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Pumpe mit einem Faltenbalg als Abdichtung - Dokument DE10035625A1
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE10035625A1 28.02.2002
Titel Pumpe mit einem Faltenbalg als Abdichtung
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Fischer, Bernhard, 84513 Töging, DE;
Gottlieb, Bernhard, Dr., 81739 München, DE;
Kappel, Andreas, Dr., 85649 Brunnthal, DE;
Meixner, Hans, Prof. Dr., 85540 Haar, DE;
Mock, Randolf, Dr., 81739 München, DE
DE-Anmeldedatum 21.07.2000
DE-Aktenzeichen 10035625
Offenlegungstag 28.02.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 28.02.2002
IPC-Hauptklasse F04B 43/08
Zusammenfassung Es wird eine Pumpe beschrieben, die einen Kolben aufweist, der an einen Pumpenraum grenzt, wobei der Kolben über einen Faltenbalg mit dem Gehäuse verbunden ist und damit der Pumpenraum über den Faltenbalg um den Kolben abgedichtet ist. Damit wird eine Leckage über den Dichtspalt zwischen Kolben und Gehäuse vermieden.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Pumpe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Pumpen werden beispielsweise in der Kraftfahrzeugtechnik bei Einspritzsystemen eingesetzt, um Kraftstoff unter einem vorgegebenen Druck bereitzustellen.

Bisher werden Pumpen für niedrige Drücke in Form von Membranpumpen mit zum Teil verstärkten Gummimembranen eingesetzt, die jedoch Probleme mit der Standfestigkeit aufweisen. Für höhere Drücke werden Kolbenpumpen verwendet, die über einen Dichtspalt gegen das Pumpengehäuse abgedichtet sind, so dass bei Verdichtungshüben eine Leckage über den Dichtspalt auftritt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Pumpe mit einer verbesserten Abdichtung des Pumpenraums bereitzustellen.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass zwischen dem Förderelement und dem Pumpengehäuse eine Membran in Form eines Faltenbalges angeordnet ist, die sowohl dicht mit dem Pumpengehäuse als auch dicht mit dem Förderelement verbunden ist. Damit ist der Pumpenraum über den Faltenbalg vollständig abgedichtet. Die Abdichtung mit dem Faltenbalg bietet eine sichere und langzeitstabile Abdichtung des Pumpenraums.

Weitere vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet. In einer bevorzugten Ausführungsform ist als Förderelement ein Kolben vorgesehen, der in einer Kolbenführung geführt ist. Durch Verwendung des Kolbens wird der Pumpenraum, bei gegebener Länge des Faltenbalges reduziert, so dass der Einfluss der Kompressibilität des gepumpten Fluids reduziert wird. Vorzugsweise ist der Faltenbalg aus Metall gebildet. Durch Verwendung des metallischen Faltenbalges wird eine sehr robuste und stabile Abdichtung erreicht.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Kolben der Pumpe in einer Kolbenführung geführt, die im Außenumfang ringförmig ausgebildet ist, so dass der Faltenbalg an der Außenwandung der Kolbenführung umlaufend dicht angeschlossen werden kann.

Vorzugsweise weist der Kolben in dem Bereich, der aus der Kolbenführung herausragt, einen ringförmig umlaufenden Absatz auf, an dem der Faltenbalg ringförmig umlaufend dicht angeschlossen ist. Auf diese Weise wird eine robuste Verbindung zwischen dem Kolben und dem Faltenbalg möglich. Durch die Ausbildung des ringförmig umlaufenden Absatzes steht für den Faltenbalg in Richtung auf den Kolben ausreichend Raum zur Verfügung.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Kolben einen ersten Abschnitt, der in der Kolbenführung geführt ist, und einen zweiten Abschnitt mit einem kleineren Durchmesser auf, so dass der Faltenbalg an der Außenfläche des ersten Abschnitts mit einem ersten Ende befestigt werden kann und entlang des zweiten Abschnitts zu einem zweiten Verbindungsbereich geführt wird, in dem der Faltenbalg mit dem Gehäuse dicht verbunden ist. Durch die Abstufung des Kolbens kann der Faltenbalg am ersten Abschnitt des Kolbens befestigt werden und entlang des zweiten Abschnitts des Kolbens in einem vorgegebenen, kleinen Abstand zum zweiten Abschnitt des Kolbens angeordnet sein.

In einer weiteren Ausführungsform wird der Faltenbalg nicht direkt mit dem Gehäuse, sondern mit einem Ring verbunden, der wiederum umlaufend dicht mit dem Gehäuse verbunden ist. Diese Form ermöglicht eine einfache Herstellung und Fertigung der dichten Verbindungen zwischen dem Faltenbalg und dem Ring und zwischen dem Ring und dem Gehäuse. Beispielsweise kann der Faltenbalg mit dem Ring umlaufend dicht vor der Montage des Kolbens verbunden werden. Nach der Montage des Kolbens wird der Ring durch eine Schweißung umlaufend dicht mit dem Gehäuse verbunden.

Vorzugsweise ist die Kolbenführung in einen ersten und einen zweiten Abschnitt unterteilt, wobei der erste Abschnitt einen kleineren Durchmesser als der zweite Abschnitt aufweist und der Faltenbalg im zweiten Abschnitt angeordnet ist. Durch diese Ausführungsform ist ausreichend Raum für die Unterbringung des Faltenbalges vorhanden.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Kanal vorgesehen, der den Pumpenraum mit einem zweiten Pumpenraum verbindet, der zwischen dem Faltenbalg und dem Kolben oder zwischen dem Faltenbalg und dem Gehäuse ausgebildet ist. Auf diese Weise wird ein Druckunterschied zwischen dem Pumpenraum und dem zweiten Pumpenraum vermieden, so dass der Kolben annähernd druckausgeglichen bewegbar ist.

In einer weiteren Ausführungsform wird der Faltenbalg, der den zweiten Pumpenraum begrenzt, von außen mit einem Druck beaufschlagt, der vorzugsweise nahezu den gleichen Wert aufweist, wie der Druck im zweiten Pumpenraum. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass der Faltenbalg keiner Druckdifferenz ausgesetzt ist und dadurch hohe Drücke von bis zu 2500 bar von dem Faltenbalg abgedichtet werden.

Weiterhin ist es von Vorteil, wenn der Druck zur Beaufschlagung des Faltenbalges von einem zweiten Kolben erzeugt wird, der in analoger Weise zum ersten Kolben bewegt wird. Auf diese Weise wird in einem Druckraum, der zwischen dem zweiten Kolben und dem Faltenbalg ausgebildet ist, der Druck dann erhöht, wenn auch der erste Kolben den Druck im Pumpenraum und im zweiten Pumpenraum erhöht. Auf diese Weise wird durch eine einfache mechanische Vorrichtung erreicht, dass am Faltenbalg nahezu keine Druckdifferenz auftritt.

Vorzugsweise ist der Druckraum über einen Dichtspalt mit einem Fluidreservoir verbunden, wobei der Dichtspalt in der Weise ausgebildet ist, dass kurzzeitige Druckänderungen im Druckraum, die während eines Verdichtungshubes des zweiten Kolbens auftreten, nicht ausgeglichen werden und länger andauernde Druckunterschiede zwischen dem Druckraum und dem Fluidreservoir ausgeglichen werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform steht das Fluidreservoir unter einem gegebenen Vordruck. Dies bietet den Vorteil, dass der Druckraum ständig mit Fluid gefüllt ist und automatisch eine Befüllung des Druckraums erfolgt. Zudem wird eine Kavitationsbildung unterdrückt.

In einer weiteren Ausführungsform wird der Druckraum vom ersten und zweiten Kolben begrenzt, wobei der zweite Kolben von einem Aktor angetrieben wird. In dieser Ausführungsform stellt der Druckraum einen Übersetzungsraum dar, wobei der Kolben bei Veränderung des Drucks im Druckraum bewegt wird. In dieser Ausführungsform wird der erste Kolben durch den zweiten Kolben angetrieben, so dass ein einfacher und kompakter Antrieb des ersten Kolbens erreicht wird. Zudem wird in der beschriebenen Ausführungsform automatisch eine Synchronisation zwischen dem ersten und zweiten Kolben erreicht.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung eines Teils einer Pumpe mit einem Kolben und einem Faltenbalg,

Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung eines Teils einer Pumpe mit einem Kolben und einem zweiten Pumpenraum, der zwischen dem Faltenbalg und dem Gehäuse ausgebildet ist,

Fig. 3 eine schematische Schnittdarstellung eines Teils einer Pumpe mit einem Kolben, wobei ein zweiter Pumpenraum zwischen dem Faltenbalg und dem Gehäuse ausgebildet ist und der zweite Pumpenraum mit dem ersten Pumpenraum über einen Kanal verbunden ist,

Fig. 4 eine schematische Schnittdarstellung eines Teils einer Pumpe mit einem Kolben mit einem Faltenbalg, wobei der Faltenbalg mit Druck beaufschlagt ist,

Fig. 5 eine schematische Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform einer Pumpe eines mit Druck beaufschlagten Faltenbalges,

Fig. 6 eine schematische Schnittdarstellung einer Ausführungsform der Pumpe mit einer Platte als Förderelement und

Fig. 7 eine schematische Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform einer Pumpe mit einer Platte als Förderelement und einem Druckraum.

Die Erfindung wird am Beispiel einer Kraftstoffpumpe mit einem Pumpenelement für ein Einspritzsystem beschrieben, wobei die Erfindung jedoch nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt ist, sonder in jeder Art Pumpe eingesetzt werden kann.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Teil eines Pumpenelementes einer Pumpe mit einem Gehäuse 3, das einen Pumpenraum 6, einen Zulaufkanal 7 und einen Ablaufkanal 8 aufweist. Der Zulaufkanal 7 steht über ein erstes Rückschlagventil 4 mit dem Pumpenraum 6 in Verbindung. Der Pumpenraum 6 steht über ein zweites Rückschlagventil 5 mit dem Ablaufkanal 8 in Verbindung. An den Pumpenraum 6 mündet eine Führungsbohrung 29, die zylinderförmig ausgebildet ist. Die Führungsbohrung 29 wird von einer zylinderförmigen Führungswand 30 umgeben, die eine kreisförmige Öffnung 31 aufweist. In der Führungsbohrung 29 ist ein Kolben 1 angeordnet, der einen kreisförmigen Querschnitt aufweist und dessen Querschnitt in der Weise an den Querschnitt der Führungsbohrung 29 angepasst ist, dass zwischen der Führungswand 30 und der Seitenwand des Kolbens 1 ein Führungsspalt 12 mit einer vorgegebenen Breite ausgebildet ist. Der Kolben 1 ist in der Ausführungsform der Fig. 1 in Form eines länglichen Zylinders ausgebildet, wobei ein erstes Ende in der Zylinderbohrung 29 geführt ist und ein zweites Ende einem Aktor 9 zugeordnet ist. Der Aktor 9 steht entweder direkt oder über Stellglieder in Wirkverbindung mit dem zweiten Ende des Kolbens 1. Als Aktor 9 wird beispielsweise eine Taumelscheibe oder ein Excenterantrieb verwendet. Im Bereich des zweiten Endes des Kolbens 1 weist der Kolben 1 einen ringförmig umlaufenden Absatz 26 auf. Mit einer Außenfläche 32 des Absatzes 26 ist ein Faltenbalg 2 mit einem ersten Ende umlaufend dicht verbunden. Die Verbindung ist vorzugsweise als Schweißverbindung ausgeführt, die beispielsweise in einem Laserschweißvorgang hergestellt wird.

Ein zweites Ende des Faltenbalges 2 ist über einen Teil der Führungswand 30 geschoben und ebenfalls umlaufend dicht mit der Führungswand 30 verbunden. Somit ist zwischen dem Kolben 1 und dem Faltenbalg 2 ein zweiter Pumpenraum 13 ausgebildet, der über den Führungsspalt 12 mit dem Pumpenraum 6 in Verbindung steht. Der Faltenbalg 2 weist im wesentlichen in seiner Grundform eine Zylinderform auf, wobei die Zylinderwand im Querschnitt eine gewellte Struktur aufweist, wie in Fig. 1 dargestellt ist. Die Länge des Faltenbalges 2 ist in der Weise gewählt, dass eine Bewegung des Kolbens 1 zum Verdichten und Ansaugen von Fluid im Pumpenraum 6 möglich ist. Der Faltenbalg 2 ist vorzugsweise aus Metall hergestellt. Die Ausbildung des Faltenbalges 2 aus Metall bietet den Vorteil, dass der Faltenbalg 2 eine ausreichende Elastizität in Längsrichtung und eine ausreichende Stabilität in Querrichtung aufweist. Zudem kann der metallische Faltenbalg 2 über eine Schweißnaht mit dem vorzugsweise metallischen Kolben 1 und der vorzugsweise metallischen Führungswand 30 sicher und zuverlässig dicht verbunden werden.

Die Pumpe der Fig. 1 funktioniert wie folgt:

Der Aktor 9 bewegt in einem Ansaughub den Kolben 1 nach unten, so dass sich das zweite Ende des Kolbens 1 aus dem Pumpenraum 6 zurückzieht und dadurch einen Unterdruck im Pumpenraum 6 erzeugt. Bei einem frei fliegenden Kolben 1 liegt der Kolben 1, wie in Fig. 1 dargestellt ist, nur auf dem Aktor 9 auf und wird von dem Faltenbalg 2 nach unten bewegt, wenn der Aktor 9 sich im Ausganghub nach unten bewegt. Zur Unterstützung kann ein weiteres Federelement vorgesehen sein, das den Kolben 1 nach unten in Richtung auf den Aktor 9 vorspannt. Aufgrund des Unterdruckes wird vom Zulaufkanal 7 ein Fluid über das erste Rückschlagventil 4 angesaugt und der Pumpenraum 6 und über den Führungsspalt 12 der zweite Pumpenraum 13 mit Fluid gefüllt. Bei einem anschließenden Verdichtungshub bewegt der Aktor 9 den Kolben 1 nach oben in den Pumpenraum 6 hinein, so dass eine Verdichtung des im Pumpenraum 6 und im zweiten Pumpenraum 13 befindlichen Fluids erfolgt und zugleich ab einem vorgegebenen Öffnungsdruck das zweite Rückschlagventil 5 öffnet und das Fluid über den Ablaufkanal 8 abgegeben wird. Beispielsweise ist an den Ablaufkanal 8 ein Kraftstoffspeicher angeschlossen, der wiederum mit Einspritzventilen in Verbindung steht. Über den Kraftstoffspeicher wird Kraftstoff mit einem vorgegebenen Druck bereitgehalten, der von den Einspritzventilen in vorgegebenen Zeitbereichen in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Die Anordnung nach Fig. 1 bietet den Vorteil, dass die Führungsbohrung 29 über den Faltenbalg 2 und den Kolben 1 dicht abgeschlossen ist. Auf diese Weise tritt keine Leckage aus dem Pumpenraum 6 auf, so dass die Pumpe effizient arbeitet.

In einer weiteren Ausführungsform ist der Zulaufkanal 7 an den Ausgang einer Vorförderpumpe angeschlossen, die Kraftstoff mit einem vorgegebenen Druck bereithält, so dass der Kolben 1 den Kraftstoff nicht ansaugen muss, sondern der Pumpenraum 6 von der Vorförderpumpe mit Kraftstoff gefüllt wird.

Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, wobei jedoch im Gegensatz zur Fig. 1 die Führungsbohrung 29 und der Kolben 1 eine andere Form aufweisen. Die Führungsbohrung 29 mündet in den Pumpenraum 6 und ist in einen ersten und in einen zweiten Abschnitt 33, 34 unterteilt. Der erste Abschnitt 33 geht von dem Pumpenraum 6 aus und geht in einen zweiten Abschnitt 34 über, wobei der zweite Abschnitt 34 einen größeren Durchmesser als der erste Abschnitt 33 aufweist. Der erste und der zweite Abschnitt 33, 34 sind jeweils zylinderförmig ausgebildet. Im Übergang zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt 33, 34 ist eine ringförmig umlaufende Stufe 35 ausgebildet. Der Kolben 1 ist mit einem Kolbenkopf 36 im ersten Abschnitt 33 geführt und geht in Richtung auf den zweiten Abschnitt 34 in einen Kolbenstiel 37 über. Das Ende des Kolbenstiels 37 steht in Wirkverbindung mit dem Aktor 9. Der Kolbenstiel 37 weist einen kleineren Querschnitt als der Kolbenkopf 36 auf, wobei der Kolbenkopf 36 und der Kolbenstiel 37 jeweils zylinderförmig ausgebildet sind. Der Übergang zwischen dem Kolbenkopf 36 und dem Kolbenstiel 37 erfolgt in einer ringförmig umlaufenden Doppelstufe 38, die in zwei Stufen vom Außenumfang des Kolbenkopfes 36 zum Außenumfang des Kolbenstiels 37 führt.

Im unteren Bereich des zweiten Abschnitts 34 ist eine Hülse 10 mit einem Hülsenboden angeordnet, wobei im Hülsenboden eine Durchgangsbohrung 39 ausgebildet ist. Durch die Durchgangsbohrung 39 ist der Kolbenstiel 37 geführt. Die Seitenwand 40 der Hülse 10 liegt mit einer Außenfläche an der Begrenzungswand des zweiten Abschnittes 34 an. An der Innenfläche der Seitenwand 40 ist der Faltenbalg 2 umlaufend dicht mit einem Ende angeschlossen. Die Hülse 10 ist mit einer umlaufenden Schweißnaht dicht mit der Begrenzungswand des zweiten Abschnitts 34 verbunden. Zudem ist der Faltenbalg 2 mit einem zweiten Ende auf den Kolbenkopf 36 aufgeschoben und mit einer umlaufenden Schweißnaht dicht mit dem Kolbenkopf 36 verbunden. In dieser Ausführungsform wird ein zweiter Pumpenraum 13 zwischen dem Faltenbalg 2 und der Begrenzungswand des zweiten Abschnitts 34 ausgebildet, der über den Führungsspalt 12 mit dem Pumpenraum 6 in Verbindung steht.

Die zweite Stufe der Doppelstufe 38 stellt ausreichend Raum für den gewellten Bereich des Faltenbalges 2 zur Verfügung.

Die Verwendung der Hülse 10 bietet den Vorteil, dass die Hülse 10 vor der Montage des Kolbens 1 in die Führungsbohrung 29 mit dem Faltenbalg 2 vorzugsweise auf der Innenseite der Seitenwand 40 dicht verschweißt werden kann. Vorzugsweise wird die Verschweißung über die Durchgangsbohrung 39 mittels eines Lasers ausgeführt, wobei zu diesem Zeitpunkt der Kolbenstiel 37 noch nicht durch die Durchgangsbohrung 39 geführt ist. Anschließend wird der Kolben 1 mit dem Kolbenstiel 37 durch die Durchgangsbohrung 39 geführt und das zweite Ende des Faltenbalges 2 mit dem Kolbenkopf 36 umlaufend dicht verbunden. Anschließend wird die vormontierte Einheit aus Kolben 1, Faltenbalg 2 und Hülse 10 in die Führungsbohrung 29 eingeschoben und die Hülse 10 umlaufend dicht mit der Begrenzungswand des zweiten Abschnitts 34 verbunden. Auf diese Weise ist eine einfache und präzise Herstellung der Pumpe möglich. Die Anordnung der Fig. 2 funktioniert entsprechend der Fig. 1, wobei jedoch der zweite Pumpenraum 13 zwischen dem Gehäuse 3 und dem Faltenbalg ausgebildet ist.

Fig. 3 zeigt eine besondere Ausführungsform der Anordnung der Fig. 2, wobei ein Ausgleichskanal 11 vorgesehen ist, der den zweiten Pumpenraum 13 mit einem Ventilraum 41 verbindet, in dem das erste Rückschlagventil 4 mit einer Vorspannfeder 42 angeordnet ist. Der Ausgleichskanal 11 verbindet den Pumpenraum 6 mit dem zweiten Pumpenraum 13, so dass sich keine Druckunterschiede zwischen dem Pumpenraum 6 und dem zweiten Pumpenraum 13 einstellen können, die zu einer Beeinträchtigung der Funktionsweise des Kolbens 1 führen könnten. Die Ausbildung des Ausgleichskanals ermöglicht es den Führungsspalt 12 kleiner auszubilden, um eine präzise Führung des Kolbens 1 zu gewährleisten. Bei einer Ausführungsform der Pumpe ohne Ausgleichskanal 11 ist der Führungsspalt 12 in der Weise dimensioniert, dass sich nahezu kein Druckunterschied zwischen dem Pumpenraum 6 und dem zweiten Pumpenraum 13 einstellt.

Fig. 4 zeigt eine Weiterbildung der Erfindung, bei der die Führungsbohrung 29 vom Pumpenraum 6 ausgeht und sich über zwei Stufen zu einer Kammer 43 aufweitet. In der Führungsbohrung ist der Kolben 1 mit einem Kolbenkopf 36 und einem Kolbenstiel 37 angeordnet, wobei der Kolbenstiel 37 im Bereich der ersten Stufe von einem Haltering 27 umgeben ist, der an seinem Außenumfang umlaufend dicht mit dem Gehäuse 3 verbunden ist. Das Ende des Kolbenstiels 37 ragt in die Kammer 43. Zwischen dem Kolbenstiel 37 und dem Haltering 27 ist ein zweiter Führungsspalt 28 ausgebildet. Es ist ein Faltenbalg 2 vorgesehen, der mit einem Ende am Übergang zwischen dem Kolbenkopf 36 und dem Kolbenstiel 37 mit dem Kolbenstiel 37 dicht umlaufend verbunden ist. Das zweite Ende des Faltenbalges 2 ist über eine umlaufend dichte Schweißnaht mit der Oberseite 44 des Halterings 24 verbunden. Die Oberseite 44 ist dem Pumpenraum 6 zugewandt. Auf diese Weise ist ein zweiter Pumpenraum 13 zwischen dem Faltenbalg 2, dem Haltering 27 und der Begrenzungswand der Führungsbohrung 29 ausgebildet, die über den Führungsspalt 12 mit dem Pumpenraum 6 verbunden ist. Zudem ist ein Druckraum 22 ausgebildet, der von dem Kolbenstiel 37 und dem Faltenbalg 2 begrenzt ist.

Die Kammer 43 ist in das Gehäuse 3 der Pumpe eingebracht und steht über einen Versorgungskanal 17 mit einem Reservoir für Hydraulikflüssigkeit in Verbindung. Das Reservoir wird beispielsweise durch einen Anschluss an einem Motorölkreis einer Brennkraftmaschine dargestellt. Die Kammer 43 weist vorzugsweise eine Zylinderform auf. In der Kammer 43 ist ein zweiter Kolben 16 angeordnet, der eine mittig befestigte Stange 19 aufweist, die durch eine Bohrung 45 durch eine Bodenfläche 46 der Kammer 43 nach unten aus dem Gehäuse 3 herausgeführt ist. Das Ende der Stange 19 steht mit dem Aktor 9 in Wirkverbindung. Die Stange 19 ist durch eine Dichtkammer 47 geführt, die im Gehäuse 3 angeordnet ist. In der Dichtkammer 47 ist ein Dichtring 20 angeordnet, der die zylinderförmige Stange 19 umfasst und die Bohrung 45 in Richtung auf den Aktor 9 abdichtet.

Der zweite Kolben 16 weist einen kreisförmigen Querschnitt auf und teilt die Kammer 43 in einen Verdichtungsraum 14, der zwischen dem zweiten Kolben 16 und dem Kolben 1 ausgebildet ist, und einen Versorgungsraum 18, der unterhalb des zweiten Kolbens 16 angeordnet ist und mit dem Versorgungskanal 17 in Verbindung steht. Der Querschnitt des zweiten Kolbens 16 ist in der Weise bemessen, dass ein Dichtspalt 15 zwischen dem Gehäuse 3 und der Seitenwand des zweiten Kolbens 16 ausgebildet ist.

Der Versorgungskanal 17 steht mit einem Hydraulikölreservoir in Verbindung, das beispielsweise von einer Vorförderpumpe mit Hydrauliköl unter vorgegebenen Druck versorgt wird. Auf diese Weise ist der Versorgungsraum 18 und der Verdichtungsraum 14 immer mit Kraftstoff gefüllt. Zudem ist der Druckraum 22, über den zweiten Führungsspalt 28 mit dem Verdichtungsraum 14 verbunden. Der zweite Führungsspalt 28 ist in der Weise ausgebildet, dass auch kurzzeitige Druckschwankungen zwischen dem Verdichtungsraum 14 und dem Druckraum 22 ausgeglichen werden. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass der Druck im zweiten Pumpenraum 13 und der Druck im Druckraum 22nahezu gleich groß sind. Der Dichtspalt 15 ist in der Weise ausgebildet, dass ein kurzzeitiger Druckunterschied zwischen dem Verdichtungsraum 14 und dem Versorgungsraum 18 nicht ausgeglichen wird. Unter einem kurzzeitigen Druckunterschied wird eine zeitliche Spanne verstanden, die ein Verdichtungshub des zweiten Kolbens 16 dauert. Ein zeitlich länger andauernder Druckunterschied zwischen dem Verdichtungsraum 14 und dem Versorgungsraum 18 wird über den Dichtspalt 15 ausgeglichen.

Die Anordnung nach Fig. 4 funktioniert wie folgt:

In der Ausgangsposition ist der Versorgungsraum 18, der Pumpraum 14 und der Druckraum 22 vollständig mit Hydraulikfluid gefüllt und der zweite Kolben 16 und der Kolben 1 befinden sich in einer obersten Position. Der Aktor 9 zieht über die Stange 19 den zweiten Kolben 16 nach unten. Auf diese Weise entsteht ein Unterdruck im Verdichtungsraum 14, so dass auch der Kolben 1 nach unten gezogen wird. Die Bewegung des Kolbens 1 nach unten wird vom Faltenbalg 2 oder einem zusätzlichen Federelement unterstützt. Dadurch wird ein Unterdruck im Pumpenraum 6 erzeugt und Kraftstoff über das erste Rückschlagventil 4 aus dem Zulaufkanal 7 angesaugt. Auf diese Weise wird der Pumpenraum 6 und der zweite Pumpenraum 13 mit Kraftstoff gefüllt. Erreicht der zweite Kolben 16 eine unterste Position, so drückt der Aktor 9 die Stange 19 nach oben, wodurch der zweite Kolben 16 nach oben in den Verdichtungsraum 14 gedrückt wird. Folglich wird der erste Kolben 1 nach oben in den Pumpenraum 6 hineingedrückt, so dass der Kraftstoff, der sich im Pumpenraum 6 befindet, über das zweite Rückschlagventil 5 in den Ablaufkanal 8 gepumpt wird. Bei dem Verdichtungsvorgang wird über den zweiten Führungsspalt 28 der Druck im Druckraum 22 erhöht. Aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung steht der Faltenbalg 2 nun von zwei Seiten unter Druck, so dass nahezu keine Druckdifferenz am Faltenbalg 2 auftritt. Auf diese Weise können höchste Drücke von bis zu 2500 bar im Pumpenraum 6 und im zweiten Pumpenraum 13 verdichtet und über den Ablaufkanal 8 abgegeben werden.

Der Verdichtungsraum 14 kann gleichzeitig als hydraulischer Übersetzer verwendet werden, über den die Auslenkung des zweiten Kolbens 16 in eine entsprechende vergrößerte oder verkleinerte Auslenkung des Kolbens 1 umgesetzt wird. Das Verhältnis der Auslenkung des Kolbens 1 zur Auslenkung des zweiten Kolbens 16 wird über die Verhältnisse der hydraulischen Querschnittsfläche mit der der zweite Kolben 16 des Faltenbalgs den Verdichtungsraum 14 angrenzt zu dem hydraulisch effektiven Querschnitt des Faltenbalges 2 festgelegt. In dem Ausführungsbeispiel, das in Fig. 4 dargestellt ist, wird die Auslenkung des zweiten Kolbens 16 in eine vergrößerte Auslenkung des Kolbens 1 übertragen.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Anordnung der Fig. 4 ist ein Ausgleichskanal 11 vorgesehen, der einen Ventilraum 41 mit dem zweiten Pumpenraum 13 verbindet. Im Ventilraum 43 ist das erste Rückschlagventil 4 und eine Vorspannfeder 42 angeordnet. Durch Verwendung des Ausgleichskanals 11 wird ein Druckunterschied zwischen dem Pumpenraum 6 und dem zweiten Pumpenraum 13 sicher vermieden, so dass der Kolbenkopf 36 von störenden Einflüssen, die durch den Druckunterschied erzeugt werden könnten befreit ist. Vorzugsweise ist ein Verbindungskanal 52 im Kolben 1 eingebracht, über die der zweite Druckraum 49 direkt mit dem Verdichtungsraum 14 verbunden ist. In dieser Ausführungsform kann der dritte Führungsspalt 50 sehr klein ausgeführt werden, um eine präzise Führung der Kolbenplatte 23 zu erhalten.

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit einem Pumpenraum 6, an den eine abgestufte Führungsbohrung 29 mündet. Die Führungsbohrung 29 geht über eine Stufe 35 von einem ersten Abschnitt 33 in einen zweiten Abschnitt 34 mit vergrößertem Querschnitt über. Im ersten Abschnitt 33 ist ein Kolben 1 geführt, der mit einer Dichtfläche an den Pumpenraum 6 angrenzt. Zwischen dem Kolben 1 und der Seitenwand des ersten Abschnitts 33 ist ein Führungsspalt 12 ausgebildet. Der Kolben 1 weist an seinem Ende, das dem Pumpenraum 6 gegenüberliegt eine zylinderförmige Kolbenplatte 23 auf, die im zweiten Abschnitt 34 angeordnet ist. Die Kolbenplatte 23 weist einen erweiterten Querschnitt im Vergleich zum Kolben 1 auf, wobei der Kolben 1 in einer zweiten Stufe 48 in die Kolbenplatte 23 übergeht. Die Unterseite der Kolbenplatte 23 ist der Kammer 43 zugewandt, in die der zweite Abschnitt 34 der Führungsbohrung 29 mündet. Die Kammer 43 und der zweite Kolben 16 sind entsprechend der Ausführungsform der Fig. 4 ausgebildet.

Es ist weiterhin ein Faltenbalg 2 vorgesehen, der mit seinem oberen Ende an der Stufe 35 umlaufend dicht und mit seinem unteren Ende an der zweiten Stufe 48 umlaufend dicht verbunden ist. Auf diese Weise wird ein zweiter Pumpenraum 13 zwischen dem Kolben 1 und dem Faltenbalg 2 und ein zweiter Druckraum 49 zwischen der Seitenwand des zweiten Abschnitts 34 und dem Faltenbalg 2 ausgebildet. Der zweite Pumpenraum 13 steht mit dem Pumpenraum 6 über den Führungsspalt 12 in Verbindung. Der zweite Druckraum 49 steht über einen dritten Führungsspalt 50 mit dem Verdichtungsraum 14 in Verbindung. Der dritte Führungsspalt 50 ist zwischen der Seitenwand der Kolbenplatte 23 und der Begrenzungswand des zweiten Abschnitts 34 in der Weise ausgebildet, dass Druckunterschiede zwischen dem Verdichtungsraum 14 und dem zweiten Druckraum 49 ausgeglichen werden. Vorzugsweise ist ein Verbindungskanal 52 im Kolben 1 eingebracht, über die der zweite Druckraum 49 direkt mit dem Verdichtungsraum 14 verbunden ist. In dieser Ausführungsform kann der dritte Führungsspalt 50 sehr klein ausgeführt werden, um eine präzise Führung der Kolbenplatte 23 zu erhalten.

Die Funktionsweise der Anordnung der Fig. 5 ist wie folgt:

Durch eine Betätigung des Aktors 9 wird der zweite Kolben 16 nach oben und nach unten bewegt. Bei einer Bewegung nach unten entsteht im Verdichtungsraum 14 ein Unterdruck, so dass der Kolben 1 ebenfalls nach unten gezogen wird. Damit wird im Pumpenraum 6 ein Unterdruck erzeugt, bei dem Kraftstoff über den Zulaufkanal 7 und das erste Rückschlagventil 4 in den Pumpenraum 6 und in den zweiten Pumpenraum 13 gesaugt wird. Bei einem Verdichtungshub wird der zweite Kolben 16 nach oben in Richtung auf den Kolben 1 bewegt, wodurch der Druck im Verdichtungsraum 14 steigt. Aufgrund der Druckerhöhung wird der Kolben 1 ebenfalls nach oben in den Pumpenraum 6 gedrückt, so dass der im Pumpenraum 6 befindliche Kraftstoff über das zweite Rückschlagventil 5 in den Ablaufkanal 8 gepresst wird. Bei dem Verdichtungshub wird der Druck im Pumpenraum 6 und über den ersten Führungsspalt 12 auch der Druck im zweiten Pumpenraum 13 erhöht. Gleichzeitig wird über den vierten Dichtspalt 50 der Druck im zweiten Druckraum 49 erhöht, so dass der Faltenbalg 2 von zwei Seiten mit Druck beaufschlagt wird und deshalb nahezu keine seitliche Verbiegung ausführt. Auf diese Weise ist ein Druckausgleich für den Faltenbalg 2 gegeben. Dies bietet den Vorteil, dass selbst hohe Drücke von bis zu 2500 bar im Pumpenraum 6 und im zweiten Pumpenraum 13 erzeugt und über den Faltenbalg 2 abgedichtet werden können.

Der Verdichtungsraum entsprechend der Fig. 5 kann je nach Ausführungsform der Flächen, mit der der zweite Kolben 16 und die Kolbenplatte 23 an den Verdichtungsraum 14 angrenzen, als hydraulischer Übersetzer verwendet werden.

Der Antrieb 9 des zweiten Kolbens 16 der Ausführungsformen der Fig. 4 und 5 und in einer bevorzugten Ausführungsform unabhängig vom Antrieb des Kolbens 1 ausgeführt, wobei für den Antrieb des Kolbens 1 ein weiterer Aktor vorgesehen ist oder der Kolben 1 über einen Antriebsmechanismus mit dem Aktor 9 verbunden ist. In dieser Ausführungsform wird der zweite Kolben 16 nur zum Einstellen des Drucks im ersten oder zweiten Druckraum 22, 49 verwendet.

Die Erfindung wurde am Beispiel einer Pumpe für Kraftstoff beschrieben, wobei jedoch die erfindungsgemäße Pumpe auch für andere Arten von Fluiden einsetzbar ist. Beispielsweise kann die Pumpe auch zum Verdichten von Hydrauliköl für hydraulische Maschinen eingesetzt werden.

Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform, die im wesentlichen der Ausführungsform der Fig. 1 entspricht, wobei jedoch als Führungselement eine Platte 51 vorgesehen ist, die am Außenrand umlaufend dicht mit dem Faltenbalg 2 verbunden ist und in Wirkverbindung mit dem Aktor 9 steht.

Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, die im wesentlichen der Ausführungsform der Fig. 5 entspricht, wobei als Förderelement eine Platte 51 vorgesehen ist, die am Außenrand umlaufend dicht mit dem Faltenbalg 2 verbunden ist und am Verdichtungsraum 14 angrenzt. Die Platte 51 ist über den dritten Führungsspalt 50 im zweiten Abschnitt 34 geführt.


Anspruch[de]
  1. 1. Pumpe mit einem Gehäuse, in das ein Pumpenraum eingebracht ist, der von einem Förderelement begrenzt ist, wobei der Pumpenraum ein Zulaufventil und ein Ablaufventil aufweist, wobei an das Zulaufventil ein Zulaufkanal und an das Ablaufventil ein Ablaufkanal angeschlossen ist,

    mit einem Aktor, der mit dem Förderelement in Wirkverbindung steht, wobei durch die Bewegung des Förderelementes Fluid über das Ablaufventil mit erhöhtem Druck aus dem Pumpenraum in den Ablaufkanal abgebbar ist,

    dadurch gekennzeichnet,

    dass ein Faltenbalg (2) vorgesehen ist, der an das Förderelement (1, 51) und an das Gehäuse (3) dicht angeschlossen ist, so dass der Pumpenraum (6) über das Förderelement (1, 51) und den Faltenbalg (2) dicht abgeschlossen ist.
  2. 2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kolbenführung vorgesehen ist, die in den Pumpenraum (6) mündet,

    dass als Förderelement ein Kolben vorgesehen ist, der in der Kolbenführung geführt ist, und

    dass der Faltenbalg am Kolben und an der Kolbenführung abdichtend befestigt ist.
  3. 3. Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenführung (29) im Endbereich, der vom Pumpenraum (6) abgewandt ist, in Form einer Führungswand (30) mit zylinderförmiger Außenfläche ausgebildet ist, dass die Führungswand (30) in den Faltenbalg (2) eingeschoben ist und umlaufend dicht mit dem Faltenbalg (2) verbunden ist.
  4. 4. Pumpe nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (1) aus der Kolbenführung (29) herausragt, dass der Kolben (1) einen ringförmig umlaufenden Absatz (26) aufweist, dass der Faltenbalg (2) mit dem Absatz (26) ringförmig umlaufend dicht verbunden ist.
  5. 5. Pumpe nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenführung (29) einen ersten Abschnitt (33) aufweist, der an den Pumpenraum (6) angrenzt, dass der erste Abschnitt (33) in einen zweiten Abschnitt (34) mit größerem Querschnitt übergeht,

    dass der Kolben (1) einen Kolbenkopf (36) aufweist, der im ersten Abschnitt (33) angeordnet ist, dass der Kolbenkopf (36) in einen Kolbenstiel (37) mit kleinerem Durchmesser übergeht, der im zweiten Abschnitt (34) angeordnet ist,

    dass der Faltenbalg (2) mit dem Kolbenkopf (36) umlaufend dicht verbunden ist,

    dass der Faltenbalg (2) im Bereich des zweiten Abschnittes mit dem Gehäuse (3) umlaufend dicht verbunden ist.
  6. 6. Pumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hülse (10) in den zweiten Abschnitt (34) eingebracht ist, dass die Hülse (10) mit dem Gehäuse (3) umlaufend dicht verbunden ist, dass die Hülse (10) mit dem Faltenbalg (2) umlaufend dicht verbunden ist, und dass die Hülse (10) eine Durchgangsbohrung (39) aufweist, durch die der Kolbenstiel (37) mit dem Aktor (9) in Wirkverbindung steht.
  7. 7. Pumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenführung (29) einen ersten Abschnitt (33) aufweist, der an den Pumpenraum (6) angrenzt, dass der erste Abschnitt (33) in einen zweiten Abschnitt (34) mit größerem Querschnitt übergeht,

    dass zwischen dem Faltenbalg (2) und dem Kolben (1) oder zwischen dem Faltenbalg (2) und dem Gehäuse (3) im zweiten Abschnitt (34) ein zweiter Pumpenraum (13) ausgebildet ist, und

    dass der zweite Pumpenraum (13) über einen Kanal (11) mit dem Pumpenraum (6) verbunden ist.
  8. 8. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Faltenbalg (2) aus Metall gebildet ist.
  9. 9. Pumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenführung (29) einen ersten Abschnitt (33) aufweist, der an den Pumpenraum (6) angrenzt, dass der erste Abschnitt (33) in einen zweiten Abschnitt (34) mit größerem Querschnitt übergeht,

    dass im zweiten Abschnitt (34) zwischen dem Kolben (1) und dem Gehäuse (3) der Faltenbalg (2) angeordnet ist,

    dass der Faltenbalg (2) nahe der zylindrischen Seitenwand des zweiten Abschnittes (34) oder nahe der Außenwand des Kolbens (37, 1) angeordnet ist.
  10. 10. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Förderelement als Platte (51) ausgebildet ist, die mit dem Faltenbalg (2) den Pumpenraum (6) begrenzt.
  11. 11. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,

    dass ein Druckraum (22, 49) ausgebildet ist, der gegenüberliegend zum Pumpenraum (6) oder zweiten Pumpenraum (13) am Faltenbalg (2) angrenzt, und

    dass im Druckraum (22, 49) ein vorgegebener Druck herrscht.
  12. 12. Pumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckraum (22, 49, 14) von einem zweiten Kolben (16) begrenzt ist,

    dass der zweite Kolben (16) mit einem Aktor (9) in Wirkverbindung steht, und

    dass der zweite Kolben (16) analog zum Förderelement (1, 51) bewegt wird.
  13. 13. Pumpe nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckraum (22, 49, 14) über einen Kanal oder Dichtspalt (15) mit einem Fluidreservoir (18) verbunden ist, wobei der Kanal bzw. der Dichtspalt (15) in der Weise ausgebildet ist, dass kurzzeitige Druckänderungen im Druckraum (22, 49, 14) nicht ausgeglichen werden und länger andauernde Druckänderungen über den Kanal bzw. Dichtspalt (15) ausgeglichen werden.
  14. 14. Pumpe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidreservoir (18) unter einem vorgegebenen Druck steht.
  15. 15. Pumpe nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Förderelement (1, 37, 23, 51) an den Druckraum (22, 49, 14) grenzt, dass der Druckraum (14) einen hydraulischen Übersetzer darstellt, wobei eine Auslenkung des zweiten Kolbens (16) in eine Auslenkung des Förderelementes (1, 37, 23, 51) übertragen wird.
  16. 16. Pumpe nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck im Druckraum (22, 49) einen Wert aufweist, der im wesentlichen den Wert des Drucks im Pumpenraum (6) oder im zweiten Pumpenraum (13) entspricht.






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