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EP2278150B1 - Vorrichtung zum Dämpfen von Druckpulsationen in einem Fluidsystem, insbesondere in einem Kraftstoffsystem einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Vorrichtung zum Dämpfen von Druckpulsationen in einem Fluidsystem, insbesondere in einem Kraftstoffsystem einer Brennkraftmaschine Download PDF

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Publication number
EP2278150B1
EP2278150B1 EP10180722A EP10180722A EP2278150B1 EP 2278150 B1 EP2278150 B1 EP 2278150B1 EP 10180722 A EP10180722 A EP 10180722A EP 10180722 A EP10180722 A EP 10180722A EP 2278150 B1 EP2278150 B1 EP 2278150B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure
gas volume
diaphragms
membrane
housing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP10180722A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2278150A1 (de
Inventor
Klaus Lang
Helmut Rembold
Wolfgang Bueser
Weidong Qi
Marcus Wuenning
Albrecht Baessler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority claimed from EP03015623A external-priority patent/EP1411236B1/de
Publication of EP2278150A1 publication Critical patent/EP2278150A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2278150B1 publication Critical patent/EP2278150B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M37/00—Apparatus or systems for feeding liquid fuel from storage containers to carburettors or fuel-injection apparatus; Arrangements for purifying liquid fuel specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
    • F02M37/0011—Constructional details; Manufacturing or assembly of elements of fuel systems; Materials therefor
    • F02M37/0041—Means for damping pressure pulsations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M55/00—Fuel-injection apparatus characterised by their fuel conduits or their venting means; Arrangements of conduits between fuel tank and pump F02M37/00
    • F02M55/04—Means for damping vibrations or pressure fluctuations in injection pump inlets or outlets
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    • F02M69/46—Details, component parts or accessories not provided for in, or of interest apart from, the apparatus covered by groups F02M69/02 - F02M69/44
    • F02M69/54—Arrangement of fuel pressure regulators
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
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    • F02M2200/31—Fuel-injection apparatus having hydraulic pressure fluctuations damping elements
    • F02M2200/315—Fuel-injection apparatus having hydraulic pressure fluctuations damping elements for damping fuel pressure fluctuations
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    • F02M37/0047—Layout or arrangement of systems for feeding fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/02—Fuel-injection apparatus having several injectors fed by a common pumping element, or having several pumping elements feeding a common injector; Fuel-injection apparatus having provisions for cutting-out pumps, pumping elements, or injectors; Fuel-injection apparatus having provisions for variably interconnecting pumping elements and injectors alternatively
    • F02M63/0225—Fuel-injection apparatus having a common rail feeding several injectors ; Means for varying pressure in common rails; Pumps feeding common rails

Definitions

  • the invention relates to a device for damping pressure pulsations in a fluid system, in particular in a fuel system of an internal combustion engine, with a housing and with at least one working space, which communicates at least partially with the fluid system.
  • Such a device is from the DE 195 39 885 A1 known.
  • a fuel system of an internal combustion engine with direct fuel injection From a prefeed pump, the fuel is conveyed to a high-pressure piston pump, which compresses the fuel to a very high pressure.
  • the fuel enters a fuel rail ("Rail").
  • the high-pressure piston pump is driven by a camshaft of the internal combustion engine.
  • a quantity control valve is provided in order to adjust the delivery rate of the high pressure piston pump independently of the speed of the camshaft.
  • the delivery chamber of the high-pressure piston pump can be connected during a delivery stroke for a short time with the region of the fuel system located between the electric prefeed pump and the high-pressure fuel pump.
  • a pressure damper is provided there. This consists of a housing and a piston which is biased by a spring.
  • a pressure damper which works with a spring-biased rubber membrane.
  • a stopper is present, against which the membrane is supported at low pressure.
  • the pressure between the prefeed pump and the high-pressure piston pump is approximately constant. However, in modern fuel systems, this pressure can be variable. Typically, it is between 0.5 and 8 bar, with an overload safety must be present to about 10 to 12 bar. If the known pressure damper, which has a rubber membrane used in such a fuel system, there is a risk that at At a low system pressure, for example, of 0.5 bar and the superimposed pressure pulsations, the rubber membrane abuts against the stop. As a result, the damping effect of the pressure damper is weakened and it can damage the rubber membrane occur. The from the DE 195 39 885 A1 known pressure damper with a piston and a spring in turn would have to build very large when used in such a variable-pressure fuel system.
  • the present invention therefore has the object, a device of the type mentioned in such a way that it can be used in a fuel system with variable form, but it builds small and has a long life.
  • the compressibility of gases can be exploited to ensure the elastic movement of the membrane required to dampen pressure pulsations.
  • the membrane is not affected by any mechanical elements, which significantly increases their service life and reduces the risk of damage.
  • such a gas volume can be realized in almost any geometric shape. So it can be very to save space in the fluid system.
  • Another advantage of the device according to the invention is that it can be dispensed with a leakage line, which simplifies the construction of the fuel system again.
  • a membrane made of metal has several advantages: First, such a membrane is very dense compared to conventional gases and also to fluids. In particular, the high density of metal membranes in comparison to HC emissions plays a positive role here. On the other hand occurs in a metal diaphragm even at low pressures, for example. With the engine OFF, no overstretching over time, so that a damper device can be used with a metal diaphragm in a fluid system, which has a variable fluid pressure in a wide range.
  • the membrane and / or the housing is magnetic.
  • appropriate manufacturing processes for example, mechanical rolling and embossing
  • Umformmartensit material martensitic structure
  • the device can trap existing magnetic dirt particles in the fluid and prevent their further distribution. This increases the reliability of the components present in the fluid system, for example a pump.
  • costs are saved, since the complex demagnetization of the component is eliminated. Since no directly abutting and relatively movable parts are present in the device, the trapped dirt particles cause no functional damage to the device.
  • the gas volume is formed by a thin-walled and at its ends gas-tight closed metal tube. This is very easy and inexpensive to realize.
  • At least one outer wall of the working space is likewise designed as a membrane, an additional hydraulically effective area is obtained in a minimum space.
  • the effectiveness of the device according to the invention is thereby significantly increased again, while requiring little space.
  • the enclosed gas volume has a defined pressure at a standard external pressure (for example 1013 hPa), preferably an overpressure.
  • a standard external pressure for example 1013 hPa
  • an overpressure With such a defined pressure, the "spring stiffness" can be adjusted.
  • an overpressure in the trapped gas volume in Vergleizh To Aubendschreib be ge noirlht, because thereby the entire possible voltage range (tension and pressure) of the membrane material can be exploited.
  • a negative pressure or standard pressure Preferably, such an internal overpressure is selected which corresponds to approximately half of the maximum operating overpressure, less the pressure increase which arises due to the compression of the component.
  • the membrane geometry can be designed for higher strokes and lower pressure load or small installation volume.
  • the gas volume may have a closable opening, via which the pressure can be adjusted. This facilitates the production of the gas volume. Otherwise, the production would have to be done even at a certain pressure.
  • the membrane has at least one bead.
  • the spring properties of the membrane itself and also their strength properties can be significantly influenced.
  • the membrane can thus optimally the individual requirements of the fluid system are adapted.
  • the damper with comparable volume can have even more damping volume, or alternatively be built smaller.
  • the beads may have different height and / or a different course and / or a different cross-section. In this way one can achieve an asymmetrical spring stiffness of the membrane depending on the load direction.
  • the beads can also be shaped so that the maximum stress does not occur at the edge of the membrane, and the mechanical stresses are distributed as evenly as possible over the surface of the membrane. Furthermore, the entire material bandwidth in the tensile and compressive stress range can be used by a corresponding membrane design.
  • the membrane has at least one stop area which comes into contact with a maximum deflection of the membrane with a counter surface.
  • the maximum deflection is chosen so that damage to the membrane, such as a plastic deformation, are just avoided.
  • the mating surface is formed on the housing, on a separate stop member, and / or on a further membrane.
  • the overload protection can therefore be realized in various very simple and inexpensive ways.
  • the stop surface on the housing can be made for example by deep drawing, which is very simple and inexpensive.
  • a separate stop member is inexpensive, with different stop members can be provided for a same damper, so that the same device can be easily adapted to different conditions of use.
  • the stop surface on another membrane in turn saves space.
  • the enclosed gas volume be reduced by a filling area.
  • This filling area can also be formed by the stop member (this then acts as a "filler") or a housing portion.
  • the spring stiffness of the device can be increased by reducing the gas volume.
  • the membrane may be thinner, resulting in good dynamics and small size.
  • an advantageous embodiment of the device according to the invention is that the gas volume is limited by at least two membranes which are clamped in the region of their edges. Such a pressure damper builds comparatively flat. All the more so, when the membranes are substantially parallel. It is basically of course conceivable that the gas volume is introduced into the space lying between the two membranes when they are joined, so that it is possible to dispense with a filling opening.
  • the edges of the two membrane are sealed together and clamped radially inwardly of the sealing line.
  • the connection is made by a weld, is prevented by this embodiment of the device according to the invention that the welds must withstand additional mechanical forces.
  • the sealing connection thus serves only for sealing and does not have to take on other tasks and can thus fulfill particularly high tightness requirements safely. For the evaluation of the durability of the pressure damper according to the invention so only the membranes themselves must be considered.
  • the clamping has a structural elasticity.
  • elasticity which is "constructively wanted”.
  • a retaining ring made of a rubber-elastic material may be used, or a metal support may be used which has a spring portion.
  • the clamping can attack at any location of the membrane, but particularly favorable is an approach in the region of a median plane of the two membranes.
  • the installation space of the device according to the invention is particularly small if the working space of the two membranes is subdivided into two fluid areas which communicate with one another by a fluid connection.
  • An annular spacer between the two membranes simply defines or increases the trapped volume of gas. In this case, it is inexpensive possible to form the fluid connection, which connects the two fluid areas of the working space with each other, in the spacer.
  • the device is integrated in a housing of a fuel pump.
  • the benefits of the invention are particularly noticeable, since such a fuel pump is usually to build very small.
  • Damping device can be accommodated in a particularly space-saving, if the working space comprises an annular space and the gas volume is also annular. It is particularly advantageous if the working space and the gas volume are arranged on a cylinder of a fuel pump at least approximately coaxially with the cylinder axis.
  • the pressure damper so to speak surrounds the cylinder and the existing in this piston, which additionally causes a noise attenuation.
  • the gas volume be arranged in the manner of a spiral in the annular space, wherein the spiral and the annular space are at least approximately coaxial.
  • a spiral results in a large deformation surface, which contributes to a particularly effective pulsation damping.
  • the effective area of the gas volume can be further increased if the spiral gas volume extends helically in the axial direction of the working space.
  • a further preferred embodiment of the device according to the invention is characterized in that the gas volume is filled with helium. This facilitates the detection of leakage.
  • the membrane is made of a strip material which has residual stresses. Such residual stresses lead during the forming process to a flat distortion, so that the material is discarded in the formed state.
  • This can now be used specifically for the simplification of the production of the membrane can, especially if it has at least one bellows section: Due to the delay namely a targeted separation of the non-pressurized state flat contiguous areas of the membrane is no longer required. The safe evacuation of the membrane and filling of the gas volume, for example with helium is therefore easy and reliable possible.
  • the order of assembly can be as follows: First, the individual sections ("segments") of the membrane are placed on top of each other and in a welding device "Stacked”. After closing the welding device whose interior is evacuated and filled with filling gas, such as helium, with a desired pressure. In this phase, the distorted membrane sections ensure that the filling gas flows safely into all cavities. Then the individual sections are pressed together and welded together.
  • filling gas such as helium
  • the membrane comprises at least one bead section and at least one bellows section. This allows the combination of the advantages of both versions.
  • the membrane has at its radially outer edge a fastening portion which extends approximately parallel to the central axis and is secured to the housing. In this way, the entire inner diameter of the housing can be used hydraulically effective, which minimizes the required space and reduces costs.
  • the device comprises a clamping device which acts on the mounting portion radially against the housing.
  • the clamping device may be formed, for example, as a clamping ring. It relieves the attachment of the membrane to the housing.
  • FIG. 1 carries a fuel system of an internal combustion engine overall the reference numeral 10.
  • the internal combustion engine itself is not shown in detail.
  • the fuel system 10 includes a fuel tank 12 from which an electric fuel pump 14 delivers fuel to a low pressure fuel line 16.
  • the low pressure fuel line 16 leads to a high-pressure fuel pump 18, which is shown symbolically dash-dotted lines.
  • the high-pressure fuel pump 18 comprises a delivery chamber 20, which from a in FIG. 1 Piston not shown is limited. The piston is displaced by a drive shaft, also not shown, in a reciprocating motion. The drive shaft in turn is driven by the camshaft, again not shown, of the internal combustion engine.
  • the high-pressure fuel pump 18 further comprises an inlet valve 22, which is designed as a check valve. Further, an outlet valve 24 is provided, which is also formed by a check valve.
  • the high pressure fuel pump 18 compresses the fuel to a very high pressure and delivers into a fuel rail 26 ("rail"). In this the fuel is stored under high pressure.
  • a fuel rail 26 (“rail"). In this the fuel is stored under high pressure.
  • a plurality of fuel injectors 28 are connected to the fuel manifold 26 . These inject the fuel directly into each associated combustion chambers 30 a.
  • a quantity control valve 32 is provided in order to adjust the delivery rate of the high-pressure fuel pump 18 independently of the rotational speed of the drive shaft. This is actuated by a magnetic actuator 33, which in turn is driven by a control and device, not shown.
  • the quantity control valve 32 is designed such that during a delivery stroke of the high-pressure fuel pump 18, the inlet valve 22 can be forcibly opened. As a result, the fuel under pressure in the delivery chamber 20 is not in the fuel rail 26, but back into the low-pressure fuel line 16th promoted.
  • the corresponding switching position of the quantity control valve 32 bears the reference numeral 34.
  • annular spacer 46 is arranged between the bottom portion 44 of the lower part 38 of the housing and the upper part 40 of the housing. It is welded on welds 48a and 48b firmly on the one hand with the bottom portion 44 of the lower part 38 of the housing and on the other hand with the upper part 40 of the housing.
  • annular holding portion 52 extending radially inwards on the spacer 46, two circular membranes 54a and 54b are provided which are generally circular in plan view. The attachment is made by circumferential welds 57a and 57b at the outermost edge of the membranes 54a and 54b (see. FIG. 3 ).
  • the two membranes 54a and 54b are thin-walled and made of metal, preferably stainless steel.
  • a gas volume 58 is enclosed.
  • the gas is introduced through a channel 60 provided in the annular spacer 46 (see FIG. FIG. 2 ). After the introduction of the gas into the volume 58 between the two membranes 54a and 54b, the channel 60 is closed by a ball 62.
  • the entire area between the bottom portion 44, the upper part 40 of the housing, and the spacer 46 forms a working space 66.
  • the gas volume 58 is thus arranged within the working space 66.
  • a first fluid region 64 of the working space 66 is formed between the bottom portion 44 of the lower part 38 of the housing and the lower diaphragm 54 b. Between the upper part 40 of the housing and the upper diaphragm 54a, a second fluid region 68 of the working space 66 is formed. Both fluid regions 64 and 68 may communicate with each other through a channel 70 in the annular spacer 46.
  • the two membranes 54a and 54b are of identical construction (for reasons of clarity, in FIG. 3 all the reference numerals for the upper diaphragm 54a only): At their radially outer edge they have a radially extending holding portion 72 with which they are welded to the annular spacer 54b. From the holding portion 72 of the diaphragm, a spring portion 74 bends at an angle of about 80 °. The spring portion 74 thus extends approximately in the axial direction. On the spring portion 74, in turn, a radially extending bead portion 76 is integrally formed. This is characterized by a plurality of extending beads 78. The beads 78 run concentrically about the central axis 41 of the pressure damper 36. A central region of the two membranes 54a and 54b is flat. The corresponding region in the membrane 54a is referred to as a stopper portion 80a, the corresponding area on the membrane 54b as a counter-surface 80b (see. FIG. 2 ).
  • the distance between the two diaphragms 54a and 54b and the sections 54a or 40 of the housing adjacent to them is so great that, even in the idle state, that is to say with a pressureless fuel system, a contact of the two diaphragms 54a and 54b with the corresponding sections 40 and 44 of the housing is excluded.
  • Such a limitation of the "stroke" of the membranes is possible by the use of metal as a membrane material.
  • the distance of the membranes 54 a and 54 b from the housing 40 and 44 is selected so that at a system pressure, for example, less than 100 kPa in case of pressure undershoot the membranes 54 a and 54 b, the housing 40 and 44 do not touch.
  • a system pressure for example, less than 100 kPa in case of pressure undershoot the membranes 54 a and 54 b, the housing 40 and 44 do not touch.
  • the two diaphragms 54a and 54b are moved toward each other.
  • the pressure in the gas volume 58 on the one hand and the stiffness of the two diaphragms 54a and 54b are chosen so that at normal operating pressure in the low-pressure fuel line 16, that is approximately between 0.5 and 8 bar, a contact of the two membranes 54a and 54b does not take place with each other. Pressure fluctuations can thus be easily absorbed in this normal operating range of the fuel system 10 by a corresponding movement of the two membranes 54a and 54b and a compression of the gas volume 58 and thereby damped.
  • the abutment portion 80a of the diaphragm 54a and the counter-surface 80b engage the diaphragm 54b.
  • the two membranes 54a and 54b can thus no longer move, so that an overload of the two membranes 54a and 54b can be excluded.
  • the stopper portion 80a and the mating surface 80b are machined flat or crowned.
  • the characteristic of the pressure damper 36 can also be influenced by the height of the annular spacer 46. This height in particular has an influence on the pressure at which the two diaphragms 54a and 54b come into contact with each other.
  • the internal volume can also be reduced in a targeted manner. Thereby, the effectiveness of the air spring formed by the enclosed gas volume 58 can be further increased.
  • the shape of the beads 78 and their number plays an essential role in the properties of the pressure damper 36.
  • a number of three to six beads with different bead height proved to be advantageous.
  • the bead height can vary between +/- 0.15 and 2 mm.
  • the bead may be circular, sinusoidal or spline-shaped.
  • the shape of the beads 78 and the design of the spring portion 74 ensures that the maximum stresses do not occur at the outermost edge of the two membranes 54a and 54b, but are largely evenly distributed over the diameter of the two membranes 54a and 54b.
  • FIGS. 4 and 5 and 6 are referred to.
  • a second embodiment of a pressure damper 36 is shown.
  • Such areas and elements which have equivalent functions to areas and elements of the Figures 2 and 3 illustrated embodiment, the same reference numerals. They are not explained again in detail.
  • FIGS. 4 and 5 represent pressure damper no spacer is no longer available. Instead, the top 40 and the bottom portion 44 of the housing are directly welded together. The corresponding weld bears the reference numeral 48. Accordingly, the two holding portions 72a and 72b of the two membranes 54a and 54b are welded directly together (weld seam 57).
  • FIG. 5 An in FIG. 5 only shown in dashed lines fluid connection 70, which is formed by regional breakthroughs in the clamping rings 82 and 84, the two fluid portions 64 and 68 of the working space 66 are fluidly connected to each other.
  • the openings 70 must be chosen so that the two membranes 54a and 54b are charged approximately equally.
  • FIG. 6 shows the lower membrane 54b schematically in detail.
  • A is the depth of the diaphragm 54b, it corresponds to the maximum possible stroke.
  • B denotes a transition region, and C the height of the sinking of the membrane 54b.
  • FIG. 7 is a partial section through a fuel pump shown as high-pressure fuel pump 18, for example, in the in FIG. 1 shown fuel system 10 is used. It can be seen a cylinder housing 92 with a piston 88 which limits the delivery chamber 20.
  • the quantity control valve 32 can be seen in the upper region of the fuel pump 18.
  • the outlet valve 24 is located in the left area.
  • the inlet valve 22 is formed as a spring-loaded plate valve, which can be forced by a plunger (not numbered) of the quantity control valve 32 during a delivery stroke of the piston 88 forcibly in an open position.
  • a circumferential step 94 is incorporated in the outer boundary surface of the cylinder housing 92. About this a housing sleeve 96 is pushed. By the revolving stage 94 and the Housing sleeve 96 is created around the cylinder central axis 90 annular space 66. This communicates on the one hand via a channel 100 with a low-pressure inlet 102 of the fuel pump 18. On the other hand, it communicates via a channel 104 with a pressure relief groove 106, which in a cylinder bore 108 in which the piston 88 is guided, is present.
  • annular space 66 In the annular space 66, two annular peripheral membranes 54a and 54b are arranged. Whose outer edges are welded via welds 57a to 57d on the one hand with the cylinder housing 92 and the other with the housing sleeve 96. This creates two separate gas volumes 58a and 58b. Between these there is a fluid region 64 of the working space 66, which in particular communicates via the channel 100 with the low-pressure inlet 102.
  • the annular space 66 and the gas volumes 58a and 58b in this way form a pressure damper 36, which is arranged coaxially with the cylinder central axis 90 of the high-pressure fuel pump 18.
  • FIG. 8 a modified embodiment of such an annular pressure damper 36 is shown.
  • pressure damper 36 carry such elements and areas, which equivalent functions to elements and areas of the in the FIGS. 7 have shown pressure damper 36, the same reference numerals. They are not explained again in detail.
  • the pressure damper 36 which in FIG. 8 is shown, comprises a flattened metal tube 54, which is sealed gas-tight at the ends. Its interior forms a gas volume 58.
  • the metal tube 54a is wound in the working space 66 in a spiral and helical manner coaxially with the central cylinder axis 90. As a result, it is on the one hand with respect to the housing sleeve 96 and the other with respect to the in FIG. 8 upper and lower end surfaces of the working space 66 under a bias and is thereby fixed.
  • FIG. 9 a further variant of a pressure damper 36 is shown.
  • elements and regions which have equivalent functions to elements and regions which have already been explained in connection with the preceding figures bear the same reference numerals. Normally they will not be explained again in detail.
  • the pressure damper 36 shown is in the left half of FIG. 9 differently designed than on the right half. Both devices 36 have in common that they have only a single membrane 54. This is welded in the region of its holding portion 72 in 57 with the upper part 40 of the housing. Unlike the example in the Figures 2 and 3 Membrane has the in FIG. 9 illustrated diaphragm 54 a bellows portion 110 which is disposed between the bead portion 76 and the holding portion 72 and is composed of individual segments 110a to 110d. This bellows portion 110 allows a comparatively large volume change of the gas volume 58 enclosed by the diaphragm 54 and the housing 40.
  • the gas volume 58 is thereby reduced overall in that between the membrane 54 and the upper part 40 of the housing, a packing 112 is attached to the upper part 40 of the housing.
  • a stopper portion 80a extends from the bead portion 76 of the diaphragm 54 to the lower portion 38 of the housing, whereas in the right half of the FIG. 9 the stopper portion 80a extends toward the packing 112.
  • Lower part 38 of the housing as a counter surface 80b for the stopper portion 80a.
  • the gas volume 58 trapped by the membrane 54 is filled with helium. This is under an overpressure, which corresponds to approximately half of the maximum operating pressure, minus the pressure increase caused by the compression of the diaphragm 54.
  • a magnetic metal material is used for the membrane 54.
  • the pressure damper 36 acts similarly as a "dust catcher", because through them magnetic dirt particles are trapped from the fluid and their distribution in the fluid system 10 is prevented.
  • FIG. 10 shown An alternative to this is in FIG. 10 shown.
  • the in FIG. 10 shown pressure damper 36 differs from that in FIG. 9 shown by the fact that instead of a separate packing 112 in the upper part 40 of the housing, a deep-drawn section 112 is present, which on the one hand reduces the trapped gas volume 58 and on the other has the counter surface 80b, which cooperates with the stopper portion 80a of the diaphragm 54.
  • FIG. 11 again shows an embodiment in which a separate filler body 112 is present, which is not hollow, but solid and, moreover, in a the stopper portion 80a of the diaphragm 54 facing portion 116 has a smaller diameter.
  • the contour of the filling body 112 of FIG. 11 something adapted to the contour of the membrane 54, so that the corresponding gas volume 58 is particularly low.
  • FIG. 12 an embodiment is shown in which two membranes 54a and 54b are present, corresponding to, for example, the in FIG. 4 shown embodiment of a pressure damper 36.
  • FIG. 12 In contrast to FIG. 4 is at the in FIG. 12
  • the in FIG. 12 shown pressure damper has - analogous to that in the FIGS. 4 and 5 shown - upper and lower clamping rings 82 and 84, which, however, in figure 12 are shown only schematically.
  • the hydraulically effective area of the membranes 54a and 54b is maximized, which can be used to reduce the overall size of the pressure damper 36.
  • the clamping rings 82 and 84 are supported by spring portions 118 and 120 on the upper part 40 and on the lower part 38 of the housing. In this way, manufacturing tolerances of the membranes 54a and 54b can be compensated.
  • a disc-shaped retaining ring 122 is clamped, which has a central opening 124.
  • a two-part packing 112 is inserted, and the retaining ring 122 is clamped between the two halves 112a and 112b of the packing 112.
  • a circumferential groove is present, into which the edge of the opening 124 of the retaining ring 122 engages.
  • a one-piece design of the retaining ring 122 with the packing 112 is conceivable.
  • FIG. 13 Yet another variant of a pressure damper 36 is in FIG. 13 shown.
  • this pressure damper 36 no filler is present, so that this device is constructed similar to those in the FIGS. 4 and 5 is shown.
  • the differences relate in particular to the clamping rings 82 and 84, with which the membranes 54a and 54b are held on the housing 40 and 38:
  • the clamping rings 82 and 84 have cantilevered spring portions, wherein a spring portion 118a and 120a, the membranes 54a and 54b in FIG. 13 positioned in the vertical direction, whereas a spring portion 118b and 120b, the two membranes 54 and 56 in FIG. 13 positioned or centered in the horizontal direction.
  • the spring sections 118a and 120a are formed by individual radially inwardly facing brackets of the two clamping rings 82 and 84, which in the in FIG. 13 shown mounting position against the upper part 40 and the lower part 38 of the housing are biased.
  • the spring sections 118b and 120b are formed by individual radially outwardly acting brackets which abut against the inner circumferential surface of the upper part 40 of the housing 40 and are biased against it.
  • FIG. 14 a further modified embodiment of a pressure damper 36 is shown.
  • a tubular mounting portion 122 is present at the radially outer edge of the bead portion 76, which extends approximately parallel to the central axis 41 of the pressure damper 36 and is welded in its edge 57 with the housing 40.
  • the membrane 54 is attached directly to the housing 40, which saves otherwise required additional designs.
  • the pressure damper 36 in FIG. 14 a clamping ring 124, which presses the mounting portion 122 from radially inwardly against the housing 40.
  • the weld 57 is mechanically relieved.
  • the radially maximum outer weld 57 allows the use of the entire inner diameter of the housing 40 as a hydraulically effective diameter. This lowers the manufacturing costs.
  • the gas volume 58 can be established either during the production of the weld seam 57 (welding in a pressure chamber). Or the working space 66 is subsequently filled via the opening 60, which is then closed by the element 62. The latter can be welded to the housing 40, for example. As in the embodiments of the FIGS. 9 to 11 is also at the in FIG. 14 shown pressure damper 36, the gas volume 58th formed between the diaphragm 54 and the housing 40. This leads to a minimization of the required installation space.

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Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Zum Stand der Technik wird ferner auf die NL-1016384 , US 6,079,450 , die EP 1 342 911 A2 , die EP 0 950 809 A2 , die US 5,794,594 und die US 3,366,144 verwiesen.
  • 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.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
    • Vorteile der Erfindung
  • 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.
  • Eine Membran aus Metall 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.
  • Außerdem ist erfindungsgemäß die Membran und/oder das Gehäuse magnetisch. 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.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
  • Vorteilhaft ist, wenn das Gasvolumen durch ein dünnwandiges und an seinen Enden gasdicht verschlossenes Metallrohr gebildet wird. Dies ist sehr einfach und preiswert zu realisieren.
  • 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.
  • 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 Vergleizh Zum Aubendrück gewälht werden, denn hierdurch kann der ganze mögliche Spannungsbereich (Zug und Druck) des Membranmaterials ausgenutzt werden.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass das Gasvolumen durch mindestens zwei Membranen begrenzt wird, die im Bereich ihrer Ränder eingespannt sind. Ein solcher Druckdämpfer 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Kosten für die erfindungsgemäße Vorrichtung werden reduziert, wenn die beiden Membranen identisch sind.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Wenn das spiralförmige Gasvolumen gegen die Außenwand des Arbeitsraums vorgespannt ist, ergibt sich ohne zusätzliche Teile eine Fixierung des Gasvolumens im Arbeitsraum.
  • Die wirksame Fläche des Gasvolumens kann nochmals erhöht werden, wenn das spiralförmige Gasvolumen schraubenförmig in axialer Richtung des Arbeitsraums verläuft.
  • 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.
  • Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass das Gasvolumen mit Helium gefüllt ist. Dies erleichtert die Detektierung einer Leckage.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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 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
  • In Figur 1 trägt ein Kraftstoffsystem einer Brennkraftmaschine insgesamt das Bezugszeichen 10. Die Brennkraftmaschine selbst ist nicht im Detail dargestellt.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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 mindestens eine Sicke 78 aufweist.
    • Die beschriebene oder beanspruchte Vorrichtung, bei der die Membran 54 mehrere Sicken 78 aufweist, welche unterschiedliche Höhe und/oder einen unterschiedlichen Verlauf und/oder einen unterschiedlichen Querschnitt haben.
    • Die beschriebene oder beanspruchte Vorrichtung, bei der die Membran 54a mindestens einen Anschlagabschnitt 80a aufweist, welcher bei einer maximalen Auslenkung der Membran 54 mit einer Gegenfläche 80b in Anlage kommt.
    • Die beschriebene oder beanspruchte Vorrichtung, bei der die Gegenfläche 80b an dem Gehäuse 40, an einem separaten Anschlagteil 112, und/oder an einer weiteren Membran 54b ausgebildet ist.
    • Die beschriebene oder beanspruchte Vorrichtung, die in ein Gehäuse 92 einer Kraftstoffpumpe 18 integriert ist.
    • Die beschriebene oder beanspruchte Vorrichtung, bei der der Arbeitsraum einen Ringraum 66 umfasst und das Gasvolumen 58 ringförmig ist.
    • Die beschriebene oder beanspruchte Vorrichtung, bei der 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.
    • Die beschriebene oder beanspruchte Vorrichtung, bei der 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.
    • 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.
    • Die beschriebene oder beanspruchte Vorrichtung, bei der Gasvolumen 58 mit Helium gefüllt ist.
    • Die beschriebene oder beanspruchte Vorrichtung, bei der die Membran 36 wenigstens zum Teil aus einem Bandmaterial hergestellt ist, welches Eigenspannungen aufweist.
    • Die beschriebene oder beanspruchte Vorrichtung, bei der die Membran 54 mindestens einen Sickenabschnitt 76 und mindestens einen Faltenbalgabschnitt 110 umfasst.
    • Die beschriebene oder beanspruchte Vorrichtung, bei der 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.
    • Die beschriebene oder beanspruchte Vorrichtung, die eine Spanneinrichtung 124 umfasst, welche den Befestigungsabschnitt 122 radial gegen das Gehäuse 40 beaufschlagt.

Claims (15)

  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 die Membran (54) aus Metall ist und die Membran (54) und/oder das Gehäuse (38, 40) wenigstens bereichsweise magnetisch sind.
  2. Vorrichtung (36) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran durch ein dünnwandiges und an seinen Enden gasdicht verschlossenes Metallrohr (54) begrenzt wird.
  3. Vorrichtung (36) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Außenwand des Arbeitsraums ebenfalls als Membran ausgebildet ist.
  4. Vorrichtung (36) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das eingeschlossene Gasvolumen (58) bei einem Norm-Außendruck einen definierten Druck aufweist, vorzugsweise einen Überdruck.
  5. Vorrichtung (36) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasvolumen (58) eine verschließbare Öffnung (60) aufweist, über die der Druck eingestellt werden kann.
  6. Vorrichtung (36) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das eingeschlossene Gasvolumen (58) durch einen Füllbereich (112) reduziert wird.
  7. Vorrichtung (36) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasvolumen (58) durch mindestens zwei Membranen (54a, 54b) begrenzt wird, die im Bereich ihrer Ränder eingespannt sind (82, 84).
  8. Vorrichtung (36) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranen (54a, 54b) insgesamt im Wesentlichen parallel sind.
  9. Vorrichtung (36) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass 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.
  10. Vorrichtung (36) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ränder der beiden Membranen (54a, 54b) miteinander dicht verbunden und radial einwärts von der Abdichtlinie (57) eingespannt sind (82, 84).
  11. Vorrichtung (36) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspannung (82, 84) über eine konstruktive Elastizität (118, 120) verfügt.
  12. Vorrichtung (36) nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Membranen (54a, 54b) identisch sind.
  13. Vorrichtung (36) nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsraum (66) durch die beiden Membranen (54a, 54b) in zwei Bereiche (64, 68) unterteilt wird, welche durch eine Fluidverbindung (70) miteinander kommunizieren.
  14. Vorrichtung (36) nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Membranen (54a, 54b) ein ringförmiger Abstandshalter (46) vorhanden ist.
  15. Vorrichtung (36) nach den Ansprüchen 12 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidverbindung (70) in dem Abstandshalter ausgebildet ist.
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