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Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffhochdruckpumpe, insbesondere Steckpumpe, für ein Kraftstoffeinspritzsystem zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Stand der Technik
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Eine als Steckpumpe ausgeführte Kraftstoffhochdruckpumpe für eine Verbrennungskraftmaschine geht beispielhaft aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2008 002 195 A1 hervor. Sie umfasst einen in einem Hohlzylinder aufgenommenen Kolben mit einem Ende, das den Hohlzylinder überragt und durch eine Druckfeder an einen radialen Vorsprung einer um eine Achse rotierenden Antriebswelle in dem Hohlzylinder in eine hin und her gehende Bewegung versetzbar ist. Zur Trennung der Medien Kraftstoff und Schmieröl, wobei insbesondere das Eindringen von Kraftstoff in den ölbeaufschlagten Innenraum der Verbrennungskraftmaschine verhindert werden soll, wird in dieser Druckschrift vorgeschlagen, das den Hohlzylinder überragende Ende des Kolbens und den Hohlzylinder durch einen Faltenbalg flüssigkeitsdicht zu verbinden und einen vom Faltenbalg, Hohlzylinder und Pumpenkolben umschlossenen Ringraum an eine Leckageleitung anzuschließen. Der zur Medientrennung vorgeschlagene Faltenbalg kann dabei aus einem polymeren Werkstoff oder aus einem metallischen Werkstoff bestehen.
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Die bekannte Faltenbalg-Dichtung weist den Nachteil auf, dass sie schadensanfällig ist und somit auf Dauer keine sichere Medientrennung bewirkt. Ein Defekt der Abdichtung kann wiederum zum Ausfall der Brennkraftmaschine führen.
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Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt daher der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kraftstoffhochdruckpumpe, insbesondere Steckpumpe, anzugeben, welche derart gestaltet ist, dass eine dauerhaft sichere Medientrennung der Medien Kraftstoff und Schmieröl gewährleistet ist.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Kraftstoffhochdruckpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorgeschlagene Kraftstoffhochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem umfasst einen in einer Zylinderbohrung eines Gehäuseteils hubbeweglich aufgenommenen Pumpenkolben, der einerseits einen in der Zylinderbohrung ausgebildeten Pumpenarbeitsraum begrenzt und andererseits mit einer Stößelbaugruppe zur Abstützung an einem Nocken oder Exzenter eines Pumpentriebwerks verbunden ist, sowie wenigstens einen Metallfaltenbalg zur Medientrennung. Erfindungsgemäß umfasst der Metallfaltenbalg mehrere ringförmige Metalllamellen, von denen jeweils zwei benachbarte Metalllamellen radial innen oder radial außen über eine ringförmige Schweißnaht miteinander verbunden sind. Die ringförmige Schweißnaht gewährleistet eine flüssigkeitsdichte Verbindung der Metalllamellen untereinander, so dass über den Metallfaltenbalg eine flüssigkeitsdichte Medientrennung der Medien Kraftstoff und Schmieröl realisierbar ist. Ein Metallfaltenbalg aus mehreren miteinander verschweißten Metalllamellen erweist sich zudem als sehr robust, so dass eine dauerhafte Abdichtung gewährleistet ist.
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Bevorzugt ist die ringförmige Schweißnaht zur Verbindung jeweils zweier benachbarter Metalllamellen abwechselnd radial innen und radial außen angeordnet. Jede Metalllamelle, die zwischen zwei weiteren Metalllamellen angeordnet ist, weist demzufolge zwei ringförmige Schweißnähte auf. Eine erste Schweißnaht, die beispielsweise radial innen angeordnet sein kann, verbindet die Metalllamelle mit einer unterhalb angeordneten weiteren Lamelle, während die weitere Schweißnaht, die dann radial außen angeordnet ist, die Metalllamelle mit einer oberhalb angeordneten weiteren Lamelle verbindet. Der Metallfaltenbalg kann demnach als eine geschichtete Anordnung mehrerer Metalllamellen angesehen werden, die über ringförmige Schweißnähte verbunden sind. Auf diese Weise wird ein Metallfaltenbalg geschaffen, der - insbesondere im Vergleich zu einem Wellbalg - hohe Hübe zu realisieren vermag. Ein metallischer Wellbalg mit einem Außendurchmesser von 50mm, einem Innendurchmesser von 35mm und einer Einbaulänge von annähernd 170mm vermag einen Hub von etwa 30mm zu erzielen. Um den gleichen Hub zu erzielen, benötigt ein erfindungsgemäßer Metallfaltenbalg eine Einbaulänge von lediglich 70mm. Der vorgeschlagene Metallfaltenbalg weist demzufolge einen geringeren Bauraumbedarf auf, so dass eine größere Flexibilität hinsichtlich seiner Anordnung besteht.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass zumindest eine endseitig angeordnete Metalllamelle des Metallfaltenbalgs über eine ringförmige Schweißnaht mit dem Gehäuseteil, der Stößelbaugruppe oder dem Pumpenkolben verbunden ist. Die zuunterst oder zuoberst liegende Metalllamelle des mehrere Metalllamellen in geschichteter Anordnung umfassenden Metallfaltenbalgs dient demnach der Anbindung des Faltenbalgs an das Gehäuseteil, an die Stößelbaugruppe oder an den Pumpenkolben. Die hierzu vorgeschlagene weitere ringförmige Schweißnaht bewirkt eine flüssigkeitsdichte Anbindung, so dass eine sichere Medientrennung erzielt wird.
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Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass zumindest eine endseitig angeordnete Metalllamelle des Metallfaltenbalgs über eine Steck-, Klebeund/oder Pressverbindung mit dem Gehäuseteil, der Stößelbaugruppe oder dem Pumpenkolben verbunden ist. Die alternativ vorgeschlagenen Verbindungsarten ermöglichen ebenfalls eine flüssigkeitsdichte Anbindung des Metallfaltenbalgs am Gehäuseteil, an der Stößelbaugruppe oder am Pumpenkolben. Welche Verbindungsart zum Einsatz gelangt, hängt unter anderem von der konkreten Ausgestaltung des Bauteils ab, mit dem der Metallfaltenbalg verbunden werden soll, sowie von der Zugänglichkeit der Verbindungsstelle.
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Vorteilhafterweise besitzt zumindest eine endseitig angeordnete Metalllamelle des Metallfaltenbalgs einen sich axial und/oder radial erstreckenden Bundbereich zur Verbindung mit dem Gehäuseteil, der Stößelbaugruppe oder dem Pumpenkolben. Der Bundbereich vereinfacht die Verbindung der Metalllamelle mit dem Gehäuseteil, der Stößelbaugruppe oder dem Pumpenkolben. Über den Bundbereich ist eine Schweiß-, Steck-, Klebe- und/oder Pressverbindung herstellbar. Insbesondere ermöglicht der Bundbereich eine flache Anlage des Metallfaltenbalgs an einer am Pumpengehäuse, an der Stößelfläche oder am Pumpenkolben ausgebildeten Anlagefläche, die entsprechend axial oder radial verläuft.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzen die Metalllamellen des Metallfaltenbalgs jeweils eine Materialstärke von 0,1 bis 0,15mm. Bei Wahl einer entsprechenden Materialstärke ist eine ausreichende elastische Verformbarkeit der Metalllamellen sichergestellt, um den erforderlichen Hub des Metallfaltenbalgs darstellen zu können.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Kraftstoffhochdruckpumpe eine Schraubendruckfeder umfasst, die einerseits am Gehäuseteil und andererseits an der Stößelbaugruppe abgestützt ist. Der Metallfaltenbalg zur Medientrennung kann dabei innerhalb oder außerhalb der Schraubendruckfeder angeordnet sein. Die jeweilige Anordnung des Metallfaltenbalgs hängt unter anderem von den vorhandenen Bauraumverhältnissen sowie der Anbindung des Metallfaltenbalgs am Gehäuseteil, an der Stößelbaugruppe und/oder am Pumpenkolben ab.
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In Weiterbildung der Erfindung umfasst die Stößelbaugruppe einen Federteller zur Abstützung der Schraubendruckfeder. Der Metallfaltenbalg kann über den Federteller mit der Stößelbaugruppe und/oder dem Pumpenkolben verbunden sein. Der Federteller ist hierzu vorzugsweise an einem radial verlaufenden Absatz des Stößelkörpers und/oder des Pumpenkolbens abgestützt. Ferner wird vorgeschlagen, dass ein Bundbereich des Metallfaltenbalgs zugleich als Federteller einsetzbar ist, so dass auf die Anordnung eines separaten Federtellers verzichtet werden kann.
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Darüber hinaus bevorzugt umfasst die Stößelbaugruppe einen hülsenförmigen Stößelkörper und eine Rolle, wobei die Rolle vorzugsweise über einen Rollenschuh im Stößelkörper drehbar gelagert ist. Über die Rolle und den hülsenförmigen Stößelkörper ist der Pumpenkolben am Nocken oder Exzenter des Pumpentriebwerks abgestützt. Der hülsenförmige Stößelkörper ist dabei bevorzugt derart angeordnet, dass er den Pumpenkolben umgibt. Ferner ist weiterhin bevorzugt wenigstens ein radial verlaufender Absatz am Stößelkörper ausgebildet, um hieran die Schraubendruckfeder und/oder einen Federteller abzustützen. Ferner kann der hülsenförmige Stößelkörper einen radial verlaufenden Absatz zur Verbindung mit dem Metallfaltenbalg aufweisen.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Diese zeigen:
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1a einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Hochdruckpumpe gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
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1b einen Detailausschnitt der Hochdruckpumpe der 1 im Bereich der Kolbenaufnahme,
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2a einen Längsschnitt durch einen Metallfaltenbalg zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe,
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2b einen vergrößerten Ausschnitt der 2a,
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3 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Hochdruckpumpe gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung im Bereich der Kolbenaufnahme,
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4 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Hochdruckpumpe gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung im Bereich der Kolbenaufnahme,
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5 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Hochdruckpumpe gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung im Bereich der Kolbenaufnahme,
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6 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Hochdruckpumpe gemäß einer fünften bevorzugten Ausführungsform der Erfindung im Bereich der Kolbenaufnahme und
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7 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Hochdruckpumpe gemäß einer sechsten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung im Bereich der Kolbenaufnahme.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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In der 1 ist eine erfindungsgemäße Hochdruckpumpe gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform in einem Längsschnitt dargestellt. Diesem ist ein erstes Gehäuseteil 20 zu entnehmen, in welchem ein Pumpentriebwerk in Form eines Nockentriebs aufgenommen ist. Von einem Triebwerksraum 24 zur Aufnahme des Nockentriebs erstreckt sich eine Bohrung 21 bis an eine Außenfläche des Gehäuseteils 20, an welcher ein weiteres Gehäuseteil 2 mit einer Zylinderbohrung 1 angeschlagen ist. Das Gehäuseteil 2 wird nachfolgend auch als Zylinderkopf bezeichnet. Die Zylinderbohrung 1 nimmt einen Pumpenkolben 3 auf, der an einem über die Zylinderbohrung 1 hinaus ragenden Ende mit einer Stößelbaugruppe 5 zur Abstützung an einem Nocken 6 des Triebwerks verbunden ist. Mit dem anderen Ende begrenzt der Pumpenkolben 3 einen Pumpenarbeitsraum 4, der innerhalb der Zylinderbohrung 1 des Gehäuseteils 2 ausgebildet ist. Im Pumpenarbeitsraum 4 der Hochdruckpumpe wird Kraftstoff auf Hochdruck verdichtet. Der Zulauf von Kraftstoff erfolgt über ein in den Zylinderkopf integriertes Saugventil 22, das an einen Kraftstoffzulauf 23 angebunden ist.
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Die Abstützung des Pumpenkolbens 3 am Nocken 6 des Triebwerks über die Stößelbaugruppe 5 dient der Umsetzung der Drehbewegung eines Nockens 6 in eine Hubbewegung des Pumpenkolbens 3. Die Stößelbaugruppe 5 umfasst hierzu einen hülsenförmigen Stößelkörper 13, in dem ein Rollenschuh 15 zur drehbaren Lagerung einer Rolle 14 eingesetzt ist, die im Betrieb der Hochdruckpumpe auf der Außenumfangsfläche des Nockens 6 abläuft. Der Rollenschuh 15 ist hierbei an einem Ringbund 16 des hülsenförmigen Stößelkörpers 13 abgestützt. Die dem Rollenschuh 15 abgewandte Seite des Ringbundes 16 des Stößelkörpers 13 dient der Auflage eines Federtellers 12, der mit dem Pumpenkolben 3 formschlüssig verbunden ist. Über die Federkraft einer einerseits am Federteller 12 und andererseits am Gehäuseteil 2 abgestützten Schraubendruckfeder 11 ist die Anlage des Pumpenkolbens 3 am Nocken 6 sichergestellt.
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Um die Medien Kraftstoff und Schmieröl sicher zu trennen, weist die in der 1a dargestellte Pumpe einen Metallfaltenbalg 7 auf, welcher einerseits am Gehäuseteil 2 und andererseits am Stößelkörper 13 flüssigkeitsdicht angeschlossen ist. Eine vergrößerte Darstellung des Metallfaltenbalgs 7 ist der 1b zu entnehmen. Demnach besteht der Metallfaltenbalg 7 aus einzelnen übereinander geschichteten Metalllamellen 8, welche mit benachbarten Metalllamellen 8 jeweils über eine ringförmige Schweißnaht 9, die abwechselnd radial innen und radial außen angeordnet ist, verbunden sind. An seinen beiden Enden weist der Metallfaltenbalg 7 jeweils einen Bundbereich 10 auf, welcher der Anbindung des Metallfaltenbalgs 7 am Gehäuseteil 2 bzw. am Stößelkörper 13 der Stößelbaugruppe 5 dient. Im vorliegenden Fall ist der obere Anschluss am Gehäuseteil 2 über einen nach radial innen verlaufenden Bundbereich 10 hergestellt, welcher an einer Stirnfläche des Gehäuseteils 2 anliegt. Die Verbindung erfolgt vorzugsweise über eine ringförmige Schweißnaht (nicht dargestellt). An seinem unteren Ende weist der Metallfaltenbalg 7 einen Bundbereich 10 auf, der sich in axialer Richtung erstreckt und einen Außenumfangsbereich besitzt, der an einem Innenumfangsbereich des Stößelkörpers 13 der Stößelbaugruppe 5 anliegt. Der Stößelkörper 13 weist zur flächenbündigen Anlage des Bundbereichs 10 einen Absatz 19 auf.
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In den 2a und 2b ist eine alternative Ausführungsform eines Metallfaltenbalgs 7 dargestellt. Der Metallfaltenbalg 7 umfasst mehrere geschichtet angeordnete Metalllamellen 9, welche jeweils über ringförmige Schweißnähte 9, die abwechselnd radial innen und radial außen liegend angeordnet sind, flüssigkeitsdicht verbunden sind. Jede Metalllamelle 9 weist zudem eine Profilierung auf, welche die elastische Verformbarkeit des Metallfaltenbalgs 7 erhöht. An seinen beiden Enden ist der Metallfaltenbalg 7 jeweils mit einem Bundbereich 10 ausgestattet, der eine flüssigkeitsdichte Verbindung des Metallfaltenbalgs 7 mit dem Gehäuseteil 2, der Stößelbaugruppe 5 und/oder dem Pumpenkolben 3 ermöglicht.
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Unabhängig von der konkreten Ausgestaltung der einzelnen Metalllamellen 8 und/oder eines Bundbereiches 10 des Metallfaltenbalgs 7 kann eine sichere Medientrennung Kraftstoff/Öl durch verschiedene Anordnungen eines Metallfaltenbalgs 7 realisiert werden. In den nachfolgenden Zeichnungen sind daher weitere Ausführungsformen als mögliche Varianten zu der der 1 dargestellt. Es versteht sich von selbst, dass einzelne Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen untereinander kombinierbar bzw. austauschbar sind.
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Bei der beispielhaft in der 3 dargestellten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe ist im Unterschied zur Ausführungsform der 1 die Schraubendruckfeder 11 außenliegend in Bezug auf den Stößelkörper 13 angeordnet. Die Abstützung der Schraubendruckfeder 11 erfolgt in diesem Fall über einen Ringbund 16 des Stößelkörpers 13 der sich nach radial außen erstreckt. Der Metallfaltenbalg 7 ist wiederum mit zwei Bundbereichen 10 ausgestattet, über welche er einerseits am Gehäuseteil 2 und andererseits am Stößelkörper 13 angeschlossen ist. Vorliegend erstrecken sich beide Bundbereiche 10 in axialer Richtung, so dass der Kontakt zum Stößelkörper 13 bzw. zum Gehäuseteil 2 jeweils über einen Umfangsbereich hergestellt wird. Am Stößelkörper 13 liegt der Bundbereich 10 außenumfangseitig an, wobei der Stößelkörper 13 einen Absatz 19 zum flächenbündigen Einsetzen des Bundbereichs 10 besitzt. Die Anbindung an den Zylinderkopf 1 erfolgt über einen zylinderförmigen Ansatz 17 der eine Art Kragen zur Führung der Schraubendruckfeder 11 ausbildet. Während die Führung der Schraubendruckfeder 11 über die Außenumfangsseite des zylinderförmigen Ansatzes 17 erfolgt, liegt der Bundbereich 10 des Metallfaltenbalgs 7 an einer Innenumfangsfläche 18 des zylinderförmigen Ansatzes 17 des Gehäuseteils 2 an.
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Zwei weitere nur geringfügig voneinander abweichende bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den 4a, und 4b dargestellt. Die Schraubendruckfeder 11 ist in beiden Fällen außenliegend angeordnet und einerseits an einem Ringbund 16 des Stößelkörpers 13 und andererseits am Gehäuseteil 2 abgestützt. Zur Führung der Schraubendruckfeder 11 ist wiederum ein zylinderförmiger Ansatz 17 vorgesehen. Der Metallfaltenbalg 7 zur flüssigkeitsdichten Medientrennung ist diesmal innerhalb des Stößelkörpers 13 angeordnet und über Bundbereiche 10 mit dem Gehäuseteil 2, der Stößelbaugruppe 5 und dem Pumpenkolben 3 verbunden. Zur Verbindung mit der Stößelbaugruppe und dem Pumpenkolben 3 weist der Metallfaltenbalg 7 einen Bundbereich 10 auf, welcher im Querschnitt winkelförmig ausgebildet ist und einen ersten Schenkel zur Anlage am Pumpenkolben 3 und einen zweiten Schenkel zur Anlage am Federteller 12 der Stößelbaugruppe 5 besitzt. Der obere Bundbereich 10 für die Anbindung an das Gehäuseteil 2 ist entweder radial außenliegend (4a) oder radial innenliegend (4b) In Bezug auf die Zylinderbohrung 1 angeordnet.
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Eine Abwandlung der beiden Ausführungsformen der 4a und 4b ist in den 5a und 5b dargestellt. Diese unterscheiden sich von denen der 4a und 4b dadurch, dass die Schraubendruckfeder 11 innerhalb des Stößelkörpers 13 angeordnet ist. Der obere Anschluss des Metallfaltenbalgs 7 kann wiederum radial außenliegend (siehe 5a) oder radial innenliegend (siehe 5b) in Bezug auf die Zylinderbohrung 1 angeordnet werden.
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Eine Abwandlung der Ausführungsform der 5 ist in der 6 dargestellt. Im Unterschied zur 5 ist der obere Anschluss über einen radial verlaufenden Bund 10 hergestellt, der an einer Stirnfläche des Gehäuseteils 2 anliegt.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der 7 ist der Metallfaltenbalg 7 außerhalb des Stößelkörpers 13 angeordnet, während die Schraubendruckfeder 11 innerhalb des Stößelkörpers 13 zu liegen kommt. Der Metallfaltenbalg 7 weist einen ersten winkelförmigen Bundbereich 10 zur Anlage und Verbindung mit dem Stößelkörper 13 sowie einen sich radial erstreckenden Bund 10 zur Verbindung mit dem Gehäuseteil 2 auf. Während der winkelförmige Bundbereich 10 an einer Außenumfangsfläche sowie an einem Ringbund 16 des Stößelkörpers 13 anliegt, ist der sich radial erstreckende Ringbund 10 in eine Stirnfläche des Gehäuseteils 2 flächenbündig eingesetzt.
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Über die dargestellten bevorzugten Ausführungsformen hinaus sind weitere Abwandlungen möglich, welche insbesondere die konkrete Lage des Metallfaltenbalgs 7 und/oder die Ausgestaltung der Bundbereiche 10 betreffen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008002195 A1 [0002]