnitt 32 des Halteelements 28 und dem Federteller 36 verspannt, wodurch der Pumpenkolben 18 in 1 nach unten in einer Richtung aus dem Pumpengehäuse 16 heraus beaufschlagt wird.
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Das Halteelement 28 weist einen Halteabschnitt 38 auf, der radial einwärts von dem oberen Abschnitt 32 angeordnet ist und sich von diesem in axialer Richtung in 1 nach unten koaxial zum Pumpenkolben 18 erstreckt. Von dem Halteabschnitt 38 erstreckt sich ein Endabschnitt 40 nach radial einwärts, jedoch in einem Abstand vom Pumpenkolben 18 endend.
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Zu der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 14 gehört auch eine Niederdruckdichtung 42, die über zwei in axialer Richtung des Pumpenkolbens 18 voneinander beabstandete Sätze von Dichtlippen 44 und 46 verfügt, die in Umfangsrichtung umlaufen und elastisch gegen den zweiten Abschnitt 22 des Pumpenkolbens 18 beaufschlagt sind bzw. an diesem anliegen. Vorzugsweise ist die Niederdruckdichtung 42 aus einem PTFE Material hergestellt.
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Die Niederdruckdichtung 42 ist in einer Hülse 48 angeordnet. Diese ist aus einem Metallmaterial hergestellt und weist einen sich insgesamt axial erstreckenden Mantel 50 auf, von dessen in 1 oberem axialen Rand nach radial einwärts sich ein Materialabschnitt 52 erstreckt. Der Materialabschnitt 52 ist vorliegend beispielhaft umlaufend geschlossen in der Art eines geschlossenen Kragens. In ähnlicher Weise erstreckt sich vom in 1 unteren axialen Rand des Mantels 50 ebenfalls nach radial einwärts ein Materialabschnitt 54, vorliegend beispielhaft ebenfalls umlaufend geschlossen in der Art eines geschlossenen Kragens. Grundsätzlich denkbar ist jedoch auch, dass einer der Materialabschnitte 52 und 54 oder beide Materialabschnitte 52 und 54 aus einzelnen, beispielsweise in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordneten Laschen bestehen.
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Der in den Figuren obere Materialabschnitt 52 bildet einen Anschlagabschnitt 56, der mit dem Absatz 26 am Pumpenkolben 18 zusammenwirken kann, um eine Bewegung des Pumpenkolbens 18 in Richtung zum Antrieb hin (in den Figuren nach unten) zu begrenzen. Insbesondere dann, wenn die Hülse 48 zusammen mit dem Materialabschnitt 52 bzw. dem Anschlagabschnitt 56 aus einem metallischen Werkstoff hergestellt ist, kann diese und ihr Anschlagabschnitt 56 sehr gut die Axialkraft des Pumpenkolbens 18 aufnehmen, die im „Auslieferungszustand“, wenn die Kraftstoff-Hochdruckpumpe 14 noch nicht beispielsweise in ein Motorgehäuse einer Brennkraftmaschine eingebaut ist, aufgrund der Wirkung der Kolbenfeder 34 auf die Hülse 48 wirkt.
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Man erkennt, dass der Anschlagabschnitt 56, der in Form des Materialabschnitts 52 einstückig mit dem Mantels 50 verbunden ist und insoweit einen integralen Bestandteil der Hülse 48 bildet, und die Niederdruckdichtung 42 eine gemeinsame, vorgefertigte Baugruppe bilden, die insgesamt mit 58 bezeichnet ist. Dabei wird für die Bildung des Anschlagabschnitts 56 in Form des Materialabschnitts 52 nur eine geringe axiale Erstreckung benötigt (nämlich im Wesentlichen lediglich die Wandstärke des Materialabschnitts 52), wodurch zusätzlicher axialer Bauraum für die Niederdruckdichtung 42 bereitgestellt wird.
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Um die gemeinsame, vorgefertigte Baugruppe 58 zu binden, wird beispielsweise vor Einsetzen der Baugruppe 58 in die Kraftstoff-Hochdruckpumpe 14 die vorgefertigte Niederdruckdichtung 42 in die Hülse 48 eingepresst, die zu diesem Zeitpunkt beispielsweise am in den Figuren unteren axialen Ende noch keinen sich nach radial einwärts erstreckenden Materialabschnitt aufweist. Erst nach dem Einpressen der Niederdruckdichtung 42 in die Hülse 48 wird dort beispielsweise durch Bördeln der nach radial einwärts weisende Materialabschnitt 54 erzeugt, der die Niederdruckdichtung 42 unverlierbar in der Hülse 48 haltert.
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Alternativ könnte die Niederdruckdichtung 42 auch in die bereits mit den sich nach radial einwärts erstreckenden Materialabschnitten 52 und 54 versehene Hülse 48 eingespritzt werden, beispielsweise mittels eines 2-Komponenten-Spritzgussverfahrens. Auf diese Weise wäre die Niederdruckdichtung 42 in der Hülse 48 kraftschlüssig, formschlüssig und -je nach Materialauswahl - auch stoffschlüssig gehalten.
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Wie oben erwähnt, bilden die Niederdruckdichtung 42 einerseits und die Hülse 48 und ihr Anschlagabschnitt 56 andererseits eine gemeinsame Baugruppe 58. Eine separate Anschlaghülse, die als separates Bauteil in den Figuren oberhalb von der Niederdruckdichtung 42 zwischen dieser und dem Absatz 26 des Pumpenkolbens 18 angeordnet wäre, ist somit nicht mehr notwendig. Durch den Entfall dieser separaten zusätzlichen Anschlaghülse wird am Halteelement 28 ein nur in 3 mit 60 bezeichneter Übergangsbereich zwischen dem Abschnitt 32 und dem Halteabschnitt 38 entlastet, was zu einem erhöhten Sicherheitsfaktor für das Halteelement 28 führt. Der Übergangsbereich 60 ist die am stärksten belastete Stelle des Halteelements 28.
