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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor, insbesondere einen Common-Rail-Injektor, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Montage eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors sowie eine Vorrichtung zum Durchführen der Montage.
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Ein Kraftstoffinjektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der
DE 10 2011 086 005 A1 der Anmelderin bekannt. Der bekannte Kraftstoffinjektor weist auf der einem Brennraum einer Brennkraftmaschine zugewandten Seite einen Düsenkörper auf, der unter Zwischenlage einer Drosselplatte und einer Ventilplatte axial gegen einen Haltekörper des Injektorgehäuses verspannt ist. Die axiale Verspannung der erwähnten Bauteile ist erforderlich, um beim Betrieb des Kraftstoffinjektors das Injektorgehäuse, in dem der Kraftstoff in einem Hochdruckbereich unter einem Druck von beispielsweise 2000bar steht, nach außen abzudichten. Die axiale Verspannung erfolgt dabei mittels einer Düsenspannmutter, die in Art einer Überwurfmutter ausgebildet ist, und die mit einem Bund axial an dem Düsenkörper anliegt und auf der dem Düsenkörper abgewandten Seite über ein Innengewinde mit einem Außengewinde des Haltekörpers verschraubbar ist. Bei der Montage wird zur erforderlichen Dichtigkeit bzw. axialen Spannkraft der Bauteile in die Überwurfmutter ein bestimmtes Anzugsmoment eingebracht. Wesentlich dabei ist, dass die Winkellage (in Bezug auf eine Längsachse des Kraftstoffinjektors) der Bauteile während der Montage bzw. der Axialverspannung zueinander nicht verändert wird, da beispielsweise in der Drosselplatte und der Ventilplatte Bohrungen für den Kraftstoff ausgebildet sind, die zur Ausbildung eines Strömungswegs fluchtend zueinander angeordnet sein müssen. Daher ist es bei dem Stand der Technik bekannt, die genannten Bauteile zusätzlich mittels in Längsrichtung des Kraftstoffinjektors angeordneter Passstifte miteinander zu verbinden, die eine Verdrehsicherung ausbilden. Dadurch ist eine Erhöhung des Anzugsmoments und somit der axialen Spannkraft auf die Bauteile möglich. Jedoch ist es aus Festigkeits- sowie Raumgründen nicht möglich, die Anzahl bzw. Größe (Querschnitt) der Passstifte beliebig zu erhöhen, um damit ggf. auch das Anzugsmoment der Düsenspannmutter weiter zu erhöhen. Daher ist es aus dem o.g. Stand der Technik bekannt, die Düsenspannmutter in eine Vorrichtung einzuspannen, die eine axiale (elastische) Längung der Düsenspannmutter ermöglicht, wobei in dem gelängten Zustand die Montage der Düsenspannmutter mit den genannten Bauteilen erfolgt. Anschließend wird die zuvor aufgebrachte, in axialer Richtung wirkende axiale Vorspannkraft auf Null reduziert, so dass die Düsenspannmutter versucht, wieder ihre ursprüngliche Länge einzunehmen. Dadurch wird neben der durch das Anzugsmoment der Düsenspannmutter erzeugten Axialspannkraft eine zusätzliche Axialspannkraft auf die Bauteile erzeugt. Nachteilhaft dabei ist, dass die Montage des Kraftstoffinjektors aufgrund der erforderlichen Vorrichtung zur Längung der Düsenspannmutter relativ aufwendig ist bzw. das Gehäuse des Kraftstoffinjektors ggf. an die Spanneinrichtung angepasst werden muss.
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Offenbarung der Erfindung
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Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kraftstoffinjektor, insbesondere Common-Rail-Injektor, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass die Düsenspannmutter auch ohne Verwendung einer zusätzlichen Spanneinrichtung eine zusätzliche axiale Spannkraft auf die Bauteile erzeugen kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass die Düsenspannmutter dazu ausgebildet ist, während der Montage einen durch eine Erwärmung der Düsenspannmutter in Axialrichtung der Düsenspannmutter verlängerten ersten Zustand und nach Festsetzen der Düsenspannmutter an dem Außengewinde an dem Haltekörper mit einem Anzugsmoment und einer Abkühlung der Düsenspannmutter einen zweiten Zustand einzunehmen, bei dem durch eine verkürzte axiale Länge der Düsenspannmutter eine zusätzliche axiale Spannkraft auf den Düsenkörper erzeugbar ist.
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Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass durch eine vor oder während der Montage stattfindende Erwärmung der Düsenspannmutter diese aufgrund ihres Wärmeausdehnungskoeffizienten in axialer Richtung einen verlängerten Zustand einnimmt, der nach der Montage der Düsenspannmutter an dem Haltekörper und Abkühlen der Düsenspannmutter sich dahingehend ändert, dass die Düsenspannmutter versucht, ihre ursprüngliche axiale Länge einzunehmen, wodurch eine zusätzliche axiale Spannkraft (neben der durch das Anzugsmoment auf die Düsenspannmutter erzeugten Spannkraft) auf den Düsenkörper erzeugbar ist.
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In vorteilhafter Ausgestaltung des Kraftstoffinjektors, die eine Beeinflussung der Verlängerung der Düsenspannmutter bei ein und derselben Temperaturerhöhung ermöglicht, wird vorgeschlagen, dass die Düsenspannmutter zwischen dem Gewindebereich, der mit dem Außengewinde des Haltekörpers zusammenwirkt, und dem Bund, der mit dem Düsenkörper zusammenwirkt, einen hülsenförmigen Zwischenbereich aufweist, der bei einer Temperaturerniedrigung relativ zu den radial in dem Zwischenbereich befindlichen Bauteilen des Kraftstoffinjektors axial beweglich angeordnet ist. Dadurch ist es möglich, dass der Zwischenbereich in Abhängigkeit von seiner axialen Länge bei ein und derselben Temperaturerhöhung eine proportional zu seiner Ursprungslänge entsprechende Verlängerung erfährt, die anschließend bei dem Abkühlen der Düsenspannmutter zu einer entsprechenden axialen Vorspannkraft führt. Wesentlich dabei ist, dass der Zwischenbereich derart die innerhalb des Zwischenbereichs angeordneten Bauteile umgibt, dass bei der Abkühlung eine Verkürzung des Zwischenbereichs ermöglicht wird, d.h., dass die Reibverhältnisse zwischen der Innenwand des Zwischenbereichs und den Außenwänden der innerhalb des Zwischenbereichs angeordneten Bauteile eine entsprechende Verkürzung des Zwischenbereichs zulässt. Dazu kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass der Zwischenbereich die in ihm angeordneten Bauteile radial mit einem Spalt umgibt. Darüber hinaus lässt sich die Höhe der Vorspannkraft bzw. der axialen Verlängerung der Düsenspannmutter bei einer Temperaturerhöhung insbesondere durch das Material der Düsenspannmutter bzw. deren Wärmeausdehnungskoeffizienten beeinflussen.
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Ein Verfahren zur Montage eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors sieht vor, dass in einem ersten Schritt die Düsenspannmutter gegenüber ihrer ursprünglichen Temperatur erwärmt wird, wodurch eine axiale Längung der Düsenspannmutter eintritt. Anschließend wird die Düsenspannmutter durch Aufbringen eines Anzugsmoments mit dem Außengewinde des Haltekörpers verbunden bzw. festgesetzt, und zuletzt findet ein Abkühlen der Düsenspannmutter auf ihre Ursprungstemperatur statt.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Montage des Kraftstoffinjektors sind in den Unteransprüchen angeführt.
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In einer ersten Variante zum Durchführen des Erwärmens der Düsenspannmutter wird vorgeschlagen, dass das Erwärmen mittels einer Heizeinrichtung in einem Zustand erfolgt, bei dem die Düsenspannmutter von dem Düsenkörper und dem Haltekörper getrennt angeordnet ist. Gemeint ist damit, dass die Düsenspannmutter beispielsweise in einer Heizeinrichtung angeordnet ist und nach deren Erwärmung mit den Bauteilen des Kraftstoffinjektors zusammengeführt wird. Wesentlich dabei ist, dass die Zeitspanne zwischen der Entnahme der erwärmten Düsenspannmutter aus der Heizeinrichtung bis zur Montage der Düsenspannmutter an dem Haltekörper möglichst kurz ist, so dass die Montage noch in einem Zustand erfolgt, bei der die Düsenspannmutter eine möglichst große axiale Verlängerung gegenüber ihrem Ursprungszustand aufweist.
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Um das Erfordernis der möglichst kurzen Zeitspanne zwischen der Erwärmung und der Montage der Düsenspannmutter zu vermindern oder gänzlich zu vermeiden, kann es darüber hinaus vorgesehen sein, dass das Erwärmen der Düsenspannmutter bei an dem Haltekörper montierten Zustand erfolgt. Unter diese Variante fallen zwei Ausführungsmöglichkeiten: Zum einen ist es denkbar, eine nicht erwärmte Düsenspannmutter an dem Haltekörper zu montieren und von außen her zu erwärmen, wobei vermieden werden muss, dass durch Wärmeübertrag die radial innerhalb der Düsenspannmutter angeordneten Bauteile ebenfalls erwärmt werden und somit sich in axialer Richtung ausdehnen. Daher ist die Zeitspanne bzw. die Temperatur der Heizeinrichtung, mit der die Düsenspannmutter erwärmt wird, diesen Faktoren anzupassen. Darüber hinaus ist es jedoch auch denkbar, dass eine bereits erwärmte bzw. verlängerte Düsenspannmutter an dem Haltekörper montiert wird und anschließend durch eine Heizeinrichtung von außen her die Düsenspannmutter zusätzlich erwärmt wird.
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Beim Erwärmen der Düsenspannmutter bei bereits an dem Haltekörper montierten Zustand ist es von besonderem Vorteil, wenn das Erwärmen der Düsenspannmutter zeitlich nur so lange erfolgt, solange die mit der Düsenspannmutter verbundenen Bauteile des Kraftstoffinjektors aufgrund einer Wärmeübertragung zumindest im Wesentlichen keine Ausdehnung erfahren.
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Weiterhin ist es von Vorteil, wenn das Anzugsmoment auf die Düsenspannmutter zumindest am Ende des Erwärmens der Düsenspannmutter aufgebracht wird. Diese Variante umfasst jedoch auch die Möglichkeit, dass das Anzugsmoment für den Fall, dass die Düsenspannmutter bei an dem Haltekörper montierten Zustand erwärmt wird, während der gesamten Zeit der Erwärmung mit dem Anzugsmoment belastet wird.
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Zur Erzeugung der gewünschten axialen zusätzlichen Spannkraft hat es sich bei den üblichen Dimensionierungen und Materialen als vorteilhaft erwiesen, wenn die Düsenspannmutter um mindestens etwa 100°C gegenüber ihrer Ursprungstemperatur erwärmt wird. Eine derartige Erwärmung ermöglicht beispielsweise eine Erhöhung der axialen Vorspannkraft, wie diese ansonsten ohne eine Erwärmung der Düsenspannmutter aufgrund alleine des Anzugsmoments der Düsenspannmutter entsteht, um 50%. Jedoch bewirkt bereits eine Erwärmung um mehr als 50°C eine spürbare Erhöhung der Spannkraft.
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Das Erwärmen der Düsenspannmutter, insbesondere, wenn diese sich bei der Erwärmung bereits an dem Haltekörper befindet, kann auf unterschiedliche Art und Weise stattfinden. Bevorzugt ist ein Verfahren, bei der die Erwärmung der Düsenspannmutter durch Wärmeübertragung mittels einer elektrisch betriebenen Heizwendel, durch einen Ringbrenner oder durch eine Wirbelstromeinrichtung erfolgt.
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Eine geeignete Vorrichtung zum Durchführen des zuletzt erwähnten Verfahrens sieht vor, dass die Form der Heizwendel, des Ringbrenners oder der Wirbelstromeinrichtung der Form der Düsenspannmutter angepasst ist und insbesondere eine ringförmige Aufnahme für die Düsenspannmutter aufweist. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass die Vorrichtung die Düsenspannmutter radial umgibt, wodurch ein relativ geringer Abstand zur Düsenspannmutter und somit eine schnelle und effektive Erwärmung der Düsenspannmutter ermöglicht wird.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
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Diese zeigt in:
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1 einen Teilbereich eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors in einem stark vereinfachten Längsschnitt,
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2 eine Darstellung zur Erläuterung des Verfahrens der Erwärmung einer Düsenspannmutter in einer externen Heizeinrichtung und
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3 bis 5 schematische Darstellungen von Heizeinrichtungen, wie diese zur Erwärmung einer Düsenspannmutter verwendet wird, wenn diese bereits mit dem Haltekörper verbunden ist.
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Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
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Der in der 1 bereichsweise dargestellte erfindungsgemäße Kraftstoffinjektor 10, der insbesondere als Common-Rail-Injektor ausgebildet ist, weist ein aus mehreren Bauteilen bestehendes Injektorgehäuse 12 auf. Das Injektorgehäuse 12 umfasst, in axialer Richtung einer Längsachse 13 des Injektorgehäuses 12 betrachtet, einen einem nicht dargestellten Brennraum einer Brennkraftmaschine zugewandten Düsenkörper 14, eine axial sich daran anschließende Drosselplatte 15, eine Ventilplatte 16 sowie einen Haltekörper 18. Innerhalb der angesprochenen Bauteile des Injektorgehäuses 12 sind im Einzelnen nicht dargestellte Ausnehmungen bzw. Kanäle für unter hohem Druck, beispielsweise einem Druck von 2000bar oder mehr stehendem Kraftstoff ausgebildet, der über an dem Düsenkörper 14 ausgebildete Einspritzöffnungen (nicht dargestellt), die von einer in dem Injektorgehäuse 12 angeordneten, in Richtung der Längsachse 13 beweglich angeordneten Düsennadel verschlossen bzw. geöffnet werden, in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt werden kann.
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Vorzugsweise ist der Düsenkörper 14 mit der Drosselplatte 15 und der Ventilplatte 16 mittels mehrerer, in Längsrichtung, d.h. parallel zur Längsachse 13 des Injektorgehäuses 12 angeordneter Passstifte 19 verdrehsicher verbunden. Ebenso ist die Ventilplatte 16 mittels mehrerer Passstifte 21 mit dem Haltekörper 18 verdrehfest verbunden.
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Um den Düsenkörper 14, die Drosselplatte 15 und die Ventilplatte 16 mit dem Haltekörper 18 zu verbinden findet eine Düsenspannmutter 25 Verwendung, die in Form einer Überwurfmutter ausgebildet ist. Die Düsenspannmutter 25 weist auf der dem Düsenkörper 14 zugewandten Seite einen Bund 26 auf, der axial an einem entsprechenden Abschnitt 27 des Düsenkörpers 14 anliegt. Auf der dem Düsenkörper 14 abgewandten Seite weist die hülsenförmig ausgebildete Düsenspannmutter 25 an ihrer Innenwand einen Gewindebereich 28 auf, der mit einem an dem Außenumfang des Haltekörpers 18 ausgebildeten Außengewinde 29 zusammenwirkt. Die aus Metall bestehende Düsenmutter 25 weist darüber hinaus zwischen ihrem Gewindebereich 28 und dem Bund 26 einen hülsenförmigen Zwischenbereich 30 auf, der den Haltekörper 18, die Ventilplatte 16, die Drosselplatte 15 und den Düsenkörper 14 radial derart umgibt, dass eine Beweglichkeit des Zwischenbereichs 30 in Richtung der Längsachse 13 ermöglicht wird, wozu der Zwischenbereich 30 beispielsweise mit einem radialen Spalt zu den angesprochenen Bauteilen angeordnet ist.
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Um die Dichtigkeit des Injektorgehäuses 12 bzw. des Kraftstoffinjektors 10 während dessen Betriebs sicherzustellen, ist es erforderlich, den Düsenkörper 14, die Drosselplatte 15 und die Ventilplatte 16 gegenüber dem Haltekörper 18 mit einer axialen Vorspannkraft zu verbinden. Hierzu wird auf die Düsenspannmutter 25 ein entsprechendes Anzugsmoment MA ausgeübt, indem beispielsweise mittels eines entsprechenden Werkzeugs, das an der entsprechend gestalteten Außenfläche des Gewindebereichs 28 der Düsenspannmutter 25 ansetzbar ist, das Anzugsmoment MA aufgebracht wird.
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Zur Erhöhung der axialen Vorspannkraft, die von der Düsenspannmutter 25 erzeugt wird, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass vor oder während der Montage der Düsenspannmutter 25 an dem Haltekörper 18 die Düsenspannmutter 25 erwärmt wird, wodurch eine Vergrößerung der axialen Länge der Düsenspannmutter 25 (gegenüber ihrem Ursprungszustand) erzielt wird. Zur Erzielung der Längung der Düsenspannmutter 25 ist es bei einem ersten Verfahren entsprechend der Darstellung der 2 vorgesehen, dass die Düsenspannmutter 25 vor deren Montage an dem Haltekörper 18 in einer separaten Heizeinrichtung 35 gegenüber ihrer Ursprungstemperatur erwärmt wird, beispielsweise um 150°C oder mehr, um sicherzustellen, dass bei einer zeitlich danach anschließenden Montage der Düsenspannmutter 25 an dem Haltekörper 18 diese noch gegenüber ihrer Ursprungstemperatur eine um 100°C erhöhte Temperatur aufweist. Die Heizeinrichtung 35 kann beispielsweise als Heizofen ausgebildet sein oder in sonstiger geeigneten Art und Weise. Nach der Erwärmung der Düsenspannmutter 25 wird diese möglichst rasch in Wirkverbindung mit dem Haltekörper 18 gebracht und das Anzugsmoment MA aufgebracht, wodurch die erwähnten Bauteile des Kraftstoffinjektors 10 axial gegeneinander verspannt werden. Nach dem Abkühlen der Düsenspannmutter 25 auf ihre Ursprungstemperatur übt diese eine zusätzliche axiale Vorspann- bzw. Spannkraft in Form einer Schrumpfkraft FS auf den Bauteileverbund aus, die zusätzlich zu der durch das Anzugsmoment MA erzeugten axialen Vorspannkraft auf die Bauteile wirkt.
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Es ist jedoch auch möglich, die Düsenspannmutter 25 in einem Zustand zu erwärmen, bei dem diese bereits mit dem Haltekörper 18 verbunden ist. Hierzu kann entsprechend der Darstellung der 3 eine Heizeinrichtung in Form einer Heizwendel 38 verwendet werden, die eine Aufnahme 39 zur radialen Umfassung der Düsenspannmutter 25 aufweist.
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Entsprechend der 4 kann anstelle einer Heizwendel die Heizeinrichtung auch einen gasbetriebenen Ringbrenner 41 aufweisen, dessen Flammen in Richtung der Düsenspannmutter 25 wirken.
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Zuletzt ist es denkbar, dass entsprechend der Darstellung der 5 die Heizeinrichtung 35 in Form einer Wirbelstromeinrichtung 42 ausgebildet ist.
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Sowohl die Wirbelstromeinrichtung 42 als auch der Ringbrenner 41 bilden jeweils eine ringförmige Aufnahme 39 für die Düsenspannmutter 25 auf, um eine möglichst unmittelbare Erwärmung der Düsenspannmutter 25 zu ermöglichen.
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Der soweit beschriebene Kraftstoffinjektor
10 bzw. dessen Düsenspannmutter
25 können in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. Dieser besteht in einer Erwärmung der Düsenspannmutter
25 vor oder während der Montage an einem Haltekörper
18 des Kraftstoffinjektors
10, um eine axiale Längung der Düsenspannmutter
25 zu bewirken, die nach deren Abkühlung eine zusätzliche axiale Vorspannkraft in Form einer Schrumpfkraft F
S auf den Kraftstoffinjektor
10 ausübt. So ist es beispielsweise denkbar, die vorliegende Erfindung auch mit der eingangs erwähnten Spanneinrichtung aus der
DE 10 2011 086 005 A1 der Anmelderin zu kombinieren, um sowohl eine thermische Längung als auch eine mechanische Längung der Düsenspannmutter
25 zu erzielen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011086005 A1 [0002, 0030]
