DE10016425A1

DE10016425A1 - High performance coil spring has flattened outer edges and adjacent inner edges

Info

Publication number: DE10016425A1
Application number: DE10016425A
Authority: DE
Inventors: Otto Krickau; Gerhard Auweder; Ralf Pfrommer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-04-01
Filing date: 2000-04-01
Publication date: 2001-10-04
Also published as: JP2003529722A; KR20020023221A; BR0105566A; CZ20014267A3; EP1272773A1; WO2001075325A1

Abstract

A high performance coil spring, which provides a large reaction force in a compact space, is wound from a wire cross section with the edges of adjacent windings flattened. The wound coil is further flattened on the outer edges of the windings. The ends of the coils are flattened to butt onto the support faces of the mounting. The flattened adjacent faces ensure that if the windings are compressed they can touch without damaging the windings.

Description

State of the art

Die Erfindung geht von einer Schraubendruckfeder nach der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Eine solche Schrauben druckfeder ist aus der Schrift DE 195 47 424 A1 bekannt. Aus einem Federdraht, der einen kreisrunden Querschnitt auf weist, wird durch Wickeln eine Schraubendruckfeder herge stellt und an ihren Enden abgeflacht. Die Schraubendruckfe der ist in einem Bauteil eines Kraftstoffeinspritzsystems angeordnet und beaufschlagt ein Steuerteil, beispielsweise ein Ventilglied in einem Kraftstoffeinspritzventil. Ein sol ches Ventilglied weist eine Druckfläche auf, die von dem un ter hohem Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagt ist und die durch die so erzeugte hydraulische Kraft entgegen der Kraft der Schraubendruckfeder bewegt werden kann, wodurch das Ventilglied die Kraftstoffeinspritzung in den Brennraum einer Brennkraftmaschine steuert. Da der Kraftstoffdruck im Kraftstoffeinspritzventil, wie es zur Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum einer selbstzündenden Brenn kraftmaschine verwendet wird, mit bis zu 200 MPa sehr hoch ist, wirken auf das Ventilglied große Kräfte, so daß die Schraubendruckfeder eine entsprechend große Gegenkraft auf bringen muß. Da andererseits das Kraftstoffeinspritzventil ebenso wie alle anderen Komponenten des Kraftstoffeinspritz systems kompakt gebaut sein soll, ist eine Schraubendruckfe der nötig, die ein kleines Wickelverhältnis aufweist.The invention relates to a helical compression spring according to the Genus of claim 1. Such screws Compression spring is known from the document DE 195 47 424 A1. Out a spring wire with a circular cross-section has a helical compression spring by winding places and flattened at their ends. The screw pressure that is in a component of a fuel injection system arranged and acted upon a control part, for example a valve member in a fuel injector. A sol ches valve member has a pressure surface that of the un is under high pressure fuel and the counteracted by the hydraulic force generated in this way Force of the helical compression spring can be moved, whereby the valve member fuel injection into the combustion chamber controls an internal combustion engine. Since the fuel pressure in the Fuel injector as it is used to inject Fuel in the combustion chamber of a self-igniting burner engine is used, up to 200 MPa very high is act on the valve member large forces, so that Helical compression spring on a correspondingly large counterforce must bring. Because, on the other hand, the fuel injector just like all other components of the fuel injection systems should be compact, is a screw pressure the necessary, which has a small winding ratio.

Der bisher verwendete Runddraht weist dabei den Nachteil auf, daß die Scherspannungen am inneren Bereich des Feder drahts der Schraubendruckfeder bei Druckbeanspruchung rela tiv groß werden, was eine Verkleinerung des Durchmessers der Schraubendruckfeder unter einen bestimmten Wert unmöglich macht. Aus der Schrift DE 195 47 102 A1 ist eine Schrauben druckfeder bekannt, die aus einem Runddraht gefertigt ist, jedoch wird die Schraubendruckfeder nach dem Wickeln außen etwas abgeschliffen. Dadurch erreicht man bei geringerem Durchmesser nahezu die gleiche Federkonstante, da der äußere Bereich der Schraubendruckfeder keine großen Spannungen er fährt und somit kaum etwas zur gesamten Steifigkeit der Schraubendruckfeder beiträgt, jedoch bleibt der Nachteil, daß die Spannungen an der Innenseite der Schraubendruckfeder groß sind. Darüber hinaus hat diese wie alle Runddrahtfedern den Nachteil, daß die Vorspannung der Schraubendruckfeder mit der Zeit nachläßt und damit der Öffnungsdruck des Ven tilgliedes absinkt. Dies kommt dadurch zustande, daß am Ende der Schraubendruckfeder eine ebene, senkrecht zur Längsachse der Schraubendruckfeder ausgerichtete Anlagefläche ausgebil det sein muß. Die letzten beiden Windungen der Schrauben druckfeder kommen so auf einem Teil ihrer Länge aneinander zur Anlage, so daß der Federdraht der vorletzten Windung ei ne Linienberührung zum Federdraht der letzten Windung auf weist. Durch diese Pressung entstehen lokal große mechani sche Spannungen, die in Verbindung mit Relativbewegungen Schwingungsverschleiß der Schraubendruckfeder an dieser Stelle hervorrufen können. Dies führt dort zu einer Abfla chung des Federdrahts, bis eine flächige Berührung der be treffenden Federwindungen erreicht ist. Dadurch verkürzt sich die Schraubendruckfeder etwas, und der Öffnungsdruck des Kraftstoffeinspritzventils sinkt aufgrund der abfallen den Vorspannung der Schraubendruckfeder ab.The round wire previously used has the disadvantage on that the shear stresses on the inner area of the spring wire of the helical compression spring under pressure load rela tiv large, which is a reduction in the diameter of the Helical compression spring below a certain value impossible makes. From the document DE 195 47 102 A1 is a screw compression spring known, which is made of a round wire, however, the coil compression spring becomes outside after winding something sanded. This way you can achieve less Diameter almost the same spring constant as the outer one Area of the helical compression spring no great tension drives and thus hardly anything to the overall rigidity of the Helical compression spring contributes, however, the disadvantage remains that the tension on the inside of the helical compression spring are great. In addition, like all round wire springs the disadvantage that the bias of the helical compression spring decreases with time and thus the opening pressure of the Ven lowering member. This happens because in the end the helical compression spring is flat, perpendicular to the longitudinal axis the contact surface aligned with the helical compression spring must be. The last two turns of the screws compression springs come together over part of their length to the system, so that the spring wire of the penultimate turn ei ne line contact to the spring wire of the last turn has. This pressure creates large mechani locally tensions associated with relative movements Vibration wear of the helical compression spring on this Place. This leads to an abfla of the spring wire until a flat contact of the be hitting spring turns is reached. This shortens the helical compression spring slightly, and the opening pressure the fuel injector drops due to the drop the preload of the helical compression spring.

Aus dem Stand der Technik sind weiterhin Schraubendruckfe dern mit rechteckigem Federdrahtquerschnitt bekannt, bei spielsweise durch die Schrift DE 37 01 016 A. Eine solche Schraubendruckfeder löst zwar das Problem der hohen Pressung und des dadurch abfallenden Öffnungsdrucks bei Kraftstoff einspritzventilen, jedoch ist die mechanische Spannungsver teilung am Federinnendurchmesser ungünstig. Um hohe Spannun gen zu vermeiden muß auch hier darauf geachtet werden, das Wickelverhältnis nicht zu klein zu wählen.Screw pressure are still from the prior art known with a rectangular spring wire cross section, at for example by the document DE 37 01 016 A. Such Helical compression springs solve the problem of high pressure and the resulting drop in fuel opening pressure injectors, however, the mechanical voltage ver division on the inner spring diameter unfavorable. To high voltage to avoid conditions must also be taken into account here Winding ratio should not be chosen too small.

Advantages of the invention

Die erfindungsgemäße Schraubendruckfeder mit den kennzeich nenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, daß aufgrund des optimierten Federdraht querschnitts eine Druckvorspannung der Schraubendruckfeder nicht oder nur unwesentlich durch Verschleiß zwischen den Drahtenden und der daran jeweils anschließenden Windung absinkt und daß die Schraubendruckfeder bei gleichen Außen abmessungen höhere Federkräfte erlaubt als eine Schrauben druckfeder mit kreisrundem Federdrahtquerschnitt. Die einan der zugewandten Seiten des Federdrahts sind zumindest annä hernd parallel zueinander ausgebildete Flächen, so daß an den Enden der Schraubendruckfeder zwischen den Drahtenden und der daran anschließenden Windung des Federdrahts eine flächige Anlage erreicht wird, die Verschleiß und damit ein Absinken des Öffnungsdrucks des Kraftstoffeinspritzventils stark vermindert.The helical compression spring according to the invention with the character nenden features of claim 1 points against it the advantage that due to the optimized spring wire cross-section a compression preload of the helical compression spring not or only insignificantly due to wear between the Wire ends and the subsequent turn drops and that the helical compression spring with the same outside dimensions higher spring forces allowed than a screw compression spring with circular spring wire cross-section. The one the facing sides of the spring wire are at least approx surfaces formed parallel to each other, so that at the ends of the helical compression spring between the wire ends and the subsequent winding of the spring wire flat system is reached, the wear and thus a Decrease in the opening pressure of the fuel injector greatly reduced.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Federdraht der Schraubendruckfeder einen Querschnitt auf, der ausgehend von einem rechteckigen Querschnitt an den Ecken gerundet ist und dessen die Innenseite der Schraubendruckfeder bildende Seite konvex gewölbt ist. Beim Zusammenpressen der Schrau bendruckfeder und zusätzlich durch die Vorspannung treten in der Schraubendruckfeder hauptsächlich Scherspannungen auf, die an der Innenseite der Schraubendruckfeder maximal sind. Aufgrund der großen Kräfte, der die Schraubendruckfeder bei spielsweise in einem Kraftstoffeinspritzventil ausgesetzt ist, treten im Federdraht hohe Scherspannungen auf, die be stimmte Höchstwerte nicht überschreiten dürfen. Deshalb kann die Schraubendruckfeder bei vorgegebenem Öffnungsdruck und Öffnungshub des Ventilgliedes eines Kraftstoffeinspritzven tils eine bestimmte Länge nicht unterschreiten. Durch die erfindungsgemäße Schraubendruckfeder wird aufgrund des ver änderten Querschnitts die maximale Scherspannung reduziert, so daß bei gleicher Länge größere Federkräfte erreichbar sind. Alternativ kann dieser Umstand auch dazu genutzt wer den, bei unveränderten Federkräften und gleicher Federkon stante eine kürzere Schraubendruckfeder herzustellen, so daß sich das Kraftstoffeinspritzventil entsprechend kürzer bauen läßt.In an advantageous embodiment, the spring wire has the helical compression spring has a cross section that starts out is rounded by a rectangular cross section at the corners and its forming the inside of the helical compression spring Side is convex. When pressing the screw together compression spring and additionally due to the preload the helical compression spring mainly has shear stresses, which are maximum on the inside of the helical compression spring. Due to the large forces that the helical compression spring causes exposed for example in a fuel injector is, high shear stresses occur in the spring wire, which be agreed maximum values may not exceed. Therefore can the helical compression spring at a given opening pressure and Opening stroke of the valve member of a fuel injection valve not less than a certain length. Through the helical compression spring according to the invention is due to the ver changed cross-section reduced the maximum shear stress, so that greater spring forces can be achieved with the same length are. Alternatively, this fact can also be used for who that, with unchanged spring forces and the same spring cone to produce a shorter helical compression spring, so that build the fuel injector shorter accordingly leaves.

Um eine Feder mit erfindungsgemäßem Querschnitt zu erhalten, muß ein Draht verwendet werden, der einen etwas davon ver schiedenen Querschnitt aufweist, da sich der Querschnitt des Federdrahtes beim Winden zur Schraubendruckfeder ändert. Beim erfindungsgemäßen Federdraht sind die Seitenflächen, die nach dem Winden der Schraubendruckfeder einander zuge wandt sind, zueinander geneigt ausgebildet. Durch diese Nei gung der Seitenflächen wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß sich die Seitenflächen beim Winden der Schraubendruckfe der zumindest annähernd parallel zueinander ausrichten und dann die oben beschriebenen Vorteile aufweisen, ohne daß ei ne teuere und aufwendige Nachbehandlung der Schraubendruck feder nach dem Winden nötig wäre. In order to obtain a spring with a cross section according to the invention, a wire must be used that ver has different cross section, since the cross section of the Spring wire changes when winding to helical compression spring. In the spring wire according to the invention, the side surfaces which after winding the helical compression spring towards each other are inclined to each other. Through this nei side surfaces is advantageously achieved, that the side surfaces when winding the screw pressure align at least approximately parallel to each other and then have the advantages described above without ei ne expensive and time-consuming post-treatment of screw pressure spring after the winch would be necessary.

Es kann auch vorgesehen sein, die erfindungsgemäße Schrau bendruckfeder an einem anderen Bauteil eines Kraftstoff einspritzsystems einzusetzen. Beispielsweise sind auch in Kraftstoffhochdruckpumpen Steuerteile vorhanden, die hydrau lisch vom Kraftstoffdruck entgegen der Kraft einer Schrau bendruckfeder bewegt werden. Da es hier - wie bei allen Bau teilen des Kraftstoffeinspritzsystems - wichtig ist, mög lichst kompakt und platzsparend zu bauen, kann die erfin dungsgemäße Schraubendruckfeder hier in vorteilhafter Weise eingesetzt werden.It can also be provided the screw according to the invention compression spring on another component of a fuel injection system. For example, in High pressure fuel pump control parts available, the hydrau fuel pressure against the force of a screw compression spring can be moved. Since it is here - as with all construction Share the fuel injection system - important is possible The inventor can build as compact and space-saving as possible inventive helical compression spring here in an advantageous manner be used.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegen standes der Erfindung sind der Zeichnung, der Beschreibung und den Ansprüchen entnehmbar.Further advantages and advantageous configurations of the counter State of the invention are the drawing, the description and removable from the claims.

drawing

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer erfin dungsgemäßen Schraubendruckfeder dargestellt. Es zeigt dieIn the drawing, an embodiment of an invented illustrated helical compression spring. It shows the

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Kraftstoffeinspritz ventil mit einer erfindungsgemäßen Schraubendruckfeder, Fig. 1 shows a longitudinal section through a fuel injection valve with an inventive helical compression spring,

Fig. 2 eine Vergrößerung des in Fig. 1 dargestellten Kraftstoffeinspritzventils im ventilgliednahen Bereich des Federraums, Fig. 2 is an enlargement of the fuel injection valve shown in Fig. 1 in the valve member near the area of the spring chamber,

Fig. 3 einen Querschnitt durch den Federdraht der Schraubendruckfeder und Fig. 3 shows a cross section through the spring wire of the helical compression spring and

Fig. 4 einen Querschnitt durch den Federdraht vor dem Winden der Schraubendruckfeder. Fig. 4 shows a cross section through the spring wire before winding the helical compression spring.

Description of the embodiment

In Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch ein Kraftstoffein spritzventil 1 dargestellt, wie es zur Einspritzung von Kraftstoff direkt in den Brennraum einer Brennkraftmaschine verwendet wird, vorzugsweise einer selbstzündenden Brenn kraftmaschine. Ein Ventilhaltekörper 3 ist unter Zwischenla ge einer Zwischenscheibe 9 mittels einer Spannmutter 15 ge gen einen Ventilkörper 12 in axialer Richtung verspannt. Im Ventilkörper 12 ist eine Bohrung 17 ausgebildet, an deren dem Brennraum zugewandten Ende ein Ventilsitz 24 ausgebildet ist. Im Ventilsitz 24 ist wenigstens eine Einspritzöffnung 26 ausgebildet, die die Bohrung 17 mit dem Brennraum verbin det. In der Bohrung 17 ist ein Ventilglied 20 angeordnet, das sich dem Brennraum zu unter Bildung einer Druckschulter 21 verjüngt und am brennraumseitigen Ende in eine Ventil dichtfläche 22 übergeht, die mit dem Ventilsitz 24 zusammen wirkt und so die Verbindung der Einspritzöffnung 26 zur Boh rung 17 steuert.In Fig. 1 is a longitudinal section through a fuel injection valve 1 is shown as it is used for the injection of fuel directly into the combustion chamber of an internal combustion engine, preferably an auto-ignition internal combustion engine. A valve holding body 3 is interposed between intermediate ge a washer 9 by means of a clamping nut 15 ge against a valve body 12 in the axial direction. A bore 17 is formed in the valve body 12 and a valve seat 24 is formed on the end facing the combustion chamber. In the valve seat 24 , at least one injection opening 26 is formed which connects the bore 17 to the combustion chamber. In the bore 17 , a valve member 20 is arranged, which tapers the combustion chamber to form a pressure shoulder 21 and merges at the combustion chamber end into a valve sealing surface 22 , which cooperates with the valve seat 24 and thus the connection of the injection opening 26 to Boh tion 17th controls.

Im Bereich der Druckschulter 21 ist durch eine radiale Er weiterung der Bohrung 17 ein Druckraum 18 gebildet, der sich dem Ventilsitz 24 zu als ein das Ventilglied 20 umgebender Ringkanal fortsetzt. Der Druckraum 18 ist über einen Zulauf kanal 5, der im Ventilkörper 12, der Zwischenscheibe 9 und dem Ventilhaltekörper 3 verläuft, mit einem Hochdruckan schluß 11 verbunden. Über eine in der Zeichnung nicht darge stellte Kraftstoffhochdruckquelle kann Kraftstoff unter ho hem Druck in den Hochdruckanschluß 11 eingefüllt werden, so daß der Kraftstoff über den Zulaufkanal 5 bis in den Druck raum 18 fließt. Dabei kann es vorgesehen sein, daß im Zu laufkanal 5 ein Kraftstoffilter 7 angeordnet ist, das Schwebstoffe und Schmutzpartikel aus dem Kraftstoff heraus filtert und so die einwandfreie Funktion des Kraftstoffein spritzventils 1 sicherstellt.In the area of the pressure shoulder 21 , a radial expansion of the bore 17 forms a pressure chamber 18 which continues to the valve seat 24 as an annular channel surrounding the valve member 20 . The pressure chamber 18 is connected via an inlet channel 5 , which extends in the valve body 12 , the washer 9 and the valve holding body 3 , with a high pressure connection 11 . Via a fuel high-pressure source not shown in the drawing, fuel can be filled under high pressure into the high-pressure connection 11 , so that the fuel flows through the inlet channel 5 into the pressure chamber 18 . It can be provided that a fuel filter 7 is arranged in the running channel 5 , which filters suspended matter and dirt particles out of the fuel and thus ensures the proper functioning of the fuel injector 1 .

Das Ventilglied 20 geht dem Brennraum abgewandt in einen Fe derteller 30 über, der in der Zwischenscheibe 9 angeordnet ist und bis in einen im Ventilhaltekörper 3 ausgebildeten Federraum 32 ragt. Im Federraum 32 ist eine Schraubendruck feder 40 angeordnet, die unter Vorspannung zwischen dem Fe derteller 30 und der dem Ventilglied 20 abgewandten Stirn seite des Federraums 32 angeordnet ist. Der Federraum 32 ist dabei über einen Ablaufkanal 34 mit einem in der Zeichnung nicht dargestellten Kraftstoffablaufsystem verbunden. Durch die Kraft der Vorspannung drückt die Schraubendruckfeder 40 den Ventilteller 30 in Richtung des Brennraums und damit auch das Ventilglied 20 mit der Ventildichtfläche 22 gegen Ventilsitz 24. Hierdurch wird die Einspritzöffnung 26 ver schlossen, und es kann kein Kraftstoff aus dem Druckraum 18 zur Einspritzöffnung 26 und von dort in den Brennraum gelan gen.The valve member 20 goes away from the combustion chamber in a Fe derteller 30 , which is arranged in the intermediate plate 9 and protrudes into a spring chamber 32 formed in the valve holding body 3 . In the spring chamber 32 , a helical compression spring 40 is arranged, which is arranged under prestress between the spring derteller 30 and the end face of the spring chamber 32 facing away from the valve member 20 . The spring chamber 32 is connected via a drain channel 34 to a fuel drain system, not shown in the drawing. The helical compression spring 40 presses the valve disk 30 in the direction of the combustion chamber and thus also the valve member 20 with the valve sealing surface 22 against the valve seat 24 due to the force of the preload. As a result, the injection opening 26 is closed ver, and no fuel can gelan from the pressure chamber 18 to the injection opening 26 and from there into the combustion chamber.

Die Funktionsweise des Kraftstoffeinspritzventils ist wie folgt: Über den Hochdruckanschluß 11 wird Kraftstoff unter hohem Druck aus der in der Zeichnung nicht dargestellten Kraftstoffhochdruckquelle in den Zulaufkanal 5 und damit auch in den Druckraum 18 eingeführt. Durch den steigenden Kraftstoffdruck ergibt sich eine hydraulische Kraft auf die Druckschulter 21 des Ventilgliedes 20, welche hydraulische Kraft entgegen der Kraft der Schraubendruckfeder 40 gerich tet ist. Da die Schraubendruckfeder 40 unter Vorspannung im Federraum 32 angeordnet ist, ist ein bestimmter Öffnungs druck erforderlich, damit die hydraulische Kraft auf die Druckschulter 21 größer wird als die Kraft der Schrauben druckfeder 40. Ist dieser Öffnungsdruck im Druckraum 18 er reicht, bewegt sich das Ventilglied 20 vom Brennraum weg, bis es an einer in der Zwischenscheibe 9 ausgebildeten An schlagfläche zur Anlage kommt. Dadurch hebt auch die Ventil dichtfläche 22 vom Ventilsitz 24 ab, und die Einspritzöff nung 26 wird mit dem Druckraum 18 verbunden, so daß Kraft stoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Das Ende der Einspritzung erfolgt dadurch, daß kein Kraftstoff mehr aus dem Kraftstoffhochdrucksystem in den Zu laufkanal 5 eingeführt wird und so der Kraftstoffdruck im Druckraum 18 abfällt, bis die hydraulische Kraft auf die Druckschulter 21 kleiner wird als die Kraft der Schrauben druckfeder 40. Das Ventilglied 20 wird nun wieder durch die Kraft der Schraubendruckfeder 40 in Richtung auf den Brenn raum bewegt, bis die Ventildichtfläche 22 am Ventilsitz 24 zur Anlage kommt und die Einspritzöffnung 26 verschließt.The operation of the fuel injection valve is as follows: Fuel is introduced under high pressure from the high-pressure fuel source (not shown in the drawing) into the inlet channel 5 and thus also into the pressure chamber 18 via the high-pressure connection 11 . The increasing fuel pressure results in a hydraulic force on the pressure shoulder 21 of the valve member 20 , which hydraulic force is directed against the force of the helical compression spring 40 . Since the helical compression spring 40 is arranged under prestress in the spring chamber 32 , a certain opening pressure is required so that the hydraulic force on the pressure shoulder 21 is greater than the force of the helical compression spring 40 . If this opening pressure in the pressure chamber 18 it extends, the valve member 20 moves away from the combustion chamber until it striking face at a recess formed in the intermediate plate 9 to comes to rest. This also lifts the valve sealing surface 22 from the valve seat 24 , and the injection opening 26 is connected to the pressure chamber 18 , so that fuel is injected into the combustion chamber of the internal combustion engine. The end of the injection takes place in that no more fuel is introduced from the high-pressure fuel system into the running channel 5 and the fuel pressure in the pressure chamber 18 drops until the hydraulic force on the pressure shoulder 21 becomes smaller than the force of the compression spring 40 . The valve member 20 is now moved again by the force of the helical compression spring 40 in the direction of the combustion chamber until the valve sealing surface 22 comes to rest on the valve seat 24 and closes the injection opening 26 .

In Fig. 2 ist eine Vergrößerung des in Fig. 1 dargestell ten Kraftstoffeinspritzventils im brennraumnahen Bereich des Federraums 32 gezeigt, und Fig. 3 zeigt einen vergrößerten Querschnitt des Federdrahts der Schraubendruckfeder 40.In Fig. 2 is an enlargement of the shown dargestell th in Fig. 1 fuel injector in the combustion chamber region close to the spring chamber 32, and Fig. 3 shows an enlarged cross section of the spring wire of the helical compression spring 40.

Die Schraubendruckfeder 40 wird unter anderem charakteri siert durch den mittleren Windungsdurchmesser D_s. Bei kreis rundem Drahtquerschnitt ist der Windungsdurchmesser D_s defi niert durch den Durchmesser der durch die Kreismittelpunkte gebildeten Helix. Diese Definition ist bei der vorliegenden Querschnittsform des Federdrahts nicht möglich, so daß statt des Kreismittelpunkts der Flächenschwerpunkt S des Feder drahtquerschnitts verwendet wird.The helical compression spring 40 is characterized, inter alia, by the mean winding diameter D _s . In the case of a circular wire cross section, the winding diameter D _{s is} defined by the diameter of the helix formed by the center of the circle. This definition is not possible in the present cross-sectional shape of the spring wire, so that instead of the center of the circle the center of gravity S of the spring wire cross-section is used.

Eine weitere charakteristische Größe ist das Wickelverhält nis w_s der Schraubendruckfeder 40. Dieses ist bei kreisrun dem Querschnitt des Federdrahts definiert durch den Quotien ten aus Windungsdurchmesser D_s und Federdrahtdurchmesser. Auch diese Definition muß beim vorliegenden Federdrahtquer schnitt modifiziert werden, so daß das Wickelverhältnis w_s hier definiert ist durch den Quotienten aus dem halben Win dungsdurchmesser D_s/2 und dem Schwerpunktsabstand a_si des Flächenschwerpunkts S von der Innenfläche 46 der Schrauben druckfeder 40:
Another characteristic variable is the winding ratio w _{s of} the helical compression spring 40 . At circular the cross section of the spring wire is defined by the quotient of the winding diameter D _s and the spring wire diameter. This definition must also be modified in the present spring wire cross-section so that the winding ratio w _s is defined here by the quotient of half the winding diameter D _s / 2 and the center of gravity distance a _{si of} the center of gravity S from the inner surface 46 of the compression spring 40 :

Je kleiner der Windungsdurchmesser D_s und je größer der Schwerpunktsabstand a_si, desto kleiner ist das Wickelver hältnis w_s und desto größer ist die Federkonstante K der Schraubendruckfeder 40. Die Federkonstante K charakterisiert die Steifigkeit der Schraubendruckfeder 40 und ist definiert durch das Verhältnis der parallel zur Längsachse 48 auf die Stirnseite der Schraubendruckfeder 40 wirkenden Kraft F und der zugehörigen Längenänderung l der Schraubendruckfe der 40:
The smaller the winding diameter D _s and the larger the center of gravity distance a _si , the smaller the winding ratio w _s and the larger the spring constant K of the helical compression spring 40 . The spring constant K characterizes the rigidity of the helical compression spring 40 and is defined by the ratio of the force F acting parallel to the longitudinal axis 48 on the end face of the helical compression spring 40 and the associated change in length l of the helical compression spring 40 :

Die Federkonstante K ist bei rein elastischer Verformung und bei kleinen Längenänderungen l unabhängig von der einwir kenden Kraft F ("Hooke'sches Gesetz") und hängt bei gegebe ner Geometrie der Schraubendruckfeder 40 nur vom verwendeten Material des Federdrahts ab. Da ein Kraftstoffeinspritzven til 1, wie es weiter oben beschrieben ist, aufgrund der zu optimierenden Verbrennungsbedingungen in der Brennkraftma schine mit einem sehr hohen Kraftstoff druck einspritzt, tre ten im Kraftstoffeinspritzventil 1 Drücke von bis zu 200 MPa auf. Um einen hohen Öffnungsdruck des Kraftstoffeinspritz ventils zu erreichen, muß die Schraubendruckfeder 40 folg lich eine sehr hohe Federkraft F aufbringen, um den hohen hydraulischen Kräften widerstehen zu können. Je nach Durch messer des Ventilglieds sind deshalb Federkonstanten von et wa 100 bis 300 N/mm nötig. Um dies zu erreichen, müssen die Schraubendruckfedern ein sehr kleines Wickelverhältnis w_s aufweisen, das im Bereich von 2 bis 3 liegt. Der Abstand von Innen- zur Außenseite des Federdrahts beträgt etwa 2 bis 7 mm. Als Material für die Schraubendruckfeder 40 wird auf grund der hohen Federkonstanten K Metall verwendet, vorzugs weise Federstahl. Bei deutlich niedrigeren Kräften auf die Schraubendruckfeder 40 und entsprechend kleinerer Federkon stanten K ist es auch möglich, die Schraubendruckfeder 40 nicht aus Metall zu fertigen, sondern beispielsweise aus ei nem Kunststoff.The spring constant K is with purely elastic deformation and with small changes in length l independent of the acting force F ("Hooke's law") and depends on the geometry of the helical compression spring 40 only depending on the material used for the spring wire. Since a fuel injection valve 1 , as described further above, injects fuel at a very high fuel pressure due to the combustion conditions to be optimized in the internal combustion engine, pressures of up to 200 MPa occur in the fuel injection valve 1 . In order to achieve a high opening pressure of the fuel injection valve, the helical compression spring 40 consequently has to apply a very high spring force F in order to be able to withstand the high hydraulic forces. Depending on the diameter of the valve member, spring constants of around 100 to 300 N / mm are therefore necessary. To achieve this, the helical compression springs must have a very small winding ratio w _s , which is in the range from 2 to 3. The distance from the inside to the outside of the spring wire is about 2 to 7 mm. Due to the high spring constants, K metal is used as the material for the helical compression spring 40 , preferably spring steel. With significantly lower forces on the helical compression spring 40 and correspondingly smaller spring constants K, it is also possible not to manufacture the helical compression spring 40 from metal but, for example, from a plastic.

Die Schraubendruckfeder 40 weist eine Windungshöhe H auf, die definiert ist als der in Richtung der Längsachse 48 der Schraubendruckfeder 40 gemessene Abstand der Flächenschwer punkte S zweier aufeinander folgender Windungen des Feder drahts. Die Windungshöhe H ist im mittleren Bereich der Schraubendruckfeder 40 zumindest annähernd konstant. Um an der Stirnfläche der Schraubendruckfeder 40 eine plane Anla gefläche zu erreichen, wird zum Ende der Schraubendruckfeder 40 hin die Windungshöhe H reduziert, bis der Federdraht am Federdraht der vorhergehenden Windung anliegt. Ab diesem Fe deranlagepunkt 50 erfolgt noch etwa eine weitere volle Win dung des Federdrahts. Dieser wird anschließend abgeschlif fen, um eine zur Längsachse 48 der Schraubendruckfeder 40 senkrechte Anlagefläche zu erreichen.The helical compression spring 40 has a winding height H, which is defined as the measured distance in the direction of the longitudinal axis 48 of the helical compression spring 40 of the centroid S of two successive turns of the spring wire. The winding height H is at least approximately constant in the central region of the helical compression spring 40 . In order to achieve a flat contact surface on the end face of the helical compression spring 40, the turn height H is reduced towards the end of the helical compression spring 40 until the spring wire bears against the spring wire of the previous turn. From this Fe deranlagepunkt 50 is still about another full win of the spring wire. This is then sanded to achieve a perpendicular to the longitudinal axis 48 of the helical compression spring 40 contact surface.

Durch die Anlage der Seitenfläche 42 der letzten Windung des Federdrahts an der Seitenfläche 42 der vorhergehenden Win dung kommt es beim Zusammenpressen der Schraubendruckfeder 40 zu hohen mechanischen Spannungen in diesem Bereich. Durch die flachen und zueinander parallelen Seitenflächen 42 er gibt sich jedoch eine moderate Flächenpressung, so daß Ver schleiß der Schraubendruckfeder 40 vermieden wird. Der Ver schleiß könnte zu einem störenden Abfall der Vorspannung führen und damit zu einem unzulässigen Abfall des Öffnungs drucks des Kraftstoffeinspritzventils.Due to the abutment of the side surface 42 of the last turn of the spring wire on the side surface 42 of the preceding win, high mechanical stresses occur in this area when the helical compression spring 40 is pressed together. Due to the flat and mutually parallel side surfaces 42 , however, there is a moderate surface pressure, so that wear of the helical compression spring 40 is avoided. The wear could lead to a disturbing drop in the preload and thus to an inadmissible drop in the opening pressure of the fuel injector.

Der Federdraht der Schraubendruckfeder 40 weist einen Quer schnitt auf, der einem Rechteck mit abgerundeten Ecken ent spricht, dessen die Innenseite der Schraubendruckfeder 40 bildende Innenfläche 46 nach außen gewölbt ist. Dabei ist die Außenfläche 44 der Schraubendruckfeder 40 abgeflacht ausgebildet, so daß die Schraubendruckfeder 40 einen gerin geren Außendurchmesser aufweist als dies bei einer Feder derselben Federkonstanten K und kreisrundem Federdrahtquer schnitt der Fall wäre. Dadurch benötigt die Schraubendruck feder 40 weniger Platz im Ventilhaltekörper 1, so daß sich das Kraftstoffeinspritzventil insgesamt etwas schlanker ge stalten läßt.The spring wire of the helical compression spring 40 has a cross section corresponding to a rectangle with rounded corners, the inside surface of the helical compression spring 40 forming the inner surface 46 being curved outwards. The outer surface 44 of the helical compression spring 40 is flattened, so that the helical compression spring 40 has a smaller outer diameter than that with a spring of the same spring constant K and a circular spring wire cross section would be the case. As a result, the helical compression spring 40 takes up less space in the valve holding body 1 , so that the fuel injector can be somewhat leaner overall.

Die starke Auswölbung an der Innenseite 46 führt dazu, daß der Abstand der Innenseite 46 zum Flächenschwerpunkt S des Drahtes vergrößert wird. Dadurch können die Spannungen im Bereich der Innenseite 46 der Schraubendruckfeder 40 in vor teilhafter Weise reduziert werden, was bei gleicher Feder konstante K eine im Vergleich zu einer Schraubendruckfeder mit kreisrundem Federdrahtquerschnitt kürzere Länge der Schraubendruckfeder 40 möglich macht.The strong bulge on the inside 46 means that the distance between the inside 46 and the center of area S of the wire is increased. As a result, the stresses in the area of the inside 46 of the helical compression spring 40 can be reduced in an advantageous manner, which, with the same spring constant K, enables a shorter length of the helical compression spring 40 in comparison to a helical compression spring with a circular spring wire cross section.

Der Rundungsradius R am Übergang der Seitenfläche 42 zur Au ßenfläche 44 des Federdrahts, wie er in Fig. 3 eingezeich net ist, beträgt etwa 20 bis 40% des Abstands a der beiden Seitenflächen 42. Dadurch wird im Gegensatz zu einem scharf kantigen Übergang zwischen Seitenfläche 42 und Außenfläche 44 eine Spannungsüberhöhung an dieser Stelle vermieden, ohne daß die Federkonstante K merklich dadurch abnimmt.The radius of curvature R at the transition from the side surface 42 to the outer surface 44 of the spring wire, as shown in FIG. 3, is approximately 20 to 40% of the distance a between the two side surfaces 42 . In contrast to a sharp-edged transition between the side surface 42 and the outer surface 44, excessive stress at this point is avoided without the spring constant K noticeably decreasing as a result.

Um eine erfindungsgemäße Schraubendruckfeder 40 herstellen zu können, muß ein Federdraht mit einer bestimmten Quer schnittskontur entsprechend den Anforderungen an die Schrau bendruckfeder 40 gewunden werden. In Fig. 4 ist der Quer schnitt eines entsprechenden Federdrahtes dargestellt. Der Flächenquerschnitt des Federdrahts unterscheidet sich von dem in Fig. 3 gezeigten Flächenquerschnitt der fertig ge wickelten Schraubendruckfeder 40, da sich der Federdraht aufgrund des kleinen Wickelverhältnisses w_s beim Windeprozeß deutlich verformt. Die Seitenflächen 42 des Federdrahts sind vor dem Winden der Schraubendruckfeder 40 zueinander geneigt ausgebildet. Erst durch den Windeprozeß und den damit ver bundenen plastischen Verformungen des Federdrahts ergibt sich eine Parallelität der Seitenflächen 42 und auch eine Abflachung der Außenfläche 44 des Federdrahts.In order to be able to produce a helical compression spring 40 according to the invention, a spring wire with a certain cross-sectional contour must be wound according to the requirements for the screw compression spring 40 . In Fig. 4 the cross section of a corresponding spring wire is shown. The cross-sectional area of the spring wire differs from the cross-sectional area of the ready-wound helical compression spring 40 shown in FIG. 3, since the spring wire deforms significantly due to the small winding ratio w _s during the winding process. The side surfaces 42 of the spring wire are formed inclined to one another before the helical compression spring 40 is wound. Only by the wind process and the plastic deformations of the spring wire associated therewith is there a parallelism of the side surfaces 42 and also a flattening of the outer surface 44 of the spring wire.

Die Querschnittskontur des Federdrahts vor dem Winden der Schraubendruckfeder 40 ist aus einer Vielzahl von Kreisbo genabschnitten zusammengesetzt, wobei die Kreisbogenab schnitte unterschiedliche Radien und Mittelpunkte aufweisen. In Fig. 4 sind fünf verschiedene Radien R₁ bis R₅ durch Pfeile angedeutet, wobei die Länge der Pfeile die Größenord nung des Verhältnisses der Radien zueinander andeuten soll.The cross-sectional contour of the spring wire before winding the helical compression spring 40 is composed of a plurality of circular arc sections, the circular arc sections having different radii and centers. In Fig. 4 five different radii R ₁ to R ₅ are indicated by arrows, the length of the arrows to indicate the order of magnitude of the ratio of the radii to each other.

Claims

1. helical compression spring ( 40 ) for use in a component ( 1 ) of a fuel injection system, which helical compression spring ( 40 ) consists of a coiled spring wire which has a rounded outer contour, the helical compression spring ( 40 ) having a longitudinal axis ( 48 ) and with a Front end of a control part ( 20 ) strikes, which control part ( 20 ) can be moved by hydraulic pressure against the force of the helical compression spring ( 40 ), characterized in that the mutually facing side surfaces ( 42 ) of the spring wire of the helical compression spring ( 40 ) at least are at least approximately parallel to one another on part of their surface.

2. helical compression spring according to claim 1, characterized in that the cross-sectional area of the spring wire in the radial direction with respect to the longitudinal axis ( 48 ) of the helical compression spring ( 40 ) has a greater extent than in the direction of the longitudinal axis ( 48 ) of the helical compression spring ( 40 ) .

3. helical compression spring according to claim 1, characterized net gekennzeich that the cross-sectional contour of the spring wire at the outside of the helical compression spring (40) forming Au ßenfläche is flattened (44), so that the outer surface (44) at least approximately parallel to the longitudinal axis (48) of the Helical compression spring ( 40 ) is formed.

4. helical compression spring according to claim 1, characterized in that the cross-sectional contour of the spring wire corresponds at least approximately to a rectangle, the corners of which are rounded and the inner surface ( 46 ) of the helical compression spring ( 40 ) forming side is convex.

5. helical compression spring ( 40 ) according to claim 1, characterized in that the centroid (S) of the cross-sectional area of the spring wire to the inner surface ( 46 ) of the spring wire has a greater distance than to the surface surface ( 44 ) of the spring wire.

6. helical compression spring ( 40 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the helical compression spring ( 40 ) has a winding ratio (w _s ) which is smaller than 5.

7. helical compression spring ( 40 ) according to any one of the preceding claims, characterized in that the winding height (H) of the helical compression spring ( 40 ) at least in the middle section of the helical compression spring ( 40 ) is at least approximately constant.

8. helical compression spring ( 40 ) according to claim 1, characterized in that the component is a fuel injection valve ( 1 ).

9. helical compression spring according to claim 10, characterized in that the control part is a valve member ( 20 ).

10. helical compression spring according to claim 1, characterized net that the component is a fuel pump.

11. helical compression spring according to claim 12, characterized records that the control part is a plunger.

12. spring wire for the manufacture of a helical compression spring ( 40 ) for use in a component of a fuel injection system, the helical compression spring ( 40 ) having a longitudinal axis ( 48 ) and having an end face applied to a movable control part ( 20 ), which control part ( 20 ) is movable by hydraulic pressure against the force of the helical compression spring ( 40 ), characterized in that the spring wire has a cross-sectional contour which is composed of a plurality of circular arc sections, the circular arc sections having at least two different radii.

13. Spring wire according to claim 12, characterized in that the sides of the spring wire facing each other after winding to the helical compression spring ( 40 ) are at least approximately parallel to one another at least over part of their length.

14. Spring wire according to claim 12, characterized in that the cross-sectional contour of the spring wire on the outside of the helical compression spring ( 40 ) forming side is flattened.