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Die
Erfindung betrifft eine Dämpfungseinrichtung zur dämpfenden
Anordnung eines Injektors an einem Tragkörper sowie ein
Dämpfungselement zur Anordnung zwischen einem Injektor
und einem Tragkörper.
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Bei
Brennkraftmaschinen mit einem Kurbelgehäuse, einem Zylinderkopf
und einem Brennraum wird üblicherweise der Kraftstoff mittels
eines Injektors in den Brennraum eingespritzt, hierzu weist der Zylinderkopf
der Brennkraftmaschine einen in den Brennraum mündenden
Dom auf, in dem der Injektor aufgenommen ist. Bei der intermittierenden
Einspritzung beim Betrieb der Brennkraftmaschine werden – bedingt
durch das Öffnen und Schließen des Injektorventils – starke
Schwingungen erzeugt, die das Komfort- und Akustikverhalten negativ
beeinflussen. Insbesondere bei erhöhten Kraftstoffdrücken,
wie sie in Direkteinspritzsystemen in Otto- und Dieselmotoren vorherrschen,
tritt eine verstärkte Schwingungsbelastung auf. Des Weiteren
tragen moderne Verbrennungsverfahren, in denen während
des Ansaug- und Verdichtungstaktes eine Mehrfacheinspritzung erfolgt,
in besonderem Maße zur unerwünschten Geräusch-
und Vibrationsentwicklung bei.
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Außerdem
werden Injektoren beispielsweise zur Einspritzung von Harnstoff
in die Abgasanlage von Kraftfahrzeugen verwendet und sind dort an
der Ab gasanlage montiert. Es ergeben sich ähnliche Probleme,
wie oben bezüglich Kraftstoffeinspritzung geschildert,
jedoch aufgrund der hohen Körperschallübertragungsfähigkeit
der Abgasanlage in besonderem Ausmaß. Auch beim Leersaugen
der Harnstoffzuleitung muss der Injektor öffnen, damit
die Leitung belüftet wird. Dies geschieht bei abgeschalteter Brennkraftmaschine
und ist daher aufgrund nicht vorhandener Geräuschemission
der Brennkraftmaschine, welche das Geräusch des Injektors überdecken könnte,
hinsichtlich des akustischen Komforts besonders kritisch.
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Zur
Verringerung der Geräuschemission wurde hinsichtlich eines
Injektors zur Kraftstoffeinspritzung bereits vorgeschlagen, den
am Zylinderkopf montierten Injektor zu verspannen und an der Anschlussstelle
zwischen Zylinderkopf und Injektor ein Dämpfungselement
anzuordnen. Eine derartige Anordnung mit einem Dämpfungselement
ist aus der
DE 101
26 336 A1 bekannt, wobei vorgeschlagen wird, als Material
für das Dämpfungselement Graphit, Kunststoff oder
ein Memory-Metall zu verwenden, dabei ist das bekannte Dämpfungselement
einteilig aufgebaut.
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Um
eine hohe Dämpfungswirkung zu erzielen, ist es dabei erforderlich,
eine ausreichende Menge an Dämpfungsmaterial zwischen Injektor
und Zylinderkopf anzuordnen und das Dämpfungselement entsprechend
voluminös auszugestalten. Als nachteilig hat sich dabei
herausgestellt, dass eine exakte Positionierung des Injektors in
Bezug zum Zylinderkopf und damit des Injektionspunktes im Brennraum nicht
immer möglich ist. Insbesondere kann es aufgrund hoher
Maßtoleranzen und elastischer bzw. plastischer Verformung
des Dämpfungselements mit der Zeit zu einer Verlagerung
des Injektors und somit des Injektionspunktes kommen, so dass der
Betrieb der Brennkraftmaschine beeinträchtigt wird.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte
Dämpfungseinrichtung oder ein eingangs genanntes Dämpfungselement
da hingehend zu verbessern, dass neben einer wirksamen Dämpfung,
einer Entkopplung des Injektors vom Tragkörper, auch geringe
Maßtoleranzen und eine lagegenaue Festlegung des Injektors
in Bezug auf den Tragkörper erreicht werden. Außerdem soll
eine elastische und/oder plastische Verformung des Dämpfungselements über
dessen Lebensdauer vermieden werden.
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Eine
Lösung der Aufgabe erfolgt mit einer Dämpfungseinrichtung
mit den Merkmalen des Anspruchs 1, wobei die zugrunde liegende Idee
einen mehrteiligen Aufbau der Dämpfungseinrichtung umfasst.
Der mehrteilige Aufbau ermöglicht es, neben der Dämpfung
noch weitere Funktionen in die Dämpfungseinrichtung zu
integrieren. Eine andere Lösung der gleichen Aufgabe erfolgt
mit einem Dämpfungselement mit den Merkmalen des Anspruchs
11 durch Ausgestaltung des Dämpfungselements als Metallkissen.
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Besonders
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind
Gegenstand der Unteransprüche.
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Bevorzugt
ist es, wenn die Dämpfungseinrichtung einen ersten Teilfunktionsbereich,
der im wesentlichen zur Dämpfung geeignet ist, und einen zweiten
Teilfunktionsbereich, der im wesentlichen zur lagegenauen Festlegung
geeignet ist, aufweist.
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Zweckmäßigerweise
umfasst der erste Teilfunktionsbereich ein aufgrund seiner Materialeigenschaft
und/oder Ausgestaltung dämpfendes Element. Dabei hat es
sich als günstig erwiesen, ein Metallkissen aus einem Drahtgeflecht,
das ggf. beschichtete Drähte und/oder Kunststofffasern
umfasst, zu verwenden. Neben dem verwendeten Material resultiert die
besondere dämpfende Eigenschaft auch aus der besonderen
Ausgestaltung und/oder dem Aufbau des ersten Teilfunktionsbereichs.
In dem Metallkissen aus Drahtgeflecht erfolgt eine sehr hohe Energiedissipation
aufgrund der Reibung zwischen den Drähten, der Dämpfungsgrad
kann noch gesteigert werden durch Beschichtung der Drähte
und/oder eingewebte Kunststofffäden. Besonders vorteilhaft
in Verbindung mit der guten Dämpfungseigenschaft die mechanisch
Formbeständigkeit des Metallkissens.
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Sehr
vorteilhaft ist es, wenn der erste Teilfunktionsbereich ringförmig,
einen zumindest annähernd rechteckigen oder quadratischen
Querschnitt aufweisend, ausgestaltet ist.
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Vorzugsweise
umfasst der zweite Teilfunktionsbereich einen ersten injektorseitigen
Teil sowie einen zweiten tragelementseitigen Teil, wobei der erste und
der zweite Teil des zweiten Teilfunktionsbereichs mittels des ersten
Teilfunktionsbereichs miteinander verbunden sind. Wesentlich ist
in diesem Zusammenhang die Entkopplung von erstem und zweitem Teil
des zweiten Teilfunktionsbereichs.
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Zweckmäßigerweise
ist der erste Teil des zweiten Teilfunktionsbereiches als Innenring,
den ersten Teilfunktionsbereich innen- und injektorseitig umgreifend,
ausgestaltet und der zweite Teil des zweiten Teilfunktionsbereichs
als Außenring, den ersten Teilfunktionsbereich außen
und tragelementseitig umgreifend, ausgestaltet. Der zweite Teil
des zweiten Teilfunktionsbereichs ist aufgrund seiner schalenartigen
Ausgestaltung geeignet, beispielsweise Abrieb aus dem Metallkissen
aus Drahtgeflecht oder andere Partikel aufzunehmen, so dass auf vorteilhafte
Weise verhindert wird, dass Partikel in den Brennraum oder in den
Abgas führenden Teil der Abgasanlage gelangen. Indem der
zweite Teil des zweiten Teilfunktionsbereichs zwischen Tragelement und
erstem Teilfunktionsbereich angeordnet ist, wird ein Verschleiß am
Tragelement durch Abrasion vermieden und zugleich die Dämpfungswirkung
erhöht.
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Vort
eilhaft ist es, wenn der erste und der zweite Teil des zweiten Teilfunktionsbereichs
mittels Klemmsitz mit dem ersten Teilfunktionsbereich verbunden
sind.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Dämpfungselement
besteht das Metallkissen vorzugsweise aus einem Drahtgeflecht oder
aus einem Metallschaum. Eine weitere Verbesserung der Dämpfungseigenschaft
kann dadurch erzielt werden, dass das Metallkissen beschichtete
Drähte und/oder Kunststofffasern und/oder Graphit umfasst.
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Zweckmäßigerweise
ist das Metallkissen ringförmig, einen zumindest annähernd
rechteckigen oder quadratischen Querschnitt aufweisend, ausgestaltet,
so dass insbesondere in Verbindung mit dem gewählten Material
des Dämpfungselements eine besonders hohe Positions- und
Maßgenauigkeit zwischen Injektor und Tragelement erreicht
wird.
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Nachfolgend
ist ein besonders zu bevorzugendes Ausführungsbeispiel
der Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren näher erläutert,
dabei zeigen schematisch und beispielhaft
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1a eine
Dämpfungseinrichtung in seitlicher Ansicht, geschnitten,
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1b eine
Dämpfungseinrichtung in Draufsicht,
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2 einen
Innenring einer Dämpfungseinrichtung,
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3 einen
Außenring einer Dämpfungseinrichtung und
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4 einen
Tragelement mit daran montiertem Injektor und Dämpfungseinrichtung.
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1a zeigt
eine Dämpfungseinrichtung 100 in seitlicher Ansicht
im Teilschnitt, eine Draufsicht ist in 1b dargestellt.
Die Dämpfungseinrichtung 100 umfasst ein ringförmiges
Dämpfungselement 102 mit quadratischem oder rechteckigem
Querschnitt, so dass zwei parallele Anlageflächen 101, 103 sowie
eine ringförmige Außenfläche 105 und eine
ringförmige Innenfläche 107 gebildet
sind. Das Dämpfungselement 102, das einen ersten
Teilfunktionsbereich bildet, ist vorliegend als Metallkissen aus einem
verpressten Drahtgeflecht gebildet und besteht aus einem Edelstahl.
Generell können aber auch andere Materialien verwendet
werden, die einen großen Verlustfaktor besitzen, d. h.
die Eigenschaft, durch innere Reibung einen großen Anteil
mechanischer Energie in Wärme umzuwandeln. Beispielsweise
können auch elastomere Kunststoffe, spezielle Eisen-Mangan-Legierungen,
metallische Legierungen mit Formgedächtniseffekt oder Graphit umfassende
Materialien verwendet werden.
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Das
Dämpfungselement 102 ist von einem Innenring 104 und
einem Außenring 106 umschlossen, welche gemeinsamen
einen zweiten Teilfunktionsbereich zur lagegenauen Festlegung bilden.
Sowohl der Innenring 104 als auch der Außenring 106 sind
mit dem Dämpfungselement 102 formschlüssig, beispielsweise
in Klemmverbindung, verbunden, jedoch voneinander entkoppelt, indem
jeweils freibleibende Spalte 109, 111 gebildet
sind. Um zu verhindern, dass beispielsweise Abrieb des Dämpfungselements 102 nach
außen gelangt, kann das Dämpfungselement 102 auch
vollständig eingekapselt sein, indem die Spalte 109, 111 abgedichtet
werden. Dabei ist vorzugsweise die Spaltdichtung ähnlich kompressibel,
wie das Dämpfungselement 102. Eine derartige Spaltdichtung
kann als Faltenbalg aus Metall oder Kunststoff gefertigt sein.
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Der
Innenring 104, 204 ist in 2 dargestellt.
Er ist ringförmig, im Querschnitt winklig ausgestaltet,
so dass ein scheibenförmiger Bereich 212 zur injektorseitigen
Anlage an der Anlagefläche (1a: 101)
des Dämpfungselements und ein ringförmiger Bereich 210 zur
Anlage an der Innenfläche (1a: 107)
des Dämpfungselements gebildet ist. Ausgehend vom scheibenförmigen
Bereich 212 des Innenrings 204 sind Federzungen 216 vorgesehen.
Mittels der Federzungen 216 ist das Dämpfungselement
mit einem Injektor verbindbar, so dass eine Montage erleichtert
wird und vermieden wird, dass der Einbau des Dämpfungselements
vergessen wird. Außerdem sind zur kraft- und formschlüssigen
Verbindung des Dämpfungselements 100 mit dem Injektor
nach innen gerichtete federnde Vorsprünge 214 vorgesehen.
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Der
Außenring (1: 106)
der Dämpfungseinrichtung ist in 3 dargestellt
und dort mit 306 bezeichnet. Der Außenring 306 ist
ebenfalls ringförmig mit einem winkligen Querschnitt ausgestaltet, wobei
eine scheibenförmige Fläche 310 zur tragelementseitigen
Anlage an der Anlagefläche (1a: 103)
des Dämpfungselements und ein ringförmiger Bereich 312 zur
Anlage an der außenseitigen Fläche (1a: 105)
des Dämpfungselements gebildet sind. Bei einer Ausgestaltung
der Erfindung mit einem Dämpfungselement 102 aus
einem hoch elastomeren Werkstoff schränkt der ringförmige
Bereich 312 des Außenrings 306 die Querdehnung
des Dämpfungselements 102 in Außenrichtung
ein, so dass die Steifigkeit der Dichtungsanordnung in axialer Richtung
und die Lagegenauigkeit des Injektionspunkts im Brennraum erhöht
wird.
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Sowohl
der Innenring 204 als auch der Außenring 306 bestehen
vorliegend aus Edelstahl und sind aus Blech gestanzt und gebogen.
Der Verbund von Innenring 204 und Dämpfungselement 102 und Außenring 306 ist
kraft- und formschlüssig unter Nutzung der Federwirkung
des Drahtgeflechts (102) gefügt. Alternativ kann
auch eine Verbindung mittels Punktschweißung oder Klebstoff
erfolgen.
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4 zeigt
einen Ausschnitt aus einer hier nicht näher dargestellten
Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse, einem Zylinderkopf 426 und
einen von diesem umschlossenen Brennraum 428. Der Zylinderkopf 426 der
Brennkraftmaschine weist einen in den Brennraum 428 mündenden
Dom 432 auf, in dem ein Injektor 422 aufgenommen
ist. Der Injektor 422 umfasst einen Anschluss 424 zur
Kraftstoffversorgung sowie eine in den Brennraum 428 ragende Düse 430.
An der Kontaktstelle zwischen Zylinderkopf 426 und Injektor 422 im
Bereich des Injektorfußes 420 ist eine erfindungsgemäße
Dämpfungseinrichtung 400 angeordnet. Mit der gezeigten
Anordnung werden die bei der intermittierenden Kraftstoffeinspritzung
beim Betrieb der Brennkraftmaschine erzeugten Schwingungen – auch
bei erhöhten Kraftstoff drücken, wie sie in Direkteinspritzsystemen
in Otto- und Dieselmotoren vorherrschen – wirksam gedämpft.
Zugleich wird eine hochgenaue Injektorposition und somit ein dauerhaft
präziser Einspritzpunkt im Brennraum 428 erreicht.
Die erfindungsgemäße Dämpfungseinrichtung
ermöglicht die Einhaltung sehr geringe Maßtoleranzen,
die bisher nur mit äußerst dünnen Entkopplungselementen,
die eine entsprechend geringe Dämpfungswirkung aufweisen, erfolgen
konnte. Mit der Dämpfungseinrichtung wird sowohl eine Schwingungsdämpfung
als auch eine Schwingungsentkopplung erreicht.
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Bei
dem Injektor 422 kann es sich auch um einen Injektor beispielsweise
zur Harnstoffeinspritzung in die Abgasanlage einer Brennkraftmaschine handeln.
In diesem Fall ist das Tragelement (in 4: Zylinderkopf 426)
die Abgasanlage, welche dann in ihrer Wandung eine Öffnung
aufweist, in der der Injektor 422 aufgenommen ist. Ein
derartiger Injektor wird beispielsweise beim SCR-Verfahren (Selective
Catalytic Reduction, selektive katalytische Reduktion) zur Abgasreinigung
verwendet.
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Weiters
kann das Tragelement auch ein Kühlkörper für
den Injektor sein. In diesem Fall wird die Haltevorrichtung des
Injektors im Kühlkörper entkoppelt bzw. die Körperschallübertragung
gedämpft. Der Kühlkörper ist dann seinerseits
beispielsweise an der Abgasanlage befestigt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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