Pumpe zur Förderung eines Fluids

Die Erfindung betrifft eine Pumpe zur Förderung eines Fluids, aufweisend einen mit einem Pumpenzylinderkopf verbundenen Pumpenzylinder und einem in dem Pumpenzylinder translatorisch auf und ab bewegbaren Pumpenstößel, wobei der Pumpenstößel gegenüber dem Pumpenzylinder mittels einer

längenveränderlichen Dichtung abgedichtet ist, und wobei die Dichtung mittels einer ersten Befestigung an dem Pumpenzylinder und mittels einer zweiten Befestigung an dem Pumpenstößel unter Einschluss eines inneren

Dichtungsraums befestigt ist.

Stand der Technik

Eine derartige Pumpe zur Förderung eines Fluids ist aus der

DE 10 201 1 089 967 A1 bekannt. Diese Pumpe ist als eine

Kraftstoffhochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem ausgebildet. Diese Kraftstoffhochdruckpumpe ist als Steckpumpe ausgestaltet, die direkt in beispielsweise ein Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine eingebaut werden kann. Die Steckpumpe weist einen Pumpenstößel auf, der über einen

Rollenstößel mit einer vorzugsweise in dem Kurbelgehäuse der

Brennkraftmaschine angeordneten Nockenwelle zusammenwirkt. Das

Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine ist ölgeschmiert und folglich sind die in das Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine hineinragenden Bauteile der Steckpumpe ölbeaufschlagt und ölgeschmiert. Daher muss der Pumpenstößel der Steckpumpe gegenüber einem Pumpenzylinder, in dem der Pumpenstößel zur Förderung von Kraftstoff translatorisch auf und ab bewegbar ist, abgedichtet sein. Dies erfolgt über eine Faltenbalgdichtung, die an dem Pumpenzylinder und dem Pumpenstößel in geeigneter Weise befestigt ist. Von der Faltenbalgdichtung wird ein innerer Dichtungsraum eingeschlossen, dessen Volumen sich bei einer Aufwärtsbewegung des Pumpenstößels verkleinert und bei einer

Abwärtsbewegung des Pumpenstößels vergrößert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pumpe zur Förderung eines Fluids bereitzustellen, bei der zuverlässig sichergestellt ist, dass Leckagefluid aus einem Pumpenarbeitsraum nicht in einen Antriebsbereich der Pumpe gelangt.

Offenbarung der Erfindung Vorteile der Erfindung

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Volumen des inneren

Dichtungsraums im Bereich zwischen einer unteren Totpunktlage (UT-Lage) und einer oberen Totpunktlage (OT-Lage) des Pumpenstößels zumindest angenähert gleich ist. Während bei einer herkömmlich ausgestalteten Pumpe dieses

Volumen variiert und durch die Veränderung des Volumens die Gefahr besteht, dass sich beispielsweise durch Undichtigkeiten im Bereich der Befestigungen der Dichtung ein Fluidausgleich zwischen dem inneren Dichtungsraum und einem die Dichtung umgebenden äußeren Dichtungsraum einstellt, ist diese Gefahr durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ausgeschlossen. Das Volumen des inneren Dichtungsraums wird dadurch bei der translatorischen Bewegung des Pumpenstößels konstant gehalten, dass die Dichtung sich bei einer

Aufwärtsbewegung des Pumpenstößels im Bereich zwischen der ersten

Befestigung und der zweiten Befestigung nach außen aufwölbt und somit das

Volumen des inneren Dichtungsraums trotz geringer werdender Höhe zumindest angenähert gleich bleibt. Bei einer Abwärtsbewegung des Pumpenstößels wird die nach außen aufgewölbte Dichtung wieder zusammengezogen, so dass auch bei dieser Bewegung trotz der größer werdenden Höhe das Volumen in dem inneren Dichtungsraum gleich bleibt.

In Weiterbildung der Erfindung ist die Dichtung eine Rollmembran. Mit einer Rollmembran lässt sich die zuvor beschriebene Bewegung mit der

Konstanthaltung des Volumens des inneren Dichtungsraums günstig umsetzen. ln weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Werkstoff der Dichtung ein elastisches Kunststoffmaterial oder ein Gummimaterial. Es können gleichwohl auch noch andere geeignete Materialien eingesetzt werden, wobei sich aber die eingangs bezeichneten Materialien als besonders geeignet erwiesen haben. Entsprechende Kunststoffmaterialien und/oder Gummimaterialien stehen in den verschiedensten Ausführungen zur Verfügung und können beispielsweise im Hinblick auf die zu trennenden Fluide ausgewählt sein. Zudem können in das Kunststoffmaterial und/oder das Gummimaterial entsprechende Einlagen eingelassen sein, die die entsprechenden Ausgleichsbewegungen der Dichtung bei der translatorischen Auf- und Abbewegung unterstützen.

In Weiterbildung der Erfindung ist die Dichtung an die erste Befestigung und die zweite Befestigung angespritzt. Ein solcher Anspritzvorgang ist bei einem Kunststoffmaterial und Gummimaterial problemlos zu bewerkstelligen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die erste Befestigung und die zweite Befestigung jeweils ein Pressring. Ein solcher Pressring kann beispielsweise aus einem metallischen Werkstoff gefertigt sein, wobei das metallische Material so ausgewählt ist, dass es eine Pressung ermöglicht, und die durch die Pressung verursachte Umformung in Form einer Durchmesserverringerung dauerhaft einhält. Dabei kann vorgesehen sein, dass der jeweilige Pressring auf dem mit dem Pumpenstößel beziehungsweise dem Pumpenzylinder zusammenwirkenden Bereich mit einem Dichtmaterial beschichtet ist, das nach dem Pressvorgang eine sehr zuverlässige Abdichtung gegenüber dem Pumpenstößel

beziehungsweise dem Pumpenzylinder sicherstellt. Dieses Material kann beispielsweise das entsprechende Kunststoffmaterial oder Gummimaterial sein, das bei dem Anspritzvorgang auf die entsprechenden Bereiche der Pressringe aufgetragen wird. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Befestigung ein rechtwinklig abgewinkelter Metallring. Dieser abgewinkelte Metallring wird wiederum in weiterer Ausgestaltung der Erfindung mit der ersten Metallringfläche auf den Außenumfang des Pumpenzylinders bis zur Anlage der zweiten abgewinkelten Metallringfläche an die angrenzende Stirnfläche des Pumpenstößels aufgesetzt. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine lagegenaue Montage der ersten Befestigung an dem Pumpenzylinder auch ohne dass der Montageort visuell eingesehen werden muss.

In Weiterbildung der Erfindung ist die zweite Befestigung auf dem Pumpenstößel benachbart zu einem Federteller aufgesetzt. Durch die dargestellte genau definierte Lage ist auch bei der zweiten Befestigung eine lagegenaue

Befestigungsmöglichkeit gegeben. Beide, also die erste und die zweite

Befestigung stellen insgesamt sicher, dass die Dichtung äußerst lagegenau montierbar ist, so dass im Ergebnis die zuvor beschriebenen Bewegungen bei der translatorischen Bewegung des Pumpenstößels problemlos ausgeführt werden.

In Weiterbildung der Erfindung ist in den Pumpenzylinder und/oder den

Pumpenzylinderkopf eine den Innenraum mit einem Zulauf verbindende

Verbindungsleitung eingelassen. Diese innere Verbindungsleitung gewährleistet, dass in den inneren Dichtungsraum gelangendes Leckagefluid aus einem in dem Pumpenzylinderkopf angeordneten Pumpenarbeitsraum wieder abgeführt wird und eine eventuell auftretende geringe Volumenänderung in dem inneren Dichtungsraum ausgeglichen wird. Dadurch ist sichergestellt, dass sich im laufenden Betrieb der Pumpe keine ungewollte Volumenänderung in dem inneren Dichtungsraum einstellt.

In Weiterbildung der Erfindung ist die Pumpe eine Kraftstoffpumpe und das Fluid Kraftstoff. Entsprechend ist wiederum in weiterer Ausgestaltung der Erfindung der innere Dichtungsraum kraftstoffgefüllt, während der äußere Dichtungsraum, der beispielsweise mit einem von Schmieröl beaufschlagten Raum,

beispielsweise einem Kurbelgehäuseraum, einer Brennkraftmaschine in

Verbindung steht, von Schmieröl oder Schmierölnebel beaufschlagt ist. Auch dadurch, dass der innere Dichtungsraum kraftstoffgefüllt ist, ist sichergestellt, dass bei der translatorischen Bewegung des Pumpenstößels das Volumen in dem inneren Dichtungsraum zumindest nahezu konstant bleibt. Hierzu kann ergänzend vorgesehen sein, dass in die Verbindungsleitung eine Drossel eingesetzt ist, die einen schnellen Fluidaustausch über die Verbindungsleitung unterbindet. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der

Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der ein in der Zeichnung

dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben ist: Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die einzige Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Pumpe zur Förderung eines Fluids. Ausführungsform der Erfindung

Die in der einzigen Figur 1 dargestellte Pumpe 1 ist eine Kraftstoffpumpe für eine Brennkraftmaschine und insbesondere als Steckpumpe ausgebildet, die ohne ein eigenes Gehäuse beispielsweise in ein Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine eingebaut werden kann. Die Pumpe 1 ist bevorzugt Teil eines Common-Rail-

Einspritzsystems und fördert von einen Kraftstoffniederdrucksystem zugeführten Kraftstoff in einen Hochdruckspeicher, aus dem der unter einem Druck von bis zu 3000 bar gespeicherte Kraftstoff von Kraftstoffinjektoren zur Einspritzung in zugeordnete Brennräume einer Brennkraftmaschine entnommen wird. Zum Einbau wird die Pumpe 1 beziehungsweise deren Antriebsbereich mit einem

Rollenstößel 2 und einem Pumpenzylinder 3 bis zur Anlage einer unteren Anlagefläche 5 eines Pumpenzylinderkopfs 4 an beispielsweise einer

Kurbelgehäusewand in eine entsprechende Führungsausnehmung für den Rollenstößel 2 in dem Kurbelgehäuse eingesetzt. Die so montierte Pumpe 1 wirkt mit einer Laufrolle 6 des Rollenstößels 2 mit einer Nockenlaufbahn einer

Nockenwelle 7, die in die Brennkraftmaschine integriert ist, zusammen. Die Laufrolle 6 ist über einen Lagerring 8 auf einem Bolzen 9 drehbar gelagert, wobei der Bolzen 9 seinerseits mit einem Rollenstößelkörper 10 des Rollenstößels 2 fest verbunden ist. Es ist aber auch ein anderes Zusammenwirken der Laufrolle 6 mit dem Rollenstößelkörper 10 möglich. Beispielsweise kann die Laufrolle 6 in einer entsprechenden Ausnehmung in dem Rollenstößelkörper 10 verliersicher geführt sein.

Bei einer Drehbewegung der Nockenwelle 7 wird die Drehbewegung durch den Nocken 1 1 der Nockenwelle 7 in eine translatorische Auf- und Abbewegung des Rollenstößels 2 umgesetzt. Diese translatorische Auf- und Abbewegung des Rollenstößels 2 wird auf einen in einer Ausnehmung des Rollenstößelkörpers 10 abgestützten Pumpenstößel 12, der in einer Zylinderbohrung des

Pumpenzylinders 3 auf und ab bewegbar ist, übertragen. Die Zylinderbohrung in dem Pumpenzylinder 3 setzt sich oberhalb des Pumpenstößels 12 in einen

Pumpenarbeitsraum 13 fort, der in den einstückig mit dem Pumpenzylinder 3 ausgebildeten Pumpenzylinderkopf 4 eingelassen ist. Der Pumpenarbeitsraum 13 ist über ein in einem Saugventilraum 14 oberhalb des Pumpenarbeitsraums 13 eingesetztes Saugventil, das auch als elektrisch betätigtes Saugventil ausgebildet sein kann, bei einer Abwärtsbewegung des Pumpenstößels 12 mit

Kraftstoff befüllbar. Bei einer anschließenden Aufwärts bewegung des

Pumpenstößels 12 wird das Saugventil geschlossen und der in den

Pumpenarbeitsraum 13 eingebrachte Kraftstoff wird über einen

Hochdruckauslass 15 mit einem eingesetzten Rückschlagventil in eine weiterführende Hochdruckleitung gefördert, die mit dem Hochdruckspeicher verbunden ist. Der Hochdruckauslass 15 ist über den gesamten Bewegungshub des Pumpenstößels 12 mit dem Pumpenarbeitsraum 13 verbunden. Der Saugventilraum 14 beziehungsweise das in dem Saugventilraum 14 eingesetzte Saugventil ist über eine Zuführleitung 16 in geeigneter Weise mit dem

Kraftstoffniederdrucksystem des Kraftstoffeinspritzsystems verbunden. Das

Kraftstoffniederdrucksystem fördert aus einem Tank mittels einer

Niederdruckpumpe und einer Filtereinrichtung Kraftstoff in einen als Zuführleitung 16 ausgebildeten Zulauf. Die Zuführleitung 16 ist über eine Verbindungsleitung 17, die beispielsweise als

Bohrung ausgebildet ist und in den Pumpenzylinder 3 und den

Pumpenzylinderkopf 4 eingelassen ist, mit einem inneren Dichtungsraum 18 unterhalb des Pumpenzylinders 3 verbunden. Der innere Dichtungsraum 18 wird von dem Pumpenzylinder 3, dem Pumpenstößel 12 und einer Dichtung 19 begrenzt. Die beispielsweise aus einem kraftstoffbeständigen und ölbeständigen

Gummimaterial hergestellte Dichtung 19 ist als Rollmembran ausgebildet und weist eine obere, erste Befestigung auf, die als rechtwinklig abgewinkelter Metallring 20 in Form eines Pressrings ausgebildet ist. Weiterhin weist die Dichtung eine zweite, untere als Befestigungsring 21 in Form ebenfalls eines Pressrings ausgebildete Befestigung auf. Die Dichtung 19 ist an dem rechtwinklig abgewinkelten Metallring 20 und dem Befestigungsring 21 bevorzugt angespritzt oder auch anvulkanisiert. Der rechtwinklig abgewinkelte Metallring 20 weist eine erste Metallringfläche 22a auf, die auf dem Außenumfang des Pumpenzylinders 3 bis zur Anlage einer zweiten abgewinkelten Metallringfläche 22b an die angrenzende Stirnfläche 23 des Pumpenzylinders 3 die Mündung der

Verbindungsleitung 17 einschließend aufgesetzt und festgepresst ist. Der untere Befestigungsring 21 ist dagegen auf den Pumpenstößel 12 benachbart zu einem Federteller 24 aufgesetzt und festgepresst. Der Federteller 24 ist in eine Ringnut 25 des Pumpenstößels 12 eingesetzt und bildet eine Auflagefläche für eine Stößelfeder 26, die sich auf der gegenüber liegenden Seite an dem

Pumpenzylinderkopf 4 im Bereich der unteren Anlagefläche 5 abstützt. Die Stößelfeder 26 stellt zusammen mit dem Federteller 24 sicher, dass der

Rollenstößel 2 und der Pumpenstößel 12 immer nach unten zur Anlage der Laufrolle 6 auf der Laufbahn der Nockenwelle 7 beziehungsweise des Nockens 1 1 gedrückt sind.

Zur Montage der Dichtung 19 wird diese mit dem Befestigungsring 21 auf den Pumpenstößel 12 nach der Montage des Federtellers 24 festgepresst. Danach wird der Pumpenstößel 12 mit dem Federteller 24 und der Stößelfeder 26 in die Zylinderbohrung des Pumpenzylinders 3 eingesetzt. Anschließend wird der rechtwinklig abgewinkelte Metallring 20 mit seiner Metallringfläche 22a mittels eines Spezialwerkszeugs durch die Freisparungen 27 auf den Pumpenzylinder 3 aufgeschoben und ebenfalls festgepresst. Abschließend wird die so montierte Pumpe 1 zusammen mit dem Rollenstößel 2 an der Brennkraftmaschine angebaut.

Bei einer Aufwärtsbewegung des Pumpenstößels 12 wird die

längenveränderliche Dichtung 19 im Bereich zwischen dem rechtwinklig abgewinkelten Metallring 20 und dem Befestigungsring 21 nach außen gewölbt, so dass das Volumen in dem inneren Dichtungsraum 18 zwischen einer unteren

Totpunktlage und einer oberen Totpunktlage (sowie umgekehrt) des

Pumpenstößels 12 zumindest angenähert gleich bleibt. Bei einer anschließenden Abwärtsbewegung des Pumpenstößels 12 geht die Wölbung der Dichtung 19 bis zu der dargestellten Ausbildung der Dichtung 19 zurück, die sich im Bereich der unteren Torpunktlage des Pumpenstößels einstellt. Das Volumen des den inneren Dichtungsraum 18 umgebenden äußeren Dichtungsraums 28 verändert sich dabei zwar, diese Veränderung ist aber vollkommen unproblematisch, da sie durch einen die Stößelfeder 26 aufnehmenden Stößelfederraum 29 in einen Kurbelgehäuseraum der Brennkraftmaschine gelangt und ausgeglichen wird. Zudem ist es beim Betrieb der Brennkraftmaschine und der Pumpe 1 so, dass der innere Dichtungsraum 18 kraftstoffgefüllt ist, während der äußere

Dichtungsraum 28 normalerweise nur von Ölnebel beaufschlagt ist, so dass ein Druckausgleich des äußeren Dichtungsraums 28 problemlos erfolgen kann.