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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffpumpe, insbesondere Kraftstoff-Hochdruckpumpe, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Die
DE 10 2015 209 539 A1 beschreibt eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe beispielsweise für eine Kraftstoff-Direkteinspritzung. Eine solche Kraftstoff-Hochdruckpumpe verdichtet den Kraftstoff auf einen vergleichsweise hohen Druck und fördert ihn zu einem Hochdruckbereich bzw. einer Kraftstoff-Sammelleitung („Rail“), an die mehrere Injektoren angeschlossen sind, die den Kraftstoff direkt in ihnen zugeordnete Brennräume einer Brennkraftmaschine einspritzen. Zur Trennung eines Kraftstoff-Niederdruckbereichs der Kraftstoff-Hochdruckpumpe von einem Antriebsbereich ist eine ringförmige Dichtungseinrichtung vorgesehen, die einen Pumpenkolben umschließt und von einem Dichtungsträger gehaltert ist. Der Dichtungsträger ist an einem Pumpengehäuse der Kraftstoff-Hochdruckpumpe befestigt.
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Offenbarung der Erfindung
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Das der Erfindung zu Grunde liegende Problem wird durch eine Kraftstoffpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen angegeben.
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Bei bestimmten Ausgestaltungen von Kraftstoffpumpen ist der Pumpenkolben bei der Montage der einzelnen Teile nicht zwingend axial vollständig gegenüber dem Pumpengehäuse ausgerichtet. Vielmehr kann es sein, dass der Pumpenkolben (zunächst) eine leichte Schrägstellung gegenüber der Ideallinie aufweist. Bei der Montage des Dichtungsträger kann somit ein solcher Pumpenkolben nicht zur zentrierten Ausrichtung des Dichtungsträgers eingesetzt werden. Daher wird bei einer solchen Ausgestaltung der Dichtungsträger mit einem Ausrichtabschnitt an einem Gegenabschnitt des Pumpengehäuses in radialer Richtung ausgerichtet und bei der Montage des Dichtungsträgers am Pumpengehäuse geführt.
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Befestigt werden soll der Dichtungsträger am Pumpengehäuse jedoch vorzugsweise durch Widerstandsschweißen. Dies schließt einen flächigen Kontakt zwischen dem Ausrichtabschnitt und dem Gegenabschnitt normalerweise aus, da sonst ein Bypass für den Stromfluss beim Widerstandsschweißen entsteht, wodurch dieses erschwert oder unmöglich wird. Durch das Vorsehen einer Abstandshalteeinrichtung aus einem elektrisch isolierenden Material zwischen Befestigungsabschnitt und Gegenabschnitt kann der Dichtungsträger am Pumpengehäuse durch Widerstandsschweißen entlang einer linienhaften Schweißnaht verbunden werden, und gleichzeitig kann eine Ausrichtung bzw. Zentrierung des Dichtungsträgers am Gegenabschnitt des Pumpengehäuses sichergestellt werden.
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Durch die Erfindung wird es somit ermöglicht, auch bei solchen Ausgestaltungen von Kraftstoffpumpen, welche zunächst keine präzise Führung bzw. Ausrichtung des Pumpenkolbens im Gehäuse aufweisen, einerseits den Dichtungsträger präzise gegenüber dem Pumpengehäuse in radialer Richtung auszurichten, und andererseits den Dichtungsträger am Pumpengehäuse mittels Widerstandsschweißen zu verbinden. Hierdurch wird die Montage erheblich vereinfacht, da die Ausrichtungsfunktion bei der Montage in die einzelnen Teile der Kraftstoffpumpe integriert ist. Ein aufwändiges Zentrierwerkzeug ist daher nicht mehr erforderlich.
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Im Grunde kann die erfindungsgemäße Kraftstoffpumpe auf der gleichen Fertigungslinie wie bisherige Kraftstoffpumpen, die beispielsweise eine Kolbenbuchse zur mehr oder weniger präzisen Zentrierung bzw. Ausrichtung des Pumpenkolbens aufweisen, montiert werden. Bei der erfindungsgemäßen Kraftstoffpumpe wird die elektrische Isolierung zwischen dem Pumpengehäuse und dem Dichtungsträger dort, wo kein elektrischer Kontakt gewünscht ist, sichergestellt. Dabei wird es ermöglicht, dass nur dort, wo durch Widerstandsschweißen eine Verbindung gewünscht ist, ein direkter metallischer Kontakt besteht. Insgesamt kann die erfindungsgemäße Kraftstoffpumpe preiswert hergestellt werden, und aufgrund der präzisen Ausrichtung des Dichtungsträgers relativ zum Pumpengehäuse werden dennoch eine hohe Effizienz im Betrieb der Kraftstoffpumpe und eine lange Lebensdauer erreicht.
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Erreicht wird dies konkret durch eine Kraftstoffpumpe, insbesondere eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe, wie sie beispielsweise in Kraftstoffsystemen von Brennkraftmaschinen mit Kraftstoff-Direkteinspritzung zum Einsatz kommt. Sie umfasst ein Pumpengehäuse und einen in dem Pumpengehäuse mindestens zum Teil, beispielsweise mittels einer Kolbenbuchse, aufgenommenen Pumpenkolben. Die erfindungsgemäße Kraftstoffpumpe ist also eine Kolbenpumpe. Es kann sich beispielsweise um eine Einzylinder-Kolbenpumpe handeln, die von einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine angetrieben wird.
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Zur Trennung eines Kraftstoffbereichs der Kraftstoffpumpe von einem Antriebsbereich der Brennkraftmaschine ist um den Pumpenkolben herum eine Dichtungseinrichtung angeordnet, die beispielsweise als Dichtungsring aus einem Kunststoffmaterial, beispielsweise einem PTFE-Material, ausgebildet sein kann. Die Dichtungseinrichtung ist stationär und liegt im Gleitsitz auf einer äußeren Mantelfläche des Pumpenkolbens auf. Die Dichtungseinrichtung wird durch einen Dichtungsträger in ihrer wenigstens im wesentlichen und relativ zum Pumpenkolben stationären Betriebslage gehaltert. Hierzu weist der Dichtungsträger einen Ausrichtabschnitt auf, der beispielsweise als zylindrisch umlaufender Ringabschnitt ausgebildet sein kann.
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Mittels des Ausrichtabschnitts ist der Dichtungsträger an einem Gegenabschnitt des Pumpengehäuses in radialer Richtung ausgerichtet. Dieser Gegenabschnitt kann beispielsweise eine zum Ausrichtabschnitt komplementäre Ausnehmung im Pumpengehäuse sein. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass zwischen dem Befestigungsabschnitt und dem Gegenabschnitt mindestens bereichsweise eine Abstandshalteeinrichtung aus einem elektrisch isolierenden Material angeordnet ist. Auf diese Weise wird der Ausrichtabschnitt vom Gegenabschnitt zumindest bereichsweise beabstandet, sodass dort kein elektrischer Kontakt möglich ist. Zum Herstellen der festen Verbindung zwischen dem Dichtungsträger und dem Pumpengehäuse mittels Widerstandsschweißen kann am Dichtungsträger und/oder am Pumpengehäuse ein entsprechender Schweißabschnitt, beispielsweise in Form eines umlaufenden Vorsprungs, vorhanden sein, der für den für das Widerstandsschweißen gewünschten mehr oder weniger linienhaften Kontakt zwischen Dichtungsträger und Pumpengehäuse sorgt. Die Funktion „Ausrichtung“ und die Funktion „Verbindung“ werden also durch unterschiedliche Abschnitte am Dichtungsträger und/oder am Pumpengehäuse realisiert, diese Funktionen sind somit voneinander entkoppelt.
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Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Abstandshalteeinrichtung mindestens ein ringförmiges Abstandshalteelement umfasst. Ein solches sorgt über die gesamte Umfangserstreckung des Befestigungsabschnitts des Dichtungsträgers für eine zuverlässige Einhaltung des gewünschten Abstands. Es kann darüber hinaus vergleichsweise einfach hergestellt werden.
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Bei einer Weiterbildung hierzu ist vorgesehen, dass das ringförmige Abstandshalteelement durch einen Schrumpfschlauch gebildet ist. Ein solcher ist von elektrotechnischen Anwendungen als zuverlässiges Mittel zur elektrischen Isolierung von elektrischen Leitern bekannt. Er umfasst ein Material, welches meist unter Wärmeeinwirkung schrumpft.
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Bei einer Weiterbildung hierzu ist vorgesehen, dass die Abstandshalteeinrichtung mindestens zwei axial voneinander beabstandete ringförmige Abstandshalteelemente umfasst. Hierdurch kann der Materialeinsatz reduziert werden, und gleichwohl wird über eine gewünschte axiale Erstreckung ein zuverlässiges Abstandshalten ermöglicht.
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Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Abstandshalteeinrichtung mindestens zwei in Umfangsrichtung voneinander beabstandete Abstandshalteelemente umfasst. Auch hierdurch wird der Materialeinsatz zur Realisierung der Abstandshalteeinrichtung verringert. Um eine zuverlässige Abstandshaltefunktion zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, wenn in Umfangsrichtung gesehen mindestens bei 0°, 120° und 240° ein Abstandshalteelement vorhanden ist. Dabei ist denkbar, dass mindestens ein Abstandshalteelement beispielsweise als Pad ausgebildet ist, welches in der Draufsicht eine kreisförmige, elliptische, oder mehreckige Außenkontur aufweisen kann. Denkbar ist aber auch, dass sich ein Abstandshalteelement beispielsweise über einen Umfangssektor von ungefähr 120° erstreckt, und dass gegenüber von diesem Abstandshalteelement ein Abstandshalteelement in Form eines Pads angeordnet ist.
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Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Abstandshalteeinrichtung eine Lackschicht umfasst. Dies ist besonders einfach realisierbar und sehr preisgünstig. Dabei ist zu bedenken, dass die Abstandshaltefunktion des Abstandshalteelements ja lediglich während der Montage des Dichtungsträgers am Pumpengehäuse sichergestellt sein muss, also so lange, bis der Dichtungsträger mit dem Pumpengehäuse beispielsweise durch Widerstandsschweißen fest verbunden ist. Eine Dauerhaltbarkeit des Abstandshalteelement ist dagegen nicht zwingend notwendig.
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Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Abstandshalteeinrichtung eine Kunststoffbeschichtung umfasst. Auch dies ist sehr preiswert und einfach realisierbar.
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Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Abstandshalteeinrichtung am Befestigungsabschnitt und/oder oder am Gegenabschnitt angebracht ist. Am einfachsten realisierbar dürfte eine Anbringung am Dichtungsträger sein, funktional möglich ist aber auch eine Anbringung am Gegenabschnitt.
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Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:
- 1 einen teilweisen Schnitt durch eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe;
- 2 einen vergrößerten Bereich der Kraftstoff-Hochdruckpumpe von 1 zur Darstellung eines Befestigungsabschnitts eines Dichtungsträgers, eines Gegenabschnitt eines Pumpengehäuses und einer dazwischen angeordneten Abstandshalteeinrichtung;
- 3 eine Seitenansicht des Dichtungsträgers und der Abstandshalteeinrichtung von 2;
- 4 eine perspektivische Darstellung des Dichtungsträgers und der Abstandshalteeinrichtung von 3;
- 5 eine Darstellung ähnlich zu 3 eines Dichtungsträgers mit einer abgewandelten Ausführungsform einer Abstandshalteeinrichtung;
- 6 eine Darstellung ähnlich zu 4 des Dichtungsträgers von 5;
- 7 eine Darstellung ähnlich zu 3 eines Dichtungsträgers mit einer nochmals abgewandelten Ausführungsform einer Abstandshalteeinrichtung;
- 8 eine Darstellung ähnlich zu 4 des Dichtungsträgers von 7; und
- 9 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung der Kraftstoffpumpe von 1.
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In den nachfolgenden Figuren tragen funktionsäquivalente Elemente und Bereiche in unterschiedlichen Ausführungsformen die gleichen Bezugszeichen.
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In 1 trägt eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe für eine nicht näher dargestellte Brennkraftmaschine insgesamt das Bezugszeichen 10. Die Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 weist ein insgesamt im Wesentlichen zylindrisches Pumpengehäuse 12 auf, in oder an dem die wesentlichen Komponenten der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 10 angeordnet sind. So weist die Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 ein Einlass-/Mengensteuerventil 14, einen in einem Förderraum 16 angeordneten und durch eine nicht gezeigte Antriebswelle in eine Hin- und Herbewegung versetzbaren Pumpenkolben 18, ein Auslassventil 20 und ein Druckbegrenzungsventil 22 auf.
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Im Betrieb wird vom Pumpenkolben 18, der sich parallel zu einer Längsachse 24 hin- und herbewegt, bei einem Saughub Kraftstoff - z. B. Benzin oder Dieselkraftstoff - über das Einlass-/Mengensteuerventil 14 in den Förderraum 16 angesaugt. Bei einem Förderhub wird der im Förderraum 16 befindliche Kraftstoff vom Pumpenkolben 18 verdichtet und über das Auslassventil 20 beispielsweise in einen Hochdruckbereich 26, beispielsweise zu einer Kraftstoff-Sammelleitung („Rail“) ausgestoßen, wo der Kraftstoff unter hohem Druck gespeichert ist. Die Kraftstoffmenge, die bei einem Förderhub ausgestoßen wird, wird dabei durch das elektromagnetisch betätigte Einlass-/Mengensteuerventil 14 eingestellt. Bei einem unzulässigen Überdruck im Hochdruckbereich 26 öffnet das Druckbegrenzungsventil 22, wodurch Kraftstoff aus dem Hochdruckbereich 26 in den Förderraum 16 strömen kann.
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Der Pumpenkolben 18 ist im Pumpengehäuse 12 mittels einer Kolbenbuchse 28 geführt, wobei zwischen der Kolbenbuchse 28 und dem Pumpenkolben 18 ein gewisses geringes Spiel vorhanden ist, um bei der Montage der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 das Einführen des Pumpenkolbens 18 in die Kolbenbuchse 28 zu erleichtern. In dem in 1 unteren Bereich des Pumpengehäuses 12 ist ein stutzenartiger umlaufender Kragen 30 vorhanden, der auf seiner Außenseite eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Aufnahmenut für eine O-RingDichtung 32 aufweist.
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Zu der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 gehört auch eine Dichtungseinrichtung 32 in Form eines Dichtungsrings, der vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial, beispielsweise einem PTFE-Material, hergestellt sein kann. Die Dichtungseinrichtung 32 liegt mit einer radialen Innenseite auf einer Mantelfläche des Pumpenkolbens 18 im Gleitsitz auf. Sie ist im Betrieb der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 wenigstens im wesentlichen und relativ zum Pumpenkolben 18 stationär, und sie wird in dieser stationären Position gehalten durch einen Dichtungsträger 34. Dieser ist beispielsweise als Blechformteil durch einen Tiefziehprozess hergestellt und wird am Pumpengehäuse 12 auf noch näher zu beschreibende Art und Weise gehalten.
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Der Dichtungsträger 34 weist an seinem in 1 unteren Ende einen ersten Abschnitt 36 auf, der sich nach radial einwärts erstreckt und in einem Abstand vom Pumpenkolben 18 endet. Der Abschnitt 36 ist an einen zweiten Abschnitt 38 angeformt, der sich im wesentlichen in axialer Richtung und in 1 vom ersten Abschnitt 36 nach oben erstreckt. An dessen in 1 oberes Ende ist ein dritter Abschnitt 40 angeformt, der sich im wesentlichen in radialer Richtung nach außen erstreckt. An dessen radial äußeres Ende ist ein vierter Abschnitt 42 angeformt, der sich im wesentlichen in axialer Richtung in 1 nach unten erstreckt. An dessen unteres axiales Ende ist ein vergleichsweise kurzer fünfter Abschnitt 44 angeformt, der sich in einem Winkel von ungefähr 40° relativ zur Längsachse 24 nach außen erstreckt.
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Der schräge fünfte Abschnitt 44 des Dichtungsträgers 34 ist mittels einer umlaufenden Schweißlinie 46 mittels Widerstandsschweißen mit dem unteren Ende des Kragens 30 fest verbunden. Durch den ersten Abschnitt 36 des Dichtungsträgers 34 wird die Dichtungseinrichtung 32 in axialer Richtung nach unten fixiert. Durch den zweiten Abschnitt 38 des Dichtungsträgers 34 wird die Dichtungseinrichtung 32 in radialer Richtung fixiert. Zur Fixierung der Dichtungseinrichtung 32 in axialer Richtung nach oben dient eine Fixierhülse 48, die in den zweiten Abschnitt 38 des Dichtungsträgers 34 eingepresst ist.
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An einem in 1 unteren Ende des Pumpenkolbens 18 ist an diesem ein Federteller 50 befestigt. Zwischen diesem und dem dritten Abschnitt 40 des Dichtungsträgers 34 ist eine Kolbenfeder 52 verspannt. Die Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 kann beispielsweise mit dem Kragen 30 in eine Öffnung eines Motorblocks einer Brennkraftmaschine eingesetzt und mittels eines Befestigungsflansches 54 am Motorblock befestigt werden. Das in 1 untere Ende des Pumpenkolbens 18 und der Federteller 50 können mit einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine zusammenwirken, durch die im Betrieb der Pumpenkolben 18 in eine Hin- und Herbewegung versetzt wird. Die Dichtungseinrichtung 32 sorgt dabei für eine fluidische Trennung zwischen einem Kraftstoffbereich der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 und einem Antriebsbereich beispielsweise der Brennkraftmaschine.
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Wie aus den 2-4 ersichtlich ist, weist der vierte Abschnitt 42 des Dichtungsträgers 34 auf seiner radialen Außenseite eine vergleichsweise dünne und insoweit schichtartige Abstandshalteeinrichtung 56 aus einem elektrisch isolierenden Material auf. Diese ist vorliegend beispielhaft als ringförmiges Abstandshalteelement 58 ausgebildet. Ebenfalls beispielhaft kann dieses ringförmige Abstandshalteelement 58 dadurch hergestellt werden, dass ein Schrumpfschlauch, wie er beispielsweise zur elektrischen Isolierung von elektrischen Leitern bekannt ist, auf den vierten Abschnitt 42 aufgeschoben und dann erwärmt wird. Auf diese Weise reduziert der Schrumpfschlauch seinen Durchmesser, wodurch er unter Spannung in Anlage an die Außenseite des vierten Abschnitts 42 gelangt. Denkbar ist aber auch, dass das Abstandshalteelement 58 als flüssiger Lack auf die Außenseite des vierten Abschnitts 42 aufgebracht wird, wo er dann aushärtet. Denkbar ist ferner, dass das Abstandshalteelement 58 durch eine Kunststoffhülse gebildet wird, die auf den vierten Abschnitt 42 des Dichtungsträgers 34 aufgeschoben ist.
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Man erkennt ohne weiteres insbesondere aus der Darstellung der 2, dass aufgrund der Abstandshalteeinrichtung 56 der vierte Abschnitt 42 des Dichtungsträgers 34 einen Ausrichtabschnitt bildet, wohingegen die radiale Innenseite des Kragens 30 einen Gegenabschnitt 60 bildet, der mit dem Ausrichtabschnitt 42 des Dichtungsträgers 34 über die Abstandshalteeinrichtung 56 zusammenwirkt und so den Dichtungsträger 34 und mit diesem die Dichtungseinrichtung 32 relativ zum Pumpengehäuse 12 ausrichtet bzw. relativ zur Längsachse 24 in radialer Richtung zentriert. Dabei sorgt die Abstandshalteeinrichtung 56 dafür, dass ein direkter elektrischer Kontakt zwischen dem Dichtungsträger 34 und dem Kragen 30 bzw. dem Pumpengehäuse 12 nur in einem umlaufenden linienhaften Bereich am unteren Ende des Kragens 30 möglich ist, so dass dort die Schweißlinie 46 durch Widerstandsschweißen hergestellt werden kann. In den anderen Bereichen ist dagegen ein Abstand D zwischen dem Ausrichtabschnitt 42 und dem Gegenabschnitt 60 vorhanden.
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Die alternative Ausführungsform der Abstandshalteeinrichtung 56 der 5-6 unterscheidet sich von jener der 2-4 dadurch, dass dort zwei axial voneinander beabstandete ringförmige Abstandshalteelemente 58a und 58b vorgesehen sind. Die alternative Ausführungsform der Abstandshalteeinrichtung 56 der 7-8 unterscheidet sich von jenen der 2-6 dadurch, dass die Abstandshalteeinrichtung 56 insgesamt vier in Umfangsrichtung voneinander beabstandete Abstandshalteelemente 58a-d in der Art von Pads aufweist, die vorliegend in der Draufsicht eine rechteckige Außenkontur aufweisen. Grundsätzlich denkbar wären aber auch andere Außenkonturen, beispielsweise kreisförmig oder elliptisch, sowie andere Anzahlen von Abstandshalteelementen, wobei eine Mindestanzahl von drei bevorzugt ist.
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Die Kraftstoffpumpe 10 wird folgendermaßen hergestellt (vergleiche 9): zunächst werden in einem Funktionsblock 62 das Pumpengehäuse 12, der Pumpenkolben 18, die Dichtungseinrichtung 32 und der Dichtungsträger 34 für die Dichtungseinrichtung 32 bereitgestellt. Dann wird in einem Funktionsblock 64 die Abstandshalteeinrichtung 56 auf den Ausrichtabschnitt 42 des Dichtungsträgers 34 aufgebracht. In einem nachfolgenden Funktionsblock 66 wird der Ausrichtabschnitt 42 des Dichtungsträgers 34 mit der Abstandshalteeinrichtung 56 in den Gegenabschnitt 60 des Pumpengehäuses 12 eingeführt, so dass der Ausrichtabschnitt 42 vom Gegenabschnitt 60 wenigstens bereichsweise beabstandet ist (Abstand D in 2). Schließlich wird in einem Funktionsblock 68 die Schweißlinie 46 zwischen dem Dichtungsträger 34 und dem Pumpengehäuse 12 mittels Widerstandsschweißen hergestellt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015209539 A1 [0002]
