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Die Erfindung betrifft eine Pumpe zur Förderung eines Fluids, aufweisend einen mit einem Pumpenzylinderkopf verbundenen Pumpenzylinder und einen in einer Zylinderführung in dem Pumpenzylinder translatorisch auf und ab bewegbaren Pumpenstößel, wobei der Pumpenstößel gegenüber dem Pumpenzylinder unter Bildung eines inneren Dichtungsraums und eines äußeren Dichtungsraums mittels einer mit dem Pumpenzylinder und dem Pumpenstößel zusammenwirkenden Dichtung abgedichtet ist, und wobei der der Zylinderführung zugewandte Dichtungsraum über eine Verbindung mit einem Niederdruckbereich des Fluids verbunden ist.
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Stand der Technik
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Eine derartige Pumpe zur Förderung eines Fluids ist aus der
DE 10 2011 089 967 A1 bekannt. Diese Pumpe ist als Kraftstoffhochdruckpumpe in Form einer Steckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine ausgebildet. Die Pumpe umfasst einen in einer Zylinderführung eines Pumpenzylinders translatorisch auf und ab bewegbaren Pumpenstößel mit einem Stößelfuß, der sich an einem Rollenstößel abstützt. Der Rollenstößel weist eine Laufrolle auf, die auf einer Lauffläche eines Nockens einer Nockwelle abrollt und so bei einer Drehbewegung der Nockenwelle die translatorische Auf- und Abbewegung des Pumpenstößels erzeugt. Da ein den Rollenstößel und den Pumpenstößelfuß aufnehmender Triebwerksraum ölgeschmiert ist, muss der Pumpenstößel zur Vermeidung einer Einmischung von Kraftstoff in Schmieröl beziehungsweise umgekehrt gegenüber dem Pumpenzylinder abgedichtet sein. Diese Abdichtung erfolgt durch eine längenveränderliche, als Faltenbalg ausgebildete Dichtung, die den Pumpenstößel eng umfasst und an dem Pumpenstößel im Bereich oberhalb des Pumpenstößelfusses und an einem den Pumpenstößelfuss eng umfassenden Befestigungsabsatz des Pumpenzylinders befestigt ist. Um eventuelles Leckagefluid in Form von Kraftstoff, das entlang der Zylinderführung in einen von der Dichtung eingeschlossenen Dichtungsraum unterhalb des Pumpenzylinders gelangt, abzuführen, ist eine als Bohrung ausgestaltete Verbindung des Dichtungsraums mit einem Niederdruckbereich des Kraftstoffs vorhanden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pumpe zur Förderung eines Fluids bereitzustellen, die hinsichtlich ihrer Funktion, insbesondere bei dem Auftreten von Druckpulsationen durch Leckagefluid, verbessert ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Verbindung mehrere um die Zylinderführung angeordnete Kanäle aufweist. Durch diese Kanäle kann in den inneren Dichtungsraum gelangendes Leckagefluid abgeführt werden und bei der Auf- und Abbewegung des Pumpenstößels auftretende Druckpulsationen werden wirkungsvoll abgebaut. Mehrere Kanäle gegenüber nur einem einzigen entsprechend größer dimensionierten Kanal haben den Vorteil, dass diese problemlos beispielsweise in dem Pumpenzylinder untergebracht werden können und nicht zu einer örtlichen Schwächung oder Belastung des Pumpenzylinders führen.
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In Weiterbildung der Erfindung sind die Kanäle ringförmig um die Zylinderführung in den Pumpenzylinder eingelassen. Diese Ausgestaltung gewährleistet eine symmetrische Anordnung der Kanäle, die hinsichtlich der Fertigung und insbesondere hinsichtlich der durch die Kanäle verursachten Einwirkungen auf den Pumpenzylinder vorteilhaft ist.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Kanäle als Bohrungen ausgebildet. Solche Bohrungen können bei der Fertigung des Pumpenzylinders einfach gefertigt werden. Dabei können alle Bohrungen gegebenenfalls zusammen mit der Zylinderführung mittels eines geeigneten Mehrfachbohrwerkzeugs in einem Arbeitsgang gefertigt werden.
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In Weiterbildung der Erfindung weisen die Kanäle einen Durchmesser von 1 mm bis 5 mm, bevorzugt 2 bis 4 mm, ganz bevorzugt 3 mm auf. Hierbei erfolgt die Auswahl des jeweiligen Durchmessers in Abhängigkeit von der Größe der Pumpe und der Anzahl der Bohrungen. So ergibt sich beispielsweise bei einer in weiterer Ausgestaltung vorgesehenen Anzahl von sechs Kanälen, die um die Zylinderführung für den Pumpenstößel angeordnet sind, bei einem Kanaldurchmesser von 3 mm eine Querschnittsfläche von 42,4 qmm. Diese Querschnittsfläche reicht aus, um die in dem inneren Dichtungsraum auftretenden Druckpulsationen und den herrschenden Innendruck auf ein Minimum zu begrenzen.
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In Weiterbildung der Erfindung münden die Kanäle in eine Ringnut in dem Pumpenzylinderkopf ein. Diese Ringnut ist im Bereich eines Übergangs vom Pumpenzylinderkopf zum Pumpenzylinder angeordnet und kann beispielsweise mittels einer Scheibenfräse als nach außen offene Ringnut problemlos gefertigt werden.
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In Weiterbildung der Erfindung wirkt die Ringnut mit einer Außenringnut zusammen, die wiederum in weiterer Ausgestaltung in die Pumpe, insbesondere in dem Pumpenzylinderkopf, und/oder ein die Pumpe aufnehmenden Gehäuse ausgebildet ist. Die Außenringnut ist seinerseits wiederum in weiterer Ausgestaltung mit einer entsprechend dimensionierten Abflussleitung in der Pumpe oder dem Gehäuse verbunden. Die Außenringnut und die Abführleitung sind so dimensioniert, dass keine Drosselung des durch die Kanäle gegebenen Strömungsquerschnitt gegeben ist. Hierbei ist insbesondere die Ringnut mit einer Tiefe so ausgeführt, dass die Kanäle mit einer Querschnittsfläche von beispielsweise 18 mm2 freigestellt werden. Weiterhin weist die Abführleitung beispielsweise einen Durchmesser von 7 mm oder knapp mehr auf, so dass sich auch hier eine Querschnittsfläche ergibt, die zumindest in etwa der Gesamtquerschnittsfläche der Kanäle entspricht.
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In Weiterbildung der Erfindung ist die Außenringnut gegenüber der Pumpe und dem Gehäuse abgedichtet, um sicherzustellen, dass kein Fluid in die Umgebung austreten kann.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Pumpe eine Kraftstoffhochdruckpumpe und das Fluid Kraftstoff. Wenn auch der Gegenstand der Erfindung bei einer beliebigen Pumpe angewendet werden kann, ist die bevorzugte Anwendung bei einer Kraftstoffhochdruckpumpe gegeben. Mit einer Kraftstoffhochdruckpumpe wird ein Kraftstoffdruck von bis zu 3.000 bar erzeugt, wobei dieser Kraftstoffdruck zwangsläufig eine geringe Leckage von Kraftstoff entlang der Zylinderführung in den darunter liegenden inneren Dichtungsraum verursacht. Dieser Leckagekraftstoff übt auf die beispielsweise als Metallfaltenbalgdichtung ausgebildete Dichtung einen Druck aus, der durch die erfindungsgemäße Abführung des Leckagekraftstoffs und den Druckausgleich durch die Kanäle mit dem Niederdrucksystem die Dichtung in keiner Weise und keinem Betriebszustand überbelasten kann.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der ein in den Figuren dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben ist.
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Es zeigen:
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1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Pumpe,
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2 einen Querschnitt A-A gemäß 1 durch die Pumpe und
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3 einen Querschnitt B-B gemäß 1 durch die Pumpe.
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1 zeigt einen Längsschnitt durch eine als Kraftstoffhochdruckpumpe 1 ausgebildete Pumpe, die bei einem als Common-Rail-Einspritzsystem ausgebildeten Kraftstoffeinspritzsystem Anwendung findet. Die Kraftstoffhochdruckpumpe 1 fördert zugeführten Kraftstoff in einen Hochdruckspeicher, aus dem der dort unter einem Druck von bis zu 3.000 bar gespeicherte Kraftstoff von Kraftstoffinjektoren zur Einspritzung in zugeordnete Brennräume einer Brennkraftmaschine entnommen wird. Die Kraftstoffhockdruckpumpe 1 weist einen einstückig mit einem Pumpenzylinderkopf 2 ausgebildeten Pumpenzylinder 3 auf, in dem eine beispielsweise als Zylinderbohrung ausgebildete Zylinderführung 4 eingelassen ist. In der Zylinderführung 4 ist ein einen Pumpenstößelfuss 6 aufweisender Pumpenstößel 5 translatorisch auf und ab bewegbar. Der Pumpenstößelfuss 6 wirkt direkt oder unter Zwischenschaltung beispielsweise eines eine Laufrolle aufweisenden Rollenstößels 7 mit einer Nockenwelle oder einer Exzenterwelle zusammen und setzt die Drehbewegung der Nockenwelle beziehungsweise der Exzenterwelle in die translatorische Auf- und Abbewegung des Pumpenstößels 5 um.
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In dem Pumpenzylinderkopf 2 ist in Verlängerung der Zylinderführung 4 ein Pumpenarbeitsraum 8 angeordnet, der über ein Saugventil 9 bei einer Abwärtsbewegung des Pumpenstößels 5 mit Kraftstoff befüllt werden kann. Die Zumessung des in den Pumpenarbeitsraum 8 einzubringenden Kraftstoffs kann über das beispielsweise als elektromagnetisch betätigtes Saugventil 9 ausgebildete Saugventil 9 erfolgen oder aber über eine separate Zumesseinheit. Das Saugventil 9 ist in einen zur Umgebung abgeschlossenen kraftstoffführenden Ringraum 10 in dem Pumpenzylinderkopf 2 eingesetzt, wobei der kraftstoffführende Ringraum 10 das Saugventil 9 mit dem Kraftstoffniederdrucksystem in geeigneter Weise verbindet. Weiterhin zweigt von dem Pumpenarbeitsraum ein Hochdruckabgang 11 ab, in dem ein Rückschlagventil eingesetzt ist, und wobei der Hochdruckabgang 11 über eine angeschlossene Hochdruckleitung mit dem Hochdruckspeicher verbunden ist. Durch den Hochdruckabgang 11 wird bei einer Aufwärtsbewegung des Pumpenstößels 5 und dem dann geschlossenen Saugventil 9 in dem Pumpenarbeitsraum 8 befindlicher Kraftstoff über die Hochdruckleitung in den Hochdruckspeicher gefördert.
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Der dem Pumpenarbeitsraum 8 gegenüberliegende Pumpenstößelfuß 6 ist in einem Triebwerksraum 12 der Kraftstoffhochdruckpumpe 1 beziehungsweise einer Brennkraftmaschine, an der die Kraftstoffhochdruckpumpe 1 verbaut ist, angeordnet, beziehungsweise steht mit dem Triebwerksraum 12 in direkter Verbindung. In dem Triebwerksraum 12 ist beispielsweise der Rollenstößel 7 geführt und der Triebwerksraum 12 ist zur Schmierung vorhandener Bauteile mit Öl oder Ölnebel gefüllt. An dem Pumpenstößelfuss 6 ist ein Federteller 13 befestigt, beispielsweise aufgepresst, auf dem sich eine Stößelfeder 14 abstützt, während das gegenüberliegende Ende der Stößelfeder 14 sich an einer Anlagefläche 15 des Pumpenzylinders 3 (oder des Pumpenzylinderkopfs 2) abstützt. Die Stößelfeder 14 drückt den Pumpenstößel 5 und den Rollenstößel 8 gegen die Lauffläche der Nockenwelle beziehungsweise Exzenterwelle.
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Unterhalb des Pumpenzylinders 3 ist eine als Metallfaltenbalgdichtung 16 ausgebildete Dichtung angeordnet, die einerseits mit dem Pumpenzylinder 3 und andererseits über eine Ringplatte 17 mit dem Federteller 13 beziehungsweise dem Pumpenstößel 5 im Bereich des Pumpenstößelfusses 6 dicht verbunden ist. Innerhalb der Metallfaltenbalgdichtung 16 ist ein innerer Dichtungsraum 18 gebildet, in den Leckagekraftstoff aus dem Pumpenarbeitsraum 5 entlang der Zylinderführung 4 gelangt. Außerhalb der Metallfaltenbalgdichtung 16 ist ein äußerer Dichtungsraum 19 gebildet, der einen Teil des Stößelfederraums bildet und der mit dem Triebwerksraum 12 verbunden ist. Um den in den inneren Dichtungsraum 18 gelangenden Leckagekraftstoff abzuführen und und um die in dem inneren Dichtungsraum 18 bei der Auf- und Abbewegung des Pumpenstößels 5 auftretenden Druckpulsationen abzubauen, sind in den Pumpenzylinder 3 ringförmig um die Zylinderführung 4 insgesamt sechs als Bohrungen ausgebildete Kanäle 20 mit einem Durchmesser von bevorzugt 3 mm eingearbeitet (siehe auch 2).
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Die Kanäle 20 münden in eine Ringnut 21 ein, die am Übergang des Pumpenzylinderkopfs 2 zum Pumpenzylinder 3 und somit im Bereich der Anbindung des Pumpenzylinders 3 an dem Pumpenzylinderkopf 2 angeordnet ist. Die Ringnut 21 weist eine solche Tiefe auf, dass die Kanäle 20 mit einer genügenden Querschnittsfläche freigestellt werden, damit keine Drosselungen erfolgen. Beispielsweise weist die Ringnut 21 bei einer Breite von 12 mm eine Tiefe von 1,5 mm auf, so dass sich eine Querschnittsfläche von 18 mm2 ergibt (siehe auch 3). Die Ringnut 21 ist von außen beispielsweise mit einem Scheibenfräser in den Pumpenzylinderkopf 2 der Kraftstoffhochdruckpumpe 1 eingearbeitet und mit einer Außenringnut 22a, 22b verbunden, die entweder in den Pumpenzylinderkopf 2 (22a) oder ein Gehäuse 23 (22b) eingelassen ist. Das Gehäuse 23 ist beispielsweise das Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine oder aber ein eigenständiges Gehäuse 23, das in geeigneter Weise an der Brennkraftmaschine oder deren Kurbelgehäuse angebaut werden kann. In einem Flansch 24 des Pumpenzylinders 3 oberhalb der Anlagefläche 15 ist eine einen Dichtring 25a aufnehmende Nut gearbeitet. Weiterhin ist in eine Auflagefläche 26 des Pumpenzylinderkopfs 2 auf dem Gehäuse 23 ebenfalls eine Nut eingearbeitet, in die umfassend die Außenringnut 22a, 22b ein Dichtring 25b eingesetzt ist. Die Dichtringe 25a, 25b stellen sicher, dass kein Kraftstoff aus der Außenringnut 22a, 22b in die Umgebung oder den Triebwerksraum 12 gelangt. Die Außenringnut 22a, 22b ist über eine Abführleitung 27a, 27b, die entweder in den Pumpenzylinderkopf 2 oder das Gehäuse 23 eingelassen ist, mit einem Niederdruckbereich des Kraftstoffeinspritzsystems verbunden. Die Abführleitung 27a, 27b weist beispielsweise einen Durchmesser von ca. 7 mm auf. Zum Anschluss einer weiterführenden Leitung kann ein Anschlussstutzen 28 vorgesehen sein, der an beispielsweise dem Pumpenzylinderkopf 2 befestigt ist und mit der Abführleitung 27a in Verbindung steht.
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Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Kraftstoffhochdruckpumpe 1 ist sichergestellt, dass der in den inneren Dichtungsraum 18 gelangender Leckagekraftstoff auf die Metallfaltenbalgdichtung 16 einen Druck ausübt, der durch die erfindungsgemäße Abführung des Leckagekraftstoffs und den Druckausgleich durch die Kanäle 20 letztendlich mit dem Niederdrucksystem in keiner Weise und in keinem Betriebszustand die Metallfaltenbalgdichtung 16 überbelasten kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011089967 A1 [0002]
