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Title:
SEALING DEVICE FOR A HIGH PRESSURE FUEL PUMP HAVING A PISTON
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/206491
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for producing a sealing device (74) for a high-pressure fuel pump (28) having a piston (30), said piston having an end section facing a drive, on which the sealing device can be provided radially surrounding the piston (30), such that the piston (30) can be shifted along its longitudinal axis (64) relative to the sealing device (74), wherein the sealing device (74) has at least one radially inner circumferential sealing section (78). According to the invention, the sealing section (78) is produced via machining at a temperature below the ambient temperature.

Inventors:
HALLAS, Patrick (Elisabeth-Kranz-Strasse 10, Ludwigsburg, 71640, DE)
KEETMAN, Anja (Hahnenstrasse 29, Ludwigsburg, 71634, DE)
Application Number:
EP2019/053934
Publication Date:
October 31, 2019
Filing Date:
February 18, 2019
Export Citation:
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Assignee:
ROBERT BOSCH GMBH (Postfach 30 02 20, Stuttgart, 70442, DE)
International Classes:
F02M59/44; F02M59/48; F04B1/053; F04B39/04; F16J15/3236
Domestic Patent References:
WO2009114659A12009-09-17
WO2008061581A12008-05-29
WO2008061581A12008-05-29
WO2016083587A12016-06-02
Foreign References:
US3093443A1963-06-11
JP2009216168A2009-09-24
DE102014225319A12016-06-09
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Claims:
Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung einer Dichteinrichtung (74) für eine Kraftstoff- Hochdruckpumpe (28) mit einem Kolben (30), an dessen einem Antrieb zugewandten Endabschnitt die Dichteinrichtung den Kolben (30) radial umschließend vorsehbar ist, sodass der Kolben (30) entlang seiner Längsachse (64) relativ zu der Dichteinrichtung (74) verschiebbar ist, wobei die Dichteinrichtung (74) zumindest einen radial innen umlaufenden Dichtabschnitt (78) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der

Dichtabschnitt (78) durch spanende Bearbeitung bei einer Temperatur unterhalb der Raumtemperatur hergestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur der Dichteinrichtung (74) zur Gänze oder lediglich im Bereich des

Dichtabschnitts (78) durch spanende Bearbeitung bei einer Temperatur unterhalb der Raumtemperatur hergestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die

Kontur der Dichteinrichtung (74) zur Gänze oder lediglich im Bereich des Dichtabschnitts (78) aus einem Kunststoff oder aus einem Faser-Kunststoff- Verbundwerkstoff besteht.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff einer der folgenden Stoffe ist: PTFE, PFA, PEEK und dass der Faser- Kunststoff-Verbundwerkstoff zusätzlich 0,1 - 20 Gew% Keramik-, Glas- und/oder Kohlenstofffasern enthält.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die spanende Bearbeitung bei einer Temperatur erfolgt, die zwischen der Raumtemperatur und der Glasübergangstemperatur des Kunststoffes oder des Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoffs oder des Kunststoffanteils des Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoff liegt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die spanende Bearbeitung bei einer Temperatur zwischen -40°C und 10°C erfolgt, insbesondere zwischen -25°C und 0°C.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass zunächst mittels Spritzguss ein Rohling erzeugt wird, aus dem die Dichteinrichtung (74) aus dem Rohling mittels der spanenden Bearbeitung hervorgeht.

8. Verfahren zur Herstellung einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe (28) mit einem Kolben (30), an dessen einem Antrieb zugewandten Endabschnitt eine Dichteinrichtung, die gemäß einem der Ansprüche 1 - 6 gefertigt ist, den Kolben (30) radial umschließendend vorgesehen ist, sodass der Kolben (30) entlang seiner Längsachse (64) relativ zu der Dichteinrichtung (74) verschiebbar ist, wobei die Dichteinrichtung (74) zumindest einen radial innen umlaufenden Dichtabschnitt (78) aufweist.

9. Dichteinrichtung (74) für eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe (28) mit einem Kolben (30), an dessen einem Antrieb zugewandten Endabschnitt die Dichteinrichtung den Kolben (30) radial umschließendend vorsehbar ist, sodass der Kolben (30) entlang seiner Längsachse (64) relativ zu der Dichteinrichtung (74) verschiebbar ist, wobei die Dichteinrichtung (74) zumindest einen radial innen umlaufenden Dichtabschnitt (78) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtabschnitt (78) eine geschlossene Struktur und/oder eine geringe Rautiefe aufweist.

10. Kraftstoff-Hochdruckpumpe (28) mit einem Kolben (30), an dessen einem Antrieb zugewandten Endabschnitt eine Dichteinrichtung, gemäß Anspruch 9 den Kolben (30) radial umschließendend vorgesehen ist, sodass der Kolben (30) entlang seiner Längsachse (64) relativ zu der Dichteinrichtung (74) verschiebbar ist, wobei die Dichteinrichtung (74) zumindest einen radial innen umlaufenden Dichtabschnitt (78) aufweist.

Description:
Beschreibung

Titel

Dichteinrichtunq für eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe mit einem Kolben

Stand der Technik

Zum Beispiel aus der DE102014225319 A1 sind Dichteinrichtungen für Kraftstoff- Hochdruckpumpen mit einem Kolben, an dessen einem Antrieb zugewandten Endabschnitt die Dichteinrichtung den Kolben radial umschließend vorsehbar ist, sodass der Kolben entlang seiner Längsachse relativ zu der Dichteinrichtung verschiebbar ist, wobei die Dichteinrichtung zumindest einen radial innen umlaufenden Dichtabschnitt aufweist, bekannt.

Die Dichteirichtungen werden ganz oder teilweise durch spanende Bearbeitung hergestellt, gemäß dem Stand der Technik erfolgt dies bei Raumtemperatur.

Offenbarung der Erfindung

Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass eine spanende Bearbeitung bei Raumtemperatur, also bei 20°C, hinsichtlich der Eigenschaften des hergestellten Produkts nicht optimal ist.

Es wurde erkannt, dass bei geringeren Temperaturen (<20°C) eine spanende Bearbeitung mit höherer Maßhaltigkeit erfolgen kann. Die hergestellten

Dichteinrichtungen weisen insbesondere eine geschlossenere Oberfläche, eine geringere Rautiefe und weisen untereinander geringere Maßschwankungen auf.

Die so hergestellten Dichteinrichtungen neigen damit einhergehend weniger zu Verschleißerscheinungen, insbesondere bei der erstmaligen Montage der Dichtung. Als Ursache für die bessere Maßhaltigkeit der erzeugten Dichteinrichtungen ist es anzusehen, dass die Härte der Dichteinrichtung unterhalb der

Raumtemperatur größer ist, sodass es durch die spanende Bearbeitung in geringerem Umfang zu elastischen und/oder plastischen Verformungen der Dichteinrichtung kommt.

Eine erfindungsgemäße Dichteinrichtung und die erfindungsgemäße Kraftstoff- Hochdruckpumpe weisen eine verbesserte Dichtigkeit auf.

Vorzugsweise erfolgt die spanende Bearbeitung nicht unterhalb der

Glasübergangstemperatur des Werkstoffs der Dichteinrichtung. Dies trägt der Beobachtung Rechnung, dass in diesem Temperaturbereich der Werkstoff der Dichteinrichtung spröde ist, wodurch sich das Resultat spanender Bearbeitung wieder verschlechtert.

Andere Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und der Beschreibung.

Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Figur 1 eine vereinfachte schematische Darstellung eines Kraftstoffsystems für eine Brennkraftmaschine;

Figur 2 einen Längsschnitt durch eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe des

Kraftstoffsystems von Figur 1 ;

Figur 3 einen Ausschnitt von Figur 2 in einer vergrößerten Darstellung;

Figur 4 eine axiale Schnittansicht einer Dichteinrichtung für einen Kolben der Kraftstoff-Hochdruckpumpe;

Figur 5 ein Flussdiagramm für ein Verfahren zum Herstellen der

Dichteinrichtung. Es werden für funktionsäquivalente Elemente und Größen in allen Figuren auch bei unterschiedlichen Ausführungsformen die gleichen Bezugszeichen verwendet.

Figur 1 zeigt ein Kraftstoffsystem 10 für eine weiter nicht dargestellte

Brennkraftmaschine in einer vereinfachten schematischen Darstellung. Aus einem Kraftstofftank 12 wird Kraftstoff über eine Saugleitung 14, mittels einer Vorförderpumpe 16, über eine Niederdruckleitung 18, über einen Einlass 20 eines von einer elektromagnetischen Betätigungseinrichtung 22 betätigbaren Mengensteuerventils 24 einem Förderraum 26 einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe 28 zugeführt. Beispielsweise kann das Mengensteuerventil 24 ein zwangsweise öffnendes Einlassventil der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 28 sein.

Vorliegend ist die Kraftstoff-Hochdruckpumpe 28 als Kolbenpumpe ausgeführt, wobei ein Kolben 30 mittels einer Nockenscheibe 32 ("Antrieb") in der Zeichnung vertikal bewegt werden kann. Hydraulisch zwischen dem Förderraum 26 und einem Auslass 36 der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 28 ist ein in der Figur 1 als federbelastetes Rückschlagventil gezeichnetes Auslassventil 40 angeordnet, welches zu dem Auslass 36 hin öffnen kann. Der Auslass 36 ist an eine

Hochdruckleitung 44 und über diese an einen Hochdruckspeicher 46 ("Common Rail") angeschlossen. Weiterhin ist hydraulisch zwischen dem Auslass 36 und dem Förderraum 26 ein ebenfalls als federbelastetes Rückschlagventil gezeichnetes Druckbegrenzungsventil 42 angeordnet, welches zum Förderraum 26 hin öffnen kann.

Im Betrieb des Kraftstoffsystems 10 fördert die Vorförderpumpe 16 Kraftstoff vom Kraftstofftank 12 in die Niederdruckleitung 18. Das Mengensteuerventil 24 kann in Abhängigkeit von einem jeweiligen Bedarf an Kraftstoff geschlossen und geöffnet werden. Hierdurch wird die zu dem Hochdruckspeicher 46 geförderte Kraftstoffmenge beeinflusst. Die elektromagnetische Betätigungseinrichtung 22 wird durch eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung 48 angesteuert.

Figur 2 zeigt die Kraftstoff-Hochdruckpumpe 28 von Figur 1 in einer axialen Schnittdarstellung. Die Kraftstoff-Hochdruckpumpe 28 umfasst ein Gehäuse 50, welches mittels eines Flansches 52 an einem Motorblock 53 der

Brennkraftmaschine anschraubbar ist. Das Gehäuse 50 weist außerdem mehrere hydraulische Kanäle 54, 55, 56 und 58 auf. Im in der Figur 2 oberen Bereich umfasst die Kraftstoff-Hochdruckpumpe 28 einen Deckel 60 und einen

Druckdämpfer 62. Die Kraftstoff-Hochdruckpumpe 28 ist zumindest teilweise rotationssymmetrisch zu einer Längsachse 64 ausgeführt.

In einem in der Zeichnung linken Bereich weist die Kraftstoff-Hochdruckpumpe 28 den Auslass 36 zum Anschluss an die Hochdruckleitung 44 auf. Hydraulisch mit dem Auslass 36 verbunden sind das Auslassventil 40 (in einem in der Zeichnung linken Abschnitt) und das Druckbegrenzungsventil 42 (in einem mittleren Abschnitt) in dem Gehäuse 50 angeordnet. In einem in der Zeichnung mittleren rechten Abschnitt des Gehäuses 50 ist das Mengensteuerventil 24 angeordnet.

Weiterhin umfasst die Kraftstoff-Hochdruckpumpe 28: Den Förderraum 26, den Kolben 30 und eine Laufbuchse 66. Der entlang der Längsachse 64

verschiebbare Kolben 30 ist als so genannter "Stufenkolben" ausgeführt und weist im Wesentlichen zwei Abschnitte auf. Einen ersten Abschnitt (in der Zeichnung oben) mit einem vergleichsweise großen Durchmesser, mittels welchem er in der Laufbuchse 66 geführt ist, und einen zweiten Abschnitt (in der Zeichnung unten) mit einem vergleichsweise kleinen Durchmesser.

Ein unterer Bereich von Figur 2 ist durch einen Rahmen III gekennzeichnet und in der Figur 3 vergrößert dargestellt. Insbesondere zeigt die Figur 3 einen in etwa topfförmig ausgebildeten Dichtungsträger 68, sowie eine radial außen um einen Abschnitt des Dichtungsträgers 68 angeordnete und als Schraubenfeder ausgeführte Kolbenfeder 70, die sich mit einem Endabschnitt an dem

Dichtungsträger 68 abstützt, weswegen dieser auch als "Federaufnahme" bezeichnet wird. An einem in der Zeichnung unteren und dem Antrieb

zugewandten Endabschnitt des Kolbens 30 ist ein Federteller 72 aufgepresst, an welchem ein Endabschnitt der Kolbenfeder 70 aufgenommen ist.

Radial innerhalb des Dichtungsträgers 68 ist eine als Dichteinrichtung 74 bezeichnete Kolbendichtung (auch als "Niederdruckdichtung" bezeichnet) angeordnet, welche den unteren zweiten Abschnitt (welcher dem Antrieb zugewandt ist) des Kolbens 30 radial umschließt und einen zwischen dem Gehäuse 50 und dem Dichtungsträger 68 vorhandenen Fluidraum ("Stufenraum") nach außen zum Motorblock 53 hin abdichtet. Der Kolben 30 ist entlang der Längsachse 64 relativ zu der Dichteinrichtung 74 verschiebbar. In grober Näherung weist die Dichteinrichtung 74 eine insgesamt ringförmige Struktur auf.

Vorliegend ist die Dichteinrichtung 74 in der Figur 2 nach oben durch einen innerhalb des Dichtungsträgers 68 angeordneten und ebenfalls in etwa hutförmig ausgebildeten Halteabschnitt 76 axial abgestützt. In der Zeichnung

charakterisieren ein Raumbereich oberhalb der Dichteinrichtung 74 eine

"Kraftstoffseite" und ein Raumbereich unterhalb der Dichteinrichtung 74 eine "Ölseite".

Weiterhin ist die Dichteinrichtung 74 in der Figur 2 nach unten durch einen nach radial innen gebogenen umlaufenden Randabschnitt des Dichtungsträgers 68 axial abgestützt. Es versteht sich, dass die Dichteinrichtung 74 innerhalb eines durch den Halteabschnitt 76 und den besagten Randabschnitt bestimmten Bereichs gegebenenfalls ein geringes axiales Spiel aufweisen kann.

Die Dichteinrichtung 74 ist entlang der Längsachse 64 radial außen an dem Kolben 30 angeordnet. Dabei ist die Dichteinrichtung 74 im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgeführt, wobei in der Zeichnung obere und untere Abschnitte der Dichteinrichtung 74 in diesem Beispiel zueinander axial spiegelsymmetrisch ausgeführt sind. Gleichwohl sind auch asymmerische Ausführungen möglich und ggf. sogar vorteilhaft. Die Dichteinrichtung 74 umfasst in diesem Beispiel ein spanend nachbearbeitetes Spritzgussteil 77. Dieses umfasst vorzugsweise ein elastisches Material, vorzugsweise ein Perfluoralkoxy- Material ("PFA"), bzw. ist aus diesem hergestellt, und ist mittels eines

Spritzgießverfahrens hergestellt. Weiterhin ist zu erkennen, dass das spanend nachbearbeitete Spritzgussteil 77 der Dichteinrichtung 74 an voneinander entfernt angeordneten axialen Endbereichen radial innen jeweils nur einen umlaufenden Dichtabschnitt 78 aufweist. Mittels der Dichtabschnitte 78 erfolgt eine "dynamische" Abdichtung gegen den relativ zu der Dichteinrichtung 74 axial bewegbaren Kolben 30.

Vorzugsweise entspricht ein axialer Abstand 80 der Dichtabschnitte 78 mindestens einem Hub des Kolbens 30. Dadurch können die Dichtabschnitte 78 den Kraftstoff (in der Zeichnung oberhalb der Dichteinrichtung 74) bzw. das Öl (in der Zeichnung unterhalb der Dichteinrichtung 74) besonders gut "abstreifen" und somit eine Vermischung des Kraftstoffs mit dem Öl verhindern oder zumindest minimieren.

Figur 4 zeigt die Dichteinrichtung 74 in einer nochmals vergrößerten

Schnittansicht. Dabei liegt die Dichteinrichtung 74 jedoch als nicht verbautes Einzelteil vor, das heißt, sie wird vorliegend nicht durch den Kolben 30 oder den Dichtungsträger 68 verformt. Die Dichteinrichtung 74 ist zumindest im

Wesentlichen rotationssymmetrisch zu der Längsachse 64 ausgeführt. Weiterhin ist die Dichteinrichtung 74 in diesem Beispiel spiegelsymmetrisch zu einer (in der Zeichnung horizontalen und zu der Längsachse 64 rechtwinkligen) Querebene 89 ausgeführt.

Weiterhin umfasst das spanend nachbearbeitete Spritzgussteil 77 der

Dichteinrichtung 74 an voneinander entfernten axialen Endbereichen radial außen jeweils eine umlaufende Dichtwulst 82. Mittels der Dichtwülste 82 kann die Dichteinrichtung 74 gegen einen radial inneren Abschnitt des Dichtungsträgers 68 "statisch" dichten. Dazu ist die Dichteinrichtung 74 kraftschlüssig in dem Dichtungsträger 68 angeordnet. In einem radial mittleren Abschnitt des spanend nachbearbeiteten Spritzgussteils 77 der Dichteinrichtung 74 sind an zueinander entfernten axialen Endbereichen der Dichteinrichtung 74 radial umlaufende und insoweit ringförmige Federn 84 aufgenommen, welche jeweils aus einem

Federblech hergestellt sind und in der Schnittebene der Figur 4 in etwa U-förmig ausgebildet sind. Die Federn 84 sind in der Figur 4 jeweils nach oben bzw. unten offen. Durch die Federn 84 werden einerseits die zwei Dichtabschnitte 78 gegen den Kolben 30 und andererseits die Dichtwülste 82 gegen den Dichtungsträger 68 beaufschlagt.

Radial innen um die Längsachse 64 weist die Dichteinrichtung 74 eine rotationssymmetrische zentrische Ausnehmung 86 in der Art eines

Durchgangslochs auf. Die Ausnehmung 86 umfasst zwei (jeweils äußere) erste axiale Abschnitte 86a, daran anschließend zwei (jeweils "mittlere") zweite axiale Abschnitte 86b und daran anschließend zwei (jeweils innere) dritte axiale Abschnitte 86c. Axial mittig zwischen den dritten axialen Abschnitten 86c ist ein einzelner vierter axialer Abschnitt 86d angeordnet. Die ersten, zweiten und dritten axialen Abschnitte 86a, 86b und 86c, sowie der vierte axiale Abschnitt 86d weisen jeweils zugehörige radial innere erste, zweite, dritte und vierte

Wandabschnitte 88a, 88b, 88c und 88d auf.

Eine durch die ersten, zweiten und dritten Wandabschnitte 88a, 88b und 88c gebildete radial innere Kontur der Ausnehmung 86 ist jeweils konusförmig. Dabei öffnen die ersten axialen Abschnitte 86a jeweils nach axial außen. Die zweiten und dritten axialen Abschnitte 86b und 86c öffnen jeweils nach axial innen, also zu der Querebene 89 hin. Der axial innen liegende vierte Wandabschnitt 88d ist jedoch parallel zu der Längsachse 64, also zylindrisch ausgeführt.

Die konusförmigen ersten Wandabschnitte 88a weisen in Bezug auf eine zu der Längsachse 64 rechtwinkligen Ebene jeweils einen Winkel a von in etwa 30 Grad bis in etwa 60 Grad auf. Die konusförmigen zweiten Wandabschnitte 88b weisen in Bezug auf die Längsachse 64 jeweils einen Winkel ß auf. Dabei ist der Winkel ß vorzugsweise (aber nicht zwingend) in etwa halb so groß ist wie der Winkel a ausgeführt. Die konusförmigen dritten Wandabschnitte 88c weisen in Bezug auf die Längsachse 64 jeweils einen Winkel g (in der Zeichnung nicht dargestellt) auf, wobei der Winkel g vorzugsweise kleiner ist als der Winkel ß.

Die gezeigte Dichteinrichtung 74 weist pro Dichtabschnitt 78 lediglich eine Dichtlippe auf. Alternativ, aber hier nicht abgebildet, können auch mehr als eine Dichtlippe pro Dichtabschnitt 78 vorgesehen sein, beispielsweise so, wie es aus der W02008061581 A1 oder aus der WO2016/083587 A1 bereits grundsätzlich bekannt ist.

Figur 5 zeigt ein Flussdiagramm für ein Verfahren zum Herstellen der

Dichteinrichtung 74 der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 28 gemäß den Figuren 2 bis 5. In einem Startblock 100 beginnt die dargestellte Prozedur.

In einem folgenden Block 102 erfolgt ein Spritzgießen der Dichteinrichtung 74 zu einer Ausgangsform. In einem folgenden Block 104 wird eine axial zentrische Bohrung in der Ausgangsform gebohrt. In einem folgenden Block 106 erfolgt ein spanendes Nachbearbeiten einer radial inneren Kontur der gespritzten bzw. gebohrten Ausgangsform, wodurch ein erster und ein zweiter radial innen umlaufender Dichtabschnitt 78 hergestellt werden, wobei der erste und der zweite Dichtabschnitt 78 jeweils an voneinander entfernt angeordneten axialen Endbereichen der Dichteinrichtung 74 angeordnet sind. In diesem Beispiel besteht die Dichteinrichtung 74 aus PTFE mit einem Anteil von

Kohlenstofffasern, der 5 Gew-% beträgt. Die Zerspanung erfolgt bei -10°C. In einem anderen Beispiel besteht die Dichteinrichtung 74 aus PFA mit einem

Anteil von Kohlenstofffasern, der 15 Gew-% beträgt. In diesem Beispiel erfolgt die Zerspanung bei -5°C.

In einem folgenden Endeblock 108 endet die in der Figur 5 dargestellte Prozedur.

In einer bevorzugten alternativen Ausführungsform des Verfahrens zum

Herstellen der Dichteinrichtung 74 umfasst die im Block 102 hergestellte

Ausgangsform bereits die axial zentrische Bohrung, welche in diesem Fall nicht durch einen separaten Bohrvorgang erzeugt wird. Daher ist der Bohrvorgang in dem Block 104 also entbehrlich, was in der Figur 5 durch eine gestrichelte Linie

(außen um den Block 104 herum) angedeutet ist.

Das Material der Dichteinrichtung 74 und die Temperatur, bei der die Zerspanung erfolgt, ist wie in den vorangehenden Beispielen angegeben.