Kraftstoffhochdruckpumpe, insbesondere Steckpumpe

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffhochdruckpumpe, insbesondere Steckpumpe, für ein Kraftstoffe inspritzsystem einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Stand der Technik

Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2012 218 122 AI ist eine als Steckpumpe ausgebildete Kraftstoffhochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine bekannt, die einen in einer Führungsbohrung eines Hohlzylinders hubbeweglich geführten Pumpenkolben sowie eine als Stangendichtung ausgeführte Dichtungsanordnung zur Medientrennung innerhalb der Führungsbohrung umfasst. Aufgabe der Dichtungsanordnung ist es die Medien Kraftstoff und Öl zu trennen, das heißt, eine Durchmischung der beiden Medien im Wege der Leckage über einen Leckagepfad zwischen dem Hohlzylinder und dem Pumpenkolben zu verhindern. Denn die Führungsbohrung verbindet einen kraftstoffführenden Bereich mit einem ölführenden Bereich der Hochdruckpumpe.

Eine als Stangendichtung ausgeführte Dichtungsanordnung geht ferner aus der Offenlegungsschrift DE 10 2006 055 298 AI hervor. Diese umfasst ein Dichtelement mit einem gegenüber einem ersten Medienraum abdichtenden ersten Abdichtbereich und einem gegenüber einem zweiten Medienraum abdichtenden zweiten Abdichtbereich. Jeder Abdichtbereich umfasst einen an einem beweglichen Bauteil anliegenden dynamischen Dichtabschnitt. Um eine zuverlässige Abdichtung zwischen den Medienräumen und geringe Leckagewerte über einen längeren Zeitraum hinweg zu gewährleisten, wird in dieser Druckschrift vorgeschlagen, dass jeder der beiden Abdichtbereiche je- weils mindestens ein Federelement umfasst, welches den dynamischen Dichtabschnitt des jeweiligen Abdichtbereichs gegen das bewegliche Bauteil vorspannt. Ferner soll mindestens einer der beiden dynamischen Dichtabschnitte mindestens zwei Dichtlippen aufweisen. Zusätzlich zu den Dichtlippen kann der Dichtabschnitt eine Abstreiflippe aufweisen, um Schmutzpartikel von den Dichtlippen fern zu halten. Vorzugsweise ist die Abstreiflippe aus einem Material gefertigt, das basierend auf einem Memory- Effekt eine radiale Vorspannung der Abstreiflippe gegen das bewegliche Bauteil bewirkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftstoffhochdruckpumpe, insbesondere Steckpumpe, für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine mit einer Dichtungsanordnung zur Medientrennung anzugeben, die eine hohe Lebensdauer besitzt, um langfristig eine sichere Medientrennung zu gewährleisten.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Kraftstoffhochdruckpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Offenbarung der Erfindung

Die vorgeschlagene Kraftstoffhochdruckpumpe, insbesondere Steckpumpe, umfasst ein Gehäuseteil mit einer Zylinderbohrung, in der ein Pumpenkolben hubbeweglich aufgenommen ist, sowie eine Dichtungsanordnung zur Trennung der Medien Öl und Kraftstoff innerhalb der Zylinderbohrung, wobei die Dichtungsanordnung ein ringförmiges Dichtelement mit mindestens einer innenumfangseitig ausgebildeten Dichtlippe zur dichtenden Anlage am Pumpenkolben umfasst. Erfindungsgemäß ist der innenumfangseitig ausgebildeten Dichtlippe mindestens eine Abtreiflippe vorgelagert, die in radialer Richtung von der Federkraft eines Federelements beaufschlagt ist, so dass die Abstreiflippe unter einer radialen Vorspannung am Pumpenkolben anliegt.

Die vorgelagerte Abstreiflippe dient dem Schutz der Dichtlippe. Denn die Abstreiflippe hält Schmutzpartikel von der Dichtlippe fern, so dass diese nicht in den Kontaktbereich der Dichtlippe mit dem Pumpenkolben eingetragen werden können. Auf diese Weise wird der Verschleiß im Kontaktbereich der Dichtlippe mit dem Pumpenkolben gemindert, so dass eine dauerhaft sichere Abdichtung gewährleistet ist. Die Abstreit- und damit Schutzwirkung der Abstreiflippe ist über die radiale Vorspannung der Abstreiflippe gegenüber dem Pumpenkolben mittels des Federelements sichergestellt. Die radiale Vorspannung ist dabei derart zu wählen, dass Schmutzpartikel sicher fern gehalten werden, d. h. die Abstreiflippe nicht von den Schmutzpartikeln unterwandert werden kann. Da eine erhöhte radiale Vorspannung jedoch zu einem erhöhten Verschleiß im Kontaktbereich der Abstreiflippe mit dem Pumpenkolben führt, sollte diese zugleich möglichst gering gehalten werden. Es gilt demnach eine Einstellung der radialen Vorspannung der Abstreiflippe gegenüber dem Pumpenkolben vorzunehmen, die beiden Anforderungen Rechnung trägt. Dies wiederum wird durch das vorgesehene

Federelement im Bereich der Abstreiflippe ermöglicht, indem die Federkraft des Federelements entsprechend gewählt wird.

Die vorgelagerte Abstreiflippe hat ferner den Effekt, dass die hydraulische Belastung der dahinter angeordneten Dichtlippe reduziert wird. Denn in Abhängigkeit vom jeweiligen hydraulischen Druck im ölführenden bzw. kraftstoffführenden Bereich, kann dieser zu einer erhöhten Beanspruchung der Dichtlippe führen. Insbesondere Druckpulsationen im ölführenden bzw. kraftstoffführenden Bereich können zu einer Druckbelastung führen, welche die dichtende Anlage der Dichtlippe am Pumpenkolben gefährden. Die vorgelagerte Abstreiflippe beseitigt diese Gefahr. Entsprechend kann die radiale Vorspannung der Dichtlippe gegenüber dem Pumpenkolben reduziert werden, was sich wiederum verschleißmindernd im Kontaktbereich der Dichtlippe mit dem Pumpenkolben auswirkt. Bevorzugt ist daher die radiale Vorspannung der Dichtlippe gegenüber dem Pumpenkolben kleiner als die radiale Vorspannung der Abstreiflippe gegenüber dem Pumpenkolben gewählt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die der Dichtlippe vorgelagerte Abstreiflippe über eine stirnseitige Ringnut des Dichtelements freigestellt. Die Freistellung gewährleistet eine gewisse Verformbarkeit der Abstreiflippe, so dass die erforderliche radiale Vorspannung der Abstreiflippe gegenüber dem Pumpenkolben mit vergleichsweise kleinen Federkräften erreichbar ist.

In der die Abstreiflippe freistellenden Ringnut ist vorzugsweise ein weiteres Federelement zur radialen Vorspannung der Dichtlippe angeordnet. Die axiale Erstreckung der Ringnut ist dabei bevorzugt derart gewählt, dass auch die Dichtlippe durch die Ringnut freigestellt wird. Um die radiale Vorspannung der Dichtlippe gegenüber dem Pumpenkolben kleiner als die der Abstreiflippe gegenüber dem Pumpenkolben zu halten, kann die Federkraft des weiteren Federelements kleiner als die des Federelements zur radialen Vorspannung der Abstreiflippe gewählt werden.

Das zur radialen Vorspannung der Abstreiflippe vorgesehene Federelement ist bevorzugt ringförmig ausgebildet. Die Ringform gewährleistet eine über den Umfang gleichmäßig verteilten Anpressdruck. Weiterhin bevorzugt ist das Federelement als Federring ausgebildet, der vorzugsweise offen ist, um das Einsetzen des Federelements zu erleichtern.

Zur axialen Lagefixierung des zur radialen Vorspannung der Abstreiflippe vorgesehenen Federelements wird vorgeschlagen, dass dieses zumindest teilweise in eine rückseitige Ringnut der Abstreiflippe eingesetzt ist. Das Federelement kann in diesem Fall auf Höhe einer am Pumpenkolben anliegenden Dichtkontur der Dichtlippe platziert werden, so dass hier der Anpressdruck am größten ist.

Die radiale Vorspannung der Abstreiflippe gegenüber dem Pumpenkolben wird vorzugsweise nicht allein über die Federkraft des Federelements erreicht. Idealerweise besitzt das Dichtelement zumindest im Bereich der Abstreiflippe einen Innendurchmesser, der kleiner als der Außendurchmesser des Pumpenkolbens ist. Dies ermöglicht den Einsatz eines vergleichsweise kleinen Federelements zur radialen Vorspannung der Abstreiflippe.

Des Weiteren bevorzugt weist das Dichtelement auch im Bereich der Dichtlippe einen Innendurchmesser auf, der kleiner als der Außendurchmesser des Pumpenkolbens ist.

Vorteilhafterweise besitzt die innenumfangseitig ausgebildete Dichtlippe unterschiedlich stark gegenüber der Außenumfangsfläche des Pumpenkolbens geneigte Flanken. Eine erste Flanke ist bevorzugt einem ölführenden Bereich und eine zweite Flanke einem kraftstoffführenden Bereich zugewandt. In Abhängigkeit von der jeweiligen axialen Lage der Dichtlippe ist eine der beiden Flanken näher in Bezug auf eine Stirnfläche des Dichtelements angeordnet, es sei denn, dass die Dichtlippe mittig in Bezug auf die axi- ale Erstreckung des Dichtelements zu liegen kommt. Die Flanke, die näher in Bezug auf eine Stirnfläche des Dichtelements angeordnet ist, ist dabei bevorzugt stärker als die andere Flanke geneigt. Denn die stärker geneigte Flanke kann einer höheren hydraulischen Belastung ausgesetzt werden, so dass diese bevorzugt der Seite zugewandt ist, auf welcher der hydraulische Druck größer ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt das Dichtelement mehrere innenumfangseitig ausgebildete Dichtlippen, die vorzugsweise in Gruppen angeordnet sind. Eine erste Gruppe kann beispielsweise dem ölführenden Bereich und eine zweite Gruppe dem kraftstoffführenden Bereich zugeordnet sein. Die mehreren innenumfangseitig angeordneten Dichtlippen einer Gruppe sind in axialer Richtung hintereinander angeordnet. Eine Gruppe kann dabei zwei, drei oder mehr Dichtlippen umfassen. Vorzugsweise definiert eine erste Gruppe einen ersten Dichtabschnitt und eine zweite Gruppe einen zweiten Dichtabschnitt des ringförmigen Dichtelements.

Ferner wird vorgeschlagen, dass zwischen dem ersten und dem zweiten Dichtabschnitt ein dritter Dichtabschnitt ausgebildet ist, der vorzugsweise eine zylinderförmige Innenkontur zur Anlage am Pumpenkolben besitzt. Das heißt, dass bevorzugt der dritte Dichtabschnitt keine Dichtlippe ausbildet.

Als weiterbildende Maßnahme wird vorgeschlagen, dass das Dichtelement mindestens einen Außenumfangsabschnitt besitzt, der ein radiales Übermaß gegenüber der Zylinderbohrung aufweist. Das Dichtelement kann auf diese Weise in die Zylinderbohrung eingepresst werden. Das radiale Übermaß ist so zu wählen, dass über den Presssitz ein sicherer Sitz des Dichtelements innerhalb der Zylinderbohrung gegeben ist.

Ferner kann dem Außenumfangsabschnitt mit radialem Übermaß ein Kragenabschnitt vorgelagert sein, der einen Ringspalt zwischen dem Dichtelement und dem die Zylinderbohrung ausbildenden Gehäuseteil begrenzt. Der Ringspalt besitzt eine drosselnde bzw. dämpfende Wirkung, welche die hydraulische Belastung des Dichtelements im Kontaktbereich des Dichtelements mit dem Gehäuseteil reduziert.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass das Dichtelement aus einem Kunststoff, insbesondere aus Polytetrafluorethylen (PTFE), gefertigt ist. Dieses auch unter dem Mar- kennamen„Teflon" bekannte Kunststoffmaterial weist einen sehr geringen Reibungskoeffizienten auf, so dass hierüber der Verschleiß im Kontaktbereich des Dichtelements mit dem Pumpenkolben auf ein Minimum reduziert werden kann. Darüber hinaus besitzt PTFE eine hohe chemische Beständigkeit gegenüber aggressiven Medien, was sich ebenfalls günstig in Bezug auf eine lange Lebensdauer des Dichtelements auswirkt.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Kraftstoffhochdruckpumpe im Bereich einer Dichtungsanordnung zur Medientrennung und

Fig. 2 einen Längsschnitt durch das Dichtelement der Dichtungsanordnung der Fig. 1.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Die in der Fig. 1 im Längsschnitt dargestellte Kraftstoffhochdruckpumpe, wobei sich die Darstellung im Wesentlichen auf den Bereich der Dichtungsanordnung zur Medientrennung beschränkt, umfasst ein Gehäuseteil 1 mit einer Zylinderbohrung 2, in welcher ein Pumpenkolben 3 hubbeweglich aufgenommen ist. Die Zylinderbohrung 2 ist vorliegend gestuft ausgeführt, so dass stirnseitig ein Ringraum 18 zur Aufnahme einer Dichtungsanordnung 4 mit einem ringförmigen Dichtelement 5 ausgebildet wird.

Das Dichtelement 5 ist in die Zylinderbohrung 2 eingepresst und über einen Sprengring 19 in axialer Richtung lagefixiert. Zum Einpressen in die Zylinderbohrung 2 weist das Dichtelement 5 zwei axial beabstandete Außenumfangsabschnitte 17 auf, die gegenüber der Zylinderbohrung 2 ein radiales Übermaß besitzen (siehe Fig. 2).

Innenumfangseitig besitzt das Dichtelement 5 mehrere Dichtlippen 6 (siehe Fig. 2), die unter einer radialen Vorspannung am Pumpenkolben 3 anliegen. Die Dichtlippen 6 sind vorliegend in zwei Gruppen zusammengefasst, wobei jede Gruppe einen Dichtabschnitt 14, 15 mit jeweils drei Dichtlippen 6 definiert. Zwischen den die Dichtlippen 6 aufweisenden Dichtabschnitten 14, 15 ist ein weiterer Dichtabschnitt 16 angeordnet, der keine Dichtlippen 6 besitzt.

Die Innendurchmesser der Dichtlippen 6 sind jeweils kleiner als der Außendurchmesser AD des Pumpenkolbens 3 gewählt, so dass hierüber eine radiale Vorspannung der Dichtlippen 6 gegenüber dem Pumpenkolben 3 erreicht wird. Zugleich weist das Dichtelement 5 stirnseitige Ringnuten 9 auf, in welchen jeweils ein Federelement 10 derart eingelassen ist, dass die Federkraft des Federelements 10 die Dichtlippen 6 des jeweiligen Dichtabschnitts 14, 15 gegen den Pumpenkolben 3 drückt. Die axiale Länge der Ringnuten 9 ist hierzu gleich der axialen Länge der Dichtabschnitte 14, 15 gewählt.

Die Innendurchmesser der Dichtlippen 6 eines Dichtabschnitts 14, 15 sind unterschiedlich groß gewählt, wobei der Innendurchmesser jeweils von außen nach innen größer wird. Der Innendurchmesser der jeweils außen liegenden Dichtlippen 6 ist somit am kleinsten. Diese Maßnahme trägt dem Umstand Rechnung, dass diese am stärksten hydraulisch belastet werden.

Ergänzend weist jede Dichtlippe 6 unterschiedlich stark geneigte Flanken 12, 13 auf, wobei die jeweils nach außen weisende Flanke 12 stärker als die nach innen weisende Flanke 13 geneigt ist.

Darüber hinaus ist der außen liegenden Dichtlippe 6, die einem ölführenden Bereich 20 zugewandt ist, eine Abstreiflippe 7 vorgelagert, die einen Innendurchmesser ID besitzt, der ebenfalls kleiner als der Außendurchmesser AD des Pumpenkolbens 3 ist. Somit ist auch die Abstreiflippe 7 gegenüber dem Pumpenkolben 3 radial vorgespannt. Zudem besitzt die Abstreiflippe 7 eine rückseitige Ringnut 11, in der ein ringförmiges Federelement 8 eingesetzt ist, dessen Federkraft die Abstreiflippe 7 gegen den Pumpenkolben 3 drückt. Die Abstreiflippe 7 verhindert den Eintrag von Schmutzpartikeln in den Kontaktbereich der Dichtlippen 6 mit dem Pumpenkolben 3. Ferner mindert sie die hydraulische Belastung der dahinterliegenden Dichtlippe 6, so dass die radiale Vorspannung der Dichtlippe 6 gegenüber dem Pumpenkolben 3 reduziert werden kann. Mit einer Reduzierung der radialen Vorspannung nimmt auch der Verschleiß der Dichtlippe 6 im Kontaktbereich mit dem Pumpenkolben 3 ab, was zur Folge hat, dass sich die Lebendauer des Dichtelements 5 erhöht. Vorliegend ist daher die radiale Vorspannung sämtlicher Dichtlippen 6 kleiner als die der Abstreiflippe 7 gewählt. Die unterschiedliche radiale Vorspannung wird insbesondere durch den Einsatz zweier unterschiedlicher Federelemente 8, 10 ermöglicht.

Radial außen liegend in Bezug auf die Abstreiflippe 7 weist das Dichtelement 5 einen Kragenabschnitt 27 auf, der dem dem ölführenden Bereich 20 zugewandten Außenum- fangsabschnitt 17 vorgelagert ist. Ein außenumfangseitiger Kragenabschnitt 27 ist jedoch nicht zwingend erforderlich.

Das Öl im ölführenden Bereich 20 dient der Schmierung von Antriebskomponenten, welche vorliegend eine Stößelbaugruppe 21 mit einem Stößelkörper 22 und einer Rolle 23 umfassen. Über die Stößelbaugruppe 21 ist der Pumpenkolben 3 an einem Nocken oder Exzenter einer Antriebswelle (nicht dargestellt) abstützbar, über welche der Pumpenkolben 3 in einer Hubbewegung antreibbar ist. Zur Verbindung des Pumpenkolbens 3 mit der Stößelbaugruppe 21 ist ein Federteller 24 vorgesehen, welcher einen Kolbenfuß 25 des Pumpenkolbens 3 hintergreift und über die Federkraft einer Feder 26 gegen den Stößelkörper 22 axial vorgespannt ist.