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Die Erfindung betrifft eine Pumpenvorrichtung für Fluid, insbesondere für Diesel-Kraftstoff, mit einem Pumpenkolben, der mittels einer Betätigungseinrichtung längsverfahrbar in einem Pumpengehäuse geführt ist und der in Abhängigkeit von seiner Verfahrstellung innerhalb des Pumpengehäuses einzelne Pumpenräume mit unterschiedlichen Volumina zumindest zeitweise voneinander separiert.
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Durch
EP 3 352 877 B1 ist eine Filtervorrichtung bekannt, insbesondere vorgesehen für den Einsatz bei Diesel-Kraftstoffen, mit einem in einem Filtergehäuse austauschbar aufnehmbaren Filterelement, wobei eine Fluid-Pumpeneinrichtung mit zwei Pumpenkammern als Teil der Filtervorrichtung vorhanden ist, die mittels eines in diesen Kammern längsverfahrbar geführten Pumpenkolbens zumindest in einer seiner beiden Verfahrrichtungen fluiddicht voneinander separiert sind, wobei jeder Pumpenkammer zugeordnet ein Ventil vorgesehen ist, das gegenläufig zum jeweils anderen Ventil bei Betätigen der Pumpeneinrichtung öffnet oder schließt, und wobei mindestens das eine Ventil Bestandteil des Filterelementes ist und in seiner geöffneten Stellung Fluid in seine zugeordnete Pumpenkammer weiterleitet und in seiner Schließstellung diesen Weg sperrt. Bei einem Filterelementwechsel und einem damit ungewollt verbundenen Eintrag von Luft in das Filtergehäuse wird diese bei Betätigen der Pumpeneinrichtung von Hand über das geöffnete Ventil in die Pumpenkammer weitergeleitet und dergestalt aus dem System genommen, sodass eine erneute Inbetriebnahme des Kraftstoffversorgungssystems ohne Weiteres möglich ist.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bekannte Vorrichtungslösung betreffend den Pumpenbetrieb weiter zu verbessern.
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Eine dahingehende Aufgabe löst eine Pumpenvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit.
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Dadurch, dass gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 der Pumpenkolben eine Druckbegrenzungseinrichtung aufweist, die bei Überschreiten eines vorgebbaren Pumpendruckes in einem der Pumpenräume eine Druckentlastung für das Fluid in Richtung des anderen, zu dem einen Pumpenraum benachbarten Pumpenraum vorsieht, ist ein häufig auftretendes technisches Problem gelöst, nämlich dass der Druck, der von einer Handpumpe auf ein Kraftstoffsystem aufgebracht wird, unzulässig hoch werden kann, was gegebenenfalls zur Folge hat, dass in dem Versorgungssystem vorhandene Dichtungen und sonstige gegen zu hohen Druck empfindliche Bauteile beschädigt werden können. Dieser Gefahr ist mit der erfindungsgemäßen Druckbegrenzungseinrichtung wirksam begegnet und unzulässig hohe Drücke im Pumpenbetrieb sind mit Sicherheit vermieden.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pumpenvorrichtung ist vorgesehen, dass der Pumpenkolben mittels einer Dichteinrichtung längsverfahrbar im Pumpengehäuse geführt ist, der mindestens eine Fluidverbindung aufweist, die in einer Rückhubbewegung des Pumpenkolbens die einander benachbarten Pumpenräume fluidführend miteinander verbindet, von denen der eine ein zusehends kleineres und der andere ein zusehends größeres Volumen einnimmt. Dergestalt ist eine Möglichkeit geschaffen durch Verfahren des Pumpenkolbens in einer Betätigungsrichtung, das Pumpengehäuse für die spätere Abgabe des Fluids mit Fluid von einer Eingangsseite stammend zu befüllen.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pumpenvorrichtung ist vorgesehen, dass die jeweilige Fluidverbindung im Pumpenkolben von einem Steuermittel abdeckbar ist, das als Druckbegrenzungseinrichtung bei einem vorgebbaren Druckschwellenwert in einen Pumpenraum die jeweilige Fluidverbindung freigibt und den Rückfluss zum anderen Pumpenraum ermöglicht. Dergestalt lässt sich die im Pumpengehäuse zuvor aufgenommene Fluidmenge durch Betätigen des Pumpenkolbens von Hand in der entgegengesetzten Richtung zu einem Ausgang respektive verbraucherseitig ausschieben und kommt es dahingehend zu einer ungewollten Druckerhöhung auf der dahingehenden Ausgangs- oder Abgabeseite, wird die Druckbegrenzungseinrichtung im Pumpenkolben aktiviert und Fluid zu hohen Druckes kann wiederum auf die druckentlastete Ausgangsseite des Pumpengehäuses, die vom Pumpenkolben freigelassen ist, zurückströmen. Dergestalt ist eine sichere Druckbegrenzung auf der Abgabeseite erreicht und etwaig im anschließenden Versorgungskreis befindliche, druckempfindliche Baukomponenten werden vor druckbedingten Beeinträchtigungen oder gar einer Zerstörung verschont. Dies hat so keine Entsprechung im Stand der Technik.
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Ein besonders einfacher Mechanismus für die Druckbegrenzungsfunktion der Pumpenvorrichtung ergibt sich, wenn zum Einstellen des Druckschwellenwertes ein Energiespeicher, vorzugsweise in Form einer Druckfeder, dient und ferner ein Steuermittel zum Einsatz kommt, das aus einer Steuerscheibe gebildet ist, deren Außendurchmesser derart kleiner ist als der Außendurchmesser des Pumpenkolbens, dass ein umlaufender Ringspalt zwischen der Steuerscheibe und der Innenumfangsseite des Pumpengehäuses gebildet ist. Auf diese Art und Weise kann in der üblichen Pumpenvorwärtsbewegung die federbelastete Steuerscheibe Fluidverbindungen im Pumpenkolben zunächst zuhalten, sodass wirksam ein druckaufbauendes Pumpen von Hand in Richtung der Abgabeseite möglich ist und bei etwaigem Ansprechen der Druckbegrenzungsfunktion wird die Steuerscheibe aufgesteuert und die derart dann freigegebenen Fluidverbindungen lassen den Rückstrom von Fluid hohen Druckes von der Abgabeseite auf die Entlastungsseite des Pumpenkolbens innerhalb des Pumpengehäuses zu.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pumpenvorrichtung ist vorgesehen, dass nach Abschluss des Pumpvorgangs, der mehrere Pumpstöße mit dem Pumpenkolben beinhalten kann, dieser in eine Position innerhalb des Pumpengehäuses verfahren wird, bei der beide Pumpenräume freigegeben sind, sodass dergestalt eine direkt fluidführende Verbindung zwischen dem Eingang des Pumpengehäuses und seinem Ausgang hergestellt ist. Hierdurch ist eine Neutralposition durch den Pumpenkolben im Pumpengehäuse eingenommen und ein Haupt-Fluidvolumenstrom kann ungehindert von der Eingangsseite zu der Ausgangsseite des Pumpengehäuses strömen.
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Weitere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Pumpenvorrichtung sind Gegenstand der sonstigen Unteransprüche.
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Im Folgenden wird die erfindungsgemäße Pumpenvorrichtung anhand eines Ausführungsbeispiels nach der Zeichnung anhand von Längsschnitten näher erläutert. Dabei zeigen in prinzipieller und nicht maßstäblicher Darstellung die
- 1 die Pumpenvorrichtung in einer Sperrstellung des Volumenstroms für einen fälligen Filterelementwechsel;
- 2 und 3 die Pumpenvorrichtung nach der 1, einmal in einer Befüllstellung beziehungsweise im Pumpenbetrieb;
- 4 eine den 1 bis 3 entsprechende Darstellung mit gezeigter Druckbegrenzungsfunktion; und
- 5 die Pumpenvorrichtung nach den 1 bis 4 in einer einen Haupt-Fluid-Volumenstrom freigebenden Neutralstellung, wobei
in den 2 bis 5 die jeweilige Hauptströmungsrichtung in Pfeildarstellung wiedergeben ist.
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Die 1 zeigt die wesentlichen Komponenten der Pumpenvorrichtung in einer Art Längsschnittdarstellung. Dabei weist die Pumpenvorrichtung ein Pumpengehäuse 10 auf mit einem teilweise topfartig ausgebildeten Grundgehäuse 12, das nach außen hin von einem Deckelteil 14 fluiddicht verschlossen ist. In dem Pumpengehäuse 10 ist längsverfahrbar ein Pumpenkolben 16 geführt, der mittels einer als Ganzes mit 18 bezeichneten Betätigungseinrichtung betätigbar ist. Hierfür weist das Grundgehäuse 12 einen zylindrischen Hohlraum 20 auf, der in Blickrichtung auf die 1 gesehen nach links sich entlang eines konischen Abschnitts 22 in einen Fluidraum 24 erweitert, dessen Durchmesser größer ist als der Durchmesser des zylindrisch ausgeführten Hohlraums 20. Dergestalt unterteilt der Pumpenkolben 16 die gezeigten Räume 20, 22 und 24 in zwei Pumpenräume, nämlich den einen Pumpenraum 26 und den anderen Pumpenraum 28. Je nachdem, welche Verfahrstellung der Pumpenkolben 16 im Grundgehäuse 12 einnimmt, ist der eine 26 oder der andere Pumpenraum 28 im Volumen vergrößert oder entsprechend im selben Maße verringert.
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Wie die 1 weiter zeigt, mündet in den einen Hohlraum 20 ein Eingang 30 ein, in Form eines fluidführenden Kanals, der an seinem freien oberen Ende von einem Rückschlagventil 32 üblicher Bauart versehen ist. Demgegenüber mündet in den erweiterten Fluidraum 24 wiederum in Form eines Fluidkanals ein Ausgang 34 ein, der zu einem nicht näher dargestellten Abnehmer führt, der insoweit an die Pumpenvorrichtung angeschlossen ist und der beispielsweise Teil eines üblichen (Diesel-) Kraftstoffversorgungssystems sein kann.
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Die Betätigungseinrichtung 18 weist eine Betätigungsstange 36 auf, die an ihrem einen freien Ende mit einer Handhabe 38 versehen ist, beispielsweise in Form eines Betätigungsknaufes oder eines Betätigungsknopfes. An ihrem anderen gegenüberliegenden Ende ist die Betätigungsstange 36 im Durchmesser verjüngt und geht insoweit in eine zylindrische Stiftführung 40 für den Pumpenkolben 16 über. Die an ihrem freien Ende spitz zulaufende Stiftführung 40 weist eine ringförmige Anschlagscheibe 42 auf, die gegenüber dem freien Durchmesser der Stiftführung 40 verbreitert ist und insoweit eine Anschlagmöglichkeit für den Pumpenkolben 16 in seiner, in Blickrichtung auf die 1 gesehen, ganz linken Anschlagstellung bildet. In der in 1 gezeigten Mittelstellung ist jedoch der Pumpenkolben 16 in seiner ganz rechten Position gezeigt und der Abstand zwischen der Vorderseite des Pumpenkolbens 16 und der benachbart gegenüberliegenden Rückseite der Anschlagscheibe 42 bildet eine Art Schleppspiel 44 für die Bewegung des Pumpenkolbens 16 aus, dessen Funktion im Folgenden noch näher erläutert werden wird.
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Der Pumpenkolben 16 ist aus einer scheibenförmigen, zylindrischen Platte gebildet, die außenumfangsseitig eine Dichteinrichtung 46 trägt in Form von zwei beabstandet zueinander angeordneten üblichen Dichtringen, die in Radialnuten des Pumpenkolbens 16 aufgenommen sind. Der Pumpenkolben 16 weist ferner mindestens eine durchgehend verlaufende Axialbohrung 48 auf, wobei vorzugsweise mehrere solcher Axialbohrungen 48 sich konzentrisch um eine Längsachse 50 der Pumpenvorrichtung herum gruppieren, die auch gleichzeitig die Betätigungsachse für die Betätigungseinrichtung 18 ist. In der in der 1 gezeigten Mittelstellung ist die jeweilige Axialbohrung 48 von einem Steuermittel 52 abgedeckt in Form einer Steuerscheibe 54. Der Außendurchmesser der Steuerscheibe 54 ist dabei geringer als der Außendurchmesser des Pumpenkolbens 16, sodass ein umlaufender Ringspalt 56 gebildet ist zwischen dem Außenumfang der Steuerscheibe 54 und dem zylindrischen Innenumfang des Grundgehäuses 12, das den Hohlraum 20 im Pumpengehäuse 10 umfasst. Der Ringspalt 56 dient dazu Fluid von dem einen Pumpenraum 26 im Bedarfsfall, was anhand der 4 noch näher erläutert werden wird, in Richtung des anderen Pumpenraumes 28 zu bringen, und zwar über die jeweilige Axialbohrung 48, die insoweit für einen Fluiddurchlass von der Steuerscheibe 54 aufgesteuert ist.
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Die Steuerscheibe 54 stützt sich mit ihrer einen Plattenseite an der zugehörigen Kolbenseite des Pumpenkolbens 16 und mit ihrer anderen Seite an einem Energiespeicher ab in Form einer Druckfeder 58. Für die dahingehende Abstützung mit der Druckfeder 58 ist diese an ihrem anderen freien Ende an einer weiteren Anschlagscheibe 60 gehalten, die mittels der Druckfeder 58 an einen Sprengring 62, der in die Betätigungsstange 36 eingreift, zu jeder Zeit angelegt ist. Des Weiteren ist die Steuerscheibe 54 in einem Mittenbereich an einer radialen Verbreiterung 64 in abstützender Weise angelegt, die sich zwischen der Stiftführung 40 und den sonstigen Teilen der Betätigungsstange 36 in Richtung der Handhabe 38 erstreckt, wobei zur Führung der Verbreiterung 64 eine zugehörige Radialausnehmung 66 im Pumpenkolben 16 vorhanden ist. In der gezeigten Stellung nach der 1 schließt die benachbarte Kolbenseite des Pumpenkolbens 16 bündig mit der Anlagefläche der Verbreiterung 64 ab, an die die Steuerscheibe 54 unter der Kraft der Druckfeder 58 in einer Vertikalebene verlaufend angelegt ist.
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Die Betätigungsstange 36 kann mittels der Handhabe 38 in eine vollständige Einfahrstellung, gemäß der Darstellung nach der 5, gebracht werden, wobei dann die Handhabe 38 auf dem Deckelteil 14 aufliegt und ein zylindrischer Vorsprung 68 des Deckelteils 14 mit einem Innengewinde 70 erlaubt ein Verschrauben über nicht näher dargestellte Gewindeteile der Handhabe 38 respektive der Betätigungsstange 36 in diesem Bereich. Dergestalt ist eine verriegelte Position der Handhabe 38 nebst Betätigungsstange 36 am Pumpengehäuse 10 erreicht und dabei tritt der Pumpenkolben 16 aus dem Hohlraum 20 in den verbreiterten Fluidraum 24 vollständig über. Auch dies wird später noch näher erläutert werden. Ferner ist die Betätigungsstange 36 im Deckelteil 14 entlang einer nicht dargestellten Dichtung geführt, wovon in den Figuren nur die zugehörige Ringnut 71 gezeigt ist. Darüber hinaus ist mit der gezeigten Pumpenvorrichtung mit ihren wesentlichen Komponenten eine als Ganzes mit 72 bezeichnete Druckbegrenzungseinrichtung realisiert.
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Zunächst wird das Befüllen des Pumpengehäuses 10 anhand der Kolbenstellung nach der 2 näher beschrieben. Dabei wird zum dahingehenden Befüllen die Kolben- oder Betätigungsstange 36 mittels der Handhabe 38 aus ihrer Stellung nach der 1 nach rechts bewegt und über das Rückschlagventil 32 wird Fluid von Seiten des Einganges 30 in den anderen Pumpenraum 28 gebracht. Da sich die Betätigungsstange 36 nach rechts bewegt, nimmt ihre Verbreiterung 64 die Steuerscheibe 54 gleichfalls nach rechts mit, sodass über den permanent vorhandenen Ringspalt 56 Fluid in den geschaffenen Zwischenraum zwischen Steuerscheibe 54 und freigegebener Kolbenseite des Pumpenkolbens 16 gelangt und von dort aus über die einzelnen Axialbohrungen 58 im Pumpenkolben 16 in den einen Pumpenraum 26. Dergestalt wird der eine Pumpenraum 26 mit Fluid in Richtung des Ausganges 34 vollständig befüllt. Die entsprechende Fluidströmungsrichtung ist in der 2 mit Pfeilen wiedergegeben und ein Rückfließen des Fluidvolumens von Seiten des anderen Pumpenraumes 28 in Richtung des Einganges 30 wird durch das bereits genannte Rückschlagventil 32 wirksam verhindert. Bei der dahingehenden Rückhubbewegung kommt die Verbreiterung 64 außer Eingriff mit der zugehörigen Ausnehmung 66 im Pumpenkolben 16 und die Anschlagscheibe 42 kommt in Anlage mit der einen freien Stirnseite des Pumpenkolbens 16. Ferner wird die zylindrische Stiftführung 40 in Richtung des Pumpenkolbens 16 eingefahren. Des Weiteren spannt die Steuerscheibe 54 des Steuermittels 52 die Druckfeder 58 vor, die sich mit ihrem anderen freien Ende über die weitere Anschlagscheibe 60 an der Betätigungsstange 36 abstützt.
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Das im Raum 28 vorher über den Eingang 30 zugeführte Fluid wird mittels der Rückhubbewegung des Pumpenkolbens 16 über die Axialbohrungen 48 in Richtung des einen Raumes 26 verdrängt, wobei das Rückschlagventil 32 geschlossen ist. Wird nun anschließend gemäß der Darstellung nach der 3 die Kolben- oder Betätigungsstange 36 mittels der Handhabe 38 wiederum von ihrer rechten Position nach der 2 nach links gemäß der Darstellung nach der 3 gedrückt, wird das im einen Pumpenraum 26 befindliche Fluid gemäß der Pfeildarstellung über den Ausgang 34 im Pumpengehäuse 10 in Richtung eines hydraulischen Verbrauchers respektive einer fluidischen Arbeitsmaschine (Dieselmotor) ausgeschoben. Dabei sind die Axialbohrungen 48 im Pumpenkolben 16 durch den Steuerschieber 54 wiederum verschlossen und die zylindrische Stiftführung 40 ist gemäß der Darstellung nach der 1 wieder in ihrer vordersten linken Position; wie in der Darstellung nach der 1. Ferner wird der Steuerschieber 54 unter der Kraft der sich entspannenden Druckfeder 58 in der die Axialbohrungen 48 schließenden Position gehalten.
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Bei der dahingehenden Verfahrbewegung des Pumpenkolbens 16 von rechts nach links entsteht ein Unterdruck im rückwärtigen Bereich des Pumpenvolumens, sprich also im anderen Pumpenraum 28, wodurch sich das Rückschlagventil 32 öffnet, sodass dergestalt Fluid, wie Kraftstoff, in den anderen Pumpenraum 28 nachlaufen kann, wobei gleichzeitig, wie bereits dargelegt, das vordere Fluidvolumen im einen Pumpenraum 26 sich verringert und über den Ausgang 34 weiter befördert wird, indem die dahingehende Fluidmenge vom Pumpenkolben 16 aus dem Pumpengehäuse 10 ausgeschoben wird.
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Die Betätigungsabfolge nach den 2 und 3 wird abwechselnd wiederholt bis das gewünschte Abgabe-Füllvolumen auf Seiten des Ausganges 34 erreicht ist oder bis die Druckbegrenzungseinrichtung 72 anspricht, was anhand der 4 im Folgenden näher erläutert wird. Dabei wird der Pumpenraum 28 abwechselnd entleert und eingangsseitig mit Fluid wieder befüllt.
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Sofern der Pumpendruck auf Seiten des Ausganges 34 ausgehend von der Position nach der 3 einen unzulässig hohen Wert erreicht, wirkt dieser gemäß der Pfeildarstellung nach der 4 über die Axialbohrungen 48 auf den Steuerschieber 54 des Steuermittels 52, das insoweit entgegen der Wirkung der Druckfeder 58 nach rechts sich bewegt und über die Axialbohrungen 48 sowie den freigelegten Zwischenraum zwischen Pumpenkolben 16 und Steuerschieber 54 gelangt das Fluid über den permanenten Ringspalt 56 auf die Seite mit dem anderen Pumpenraum 28. Dergestalt erfolgt also eine Druckentlastung von dem einen Pumpenraum 26 in Richtung des anderen Pumpenraumes 28 und ein unzulässig hoher Druck auf Seiten des Ausganges 34 wird dergestalt abgebaut. Je nach Auswahl der Federkennlinie für die Druckfeder 58 lässt sich derart der Druckschwellenwert für ein Aufsteuern der Druckbegrenzungseinrichtung 72 vorgeben. Wie ferner die 4 zeigt, bleibt dabei die Betätigungsstange 36 mit ihrer zylindrischen Stiftführung 40 in einer Verschiebestellung gemäß den 1 und/ oder 3. Die Druckbegrenzungseinrichtung 72 besteht gemäß ihrer aufgezeigten Funktion im Wesentlichen aus dem federbelasteten Steuermittel 52, das in Abhängigkeit von der Drucksituation im Pumpengehäuse die Fluidverbindung im Pumpenkolben in Form der jeweiligen Axialbohrung 48 öffnet oder verschließt.
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Nach dem beschriebenen Befüllvorgang und dem möglichen Abbau von unzulässigen Druckspitzen mittels Einsatzes der Druckbegrenzungseinrichtung 72 lässt sich die Betätigungsstange oder Kolbenstange 36 gemäß der Darstellung nach der 5 nunmehr ganz nach links verschieben und wird dabei unter Einsatz der Handhabe 38 mit dem Innengewinde 70 im Vorsprung 68 des Deckelteils 14 verschraubt. Dergestalt gelangt nach der Darstellung nach der 5 der Pumpenkolben 16 mit der Druckbegrenzungseinrichtung 72 vollständig in den sich eingangsseitig konisch erweiternden Fluidraum 24 und ist insoweit dort in eine neutrale Position gebracht, bei der ein Haupt-Fluid-Volumenstrom ungehindert von Seiten des Einganges 30 in Richtung des Ausganges 34 strömen kann, was wiederum mit Pfeildarstellung wiedergegeben ist. Dabei werden beide Pumpenräume 26 und 28 gleichermaßen durchströmt sowie außenumfangsseitig der Pumpenkolben 16 mit der zugehörigen Druckbegrenzungseinrichtung 72.
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Abschließend sei noch erwähnt, dass bei der Kolbendarstellung gemäß der 1 der Volumenstrom zwischen Eingang 30 und Ausgang 34 gesperrt ist, um dergestalt einen Filterelementwechsel (nicht dargestellt) störungsfrei vornehmen zu können. Nach dem Elementwechsel lässt sich dann wie anhand der 2 bis 5 beschrieben, Fluid, wie Kraftstoff, wieder in das KraftstoffVersorgungssystem (common-rail) bringen, das dabei gleichzeitig „entlüftet“ wird.
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Durch die vorliegende erfindungsgemäße Lösung, bei der eine Druckbegrenzungseinrichtung 72 in einem Pumpenkolben 16 einer Pumpenvorrichtung integriert ist, lässt sich die beschriebene Druckbegrenzung auf einfache Weise platzsparend realisieren und auf zusätzliche kostenintensive Druckbegrenzungsventile kann verzichtet werden. Ferner besteht bei einer nicht dargestellten Ausführungsform auch die Möglichkeit die Handhabe 38 und/ oder die Betätigungsstange 36 mittels eines motorisierten Antriebes hin- und herzubewegen, sodass eine Pumpbetätigung von Hand nicht zwingend notwendig ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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