DE102020215411A1 - Piston pump, in particular high-pressure fuel pump for an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe (16), insbesondere Kraftstoff-Hochdruckpumpe für eine Brennkraftmaschine, mit einem Pumpengehäuse (26), einem im Pumpengehäuse (26) geführten Pumpenkolben (28) und einem zumindest vom Pumpengehäuse (26) und dem Pumpenkolben (28) begrenzten Förderraum (38), wobei am Umfang des Pumpenkolbens (28) eine Dichtung (43) zur Abdichtung des Förderraums (38) angeordnet ist, wobei die Dichtung (43) als Dichtring (44) mit einem im Wesentlichen hülsenförmigen, sich entlang einer Mittellängsachse (41) erstreckenden Basisabschnitt (45) ausgebildet ist, wobei der Dichtring (44) aus faserverstärktem Kunststoff ausgebildet ist, dessen Fasern (49) zumindest entlang eines überwiegenden Teils des Umfangs des Dichtrings (44) in Umfangsrichtung (51) des Dichtrings (44) orientiert sind. The invention relates to a piston pump (16), in particular a high-pressure fuel pump for an internal combustion engine, having a pump housing (26), a pump piston (28) guided in the pump housing (26) and a pump piston (28) which is delimited at least by the pump housing (26) and the pump piston (28). Pumping chamber (38), a seal (43) for sealing the pumping chamber (38) being arranged on the circumference of the pump piston (28), the seal (43) being a sealing ring (44) with a substantially sleeve-shaped, extending along a central longitudinal axis ( 41) extending base section (45), wherein the sealing ring (44) is made of fiber-reinforced plastic, the fibers (49) of which are oriented at least along a predominant part of the circumference of the sealing ring (44) in the circumferential direction (51) of the sealing ring (44). are.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe, insbesondere eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe für eine Brennkraftmaschine, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a piston pump, in particular a high-pressure fuel pump for an internal combustion engine, according to the preamble of claim 1.
Aus dem Stand der Technik sind Kolbenpumpen bekannt, die bspw. bei Brennkraftmaschinen mit Benzindirekteinspritzung zum Einsatz kommen. Bspw. ist aus
Eine Herstellung solcher Kunststoffringe kann bspw. mit dem Spritzverfahren „Schirm Anguss“ erfolgen, bei dem die Kunststoffringe über die gesamte Stirnfläche gespritzt werden, um gute Symmetrie und geringe Bauteiltoleranzen zu erreichen. Bei Verwendung von faserverstärkten Kunststoffen richten sich die Fasern in Spritzrichtung aus und sind somit parallel zur Mittellängsachse des Kunststoffrings orientiert. Jedoch kann es insbesondere bei hohen Drücken dazu kommen, dass der Kunststoffring den vorherrschenden Belastungen nicht dauerhaft standhält.Such plastic rings can be produced, for example, using the “Shield Anguss” spraying process, in which the plastic rings are sprayed over the entire end face in order to achieve good symmetry and low component tolerances. When using fiber-reinforced plastics, the fibers are aligned in the direction of injection and are thus oriented parallel to the central longitudinal axis of the plastic ring. However, particularly at high pressures, the plastic ring may not withstand the prevailing loads over the long term.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird durch eine Kolbenpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.The problem on which the invention is based is solved by a piston pump having the features of claim 1 . Advantageous developments of the invention are specified in the dependent claims.
Die erfindungsgemäße Kolbenpumpe, insbesondere Kraftstoff-Hochdruckpumpe für eine Brennkraftmaschine, weist ein Pumpengehäuse, einen im Pumpengehäuse (entlang einer Axialrichtung) geführten Pumpenkolben und einen zumindest von Pumpengehäuse und Pumpenkolben begrenzten Förderraum auf. Am Umfang des Pumpkolbens, bzw. mit anderen Worten (radial) zwischen Pumpenkolben und Pumpengehäuse, ist eine Dichtung zur Abdichtung des Förderraums angeordnet. Die Dichtung ist als Dichtring mit einem im Wesentlichen hülsenförmigen, sich entlang einer Mittellängsachse erstreckenden Basisabschnitt ausgebildet. Der Dichtring ist aus faserverstärktem Kunststoff ausgebildet, dessen Fasern zumindest entlang eines überwiegenden Teils des Umfangs des Dichtrings in Umfangsrichtung des Dichtrings (quer zur Mittellängsachse) orientiert sind.The piston pump according to the invention, in particular a high-pressure fuel pump for an internal combustion engine, has a pump housing, a pump piston guided in the pump housing (along an axial direction) and a pumping chamber delimited at least by the pump housing and pump piston. A seal for sealing off the pumping chamber is arranged on the circumference of the pump piston, or in other words (radially) between the pump piston and the pump housing. The seal is designed as a sealing ring with an essentially sleeve-shaped base section that extends along a central longitudinal axis. The sealing ring is made of fiber-reinforced plastic, the fibers of which are oriented at least along a predominant part of the circumference of the sealing ring in the circumferential direction of the sealing ring (transverse to the central longitudinal axis).
Auf diese Weise können die Festigkeit, das Quellverhalten und die Wärmeausdehnung des Dichtrings in Umfangsrichtung verbessert werden. Somit kann der Dichtring bzw. Kunststoffring bei allen erforderlichen Betriebsbedingungen funktionieren und den auftretenden Belastungen standhalten.In this way, the strength, the swelling behavior and the thermal expansion of the sealing ring in the circumferential direction can be improved. Thus, the sealing ring or plastic ring can function under all required operating conditions and withstand the loads that occur.
Für den Dichtring können verschiedene Kunststoffe zum Einsatz kommen, bspw. thermoplastische Kunststoffe. Die Fasern (Verstärkungsfasern) können Glas und/oder Kohlefaser aufweisen oder aus Glas und/oder Kohlefaser ausgebildet sein. Das Spritzmaterial zur Herstellung des Dichtrings kann Kunststoff und Fasern aufweisen.Various plastics can be used for the sealing ring, for example thermoplastics. The fibers (reinforcing fibers) can have glass and/or carbon fibers or be made of glass and/or carbon fibers. The injection molding material used to manufacture the sealing ring can include plastic and fibers.
Wie zuvor erläutert, sind die Fasern zumindest entlang eines überwiegenden Teils des Umfangs des Dichtrings in Umfangsrichtung des Dichtrings orientiert. Damit ist gemeint, dass die Fasern insbesondere außerhalb der Bereiche von Spritzeintrittsstelle und Spritzaustrittsstelle bzw. Entlüftungsstelle, an denen eine Umlenkung der Fasern erfolgt, in Umfangsrichtung orientiert sind. Die Fasern können bspw. zumindest zu 50 Prozent, vorzugweise zumindest zu 70 Prozent, weiter vorzugsweise zumindest zu 90 Prozent, des Umfangs des Dichtrings in Umfangsrichtung orientiert bzw. ausgerichtet sein.As previously explained, the fibers are oriented in the circumferential direction of the sealing ring at least along a predominant part of the circumference of the sealing ring. This means that the fibers are oriented in the circumferential direction, in particular outside the areas of the injection entry point and injection exit point or ventilation point, at which the fibers are deflected. The fibers can be oriented or aligned, for example, at least 50 percent, preferably at least 70 percent, more preferably at least 90 percent of the circumference of the sealing ring in the circumferential direction.
Gemäß einer Weiterbildung kann der Dichtring mittels Spritzguss ausgebildet sein, wobei der Dichtring eine Spritzeintrittsstelle (Eintritt Spritzmaterial) und eine Entlüftungsstelle (Austritt von Gasen) oder eine Spritzeintrittsstelle (Eintritt Spritzmaterial) und eine Spritzaustrittstelle (Austritt Spritzmaterial) aufweist, die entlang der Umfangsrichtung des Dichtrings zueinander versetzt angeordnet sind. Somit werden die Fasern jedenfalls außerhalb von Spritzeintrittsstelle und Entlüftungsstelle bzw. Spritzaustrittsstelle in die gewünschte Richtung, nämlich in die Umfangsrichtung gelegt. Die Anspritzrichtung („Spritzrichtung einfließen“) ist somit nicht axial, sondern radial orientiert, wobei sich die Fasern u.a. aufgrund der bspw. durch die Spritzgussform vorgegebenen Ringkontur in Umfangsrichtung ausrichten.According to a further development, the sealing ring can be formed by means of injection molding, with the sealing ring having a spray entry point (inlet of spray material) and a ventilation point (outlet of gases) or a spray entry point (inlet of spray material) and a spray exit point (outlet of spray material) along the circumferential direction of the sealing ring are offset from one another. Thus, the fibers are laid in the desired direction, namely in the circumferential direction, in any case outside of the spray entry point and ventilation point or spray exit point. The injection direction (“injection direction”) is therefore not axial but radial, with the fibers being aligned in the circumferential direction, for example due to the ring contour specified by the injection mold.
Bei einer Ausgestaltung mit Spritzeintrittsstelle und Spritzaustrittsstelle kann Spritzmaterial an der Spritzeintrittsstelle eintreten und an der Spritzaustrittsstelle austreten. An der Spritzaustrittsstelle können die Fasern bspw. eine V-förmige Konfiguration einnehmen. Bei einer Ausgestaltung mit Spritzeintrittsstelle und Entlüftungsstelle kann Spritzmaterial an der Spritzeintrittsstelle eintreten, wobei die Entlüftungsstelle derart eingerichtet sein kann, dass dort Gase austreten, jedoch kein Spritzmaterial. Die Fasern des Spritzmaterials können an der Entlüftungsstelle aufeinander treffen, wobei die Fasern bspw. eine ungeordnete bzw. chaotische Konfiguration einnehmen können.In an embodiment with a spray entry point and a spray exit point, spray material can enter at the spray entry point and exit at the spray exit point. At the spray exit point, the fibers can assume a V-shaped configuration, for example. In an embodiment with a spray entry point and vent point, spray material can enter at the spray entry point, wherein the vent point can be set up in such a way that gases exit there, but no spray material. The fibers of the spray material can meet at the ventilation point, with the fibers being able to assume a disordered or chaotic configuration, for example.
Gemäß einer Weiterbildung kann sich ein Teil der Fasern entlang eines ersten Ringabschnitts des Dichtrings von der Spritzeinstrittstelle zur Spritzaustrittsstelle oder Entlüftungsstelle erstrecken und ein weiterer bzw. der übrige Teil der Fasern kann sich entlang eines weiteren Ringabschnitts des Dichtrings von der Spritzeinstrittstelle zur Spritzaustrittsstelle oder Entlüftungsstelle erstrecken. Mit anderen Worten können sich die Fasern bzw. das Kunststoffmaterial mit den darin enthaltenen Fasern in zwei Stränge aufteilen, wobei ein erster Strang einen Weg von der Spritzeinstrittstelle zur Spritzaustrittsstelle oder Entlüftungsstelle nimmt und der zweite Strang einen anderen Weg von der Spritzeinstrittstelle zur Spritzaustrittsstelle oder Entlüftungsstelle nimmt. An der Spritzaustrittsstelle bzw. Entlüftungsstelle treffen die beiden Teile von Fasern bzw. die beiden Stränge zusammen (bsp. in Form einer Bindenaht).According to a further development, some of the fibers can move along a first ring section of the sealing ring from the spray entry point to the spray exit point or vent point and another or the remaining part of the fibers can extend along a further ring section of the sealing ring from the spray entry point to the spray exit point or vent point. In other words, the fibers or the plastic material with the fibers contained therein can be divided into two strands, with a first strand taking a path from the spray entry point to the spray exit point or vent point and the second strand taking a different path from the spray entry point to the spray exit point or vent point . The two parts of fibers or the two strands meet at the spray exit point or vent point (e.g. in the form of a weld line).
Gemäß einer Weiterbildung können die Spritzeintrittsstelle und die Spritzaustrittsstelle oder Entlüftungsstelle miteinander einen Winkel α einschließen, wobei der Winkel α zwischen 160° und 180° beträgt (160° ≤ α ≤ 180°). Damit liegen Spritzeintrittsstelle und Spritzaustrittsstelle oder Entlüftungsstelle einander ungefähr gegenüber, so dass die zuvor beschriebenen „Stränge“ von Spritzeintrittstelle zu Spritzaustrittstelle oder Entlüftungsstelle einen „ähnlich langen Weg nehmen“. Spritzeintrittsstelle und Spritzaustrittsstelle bzw. Entlüftungsstelle liegen einander ggf. nicht exakt gegenüber, so dass sich bspw. keine Sollbruchstelle ergibt. Überraschenderweise hat sich im Rahmen von Untersuchungen ein Winkel von α = 175° als ideal herausgestellt. Die Winkelangaben zu a beziehen sich auf den Umfang des Dichtrings. Mit anderen Worten liegt der Winkel α in einer Ebene, deren Normalenvektor die Mittellängsachse des Dichtrings ist.According to a further development, the spray entry point and the spray exit point or ventilation point can enclose an angle α with one another, the angle α being between 160° and 180° (160°≦α≦180°). The spray entry point and spray exit point or ventilation point are approximately opposite one another, so that the “strands” described above take a “similarly long way” from the spray entry point to the spray exit point or ventilation point. The spray entry point and the spray exit point or ventilation point may not lie exactly opposite one another, so that there is no predetermined breaking point, for example. Surprisingly, investigations have shown that an angle of α=175° is ideal. The angle specifications for a refer to the circumference of the sealing ring. In other words, the angle α lies in a plane whose normal vector is the central longitudinal axis of the sealing ring.
Gemäß einer Weiterbildung kann am Dichtring an der Spritzeintrittsstelle ein Steg ausgebildet sein, der sich parallel zur Mittellängsachse des Dichtrings entlang der Mantelfläche des Dichtrings erstreckt, insbesondere entlang der gesamten Länge der Mantelfläche. Damit sich möglichst alle Fasern in Umfangsrichtung quer zur Mittelachse legen, muss der Anguss seitlich zumindest über die überwiegende oder die gesamte Länge des Dichtrings erfolgen. Hierzu ist am Dichtring seitlich ein Steg vorgesehen. Der Steg ragt von der Mantelfläche des Dichtrings nach radial außen ab. Somit ist ein Film-Anguss möglich.According to a development, a web can be formed on the sealing ring at the spray entry point, which extends parallel to the central longitudinal axis of the sealing ring along the outer surface of the sealing ring, in particular along the entire length of the outer surface. In order for as many fibers as possible to lie in the circumferential direction transversely to the center axis, the sprue must be lateral at least over the majority or the entire length of the sealing ring. For this purpose, a web is provided on the side of the sealing ring. The web protrudes radially outwards from the lateral surface of the sealing ring. Thus a film sprue is possible.
Gemäß einer Weiterbildung kann am Dichtring an der Spritzaustrittsstelle ein weiterer Steg ausgebildet sein, der sich parallel zur Mittellängsachse des Dichtrings entlang der Mantelfläche des Dichtrings erstreckt, insbesondere entlang der gesamten Länge der Mantelfläche. Damit möglichst alle an der Spritzaustrittsstelle zusammentreffende Fasern gesammelt werden können, muss die Sammlung bzw. Bindenaht seitlich zumindest über die überwiegende oder die gesamte Länge des Dichtrings erfolgen. Hierzu ist am Dichtring seitlich ein weiterer Steg vorgesehen. Der weitere Steg ragt von der Mantelfläche des Dichtrings nach radial außen ab. Somit liegt die Bindenaht nicht im Funktionsbereich des Dichtrings, d.h. nicht innerhalb des im Wesentlichen hülsenförmigen Basisabschnitts, sondern außerhalb davon. An dem Dichtring ist gegenüber dem ersten Steg (Film-Anguss) seitlich insbesondere über die gesamte Länge ein weiterer Steg (Bindenahtsammler) vorgesehen. Wie zuvor bereits erläutert, liegen der Steg und der weitere Steg einander am Umfang des Dichtrings nicht exakt gegenüber, sondern sind leicht zueinander versetzt. According to a development, a further web can be formed on the sealing ring at the spray outlet point, which extends parallel to the central longitudinal axis of the sealing ring along the lateral surface of the sealing ring, in particular along the entire length of the lateral surface. So that as many fibers as possible that meet at the spray outlet point can be collected, the collection or weld seam must take place laterally at least over the majority or the entire length of the sealing ring. For this purpose, a further web is provided on the side of the sealing ring. The other web protrudes radially outwards from the lateral surface of the sealing ring. Thus, the weld seam is not in the functional area of the sealing ring, i.e. not inside the essentially sleeve-shaped base section, but outside of it. On the sealing ring, opposite the first web (film sprue), a further web (seam collector) is provided laterally, in particular over the entire length. As already explained above, the web and the further web are not exactly opposite one another on the circumference of the sealing ring, but are slightly offset from one another.
Gemäß einer Weiterbildung kann der Dichtring an einem axialen Ende oder jeweils an beiden axialen Enden einen radial nach außen abragenden, umlaufend ausgebildeten Bund aufweisen, der an den hülsenförmigen Basisabschnitt angeformt ist. Bei einem Bund an einem axialen Ende weist der Dichtring somit einen insgesamt L-förmigen Querschnitt auf bzw. bei jeweils einem Bund an beiden axialen Enden einen C-förmigen oder U-förmigen Querschnitt. Durch den Bund kann die Steifigkeit des Dichtrings erhöht werden. Zudem kann der Dichtring in radialer Richtung im Pumpengehäsue zentriert werden. Dadurch kann der Dichtring in einer festen Position im Pumpengehäuse verbaut werden. Weist der Dichtring nur an einem axialen Ende einen Bund auf, kann dieser dem Förderraum zugewandt oder vom Förderraum abgewandt sein.According to a further development, the sealing ring can have at one axial end or at both axial ends a radially outwardly projecting, circumferential collar which is formed onto the sleeve-shaped base section. In the case of a collar at one axial end, the sealing ring thus has an overall L-shaped cross section or, in the case of a collar in each case at both axial ends, a C-shaped or U-shaped cross section. The stiffness of the sealing ring can be increased by the federal government. In addition, the sealing ring can be centered in the radial direction in the pump housing. This allows the sealing ring to be installed in a fixed position in the pump housing. If the sealing ring only has a collar at one axial end, this can face the conveying chamber or face away from the conveying chamber.
Gemäß einer Weiterbildung können der Steg, der weitere Steg und/oder der mindestens eine Bund an ihrem radial äußeren Rand zur Umfangswand der den Pumpenkolben aufnehmenden Ausnehmung jeweils ein Spiel aufweisen, bspw. ein Spiel von 0,01 bis 1 mm (Millimeter). Mit anderen Worten weisen die genannten Elemente ein Außenmaß, bspw. einen Außendurchmesser, auf, welches geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser der diese Komponenten aufnehmenden Ausnehmung (Bohrung) an der Stelle, an der die jeweilige Komponente sitzt. Dieses Spiel bewirkt, dass sich die radiale Position der Komponente auf die Position des Pumpenkolbens einstellen kann. Somit kann sich ein gleichmäßiger und symmetrischer Spalt zum Pumpenkolben ergeben.According to a further development, the web, the further web and/or the at least one collar can each have play at their radially outer edge relative to the peripheral wall of the recess accommodating the pump piston, for example play of 0.01 to 1 mm (millimeter). In other words, the elements mentioned have an external dimension, for example an external diameter, which is slightly smaller than the internal diameter of the recess (bore) accommodating these components at the point at which the respective component is seated. This play causes the radial position of the component to adjust to the position of the pump piston. This can result in a uniform and symmetrical gap to the pump piston.
Gemäß einer Weiterbildung kann am Umfang des Pumpenkolbens (zwischen dem Pumpenkolben und dem Pumpen) ein Federelement angeordnet sein, welches auf den Dichtring wirkt, bspw. den Dichtring gegen einen Befestigungsring drückt. Das Federelement kann einends axial, bspw. an einem Führungselement, anliegen und andernends den Dichtring gegen einen Befestigungsring drücken. Das Federelement kann als Druckfeder, insbesondere als Federscheibe oder Schraubenfeder, ausgebildet sein. Das Federelement kann den Pumpenkolben zumindest teilweise umgeben. Durch das Federelement wirkt eine axiale Kraft auf den Dichtring, wobei diese Kraft auf die dem Förderraum zugewandte axiale Stirnfläche des Dichtrings drückt. Die axiale Kraft bewirkt, dass der Dichtring bspw. auf dem Befestigungsring aufliegt, so dass eine initiale Dichtheit an der statischen Dichtstelle gewährleistet ist.According to a development, a spring element can be arranged on the circumference of the pump piston (between the pump piston and the pump), which acts on the sealing ring, for example presses the sealing ring against a fastening ring. The spring element can bear axially at one end, for example against a guide element, and at the other end can press the sealing ring against a fastening ring. The spring element can be used as a compression spring, in particular as a spring washer or Coil spring, be formed. The spring element can at least partially surround the pump piston. An axial force acts on the sealing ring through the spring element, this force pressing on the axial end face of the sealing ring facing the pumping chamber. The axial force causes the sealing ring to rest on the fastening ring, for example, so that an initial tightness at the static sealing point is ensured.
Gemäß einer Weiterbildung können am Umfang des Pumpenkolbens (zwischen Pumpenkolben und Pumpengehäuse) ein oder mehrere Führungselemente, ein Befestigungsring, ein O-Ring und/oder ein Stützring vorgesehen sein.According to a development, one or more guide elements, a fastening ring, an O-ring and/or a support ring can be provided on the circumference of the pump piston (between the pump piston and the pump housing).
Die Führungselemente dienen zur Führung des Pumpenkolbens entlang einer Axialrichtung relativ zum Gehäuse. Die Führungselemente können bspw. jeweils als Führungsring ausgebildet sein. Sind zwei Führungselemente vorgesehen, kann ein Führungselement im Pumpengehäuse, bspw. in der Ausnehmung für den Pumpenkolben, angeordnet sein und das weitere Führungselement kann in einem Dichtungsträger angeordnet sein.The guide elements are used to guide the pump piston along an axial direction relative to the housing. The guide elements can, for example, each be designed as a guide ring. If two guide elements are provided, one guide element can be arranged in the pump housing, for example in the recess for the pump piston, and the other guide element can be arranged in a seal carrier.
Der Befestigungsring kann an der vom Förderraum abgewandten Seite des Dichtrings angeordnet sein. Der Befestigungsring kann einen Sitz für den Dichtring bilden, so dass der Dichtring gegen axiale Verschiebung gesichert ist, insbesondere vom Förderraum weg.The fastening ring can be arranged on the side of the sealing ring facing away from the conveying space. The fastening ring can form a seat for the sealing ring, so that the sealing ring is secured against axial displacement, in particular away from the pumping chamber.
Der O-Ring kann radial dichtende Wirkung entfalten. Durch den O-Ring kann die statische Dichtstelle ergänzt und die Dichtungswirkung verbessert werden. Der O-Ring ist insbesondere zwischen der radial äußeren Mantelfläche des Dichtrings und dem Pumpengehäuse (Umfangswand der Ausnehmung für den Pumpenkolben) angeordnet.The O-ring can develop a radial sealing effect. The static sealing point can be supplemented by the O-ring and the sealing effect can be improved. The O-ring is arranged in particular between the radially outer lateral surface of the sealing ring and the pump housing (peripheral wall of the recess for the pump piston).
Der Stützring kann zwischen der radial äußeren Mantelfläche des Dichtrings und dem Pumpengehäuse (Umfangswand der Ausnehmung für den Pumpenkolben) angeordnet sein und als Stützring für den O-Ring dienen. Dadurch wird der O-Ring geschützt, da eine Beschädigung, bspw. ein Extrudieren des O-Rings, verhindert werden kann. Der Stützring ist insbesondere an der vom Förderraum abgewandten Seite des O-Rings angeordnet und kann ein im Querschnitt dreieckiges Profil aufweisen. Die Hypothenuse des dreieckigen Profils kann dem O-Ring zugewandt sein.The support ring can be arranged between the radially outer lateral surface of the sealing ring and the pump housing (peripheral wall of the recess for the pump piston) and can serve as a support ring for the O-ring. This protects the O-ring since damage, such as extrusion of the O-ring, can be prevented. The support ring is arranged in particular on the side of the O-ring facing away from the pumping chamber and can have a triangular profile in cross section. The hypotenuse of the triangular profile may face the O-ring.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert, wobei gleiche oder funktional gleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind, ggf. jedoch lediglich einmal. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Kraftstoffsystems mit einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe in Form einer Kolbenpumpe; -
2 einen teilweisen Längsschnitt durch die Kolbenpumpe von1 ; -
3 eine vergrößerte Ansicht eines Pumpenkolbens, einer Dichtung, eines Führungselements und eines Befestigungsrings der Kolbenpumpe aus1 ; -
4 eine Ausgestaltungsmöglichkeit der Dichtung aus3 in einer vergrößerten Schnittansicht mit O-Ring und Stützring; -
5 die Dichtung der Kolbenpumpe aus2 in Alleinstellung in einer perspektivischen Ansicht; -
6 die Dichtung aus5 in einer schematischen Teilansicht mit dargestellten Fasern; und -
7 die Dichtung aus7 in einer schematischen Draufsicht zur Veranschaulichung der Herstellung.
-
1 a schematic representation of a fuel system with a high-pressure fuel pump in the form of a piston pump; -
2 a partial longitudinal section through the piston pump from1 ; -
3 Figure 12 shows an enlarged view of a pump piston, a seal, a guide element and a fastening ring of the piston pump1 ; -
4 a design option for the seal3 in an enlarged sectional view with O-ring and support ring; -
5 the piston pump seal2 in isolation in a perspective view; -
6 the seal off5 in a schematic partial view with fibers shown; and -
7 the seal off7 in a schematic top view to illustrate the production.
Ein Kraftstoffsystem einer Brennkraftmaschine trägt in
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 Aufbau der Kolbenpumpe 16 ergibt sich näher aus
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
Zwischen dem Führungsabschnitt 34 des Pumpenkolbens 28 und einer inneren Umfangswand der Bohrung 42 (Stufe 42") ist eine Dichtung 43 angeordnet. Sie dichtet unmittelbar zwischen dem Pumpenkolben 28 und dem Pumpengehäuse 26, und dichtet somit den sich oberhalb der Dichtung 43 befindlichen Förderraum (Hochdruckbereich) gegenüber dem in
Die Dichtung 43 ist als Dichtring 44 mit einem im Wesentlichen hülsenförmigen, sich entlang einer Mittellängsachse 41 erstreckenden Basisabschnitt 45 ausgebildet. Der Basisabschnitt 45 weist eine zylindrische Außenfläche bzw. Mantelfläche 58 auf. Der Dichtring 44 ist aus faserverstärktem Kunststoff ausgebildet, dessen Fasern 49 zumindest entlang eines überwiegenden Teils des Umfangs in Umfangsrichtung 51 des Dichtrings 44 (quer zur Mittellängsachse 41) orientiert sind (vgl.
Zwischen dem Führungsabschnitt 34 des Pumpenkolbens 28 und der inneren Umfangswand der Bohrung 42 (Stufe 42') ist im Beispiel ein vom Dichtring 44 separates Führungselement 46 angeordnet (vgl.
Die Kolbenpumpe 16 weist im Beispiel ein weiteres Führungselement 48 auf, welches in einem Dichtungsträger 50 der Kolbenpumpe 16 angeordnet ist (siehe
Die Kolbenpumpe 16 weist zwischen dem Führungsabschnitt 34 des Pumpenkolbens 28 und der inneren Umfangswand der Bohrung 42 (Stufe 42''') einen Befestigungsring 52 für den Dichtring 44 auf. Der Dichtring 44 liegt auf dem Befestigungsring 52 auf. Durch die aufliegenden Kontaktflächen von Dichtring 44 und Befestigungsring 52 wird eine statische Dichtstelle 53 ausgebildet (siehe
Der Dichtring 44 weist an seinem ersten axialen Ende 54 einen radial nach außen abragenden, umlaufend ausgebildeten Bund 56 auf (siehe
Der im Förderraum 38 herrschende Druck kann zur Mantelfläche 58 des Dichtrings 44 gelangen, so dass die Dichtungswandung am hülsenförmigen Abschnitt 45 aufgrund der dort wirkenden Kraft nach radial innen eine Verformung erfährt (nicht gezeigt). Somit kann sich zwischen Pumpenkolben 28, insbesondere zwischen dem Führungsabschnitt 34, und dem Dichtring 44 (radialinnenliegender Ringrand) eine dynamische Dichtstelle ausbilden.The pressure prevailing in the
Optional kann zwischen dem Pumpenkolben 28 und dem Pumpengehäuse 26 ein Federelement 47 angeordnet sein, welches den Dichtring 44 gegen den Befestigungsring 52 drückt. Das Federelement 47 kann in Axialrichtung des Pumpenkolbens 28 zwischen dem Führungselement 46 und dem Dichtring 44 angeordnet sein. Das Federelement 47 kann als Druckfeder in Form einer Federscheibe oder Schraubenfeder ausgebildet sein. Das Federelement 47 liegt einends axial an, insbesondere am Führungselement 46, und drückt andernends den Dichtring 44 gegen den Befestigungsring 52.A
Zwischen der radial äußeren Mantelfläche 58 des Dichtrings 44 und dem Pumpengehäuse 26 kann optional ein O-Ring 98 angeordnet sein (vgl.
Unabhängig davon kann am Dichtring 44 optional ein umlaufender Axialbund 76 angeordnet sein (vgl.
Die weitere Ausgestaltung und Herstellung des Dichtrings 44 werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die
Der Dichtring 44 ist mittels Spritzguss ausgebildet, wobei der Dichtring 44 im Beispiel eine Spritzeintrittsstelle 80 und eine Spritzaustrittstelle 82 aufweist, die entlang der Umfangsrichtung 51 des Dichtrings 44 versetzt zueinander angeordnet sind (vgl.
Die Spritzeintrittsstelle 80 und die Spritzaustrittsstelle 82 schließen miteinander einen Winkel α ein, wobei der Winkel α zwischen 160° und 180° betragen kann. Im Beispiel beträgt der Winkel α = 175° (vgl.
Am Dichtring 44 ist an der Spritzeintrittsstelle 80 ein Steg 84 ausgebildet, der sich im Beispiel parallel zur Mittellängsachse 41 des Dichtrings 44 entlang der äußeren Mantelfläche 58 des Dichtrings 44 erstreckt, und zwar entlang der gesamten Länge der Mantelfläche 58 (vgl.
Im Beispiel gehen der Steg 84 und der weitere Steg 86 in den umlaufenden Bund 56 über (vgl.
In
Die „Spritzrichtung ausfließen“ ist durch den Pfeil 92 und die Achse 93 veranschaulicht. Dort wird der Spritzvorgang des Dichtrings 44 angeschlossen, wobei das Spritzmaterial (Kunststoff mit darin enthaltenen Fasern) über den weiteren Steg 86 („Steg für Bindenahtsammler“) zu einem Bindenahtsammler 95 übergeht.The
Die Achsen 91 und 93 schließen den oben bereits erläuterten Winkel α ein.The
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