EP3655649B1

EP3655649B1 - Kolbenpumpe, insbesondere kraftstoff-hochdruckpumpe für eine brennkraftmaschine

Info

Publication number: EP3655649B1
Application number: EP18731758.1A
Authority: EP
Inventors: Siamend Flo; Oliver Albrecht; Frank Nitsche; Olaf SCHOENROCK; Jurij Giesler; Andreas PLISCH; Dietmar Uhlenbrock; Ekrem CAKIR
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-07-20
Filing date: 2018-06-07
Publication date: 2022-08-17
Anticipated expiration: 2038-06-07
Also published as: US20200224646A1; DE102017212501A1; CN110945238A; JP2020527669A; US11168677B2; WO2019015857A1; JP6914417B2; KR20200033254A; CN110945238B; EP3655649A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe, insbesondere eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe für eine Brennkraftmaschine, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus dem Stand der Technik sind Kolbenpumpen bekannt, die bspw. bei Brennkraftmaschinen mit Benzindirekteinspritzung zum Einsatz kommen. Derartige Kolbenpumpen verfügen über eine Spaltdichtung zwischen Pumpenzylinder und Pumpenkolben. Pumpenzylinder und Pumpenkolben sind typischerweise aus Edelstahl hergestellt. Eine solche Spaltdichtung erfordert hohe Genauigkeiten bei Fertigung und Montage von Pumpenzylinder und Pumpenkolben, wodurch hohe Kosten entstehen. Der stets vorhandene Spalt, dessen Größe sich bspw. auf Grund von Wärmeausdehnungskoeffizienten verwendeter Materialien nicht beliebig reduzieren lässt, führt insbesondere bei niedrigen Drehzahlen zu einem suboptimalen Liefergrad.
Weitere Kolbenpupen sind in der DE 195 19 833 A1 , der DE 10 2015 202 632 A1 und der DE 10 2014 225 925 A1 offenbart

Offenbarung der Erfindung

Die Erfindung hat die Aufgabe, eine Kolbenpumpe zu schaffen, die auch bei geringen Drehzahlen einen hinreichenden Liefergrad aufweist, eine geringe Baugröße aufweist und preiswert herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Kolbenpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Für die Erfindung wesentliche Merkmale finden sich darüber hinaus in der nachfolgenden Beschreibung und in den Zeichnungen.
Die erfindungsgemäße Kolbenpumpe hat ein Pumpengehäuse, einen Pumpenkolben und einen zumindest auch vom Pumpengehäuse und dem Pumpenkolben begrenzten Förderraum. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass zwischen dem Pumpenkolben und dem Pumpengehäuse eine Dichtung zur Abdichtung des Förderraums und ein separates Führungselement zur Führung des Pumpenkolbens angeordnet sind, wobei die Dichtung als Metallhülse mit einem nach radial außen abragenden Steg ausgebildet ist.
Eine solche Kolbenpumpe kann vergleichsweise einfach hergestellt werden, wodurch sich die Bauteilkosten reduzieren. Dies hängt damit zusammen, dass die Spaltabdichtung und deren aufwendig zu fertigender Pumpenzylinder durch eine Dichtungsbaugruppe mit einer Dichtung und mindestens einer Führung ersetzt wird. Durch die Ausgestaltung der Dichtung als Metallhülse mit Steg wird eine vorteilhafte Abdichtung des Förderraums erreicht, so dass der Liefergrad insbesondere bei geringen Drehzahlen verbessert ist. Durch die neue Dichtungsbaugruppe kann eine vergleichsweise geringe Gesamtbaugröße der Kolbenpumpe erreicht werden. Die Führungs- und Dichtungsfunktion werden durch getrennte Bauteile realisiert, nämlich durch das Führungselement und die Dichtung (Metallhülse mit Steg).
Der Pumpenkolben kann in einer Ausnehmung im Gehäuse aufgenommen sein und darin hin- und herlaufen. Die Innenwand der Ausnehmung (Umfangswand) kann zumindest einen Abschnitt einer Lauffläche für den Pumpenkolben bilden. Die Ausnehmung kann als Bohrung, insbesondere als gestufte Bohrung, ausgebildet sein.
Im Konkreten kann das (erste) Führungselement ringförmig ausgebildet sein (Führungsring). Das Führungselement kann an der dem Förderraum zugewandten Seite der Dichtung angeordnet sein. Dabei kann das Führungselement zum Pumpenkolben hin einen radialen Spalt (Führungsspalt) aufweisen, der derart klein sein kann, dass das Führungselement als Kavitationsschutz für die Dichtung dient. Der Führungsspalt kann ausreichend klein ausgeführt sein, so dass keine Dampfblasen bis zur Dichtung gelangen können. Die Gefahr von Beschädigungen an der Dichtung ist somit reduziert.
Die Dichtung ist als Metallhülse mit einem radial nach außen abragenden Steg ausgebildet, so dass die Dichtung ein im Querschnitt insbesondere L-förmiges Profil aufweist. Die Dichtung weist somit einen Hülsenabschnitt und einen Stegabschnitt auf. Die Dichtung basiert auf einer Nutring-Dichtung, ist jedoch im Design optimiert und weist einen radialen Steg auf. Bei der Dichtung handelt es sich insbesondere um eine Hochdruckdichtung, die einen Hochdruckbereich (Förderraum) gegenüber einem Niederdruckbereich (Bereich an der vom Förderraum abgewandten Seite der Dichtung) abdichtet.
Durch den Steg kann die Dichtung in radialer Richtung in der Kolbenpumpe (Ausnehmung) zentriert werden. Die Dichtung kann auf diese Weise an einer festen Position im Pumpengehäuse verbaut werden. Die Wandstärke der Metallhülse ist abhängig vom Systemdruck und wird entsprechend ausgelegt. Die Wandstärke kann bspw. 0,05mm - 1,0mm (Millimeter) betragen.
Im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung kann ein weiteres Führungselement vorgesehen sein, welches in einem Dichtungsträger der Kolbenpumpe angeordnet ist. Hiermit ist ein vergleichsweise großer Lagerabstand zum (ersten) Führungselement realisiert. Die Führung des Pumpenkolbens ist somit optimiert. Das weitere Führungselement kann ringförmig ausgebildet sein (Führungsring).
In vorteilhafter Weise kann zwischen dem Pumpengehäuse und dem Pumpenkolben ein Befestigungsring für die Dichtung angeordnet sein. Der Befestigungsring ist insbesondere an der vom Förderraum abgewandten Seite der Dichtung angeordnet. Der Befestigungsring bildet einen Sitz für die Dichtung. Hiermit ist die Dichtung gegen axiale Verschiebung gesichert, insbesondere vom Förderraum weg. Der Befestigungsring kann an der den Pumpenkolben aufnehmenden Ausnehmung befestigt sein, bspw. eingeschraubt, verklebt oder eingepresst sein. Insbesondere können der Befestigungsring und die Dichtung derart ausgebildet sein, dass sich bei Anlage der Dichtung an dem Befestigungsring eine statische Dichtstelle ausbildet. Um ein Positionieren in radialer Richtung zwischen Kolben und Dichtung zu ermöglichen, ist es von Vorteil, wenn die Dichtung ein axiales Spiel aufweist, beispielsweise von 0,01mm - 1 mm (Millimeter). Es kann sich somit um eine "schwimmende Dichtung" handeln, die weder axial noch radial fixiert ist. Die Dichtung kann sich somit optimal axial zum Pumpenkolben positionieren.
Im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung können das Führungselement und der Befestigungsring zu einem Bauteil vereinigt ausgebildet sein, also insbesondere einstückig ausgebildet sein. Das vereinigte Bauteil kann dann die Funktion der Führung und der Befestigung übernehmen. Die Anzahl der zu fertigenden und zu montierenden Elemente kann dadurch reduziert werden. Dies begünstigt eine kostengünstige Ausführung der Kolbenpumpe. Das vereinigte Bauteil und die Dichtung können einander axial überlappen. So kann ein Abschnitt des vereinigten Bauteils radial zwischen dem Pumpenkolben und dem Pumpengehäuse angeordnet sein.
Erfindungsgemäß weist der Steg der Dichtung an seinem radial äußeren Rand zur Umfangswand der den Pumpenkolben aufnehmenden Ausnehmung ein radiales Spiel auf, bspw. von 0,01 mm - 1 mm. Mit anderen Worten weist der Steg einen Außendurchmesser auf, der geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser der den Pumpenkolben aufnehmenden Ausnehmung (Bohrung) an der Stelle, an der sich der Steg befindet. Oder, noch allgemeiner ausgedrückt: Die Dichtung ist relativ zum Pumpengehäuse radial beweglich. Dieses Spiel bzw. die radiale Beweglichkeit bewirkt, dass sich die radiale Position der Dichtung genau auf die Position des Pumpenkolbens einstellen kann. Somit kann sich ein gleichmäßiger und symmetrischer Spalt zum Pumpenkolben ergeben ("schwimmende Dichtung").
In jeder Ansaugphase des Pumpenkolbens (Pumpenkolben bewegt sich vom Förderraum weg) besteht die Möglichkeit einer Neuausrichtung der Dichtung. In der Förderphase (Pumpenkolben bewegt sich zum Förderraum hin, verdichtet und fördert Kraftstoff) baut sich oberhalb der Dichtung (dem Förderraum zugewandt) sowie radial außerhalb der Dichtung ein Förderdruck auf. Der Förderdruck wirkt auf die Stirnseite der Dichtung sowie auf den Steg der Dichtung und bewirkt, dass die Dichtung in axialer Richtung (Axialrichtung des Pumpenkolbens) eine Kraft erfährt, welche die Dichtung auf den Befestigungsring drückt. Während dieser Phase kann sich die Dichtung auf Grund der Axialkraft nicht oder nur unwesentlich in radialer Richtung bewegen. Durch diese Axialkraft entsteht eine Anpresskraft, der die Dichtung auf den Befestigungsring drückt. Zwischen diesen beiden Flächen (Dichtung und Befestigungsring) entsteht eine statische Dichtstelle. Hierdurch wird verhindert, dass Kraftstoff aus dem Förderraum austritt und somit den Liefergrad verringert.
Vorzugsweise zwischen dem Pumpenkolben und dem Pumpengehäuse kann ein Federelement angeordnet sein, welches die Dichtung gegen den Befestigungsring drückt. Dadurch ist sichergestellt, dass die Dichtung immer an der statischen Dichtstelle zwischen Dichtung und Befestigungsring anliegt. Bei der Feder kann es sich um eine Druckfeder handeln. Die Druckfeder kann als Schraubenfeder oder als Wellfeder ausgebildet sein.
Alternativ hierzu kann die Dichtung mindestens ein Federelement aufweisen, welches mit der Dichtung verbunden ist und welches die Dichtung gegen den Befestigungsring drückt. Auch hiermit kann sichergestellt werden, dass die Dichtung an der statischen Dichtstelle anliegt. Im Konkreten können das oder die Federelemente einstückig mit der Dichtung ausgebildet sein. Dies reduziert die Anzahl der zu fertigendenden und zu montierenden Komponenten. Das oder die Federelemente können sich ausgehend vom Hülsenabschnitt oder ausgehend vom Stegabschnitt der Dichtung erstrecken. Das oder die Federelemente können als Federärmchen ausgebildet sein.
Bei der Dichtung kann es sich um eine druckaktivierte Dichtung handeln. Dies bedeutet, dass der geringe Spalt zwischen Führungselement und Pumpenkolben ausreichend ist, um einen initialen Druck im Förderraum und somit auch am radial äußeren Ringrand (Rückseite der Dichtung) zu erzeugen. Durch den rückseitigen Druck auf die Dichtung verformt sich diese und verringert dadurch am innenliegenden Ringrand (Hülsenabschnitt) den Spalt zum Pumpenkolben. Durch den kleiner gewordenen Dichtspalt kann im Förderraum und somit auch auf der Rückseite der Dichtung ein größerer Druck aufgebaut werden, so dass sich die Dichtung durch den größeren Druck stärker verformrt und den Spalt zum Pumpenkolben weiter verringert. Dies ist ein selbstverstärkender Effekt, welcher sich bis zum Erreichen des Systemdrucks fortsetzt.
Die Dichtungsgeometrie kann so ausgelegt werden, dass sich bei Erreichen des Systemdrucks entweder ein sehr geringer Spalt einstellt, bspw. von 0,001 mm bis 0,1mm, oder sich die Dichtung direkt an den Pumpenkolben anlegt und sich die Dichtflächen (der Dichtung und des Pumpenkolbens) berühren. Ob bei Systemdruck noch ein Spalt vorhanden bleibt oder die Dichtung direkten Kontakt mit dem Kolben hat, hängt von den konkreten Anforderungen ab (Liefergrad, Verschleiß über Lebensdauer, etc.). Durch die Druckaktivierung können sehr hohe Systemdrücke gefahren werden, da je höher der Systemdruck ist, sich die Dichtung immer stärker verformt und somit der Dichtspalt immer geringer wird.
Prinzipbedingt ist die Dichtung verschleißarm, da ein tribologischer Kontakt nur in der Förderphase (während der Druckaktivierung der Dichtung) entsteht. Dies entspricht der Hälfte der Laufzeit der Kolbenpumpe. In der Saugphase (während der keine Druckaktivierung stattfindet) wird die Dichtung insbesondere durch Kraftstoff gespült. Somit wird stets neuer Kraftstoff in den Dichtspalt gebracht, welcher als Schmiermittel wirkt. Durch die Druckaktivierung der Dichtung ist es möglich, Verschließ zu kompensieren. Bei Verschleiß der Dichtfläche der Dichtung verformt sich die Dichtung durch die Druckaktivierung regelmäßig auf den in der Grundauslegung ausgelegten Spalt oder legt sich an den Pumpenkolben an.
Im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung kann zwischen der äußeren Mantelfläche der Dichtung und dem Pumpengehäuse ein O-Ring angeordnet sein. Der O-Ring hat radial dichtende Wirkung. Durch den O-Ring wird die statische Dichtstelle ergänzt und die Dichtungswirkung verbessert. Der O-Ring sitzt insbesondere auf dem Steg der Dichtung, und zwar an der dem Förderraum zugewandten Seite des Stegs.
In vorteilhafter Weise kann die Dichtung derart angeordnet sein, dass der Steg auf dem Befestigungsring aufliegt. Somit kann sich zwischen dem Steg der Dichtung und der Auflagefläche des Befestigungsrings, an der der Steg aufliegt, eine statische Dichtstelle ausbilden. Dadurch kann mit einer einfachen Bauweise eine druckaktivierte Dichtung insbesondere wie oben beschreiben realisiert werden.
Alternativ hierzu kann der Befestigungsring einen axial abragenden Bund aufweisen, auf dem der Steg aufliegt, und der Hülsenabschnitt der Dichtung und der Bund können einander axial überlappen. Somit bildet sich die statische Dichtstelle zwischen dem Steg der Dichtung und dem Bund des Befestigungsrings aus. Die Dichtung ist dann nicht druckaktiviert, da hinter der Dichtung (am radial äußeren Ringrand der Dichtung) kein hoher Systemdruck anliegt. Da keine Druckaktivierung erfolgt, können der Dichtungswerkstoff und/oder die Geometrie so ausgelegt sein, dass bei Anliegen des Systemdrucks keine oder nur eine geringe Verformung (Ausdehnung) der Dichtung stattfindet.
Dies kann durch eine ausreichend stark dimensionierte Wandstärke (Hülsenabschnitt) der Dichtung erreicht werden, wobei die Wandstärke bspw. 0,25mm - 2mm betragen kann. Die Dichtung kann zum Kolben ein Übermaß (Pressung), ein Untermaß (Spiel) oder eine Übergangspassung aufweisen. Für geringe Reibung und geringen Verschleiß ist eine Ausgestaltung der Dichtung mit radialem Spiel zum Pumpenkolben hin von Vorteil, insbesondere mit einem Spiel von 0,001 - 0,1mm. Die Führung des Kolbens und die Befestigung der Dichtung können weitgehend identisch mit der zuvor beschriebenen druckaktivierten Variante ausgebildet sein. Der Vorteil des nicht druckaktivierten Dichtkonzepts liegt darin, dass wenn die Dichtung mit Untermaß (Spiel) zum Kolben ausgelegt ist, es zwischen Dichtung und Kolben in keinem Betriebspunkt zu Festkörperkontakt kommt, da der Systemdruck, welcher in der dynamischen Dichtstelle anliegt, die Dichtung stets zu einer Aufweitung zwingt. Dadurch entsteht über Lebensdauer kein Verschleiß an der Dichtung oder am Kolben.
Auch bei der nicht druckaktivierten Dichtung kann mindestens ein separates oder an der Dichtung angeordnetes Federelement vorgesehen sein, um sicherzustellen, dass die Dichtung an der statischen Dichtstelle anliegt. Dieser Aufbau hat zudem den Vorteil, dass es im Hochdrucksystem nicht zu Überdrücken kommen kann, da sich die Dichtung im Falle eines Überdrucks noch stärker aufweitet und somit einen Druckabfall zulässt. Bei vorteilhafter Auslegung dieses Effekts kann es möglich sein, dass ein intern in der Kolbenpumpe oder ein extern im Kraftstoffsystem verbautes Druckbegrenzungsventil entfallen kann.
Im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung kann die Dichtung aus Edelstahl ausgebildet sein. Damit ist eine gute Korrosionsbeständigkeit erreicht. Vorzugsweise ist die Dichtung aus einem Edelstahl mit identischem oder vergleichbarem Längenausdehnungskoeffizienten wie der Pumpenkolben und das Gehäuse hergestellt. Dadurch ist die Dichtung unabhängig von den Wärmeausdehnungen des Pumpenkolbens und des Pumpengehäuses.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert, wobei gleiche oder funktional gleiche Elemente ggf. lediglich einmal mit Bezugszeichen versehen sind. Es zeigen:

Figur 1: eine schematische Darstellung eines Kraftstoffsystems mit einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe in Form einer Kolbenpumpe;
Figur 2: einen teilweisen Längsschnitt durch die Kolbenpumpe von Figur 1;
Figur 3: eine vergrößerte Ansicht eines Pumpenkolbens, einer Dichtung, eines Führungselements, eines Befestigungsrings und eines Federelements der Kolbenpumpe aus Figur 1;
Figur 4: die Dichtung aus Figur 3 in einer vergrößerten Schnittansicht;
Figur 5: einen teilweisen Längsschnitt durch eine alternative Ausgestaltung der Kolbenpumpe aus Figur 1;
Figur 6: einen teilweisen Längsschnitt durch eine weitere alternative Ausgestaltung der Kolbenpumpe aus Figur 1;
Figur 7: in mehreren, teilweise geschnittenen Ansichten die Dichtung der Kolbenpumpe aus Figur 1 mit verbundenen Federelementen;
Figur 8: in mehreren, teilweise geschnittenen Ansichten die Dichtung der Kolbenpumpe aus Figur 1 mit verbundenen Federelementen in alternativer Ausgestaltung;
Figur 9: in mehreren, teilweise geschnittenen Ansichten die Dichtung der Kolbenpumpe aus Figur 1 mit verbundenen Federelementen in alternativer Ausgestaltung; und
Figur 10: in mehreren, teilweise geschnittenen Ansichten die Dichtung der Kolbenpumpe aus Figur 1 mit verbundenen Federelementen in alternativer Ausgestaltung.

Ein Kraftstoffsystem einer Brennkraftmaschine trägt in Figur 1 insgesamt das Bezugszeichen 10. Es umfasst einen Kraftstoffbehälter 12, aus dem eine elektrische Vorförderpumpe 14 den Kraftstoff zu einer als Kolbenpumpe 16 ausgebildeten Kraftstoff-Hochdruckpumpe fördert. Diese fördert den Kraftstoff weiter zu einem Kraftstoff-Hochdruckrail 18, an welches mehrere Kraftstoffinjektoren 20 angeschlossen sind, die den Kraftstoff in nicht dargestellte Brennräume der Brennkraftmaschine einspritzen.
Die Kolbenpumpe 16 umfasst ein Einlassventil 22, ein Auslassventil 24, und ein Pumpengehäuse 26. In diesem ist ein Pumpenkolben 28 hin- und her bewegbar aufgenommen. Der Pumpenkolben 28 wird durch einen Antrieb 30 in Bewegung versetzt, wobei der Antrieb 30 in der Figur 1 nur schematisch dargestellt ist. Es kann sich beim Antrieb 30 beispielsweise um eine Nockenwelle oder eine Exzenterwelle handeln. Das Einlassventil 22 ist als Mengensteuerventil ausgebildet, durch welches die von der Kolbenpumpe 16 geförderte Kraftstoffmenge eingestellt werden kann.
Der Aufbau der Kolbenpumpe 16 ergibt sich näher aus Figur 2, wobei nachfolgend nur die wesentlichen Komponenten erwähnt werden. Der Pumpenkolben 28 ist als Stufenkolben ausgebildet mit einem in Figur 2 unteren Stößelabschnitt 32, einem sich an diesen anschließenden Führungsabschnitt 34 und einem nicht näher dargestellten oberen Endabschnitt. Der Führungsabschnitt 34 hat einen größeren Durchmesser als der Stößelabschnitt 32 und der Endabschnitt.
Der Endabschnitt sowie der Führungsabschnitt 34 des Pumpenkolbens 28 begrenzen zusammen mit dem Pumpengehäuse 26 einen nicht näher dargestellten Förderraum 38. Das Pumpengehäuse 26 kann als ein insgesamt rotationssymmetrisches Teil ausgebildet sein. Der Pumpenkolben 28 ist im Pumpengehäuse 26 in einer dort vorhandenen Ausnehmung 40 aufgenommen, die als gestufte Bohrung 42 ausgebildet ist. Die Bohrung 42 weist mehrere Stufen auf (drei Stufen 42', 42", 42"'; siehe Figur 2 und 3).
Zwischen dem Führungsabschnitt 34 des Pumpenkolbens 28 und einer inneren Umfangswand der Bohrung 42 (Stufe 42") ist eine Dichtung 44 angeordnet. Sie dichtet unmittelbar zwischen dem Pumpenkolben 28 und dem Pumpengehäuse 26, und dichtet somit den sich oberhalb der Dichtung 44 befindlichen Förderraum (Hochdruckbereich) gegenüber dem in Figur 2 unterhalb der Dichtung 44 angeordneten Bereich (Niederdruckbereich) ab, in dem sich u.a. der Stößelabschnitt 32 des Pumpenkolben 28 befindet. Die Dichtung 44 ist als Metallhülse mit einem radial nach außen abragenden Steg 45 ausgebildet. Die Dichtung 44 weist einen L-förmigen Querschnitt auf, der einen Hülsenabschnitt 43 und den durch den Steg 45 gebildeten Abschnitt (Stegabschnitt) aufweist.
Zwischen dem Führungsabschnitt 34 des Pumpenkolbens 28 und der inneren Umfangswand der Bohrung 42 (Stufe 42') ist ein von der Dichtung 44 separates Führungselement 46 angeordnet. Das Führungselement 46 ist zur Dichtung 44 axial inbesondere unmittelbar benachbart und in Figur 2 oberhalb der Dichtung 44 angeordnet (dem Förderraum zugewandt). Das Führungselement 46 ist ringförmig ausgebildet (Führungsring) und kann an der Stufe 42' befestigt sein.
Die Kolbenpumpe 16 weist ein weiteres Führungselement 48 auf, welches in einem Dichtungsträger 50 der Kolbenpumpe 16 angeordnet ist (siehe Figur 2). Das Führungselement 46 und das weitere Führungselement 48 dienen zur Führung des Pumpenkolbens 28. Das weitere Führungselement 48 ist ringförmig ausgebildet (Führungsring) und kann am Dichtungsträger 50 befestigt sein.
Die Kolbenpumpe 16 weist zwischen dem Führungsabschnitt 34 des Pumpenkolbens 28 und der inneren Umfangswand der Bohrung 42 (Stufe 42‴) einen Befestigungsring 52 für die Dichtung 44 auf. Die Dichtung 44 liegt auf dem Befestigungsring 52 auf, und zwar derart, dass der Steg 45 auf dem Befestigungsring 52 aufliegt. Durch die aufliegenden Kontaktflächen von Dichtung 44 und Befestigungsring 52 wird eine statische Dichtstelle 53 ausgebildet (siehe Figur 3). Die Dichtung 44, das Führungselement 46, das weitere Führungselement 48 und der Befestigungsring 52 bilden eine Dichtungsbaugruppe. Die Dichtung 44 kann aus Edelstahl ausgebildet sein.
Der von der Dichtung 44 radial abragende Steg 45 weist an seinem radial äußeren Rand zur inneren Umfangswand der den Pumpenkolben 28 aufnehmenden Ausnehmung 40 (Stufe 42") ein radiales Spiel 54 auf (siehe Figur 3). Dadurch kann sich die Dichtung 44 in radialer Richtung zum Pumpenkolben 28 ausrichten. Zwischen dem Pumpenkolben 28 und dem Pumpengehäuse 26 ist ein Federelement 56 angeordnet, welches die Dichtung 44 gegen den Befestigungsring 52 drückt. Bei dem Federelement 56 handelt es sich um eine als Druckfeder ausgebildeten Schraubenfeder 58. Diese kann einends bspw. am Führungselement 46 und anderenends am Steg 45 der Dichtung 44 anliegen.
Über den radialen Spalt 60 (Führungsspalt), der wie oben beschrieben als Kavitationsschutz für die Dichtung 44 dienen kann, gelangt der im Förderraum 38 herrschende Druck 61 zur Dichtung 44. Dort wirkt dieser Druck mit einer Kraft F (Pfeil 62) auf die erste Stirnseite 64 der Dichtung 44 (siehe Figur 4). Dadurch wird die Dichtung 44 gegen den Befestigungsring 52 gedrückt. Zudem wirkt der Druck 61 auch auf die äußere Mantelfläche 66 der Dichtung 44, so dass die Dichtung 44 aufgrund der dort wirkenden Kraft F (Pfeil 68) eine Verformung 70 erfährt. Somit bildet sich zwischen dem Pumpenkolben 28, insbesondere zwischen dem Führungsabschnitt 34, und der Dichtung 44 (radial innenliegender Ringrand 72) eine dynamische Dichtstelle aus. Zwischen der äußeren Mantelfläche 66 der Dichtung 44 und dem Pumpengehäuse 26 (Stufe 42") kann optional ein O-Ring 74 angeordnet sein. Der O-Ring 74 kann auf dem Steg 45 aufliegen. Der O-Ring 74 weist eine radial dichtende Wirkung auf und unterstützt die statische Dichtstelle 53. Die zweite Stirnseite der Dichtung 44 trägt das Bezugszeichen 65.
Figur 5 zeigt eine alternative Ausgestaltung der Kolbenpumpe 16 aus Figur 2. Diese Ausgestaltung entspricht weitgehend der voranstehend beschriebenen Kolbenpumpe 16, wobei gleiche oder funktional gleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind.
Der Befestigungsring 52 weist gemäß Figur 5 einen axial (in Axialrichtung des Pumpenkolbens 28) abragenden Bund 76 auf, der in die Ausnehmung 40 hineinragt. Die Dichtung 44 ist derart angeordnet, dass der Steg 45 auf dem Bund 76 aufliegt. Der Hülsenabschnitt 43 der Dichtung 44 und der Bund 76 überlappen einander axial. Der Bund 76 ist radial zwischen dem Hülsenabschnitt 43 und der inneren Umfangswand der Ausnehmung 40 (Stufe 42") angeordnet. Die Dichtung 44 ist am Hülsenabschnitt 43 und am Stegabschnitt 45 mit einer höheren Wandstärke ausgebildet. Die statische Dichtstelle 53 bildet sich zwischen dem Steg 45 und dem Bund 76 aus. Das Federelement 56 ist als Druckfeder in Form einer Wellfeder 78 ausgebildet.
Der radial innenliegenden Ringrand 72 der Dichtung 44 weist zum Pumpenkolben 28, insbesondere zum Führungsabschnitt 34 des Pumpenkolben 28, ein Spiel 80 auf. Somit kommt es zwischen der Dichtung 44 und dem Pumpenkolben 28 in keinem Betriebszustand der Kolbenpumpe 16 zu Kontakt, da der vom Förderraum 38 zur dynamischen Dichtstelle 82 gelangende Druck dahingehend auf die Dichtung 44 wirkt, dass diese eine Verformung 84 erfährt und aufgeweitet wird. Dadurch entsteht über die Lebensdauer kein Verschleiß an der Dichtung 44 oder dem Pumpenkolben 28.
Figur 6 zeigt eine weitere alternative Ausgestaltung der Kolbenpumpe 16 aus Figur 2. Diese Ausgestaltung entspricht weitgehend der voranstehend zu den Figuren 1 bis 4 beschriebenen Kolbenpumpe 16, wobei gleiche oder funktional gleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind.
Bei der vorliegenden Ausgestaltung sind das erste Führungselement 46 und der Befestigungsring 52 zu einem Bauteil 95 vereinigt (einstückige Ausgestaltung). Das Bauteil 95 übernimmt die Führungs- und Befestigungsfunktion. Das vereinigte Bauteil 95 und die Dichtung 44 überlappen einander axial (Axialrichtung des Pumpenkolbens 28). So ist ein überlappender Abschnitt 93 des vereinigten Bauteils 95 radial zwischen dem Pumpenkolben 28 (Führungsabschnitt 34) und dem Pumpengehäuse 26 (Umfangswandung 42' der Bohrung 42) angeordnet.
Die Führung kann an einem unteren Abschnitt 97 des Bauteils 95 erfolgen. Die Befestigung des Bauteils 95 in der Bohrung 42 kann im unteren Abschnitt 97 oder im überlappenden Abschnitt 93 des Bauteils 95 erfolgen, bspw. mittels Pressverband, Verstemmung oder eines vom Bauteil 95 nach radial außen abragenden Vorsprungs 99.
Die Figuren 7 bis 10 zeigen Ausgestaltungsmöglichkeiten der Dichtung 44, bei der die Dichtung 44 selbst mindestens ein Federelement 56 aufweist (einstückige Ausgestaltung). Auf eine separates Federelement kann verzichtet werden. Dadurch werden Fertigung und Montage der Kolbenpumpe 16 vereinfacht. Eine solche Dichtung 44 mit daran ausgebildetem Federelement 56 kann sowohl bei einer Kolbenpumpe 16 gemäß Figur 2 als auch bei einer Kolbenpumpe 16 gemäß Figur 5 oder Figur 6 verwendet werden.
Figur 7 zeigt eine Dichtung 44, die drei Federelemente 56 aufweist, die als Federärmchen 86 ausgebildet sind. Die Federärmchen 86 erstrecken sich ausgehend vom Stegabschnitt 45 der Dichtung 44. Die Federärmchen 86 erstrecken sich jeweils von einem radial über den äußeren Rand des Stegabschnitts 45 hervorstehenden Randabschnitts 88. Dabei weisen die Federärmchen 86 in Draufsicht eine bogenförmige Gestalt auf und ragen von dem Stegabschnitt 45 axial vom Stegabschnitt 45 ab (zur Stirnseite 64 der Dichtung 44 hin).
Die Dichtung 44 gemäß Figur 8 weist ebenfalls drei Federärmchen 86 auf, die sich vom Stegabschnitt 45 der Dichtung 44 axial vom Stegabschnitt 45 weg erstrecken. Dabei erstrecken sich die Federärmchen 86 vom radial äußeren Rand des Stegabschnitts 45. Die Federärmchen 86 weisen jeweils einen zum Hülsenabschnitt 43 der Dichtung 44 parallelen Armabschnitt 90 und einen angewinkelten Armabschnitt 92 auf.
Die Dichtung 44 gemäß Figur 9 weist ebenfalls drei Federärmchen 86 auf, die sich vom Hülsenabschnitt 43 der Dichtung 44 weg erstrecken. Dabei ragen die Federärmchen 86 von der ersten Stirnseite 64 der Dichtung 44 ab und sind zum Hülsenabschnitt 43 angewinkelt.
Die Ausgestaltung der Dichtung 44 gemäß Figur 10 entspricht weitestgehend der in Figur 7 dargestellten Dichtung 44. Abweichend hiervon erstrecken sich bei der Dichtung 44 gemäß Figur 9 die Federärmchen 86 vom Stegabschnitt 45 zur vom Hülsenabschnitt 43 abgewandten Seite des Stegabschnitts 45. Dabei ragen die Federärmchen 86 über die zweite Stirnseite 65 der Dichtung 44 hinaus.

Claims

Kolbenpumpe (16), insbesondere Kraftstoff-Hochdruckpumpe für eine Brennkraftmaschine, mit einem Pumpengehäuse (26), einem Pumpenkolben (28) und einem zumindest auch vom Pumpenkolben (28) und dem Pumpengehäuse (26) begrenzten Förderraum (38), wobei zwischen dem Pumpenkolben (28) und dem Pumpengehäuse (26) eine Dichtung (44) zur Abdichtung des Förderraums (38) und ein separates Führungselement (46) zur Führung des Pumpenkolbens (28) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (44) als Metallhülse mit einem nach radial außen abragenden Steg (45) ausgebildet ist, wobei der Steg (45) an seinem radial äußeren Rand zur Umfangswand der den Pumpenkolben (28) aufnehmenden Ausnehmung (40) ein Spiel (54) aufweist.
Kolbenpumpe (16) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vorzugsweise zwischen dem Pumpenkolben (28) und dem Pumpengehäuse (26) ein Befestigungsring (52) für die Dichtung (44) angeordnet ist.
Kolbenpumpe (16) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (46) und der Befestigungsring (52) zu einem Bauteil () vereinigt ausgebildet sind.
Kolbenpumpe (16) nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein weiteres Führungselement (48), welches in einem Dichtungsträger (50) der Kolbenpumpe (16) angeordnet ist.
Kolbenpumpe (16) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vorzugsweise zwischen dem Pumpenkolben (28) und dem Pumpengehäuse (26) ein Federelement (56) angeordnet ist, welches die Dichtung (44) gegen den Befestigungsring (52) drückt.
Kolbenpumpe (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (44) mindestens ein Federelement (56) aufweist, das mit der Dichtung (44) verbunden ist und welches die Dichtung (44) gegen den Befestigungsring (52) drückt.
Kolbenpumpe (16) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der äußeren Mantelfläche (66) der Dichtung (44) und dem Pumpengehäuse (26) ein O-Ring (74) angeordnet ist und/oder dass die Dichtung (44) aus Edelstahl ausgebildet ist.
Kolbenpumpe (16) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (44) derart angeordnet ist, dass der Steg (45) auf dem Befestigungsring (52) aufliegt.
Kolbenpumpe (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsring (52) einen axial abragenden Bund (76) aufweist, auf dem der Steg (45) aufliegt und dass der Hülsenabschnitt (43) der Dichtung (44) und der Bund (76) einander axial überlappen.