WO2019015863A1

WO2019015863A1 - Kolbenpumpe, insbesondere kraftstoff-hochdruckpumpe für eine brennkraftmaschine

Info

Publication number: WO2019015863A1
Application number: PCT/EP2018/065042
Authority: WO
Inventors: Siamend Flo; Kerstin Koch; Frank Nitsche; Andreas PLISCH; Dietmar Uhlenbrock; Jurij Giesler; Ekrem CAKIR
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2017-07-20
Filing date: 2018-06-07
Publication date: 2019-01-24
Also published as: CN110945241A; DE102017212484A1; CN110945241B

Abstract

Eine Kolbenpumpe (16), insbesondere Kraftstoff-Hochdruckpumpe für eine Brennkraftmaschine, umfasst ein Pumpengehäuse (26), einen Pumpenkolben (28) und einen zumindest vom Pumpengehäuse (26) und dem Pumpenkolben (28) begrenzten Förderraum (38). Es wird vorgeschlagen, dass vorzugsweise zwischen dem Pumpengehäuse (26) und dem Pumpenkolben (28) eine Dichtung (44) zur Abdichtung des Förderraums (38) und ein separates Führungselement (46) zur Führung des Pumpenkolbens (28) angeordnet sind, wobei die Dichtung (44) als Dichtring ausgebildet ist und am Pumpengehäuse (26) sitzt.

Description

Beschreibung Titel

Kolbenpumpe, insbesondere Kraftstoff-Hochdruckpumpe für eine

Brennkraftmaschine

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 in 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.

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 vom Pumpengehäuse und dem

Pumpenkolben begrenzten Förderraum. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass zwischen dem Pumpengehäuse und dem Pumpenkolben eine Dichtung zur Abdichtung des Förderraums und ein separates Führungselement zur Führung des Pumpenkolbens angeordnet sind, wobei die Dichtung als Dichtring ausgebildet ist und am Pumpengehäuse sitzt, also relativ zum Pumpengehäuse wenigstens im wesentlichen stationär ist.

Eine solche Kolbenpumpe kann vergleichsweise einfach hergestellt werden, wodurch sich die Bauteilkosten reduzieren. Dies hängt damit zusammen, dass der aufwendig zu fertigende Pumpenzylinder entfällt und durch eine neue

Baugruppe mit Dichtung und mindestens einer Führung ersetzt wird. Durch die Ausgestaltung der Dichtung als Dichtring 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.

Führung und Dichtung werden nunmehr durch getrennte Bauteile realisiert, nämlich durch das Führungselement und die Dichtung (Dichtring). Im Konkreten kann der Dichtring als Kunststoff ring oder einem Ring aus anderem Material, z.B. einem Ring aus einem Nichteisenmetall (NE-Metallring), ausgebildet sein.

Bei der als Dichtring ausgebildeten Dichtung handelt es sich insbesondere um eine Stangendichtung. Die Dichtung sitzt am bzw. im Pumpengehäuse, und zwar in einer den Pumpenkolben aufnehmenden Ausnehmung. Insbesondere weist das Pumpengehäuse oder ein im Pumpengehäuse befestigtes Element einen Sitz auf, auf dem die Dichtung sitzt. Durch diesen Sitz ist die Dichtung gegen

Verschieben entlang einer Axialrichtung des Pumpenkolbens gesichert, insbesondere gegen ein Verschieben vom Förderraum weg.

Die Dichtung weist einen radial inneren Ringrand, einen radial äußeren Ringrand, eine erste Stirnseite und eine der ersten Stirnseite entgegengesetzte zweite Stirnseite auf. Die erste Stirnseite kann dem Förderraum zugewandt sein. Die zweite Stirnseite kann vom Förderraum abgewandt sein, insbesondere dem Sitz des Pumpenkolbens zugewandt sein.

Der Pumpenkolben kann in einer Ausnehmung im Gehäuse aufgenommen sein und darin hin- und herlaufen. Die Innenwand der Ausnehmung (Innenfläche) kann zumindest abschnittsweise eine Lauffläche für den Pumpenkolben bilden. Die Ausnehmung kann als Bohrung, ggf. als gestufte Bohrung, ausgebildet sein.

Die Dichtung kann aus einem PEEK (Polyetheretherketon), PEAK, Polyamidimid (PAI; z.B. einem unter der Bezeichnung Torion erhältliches PAI) oder vergleichbaren Materialien hergestellt sein. Die Materialien können zusätzlich durch Füllstoffe verstärkt und/oder optimiert sein. 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.

Das Führungselement kann an der dem Förderraum zugewandten Seite der Dichtung angeordnet sein, insbesondere in der Ausnehmung für den

Pumpenkolben befestigt sein. Dies ist hinsichtlich Kavitation vorteilhaft. Der Hauptanteil der Kavitationsblasen entsteht in der Ansaugphase stirnseitig des

Pumpenkolbens. In der Förderphase wird durch den engen Spalt zwischen der Innenfläche des Führungselements und der Mantelfläche des Pumpenkolbens verhindert, dass sich diese Kavitationsblasen bis zur Dichtung fortbewegen. Eventuelle Schäden an der Dichtung können vermieden werden. Das

Führungselement kann ringförmig ausgebildet sein (Führungsring).

Im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung kann ein weiteres

Führungselement vorgesehen sein, welches in einem Dichtungsträger der Kolbenpumpe angeordnet und vorzugsweise am Dichtungsträger befestigt ist. Hiermit ist ein vergleichweise großer Lagerabstand realisiert, so dass die

Führung des Pumpenkolbens optimiert ist. Das weitere Führungselement kann ringförmig ausgebildet sein (Führungsring).

In vorteilhafter Weise kann die Dichtung eine Dichtlippe aufweisen, die mit der Mantelfläche des Pumpenkolbens zusammenwirkt. Die Dichtlippe erstreckt sich am radial innen liegenden Ringrand der Dichtung von einem Basisabschnitt der Dichtung. Eine druckaktivierte Dichtung ist realisiert. Dies bedeutet, dass durch den Druck im Förderraum und an der dem Pumpenkolben abgewandten

Dichtlippenseite (Rückseite) sich die Dichtlippe stärker an den Pumpenkolben anlegt. Durch den rückseitigen Druck auf die Dichtlippe verformt sich diese und dichtet zum Pumpenkolben bei steigenden Drücken immer besser ab. Dies ist ein selbstverstärkender Effekt, der sich bis zum Erreichen des Systemdrucks fortsetzt. Dadurch kann im Förderraum ein vergleichsweise hoher Druck aufgebaut werden. Die größte Verformung kann an der Spitze der Dichtlippe stattfinden. Somit wird gewährleistet, dass die dynamische Dichtwirkung an einer definierten Stelle erfolgt.

Im Konkreten kann die Dichtung auf einer Nutring-Dichtung basieren, jedoch im Design optimiert sein und über eine Dichtlippe verfügen. Die Dichtlippe kann zum Pumpenkolben ein Übermaß (Pressung), ein Untermaß (Spiel) oder eine

Übergangspassung aufweisen. Für eine besonders sichere Abdichtung kann die

Dichtung mit Pressung zum Pumpenkolben ausgeführt sein, bspw. mit einem Übermaß von 0,001 -0,1 mm (Millimeter).

Außerdem kann die Dichtungsgeometrie so ausgelegt sein, dass sich bei Erreichen des Systemdrucks eine definierte Kraft auf den Pumpenkolben einstellt. Diese Anlegekraft hängt von den vorliegenden Anforderungen ab (Liefergrad, Verschleiß über Lebensdauer, etc.). Durch die druckaktivierte Dichtung können hohe Systemdrücke gefahren werden, da bei höherem

Systemdruck sich die Dichtlippe immer stärker verformt und die Anpresskraft der Dichtlippe auf den Pumpenkolben steigt und die Dichtheit größer wird. Durch die

Druckaktivierung der Dichtung ist es möglich, Verschleiß an der Dichtlippe zu kompensieren. So verformt sich durch die Druckaktivierung die auf Grund von Verschleiß kürzer gewordene Dichtlippe stärker und bildet zum Pumpenkolben weiterhin eine dynamische Dichtstelle aus.

Im Bereich des Übergangs von der Dichtung (Basisabschnitt der Dichtung) zur Dichtlippe sollte die Dichtlippe, insbesondere an ihrer Außenkontur, einen stetigen, bspw. linearen, Geometrieverlauf aufweisen. Insbesondere sollte dieser Bereich frei von Kerben sein (kerbfrei). Dadurch kann Kerbwirkung vermieden werden, so dass sich die Standzeit der Dichtung erhöht. In zweckmäßiger Weise kann zwischen dem Pumpengehäuse und dem

Pumpenkolben ein Befestigungsring für die Dichtung angeordnet sein. 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, bspw. 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. Im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung kann der Befestigungsring einen axialen Vorsprung aufweisen, auf dem die Dichtung sitzt. Die Dichtung kann eine Ausnehmung aufweisen, die mit dem Vorsprung korrespondiert, also zu diesem komplementär ist. Dadurch lässt sich ein vergleichsweise langer Dichtspalt erzielen, so dass eine zuverlässige Abdichtung erreicht ist. Es wird verhindert, dass Kraftstoff aus dem Förderraum austritt und somit der Liefergrad verringert wird.

Zweckmäßigerweise kann der Vorsprung radial nach innen zur Dichtung hin ansteigen. Hierzu komplementär kann die Ausnehmung radial nach außen zum Befestigungsring hin ansteigen. Neben einem hinreichend langen Dichtspalt ist somit auch eine sichere Zuordnung der Dichtung am Befestigungsring erreicht. Ebenfalls denkbar ist, dass der Vorsprung nicht ansteigend ausgebildet ist, so dass die Dichtfläche zwischen Dichtung und Kolben eben ist. Dann wäre kein Winkelausgleich zum Kolben hin gegeben.

Im Konkreten kann der Vorsprung des Befestigungrings stirnseitig eine kegelförmig oder kegelig ausgebildete Dichtfläche aufweisen, d.h. die Dichtfläche am Vorsprung beschreibt einen Abschnitt einer Mantelfläche eines Kegels. Die Ausnehmung der Dichtung kann stirnseitig eine kugelförmig ausgebildete Dichtfläche aufweisen, d.h. die Dichtfläche an der Ausnehmung beschreibt einen

Abschnitt einer Kugeloberfläche (Kugelzone). Durch diese "Kugel-Kegelform" ergibt sich ein geschlossener Dichtlinienzug, so dass statisch abgedichtet wird. Da sich die Dichtung auf den Pumpenkolben ausrichtet, kann es aufgrund des Spielführungsspiels der Fall sein, dass der Pumpenkolben nicht orthogonal zu seiner eigentlichen Laufbahn in der Ausnehmung orientiert ist. Durch die Kugel-

Kegelform ist ein Winkelausgleich zwischen Dichtung und Gehäuse ermöglicht. In axialer Richtung kann die Dichtung eingespannt sein. Um jedoch ein

Positionieren in radialer Richtung und einen Winkelausgleich zwischen Kolben und Dichtung zu ermöglichen, sollte ein axiales Spiel vorhanden sein, bspw. von 0,01 -1 mm.

Im Konkreten kann die Dichtung an ihrem radial äußeren Ringrand zur

Innenfläche der den Pumpenkolben aufnehmenden Ausnehmung ein radiales Spiel aufweisen, bspw. von 0,1 -1 mm. Somit kann sich die Dichtung in radialer Richtung konzentrisch zum Pumpenkolben ausrichten. Dabei ist von Vorteil, wenn dieses radiale Spiel größer ist als das Spiel zwischen den

Führungselementen und dem Pumpenkolben. Somit muss die Dichtung keine oder nur vernachlässigbar geringe Querkräfte aufnehmen.

In jeder Ansaugphase des Pumpenkolbens (Pumpenkolben bewegt sich vom Förderraum weg) besteht die Möglichkeit einer Neuausrichtung der Dichtung zum

Pumpenkolben hin, da die Dichtung zum Pumpengehäuse nach radial außen Spiel besitzt, wie oben beschrieben. In der Förderphase (Pumpenkolben bewegt sich zum Förderraum hin, verdichtet und fördert Kraftstoff) baut sich an der dem Förderraum zugewandten Seite der Dichtung ein Förderdruck auf, der stirnseitig auf die Dichtung wirkt. Dadurch erfährt die Dichtung in axialer Richtung eine Kraft

(Anpresskraft), welche die Dichtung vom Förderraum weg und insbesondere auf den Befestigungsring drückt. Während dieser Phase kann sich die Dichtung aufgrund der Axialkraft nicht oder nur unwesentlich in radialer Richtung bewegen. Die Dichtung kann wie beschrieben zum Pumpengehäuse nach radial außen ein

Spiel (Spalt) aufweisen, um einen radialen Ausgleich und einen Winkelausgleich zum Kolben zu ermöglichen. Durch die Druckbeaufschlagung der Dichtung im Förderraum erfährt die Dichtung auf Grund dieses Spalts eine Kraft nach radial innen, welche versucht, die Dichtung im Durchmesser zu verkleinern. Damit die Dichtungsfunktion nicht beeinflusst wird, sollte die Dichtung außerhalb der

Dichtlippe zwischen ihrem radial inneren Ringrand und dem Pumpenkolben einen hinreichenden Abstand aufweisen. Dadurch ist die Gefahr reduziert, dass sich die Dichtung über die Dichtlippe hinaus teilweise oder vollständig an den Pumpenkolben anlegt. In vorteilhafter Weise kann ein Federelement vorgesehen sein, welches die Dichtung gegen den Befestigungsring drückt. Dadurch wird die Dichtung durch die Hubbewegung des Kolben nicht aus ihrer Position bewegt. Ein Abheben der Dichtung wird verhindert. Somit ist ein zuverlässiger Druckaufbau ermöglicht. Das Federelement ist vorzugsweise als Druckfeder ausgebildet. Eine

Realisierung als Schraubenfeder oder Wellfeder ist denkbar.

In vorteilhafter Weise kann der Pumpenkolben an seiner Mantelfläche eine DLC- Schicht aufweisen (Diamond-Like-Carbon). Diese Oberflächenbeschichtung ist extrem hart, so dass am Pumpenkolben über die Lebensdauer keine oder nur vernachlässigbar geringe Oberflächenbeschädigungen auftreten. Dadurch können sich die durch die Dichtung und das Führungselement durchlaufenen Abschnitte am Pumpenkolben beim Hin- und Herlaufen des Pumpenkolbens überschneiden. Auf einen Spalt zwischen der Mantelfläche des Pumpenkolbens und korrespondierenden Flächen der Dichtungen und/oder Führungselemente kann somit verzichtet werden. Dies begünstigt die Bauhöhe.

In vorteilhafter Weise können das Führungselement und der Befestigungsring zu einem Bauteil vereinigt ausgebildet sein (einstückige Ausgestaltung). Auf diese Weise wird die Anzahl der zu fertigenden und zu montierenden Bauelemente reduziert. Zudem kann die den Pumpenkolben aufnehmende Ausnehmung einfacher ausgestaltet sein und über weniger Stufen verfügen. Dies trägt zu einer kostengünstigen Ausgestaltung der Kolbenpumpe bei. In zweckmäßiger Weise können in der Mantelfläche des Pumpenkolbens

Spiralnuten ausgebildet sein, insbesondere im mit dem Führungselement zusammenwirkenden Bereich der Mantelfläche des Pumpenkolbens

(Führungsabschnitt). Hiermit können eventuell vorhandene Kavitationsblasen aus dem für die Dichtfunktion sensiblen Bereich der Dichtlippe weg gefördert werden. Durch die Spiralnuten strömt in der Förderphase das Fördermedium und erzeugt eine Rotationsströmung, welche ggf. vorhandene Kavitationsblasen aus dem Bereich der Dichtlippe weg fördert.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert, wobei gleiche oder funktional gleiche Elemente ggf. nur einmal mit Bezugszeichen versehen sind. Es zeigen: eine schematische Darstellung eines Kraftstoffsystems mit einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe in Form einer Kolbenpumpe; einen Längsschnitt durch die Kolbenpumpe von Figur 1 ; eine vergrößerte Ansicht eines Pumpenkolbens, eines

Pumpengehäuses, einer Dichtung, eines Führungselements und eines Befestigungsrings der Kolbenpumpe von Figur 1 ; eine vergrößerte Ansicht der Dichtung und des Befestigungsrings; eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts des Pumpenkolbens der Kolbenpumpe aus Figur 1 ; und einen Längsschnitt durch eine vereinfacht ausgebildete Kolbenpumpe.

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

Kraftstoff menge eingestellt werden kann. Der Pumpenkolben 28 ist als Stufenkolben ausgebildet mit einem unteren Stößelabschnitt 32, einem sich an diesen anschließenden Führungsabschnitt 34 (siehe Figur 2) und einem oberen stirnseitigen Endabschnitt 36 (siehe Figur 5). Der Führungsabschnitt 34 hat einen größeren Durchmesser als der

Stößelabschnitt 32 und der Endabschnitt 36.

Der Endabschnitt 36 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 42 aufgenommen, die als gestufte Bohrung 43 ausgebildet ist. Die Bohrung 43 weist mehrere Stufen auf (drei Stufen 43', 43", 43"'; siehe Figur 2). Zwischen dem Führungsabschnitt 34 des Pumpenkolbens 28 und einer inneren

Umfangswand der Bohrung 43 (Stufe 43") ist eine Dichtung 44 angeordnet. Sie dichtet unmittelbar zwischen dem Pumpenkolben 28 und dem Pumpengehäuse 26, und dichtet somit den Förderraum 38 gegenüber dem in Figur 2 unterhalb der Dichtung 44 angeordneten Bereich (Niederdruckbereich) ab, in dem sich u.a. der Stößelabschnitt 32 des Pumpenkolbens 28 befindet. Die Dichtung 44 ist als

Dichtring, und zwar insbesondere als Kunststoffring, ausgebildet.

Zwischen dem Führungsabschnitt 34 des Pumpenkolbens 28 und der inneren Umfangswand der Bohrung 43 (Stufe 43') ist ein von der Dichtung 44 separates Führungselement 46 zur Führung des Pumpenkolbens 28 angeordnet. Das

Führungselement 46 ist zur Dichtung 44 axial benachbart und in Figur 2 oberhalb der Dichtung 44 angeordnet (dem Förderraum 38 zugewandt). Das

Führungselement 44 ist ringförmig ausgebildet (Führungsring) und kann an der Stufe 43' befestigt sein.

Die Kolbenpumpe 16 weist ein weiteres Führungselement 48 auf, welches in einem Dichtungsträger 50 der Kolbenpumpe 16 angeordnet ist. 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 zudem ein Federelement 52 und einen Befestigungsring 54 für die Dichtung 44 auf (siehe Figur 3). Das Federelement 52 liegt an der Stirnseite 56 der Dichtung 44 an und drückt die Dichtung 44 gegen den Befestigungsring 54 (Druckfeder). Das

Federelement 52 ist als Schraubenfeder 58 ausgebildet. Die Dichtung 44, das Führungselement 46, das Federelement 52 und der Befestigungsring 54 bilden eine Dichtungsbaugruppe. Die Dichtung 44 weist eine Dichtlippe 60 auf, die mit der Mantelfläche des

Pumpenkolbens 28, insbesondere mit dem Führungsabschnitt 34,

zusammenwirkt (siehe Figur 3 und 4). Die Dichtlippe 60 erstreckt sich am radial innen liegenden Ringrand 62 von einem Basisabschnitt 63 der Dichtung 44. Beim Beaufschlagen des Förderraums 38 mit Druck wird die Dichtlippe 60 durch eine Kraft 61 an den Führungsabschnitt 34 des Pumpenkolbens 28 gedrückt (siehe

Figur 5).

Der Befestigungsring 54 und die Dichtung 44 sind derart ausgebildet, dass sich bei Anlage der Dichtung 44 an dem Befestigungsring 54 eine statische

Dichtstelle 64 ausbildet. Der Befestigungsring 54 weist einen Vorsprung 66 auf, der mit einer korrespondierenden Ausnehmung 68 der Dichtung 44

zusammenwirkt. Der Vorsprung 66 weist eine kegelförmig oder kegelig ausgebildete Dichtfläche 70 auf, d.h. die Dichtfläche 70 beschreibt einen Abschnitt einer Mantelfläche eines Kegels. Die Ausnehmung 68 weist eine kugelförmig ausgebildete Dichtfläche 72 auf, die einen Abschnitt einer

Kugeloberfläche beschreibt (Kugelzone). Auf diese Weise kann sich die Dichtung 44 zum Befestigungsring 54 und/oder dem Pumpengehäuse 26 ausrichten (Winkelausgleich). Die Dichtung 44 weist an ihrem radial äußeren Ringrand 74 zur Innenfläche der den Pumpenkolben 28 aufnehmenden Ausnehmung 42 (Stufe 43") ein radiales Spiel 76 auf. Dadurch ist die Ausrichtung der Dichtung 44 begünstigt. Das radiale Spiel 76 sollte größer sein als ein Spiel 77 zwischen dem Führungsabschnitt 34 und dem Führungselement 46. Die Dichtung 44 weist an ihrem radial innen liegenden Ringrand 62 im Bereich des Basisabschnitts 63 zur Mantelfläche des Pumpenkolbens 28, insbesondere zum Führungsabschnitt 34, eine Beabstandung 78 auf. Die Beabstandung 78 ist derart gewählt, dass sich beim Beaufschlagen der Dichtung 44 mit Druck (Förderhub) und der daraus resultierenden Kraft auf die Dichtung 44 (Pfeil 81 ; siehe Figur 4) lediglich die Dichtlippe 60, nicht jedoch der Basisabschnitt 63 der Dichtung 44 an den Führungsabschnitt 34 anlegt. Am Übergang 79 vom

Basisabschnitt 63 der Dichtung 44 zur Dichtlippe 60 weist die Dichtlippe 60 einen stetigen Geometrieverlauf auf und ist kerbfrei ausgebildet.

In der Mantelfläche des Pumpenkolbens 28 sind Spiralnuten 80 ausgebildet, und zwar im Führungsabschnitt 34 (siehe Figur 5). Diese dienen dazu, eventuell an der Dichtung vorhandene Kavitationsblasen aus dem Bereich der Dichtlippe 60 weg zu fördern.

Der Pumpenkolben 28 weist an seiner Mantelfläche, insbesondere im

Führungsabschnitt 34, eine DLC-Schicht auf (Diamond-Like-Carbon). Dadurch treten am Pumpenkolben keine oder nur vernachlässigbar geringe

Oberflächenbeschädigungen auf. Somit können sich die durch die Dichtung 44 und das Führungselement 46 am Pumpenkolben 28 durchlaufenen Abschnitte beim Hin- und Herlaufen des Pumpenkolbens 28 überschneiden

(Überschneidung 75).

Die Abdichtung beruht auf folgendem Effekt: In der Förderphase (Pumpenkolben 28 bewegt sich zum Förderraum 38 hin; in den Figuren nach "oben") baut sich an der dem Förderraum 38 zugewandten Seite der Dichtung 44 ein Förderdruck auf, der von der ersten Stirnseite 56 auf die Dichtung 44 wirkt. Dadurch erfährt die Dichtung 44 in axialer Richtung eine durch den Pfeil 88 veranschaulichte Kraft F (Anpresskraft), welche die Dichtung 44 auf den Befestigungsring 54 drückt (siehe Figur 3). Damit bildet sich zwischen Dichtfläche 70 des Befestigungsrings 54 und der Dichtfläche 72 der Dichtung 44 eine statische Abdichtung 64 aus. Durch die auf die Dichtlippe 60 wirkende Kraft F (Pfeil 61 ) verformt sich die Dichtlippe 60 (verformte Dichtlippe 60') und liegt an der Mantelfläche des Pumpenkolbens 28 an, insbesondere an der Führungsfläche 34 (siehe Figur 4). Die Verformung erfolgt überwiegend an der Spitze 90 der Dichtlippe 60. Es bildet sich dort eine dynamische Dichtstelle aus. Figur 6 zeigt eine alternative Ausgestaltung der Kolbenpumpe 16, die

weitestgehend der voranstehend beschriebenen Ausführungsform entspricht und bei der gleiche oder funktional gleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind.

Abweichend hiervon ist bei der alternativen Ausgestaltung die

Dichtungsbaugruppe einfacher und kostengünstiger ausgestaltet. Das

Führungselement 46 und der Befestigungsring 54 sind zu einem Bauteil 82 vereinigt. Das Bauteil 82 übernimmt die Befestigungs- und die Führungsfunktion. Dabei entspricht der obere, der Dichtung 44 zugewandte Abschnitt des Bauteils

82 in seiner Ausgestaltung dem Befestigungsring 54. Die Dichtung 44 liegt auf diesem Abschnitt des Bauteils 82 auf. Die Dichtung 44 und deren Wirkweise ist unverändert. Das Federelement 52 ist an der vom Bauteil 82 abgewandten Seite der Dichtung

44 angeordnet und drückt die Dichtung 44 auf das Bauteil 82. Dadurch bleibt die statische Dichtstelle zwischen Dichtung 44 in Bauteil 82 stets geschlossen. Das Federelement 52 ist als Wellfeder 84 ausgebildet. Die als gestufte Bohrung 43 ausgebildete Ausnehmung 42 weist zwei Stufen 43',

43" auf. In Figur 6 oberhalb der Dichtung 44 ist zwischen dem Pumpenkolben 28, insbesondere dem Führungsabschnitt 34, und dem Pumpengehäuse 26 ein Spalt 86 vorgesehen, der als Kavitationsschutz für die Dichtung 44 dient. Dies wird erreicht, indem der Spalt 86 hinreichend eng gehalten wird.

Claims

Ansprüche

1 . Kolbenpumpe (16), insbesondere Kraftstoff-Hochdruckpumpe für eine

Brennkraftmaschine, mit einem Pumpengehäuse (26), einem Pumpenkolben (28) und einem zumindest vom Pumpengehäuse (26) und dem

Pumpenkolben (28) begrenzten Förderraum (38), dadurch gekennzeichnet, dass vorzugsweise zwischen dem Pumpengehäuse (26) und dem

Pumpenkolben (28) eine Dichtung (44) zur Abdichtung des Förderraums (38) und ein separates Führungselement (46) zur Führung des Pumpenkolbens (28) angeordnet sind, wobei die Dichtung (44) als Dichtring ausgebildet ist und am Pumpengehäuse (26) sitzt.

2. Kolbenpumpe (16) nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch ein weiteres Führungselement (48), welches in einem Dichtungsträger (50) der

Kolbenpumpe (16) angeordnet ist.

3. Kolbenpumpe (16) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (44) eine Dichtlippe (60) aufweist, die mit der Mantelfläche des Pumpenkolbens (28) zusammenwirkt.

4. Kolbenpumpe (16) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vorzugsweise zwischen dem Pumpengehäuse (26) und dem Pumpenkolben (28) ein Befestigungsring (54) für die Dichtung (44) angeordnet ist.

5. Kolbenpumpe (16) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsring (54) einen Vorsprung (66) aufweist, auf dem die Dichtung (44) sitzt, und dass die Dichtung (44) eine Ausnehmung (68) aufweist, die mit dem Vorsprung (66) korrespondiert.

6. Kolbenpumpe (16) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung (66) radial nach innen zur Dichtung (44) hin ansteigt und dass die Ausnehmung (68) radial nach außen zum Befestigungsring (54) hin ansteigt.

7. Kolbenpumpe (16) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (44) an ihrem radial äußeren Ringrand (74) zur Innenfläche der den Pumpenkolben (28) aufnehmenden

Ausnehmung (42) ein Spiel (76) aufweist.

8. Kolbenpumpe (16) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch

gekennzeichnet, dass ein Federelement (52) vorgesehen ist, welches die Dichtung (44) gegen den Befestigungsring (54) drückt.

9. Kolbenpumpe (16) nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch

gekennzeichnet, dass das Führungselement (46) und der Befestigungsring (54) in einem Bauteil (82) vereinigt ausgebildet sind.

10. Kolbenpumpe (16) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Mantelfläche des Pumpenkolbens (28) Spiralnuten (80) ausgebildet sind.