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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Dichtelement für eine Hochdruckverbindung in einem Kraftstoffinjektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung einen Kraftstoffinjektor unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Dichtelements.
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Ein Dichtelement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der
DE 10 2012 222 167 A1 der Anmelderin bekannt. Mittels des bekannten Dichtelements lässt sich eine Hochdruckleitung zu einem Anschlussstutzen in einem Kraftstoffinjektor abdichten. Dabei werden die Hochdruckleitung und der Anschlussstutzen mittels einer Überwurfmutter axial miteinander verspannt, wobei das Dichtelement innerhalb von Bohrungen der beiden axial zueinander beabstandeten Bauteile (Hochdruckleitung und Anschlussstutzen) angeordnet ist. Beim axialen Verspannen der Hochdruckleitung mit dem Anschlussstutzen verformt sich das Dichtelement radial nach außen und liegt mit einer Außenseite bzw. einem Außenumfang unter Ausbildung einer Abdichtung an den Mündungsbereichen der beiden Durchgangsbohrungen der beiden Bauteile an. Wesentlich dabei ist, dass das Dichtelement in einem in Bezug zu einer Längsachse des Dichtelements axial mittleren Bereich einen radial nach außen ragenden Dichtbereich aufweist, der im noch nicht axial belastetem Zustand des Dichtelements einen Außendurchmesser aufweist, der größer ist als der Durchmesser der Bohrungen an der Hochdruckleitung und dem Anschlussstutzen. Im axial verspannten Zustand des Dichtelements überragt es die Bohrungen der Hochdruckleitung und des Anschlussstutzens ebenfalls radial. Dadurch ist der Einsatz des bekannten Dichtelements auf Anwendungen beschränkt, bei denen die miteinander zu verbindenden Bauteile im Endzustand axial zueinander beabstandet angeordnet sind. Dies hat zur Folge, dass eine Anordnung, bestehend aus dem bekannten Dichtelement sowie den beiden axial aneinander anschließenden Bauteilen eine relativ große axiale Länge aufweist.
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Weiterhin ist es aus der
DE 10 2014 201 854 A1 der Anmelderin bekannt, zwischen zwei Bauteilen, die ebenfalls axial zueinander beabstandet sind, ein im Querschnitt eine Wellenform aufweisendes Dichtelement einzusetzen bzw. anzuordnen. Auch bei diesem Dichtelement ist somit mit Blick auf eine aus den Bauelementen und dem Dichtelement bestehende Anordnung ein erhöhter Raumbedarf erforderlich.
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Offenbarung der Erfindung
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Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Dichtelement für eine Hochdruckverbindung in einem Kraftstoffinjektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass dieses im Einbauzustand eine besonders kompakte Anordnung der Bauteile zueinander in axialer Richtung ermöglicht. Darüber hinaus soll eine besonders gute Dichtwirkung erzielt werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Dichtelement für eine Hochdruckverbindung in einem Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, es durch die Ausbildung von wenigstens zwei in Bezug zu einer Längsachse des Dichtelements axial voneinander beabstandeten ersten Dichtbereichen zu ermöglichen, dass die wenigstens zwei ersten Dichtbereiche den Bohrungen der beiden die Hochdruckverbindung ausbildenden Bauteilen zugeordnet werden können, derart, dass die Dichtbereiche mit einer Innenwand der Bohrung des jeweiligen Bauteils zusammenwirken. Dadurch ist es möglich, dass die gegeneinander abzudichtenden Bauteile bei Verwendung des erfindungsgemäßen Dichtelements mit ihren einander zugewandten Stirnseiten unmittelbar in Anlagekontakt angeordnet werden können. Dies wiederum hat den Vorteil einer besonders kompakten Anordnung des Dichtelements innerhalb der Hochdruckverbindung.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Dichtelements sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
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Um einerseits bei den zur Diskussion stehenden relativ hohen Drücken in dem Kraftstoffinjektor (gemeint sind hierbei Systemdrücke, die mehr als 2000bar betragen können) eine genügend hohe mechanische Druckfestigkeit bereitzustellen sowie andererseits die Möglichkeit zu schaffen, eine derartige Hochdruckverbindung auch mit relativ geringem Aufwand wieder zu trennen und anschließend wieder auszubilden, ist es vorgesehen, dass das Dichtelement elastisch verformbar ist und aus Metall, insbesondere aus einem Stahlwerkstoff besteht.
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In herstellungstechnisch bevorzugter Ausgestaltung des Dichtelements weist dieses im axialen Querschnitt eine Wellenform auf. Dadurch lässt sich das Dichtelement in einem spanlosen Umformvorgang preiswert und hochgenau herstellen.
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Die Erfindung umfasst auch einen Kraftstoffinjektor mit einem soweit beschriebenen erfindungsgemäßen Dichtelement, wobei das Dichtelement im Bereich einer durch zwei Bauteile des Kraftstoffinjektors ausgebildeten Ausnehmung angeordnet ist, wobei die Ausnehmung beispielsweise durch zwei radial umlaufende, einen gleichen Radius aufweisenden Bohrungen bzw. Innenwände der Bauteile gebildet ist, und wobei die beiden Bauteile unter Ausbildung einer senkrecht zu einer Längsachse des Dichtelements verlaufenden Trennebene axial aneinander anschließen. Erfindungsgemäß zeichnet sich der Kraftstoffinjektor dadurch aus, dass unter Hochdruckbeaufschlagung die beiden ersten Dichtbereiche des Dichtelements an den Innenwänden der beiden Bohrungen bzw. Bauteile dichtend anliegen.
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Um nicht nur am Außenumfang bzw. in radialer Richtung des Dichtelements eine Abdichtung zu den beiden Bauteilen zu ermöglichen, sondern auch in axialer Richtung, ist es vorgesehen, dass das Dichtelement in nicht montiertem Zustand in Bezug zu seiner Längsachse eine Länge aufweist, die größer ist als die Höhe der Ausnehmung im montierten Zustand der beiden Bauteile. Dadurch wird bei der Montage bzw. der axialen Verspannung der beiden Bauteile eine axiale Verkürzung des Dichtelements bewirkt, derart, dass das Dichtelement mit seinen beiden gegenüberliegenden Stirnflächen dichtend im Bereich der Ausnehmung anliegt. Somit werden insgesamt wenigstens vier Dichtbereiche bzw. Dichtflächen zwischen den beiden Bauteilen sowie dem Dichtelement gebildet. Dies bewirkt eine besonders sichere bzw. verbesserte Abdichtwirkung.
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Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass sich an die beiden axialen Endbereiche des Dichtelements in Richtung zum Dichtelement betrachtet in axialer Richtung der Längsachse des Dichtelements radial schräg nach außen ragende Abschnitte anschließen, die die ersten Dichtbereiche ausbilden. Eine derartige Ausbildung des Dichtelements bewirkt, dass beim axialen Verspannen der beiden Bauteile selbst ohne hydraulischem Druck das Dichtelement mechanisch durch die Montagekraft radial aufgeweitet wird, derart, dass die beiden ersten Dichtbereiche an der Innenwand der beiden Bauteile anliegen. Dadurch ist im Betrieb selbst bei einem relativ geringen hydraulischen Überdruck eine zuverlässige Abdichtung der Hochdruckverbindung sichergestellt.
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Eine zusätzliche Abdichtung wird erfindungsgemäß in vorteilhafter Art und Weise dadurch erzielt, dass die beiden miteinander verbundenen Bauteile im Bereich der Trennebene der beiden Bauteile zumindest bereichsweise in Anlagekontakt zueinander angeordnet sind. Dadurch wird nicht nur der axiale Verspannweg der beiden Bauteile bei deren Montage begrenzt, sondern durch den Anlagekontakt zwischen den beiden Bauteilen eine zusätzliche Abdichtwirkung erzielt.
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Obwohl grundsätzlich innerhalb eines Kraftstoffinjektors mehrere Stellen denkbar sind, an denen das soweit beschriebene Dichtelement in bevorzugter Art und Weise angeordnet werden kann, sind diejenigen Bereiche besonders relevant, in denen der hydraulische Druck dem Systemdruck entspricht, d.h. besonders hoch ist. Gedacht ist hierbei insbesondere an Anwendungsfälle, bei denen das Dichtelement zwischen einem Haltekörper und einem Düsenkörper angeordnet ist, oder an Anwendungsfälle, bei denen das Dichtelement zwischen einem Ventilstück und einem Haltekörper angeordnet ist.
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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 Kraftstoffinjektors im Verbindungsbereich zwischen einem Düsenkörper und einem Haltekörper im Längsschnitt,
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2 ein Detail der 1 in vergrößerter Darstellung,
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3 einen Teilbereich eines Kraftstoffinjektors im Verbindungsbereich zwischen einem Ventilstück und einem Haltekörper im Längsschnitt und
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4 ein Detail der 3 in vergrößerter Darstellung.
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Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
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In der 1 ist bereichsweise ein Kraftstoffinjektor 10 dargestellt, wie er zum Einspritzen von Kraftstoff in einen nicht gezeigten Brennraum einer selbstzündenden Brennkraftmaschine dient. Insbesondere ist der Kraftstoffinjektor 10 als sogenannter Common-Rail-Injektor ausgebildet.
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Der Kraftstoffinjektor 10 weist einen Düsenkörper 11 auf, an den sich auf der nicht gezeigten Einspritzöffnungen des Düsenkörpers 11 entgegengesetzten Richtung ein Haltekörper 12 anschließt. Der Düsenkörper 11 ist mit dem Haltekörper 12 mittels einer Düsenspannmutter 15 axial verspannt. Insbesondere sind der Düsenkörper 11 und der Haltekörper 12 im montierten Zustand im Bereich gegenüberliegender Stirnflächen 16, 17 zumindest bereichsweise in Anlagekontakt zueinander angeordnet. Bei dem in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist durch eine entsprechende Bearbeitung der Stirnflächen 16, 17 sichergestellt, dass im axial montierten Zustand des Düsenkörpers 11 an dem Haltekörper 12 die beiden Stirnflächen 16, 17 zumindest in einem radial inneren Anlagebereich 18 aneinander anliegen.
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Innerhalb einer Ausnehmung 19 des Kraftstoffinjektors 10 ist eine als Einspritzglied wirkende Düsennadel 20 entlang einer Längsachse 21 hubbeweglich angeordnet. Mittels der Düsennadel 20 lassen sich die angesprochenen Einspritzöffnungen zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine freigeben bzw. verschließen. Hierzu herrscht in der Ausnehmung 19, welche über eine nicht dargestellte Versorgungsleitung zumindest mittelbar mit unter Systemdruck herrschendem Kraftstoff versorgt ist, der Systemdruck, der beispielsweise mehr als 2000 bar betragen kann.
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Um eine Leckage zwischen dem Düsenkörper 11 und dem Haltekörper 12 im Bereich der beiden Stirnflächen 16, 17 zu vermeiden, weist der Kraftstoffinjektor 10 eine Hochdruckverbindung 25 auf, in der ein in den 1 und 2 erkennbares hülsenförmiges Dichtelement 26 angeordnet ist. Das Dichtelement 26 besteht vorzugsweise aus Stahl und ist im axialen Querschnitt wellenförmig ausgebildet. Insbesondere weist das Dichtelement 26 in Bezug zu seiner Längsachse 27, die im dargestellten Ausführungsbeispiel mit der Längsachse 21 der Düsenadel 20 zusammenfällt, an seiner Außenwand 28 zwei axial zueinander beabstandete erste Dichtbereiche 31, 32 auf. Zwischen den beiden ersten Dichtbereichen 31, 32 ist eine Vertiefung 33 ausgebildet, in deren Bereich auch die beiden Stirnflächen 16, 17 des Düsenkörpers 11 bzw. des Haltekörpers 12 bzw. deren Trennebene verlaufen.
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Die Ausnehmung 19 wird durch jeweils einen Bohrungsabschnitt 34, 35 der Ausnehmung 19 in dem Düsenkörper 11 bzw. dem Haltekörper 12 gebildet, die von der jeweiligen Stirnfläche 16, 17 ausgeht. Der Durchmesser D der Ausnehmung 19 ist zumindest im Bereich des Dichtelements 26 gleich groß.
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Weiterhin ist es zur Vereinfachung der Montage vorgesehen, dass das Dichtelement 26 im nicht montierten Zustand im Bereich der beiden ersten Dichtbereiche 31, 32 einen Außendurchmesser d aufweist, der etwas geringer ist als der Durchmesser D der Ausnehmung 19. Dadurch lässt sich das Dichtelement 26 in axialer Richtung leicht in die Bohrungsabschnitte 34, 35 der Ausnehmung 19 einführen. Weiterhin ist es von Vorteil, wenn in den nicht montierten Zustand des Dichtelements 26 dieses eine Länge aufweist, die etwas größer ist als die Höhe H der Ausnehmung 19 bei montiertem Zustand von Düsenkörper 11 und Haltekörper 12. Dadurch findet bei der axialen Verspannung mittels der Düsenspannmutter 15 eine axiale Verstauchung bzw. ein axiales Verpressen des Dichtelements 26 in der Ausnehmung 19 statt, derart, dass entsprechend der 2 die beiden axialen Endbereiche 36, 37 des Dichtelements 26 dichtend am Grund 38, 39 des jeweiligen Bohrungsabschnitts 34, 35 anliegen und dadurch zweite Dichtbereiche 41, 42 ausbilden. Ferner ist anhand der 2 erkennbar, dass aufgrund der Wellenform des Dichtelements 26 von den beiden axialen Endbereichen 36, 37 in Richtung zu den Stirnflächen 16, 17 Abschnitte 43, 44 des Dichtelements 26 ausgehen, die in Bezug zur Längsachse 27 des Dichtelements 26 radial nach außen ragen bzw. schräg angeordnet sind. Die Abschnitte 43, 44 enden im Bereich der ersten Dichtbereiche 31, 32. Beim axialen Verspannen von Düsenkörper 11 und Haltekörper 12 werden durch die geometrische Ausbildung der Abschnitte 43, 44 die ersten Dichtbereiche 31, 32 radial nach außen gegen die Ausnehmung 19 gepresst.
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Während des Betriebs des Kraftstoffinjektors 10, bei dem innerhalb der Ausnehmung 19 der Systemdruck herrscht, wird das Dichtelement 26 zusätzlich durch den hydraulischen Druck in der Ausnehmung 19 radial aufgeweitet, derart, dass die beiden ersten Dichtbereiche 31, 32 gegen die entsprechenden Abschnitte der Bohrung 34, 35 gepresst werden. Dadurch wird zumindest im Bereich der beiden Bereiche 31, 32 ein Austreten von Kraftstoff in Richtung der beiden Stirnflächen 16, 17 vermieden. Darüber hinaus wird durch die beiden zweiten Bereiche 41, 42 eine zusätzliche Abdichtung geschaffen, ebenso wie durch den Anlagebereich 18 zwischen dem Düsenkörper 11 und dem Haltekörper 12.
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Bei dem Kraftstoffinjektor 10a der 3 und 4 ist das Dichtelement 26a im Bereich der Hochdruckverbindung 25 zwischen dem Haltekörper 12 und einem Ventilstück 45 angeordnet. Zwischen dem Haltekörper 12 und dem Ventilstück 45 ist durch eine entsprechende Gestaltung eines Außenwandabschnitts 46 des Ventilstücks 45 und einer Ausnehmung 47 im Haltekörper 12 eine Ausnehmung 19a ausgebildet, in der das Dichtelement 26a angeordnet ist. Wie insbesondere anhand der 4 erkennbar ist, ist im montierten Zustand das Dichtelement 26a mit einem radial inneren ersten Dichtbereich 48 in Anlagekontakt mit dem Außenwandabschnitt 46 des Ventilstücks 45 angeordnet und bildet dort eine hydraulische Abdichtung aus. Der radial innere erste Dichtbereich 48 ist in Bezug zur Längsachse 27 des Dichtelements 26a zwischen den beiden radial äußeren Dichtbereichen 31, 32 angeordnet. Darüber hinaus ist der Haltekörper 12 im Bereich einer Stirnfläche 49 in Anlagekontakt mit einer Stirnfläche 50 des Ventilstücks 45 angeordnet.
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Auch bei dem in den 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiel bilden die beiden axialen Endbereiche 36, 37 des Dichtelements 26a zweite Dichtflächen 41, 42 aus, die an dem Ventilstück 45 bzw. dem Haltekörper 12 dichtend anliegen.
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Der soweit beschriebene Kraftstoffinjektor 10, 10a kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. Darüber hinaus ist es auch denkbar, das Dichtelement 26, 26a in Bezug auf seine Längsachse 27 nicht nur mit zwei ersten Dichtbereichen 31, 32 beim Dichtelement 26 bzw. mit drei ersten Dichtbereichen 31, 32, 48 beim Kraftstoffinjektor 10a auszustatten, sondern es können auch zusätzliche Dichtbereiche vorgesehen sein, die an der Außenwand bzw. der Innenwand des Dichtelements 26, 26a vorgesehen sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012222167 A1 [0002]
- DE 102014201854 A1 [0003]
