Titel

Kraftstoff-Hochdruckpumpe sowie Verfahren zum Herstellen einer Kraftstoff- Hochdruckpumpe

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe nach den Oberbegriffen der nebengeordneten Ansprüche.

Vom Markt her sind Kraftstoff-Hochdruckpumpen für Kraftstoff Systeme von Brennkraftmaschinen bekannt. Diese Kraftstoff-Hochdruckpumpen verdichten den Kraftstoff auf einen hohen Druck und leiten ihn in eine Kraftstoff- Sammelleitung („Rail“) weiter, von wo der Kraftstoff direkt in Brennräume der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Ein Pumpenkolben ist im Pumpengehäuse geführt, und der Pumpenkolben wird von einer Kolbenfeder zu einem Antrieb hin beaufschlagt. Aus der DE 102013226 088 A1 ist es bekannt, den Pumpenkolben an zwei axial voneinander beabstandeten Stellen gegenüber dem Pumpengehäuse zu lagern und zu führen, unter anderem beispielsweise durch ein ringförmiges Führungselement. Ferner ist es aus der DE 102013226 088 A1 bekannt, zwischen dem Pumpenkolben und dem Gehäuse eine Hochdruckdichtung anzuordnen, die einen Hochdruckbereich gegenüber einem Niederdruckbereich abdichtet.

Offenbarung der Erfindung

Das der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Problem wird durch eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Kraftstoff- Hochdruckpumpe mit den Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen angegeben. Dank der Erfindung kann auf einen bisher an einem separaten Dichtungsträger angeordneten Führungsring verzichtet werden. Somit wird der axiale Abstand zwischen den beiden Führungsabschnitten reduziert, wodurch bei der Montage der Pumpenkolben besser eingeführt werden kann. Auch wird das Risiko einer Beschädigung einer Niederdruckdichtung bei der Montage des Pumpenkolbens reduziert, da der Pumpenkolben bei der Montage mit einem geringeren Achsversatz dem Dichtungsträger und somit der Niederdruckdichtung zugeführt wird. Vielmehr ist der Pumpenkolben bei der Montage bereits optimal ausgerichtet, sodass eine Beschädigung einer optional zwischen den beiden Führungsabschnitten angeordneten Hochdruckdichtung, insbesondere von deren Dichtlippen, bei der Montage des Pumpenkolbens verhindert wird.

Auch wird ein Koaxialversatz des Pumpenkolbens reduziert, sodass der Pumpenkolben im Betrieb weniger verkippen kann. Hierdurch werden die Querkräfte, die auf den Pumpenkolben wirken, geringer, was letztlich zu einem verringerten Verschleiß am Pumpenkolben führt. Außerdem werden die Lagerkräfte direkt in das Pumpengehäuse eingeleitet und vom Dichtungsträger ferngehalten. Dies alles wird ermöglicht, ohne dass eine nachträgliche Bearbeitung einer radial inneren Führungsfläche des zweiten Führungsabschnitts notwendig ist. Dabei werden bei der Montage axiale und radiale Kräfte auf den zweiten Führungsabschnitt auf ein Minimum reduziert, wodurch eine Beeinflussung einer radial inneren Führungsfläche minimiert wird.

Erreicht wird dies konkret durch eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe mit einem Pumpengehäuse, welches beispielsweise als insgesamt in Wesentlichen zylindrisches Teil ausgeführt sein kann. In dem Pumpengehäuse ist eine beispielsweise als stufenförmiges Sackloch ausgebildete Aufnahmeöffnung vorhanden, in der ein zylindrischer Pumpenkolben aufgenommen ist. Ein im Pumpengehäuse angeordnetes Ende des Pumpenkolbens begrenzt einen Förderraum, ein entgegengesetztes Ende kann von einem Antrieb in eine Hin- und Herbewegung versetzt werden.

Die Kraftstoff-Hochdruckpumpe umfasst ferner eine Führungseinrichtung, durch die der Pumpenkolben geführt wird. Hierzu sind zwei axial voneinander beabstandete und als separate Teile ausgeführte und in der Aufnahmeöffnung des Pumpengehäuses angeordnete Führungsabschnitte vorgesehen, die den Pumpenkolben im Gleitsitz führen. Beispielsweise sind die Führungsabschnitte jeweils als Führungsring ausgebildet mit einer radial inneren kreisförmigen Führungsfläche und einer ebenfalls kreisförmigen radial äußeren Umfangsfläche.

Erfindungsgemäß ist der zweite Führungsabschnitt in einem radial äußeren Bereich mit dem Pumpengehäuse verschweißt. Die Aufnahmeöffnung im Pumpengehäuse weist auf axialer Höhe des zweiten Führungsabschnitts einen größeren Durchmesser auf als auf axialer Höhe des ersten Führungsabschnitts. Entsprechend weist der zweite Führungsabschnitt einen größeren und zu dem axialen Bereich der Aufnahmeöffnung wenigstens in etwa komplementären Außendurchmesser auf als der erste Führungsabschnitt. Hierdurch werden Schweißeinflüsse auf die radiale innere Führungsfläche des zweiten Führungsabschnitts ausgeschlossen oder zumindest deutlich verringert, indem ein vergleichsweise großer Abstand zwischen dem Ort der Verschweißung und der Führungsfläche geschaffen wird. Die Verschweißung kann dabei linienhaft erfolgen, grundsätzlich denkbar ist aber auch eine Punktschweißung bzw. eine vorzugsweise in Umfangsrichtung des zweiten Führungsabschnitts gesehen gleichmäßig verteilte Mehrzahl von Punktschweißungen.

Erreicht wird dies ferner konkret durch ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Kraftstoff-Hochdruckpumpe, welches folgende Schritte umfasst: a. Anordnen des ersten Führungsabschnitts in der Aufnahmeöffnung; b. Anordnen des zweiten Führungsabschnitts mit radialem Spiel oder mit einer Übergangspassung in der Aufnahmeöffnung; c. Einführen eines Zentriermittels, insbesondere eines Hilfsdorns, in den zweiten Führungsabschnitt und den ersten Führungsabschnitt zur radialen Zentrierung des zweiten Führungsabschnitts relativ zum ersten Führungsabschnitt; und d. Verschweißen des zweiten Führungsabschnitts mit dem Pumpengehäuse.

Durch die Verwendung eines Zentriermittels, beispielsweise in Form eines Hilfsdorns, der im Hinblick auf seine Geometrie, insbesondere den Außendurchmesser, dem später zu montierenden Pumpenkolben entsprechen kann, wird der zweite Führungsabschnitt radial positioniert und relativ zum ersten Führungsabschnitt radial ausgerichtet, sodass die beiden Führungsabschnitte bzw. deren Führungsflächen zueinander exakt koaxial sind. Ein Hilfsdorn zeichnet sich anders als der Pumpenkolben durch einen konischen Einführabschnitt aus, durch den er einfach und schnell eingeführt werden kann, ohne dass das Risiko besteht, dass die Bereiche, in die der Hilfsdorn eingeführt wird, dabei beschädigt werden.

Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der zweite Führungsabschnitt mit dem Pumpengehäuse im Bereich einer umlaufenden radial äußeren Kante verschweißt ist. Eine solche Schweißverbindung kann einfach und zuverlässig realisiert werden. Insbesondere dann, wenn die Kante vom Pumpengehäuse aus gesehen nach radial außen weist, kann an ihr mit üblichen preiswerten Schweißverfahren die Schweißverbindung hergestellt werden.

Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der zweite Führungsabschnitt mit dem Pumpengehäuse mittels Laserschweißen verschweißt ist. Dies ist ein einfaches, präzises und preiswertes Schweißverfahren.

Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der zweite Führungsabschnitt eine vorzugsweise umlaufende Beißkante aufweist, die am Pumpengehäuse anliegt und an der der zweite Führungsabschnitt mittels Widerstandsschweißen, insbesondere Entladungsschweißen mit dem Pumpengehäuse verschweißt ist. Auf diese Weise kann die Stelle der Verschweißung auch in das Innere des Pumpengehäuses verlegt werden. Als Beißkante kommt beispielsweise ein umlaufender und im Querschnitt spitz zu laufender und sich in axialer Richtung erstreckender Fortsatz in der Art eines Stegs in Frage. Es versteht sich, dass vollkommen äquivalent zu dieser Ausgestaltung eine umlaufende Beißkante ist, die am Pumpengehäuse ausgebildet ist und am zweiten Führungsabschnitt anliegt.

Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Beißkante auf einer einem Hochdruckbereich zugewandten Stirnfläche des zweiten Führungsabschnitts angeordnet ist. Dies kann beim Herstellen des zweiten Führungsabschnitts einfach und preiswert beispielsweise durch spanende Bearbeitung realisiert werden.

Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen: Figur 1 einen Längsschnitt durch eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe mit einem Pumpengehäuse mit einer Aufnahmeöffnung, einem ersten Führungsabschnitt, einer Hochdruckdichtung und einem zweiten Führungsabschnitt;

Figur 2 einen vergrößerten Bereich von Figur 1 ;

Figur 3 eine Darstellung ähnlich zu Figur 2 einer alternativen Ausführungsform;

Figur 4 eine schematische Seitenansicht auf ein Zentriermittel in Form eines Hilfsdorns zur Herstellung der Kraftstoff-Hochdruckpumpe der Figuren 1-3; und

Figur 5 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen der Kraftstoff- Hochdruckpumpe der Figuren 1-3.

Nachfolgend tragen funktionsäquivalente Elemente und Bereiche auch in unterschiedlichen Ausführungsformen die gleichen Bezugszeichen.

In den Figuren trägt eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffsystem einer Brennkraftmaschine insgesamt das Bezugszeichen 10. Sie umfasst ein Pumpengehäuse 12, welches vorliegend beispielhaft insgesamt in etwa zylindrische Gestalt aufweist mit einer Längsachse 14. In dem Pumpengehäuse 12 ist vorliegend beispielhaft koaxial zur Längsachse 14 eine stufenförmige sacklochartige und beispielsweise durch eine Bohrung hergestellte Aufnahmeöffnung 16 vorhanden, in der ein Pumpenkolben 18 aufgenommen ist.

Der Pumpenkolben 18 ist als längliches zylindrisches Teil ausgebildet mit in axialer Richtung gesehen einem ersten Abschnitt 20 und einem zweiten Abschnitt 22. Der erste Abschnitt 20 hat einen größeren Durchmesser als der zweite Abschnitt 22. Der erste Abschnitt 20 ist einem Förderraum 24 zugewandt, wohingegen der zweite Abschnitt 22 einem nicht dargestellten Antrieb zugewandt ist. Zu der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 gehört auch ein Einlassventil 26, welches als Rückschlagventil ausgebildet ist, welches jedoch von einer elektromagnetischen Betätigungseinrichtung 28 zwangsweise in einer geöffneten Stellung gehalten werden kann. Ferner gehören zu der Kraftstoff- Hochdruckpumpe 10 ein als Rückschlagventil ausgebildetes Auslassventil 30 sowie ein Druckbegrenzungsventil 32. In Figur 1 ist im Bereich einer oberen Stirnfläche (ohne Bezugszeichen) des Pumpengehäuses 12 ferner ein Membrandämpfer 34 zum Dämpfen von Niederdruckpulsationen vorhanden.

Die Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 ist Teil eines nicht weiter dargestellten Kraftstoffsystems einer Brennkraftmaschine. Zum Einlassventil 26 gelangt der Kraftstoff, beispielsweise Benzin oder Diesel, von einer meist elektrisch angetriebenen Vorförderpumpe. Der Pumpenkolben 18 wird an seinem in Figur 1 unteren Ende von einem Antrieb, beispielsweise einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine, in eine Hin- und Herbewegung versetzt, wodurch Kraftstoff über das Einlassventil 26 in den Förderraum 24 angesaugt, dort auf einen hohen Druck verdichtet und schließlich über das Auslassventil 30 zu einer Kraftstoff- Sammelleitung („Rail“) ausgestoßen wird. Von dort gelangt der Kraftstoff über Injektoren in zugeordnete Brennräume.

Der Pumpenkolben 18 wird relativ zum Pumpengehäuse 12 in der Aufnahmeöffnung 16 durch eine Führungseinrichtung 36 geführt, die zwei axial (also in Richtung der Längsachse 14 des Pumpengehäuses 12 und des Pumpenkolbens 18 gesehen) voneinander beabstandete ringförmige Führungsabschnitte 38 (erster Führungsabschnitt) und 40 (zweiter Führungsabschnitt) umfasst. Zwischen den beiden Führungsabschnitten 38 und 40 ist eine ebenfalls insgesamt ringförmige Hochdruckdichtung 42 vorhanden. Die Hochdruckdichtung 42 umfasst mehrere zum Pumpenkolben 18 hin weisende und an diesem anliegende Dichtlippen (ohne Bezugszeichen) und kann beispielsweise aus einem PTFE-Material hergestellt sein.

Durch die beiden Abschnitte 38 und 40 wird der Pumpenkolben 18 an zwei voneinander axial beabstandeten Stellen geführt, nämlich einerseits knapp unterhalb vom Förderraum 24 durch den ersten ringförmigen Führungsabschnitt 38. Dieser ist in Richtung der Längsachse 14 gesehen auf einer zu dem Förderraum 24 (Hochdruckbereich) hin weisenden Seite der Hochdruckdichtung 42 angeordnet. Andererseits ist der Pumpenkolben 18 knapp oberhalb vom in Figur 1 unteren Beginn der Aufnahmeöffnung 16 durch den zweiten ringförmigen Führungsabschnitt 40 geführt. Dieser Führungsabschnitt ist in Richtung der Längsachse 14 gesehen auf der von dem Förderraum 24 abgewandten Seite der Hochdruckdichtung 42 (Niederdruckbereich) angeordnet. Ein Führungsspiel zwischen einer radial inneren Führungsfläche 44 des ersten Führungsabschnitts 38 und dem Pumpenkolben 18 liegt im Bereich von ungefähr 1-9 pm. Auch ein Führungsspiel zwischen einer radial inneren Führungsfläche 46 des zweiten Führungsabschnitts 40 und dem Pumpenkolben 18 liegt im Bereich von ungefähr 1-9 pm.

Zwischen der Hochdruckdichtung 42 und dem ersten Führungsabschnitt 38 ist eine ringförmige Feder 48 verspannt. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Wellenfeder, Tellerfeder oder eine Schraubenfeder handeln. Durch die Feder 48 wird die Hochdruckdichtung 42 gegen den zweiten Führungsabschnitt 40 beaufschlagt, der insoweit einen Halteabschnitt für die Hochdruckdichtung 42 bildet.

Zu der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 gehört ferner eine Niederdruckdichtung 50. Diese ist ebenfalls ringförmig und liegt dichtend am zweiten Abschnitt 22 des Pumpenkolbens 18 an. Sie wird von einem in Figur 1 nur teilweise dargestellten Dichtungsträger 52 axial gehalten.

Wie aus Figur 2 hervorgeht, weist die Aufnahmeöffnung 16 auf axialer Höhe des zweiten Führungsabschnitts 40 einen Durchmesser D1 auf, wohingegen sie auf axialer Höhe des ersten Führungsabschnitts 38 und der Hochdruckdichtung 42 einen Durchmesser D2 aufweist. Der Durchmesser D1 ist erheblich größer als der Durchmesser D2. Der erste Führungsabschnitt 38 ist in die Aufnahmeöffnung 16 eingepresst, er weist also einen Außendurchmesser auf, der geringfügig größer ist als der Durchmesser D2. Der zweite Führungsabschnitt 40 ist dagegen zunächst mit radialem Spiel zwischen einer radial äußeren Umfangsfläche 54 und einer Innenfläche 56 der Aufnahmeöffnung 16 oder mit einer Übergangspassung in die Aufnahmeöffnung 16 eingesetzt, weist also einen Außendurchmesser ähnlich dem Durchmesser D1 auf. llm dennoch eine radiale Zentrierung der ersten Führungsfläche 44 und der zweiten Führungsfläche 46 zueinander zu erreichen, sodass diese möglichst koaxial sind, wird nach dem Einsetzen des zweiten Führungsabschnitts 40 in die Aufnahmeöffnung 16 ein Zentriermittel in Form eines Hilfsdorns 58 eingeführt, dessen Geometrie (Außendurchmesser) zumindest in einem Abschnitt 60 (siehe auch Figur 4) dem Pumpenkolben 18 entspricht. Hierzu verfügt der Hilfsdorn 58 über einen konischen Einführabschnitt 61.

Mit dem eingeführten Hilfsdorn 58 wird dann mittels Laserschweißen im Bereich einer umlaufenden radial äußeren Kante 62 des zweiten Führungsabschnitts 40 eine Schweißverbindung 64 zwischen dem zweiten Führungsabschnitt 40 und dem Pumpengehäuse 12 hergestellt. Die Kante 62 ist dabei jene Kante, die von außen zugänglich ist. Nach der Herstellung der Schweißverbindung 64 ist der zweite Führungsabschnitt 40 relativ zum Pumpengehäuse 12 festgelegt, sodass nun der Hilfsdorn 58 wieder entfernt werden kann. Danach kann der Pumpenkolben 18 anstelle des Hilfsdorns 58 eingesetzt werden.

Bei der in Figur 3 dargestellten alternativen Ausführungsform weist der zweite Führungsabschnitt 40 auf einer dem Förderraum 24 zugewandten Stirnfläche 66 in deren radial äußerem Bereich, also benachbart zur Umfangsfläche 54, eine umlaufende und axial in der Art eines Stegs abragende spitz zulaufende Beißkante 68 auf, die an einem Absatz 70 der Aufnahmeöffnung 16 anliegt. An der Beißkante 68 wird ein linienhafter Kontakt zwischen dem ersten Führungsabschnitt und dem Pumpengehäuse 12 hergestellt, so dass dort mittels Widerstandsschweißen, insbesondere Entladungsschweißen die Schweißverbindung 64 hergestellt werden kann.

Figur 5 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung der oben beschriebenen Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10. Dabei sei darauf hingewiesen, dass in Figur 5 nur jene Verfahrensschritte dargestellt sind, die sich mit der Integration der Führungseinrichtung 36 und der Hochdruckdichtung 42 in die Aufnahmeöffnung 16 des Pumpengehäuses 12 beschäftigen. Es versteht sich, dass zur Fertigstellung der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 zuvor und danach noch weitere Verfahrensschritte erforderlich sind. Das Verfahren beginnt in einem Startblock 72. In einem nachfolgenden Block 74 wird der erste Führungsabschnitt 38 der Führungseinrichtung 36 in der Aufnahmeöffnung 16 angeordnet, beispielsweise in diese eingepresst. Danach wird in einem Block 76 in die Feder 48 eingesetzt, und anschließend wird in einem Block 78 die Hochdruckdichtung 42 eingesetzt. In einem nachfolgenden Block 80 wird der zweite Führungsabschnitt 40 in die Aufnahmeöffnung 16 mit dem bereits oben erwähnten radialen Spiel bzw. einer gewissen Übergangspassung eingesetzt.

In einem Funktionsblock 82 wird das Zentriermittel, beispielsweise der Hilfsdorn 58 eingeführt und hierdurch der zweite Führungsabschnitt 40 relativ zum ersten Führungsabschnitt 38 zentriert, sodass die Führungsflächen 44 und 46 koaxial zueinander sind. Nach der erfolgten Zentrierung wird in einem Funktionsblock 84 die Schweißverbindung 64 hergestellt. Danach wird in einem Funktionsblock 86 der Hilfsdorn 58 entfernt, nämlich herausgezogen. Das Verfahren endet im Block