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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
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Ein Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist aus der
DE 10 2005 049 540 A1 bekannt. Der bekannte Kraftstoffinjektor weist ein Injektorgehäuse mit einem Düsenkörper und ein an den Düsenkörper in axialer Richtung anschließendes Gehäuseelement in Form eines Düsenhalters auf. Eine druckdichte Verbindung zwischen dem Düsenkörper und dem Gehäuseelement wird durch eine Düsenspannmutter erzielt, die den Düsenkörper in Richtung des Düsenhalters axial verspannt. Zur Sicherstellung einer bestimmten Winkellage zwischen dem Düsenkörper und dem Düsenhalter in Bezug zu einer Längsachse des Injektorgehäuses wird in der genannten Schrift vorgeschlagen, sowohl an dem Düsenhalter als auch an dem Düsenkörper jeweils ein Außengewinde vorzusehen. Die beiden Außengewinde wirken mit einem Innengewinde an der Düsenspannmutter zusammen, wobei es wesentlich ist, dass die mit den Außengewinden des Düsenhalters und des Düsenkörpers zusammenwirkenden Abschnitte des Innengewindes der Düsenspannmutter eine unterschiedliche Steigungsrichtung aufweisen. Mittels einer derartigen Lösung ist es möglich, den Düsenhalter und den Düsenkörper insbesondere ohne den Querschnitt des Düsenkörpers schwächende Ausnehmungen zur Ausnahme beispielsweise eines Stifts als Verdrehsicherung auszubilden. Dies erfolgt vor dem Hintergrund, dass die zur Diskussion stehenden Kraftstoffinjektoren üblicherweise in sogenannten Common-Rail-Einspritzsystemen eingesetzt werden, bei denen der Trend zu immer höheren Einspritzdrücken, insbesondere zu Einspritzdrücken von mehr als 2000bar, geht.
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Ein derartig hoher Einspritzdruck ist insofern für den Düsenkörper problematisch, dass aufgrund der Einbauverhältnisse in der Brennkraftmaschine lediglich ein bestimmter Querschnitt bzw. eine bestimmte Wanddicke an dem Düsenkörper realisiert werden kann, und dass jede Reduktion des Querschnitts des Düsenkörpers in Bezug auf die Druckfestigkeit des Düsenkörpers von Nachteil ist.
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Insbesondere bei Kraftstoffinjektoren, die geringere Einspritzdrücke aufweisen, ist es bekannt, in dem Düsenkörper und dem Gehäuseelement, üblicherweise einer Drosselplatte, eine Bohrung auszubilden, in die ein Stift einsetzbar ist, der die beiden angesprochenen Bauteile in ihrer Winkellage zueinander positioniert. Aufgrund der oben beschriebenen Problematik des Wunsches nach höheren Systemdrücken schwächen derartige Bohrungen bzw. Ausnehmungen jedoch den Düsenkörper und führen zu einer Reduzierung der Druckfestigkeit.
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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 nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass eine alternative Sicherstellung der Winkelposition zwischen dem Düsenkörper und einem an den Düsenkörper sich in axialer Richtung anschließenden Gehäuseelement des Injektorgehäuses, ohne eine aufwendige Ausbildung von Außengewinden an den betroffenen Teilen sowie den Querschnitt des Düsenkörpers schwächende Ausnehmungen, ermöglicht wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass der Düsenkörper und das Gehäuseelement als vormontierbare Baueinheit ohne Verwendung der Düsenspannmutter und eines in eine Bohrung des Düsenkörpers und des Gehäuseelements einsetzbaren Stifts ausgebildet ist, wobei die Bauteile mittels einer stoffschlüssigen, kraftschlüssigen oder formschlüssigen Verbindung miteinander verbunden sind. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass im Gegensatz zum Stand der Technik gemäß der
DE 10 2005 049 540 A1 , bei dem der Düsenkörper und das Gehäuseelement erst bei der Montage mittels der Düsenspannmutter miteinander verbunden werden, es nunmehr vorgesehen ist, den Düsenkörper und das Gehäuseelement in einem der Montage an dem restlichen Injektorgehäuse vorgelagerten Herstellungsschrit als vormontierbare Baueinheit derart auszubilden, dass die Bauteile in ihrer Soll-Winkellage zueinander angeordnet und miteinander verbunden sind. Diese vormontierbare Baueinheit wird anschließend mittels der Düsenspannmutter an dem Injektorgehäuse axial verspannt. In der Praxis erfolgt das axiale Verspannen des Düsenkörpers gegen das Gehäuseelement (in der Regel eine Drosselplatte) dadurch, dass der Düsenkörper unter axialer Zwischenlage der Drosselplatte mittels der Düsenspannmutter gegen einen Haltekörper des Injektorgehäuses verspannt wird.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
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In einer ersten konstruktiven Ausgestaltung ist es bei einer stoffschlüssigen Verbindung vorgesehen, dass diese als Klebeverbindung im Bereich zweier gegenüberliegender Stirnflächen des Gehäuseelements und des Düsenkörpers ausgebildet ist. Eine derartige Ausbildung hat den Vorteil, dass relativ große Klebeflächen an den Stirnflächen der beiden Teile zur Verfügung stehen, so dass eine verdrehsichere Verbindung zwischen den beiden Bauteilen selbst bei relativ hohen Anzugsmomenten der Düsenspannmutter erzielt wird. Darüber hinaus kann der Klebstoff der Klebeverbindung als ein zusätzliches Dichtelement zur Abdichtung des Kraftstoffinjektors ausgebildet werden. Von Vorteil ist darüber hinaus, dass an den angesprochenen Bauteilen, bis auf die Gewährleistung entsprechend glatter bzw. ebener Klebeflächen, keine konstruktiven Änderungen erforderlich sind.
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In alternativer Ausgestaltung der stoffschlüssigen Verbindung ist es vorgesehen, dass diese als Schweißverbindung ausgebildet ist, wobei eine Schweißnaht im Bereich zweier gegenüberliegender Stirnflächen des Gehäuseelements und des Düsenkörpers in Umfangsrichtung des Gehäuseelements und des Düsenkörpers ausgebildet ist. Eine derartige Schweißverbindung lässt sich vorrichtungstechnisch relativ einfach ausführen und wird in der Praxis vorzugsweise mittels einer Laserstrahleinrichtung ausgeführt, da ein Laserschweißprozess prozesstechnisch sehr gut überwachbar ist. Darüber hinaus ist durch die Ausbildung der Schweißnaht am (Außen-)Umfang des Gehäuseelements und des Düsenkörpers eine hohe Drehfestigkeit der beiden Bauteile zueinander gewährleistet.
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In einer konkreten Umsetzung einer kraftschlüssigen Verbindung ist es vorgesehen, dass diese durch eine Pressverbindung zwischen dem Düsenkörper und dem Gehäuseelement gebildet ist, wobei ein Teilabschnitt des Düsenkörpers oder des Gehäuseelements in eine gegengleiche Aussparung des Gehäuseelements oder des Düsenkörpers hineinragt. Durch eine entsprechende Dimensionierung insbesondere des Durchmessers des Teilabschnitts bzw. der Aussparung wird dabei nach dem Fügen ein Pressverbund erzielt, der die benötigte Verdrehfestigkeit der beiden Bauteile zueinander sicherstellt. Das Ausbilden einer derartigen Pressverbindung erfolgt in der Regel dadurch, dass entweder das die Ausnehmung aufweisende Bauteil erwärmt wird, so dass sich die Ausnehmung ausdehnt und/oder dass das in die Ausnehmung hineinragende Bauteil herabgekühlt wird, so dass das Bauteil schrumpft.
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In alternativer Ausgestaltung einer kraftschlüssigen Verbindung kann es auch vorgesehen sein, dass die kraftschlüssige Verbindung durch ein das Gehäuseelement und den Düsenkörper an deren Außenumfang umgreifendes Element, insbesondere einen Spannring, ausgebildet ist. In diesem Fall werden der Düsenkörper und das Gehäuseelement in ihrer Soll-Winkellage zueinander positioniert und ein üblicherweise erwärmter, und dadurch gegenüber einer Normaltemperatur einen größeren Innendurchmesser aufweisender Spannring um den Verbindungsbereich zwischen dem Düsenkörper und dem Gehäuseelement angeordnet. Nach dem Abkühlen des Elements (Spannring) verbindet dieser den Düsenkörper und das Gehäuseelement in ihrer Soll-Winkellage. Neben diesem Verfahren kann die Pressung zwischen den Bauteilen auch auf andere Art und Weise, beispielsweise durch einen elektromagnetischen Umformprozess, erzeugt werden.
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In wiederum alternativer konstruktiver Gestaltung des Kraftstoffinjektors ist es vorgesehen, dass eine Formschlussverbindung durch eine entsprechende Geometrie an dem Gehäuseelement und dem Düsenkörper ausgebildet ist. Insbesondere kann die Geometrie in Form einer Verzahnung ausgebildet sein.
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Wie bereits erläutert, besteht in der Praxis ein Injektorgehäuse eines Kraftstoffinjektors nicht nur aus dem Düsenkörper und einem an den Düsenkörper sich in axialer Richtung anschließenden Gehäuseelement (Drosselplatte), sondern zumindest aus einem weiteren, auf der dem Düsenkörper abgewandten Seite der Drosselplatte sich anschließenden Gehäuseelement. Auch bezüglich dieses weiteren Gehäuseelements, beispielsweise eines Haltekörpers, und dem Gehäuseelement (Drosselplatte) ist es wesentlich, dass das Gehäuseelement und das weitere Gehäuseelement in einer bestimmten Winkellage zueinander positioniert sind, um insbesondere eine Kraftstoffversorgung des Düsenkörpers sicherzustellen, derart, dass eine durchgängige hydraulische Verbindung des Düsenkörpers mit einer Kraftstoffversorgung ausgebildet ist. Da das axiale Verspannen des Düsenkörpers und des Gehäuseelements bzw. der Drosselplatte gegen das weitere Gehäuseelement zu einem Verändern der Winkelposition zwischen dem Gehäuseelement und dem weiteren Gehäuseelement führt oder zumindest führen kann, wird in einer weiteren vorteilhaften konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, dass das Gehäuseelement eine Drosselplatte ist, dass sich an die Drosselplatte auf der dem Düsenkörper abgewandten Seite ein weiteres Gehäuseelement anschließt, und dass die Drosselplatte und das weitere Gehäuseelement mittels einer Stiftverbindung in Bezug zu einer Längsachse des Injektorgehäuses in ihrer Winkellage zueinander positioniert bzw. fixiert angeordnet sind.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen eines Kraftstoffinjektors, bei dem ein Gehäuseelement und ein Düsenkörper eines Injektorgehäuses mittels einer Düsenspannmutter in axialer Richtung miteinander verspannt werden, wobei das Gehäuseelement und der Düsenkörper in einer Soll-Winkellage in Bezug zu einer Längsachse des Injektorgehäuses zueinander ausgerichtet werden. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass der Düsenkörper und das Gehäuseelement ohne Verwendung der Düsenspannmutter und eines in eine Bohrung des Düsenkörpers und des Gehäuseelements einsetzbaren Stifts mittels einer stopfschlüssigen, kraftschlüssigen oder formschlüssigen Verbindung miteinander verbunden werden, bevor die Düsenspannmutter den Düsenkörper gegen das Gehäuseelement axial verspannt.
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Bevorzugt ist die Verwendung eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors bei Kraftstoffdrücken im Düsenkörper vorgesehen, die über 2000bar liegen.
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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 einem Brennraum einer Brennkraftmaschine zugewandten, unteren Endbereich eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors in einer ersten Ausführungsform der Erfindung in einem vereinfachten Längsschnitt,
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2 einen Düsenkörper und eine mit dem Düsenkörper verbundene Drosselplatte als vorgefertigte Baueinheit unter Verwendung einer Klebeverbindung im Längsschnitt,
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3 eine mit einem Düsenkörper über eine Pressverbindung verbundene Drosselplatte, ebenfalls im Längsschnitt,
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4 eine mit einem Düsenkörper über eine Verzahnungsgeometrie drehfest verbundene Drosselplatte, im Längsschnitt und
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5 einen Düsenkörper und eine Drosselplatte, die mittels eines Spannrings miteinander verbunden sind, ebenfalls im Längsschnitt.
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Gleiche Bauteile bzw. Bauteile mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
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In der 1 ist der einem nicht dargestellten Brennraum einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer selbstzündenden Brennkraftmaschine, zugewandte Endbereich eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors 10 vereinfacht dargestellt. Der Kraftstoffinjektor 10 ist insbesondere als sogenannter Common-Rail-Injektor ausgebildet und dient dem Einspritzen von Kraftstoff in den erwähnten Brennraum der Brennkraftmaschine. Insbesondere ist der Kraftstoffinjektor 10 für System- bzw. Einspritzdrücke von mehr als 2000bar vorgesehen bzw. ausgebildet.
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Der Kraftstoffinjektor 10 weist ein Injektorgehäuse 11 auf, das einen Düsenkörper 12, eine auf der dem Brennraum der Brennkraftmaschine abgewandten Seite sich in axialer Richtung anschließende Drosselplatte 13 als Gehäuseelement, sowie auf der dem Düsenkörper 12 gegenüberliegenden Seite der Drosselplatte 13 als weiteres Gehäuseelement einen Haltekörper 14 aufweist. Das Injektorgehäuse 11 weist eine Längsachse 16 auf, wobei der Düsenkörper 12 und die Drosselplatte 13 mittels einer Düsenspannmutter 18 gegeneinander und in Richtung zum Haltekörper 14 hin axial verspannt sind. Hierzu weist der Haltekörper 14 an seinem Außenumfang ein entsprechendes Außengewinde 19 auf, das mit einem entsprechenden Abschnitt eines Innengewindes 20 an der Düsenspannmutter 18 zusammenwirkt. Darüber hinaus umgreift ein radial nach innen ragender Halteabschnitt 21 der Düsenspannmutter 18 eine Durchmesserstufe 22 des Düsenkörpers 12.
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Innerhalb einer Ausnehmung 23 des Düsenkörpers 12 ist eine nicht dargestellte Düsennadel angeordnet, die mittels eines ebenfalls nicht dargestellten Aktuators in Richtung der Längsachse 16 hubbeweglich angeordnet ist und in ihrer abgesenkten Position am Düsenkörper 12 ausgebildete Einspritzöffnungen 25 zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine verschließt.
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Die Drosselplatte 13 weist eine Durchgangsbohrung 26 auf, die einerseits in der Ausnehmung 23 des Düsenkörpers 12 mündet, und andererseits hydraulisch mit einer unter Hochdruck stehenden Versorgungsbohrung 27 im Haltekörper 14 hydraulisch verbunden ist. Zur Sicherstellung der hydraulischen Verbindung zwischen der Versorgungsbohrung 27 und der Durchgangsbohrung 26 sind die Drosselplatte 13 und der Haltekörper 14 mittels wenigstens eines Stifts 28, der in entsprechende Ausnehmungen der Drosselplatte 13 und des Haltekörpers 14 eingreift, in ihrer Winkellage in Bezug zur Längsachse 16 des Injektorgehäuses 11 zueinander in einer Soll-Winkellage positioniert. Ebenso ist es wesentlich, dass der Düsenkörper 12 und die Drosselplatte 13 in Bezug zur Längsachse 16 des Injektorgehäuses 11 in einer bestimmten Soll-Winkellage zueinander positioniert sind. Hierzu ist es in einer ersten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass am Außenumfang der Drosselplatte 13 und des Düsenkörpers 12 eine radial umlaufende Schweißnaht 30 zur Ausbildung einer stoffschlüssigen Verbindung ausgebildet ist. Die Schweißnaht 30 kann dabei entweder lediglich über einen Teilbereich des Umfangs der Drosselplatte 13 und des Düsenkörpers 12 verlaufen, oder aber über deren gesamtem Umfang. Vorzugsweise wird die Schweißnaht 30 mittels einer nicht dargestellten Laserstrahleinrichtung erzeugt. Darüber hinaus ist die Schweißnaht 30 vorzugsweise mittig zur Trennebene 31 zwischen der Drosselplatte 13 und dem Düsenkörper 12 im Bereich deren zugewandter Stirnflächen 32, 33 angeordnet.
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Wesentlich ist es, dass die Verbindung zwischen dem Düsenkörper 12 und der Drosselplatte 13 mittels der Schweißnaht 30 in einem vorgelagerten Fertigungsschritt erfolgt, so dass die mit dem Düsenkörper 12 verbundene Drosselplatte 13 eine vormontierbare Baueinheit 50 ausbilden, die anschließend unter Verwendung der Düsenspannmutter 18 axial gegen den Haltekörper 14 verspannt wird.
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Bei der in der 2 dargestellten Baueinheit 50a ist es vorgesehen, dass die Verbindung zwischen der Drosselplatte 13 und dem Düsenkörper 12 nicht mittels einer Schweißnaht 30, sondern mittels einer Kleberschicht 35 erfolgt, die im Bereich der beiden Stirnflächen 32, 33 der Drosselplatte 13 bzw. des Düsenkörpers 12 angeordnet ist.
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Bei dem in der 3 dargestellten Bauteileverbund 50b ist demgegenüber in dem Düsenkörper 12a eine Ausnehmung 36 zur Aufnahme zumindest eines Teilabschnitts der Drosselplatte 13a ausgebildet. Insbesondere ist der Innendurchmesser der Ausnehmung 36 derart auf den Außendurchmesser der Drosselplatte 13a angepasst, dass zwischen dem Düsenkörper 12a und der Drosselplatte 13a im Verbindungsbereich eine Pressverbindung ausbildbar ist.
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Der Bauteileverbund 50c der 4 umfasst eine Drosselplatte 13b und einen Düsenkörper 12b, bei dem im Bereich der beiden Stirnflächen 32b, 33b eine Verzahnungsgeometrie 37 ausgebildet ist, die eine Verdrehsicherung zwischen der Drosselplatte 13b und dem Düsenkörper 12b um die Längsachse 16 sicherstellt. Hierzu ist die Verzahnungsgeometrie 37 beispielsweise in Form mehrerer radial angeordneter Erhebungen an der Drosselplatte 13b oder dem Düsenkörper 12b ausgebildet, die in gegengleiche Vertiefungen des Düsenkörpers 12b bzw. der Drosselplatte 13b eingreifen und dadurch eine formschlüssige Verbindung ausbilden.
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Zuletzt ist in der 5 ein Bauteileverbund 50d dargestellt, bei dem die Drosselplatte 13d und der Düsenkörper 12d in ihrer Winkelstellung um die Längsachse 16 mittels eines Spannrings 40 zueinander positioniert sind. Hierzu umfasst der Spannring 40 den Außendurchmesser des Düsenkörpers 12d und der Drosselplatte 13d in einem Verbindungsbereich zwischen den beiden Bauteilen. Zum Befestigen bzw. Montieren des Spannrings 40 wird dieser beispielsweise derart erwärmt bzw. erhitzt, dass sich dieser ausdehnt und über den Umfang des Düsenkörpers 12d und der Drosselplatte 13d übergeschoben werden kann.
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Der soweit beschriebene Kraftstoffinjektor 10 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005049540 A1 [0002, 0006]
