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Technisches
Gebiet
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Diese Erfindung bezieht sich allgemein
auf eine Dichtungsanordnung und insbesondere auf eine Rückschlagventildichtungsanordnung
für eine
Pumpe.
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Hintergrund
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Kolbenpumpen werden bekannter Weise
in hydraulisch betätigten
Brennstoffeinspritzsystemen verwendet. Der zuverlässige Betrieb
von solchen Pumpen und ihren Komponenten ist wichtig für den gesamten
Betrieb des Motors. Darüber
hinaus ist die Fähigkeit,
dass solche Pumpen und ihren Komponenten frei von Instandhaltung
arbeiten, wichtig, um die Zeit des Systems nicht im Betrieb zu verringern. Während ein
zuverlässiger
Betrieb ein wichtiges Konstruktionskriterium ist, beeinflussen Dinge
wie beispielsweise Kosten und die leichte Montage, die gesamte Konstruktion
von solchen Pumpen und ihren Komponenten.
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Bei manchen Systemen setzt eine Kolbenpumpe
hydraulisches Strömungsmittel
unter Druck und liefert unter Druck gesetztes Strömungsmittel
zu einer gemeinsamen Druckleitung bzw. Common-Rail, die wiederum
hydraulisches Strömungsmittel
zu einer Vielzahl von hydraulisch betätigten Brennstoffeinspritzvorrichtungen
liefert, die in einem Dieselmotor montiert sind. Die Pumpe verdrängt Hochdruck-Strömungsmittel
zu der Common-Rail über
ein Rückschlagventil.
Das Rückschlagventil
versucht, eine Leckage des verschobenen Hochdruck-Strömungsmittels
zurück
in die Pumpe während
eines Ansaughubes zu verhindern, und eine Leckage von Hochdruck-Strömungsmittel
von dem Inneren der Pumpe zum Äußeren der
Pumpe zu verhindern. Um solche Lecks zu verhindern erfordert das
Rückschlagventil
zwei Abdichtungspunkte: einen, der eine Leckage von Strömungsmittel
zurück
in die Pumpe verhindert, und einen weiteren, der die Leckage von
unter Druck gesetztem Strömungsmittel zum Äußeren der
Pumpe verhindert.
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Während
die Pumpe gut im Betrieb arbeiten kann, erfordern die Kraft des
unter Druck gesetzten Strömungsmittels,
die während
eines Auslasshubes des Kolbens erzeugt wird, und die Vakuumkraft,
die während
eines Ansaughubes des Kolbens erzeugt wird, dass eine Rückschlagventilanordnung
mit einer engen Toleranz hergestellt wird und mit relativ hoher Präzision montiert
wird. Daher kann die Herstellung von solchen Pumpen teuer und komplex
sein.
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Die vorliegende Erfindung sieht eine
Dichtungsanordnung vor, die einige oder alle der zuvor erwähnten Nachteile
des Standes der Technik vermeidet.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Gemäß eines Aspektes der Erfindung
weist eine Rückschlagventilanordnung
einen Stöpsel
mit einem ersten Ende und mit einem zweiten Ende auf, die entlang
einer Längsachse
der Rückschlagventilanordnung
beanstandet sind. Die Rückschlagventilanordnung
weist auch einen ersten Ventilsitz auf, wobei das erste Ende des
Stöpsels
dichtend den ersten Ventilsitz berührt. Ein zweiter Ventilsitz
ist von dem ersten Ventilsitz in einer Richtung der Längsachse beanstandet.
Die Rückschlagventilanordnung
weist weiter ein elastisches Glied zwischen dem Stöpsel und
dem zweiten Ventilsitz auf, und ein Federglied, welches das elastische
Glied in dichtenden Kontakt mit dem zweiten Ventilsitz und dem Stöpsel drückt.
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Gemäß eines weiteren Aspektes der
Erfindung weist eine Pumpe zur Lieferung von Hochdruck-Strömungsmittel
zu einem hydraulisch betätigten
Brennstoffeinspritzsystem für
einen Motor eine Antriebswelle auf, die konfiguriert ist, um Antriebsdrehmoment
von einem Motor aufzunehmen, weiter eine Antriebsplatte, die mit
der Antriebswelle gekoppelt ist, und mindestens eine Hülse, die
mit der Antriebsplatte gekoppelt ist und eine innere Bohrung besitzt.
Die mindestens eine Hülse
wird hin und her durch die Antriebsplatte getrieben, um Strömungsmittel
unter Druck zu setzen. Die Pumpe weist auch einen Auslassdurchlass
in Strömungsmittelverbindung
mit der inneren Bohrung und eine Rückschlagventilanordnung auf,
die konfiguriert ist, um unter Druck gesetztes Strömungsmittel über einen
vorbestimmten Druck unter Druck zu setzen, so dass er durch den
Auslassdurchlass zu einem Sammelauslass läuft. Die Rückschlagventilanordnung weist
zwei abgedichtete Kontaktregionen auf, die entlang einer Achse der
Rückschlagventilanordnung
beanstandet sind, die eine Leckage durch die Rückschlagventilanordnung verhindern,
und die eine Leckage von dem Inneren der Pumpe zum Äußeren der
Pumpe verhindern.
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Gemäß noch eines weiteren Aspektes
der Erfindung weist ein Verfahren zur Montage einer Rückschlagventilanordnung
das Koppeln eines Stöpsels
mit einer Bohrung in einem Auslassdurchlass eines Pumpengehäuses auf,
und die dichtende Berührung
eines ersten Endes des Stöpsels
mit einem ersten Ventilsitz, der durch die Bohrung definiert wird. Das
Verfahren weist weiter das Drücken
eines elastischen Gliedes in dichtenden Kontakt mit einem zweiten
Ventilsitz auf, der durch die Bohrung definiert wird. Der zweite
Ventilsitz ist von dem ersten Ventilsitz in einer Richtung einer
Längsachse
der Rückschlagventilanordnung
beanstandet.
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Es sei bemerkt, dass sowohl die vorangegangene
allgemeine Beschreibung als auch die folgende detaillierte Beschreibung
nur beispielhaft und erklärend
sind, und dass sie die Erfindung nicht einschränken.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Darstellung eines hydraulisch betätigten Brennstoffeinspritzsystems
gemäß eines
beispielhaften Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
eine diagrammartige Querschnittsansicht einer Axialkolbenpumpe gemäß eines
beispielhaften Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung; und
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3 ist
eine diagrammartige Querschnittsansicht einer Rückschlag ventildichtungsanordnung der
in 2 gezeigten Pumpe.
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Detaillierte
Beschreibung
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Es wird nun im Detail auf die beispielhaften Ausführungsbeispiele
der Erfindung Bezug genommen, wobei Beispiele davon in den beigefügten Zeichnungen
veranschaulicht sind. Wo immer es möglich ist, werden die gleichen
Bezugszeichen in den Zeichnungen verwendet, um sich auf die gleichen
oder auf ähnliche
Teile zu beziehen.
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Mit Bezug auf 1 kann eine Arbeitsströmungsmittelschaltung 110 für ein hydraulisch
betätigtes
Brennstoffeinspritzssystem eine Komponente eines Verbrennungsmotors
ausmachen. Die Arbeitsströmungsmittelschaltung 110 kann
eine Quelle für Niederdruck-Arbeitsströmungsmittel 112 aufweisen, beispielsweise
einen Schmieröltank
des Motors. Eine Versorgungspumpe 114 kann Arbeitsströmungsmittel durch
eine Niederdruck-Versorgungsleitung 116 zu einer Hochdruck-Axialkolbenpumpe 118 liefern.
Die Axialkolbenpumpe 118 kann dann Hochdruck-Arbeitsströmungsmittel
entlang der Hochdruck-Versorgungsleitung 120 zu einer Hochdruck-Strömungsmittel-Common-Rail 122 liefern.
Die Hochdruck-Strömungsmittel-Rail 122 ist
strömungsmittelmässig mit jeder
der Brennstoffeinspritzvorrichtungen 124 verbunden und
liefert selektiv Hochdruck-Arbeitsströmungsmittel zum Antrieb der
Brennstoffeinspritzvorrichtungen 124. Nachdem das Hochdruck-Arbeitsströmungsmittel
durch die einzelnen Brennstoffeinspritzvorrichtungen 124 verwendet
wurde, kann das Arbeitsströmungsmittel
zu der Niederdruck-Strömungsmittelquelle 112 über einen
Ablaufdurchlass 126 zurückgeleitet
werden.
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Mit Bezug auf 2 kann die Pumpe 118 eine sich
drehende Welle 230 aufweisen, die direkt mit dem Ausgang
des (nicht gezeigten) Motors gekoppelt ist, so dass die Umdrehungsgeschwindigkeit der
Welle 230 direkt proportional zur Umdrehungsgeschwindigkeit
der (nicht gezeigten) Antriebswelle des Motors ist. Ein sich drehendes
Pumpengehäuse 232 kann
fest an der Welle 230, beispielsweise über einen Keilwelleneingriff 233 angebracht
werden, so dass die Welle 230 und das Pumpengehäuse 232 sich
miteinander drehen. Irgend eine andere geeignete Anordnung kann
verwendet werden, um fest das Pumpengehäuse 232 an der Welle 230 zu
sichern.
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Das Pumpengehäuse 232 kann eine
Vielzahl von Öffnungen 234 aufweisen,
um eine Vielzahl von Hülsen 236 aufzunehmen.
Beispielsweise kann das Pumpengehäuse 232 Öffnungen 234 zur
Aufnahme von fünf
Hülsen 236 aufweisen.
Das Pumpengehäuse 232 kann
auch eine Vielzahl von Hochdruck-Auslassdurchlässen 238 aufweisen,
die mit den Hülsen 236 assoziiert
sind. Der Hochdruck-Auslassdurchlass 238 für jede Hülse 236 kann
eine Rückschlagventilanordnung 240 aufweisen,
um einen Einweg-Strömungsmittelfluss
von der Öffnung 234 durch den
Auslassdurchlass 238 vorzusehen. Der Hochdruck-Auslassdurchlass 238 für jede Öffnung 234 kann
strömungsmittelmässig mit
einem Sammelauslass 242 in Verbindung stehen. Der Sammelauslass 242 kann
mit der Hochdruck-Versorgungsleitung 120 in
Verbindung stehen (1).
Der Sammelauslass 242 kann in irgend einer geeigneten Weise
gebildet werden, um schließlich
eine eventuelle Verbindung mit der Hochdruck-Versorgungsleitung 120 vorzusehen.
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Jede Hülse 236 kann zu einer
zylindrischen Form mit einer Axialbohrung 244 geformt werden,
die sich durch die Hülse 236 in
einer Richtung parallel zu einer mittleren Längsachse 246 der Pumpe 118 erstreckt.
Jede Hülse 236 kann
mit einer Antriebsplatte 248 in einer Weise gekoppelt sein,
die eine Relativbewegung in Winkelrichtung gestattet, und die eine eingeschränkte axiale
Relativbewegung zwischen der Hülse 236 und
der Antriebsplatte 248 gestattet.
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Das Pumpengehäuse 232 kann auch
einen Einlassdurchlass 250 aufweisen, der sich von einer Strömungsmittelversorgungswelle
erstreckt, beispielsweise von der Versorgungspumpe 114.
Der Einlassdurchlass 250 und die Auslassdurchlässe 238 können in
irgend einer geeigneten Weise geformt wer den, die den Fluss von
Strömungsmittel
in eine Axialbohrung 244 der Hülse 236 während eines Pumphubes
und aus dieser heraus gestattet.
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3 veranschaulicht
die Rückschlagventilanordnung 240 der
Pumpe 118 in 2.
Die Rückschlagventilanordnung 240 weist
einen Stöpsel 352 mit
einem Schaftteil 354 auf, der in einem freien ersten Ende 355 endet,
und mit einem Kopfteil 356 an einem zweiten Ende 357.
Die ersten und zweiten Enden 355, 357 sind entlang
einer Längsachse 358 der Rückschlagventilanordnung 240 beanstandet.
Der Kopfteil 356 kann einen größeren seitlichen Querschnitt
als der Rest des Stöpsels 352 haben.
Der Stöpsel 352 hat
eine vorbestimmte Länge
in einer Richtung der Längsachse 358.
Die vorbestimmte Länge
kann innerhalb einer Toleranz variieren.
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Die Rückschlagventilanordnung 240 weist weiter
eine Bohrung 360 in dem Pumpengehäuse 232 auf, die konfiguriert
ist, um den Stöpsel 352 aufzunehmen.
Die Bohrung 360 definiert einen ersten Ventilsitz 362 und
einen zweiten Ventilsitz 364. Der Stöpsel 352 kann mit
dem Pumpengehäuse 232 über die
Gewindeverbindung 366 mit der Bohrung 360 gekoppelt
sein. Der Kopfteil 356 des Stöpsels 352 kann eine
Aufnahme 368 aufweisen, um beispielsweise eine Befestigungsvorrichtung
aufzunehmen, die den Stöpsel 352 mit
der Bohrung 360 bis zu einem vorbestimmten Drehmomentniveau
koppeln kann. Die Aufnahme 368 kann einen Querschnitt definieren,
der beispielsweise als Sechseck, als Torx oder als Ähnliches
konfiguriert ist. Alternativ oder zusätzlich kann ein Umfang des
Kopfteils 356 beispielsweise als Sechseck konfiguriert
sein, um in einem Schraubenschlüssel
oder in einer anderen Art von Vorrichtung zum Festziehen aufgenommen
zu werden.
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Die Rückschlagventilanordnung 240 weist auch
ein elastisches Glied 370 und ein Federglied 372 um
den Schaftteil 354 de Stöpsels 352 auf. Das elastische
Glied 370 kann beispielsweise ein O-Ring sein, und das
Federglied 372 kann beispielsweise eine Metallfederscheibe
oder eine Metallwellenscheibe sein. Eine Beilagscheibe 374,
beispielsweise eine flache Metallscheibe kann ebenfalls um den Schaftteil 354 zwischen
dem elastischen Glied 370 und dem Federglied 372 angeordnet
sein. Das Federglied 372 kann zwischen der Scheibe 374 und
einer Oberfläche 376 des
Kopfteils 356 sein, der zum ersten Ende 355 hinweist.
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Zusätzlich weist die Rückschlagventilanordnung 240 ein
Ventilglied 378 auf, welches in einer Bohrung 380 verschiebbar
ist, die durch den Stöpsel 352 definiert
wird. Die Bohrung 380 kann einen ersten Abschnitt 382 mit
einem ersten Durchmesser und einen zweiten Abschnitt 384 mit
einem zweiten Durchmesser aufweisen, der größer als der erste Durchmesser
ist. Eine Feder 386 kann zwischen einer Oberfläche 388,
die den zweiten Abschnitt 384 beschränkt, und einer Oberfläche 390 des
Ventilgliedes 378 angeordnet sein. Die Oberfläche 388,
die den zweiten Abschnitt 384 begrenzt, weist zum ersten
Ende 355 des Stöpsels 352 hin,
und die Oberfläche 390 des
Ventilgliedes 378 weist zum zweiten Ende 357 hin.
Der Stöpsel 352 weist
auch eine hohle Region 392 an seinem ersten Ende 355 auf,
die einen Teil des Ventilgliedes 378 aufnimmt. Die hohle Region 392 ist
strömungsmittelmässig mit
der Axialbohrung 244 der Hülse 236 über eine
axiale Öffnung 394 in
dem ersten Ende 355 in Verbindung zu bringen. Die hohle
Region 392 ist auch strömungsmittelmässig mit
dem Sammelauslass 238 über
eines oder mehrere seitliche Löcher 396 in
dem Schaftteil 354 in Verbindung zu bringen.
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Industrielle
Anwendbarkeit
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Im Betrieb bewirkt die Drehung der
Antriebswelle des Motors eine Drehung der Welle 230 der Pumpe 118.
Diese Drehung der Welle 230 bewirkt, dass die Hülsen 236 sich
gemäß eines
axialen Anstieges und Abfalls der Antriebsplatte 248 hin
und her bewegen. Während
eines Ansaughubes einer Hülse 236 (mit
der Bewegung der Hülse
von ihrem oberen Totpunkt, der entferntesten Position zu ihrem unteren Totpunkt,
der nächsten
Position, assoziiert) wird Niederdruck-Strömungsmittel von der Quelle 112 für Niederdruck-Strömungsmittel
in das Pumpengehäuse 232 durch
den Einlassdurchlass 250 gezogen. Das Niederdruck-Strömungsmittel
läuft dann
durch die Mitte der Antriebsplatte 248 und in die axiale
Bohrung 244 der Hülse 236.
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Während
eines Auslasshubes einer Hülse 236 (mit
der Bewegung des Kolbens von seinem unteren Totpunkt, der nächsten Position,
zu ihrem oberen Totpunkt, der entferntesten Position, assoziiert) bewegt
sich die Hülse 236 in
einer Richtung nach außen,
wodurch das Strömungsmittel
innerhalb der axialen Bohrung 244 unter Druck gesetzt wird.
Ein Teil des unter Druck gesetzten Strömungsmittels wird dann in den
Auslassdurchlass 238, über
das Rückschlagventil 240,
in den Sammelauslass 242, aus dem Pumpengehäuse 232 und
durch die Hochdruck-Versorgungsleitung 120 zu der Common-Rail 122 ausgestoßen. Das
unter Druck gesetzte Strömungsmittel
läuft durch
die Rückschlagventilanordnung 240,
wenn sein Druck die Kraft der Feder 386 überwindet,
die auf das Ventilglied 378 wirkt.
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Vor dem Betrieb kann der Stöpsel 352 in
die Bohrung 360 des Pumpengehäuses 232 mit einem ersten
vorbestimmten Drehmomentniveau geschraubt werden, so dass das erste
Ende 355 des Stöpsels 352 dichtend
den ersten Ventilsitz 362 berührt. Wenn der Stöpsel 352 in
die Bohrung 360 geschraubt wird, nimmt der Spalt zwischen
dem elastischen Glied 370, der Scheibe 374, dem Federglied 372 und
dem Kopfteil 356 ab.
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Bei dem ersten vorbestimmten Drehmomentniveau
wird das Federglied 372 gegen das elastische Glied 370 gedrückt, beispielsweise
durch den Kopfteil 356, wodurch ein Dichtungskontakt zwischen dem
elastischen Glied 370, dem Stöpsel 352 und dem zweiten
Ventilsitz 364 vorgesehen wird. Das erste vorbestimmte
Drehmomentniveau kann das Federglied 372 zusammendrücken, und
das Federglied 372 kann das elastische Glied 370 in
einen Bereich zusammendrückenden,
der durch den Kopfteil 356 des Stöpsels 352 begrenzt
wird, weiter durch den Schaftteil 354 des Stöpsels 352,
durch den zweiten Ventilsitz 364, durch die Scheibe 374 und/oder
durch das Federglied 372.
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Das Federglied 372 kann
eine ausreichend hohe Federrate haben, dass das Federglied 372 genügend Kraft
erzeugen kann, um das elastische Glied 370 in abgedichteter
Beziehung zu halten, während
es unter dem Druck des Strömungsmittels
steht, welches durch das Rückschlagventil 240 läuft. Beispielsweise
kann das Federglied 372 einen größeren Dichtungsdruck als 28
MPa erzeugen.
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Die Rückschlagventilanordnung 240 gemäß eines
beispielhaften Ausführungsbeispiels
der Erfindung sieht einen Dichtungskontakt an zwei Ventilsitzen 362, 364 vor,
die entlang einer Längsachse 358 der
Rückschlagventilanordnung 240 beabstandet sind.
Die Druckkraft des Federgliedes 372 auf dem elastischen
Glied 370 sieht eine zuverlässige Dichtung vor, während eine
lockere Herstellungstoleranz für
den Stöpsel 352 und
die Bohrung 360 vorgesehen wird. Beispielsweise kann eine
vorbestimmte Länge des
Stöpsels 352 der
Rückschlagventilanordnung 240 in
Längsrichtung
innerhalb einer größeren Toleranz
variieren als ein Rückschlagventil,
welches nicht das Federglied 372 aufweist. Als eine Folge
können die
Herstellungskosten einer Pumpe mit der Rückschlagventilanordnung 240 verringert
werden, und die Montage einer solchen Pumpe kann vereinfacht werden.
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Es wird dem Fachmann offensichtlich
sein, dass verschiedene Modifikationen und Variationen an der Rückschlagventildichtungsanordnung
vorgenommen werden können,
ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Andere Ausführungsbeispiele der
Erfindung werden dem Fachmann bei der Betrachtung der Beschreibung
und bei der praktischen Ausführung
der dort offenbarten Erfindung offensichtlich. Es ist beabsichtigt,
dass die Beschreibung und die Beispiele nur als beispielhaft angesehen
werden, wobei ein wahrer Umfang der Erfindung durch die folgenden
Ansprüche
und ihre äquivalenten
Ausführungen
gezeigt wird.