Stand der Technik
[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Dämpfen von Druckpulsationen in einem
Fluidsystem, insbesondere in einem Kraftstoffsystem einer Brennkraftmaschine, mit
einem Gehäuse und mit mindestens einem Arbeitsraum, welcher wenigstens bereichsweise
mit dem Fluidsystem kommuniziert.
[0002] Eine solche Vorrichtung ist aus der
DE 195 39 885 A1 bekannt. Dort ist ein Kraftstoffsystem einer Brennkraftmaschine mit Kraftstoff-Direkteinspritzung
gezeigt. Von einer Vorförderpumpe wird der Kraftstoff zu einer Hochdruck-Kolbenpumpe
gefördert, welche den Kraftstoff auf einen sehr hohen Druck komprimiert. Von der Hochdruck-Kolbenpumpe
gelangt der Kraftstoff in eine Kraftstoff-Sammelleitung ("Rail"). Die Hochdruck-Kolbenpumpe
wird von einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine angetrieben. Um die Fördermenge
der Hochdruck-Kolbenpumpe unabhängig von der Drehzahl der Nockenwelle einstellen zu
können, ist ein Mengensteuerventil vorgesehen. Durch dieses kann der Förderraum der
Hochdruck-Kolbenpumpe während eines Förderhubs kurzzeitig mit dem zwischen der elektrischen
Vorförderpumpe und der Hochdruck-Kraftstoffpumpe gelegenen Bereich des Kraftstoffsystems
verbunden werden.
[0003] Hierdurch werden jedoch erhebliche Druckpulsationen in diesen Bereich des Kraftstoffsystems
eingeleitet. Um diese zu dämpfen, ist dort ein Druckdämpfer vorgesehen. Dieser besteht
aus einem Gehäuse und einem Kolben, welcher von einer Feder vorgespannt wird.
[0004] Vom Markt her bekannt ist auch ein Druckdämpfer, welcher mit einer von einer Feder
vorgespannten Gummimembran arbeitet. Damit bei drucklosen Systemen (also bspw. bei
ausgeschalteter Brennkraftmaschine) die Gummimembran nicht mit der Zeit unzulässig
gedehnt wird, ist ein Anschlag vorhanden, an dem sich die Membran bei geringem Druck
abstützt.
[0005] Bei dem aus der
DE 195 39 885 A1 bekannten Kraftstoffsystem ist der Druck zwischen der Vorförderpumpe und der Hochdruck-Kolbenpumpe
in etwa konstant. Bei modernen Kraftstoffsystemen kann dieser Druck jedoch variabel
sein. Typischerweise beträgt er zwischen 0,5 und 8 bar, wobei eine Überlastsicherheit
bis ungefähr 10 bis 12 bar vorhanden sein muss. Wird der bekannte Druckdämpfer, welcher
eine Gummimembran aufweist, bei einem derartigen Kraftstoffsystem eingesetzt, besteht
die Gefahr, dass bei einem niedrigen Systemdruck bspw. von 0,5 bar und den überlagerten
Druckpulsationen die Gummimembran an dem Anschlag anschlägt. Hierdurch wird die Dämpfungswirkung
des Druckdämpfers geschwächt und es können Beschädigungen an der Gummimembran auftreten.
Der aus der
DE 195 39 885 A1 bekannte Druckdämpfer mit einem Kolben und einer Feder wiederum müsste beim Einsatz
in einem solchen Kraftstoffsystem mit variablem Vordruck sehr groß bauen.
[0006] Die vorliegende Erfindung hat daher die Aufgabe, eine Vorrichtung der eingangs genannten
Art so weiterzubilden, dass sie in einem Kraftstoffsystem mit variablem Vordruck eingesetzt
werden kann, dabei jedoch klein baut und eine lange Lebensdauer aufweist.
[0007] Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteile der Erfindung
[0008] Durch die Verwendung eines abgeschlossenen Gasvolumens kann die Kompressibilität
von Gasen dazu ausgenutzt werden, die für die Dämpfung von Druckpulsationen erforderliche
elastische Bewegung der Membran sicherzustellen. Dabei wird die Membran durch keinerlei
mechanische Elemente beaufschlagt, was ihre Lebensdauer deutlich erhöht und das Risiko
von Beschädigungen reduziert. Darüber hinaus kann ein derartiges Gasvolumen in beinahe
beliebiger geometrischer Form realisiert werden. Es kann also sehr platzsparend im
Fluidsystem untergebracht werden. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung
besteht darin, dass auf eine Leckageleitung verzichtet werden kann, was den Aufbau
des Kraftstoffsystems nochmals vereinfacht.
[0009] Ein Druckdämpfer, bei dem das Gasvolumen durch mindestens zwei Membranen begrenzt
wird, die im Bereich ihrer Ränder eingespannt sind, baut vergleichsweise flach. Dies
umso mehr, wenn die Membranen im Wesentlichen parallel sind. Dabei ist grundsätzlich
natürlich denkbar, dass das Gasvolumen in den zwischen den beiden Membranen liegenden
Raum bei deren Zusammenfügung eingebracht wird, so dass auf eine Befüllöffnung verzichtet
werden kann.
[0010] Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
[0011] In einer ersten Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass die Membran aus Metall ist.
Eine solche Membran hat verschiedene Vorteile: Zum einen ist eine solche Membran gegenüber
üblichen Gasen und auch gegenüber Fluiden sehr dicht. Hier spielt insbesondere die
hohe Dichtheit von Metallmembranen gegenüber HC-Emissionen eine positive Rolle. Zum
anderen tritt bei einer Metallmembran auch bei niedrigen Drücken, bspw. bei ausgeschalteter
Brennkraftmaschine, über die Zeit keine Überdehnung auf, so dass eine Dämpfervorrichtung
mit einer Metallmembran in einem Fluidsystem eingesetzt werden kann, welches einen
in einem großen Bereich variablen Fluiddruck aufweist.
[0012] Vorteilhaft ist auch, wenn das Gasvolumen durch ein dünnwandiges und an seinen Enden
gasdicht verschlossenes Metallrohr gebildet wird. Dies ist sehr einfach und preiswert
zu realisieren.
[0013] Wenn mindestens eine Außenwand des Arbeitsraums ebenfalls als Membran ausgebildet
ist, erhält man auf minimalem Bauraum eine zusätzliche hydraulisch wirksame Fläche.
Die Effektivität der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird hierdurch nochmals deutlich
erhöht, bei gleichzeitig geringem Platzbedarf.
[0014] Besonders vorteilhaft ist es, wenn das eingeschlossene Gasvolumen bei einem Norm-Außendruck
(beispielsweise 1013 hPa) einen definierten Druck aufweist, vorzugsweise einen Überdruck.
Mit einem solchen definierten Druck kann die "Federsteifigkeit" eingestellt werden.
Üblicherweise wird ein Überdruck in dem eingeschlossenen Gasvolumen im Vergleich zum
Außendruck gewählt werden, denn hierdurch kann der ganze mögliche Spannungsbereich
(Zug und Druck) des Membranmaterials ausgenutzt werden.
[0015] Denkbar ist aber auch ein Unterdruck oder aber Normdruck. Vorzugsweise wird ein solcher
Innenüberdruck gewählt, welcher in etwa der Hälfte des maximalen Betriebsüberdrucks,
abzüglich des Druckanstiegs, der durch die Kompression des Bauteils entsteht, entspricht.
[0016] Dabei kann auch durch eine Minimierung des eingeschlossenen Gasvolumens die Wirksamkeit
des Gasvolumens optimiert werden. Durch eine solche Minimierung wird nämlich eine
höhere Federsteifigkeit realisiert. Hierdurch kann die Membran dünner ausfallen und
die Spannungen im Membranmaterial können minimiert werden. Außerdem wird im gesamten
Arbeitsbereich ein anschlagfreies Arbeiten der Vorrichtung ermöglicht. Ferner wird
die Belastung über den gesamten Betriebsbereich verkleinert, da durch den eingeschlossenen
Innendruck die Druckdifferenz über der Membranwand reduziert wird. Damit kann die
Membrangeometrie auf höhere Hubwege und geringere Druckbelastung bzw. kleines Einbauvolumen
ausgelegt werden.
[0017] Dabei kann das Gasvolumen eine verschließbare Öffnung aufweisen, über die der Druck
eingestellt werden kann. Dies erleichtert die Herstellung des Gasvolumens. Andernfalls
müsste die Herstellung selbst bei einem bestimmten Druck erfolgen.
[0018] Besonders vorteilhaft ist jene Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei
welcher die Membran mindestens eine Sicke aufweist. Durch eine derartige Sicke können
die Federeigenschaften der Membran selbst und auch ihre Festigkeitseigenschaften maßgeblich
beeinflusst werden. Mit einer Sicke kann die Membran also optimal an die individuellen
Anforderungen des Fluidsystems angepasst werden. Vor allem kann der Dämpfer mit vergleichbarem
Bauvolumen noch mehr Dämpfungsvolumen aufweisen, oder alternativ kleiner gebaut werden.
Dabei können die Sicken unterschiedliche Höhe und/oder einen unterschiedlichen Verlauf
und/oder einen unterschiedlichen Querschnitt haben. Auf diese Weise kann man eine
unsymmetrische Federsteifigkeit der Membran je nach Belastungsrichtung erzielen.
[0019] Dadurch kann bspw. in dem Hauptarbeitsbereich der Druckdämpfervorrichtung eine gezielte,
bspw. eine weitgehend konstante und eher weiche Federkonstante der Membran erreicht
werden. In selten genutzten Betriebsbereichen dagegen kann eine höhere Steifigkeit
realisiert werden. Auf diese Weise kann man eine nicht lineare bzw. nur stückweise
lineare Federkennlinie erreichen. Letztlich wird hierdurch eine optimale Dämpfungswirkung
im gesamten Betriebsbereich des Fluidsystems bei gleichzeitig geringem Bauraum erreicht.
[0020] Die Sicken können dabei auch so geformt sein, dass die maximale Spannung nicht am
Rand der Membran auftritt, und die mechanischen Spannungen über der Fläche der Membran
möglichst gleichmäßig verteilt sind. Des weiteren kann durch eine entsprechende Membranauslegung
die gesamte Materialbandbreite im Zug- und Druckspannungsbereich genutzt werden.
[0021] Es kann auch vorgesehen sein, dass die Membran mindestens einen Anschlagbereich aufweist,
welcher bei einer maximalen Auslenkung der Membran mit einer Gegenfläche in Anlage
kommt. Die maximale Auslenkung wird dabei so gewählt, dass Beschädigungen an der Membran,
beispielsweise eine plastische Verformung, gerade noch vermieden werden. Diese Vorrichtung
ist daher zumindest in einem gewissen Bereich "überlastsicher", d.h., sie zeigt auch
bei Überlasten noch eine Dämpfungsfunktion, ohne beschädigt zu werden.
[0022] In Weiterbildung hierzu wird vorgeschlagen, dass die Gegenfläche an dem Gehäuse,
an einem separaten Anschlagteil, und/oder an einer weiteren Membran ausgebildet ist.
Die Überlastsicherung kann also auf verschiedene sehr einfache und preiswerte Arten
realisiert werden. Die Anschlagfläche am Gehäuse kann beispielsweise durch Tiefziehen
hergestellt werden, was sehr einfach und preiswert ist. Auch ein separates Anschlagteil
ist preiswert, wobei für einen gleichen Dämpfer unterschiedliche Anschlagteile vorgesehen
sein können, so dass die gleiche Vorrichtung leicht an unterschiedliche Einsatzbedingungen
angepasst werden kann. Die Anschlagfläche an einer weiteren Membran wiederum spart
Platz.
[0023] In nochmaliger Weiterbildung wird auch vorgeschlagen, dass das eingeschlossene Gasvolumen
durch einen Füllbereich reduziert wird. Dieser Füllbereich kann dabei auch durch das
Anschlagteil (dieses wirkt dann als "Füllstück") oder einen Gehäuseabschnitt gebildet
werden. Wie bereits oben erwähnt wurde, kann durch eine Reduktion des Gasvolumens
die Federsteifigkeit der Vorrichtung erhöht werden. In der Folge kann die Membran
dünner sein, was eine gute Dynamik und eine kleine Baugröße zur Folge hat.
[0024] Vorgeschlagen wird auch eine solche Vorrichtung, bei welcher das Gasvolumen zwischen
den beiden Membran gebildet ist und die beiden Membranen jeweils mindestens eine Anschlagfläche
bzw. eine Gegenfläche aufweisen, welche sich bei einer maximalen Auslenkung der beiden
Membran berühren. Hierdurch wird ausgenützt, dass sich im Falle eines hohen Drucks
die beiden Membranflächen aufeinander zu bewegen. Wenn sie in Kontakt miteinander
kommen, stützen sie sich mit den Anschlagflächen gegenseitig ab. Diese Anschlagflächen
können plan ausgeführt sein, um eine saubere Anlage der Membranen aneinander zu erhalten.
Eine Überlastung der Membranen bei zu hohem Druck wird hierdurch zuverlässig ausgeschlossen,
ohne dass ein separater Anschlag erforderlich ist.
[0025] Möglich ist auch, dass die Ränder der beiden Membran miteinander dicht verbunden
und radial einwärts von der Abdichtlinie eingespannt sind. Insbesondere dann, wenn
die Verbindung durch eine Schweißnaht erfolgt, wird durch diese Ausgestaltung der
erfindungsgemäßen Vorrichtung verhindert, dass die Schweißnähte zusätzliche mechanische
Kräfte aushalten müssen. Die Dichtverbindung dient somit nur zur Abdichtung und muss
nicht noch andere Aufgaben übernehmen und kann so besonders hohe Dichtigkeitsanforderungen
sicher erfüllen. Für die Bewertung der Dauerhaltbarkeit des erfindungsgemäßen Druckdämpfers
müssen also nur noch die Membranen selbst betrachtet werden.
[0026] Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Einspannung über eine konstruktive Elastizität
verfügt. Hierunter wird eine solche Elastizität verstanden, die "konstruktiv gewollt"
ist. Beispielsweise kann ein Haltering aus einem gummielastischen Material verwendet
werden, oder es kann eine Halterung aus Metall verwendet werden, welche einen Federabschnitt
aufweist. Damit wird einerseits eine sichere Fixierung der Membranen erreicht, und
andererseits können Fertigungstoleranzen ausgeglichen werden. Grundsätzlich kann die
Einspannung an jedem Ort der Membran angreifen, besonders günstig ist jedoch ein Ansatz
im Bereich einer Mittelebene der beiden Membranen.
[0027] Die Kosten für die erfindungsgemäße Vorrichtung werden reduziert, wenn die beiden
Membranen identisch sind.
[0028] Der Bauraum der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist besonders klein, wenn der Arbeitsraum
der beiden Membranen in zwei Fluidbereiche unterteilt wird, welche durch eine Fluidverbindung
miteinander kommunizieren.
[0029] Ein ringförmiger Abstandshalter zwischen den beiden Membranen definiert bzw. erhöht
auf einfache Art und Weise das eingeschlossene Gasvolumen. In diesem Fall ist es preiswert
möglich, die Fluidverbindung, welche die beiden Fluidbereiche des Arbeitsraumes miteinander
verbindet, in dem Abstandshalter auszubilden.
[0030] Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Vorrichtung in ein Gehäuse einer Kraftstoffpumpe
integriert ist. Dort machen sich die erfindungsgemäßen Vorteile besonders stark bemerkbar,
da eine derartige Kraftstoffpumpe üblicherweise sehr klein bauen soll.
[0031] Bei Kraftstoffpumpen sind oft umlaufende Bereiche vorhanden, in denen Wellen oder
Kolben angeordnet sind. In diesen Fällen kann die erfindungsgemäße Dämpfungsvorrichtung
besonders platzsparend untergebracht werden, wenn der Arbeitsraum einen Ringraum umfasst
und das Gasvolumen ebenfalls ringförmig ist. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn
der Arbeitsraum und das Gasvolumen an einem Zylinder einer Kraftstoffpumpe wenigstens
in etwa koaxial zur Zylinderachse angeordnet sind. Der Druckdämpfer umgibt damit sozusagen
den Zylinder und den in diesem vorhandenen Kolben, was zusätzlich noch eine Geräuschdämpfung
bewirkt.
[0032] Vorgeschlagen wird auch, dass das Gasvolumen in der Art einer Spirale in dem Ringraum
angeordnet ist, wobei die Spirale und der Ringraum wenigstens in etwa koaxial sind.
Durch eine solche Spirale ergibt sich eine große Deformationsfläche, die zu einer
besonders wirksamen Pulsationsdämpfung beiträgt.
[0033] Wenn das spiralförmige Gasvolumen gegen die Außenwand des Arbeitsraums vorgespannt
ist, ergibt sich ohne zusätzliche Teile eine Fixierung des Gasvolumens im Arbeitsraum.
[0034] Die wirksame Fläche des Gasvolumens kann nochmals erhöht werden, wenn das spiralförmige
Gasvolumen schraubenförmig in axialer Richtung des Arbeitsraums verläuft.
[0035] Dabei wird wiederum die Fixierung des Gasvolumens ohne zusätzliche Teile ermöglicht,
wenn das spiral- und schraubenförmige Gasvolumen in axialer Richtung gegen die Stirnenden
des Arbeitsraums vorgespannt ist.
[0036] Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnet
sich dadurch aus, dass das Gasvolumen mit Helium gefüllt ist. Dies erleichtert die
Detektierung einer Leckage.
[0037] Außerdem kann die Membran und/oder das Gehäuse magnetisch sein. Durch entsprechende
Herstellungsverfahren (beispielsweise mechanisches Walzen und Prägen) entsteht im
Material martensitisches Gefüge ("Umformmartensit"), welches magnetische Eigenschaften
aufweist. Wenn diese magnetische Eigenschaft gezielt in dem entsprechenden Bauteil
belassen wird, kann die Vorrichtung im Fluid vorhandene magnetische Schmutzteilchen
einfangen und deren weitere Verteilung verhindern. Dies erhöht die Zuverlässigkeit
der im Fluidsystem vorhandenen Komponenten, beispielsweise einer Pumpe. Außerdem werden
Kosten gespart, da die aufwändige Entmagnetisierung des Bauteils entfällt. Da in der
Vorrichtung keine direkt aneinander anliegenden und relativ zueinander beweglichen
Teile vorhanden sind, verursachen die eingefangenen Schmutzpartikel keine Funktionsschäden
an der Vorrichtung.
[0038] Weiterhin ist es möglich, dass die Membran aus einem Bandmaterial hergestellt ist,
welches Eigenspannungen aufweist. Derartige Eigenspannungen führen während des Umformprozesses
zu einem flächigen Verzug, so dass das Material im umgeformten Zustand verworfen ist.
Dieser kann nun gezielt für die Vereinfachung der Herstellung der Membrandose genutzt
werden, insbesondere dann, wenn diese mindestens einen Faltenbalgabschnitt aufweist:
Aufgrund des Verzugs ist nämlich ein gezieltes Auseinanderhalten der im drucklosen
Zustand flächig aneinander liegenden Bereiche der Membran nicht mehr erforderlich.
Die sichere Evakuierung der Membran und Befüllung des Gasvolumens beispielsweise mit
Helium ist daher einfach und zuverlässig möglich.
[0039] Die Montagereihenfolge kann dabei wie folgt sein: Zunächst werden die einzelnen Abschnitte
("Segmente") der Membran aufeinandergelegt und in einer Schweißvorrichtung "gestapelt".
Nach dem Schließen der Schweißvorrichtung wird deren Innenraum evakuiert und mit Befüllgas,
beispielsweise mit Helium, mit einem gewünschten Druck befüllt. In dieser Phase wird
durch die verzogenen Membranabschnitte sichergestellt, dass das Befüllgas in alle
Hohlräume sicher einströmt. Dann werden die einzelnen Abschnitte zusammengepresst
und miteinander verschweißt.
[0040] Bei einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst
die Membran mindestens einen Sickenabschnitt und mindestens einen Faltenbalgabschnitt.
Dies gestatte die Kombination der Vorteile beider Ausführungen.
[0041] Ferner wird bevorzugt, wenn die Membran an ihrem radial äußeren Rand einen Befestigungsabschnitt
aufweist, welcher sich in etwa parallel zur Mittelachse erstreckt und an dem Gehäuse
befestigt ist. Auf diese Weise kann der gesamte Innendurchmesser des Gehäuses hydraulisch
wirksam genutzt werden, was den erforderlichen Bauraum minimiert und die Kosten senkt.
[0042] Dabei ist es möglich, dass die Vorrichtung eine Spanneinrichtung umfasst, welche
den Befestigungsabschnitt radial gegen das Gehäuse beaufschlagt. Die Spanneinrichtung
kann beispielsweise als Spannring ausgebildet sein. Durch sie wird die Befestigung
der Membran am Gehäuse entlastet.
Zeichnung
[0043] Nachfolgend werden besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung
unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung im Detail erläutert. In der Zeichnung
zeigen:
- Figur 1
- eine schematische Darstellung eines Kraftstoffsystems einer Brennkraftmaschine mit
einer Kraftstoffpumpe und einer dort vorhandenen Vorrichtung zum Dämpfen von Druckpulsationen;
- Figur 2
- einen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zum Dämpfen von
Druckpulsationen von Figur 1;
- Figur 3
- ein Detail III der Vorrichtung zum Dämpfen von Druckpulsationen von Figur 2;
- Figur 4
- einen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zum Dämpfen von
Druckpulsationen von Figur 1;
- Figur 5
- ein Detail V der Vorrichtung zum Dämpfen von Druckpulsationen von Figur 4;
- Figur 6
- einen schematischen Schnitt durch eine Membran der Vorrichtung zum Dämpfen von Druckpulsationen
von Figur 4;
- Figur 7
- einen Schnitt durch eine Kraftstoffpumpe mit einem dritten Ausführungsbeispiel einer
Vorrichtung zum Dämpfen von Druckpulsationen;
- Figur 8
- einen Schnitt durch einen Bereich der Kraftstoffpumpe von Figur 7 mit einem vierten
Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Dämpfen von Druckpulsationen;
- Figur 9
- einen Schnitt durch ein fünftes und ein sechstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung
zum Dämpfen von Druckpulsationen;
- Figur 10
- einen Schnitt durch ein siebtes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Dämpfen
von Druckpulsationen;
- Figur 11
- einen Schnitt durch ein achtes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Dämpfen von
Druckpulsationen;
- Figur 12
- einen Schnitt durch ein neuntes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Dämpfen
von Druckpulsationen;
- Figur 13
- einen Schnitt durch ein zehntes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Dämpfen
von Druckpulsationen; und
- Figur 14
- einen Teilschnitt durch ein elftes und ein zwölftes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung
zum Dämpfen von Druckpulsationen.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
[0044] In Figur 1 trägt ein Kraftstoffsystem einer Brennkraftmaschine insgesamt das Bezugszeichen
10. Die Brennkraftmaschine selbst ist nicht im Detail dargestellt.
[0045] Das Kraftstoffsystem 10 umfasst einen Kraftstoffbehälter 12, aus dem eine elektrische
Kraftstoffpumpe 14 den Kraftstoff in eine Niederdruck-Kraftstoffleitung 16 fördert.
Die Niederdruck-Kraftstoffleitung 16 führt zu einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe 18,
welche symbolisch strichpunktiert dargestellt ist.
[0046] Die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 18 umfasst einen Förderraum 20, der von einem in Figur
1 nicht dargestellten Kolben begrenzt wird. Der Kolben wird von einer ebenfalls nicht
dargestellten Antriebswelle in eine Hin- und Herbewegung versetzt. Die Antriebswelle
wiederum wird von der wiederum nicht dargestellten Nockenwelle der Brennkraftmaschine
angetrieben. Die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 18 umfasst ferner ein Einlassventil 22,
welches als Rückschlagventil ausgebildet ist. Ferner ist ein Auslassventil 24 vorhanden,
welches ebenfalls durch ein Rückschlagventil gebildet ist.
[0047] Die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 18 komprimiert den Kraftstoff auf einen sehr hohen
Druck und fördert in eine Kraftstoff-Sammelleitung 26 ("Rail"). In dieser ist der
Kraftstoff unter hohem Druck gespeichert. An die Kraftstoff-Sammelleitung 26 sind
mehrere Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 28 angeschlossen. Diese spritzen den Kraftstoff
direkt in ihnen jeweils zugeordnete Brennräume 30 ein.
[0048] Um die Fördermenge der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 18 unabhängig von der Drehzahl der
Antriebswelle einstellen zu können, ist ein Mengensteuerventil 32 vorgesehen. Dieses
wird von einem Magnetaktor 33 betätigt, welcher wiederum von einem nicht dargestellten
Steuer- und Gerät angesteuert wird. Das Mengensteuerventil 32 ist so ausgebildet,
dass während eines Förderhubs der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 18 das Einlassventil 22
zwangsweise geöffnet werden kann. Hierdurch wird der unter Druck im Förderraum 20
stehende Kraftstoff nicht in die Kraftstoff-Sammelleitung 26, sondern zurück in die
Niederdruck-Kraftstoffleitung 16 gefördert. Die entsprechende Schaltstellung des Mengensteuerventils
32 trägt das Bezugszeichen 34.
[0049] Die hierdurch in die Niederdruck-Kraftstoffleitung 16 eingeleiteten Druckpulsationen
werden von einer Vorrichtung zur Dämpfung von Druckpulsationen gedämpft. Diese trägt
in Figur 1 das Bezugszeichen 36 und wird nachfolgend kurz als "Druckdämpfer" bezeichnet.
Der Druckdämpfer 36 ist folgendermaßen aufgebaut (vgl. Figur 2 und 3):
Der Druckdämpfer 36 umfasst ein Gehäuse mit einem Unterteil 38 und einem Oberteil
40. Das Unterteil 38 hat in dem in Figur 2 dargestellten Schnitt pilzförmige Gestalt,
ist also im Wesentlichen rotationssymmetrisch mit einer Mittelachse 41. Es umfasst
einen Installationsabschnitt 42 mit einem in diesem zentrisch eingebrachten Zulaufkanal
43 und einen hierzu insgesamt tellerförmigen und in der Draufsicht kreisförmigen Bodenabschnitt
44, dessen Ebene insgesamt in etwa in einem rechten Winkel zur Mittelachse 41 steht.
Das Oberteil 40 des Gehäuses ist ebenfalls tellerförmig und in der Draufsicht kreisförmig
ausgebildet.
[0050] Zwischen dem Bodenabschnitt 44 des Unterteils 38 des Gehäuses und dem Oberteil 40
des Gehäuses ist ein ringförmiger Abstandshalter 46 angeordnet. Er ist über Schweißnähte
48a und 48b fest einerseits mit dem Bodenabschnitt 44 des Unterteils 38 des Gehäuses
und andererseits mit dem Oberteil 40 des Gehäuses verschweißt. An einem sich an dem
Abstandhalter 46 radial nach innen erstreckenden ringförmigen Halteabschnitt 52 sind
zwei insgesamt in der Draufsicht kreisförmige Membranen 54a und 54b befestigt. Die
Befestigung erfolgt durch umlaufende Schweißnähte 57a und 57b am äußersten Rand der
Membranen 54a und 54b (vgl. Figur 3). Die beiden Membranen 54a und 54b sind dünnwandig
und aus Metall, vorzugsweise aus Edelstahl.
[0051] Zwischen der oberen Membran 54a und der unteren Membran 54b und dem Abstandshalter
46 ist ein Gasvolumen 58 eingeschlossen. Das Gas wird durch einen Kanal 60 eingebracht,
der in dem ringförmigen Abstandshalter 46 vorhanden ist (vgl. Figur 2). Nach der Einbringung
des Gases in das Volumen 58 zwischen die beiden Membranen 54a a und 54b wird der Kanal
60 durch eine Kugel 62 verschlossen. Der gesamte Bereich zwischen dem Bodenabschnitt
44, dem Oberteil 40 des Gehäuses, und dem Abstandshalter 46 bildet einen Arbeitsraum
66. Das Gasvolumen 58 ist also innerhalb des Arbeitsraums 66 angeordnet.
[0052] Zwischen dem Bodenabschnitt 44 des Unterteils 38 des Gehäuses und der unteren Membran
54b ist ein erster Fluidbereich 64 des Arbeitsraums 66 gebildet. Zwischen dem Oberteil
40 des Gehäuses und der oberen Membran 54a ist ein zweiter Fluidbereich 68 des Arbeitsraums
66 gebildet. Beide Fluidbereiche 64 und 68 können durch einen Kanal 70 im ringförmigen
Abstandshalter 46 miteinander kommunizieren.
[0053] Die beiden Membranen 54a und 54b sind identisch aufgebaut (aus Gründen der Übersichtlichkeit
sind in Figur 3 nur für die obere Membran 54a alle Bezugszeichen eingetragen): An
ihrem radial äußeren Rand weisen sie einen radial verlaufenden Halteabschnitt 72 auf,
mit dem sie am ringförmigen Abstandshalter 54b verschweißt sind. Vom Halteabschnitt
72 der Membran biegt ein Federabschnitt 74 in einem Winkel von ungefähr 80° ab. Der
Federabschnitt 74 verläuft also in etwa in axialer Richtung. An den Federabschnitt
74 ist wiederum ein radial verlaufender Sickenabschnitt 76 angeformt. Dieser zeichnet
sich durch eine Mehrzahl verlaufender Sicken 78 aus. Die Sicken 78 verlaufen konzentrisch
um die Mittelachse 41 des Druckdämpfers 36. Ein zentraler Bereich der beiden Membranen
54a und 54b ist eben ausgeführt. Der entsprechende Bereich bei der Membran 54a wird
als Anschlagabschnitt 80a bezeichnet, der entsprechende Bereich an der Membran 54b
als Gegenfläche 80b (vgl. Figur 2).
[0054] Der Druckdämpfer 36 arbeitet folgendermaßen:
Über den Zulaufkanal 43 im Installationsabschnitt 42 kommuniziert der in den Figuren
2 und 3 untere Fluidbereich 64 (die Begriffe "unten" und "oben" sind nachfolgend immer
auf die Figuren bezogen; der Druckdämpfer kann grundsätzlich beliebig im Raum angeordnet
sein) des Arbeitsraums 66 mit der Niederdruck-Kraftstoffleitung 16.
Über den Kanal 70 kommuniziert der obere Fluidbereich 68 des Arbeitsraums 66 wiederum
mit dem unteren Fluidbereich 64. Innerhalb des Arbeitsraums 66 ist das von den beiden
Membranen 54a und 54b und vom ringförmigen Abstandshalter 46 begrenztes Gasvolumen
58 vorhanden. Dieses steht im Ruhezustand des Kraftstoffsystems 10 unter einem leichten
Überdruck gegenüber der Außenatmosphäre. Durch diesen Überdruck werden der Sickenabschnitt
76 und der Anschlagabschnitt 80a bzw. die Gegenfläche 80b der beiden Membranen 54a
und 54b etwas nach außen vorgewölbt.
[0055] Der Abstand zwischen den beiden Membranen 54a und 54b und den zu ihnen benachbarten
Abschnitten 54a bzw. 40 des Gehäuses ist jedoch so groß, dass auch im Ruhezustand,
also bei drucklosem Kraftstoffsystem, eine Berührung der beiden Membranen 54a und
54b mit den entsprechenden Abschnitten 40 und 44 des Gehäuses ausgeschlossen ist.
Eine derartige Begrenzung des "Hubs" der Membranen ist durch die Verwendung von Metall
als Membranmaterial möglich.
[0056] Der Abstand der Membranen 54 a und 54b vom Gehäuse 40 bzw. 44 ist so gewählt, dass
bei einem Systemdruck beispielsweise kleiner als 100 kPa im Falle eines Druck-Unterschwingens
die Membranen 54a und 54b das Gehäuse 40 bzw. 44 nicht berühren. Damit ist die Dämpfungsfunktion
des Druckdämpfers 36 auch noch in diesem Betriebsbeziehungsweise Druckbereich gewährleistet.
[0057] Wenn das Kraftstoffsystem 10 in Betrieb ist, die elektrische Kraftstoffpumpe 14 also
mit einem bestimmten Druck fördert, werden die beiden Membranen 54a und 54b aufeinander
zu bewegt. Der Druck in dem Gasvolumen 58 einerseits und die Steifigkeit der beiden
Membranen 54a und 54b sind dabei so gewählt, dass bei normalem Betriebsdruck in der
Niederdruck-Kraftstoffleitung 16, also etwa zwischen 0,5 und 8 bar, eine Berührung
der beiden Membranen 54a und 54b miteinander nicht stattfindet. Druckschwankungen
können somit in diesem normalen Betriebsbereich des Kraftstoffsystems 10 durch eine
entsprechende Bewegung der beiden Membranen 54a und 54b und eine Kompression des Gasvolumens
58 problemlos aufgenommen und hierdurch gedämpft werden.
[0058] Bei einer Überlast in der Niederdruck-Kraftstoffleitung 16, wenn der Druck beispielsweise
bis über 10 bar ansteigt, kommt der Anschlagabschnitt 80a der Membran 54a und die
Gegenfläche 80b an der Membran 54b miteinander in Anlage. Die beiden Membranen 54a
und 54b können sich somit nicht mehr weiterbewegen, so dass eine Überlastung der beiden
Membranen 54a und 54b ausgeschlossen werden kann. Damit eine saubere Anlage der beiden
Membranen 54a und 54b im Falle einer Überlast in der Niederdruck-Kraftstoffleitung
16 gewährleistet ist, sind der Anschlagabschnitt 80a und die Gegenfläche 80b plan
oder ballig bearbeitet.
[0059] Neben dem Druck des Gasvolumens 58, welches zwischen den beiden Membranen 54a und
54b eingeschlossen ist, kann die Charakteristik des Druckdämpfers 36 auch durch die
Höhe des ringförmigen Abstandshalters 46 beeinflusst werden. Diese Höhe hat insbesondere
einen Einfluss auf den Druck, bei dem die beiden Membranen 54a und 54b aneinander
in Anlage kommen.
[0060] Des weiteren kann durch einen geeignete Gestaltung der Innengeometrie des Halteabschnitts
52 (beispielsweise an der Position 53 in Figur 3) das Innenvolumen auch gezielt verkleinert
werden. Dadurch kann die Wirksamkeit der durch das eingeschlossene Gasvolumen 58 gebildeten
Luftfeder weiter erhöht werden.
[0061] Auch die Form der Sicken 78 sowie deren Anzahl spielt eine wesentliche Rolle für
die Eigenschaften des Druckdämpfers 36. Bei einer Membran mit einem Durchmesser von
30 - 60 mm und einer Wandstärke von 0,2 - 1,0 mm hat sich eine Anzahl von drei bis
sechs Sicken mit unterschiedlicher Sickenhöhe als vorteilhaft erwiesen. Die Sickenhöhe
kann dabei zwischen +/- 0,15 und 2 mm variieren. Die Sicke kann dabei kreisförmig,
sinusförmig oder splineförmig sein.
[0062] Auf diese Weise kann auch eine unsymmetrische Federsteifigkeit bei einer Belastung
der beiden Membranen 54a und 54b in den Figuren 2 und 3 von unten oder von oben erreicht
werden. Hierdurch ist es möglich, im üblichen Betriebsdruckbereich des Kraftstoffsystems
bzw. der Niederdruck-Kraftstoffleitung 16 eine vergleichsweise geringe Steifigkeit
mit konstanter Federkonstante zu erreichen, wohingegen bei selten genutzten Betriebsbereichen,
bspw. bei sehr niedrigem Druck in der Niederdruck-Kraftstoffleitung 16 oder bei einem
dort herrschenden sehr hohen Druck, eine höhere Steifigkeit der Membranen 54a und
54b realisiert wird.
[0063] Durch die Form der Sicken 78 und durch die Gestaltung des Federabschnitts 74 wird
erreicht, dass die maximalen Spannungen nicht am äußersten Rand der beiden Membranen
54a und 54b auftreten, sondern über den Durchmesser der beiden Membranen 54a und 54b
weitgehend gleichmäßig verteilt sind. Nun wird auf die Figuren 4 und 5 sowie 6 Bezug
genommen. In diesen ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines Druckdämpfers 36 dargestellt.
Dabei tragen solche Bereiche und Elemente, welche äquivalente Funktionen zu Bereichen
und Elementen des in den Figuren 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiels aufweisen,
die gleichen Bezugszeichen. Sie sind nicht nochmals im Detail erläutert.
[0064] Ein wesentlicher Unterschied zwischen den beiden Ausführungsbeispielen besteht darin,
dass bei dem in den Figuren 4 und 5 dargestellten Druckdämpfer kein Abstandshalter
mehr vorhanden ist. Stattdessen sind das Oberteil 40 und der Bodenabschnitt 44 des
Gehäuses direkt miteinander verschweißt. Die entsprechende Schweißnaht trägt das Bezugszeichen
48. Entsprechend sind auch die beiden Halteabschnitte 72a und 72b der beiden Membranen
54a und 54b unmittelbar miteinander verschweißt (Schweißnaht 57).
[0065] Sie werden darüber hinaus, an einer Position etwas radial einwärts von der Schweißnaht
57, mit der die beiden Membranen 54a und 54b gasdicht miteinander verschweißt sind,
von einem oberen Klemmring 82 und einem unteren Klemmring 84, die an das Oberteil
40 bzw. den Bodenabschnitt 44 des Gehäuses angeformt sind, gegeneinander verklemmt.
Hierdurch wird die Schweißnaht, welche die beiden Membranen 54a und 54b miteinander
verbindet, von mechanischen Belastungen entlastet.
[0066] Eine in Figur 5 nur gestrichelt dargestellte Fluidverbindung 70, welche durch bereichsweise
Durchbrüche in den Klemmringen 82 und 84 gebildet wird, werden die beiden Fluidbereiche
64 und 68 des Arbeitsraums 66 fluidisch miteinander verbunden. Die Durchbrüche 70
müssen dabei so gewählt sein, dass die beiden Membranen 54a und 54b in etwa gleich
belastet werden.
[0067] Figur 6 zeigt die untere Membran 54b schematisch detailliert. Mit A ist die Tiefe
der Membran 54b bezeichnet, sie entspricht dem maximal möglichen Hub. B bezeichnet
einen Übergangsbereich, und C die Höhe der Versenkung der Membran 54b.
[0068] In Figur 7 ist ein teilweiser Schnitt durch eine Kraftstoffpumpe dargestellt, wie
sie als Hochdruck-Kraftstoffpumpe 18 beispielsweise in dem in Figur 1 dargestellten
Kraftstoffsystem 10 zum Einsatz kommt. Man erkennt ein Zylindergehäuse 92 mit einem
einen Kolben 88, welcher den Förderraum 20 begrenzt. Das Mengensteuerventil 32 ist
im oberen Bereich der Kraftstoffpumpe 18 erkennbar. Das Auslassventil 24 befindet
sich im linken Bereich. Das Einlassventil 22 ist als federbelastetes Plattenventil
ausgebildet, welches von einem Stößel (ohne Bezugszeichen) des Mengensteuerventils
32 während eines Förderhubs des Kolbens 88 zwangsweise in eine geöffnete Stellung
gedrückt werden kann.
[0069] Koaxial zu einer Zylinder-Mittelachse 90 ist in die äußere Begrenzungsfläche des
Zylindergehäuses 92 eine umlaufende Stufe 94 eingearbeitet. Über diese ist eine Gehäusehülse
96 aufgeschoben. Durch die umlaufende Stufe 94 und die Gehäusehülse 96 wird ein um
die Zylinder-Mittelachse 90 umlaufender Ringraum 66 geschaffen. Dieser kommuniziert
zum einen über einen Kanal 100 mit einem Niederdruckeinlass 102 der Kraftstoffpumpe
18. Zum anderen kommuniziert er über einen Kanal 104 mit einer Druckentlastungsnut
106, welche in einer Zylinderbohrung 108, in der der Kolben 88 geführt ist, vorhanden
ist.
[0070] In dem Ringraum 66 sind zwei ringförmig umlaufende Membranen 54a und 54b angeordnet.
Deren äußere Ränder sind über Schweißnähte 57a bis 57d zum einen mit dem Zylindergehäuse
92 und zum anderen mit der Gehäusehülse 96 verschweißt. Hierdurch werden zwei voneinander
getrennte Gasvolumina 58a und 58b geschaffen. Zwischen denen ist ein Fluidbereich
64 des Arbeitsraums 66 vorhanden, welcher insbesondere über den Kanal 100 mit dem
Niederdruckeinlass 102 kommuniziert. Der Ringraum 66 und die Gasvolumina 58a und 58b
bilden auf diese Weise einen Druckdämpfer 36, welcher koaxial zur Zylinder-Mittelachse
90 der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 18 angeordnet ist.
[0071] In Figur 8 ist eine abgewandelte Ausführungsform eines derartigen ringförmigen Druckdämpfers
36 dargestellt. Dabei tragen solche Elemente und Bereiche, welche äquivalente Funktionen
zu Elementen und Bereichen des in den Figuren 7 dargestellten Druckdämpfers 36 aufweisen,
die gleichen Bezugszeichen. Sie sind nicht nochmals im Detail erläutert.
[0072] Der Druckdämpfer 36, welcher in Figur 8 dargestellt ist, umfasst ein abgeflachtes
Metallrohr 54, welches an den Enden gasdicht zugeschweißt ist. Sein Inneres bildet
ein Gasvolumen 58. Das Metallrohr 54a ist in dem Arbeitsraum 66 spiral- und schraubenförmig
koaxial zur Zylinder-Mittelachse 90 gewickelt. Dadurch steht es zum einen gegenüber
der Gehäusehülse 96 und zum anderen gegenüber den in Figur 8 oberen und unteren Stirnflächen
des Arbeitsraums 66 unter einer Vorspannung und wird hierdurch fixiert.
[0073] In Figur 9 ist eine weitere Variante eines Druckdämpfers 36 gezeigt. Dabei gilt hier
und bei allen nachfolgenden Figuren, dass solche Elemente und Bereiche, welche äquivalente
Funktionen zu Elementen und Bereichen aufweisen, die bereits im Zusammenhang mit vorhergehenden
Figuren erläutert worden sind, die gleiche Bezugszeichen tragen. Sie werden im Normalfall
nicht nochmals im Detail erläutert.
[0074] Der gezeigte Druckdämpfer 36 ist dabei in der linken Hälfte der Figur 9 anders ausgestaltet
als auf der rechten Hälfte. Beiden Vorrichtungen 36 gemeinsam ist, dass sie nur über
eine einzige Membran 54 verfügen. Diese ist im Bereich ihres Halteabschnitts 72 in
57 mit dem Oberteil 40 des Gehäuses verschweißt. Anders als die beispielsweise in
den Figuren 2 und 3 Membran weist die in Figur 9 dargestellte Membran 54 einen Faltenbalgabschnitt
110 auf, der zwischen dem Sickenabschnitt 76 und dem Halteabschnitt 72 angeordnet
ist und aus einzelnen Segmenten 110a bis 110d aufgebaut ist. Dieser Faltenbalgabschnitt
110 ermöglicht eine vergleichsweise große Volumenänderung des von der Membran 54 und
dem Gehäuse 40 eingeschlossenen Gasvolumens 58.
[0075] Das Gasvolumen 58 wird dabei insgesamt dadurch reduziert, dass zwischen der Membran
54 und dem Oberteil 40 des Gehäuses ein Füllkörper 112 am Oberteil 40 des Gehäuses
befestigt ist. In der linken Hälfte der Figur 9 erstreckt sich ein Anschlagabschnitt
80a vom Sickenabschnitt 76 der Membran 54 zum Unterteil 38 des Gehäuses hin, wohingegen
sich in der rechten Hälfte der Figur 9 der Anschlagabschnitt 80a zum Füllkörper 112
hin erstreckt. Je nachdem wirkt entweder der Füllkörper 112 oder das Unterteil 38
des Gehäuses als Gegenfläche 80b für den Anschlagabschnitt 80a.
[0076] Das von der Membran 54 eingeschlossene Gasvolumen 58 ist mit Helium gefüllt. Dieses
steht unter einem Überdruck, welcher ungefähr der Hälfte des maximalen im Betrieb
auftretenden Überdrucks entspricht, abzüglich jenes Druckanstiegs, welcher durch die
Kompression der Membran 54 verursacht wird. Dabei wird für die Membran 54 ein magnetisches
Metallmaterial verwendet. Hierdurch wirkt der Druckdämpfer 36 ähnlich wie ein "Staubfänger",
denn durch sie werden magnetische Schmutzteilchen aus dem Fluid abgefangen und deren
Verteilung im Fluidsystem 10 verhindert.
[0077] Ferner wird für die Herstellung insbesondere des Faltenbalgabschnitts 110 der Membran
54 ein Bandmaterial verwendet, in dem Eigenspannungen vorliegen, welche zu einem flächigen
Verzug der einzelnen Segmente 110a, 110b, 110c, und 110d führen. Dies führt dazu,
dass während der Herstellung des Faltenbalgabschnitts 110 die einzelnen Segmente 110a
bis 110d nie so dicht aneinander liegen, dass eine Evakuierung der Luft und Befüllung
mit Helium nicht zuverlässig möglich wird. Eine denkbare Vorgehensweise bei der Herstellung
des Faltenbalgabschnitts 110 ist wie folgt:
Zunächst werden die einzelnen Segmente 110a bis 110d des Faltenbalgabschnitts 110
in einer Schweißvorrichtung (nicht dargestellt) gestapelt. Dann wird die Schweißvorrichtung
verschlossen und deren Innenraum evakuiert. Dann wird der Innenraum der Schweißvorrichtung
mit Helium befüllt bis zu einem gewünschten Innendruck. Durch die einen Verzug aufweisenden
Abschnitte 110a bis 110d des Faltenbalgabschnitts 110 wird sichergestellt, dass auch
in die entsprechenenden Hohlräume das Helium zuverlässig einströmen kann. Nun werden
die einzelnen Segmente 110a bis 110d zusammengepresst und in 114 miteinander verschweißt
(aus Gründen der Übersichtlichkeit ist dieses Bezugszeichen nur an einer Stelle auf
der linken Seite der Figur 9 eingetragen).
[0078] Eine Alternative hierzu ist in Figur 10 gezeigt. Der in Figur 10 gezeigte Druckdämpfer
36 unterscheidet sich von dem in Figur 9 gezeigten dadurch, dass anstelle eines separaten
Füllkörpers 112 im Oberteil 40 des Gehäuses ein durch Tiefziehen hergestellter Abschnitt
112 vorhanden ist, welcher zum einen das eingeschlossene Gasvolumen 58 reduziert und
zum anderen die Gegenfläche 80b aufweist, die mit dem Anschlagabschnitt 80a der Membran
54 zusammen wirkt.
[0079] Figur 11 zeigt wiederum eine Ausführungsform, bei welcher ein separater Füllkörper
112 vorhanden ist, welcher jedoch nicht hohl, sondern massiv aufgebaut ist und darüber
hinaus in einem dem Anschlagabschnitt 80a der Membran 54 zugewandten Bereich 116 einen
kleineren Durchmesser aufweist. Somit ist die Kontur des Füllkörper 112 von Figur
11 etwas an die Kontur der Membran 54 angepasst, so dass das entsprechende Gasvolumen
58 besonders niedrig ist.
[0080] In Figur 12 ist eine Ausführungsform gezeigt, bei welcher zwei Membranen 54a und
54b vorhanden sind, entsprechend bspw. der in Figur 4 gezeigten Ausführungsform eines
Druckdämpfers 36. Im Gegensatz zu Figur 4 ist bei der in Figur 12 gezeigten Ausführungsform
bei jeder Membran 54a und 54b ein Faltenbalgabschnitt 110 vorhanden, welcher allerdings
einfacher ausgeführt ist als jener der Figuren 9 bis 11. Der in Figur 12 gezeigte
Druckdämpfer weist - analog zu dem in den Figuren 4 und 5 gezeigten - obere und untere
Klemmringe 82 und 84 auf, welche allerdings in Figur 12 nur schematisch dargestellt
sind. Durch diese wird die hydraulisch wirksame Fläche der Membranen 54a und 54b maximiert,
was zu einer Verkleinerung der Gesamt-Baugröße des Druckdämpfers 36 genutzt werden
kann. Die Klemmringe 82 und 84 sind jedoch über Federabschnitte 118 und 120 am Oberteil
40 bzw. am Unterteil 38 des Gehäuses abgestützt. Auf diese Weise können Fertigungstoleranzen
der Membranen 54a und 54b ausgeglichen werden.
[0081] Zwischen den beiden Membranen 54a und 54b ist ein scheibenförmiger Haltering 122
verklemmt, der eine mittige Öffnung 124 aufweist. In diese ist ein zweiteiliger Füllkörper
112 eingesetzt, und der Haltering 122 ist zwischen den beiden Hälften 112a und 112b
des Füllkörpers 112 verklemmt. Alternativ ist es auch möglich, dass in dem Füllkörper
112 eine umlaufende Nut vorhanden ist, in die der Rand der Öffnung 124 des Halterings
122 eingreift. Auch eine einstückige Ausführung des Halterings 122 mit dem Füllkörper
112 ist denkbar.
[0082] Eine nochmals andere Variante eines Druckdämpfers 36 ist in Figur 13 gezeigt. Bei
diesem Druckdämpfer 36 ist kein Füllkörper vorhanden, so dass diese Vorrichtung ähnlich
wie jene aufgebaut ist, die in den Figuren 4 und 5 gezeigt ist. Die Unterschiede betreffen
insbesondere die Klemmringe 82 und 84, mit denen die Membranen 54a und 54b am Gehäuse
40 und 38 gehalten sind: Die Klemmringe 82 und 84 weisen auskragende Federabschnitte
auf, wobei ein Federabschnitt 118a bzw. 120a die Membranen 54a und 54b in Figur 13
in vertikaler Richtung positioniert, wohingegen ein Federabschnitt 118b bzw. 120b
die beiden Membranen 54 und 56 in Figur 13 in horizontaler Richtung positioniert bzw.
zentriert.
[0083] Die Federabschnitte 118a und 120a werden durch einzelne nach radial innen weisende
Bügel der beiden Klemmringe 82 und 84 gebildet, die in der in Figur 13 gezeigter Einbaulage
gegen das Oberteil 40 bzw. das Unterteil 38 des Gehäuses vorgespannt sind. Die Federabschnitte
118b bzw. 120b wiederum werden durch einzelne nach radial außen wirkende Bügel gebildet,
die an der inneren Mantelfläche des Oberteils 40 des Gehäuses 40 anliegen bzw. gegen
diese vorgespannt sind.
[0084] In Figur 14 ist ein nochmals abgeändertes Ausführungsbeispiel eines Druckdämpfers
36 gezeigt. Bei diesem ist am radial äußeren Rand des Sickenabschnitts 76 ein rohrartiger
Befestigungsabschnitt 122 vorhanden, welcher sich in etwa parallel zur Mittelachse
41 des Druckdämpfers 36 erstreckt und in 57 mit seinem Rand mit dem Gehäuse 40 verschweißt
ist. Letztlich ist also die Membran 54 direkt am Gehäuse 40 befestigt, was sonst erforderliche
Zusatzkonstruktionen erspart. Zusätzlich weist der Druckdämpfer 36 in Figur 14 einen
Spannring 124 auf, welcher den Befestigungsabschnitt 122 von radial innen her gegen
das Gehäuse 40 drückt. Hierdurch wird die Schweißnaht 57 mechanisch entlastet. Die
radial maximal außenliegende Schweißnaht 57 gestattet die Nutzung des gesamten Innendurchmessers
des Gehäuses 40 als hydraulisch wirksamer Durchmesser. Dies senkt die Herstellkosten.
[0085] Das Gasvolumen 58 kann entweder beim Herstellen der Schweißnaht 57 eingerichtet werden
(Schweißen in einer Druckkammer). Oder der Arbeitsraum 66 wird nachträglich über die
Öffnung 60 befüllt, welche dann durch das Element 62 verschlossen wird. Letzteres
kann beispielsweise mit dem Gehäuse 40 verschweißt werden. Wie schon bei den Ausführungsbeispielen
der Figuren 9 bis 11 ist auch bei dem in Figur 14 gezeigten Druckdämpfer 36 das Gasvolumen
58 zwischen der Membran 54 und dem Gehäuse 40 ausgebildet. Dies führt zu einer Minimierung
des erforderlichen Bauraums.
[0086] Auch die nachfolgenden Merkmale können sowohl in Alleinstellung als auch in beliebigen
Kombinationen vorteilhafte Ausgestaltungen der beschriebenen oder beanspruchten Erfindung
darstellen:
- Die beschriebene oder beanspruchte Vorrichtung, bei der die Membran 54 aus Metall
ist.
- Die beschriebene oder beanspruchte Vorrichtung, bei der die Membran durch ein dünnwandiges
und an seinen Enden gasdicht verschlossenes Metallrohr 54 begrenzt wird.
- Die beschriebene oder beanspruchte Vorrichtung, bei der mindestens eine Außenwand
des Arbeitsraums ebenfalls als Membran ausgebildet ist.
- Die beschriebene oder beanspruchte Vorrichtung, bei der das eingeschlossene Gasvolumen
58 bei einem Norm-Außendruck einen definierten Druck aufweist, vorzugsweise einen
Überdruck.
- Die beschriebene oder beanspruchte Vorrichtung, bei der das Gasvolumen 58 eine verschließbare
Öffnung 60 aufweist, über die der Druck eingestellt werden kann.
- Die beschriebene oder beanspruchte Vorrichtung, bei der das eingeschlossene Gasvolumen
58 durch einen Füllbereich 112 reduziert wird.
- Die beschriebene oder beanspruchte Vorrichtung, bei der die Membranen 54a, 54b insgesamt
im Wesentlichen parallel sind.
- Die beschriebene oder beanspruchte Vorrichtung, bei der das Gasvolumen 58 zwischen
den beiden Membranen 54a, 54b gebildet ist und die beiden Membranen 54a, 54b jeweils
mindestens eine Anschlagfläche 80a bzw. eine Gegenfläche 80b aufweisen, welche sich
bei einer maximalen Auslenkung der beiden Membranen 54a, 54b berühren.
- Die beschriebene oder beanspruchte Vorrichtung, bei der die Ränder der beiden Membranen
54a, 54b miteinander dicht verbunden und radial einwärts von der Abdichtlinie 57 eingespannt
sind 82, 84.
- Die beschriebene oder beanspruchte Vorrichtung, bei der die Einspannung 82, 84 über
eine konstruktive Elastizität 118, 120 verfügt.
- Die beschriebene oder beanspruchte Vorrichtung, bei der die beiden Membranen 54a,
54b identisch sind.
- Die beschriebene oder beanspruchte Vorrichtung, bei der der Arbeitsraum 66 durch die
beiden Membranen 54a, 54b in zwei Bereiche 64, 68 unterteilt wird, welche durch eine
Fluidverbindung 70 miteinander kommunizieren.
- Die beschriebene oder beanspruchte Vorrichtung, bei der zwischen den beiden Membranen
54a, 54b ein ringförmiger Abstandshalter 46 vorhanden ist.
- Die beschriebene oder beanspruchte Vorrichtung, bei der die Fluidverbindung 70 in
dem Abstandshalter ausgebildet ist.
- Die beschriebene oder beanspruchte Vorrichtung, bei der das spiralförmige Gasvolumen
58 gegen die Außenwand des Arbeitsraums 66 vorgespannt ist.
- Die beschriebene oder beanspruchte Vorrichtung, bei der das spiralförmige Gasvolumen
58 schraubenförmig in axialer Richtung des Arbeitsraums 66 verläuft.
- Die beschriebene oder beanspruchte Vorrichtung, bei der das spiral- und schraubenförmige
Gasvolumen 58 in axialer Richtung gegen die Stirnenden des Arbeitsraums 66 vorgespannt
ist.
1. Vorrichtung (36) zum Dämpfen von Druckpulsationen in einem Fluidsystem (16), insbesondere
in einem Kraftstoffsystem einer Brennkraftmaschine, mit einem Gehäuse (38, 40) und
mit mindestens einem Arbeitsraum (66), welcher wenigstens bereichsweise mit dem Fluidsystem
(16) kommuniziert, wobei innerhalb des Arbeitsraums (66) mindestens ein durch eine
Membran (54) dicht abgeschlossenes Gasvolumen (58) vorhanden ist dadurch gekennzeichnet, dass das Gasvolumen (58) durch mindestens zwei Membranen (54a, 54b) begrenzt wird, die
im Bereich ihrer Ränder eingespannt sind (82, 84).
2. Vorrichtung (36) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (54) mindestens eine Sicke (78) aufweist.
3. Vorrichtung (36) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (54) mehrere Sicken (78) aufweist, welche unterschiedliche Höhe und/oder
einen unterschiedlichen Verlauf und/oder einen unterschiedlichen Querschnitt haben.
4. Vorrichtung (36) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (54a) mindestens einen Anschlagabschnitt (80a) aufweist, welcher bei
einer maximalen Auslenkung der Membran (54) mit einer Gegenfläche (80b) in Anlage
kommt.
5. Vorrichtung (36) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenfläche (80b) an dem Gehäuse (40), an einem separaten Anschlagteil (112),
und/oder an einer weiteren Membran (54b) ausgebildet ist.
6. Vorrichtung (36) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie in ein Gehäuse (92) einer Kraftstoffpumpe (18) integriert ist.
7. Vorrichtung (36) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsraum einen Ringraum (66) umfasst und das Gasvolumen (58) ringförmig ist.
8. Vorrichtung (36) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsraum (66) und das Gasvolumen (58) in oder an einem Zylinder (92) einer
Kraftstoffpumpe (18) wenigstens in etwa koaxial zur Zylinderachse (90) angeordnet
sind.
9. Vorrichtung (36) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasvolumen (58) in der Art einer Spirale innerhalb des Ringraums (66) angeordnet
ist, wobei die Spirale (58) und der Ringraum (66) wenigstens in etwa koaxial sind.
10. Vorrichtung (36) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasvolumen (58) mit Helium gefüllt ist.
11. Vorrichtung (36) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (54) und/oder das Gehäuse wenigstens bereichsweise magnetisch sind.
12. Vorrichtung (36) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (36) wenigstens zum Teil aus einem Bandmaterial hergestellt ist, welches
Eigenspannungen aufweist.
13. Vorrichtung (36) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (54) mindestens einen Sickenabschnitt (76) und mindestens einen Faltenbalgabschnitt
(110) umfasst.
14. Vorrichtung (36) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (54) an ihrem radial äußeren Rand einen Befestigungsabschnitt (122) aufweist,
welcher sich in etwa parallel zur Mittelachse (41) erstreckt und an dem Gehäuse (40)
befestigt ist.
15. Vorrichtung (36) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Spanneinrichtung (124) umfasst, welche den Befestigungsabschnitt (122) radial
gegen das Gehäuse (40) beaufschlagt.