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Title:
PISTON PUMP, IN PARTICULAR HIGH-PRESSURE FUEL PUMP FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2022/189542
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a piston pump, in particular a high-pressure fuel pump for an internal combustion engine, comprising a pump housing, a pump piston (14), a supply chamber delimited at least by the pump housing and the pump piston (14), and an annular seal (26), at least part of which is arranged between the pump housing and the pump piston (14) in such a way that at least part of said seal is pressed against the pump piston (14) by the pressure acting from the supply chamber, wherein the seal (26) has a higher radial stiffness in a first axial region (64) which faces the supply chamber than in a second axial region (66) which faces away from the supply chamber. According to the invention, an axial extension of the first axial region (64) is greater than an axial extension of the second axial region (66).

Inventors:
GERHARD KATHRIN (DE)
NAAKE DOMINIK (DE)
BUESER WOLFGANG (DE)
RIEDLE MATTHIAS (DE)
GOEKE MARKUS (DE)
HEINZINGER DANIEL (DE)
Application Number:
PCT/EP2022/056123
Publication Date:
September 15, 2022
Filing Date:
March 10, 2022
Export Citation:
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Assignee:
BOSCH GMBH ROBERT (DE)
International Classes:
F02M59/44; F04B1/04; F04B1/0408; F04B1/0448; F04B53/02; F04B53/14; F04B53/16
Foreign References:
DE102006029391A12008-01-03
US20190170137A12019-06-06
DE102017203083A12018-08-30
DE102017212498A12019-01-24
DE102017212498A12019-01-24
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Claims:
Ansprüche

1. Kolbenpumpe (10), insbesondere Kraftstoff-Hochdruckpumpe für eine Brennkraftmaschine, mit einem Pumpengehäuse (12), einem Pumpenkolben (14), einem zumindest vom Pumpengehäuse (12) und dem Pumpenkolben (14) begrenzten Förderraum (20), und einer ringförmigen Dichtung (26), die bereichsweise zwischen dem Pumpengehäuse (12) und dem Pumpenkolben (14) so angeordnet ist, dass sie von dem aus dem Förderraum (20) wirkenden Druck wenigstens bereichsweise gegen den Pumpenkolben (14) beaufschlagt wird, wobei die Dichtung (26) in einem ersten axialen Bereich (64), der dem Förderraum (20) zugewandt ist, eine höhere radiale Steifigkeit aufweist als in einem zweiten axialen Bereich (66), der von dem Förderraum (20) abgewandt ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine axiale Erstreckung des ersten axialen Bereichs (64) größer ist als eine axiale Erstreckung des zweiten axialen Bereichs (66).

2. Kolbenpumpen (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Erstreckung des ersten axialen Bereichs (64) mindestens das Zweifache der axialen Erstreckung des zweiten Bereichs (66) beträgt.

3. Kolbenpumpe (10) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung der radialen Steifigkeit vom ersten axialen Bereich (64) zum zweiten axialen Bereich (66) wenigstens im Wesentlichen stufenförmig ist.

4. Kolbenpumpe (10) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste axiale Bereich (64) einen ersten axialen Teilbereich (44) und einen zweiten axialen Teilbereich (46) aufweist, wobei der erste axiale Teilbereich (44) dem Förderraum (20) zugewandt ist und eine höhere radiale Steifigkeit aufweist als der zweite axiale Teilbereich (46), der von dem Förderraum (20) abgewandt ist.

5. Kolbenpumpe (10) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich eine Materialeigenschaft in dem ersten axialen Bereich (64) von einer Materialeigenschaft in dem zweiten axialen Bereich (66) derart unterscheidet, dass hierdurch die radiale Steifigkeit in dem ersten axialen Bereich (64) größer ist als in dem zweiten axialen Bereich (66).

6. Kolbenpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, die Dichtung ein Faser-Kunststoffmaterial umfasst und dass die Fasern in dem ersten axialen Bereich eine andere Orientierung aufweisen als in dem zweiten axialen Bereich, derart, dass hierdurch die radiale Steifigkeit in dem ersten axialen Bereich größer ist als in dem zweiten axialen Bereich.

7. Kolbenpumpe (10) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 5-6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (26) ein Mehrkomponententeil ist mit mindestens einer ersten Komponente (42) und einer zweiten Komponente (48), und dass die erste Komponente (42) in dem ersten axialen Bereich (64) angeordnet ist und eine gegenüber der zweiten Komponente (48) erhöhte radiale Steifigkeit aufweist.

8. Kolbenpumpe (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Komponente (42) einen Ring aus einem Material umfasst, dessen Steifigkeit größer ist als die Steifigkeit des Materials der zweiten Komponente (48), insbesondere, dass das Material der ersten Komponente (42) Metall und dass der zweiten Komponente (48) Kunststoff umfasst.

9. Kolbenpumpe (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (42) einen dem Förderraum (20) zugewandten ersten axialen Abschnitt (44) und einen von dem Förderraum abgewandten zweiten axialen Abschnitt (46) aufweist, und dass der erste axiale Abschnitt (44) des Rings (42) eine höhere radiale Steifigkeit aufweist als der zweite axiale Abschnitt (46).

10. Kolbenpumpe (10) nach wenigstens einem der Ansprüche 7-9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Komponente (42) in oder an der zweiten Komponente (48) aufgenommen ist, vorzugsweise in diese eingegossen oder an diese angegossen ist.

Description:
Beschreibung

Titel

Kolbenpumpe, insbesondere Kraftstoff-Hochdruckpumpe für eine

Brennkraftmaschine

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe, insbesondere eine Kraftstoff- Hochdruckpumpe für eine Brennkraftmaschine, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die DE 102017212 498 A1 offenbart eine Kolbenpumpe, die beispielsweise bei Brennkraftmaschinen mit Benzin-Direkteinspritzung zum Einsatz kommen kann. Derartige Kolbenpumpen verfügen über eine Dichtung zwischen dem Pumpengehäuse und dem Pumpenkolben. Als Dichtung kommt ein gegenüber dem Pumpengehäuse stationärer Dichtring zum Einsatz, der aus einem Kunststoffmaterial hergestellt ist. Der Dichtring ist zwischen dem Pumpengehäuse und dem Pumpenkolben so angeordnet, dass er von dem aus dem Förderraum wirkenden Druck wenigstens bereichsweise nach radial innen gegen den Pumpenkolben beaufschlagt wird. Er wird somit quasi durch den vom Förderraum her wirkenden Druck „aktiviert“.

Offenbarung der Erfindung

Das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Problem wird durch eine Kolbenpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäße Kolbenpumpe hat eine erhöhte Lebensdauer und Zuverlässigkeit, ohne dass die Effizienz, also der Liefergrad der Kolbenpumpe negativ beeinflusst wird. Dies wird dadurch erreicht, dass die Reibleistung zwischen der ringförmigen Dichtung und dem Pumpenkolben vergleichsweise gering ist, indem die Kontaktlänge zwischen der ringförmigen Dichtung und dem Pumpenkolben durch die designbedingte Steifigkeitsänderung begrenzt bzw. reduziert wird. Im Betrieb erhitzt sich die ringförmige Dichtung aufgrund der verringerten Reibleistung nur wenig, wodurch sich auch die Steifigkeit der ringförmigen Dichtung nur wenig ändert und die Lebensdauer der Dichtung erhöht wird. Durch die Minderung der Steifigkeit in jenem Bereich, in dem die Dichtung durch den aus dem Förderraum wirkenden Druck nach radial innen beaufschlagt wird, wird dort ein schnelleres Anliegen, dh. eine schnellere "Aktivierung" der Dichtung erreicht. Dies bedeutet, dass vergleichsweise große radiale Tolerenzen, die bisher funktionstechnisch nicht oder nur schlecht nutzbar waren, überhaupt erst möglich gemacht werden. Folglich wird über alle Fertigungstolerenzen hinweg durch die erfindungsgemäße Maßnahme eine deutliche Liefergradverbessserung der Kolbenpumpe erreicht.

Konkret wird dies erreicht durch eine Kolbenpumpe, insbesondere eine Kraftstoff- Hochdruckpumpe für eine Brennkraftmaschine. Eine solche Brennkraftmaschine kann beispielsweise in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden. Die Kraftstoff- Hochdruckpumpe kann zu einem Kraftstoffsystem gehören, welches den Kraftstoff auf einen hohen Druck verdichtet und direkt in Brennräume der Brennkraftmaschine einspritzt. Zu der Kolbenpumpe gehören ein Pumpengehäuse, welches beispielsweise ein insgesamt zylindrisches Teil sein kann, sowie ein in dem Pumpengehäuse in einer dort vorhandenen Aufnahmeöffnung aufgenommener Pumpenkolben, der beispielsweise als Stufenkolben ausgebildet sein kann, und der von einem Antrieb in eine Hin- und Herbewegung versetzt werden kann. Von dem Pumpengehäuse und dem Pumpenkolben wird ein Förderraum begrenzt, in den bei einem Saughub Fluid angesaugt und bei einem Förderhub das Fluid im Förderraum auf einen hohen Druck komprimiert und über ein Auslassventil ausgestoßen wird.

Zwischen der Aufnahmeöffnung des Pumpengehäuses und dem Pumpenkolben ist eine ringförmige Dichtung so angeordnet, die von dem bei einem Förderhub vom Förderraum her wirkenden Druck wenigstens bereichsweise nach radial innen gegen den Pumpenkolben beaufschlagt wird. Die gewünschte maximale Dichtwirkung der Dichtung wird also erst durch den von radial außen nach radial innen auf die Dichtung wirkenden hohen Druck bewirkt. Die ringförmige Dichtung weist in einem ersten axialen Bereich, der dem Förderraum zugewandt ist, eine höhere radiale Steifigkeit auf als in einem zweiten axialen Bereich, der von dem Förderraum abgewandt ist. Dabei ist eine axiale Erstreckung des ersten axialen Bereichs, der die höhere radiale Steifigkeit aufweist, größer ist als eine axiale Erstreckung des zweiten axialen Bereichs, der folglich eine geringere radiale Steifigkeit aufweist. Wirkt der hohe Druck vom Förderraum her von radial außen auf die ringförmige Dichtung, wird somit der längere erste axiale Bereich weniger stark nach radial innen gedrückt als der kürzere zweite axiale Bereich. Die für die hydraulische Dichtung besonders wirksame Kontaktlänge bzw. Reiblänge wird somit im Wesentlichen auf den zweiten axialen Bereich beschränkt. Gleichwohl wird auch in dem ersten axialen Bereich in dem radialen Spalt zwischen der Innenseite der Dichtung und der Außenseite des Pumpenkolbens bereits ein Druckabfall und damit eine gewisse Dichtleistung erzeugt. Eine möglichst geringe Spaltmaß kann beispielsweise durch Honen der Innenseite der Dichtung eingestellt werden.

In einer sehr konkreten Ausführung könnte bei einem Systemdruck von ca. 50 MPa ein radialer Steifigkeitsunterschied für hier übliche Kunststoffe von min 5-8, besser größer als 10 optimal zu sein. Für einen Ringquerschnitt gibt es einen wenigstens in etwa linearen Zusammenhang, also zwischen den beiden axialen Bereichen ein Verhältnis der Wandstärken von mind. 5-8, besser mindestens 10. Theorethisch könnte die Dichtung im ersten axialem Bereich um diesen Faktor dicker sein. Bei einer Verwendung von festeren bzw. steiferen Werkstoffen, beispielsweise Stahl, kann der oben angegebene Faktor entsprechend kleiner sein, beispielsweise im Bereich von 3-5, mindestens jedoch 2.

Bei einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass die axiale Erstreckung des ersten axialen Bereichs mindestens das Zweifache der axialen Erstreckung des zweiten Bereichs beträgt. Ein Längenverhältnis von mindestens 2, vorzugsweise im Bereich von ungefähr 2 bis 3, sorgt für eine optimale Stabilität der Dichtung, einen ausreichenden Druckabfall im ersten axialen Bereich, und die gewünschte kurze Kontaktlänge im zweiten axialen Bereich.

Bei einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass die Änderung der radialen Steifigkeit vom ersten axialen Bereich zum zweiten axialen Bereich wenigstens im Wesentlichen stufenförmig ist. Auf diese Weise wird eine klare funktionale Trennung geschaffen und die Kontaktlänge im zweiten axialen Bereich auch wirklich auf den gewünschten geringen Wert begrenzt. Grundsätzlich denkbar ist aber auch eine stetige oder halbstetige Änderung.

Bei einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass der erste axiale Bereich einen ersten axialen Teilbereich und einen zweiten axialen Teilbereich aufweist, wobei der erste axiale Teilbereich dem Förderraum zugewandt ist und eine höhere radiale Steifigkeit aufweist als der zweite axiale Teilbereich, der von dem Förderraum abgewandt ist. Dies gestattet es einerseits, die gerade erwähnte klare funktionale Trennung zwischen dem ersten axialen Bereich und dem zweiten axialen Bereich zu schaffen, gleichzeitig aber hilft diese Ausgestaltung, Spannungsspitzen innerhalb der Dichtung zu verringern bzw. zu vermeiden.

Bei einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass sich eine Materialeigenschaft in dem ersten axialen Bereich von einer Materialeigenschaft in dem zweiten axialen Bereich derart unterscheidet, dass hierdurch die radiale Steifigkeit in dem ersten axialen Bereich größer ist als in dem zweiten axialen Bereich. Die höhere radiale Steifigkeit bedeutet, dass sich das Material unter Krafteinwirkung zumindest in radialer Richtung weniger stark verformt, also einen insgesamt wirksamen höheren Elastizitätsmodul aufweist. Sonst notwendige strukturelle Maßnahmen, beispielsweise das Anbringen von Rippen, können somit entfallen oder zumindest weniger ausgeprägt ausfallen.

Bei einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass die Dichtung ein Faser- Kunststoff material umfasst und dass die Fasern in dem ersten axialen Bereich eine andere Orientierung aufweisen als in dem zweiten axialen Bereich, derart, dass hierdurch die radiale Steifigkeit in dem ersten axialen Bereich größer ist als in dem zweiten axialen Bereich. Dies ist eine einfache Möglichkeit zur Realisierung unterschiedlicher Materialeigenschaften. Hierdruch könnte der weiter oben angegebene konkrete Faktor 10 deutlich kleiner ausfallen, ggf. sogar halbiert werden. Beispielsweise kann das Material ein glasfasergefüllter Kunststoff sein. Als Kunststoff kommt eventuell auch PTFE infrage.

Bei einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass die Dichtung ein Mehrkomponententeil ist mit mindestens einer ersten Komponente und einer zweiten Komponente, und dass die erste Komponente nur in dem ersten axialen Bereich angeordnet ist und eine gegenüber der zweiten Komponente erhöhte radiale Steifigkeit aufweist. Auch dies ist eine einfache Möglichkeit zur Realisierung einer höheren radialen Steifigkeit im ersten axialen Bereich als im zweiten axialen Bereich.

Bei einer Weiterbildung hierzu wird vorgeschlagen, dass die erste Komponente einen Ring aus einem Material umfasst, dessen Steifigkeit größer ist als die Steifigkeit des Materials der zweiten Komponente, insbesondere, dass das Material der ersten Komponente Metall und das der zweiten Komponente Kunststoff umfasst. Dies ist eine Konkretisierung einer einfachen Möglichkeit zur Realisierung einer höheren radialen Steifigkeit im ersten axialen Bereich als im zweiten axialen Bereich.

Bei einer Weiterbildung hierzu wird vorgeschlagen, dass der Ring einen dem Förderraum zugewandten ersten axialen Abschnitt und einen von dem Förderraum abgewandten zweiten axialen Abschnitt aufweist, und dass der erste axiale Abschnitt des Rings eine höhere radiale Steifigkeit aufweist als der zweite axiale Abschnitt. Dies gestattet es einerseits, die oben erwähnte klare funktionale Trennung zwischen dem ersten axialen Bereich und dem zweiten axialen Bereich zu schaffen, gleichzeitig aber hilft diese Ausgestaltung, Spannungsspitzen innerhalb der Dichtung zu verringern bzw. zu vermeiden.

Bei einer Weiterbildung hierzu wird vorgeschlagen, dass die erste Komponente in oder an der zweiten Komponente aufgenommen ist, vorzugsweise in diese eingegossen oder an diese angegossen ist. Auf diese Weise wird die ersten Komponente in der zweiten Komponente sicher gehalten, und Mehrkomponenten-Spritzguss ist ein bewährtes und preiswertes Herstellverfahren.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Figur 1 einen teilweisen Längsschnitt durch eine Kolbenpumpe mit einer ringförmigen Dichtung und einem Pumpenkolben; Figur 2 eine schematisierte vergrößerte Darstellung der ringförmigen Dichtung und des Pumpenkolbens von Figur 1 in einem ersten Betriebszustand;

Figur 3 eine Darstellung ähnlich zu Figur 2, in einem zweiten Betriebszustand;

Figur 4 eine perspektivische Darstellung eines Bereichs einer Komponente der ringförmigen Dichtung der Figuren 1-3; und

Figur 5 eine perspektivische Darstellung eines Bereichs einer alternativen Ausführungsform der ringförmigen Dichtung.

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

Eine Kolbenpumpe in Form einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe trägt in Figur 1 insgesamt das Bezugszeichen 10. Die Kolbenpumpe 10 gehört zu einem nicht weiter gezeichneten Kraftstoff System einer Brennkraftmaschine. Sie fördert den Kraftstoff üblicherweise zu einem Kraftstoffrail, an welches mehrere Injektoren angeschlossen sind, die den Kraftstoff in Brennräume der Brennkraftmaschine einspritzen.

Die Kolbenpumpe 10 umfasst ein nicht dargestelltes Einlassventil und ein ebenfalls nicht dargestelltes Auslassventil sowie ein Pumpengehäuse 12. In diesem ist ein Pumpenkolben 14 hin- und her bewegbar aufgenommen. Der Pumpenkolben 14 wird durch einen nicht dargestellten Antrieb in Bewegung versetzt. Bei dem Antrieb kann es sich beispielsweise um eine Nockenwelle oder eine Exzenterwelle der Brennkraftmaschine handeln.

Der Pumpenkolben 14 ist vorliegend beispielhaft als Stufenkolben ausgebildet mit einem Abschnitt 16 mit kleinerem Durchmesser und einem Abschnitt 18 mit größerem Durchmesser. Der Abschnitt 18 des Pumpenkolbens 14 mit größerem Durchmesser begrenzt zusammen mit dem Pumpengehäuse 12 einen nur symbolisch dargestellten und in Figur 1 oben angeordneten Förderraum 20. Das Pumpengehäuse 12 kann als ein insgesamt rotationssymmetrisches Teil ausgebildet sein. Der Pumpenkolben 14 ist im Pumpengehäuse 14 in einer dort vorhandenen Aufnahmeöffnung 22 aufgenommen, die als eine gestufte Bohrung 24 ausgebildet ist mit vorliegend dargestellten Abschnitten 24', 24" und 24"', die jeweils unterschiedliche Durchmesser aufweisen.

Zwischen dem Abschnitt 18 des Pumpenkolbens 14 und einer inneren Umfangswand der Bohrung 24 ist im Bereich des Abschnitts 24" eine ringförmige Dichtung 26 angeordnet. Diese dichtet unmittelbar zwischen dem Pumpenkolben 14 und dem Pumpengehäuse 12, und dichtet somit den sich in Figur 1 oberhalb von der ringförmigen Dichtung 26 befindlichen Förderraum 20 („Hochdruckbereich“) gegenüber dem in Figur 1 unterhalb von der ringförmigen Dichtung 26 angeordneten Bereich („Niederdruckbereich“) ab. Auf die genaue Ausgestaltung und Funktion der ringförmigen Dichtung 26 wird weiter unten noch stärker im Detail eingegangen werden.

Zwischen dem Abschnitt 18 des Pumpenkolbens 14 und der inneren Umfangswand der Bohrung 24 ist in deren Abschnitt 24' ein von der ringförmigen Dichtung 26 separates ringförmiges Führungselement 28 angeordnet. Das Führungselement 28 befindet sich funktional zwischen der ringförmigen Dichtung 26 und dem Förderraum 20. Es dient zur Führung des Pumpenkolbens 14. Zwischen dem Führungselement 28 und der ringförmigen Dichtung 26 kann ein nicht gezeichnetes Vorspannelement, beispielsweise eine Feder, angeordnet sein, welche die ringförmige Dichtung 26 in Figur 2 nach unten gegen ein ringförmiges Halteelement 30 beaufschlagt, welches im Abschnitt 24'" der Bohrung 24 bzw. der Aufnahmeöffnung 22 angeordnet ist. Die ringförmige Dichtung 26 liegt am Halteelement 30 derart an, dass dort eine statische Dichtstelle gebildet wird, welche die Dichtung 26 gegenüber dem Halteelement 30 abdichtet.

Das Halteelement 30 kann in das Pumpengehäuse 12 eingepresst sein, oder es kann in der Bohrung 24 verstemmt oder mit dem Pumpengehäuse 12 verschweißt sein. Die Kolbenpumpe 10 weist ein weiteres Führungselement 32 auf, welches ebenfalls ringförmig ist und in einem Träger 34 angeordnet ist. Auch das Führungselement 32 dient zur Führung des Pumpenkolbens 14 relativ zum Pumpengehäuse 12. Nun wird unter Bezugnahme auf Figur 2 die genaue Ausgestaltung der ringförmigen Dichtung 26 erläutert: die ringförmige Dichtung 26 umfasst in Figur 2 von oben nach unten gesehen zunächst einen hülsenförmigen und zylindrischen und vergleichsweise langen Abschnitt 36 mit konstanter Wanddicke D1. An diesen schließt sich ein vergleichsweise kurzer Abschnitt 38 mit einer Wanddicke D2 an, die kleiner ist als die Wanddicke D1. Dies wird erreicht durch eine Einschnürung 40 auf der radialen Außenseite der Dichtung 26. An den kurzen Abschnitt 38 schließt sich ein in der Art eines Ringbunds ausgeformter und nach radial außen weisender Anlageabschnitt 41 an. Somit hat die hier beispielhaft gezeigte Dichtung 26 einen insgesamt ungefähr L-förmigen Querschnitt.

Die Dichtung 26 ist vorliegend als Mehrkomponentendichtung ausgebildet. Sie umfasst eine ersten Komponente 42, die durch einen Metallring gebildet wird. Dieser kann ausgebildet sein, wie genauer in Figur 4 dargestellt ist: demnach weist der Metallring 42 einen ersten axialen Teilbereich bzw. Abschnitt 44 auf, der in Einbaulage dem Förderraum 20 zugewandt ist, und der als in Umfangsrichtung durchgehender Materialabschnitt ausgebildet ist. An den durchgehenden Materialabschnitt 44 des Metallring 42 sind sich in axialer Richtung erstreckende zungenförmige Erweiterungen 46 angeformt, die in der in den Figuren 2 und 3 gezeichneten Einbaulage vom Förderraum 20 weg weisen. Zwischen den zungenförmigen Erweiterungen 46 ist in Umfangsrichtung ein Abstand, und die zungenförmigen Erweiterungen 46 sind in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnet. Die zungenförmigen Erweiterungen 46 bilden einen zweiten axialen Teilbereich bzw. Abschnitt des Metallrings 42. Der Metallring 42 hat also insgesamt die Form ähnlich einer Krone.

Man erkennt ohne weiteres, dass der ersten axiale Abschnitt 44 eine höhere radiale Steifigkeit aufweist als der zweiten radiale Abschnitt 46, also im ersten axialen Abschnitt 44 eine höhere radiale Kraft für eine bestimmte Verformung nach radial innen erforderlich ist als für die gleiche Verformung im zweiten axialen Abschnitt 46 erforderlich ist. Insoweit unterscheidet sich die Gesamt- Materialeigenschaft der Dichtung 26 im axialen Bereich des Metallrings 42 von der Gesamt-Materialeigenschaft der Dichtung 26 außerhalb des axialen Bereichs des Metallring 42. Die Dichtung 26 umfasst ferner eine zweiten Komponente 48, die der Dichtung 26 insgesamt die L-förmigen Gestalt gibt. Die ersten Komponente 42, also der Metallring, ist in die zweiten Komponente 48 im Bereich des zylindrischen Abschnitts 36 aufgenommen, vorliegend beispielhaft eingegossen, beispielsweise in einem Mehrkomponenten-Spritzgussverfahren. Die zweite Materialkomponente 48 ist vorliegend ein Kunststoff.

Der Betrieb und die Funktion der Dichtung 26 wird nun unter Bezugnahme auf die Figuren 2 und 3 erläutert, wobei in Figur 3 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht sämtliche Bezugszeichen eingezeichnet sind. In Figur 2 ist eine Ausgangssituation dargestellt, wie sie vorliegt, wenn die Kolbenpumpe 10 nicht betrieben wird. An allen Stellen auf der Außenseite der Dichtung 26 herrscht der gleiche Druck, nämlich Umgebungsdruck, und zwischen einer inneren und in dieser Betriebssituation geraden Mantelfläche 50 der ringförmigen Dichtung 26 und einer äußeren Mantelfläche 52 des Pumpenkolbens 14 ist ein gleichförmiger Spalt 54 mit im wesentlichen konstanter Dicke vorhanden.

Wird die Kolbenpumpe 10 in Betrieb genommen, wird während eines Förderhubs das Fluid im Förderraum 20 auf einen sehr hohen Druck komprimiert. Dieser Druck wirkt im Wesentlichen unvermindert über den Spalt zwischen dem Pumpenkolben 14 und dem Pumpengehäuse 12 in Figur 1 oberhalb vom Führungselement 28 und auf in den Figuren nicht sichtbare Art und Weise über das Führungselement 28 hinweg bis zur ringförmigen Dichtung 26. Dies ist in Figur 3 gezeichnet. Auf diese Weise liegt an einer in Figur 3 oberen Stirnfläche 56 der Dichtung 26, an einer radial äußeren Mantelfläche 58 des zylindrischen Abschnitts 36 und des kurzen Abschnitts 38 sowie an der zum Förderraum 20 weisenden Stirnfläche 60 und der radiale äußeren Mantelfläche 62 des Anlageabschnitts 41 im Wesentlichen der im Förderraum 20 herrschende Druck, was durch eine Mehrzahl von entsprechenden Pfeilen in Figur 3 angedeutet ist, die alle die gleiche Länge haben und von denen einer beispielhaft mit P20 bezeichnet ist.

Auch im Figur 3 oben gelegenen Bereich der inneren Mantelfläche 50 der Dichtung 26 herrscht dieser Druck P 20. Im Spalt 54 herrscht aufgrund der viskosen bzw. reibungsbehafteten Strömung durch den Spalt 54 in Figur 3 von oben nach unten bzw. vom Hochdruckbereich hin zum Niederdruckbereich jedoch ein Druckgefälle. Im Bereich des kurzen Abschnitts 38 ist der auf die innere Mantelfläche 50 der Dichtung 26 wirkende Druck somit deutlich kleiner als der dort auf die äußere Mantelfläche 58 wirkende Druck. Da zudem die Steifigkeit in einem ersten axialen Bereich 64, in dem die erste Komponente 42 (Metallring) angeordnet ist, in radialer Richtung deutlich größer ist als die Steifigkeit in einem zweiten axialen Bereich 66, in dem nur die zweiten Komponente 48 (Kunststoff) und darüber hinaus noch aufgrund der Einschnürung 40 eine geringere Wandstärke D2 vorhanden sind, wird die Dichtung 26 im Bereich der Einschnürung 40 nach radial innen gedrückt, was durch einen schraffierten Bereich 68 in Figur 3 angedeutet ist. Dort, wo die Dichtung 26 nach radial innen gedrückt wird, kommt sie über einen sich axial erstreckenden Kontaktlängenbereich 70 in Anlage an den Pumpenkolben 14. Im Kontaktlängenbereich 70 ergibt sich somit eine besonders starke Dichtwirkung, und in der Folge ein entsprechend großer Druckunterschied, wie durch das schematische Diagramm DR in Figur 3 dargestellt ist.

Man erkennt aus Figur 3, dass der erste axiale Bereich 64, der aufgrund des Metallrings 42 eine höhere radiale Steifigkeit aufweist als der zweite axiale Bereich 66, eine um einen Faktor von ungefähr 2,5 größere axiale Erstreckung aufweist als der zweiten axiale Bereich 66. Dadurch, dass in dem ersten axialen Bereich 64 der Metallring 42 vorhanden ist, ergibt sich am in Figur 3 unteren Ende des Metallrings 42 eine stufenförmige Änderung der radialen Steifigkeit vom ersten axialen Bereich 64 zum zweiten axialen Bereich 66.

Oben wurde erwähnt, dass es sich bei der zweiten Komponente 48 um einen Kunststoff handeln kann. Insbesondere kann es sich um einen glasfasergefüllten Kunststoff handeln, wobei zusätzlich oder alternativ zu dem oben erwähnten Metallring 42 zur Anpassung der radialen Steifigkeit die Orientierung der Fasern in einem ersten axialen Bereich der Dichtung 26 eine andere Orientierung aufweisen kann als in einem zweiten axialen Bereich.

In Figur 5 ist eine alternative Ausführungsform einer ringförmigen Dichtung 26 gezeigt. Bei dieser ist die erste Komponente 42 nicht in der zweiten Komponente aufgenommen, sondern stattdessen an dieser aufgenommen, nämlich auf deren Innenseite an diese angegossen. Die erste Komponente 42 ist dabei als ein verzahnter Metallring ausgeführt. Der zweite axiale Teilbereich bzw. die zungenförmigen Erweiterungen 46 weisen, anders als jene der Ausführungsform von Figur 4, an ihren abragenden Enden keine Verjüngung auf, sondern stattdessen eine Erweiterung 72. Hierdurch wird ein „axialer Hinterschnitt 73" und eine Verzahnung mit der zweiten Komponente 48 geschaffen, wodurch die erste Komponente 42 (Metallring) besonders zuverlässig an der zweiten Komponente 48 gehalten wird. Die erste Komponente 42 wird als Einlegeteil beim Spritzen der ringförmigen Dichtung 26 in das Spritzwerkzeug eingelegt und innen und außen im Spritzwerkzeug geführt und abgedichtet. Hierzu weist die erste Komponente 42 am in Figur 5 oberen Rand des ersten axialen Teilbereichs 44 einen radial nach außen weisenden Kragen 74 auf. Dieser erhöht zusätzlich nochmals die radiale Steifigkeit in diesem Bereich.

Die Fertigungstoleranzen des Innendurchmessers und des Außendurchmessers der ersten Komponente 42 (Metallring) sind kleiner als die benötigten Spaltbreiten für die Abdichtung im Spritzwerkzeug, die typischerweise im Bereich von mindestens 20-30 pm für einen PPS-Werkstoff liegen. Der Innendurchmesser der ersten Komponente 42 (Metallring) und der zweiten Komponente 48 sind im wesentlichen gleich. Bei der „Aktivierung“ der ringförmigen Dichtung 26 durch den vom Förderraum 20 her wirkenden hohen Druck wird der Kunststoff der zweiten Komponente 48 in Anlage an den Pumpenkolben 14 gebracht. Die erste Komponente 42 (Metallring) bleibt dagegen in einem geringen Abstand zum Pumpenkolben 14 oder liegt an diesem nur mit sehr geringer Kraft an.