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Die
Erfindung betrifft eine druckdichte Verbindungsanordnung für Teile
eines Kraftstoffeinspritzsystems, insbesondere eine hochdruckdichte Verbindungsanordnung
für Teile
eines Kraftstoffinjektors, mit einem Fügeflächen von Teilen eines Kraftstoffeinspritzsystem
aneinander pressenden Spannelement zum Herbeiführen einer druckdichten Verbindung
zwischen den Fügeflächen, das
zum Aufrechterhalten der Spannkraft mit einem eine der Fügeflächen aufweisenden
Verbindungsteil des Kraftstoffeinspritzsystem verbunden ist.
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In
der deutschen Patentanmeldung
DE 199 02 282 A1 ist bereits ein Kraftstoffinjektor
für eine
Einspritzanlage mit untereinander verspannten Teilen beschrieben.
Der modular aufgebaute Kraftstoffinjektor besteht im wesentlichen
aus einem Injektorkopf mit einem Hochdruckanschluss für eine Kraftstoffleitung
und einem Düsenkörper zur
Aufnahme einer Düsennadel
sowie weiteren zwischen dem Injektorkopf und dem Düsenkörper angeordneten
Injektorteilen, wie beispielsweise einer Anschlagscheibe. Der Injektorkopf,
der Düsenkörper und
die weiteren Injektorteile werden koaxial übereinander angeordnet und über ein
hülsenförmiges Verbindungselement
gegeneinander verspannt, so dass die Fügeflächen zwischen den einzelnen
Bauteilen hochdruckdicht aufeinander gepresst sind. Durch den Injektorkopf,
die weiteren Injektorteile und den Düsenkörper verläuft zentral zumindest ein Hochdruckkanal,
der im Bereich des Düsenkörpers die
Düsennadel
aufnimmt. Um einen durchgehenden Hochdruckkanal zu bilden, müssen die
einzelnen Teile des Injektors genau zueinander fluchten. Hierzu
sind im Bereich der Fügeflächen Bohrungen
für in
Längsrichtung
des Injektors ausgerichtete und einsteckbare Fixierstifte vorgesehen.
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Das
hülsenförmige Verbindungselement
besteht im wesentlichen aus einem Rohrabschnitt, an den an einem
Ende ein Ring mit einem kleineren Innendurchmesser als der des Rohrabschnittes
an- bzw. eingesetzt ist. Durch den Ring wird eine ringförmige Spannfläche gebildet,
die rechtwinklig zur Längserstreckung
des Rohrabschnittes ausgerichtet und zum anderen Ende des Rohrabschnittes
gerichtet ist. Im montierten und verspannten Zustand des Injektors
liegt die Spannfläche
vorzugsweise flächig an
einer Anlagefläche
des Düsenkörpers an.
Entsprechend gliedert der Düsenkörper sich
in einen Halteabschnitt mit der Anlagefläche und einem Spitzenabschnitt
für die
Düsennadel
auf, der sich durch die Öffnung
des Ringes des hülsenförmigen Verbindungselementes
hindurch erstreckt.
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An
dem dem Ring abgewandten Ende ist der Rohrabschnitt des hülsenförmigen Verbindungselementes
mit einem Innengewinde versehen, das zum Verspannen der Bauteile
des Injektors in Eingriff mit einem am unteren Ende des Injektorkopfes
angeordneten Außengewinde
steht. Um eine absolute Dichtigkeit des Injektors im Bereich der
Fügeflächen zu erreichen,
müssen
einerseits die Fügeflächen mit
hoher Planheit hergestellt werden und andererseits die über das
hülsenförmige Verbindungselement
aufgebrachte Axialkraft präzise
eingestellt werden. Hierfür sind
hohe Flächenpressungen
im Bereich der Fügeflächen erforderlich,
um die gewünschte
Hochdruckdichtigkeit zu erzielen. Um diese Flächenpressungen zu generieren,
müssen
die Bauteile des Injektors mit sehr hohen Axialkräften verspannt
werden. Da immer höhere
Einspritzdrücke
gefordert werden, steigen auch die erforderlichen Axialkräfte immer
weiter an. Diese ständige
Steigerung der Einspritzdrücke
führt dazu,
dass zum einen eine Mindestaxialkraft zur Abdichtung erreicht werden
muss und dass zum anderen aber eine Maximalkraft nicht überschritten
werden darf, damit die Teile des Injektors nicht über ihre Belastungsgrenze
beansprucht werden. Dieses immer enger werdende Toleranzband zu
errei chen, wird für
die Gewährleistung
der Hochdruckdichtheit immer wichtiger.
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Aber
gerade eine hinreichend genaue Einstellung der erforderlichen Axialkraft über das
Anzugsdrehmoment des hülsenförmigen Verbindungselementes
ist nur in gewissen Grenzen möglich,
da Einflussfaktoren, wie die Reibung im Gewinde und zwischen der
Spannfläche
und der Anlagefläche,
die Genauigkeit des Gewindes, die Steifigkeit der zu verschraubenden
Teile des Injektors und die Schraubereinflüsse, die sich einstellende
Axialkraft beeinflussen.
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Auch
ist es möglich,
nach entsprechender Vorspannung der Bauteile des Injektors untereinander,
das hülsenförmige Verbindungselement über Schweißen, Hartlöten, Aufschrumpfen
oder eine Presspassung mit dem Injektorkopf zu verbinden.
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Des
Weiteren ist aus der deutschen Patentanmeldung
DE 100 02 365 A1 eine Hochdruckanschlussanordnung
einer Kraftstoffeinspritzanlage bekannt, die im wesentlichen aus
einem Stutzen, einer Überwurfmutter
und einer Kraftstoffleitung besteht. An dem Ende der Kraftstoffleitung
ist ein Nippel, der als Kurzkopfnippel ausgebildet ist, mit einer
vom Ende des Nippels gesehen äußeren und
inneren Kegelfläche.
Der Stutzen weist ein Außengewinde
für die Überwurfmutter
auf und ist an einer Hochdruckanschlussstelle befestigt, die beispielsweise
ein Kraftstoffinjektor, ein Anschlussnippel oder ein Rail sein kann.
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An
dem der Hochdruckanschlussstelle abgewandten Ende ist der Stutzen
mit einer nach innen gerichteten kegeligen Dichtfläche für eine hochdruckdichte
Aufnahme der äußeren Kegelfläche des
Nippels versehen. Die Überwurfmutter
ist in üblicher Weise
mit einer Bohrung für
die Kraftstoffleitung versehen und weist am nach innen gerichteten
Rand der Bohrung eine kegelstumpfförmige Spannfläche auf, die
bei montierter Kraftstoffleitung in Kontakt mit der inneren Kegelfläche des
Nippels steht. In Abhängigkeit
von dem Anzugsmoment der Überwurfmutter wird
von der Anpressfläche
der Überwurfmutter
die innere Kegelfläche
und somit die Kraftstoffleitung in Richtung des Stutzens gedrückt. Hierdurch
wird äußere Kegelfläche des
Nippels vorzugsweise flächig gegen
die Dichtfläche
des Stutzens gepresst, um somit die hochdruckdichte Verbindung zwischen
der Kraftstoffleitung und der Hochdruckanschlussstelle zu schaffen.
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Auch
ist bereits aus dem deutschen Patent
DE 199 14 719 C2 eine Welle-Nabe-Verbindung
bekannt, bei der auf Umfangsfläche
der Welle eine Mehrzahl von keilförmigen Erhebungen und auf der Innenfläche der
Nabe die gleiche Anzahl entsprechender keilförmiger Ausnehmungen angeordnet sind.
Zum Herstellen einer Verbindung wird die Welle in die Nabe gefügt und anschließend die
Welle relativ zu der Nabe verdreht, so dass über die aneinander zur Anlage
kommenden Keilflächen
zunächst
die Welle und die Nabe zueinander zentriert werden und dann bei
weiterer Verdrehbewegung ein selbsthemmender Reibschluss zwischen
den Keilflächen
entsteht. Die Begriffe Welle und Nabe sollen nicht auf drehende
Verbindungen beschränkt
sein, sondern beziehen sich auch auf feste Verbindungen zwischen nicht
drehenden Teilen wie beispielsweise Zapfen und Rohre beziehen. Die
in Umfangsrichtung der Welle bzw. der Nabe ansteigenden und hintereinander
angeordneten Keilflächen
weisen einen Rücken auf,
der jeweils zwischen dem höchsten
Punkt einer Keilfläche
und dem tiefsten Punkt einer benachbarten Keilfläche verläuft. Die Form des Rückens ist
für die
Funktion der Kreiskeilverbindung ohne Bedeutung und vorzugsweise
s-förmig geschwungen.
Um die gewünschte
Selbsthemmung der Reibschlussverbindung zu erreichen, weisen die
Keilflächen
eine Steigung etwa zwischen 1:50 bis 1:200 auf.
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Des
Weiteren weisen die in Umfangsrichtung der Welle bzw. der Nabe ansteigenden
Keilflächen etwa
den Verlauf einer logarithmischen Spirale auf, deren Verlauf sich
durch eine gleichbleibende Steigung auszeichnet. Hierdurch soll
erreicht werden, dass bei gegenseitiger Relativbewegung derart geformter
Keilflächen
auf einer Welle und einer Nabe um eine gemeinsame Achse alle Punkte
der Keilflächen
sich gleichzeitig also flächig
berühren
und tragen. In der Praxis soll dieses Ergebnis aber auch mit Keilflächen erreicht
werden, deren Verlauf der logarithmischen Spirale mehr oder minder
angenähert
ist, da geringe Abweichungen vom idealen Verlauf durch die elastische
und/oder plastische Verformbarkeit des Materials der Keilflächen ausgeglichen
wird. Somit können
auch nach Kreisbögen
geformte Keilflächen
nur geringe Abweichungen vom Idealfall aufweisen. Vereinfachend
werden die geeigneten Keilflächen
als Kreiskeilflächen
bezeichnet.
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Im
Allgemeinen zeichnen sich die Kreiskeilverbindungen durch ihre Selbsthemmungseigenschaften
als rüttelsicher
und stabil aus. Neben der Übertragung
von Drehmomenten ist diese Welle-Nabe-Verbindung
auch geeignet erhebliche Axialkräfte zu übertragen.
Die erforderliche Drehbewegung für das
Herbeiführen
der Verbindung richtet sich nach den verwendeten Werkstoffen, den
Abmessungen der Welle und der Nabe sowie der gewünschten Kraftübertragung.
Vorzugsweise wird dies mit Verdrehwinkeln zwischen 5 bis 25° erreicht.
Dieser Verdrehwinkel beginnt erst, wenn ein vorhandenes Spiel zwischen
Welle und Nabe durch eine vorhergehende Drehbewegung aufgezehrt
worden ist. Durch eine Anordnung von mehr als drei Keilflächen auf
der Welle und auf der Nabe kann beim Herstellen der Verbindung eine
optimale Zentrierung der Welle zu der Nabe erreicht werden. Als
bevorzugt werden drei Keilflächen
angegeben. Zur Erhöhung
der Selbsthemmung der Welle-Nabe-Verbindung kann die Oberfläche der
Kreiskeilflächen
mit einer Mikroverzahnung in einer vorwählbaren Vorzugsausrichtung versehen
werden. Für
den Fall, dass die Welle und/oder die Nabe aus einem Material wie
beispielsweise Kunststoff hergestellt sind, das die bei der Herbeiführung der
Kreiskeilverbindung entstehende Flächenpressung nicht aufnehmen
kann, können
die Keilflächen
in Manschetten vorgesehen werden, die in die Nabe eingesetzt bzw.
auf die Welle aufgesetzt werden können. Die Lösung mit den Manschetten soll
auch von Vorteil sein, wenn durch häufi ges Lösen der Welle-Nabe-Verbindung
die Keilflächen
verschleißen.
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Neben
der vorhandenen Selbsthemmung der reibschlüssigen Kreiskeilverbindung
kann die herbeigeführte
Kreiskeilverbindung zusätzlich
dadurch gesichert werden, dass der durch Verdrehen der Welle relativ
zu der Nabe zwischen den Rücken der
Keilflächen
entstehende Zwischenraum beispielsweise mit einem nahezu inkompressiblen Kunststoff
verfüllt
wird. Auch kann die Steigung der Keilflächen und der Abstand der Keilflächen von
Welle und Nabe so gewählt
werden, so gewählt
werden, dass bei Überschreiten
eines vorbestimmten Drehmomentes die Kreiskeilverbindung durchrutscht.
Somit kann eine Art Überlastungssicherung
geschaffen werden.
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Ferner
ist aus der deutschen Patentanmeldung
DE 199 45 097 A1 eine weitere
Welle-Nabe-Verbindung unter Verwendung des Kreiskeilprinzips bekannt.
Um ein Verspannen der Welle mit der Nabe ohne ein Verdrehen der
Welle zu der Nabe oder umgekehrt zu erreichen, ist mindestens eines der
die Verbindung bewirkenden Kreiskeilprofile an einer Spannhülse angeordnet,
die auf die Welle aufgeschoben wird und dann die Nabe trägt. Somit
ist es zum Erreichen der gewünschten
Verspannung ausreichend, die Spannhülse mit einem geeigneten Werkzeug
relativ zu der Welle bzw. Nabe zu verdrehen.
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Aus
der
DE 102 25 195
C1 ist ein Einspritzventil bekannt, mit einem Aktor mit
einem Aktorgehäuse,
mit einem Ventilgehäuse,
das mit dem Aktorgehäuse über Befestigungsmittel
lösbar
verbunden ist, wobei im Ventilgehäuse ein Stellglied angeordnet ist,
das vom Aktor betätigbar
ist, wobei der Aktor in einem festgelegten Abstandsbereich zum Stellglied positioniert
ist, indem das Aktorgehäuse
an dem Ventilgehäuse
in einer im Bezug auf das Ventilgehäuse axial wählbaren Position befestigt
ist. Das Aktorgehäuse
ist wenigstens teilweise in das Ventilgehäuse eingeschoben. Dieses Einspritzventil
zeichnet sich dadurch aus, dass die Befestigungsmittel wenigstens zwei
komplementä re
Kreiskeilprofile aufweisen und dadurch dass die zwei Kreiskeilprofile
abhängig
von einer Drehposition zueinander radial in Reibschluss gebracht
werden können.
Das Aktorgehäuse
ist mit dem Befestigungsmitteln in das Ventilgehäuse eingespannt und das Aktorgehäuse ist
in Bezug auf das Ventilgehäuse
in einer axial wählbaren
Position festgelegt.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine druckdichte
Verbindungsanordnung für
Teile eines Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere eine hochdruckdichte
Verbindungsanordnung für Teile
eines Kraftstoffinjektors zu schaffen, die eine verbesserte Hochdruckdichtigkeit
aufweist Diese Aufgabe wird durch eine druckdichte Verbindungsanordnung
für Teile
eines Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere eine hochdruckdichte
Verbindungsanordnung für
Teile eines Kraftstoffinjektors, mit den Merkmalen des Anspruches
1 ge löst.
In den Unteransprüchen
2 bis 12 sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Verbindungsanordnung
angegeben.
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Erfindungsgemäß wird bei
einer druckdichten Verbindungsanordnung für Teile eines Kraftstoffeinspritzsystem,
insbesondere bei einer hochdruckdichten Verbindungsanordnung für Teile
eines Kraftstoffinjektors, mit einem Fügeflächen von Teilen eines Kraftstoffeinspritzsystem
aneinander pressenden Spannelement zum Herbeiführen einer druckdichten Verbindung
zwischen den Fügeflächen, das zum
Aufrechterhalten der Spannkraft mit einem eine der Fügeflächen aufweisenden
Verbindungsteil des Kraftstoffeinspritzsystem verbunden ist, deren
Hochdruckdichtigkeit dadurch verbessert, dass das Spannelement nach
erfolgter Vorspannung der Fügeflächen oder
Spannelementes über
eine Kreiskeilverbindung mit inneren und äußeren Kreiskeilen mit dem Verbindungsteil
des Kraftstoffeinspritzsystem verbindbar ist.
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Mit
der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine endliche Anzahl
von axial zu verspannenden Teilen eines Kraftstoffeinspritzsystems
mit einer exakt einzustellenden Axialkraft zu montieren. Hierfür wird die
Axialkraft als Vorspannung in das Spannelement eingebracht oder
die zu fügenden
Teile des Kraftstoffeinspritzsystems entsprechend vorgespannt und
anschließend über das
Spannelement in diesem Spannungszustand gehalten. Die für die Befestigung
des Spannelementes verwendete Kreiskeilverbindung hat den Vorteil,
dass diese Verbindung leicht wieder gelöst und neu eingestellt werden kann.
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Außerdem erfolgt
in vorteilhafter Weise das Aufbringen der Axialkraft nicht wie beim
Stand der Technik indirekt über
das Anzugsmoment einer Schraubverbindung sondern mittels eines über einen Kraftsensor überwachtes
Zug- bzw. Druckgliedes, so dass die Kreiskeilverbindung ausschließlich die Funktion
hat die Spannung aufrecht zu erhalten. Die Axialkraft kann somit
sehr genau eingestellt werden und somit die Belastungsgrenzen der
Teile des Kraftstoffeinspritzsystems, insbesondere in Hinblick auf die
immer höher
werdenden Flächenpressungen
zwischen den zu fügendenden
Teile, soweit wie möglich ausgenutzt
werden, um die gewünschte
Hochdruckdichtigkeit zu erhalten. Etwaige Ungenauigkeiten bei der
Einstellung der Axialkraft, die bei der Verbindung von Schraubverbindungen
auftreten, wie Gewindetoleranzen oder variierende Reibungsverhältnisse
im Gewinde oder an der Spannfläche,
können
ausgeschlossen werden. Außerdem
fällt die
bei Verwendung eines Gewindes einhergehende Bauteilschwächung durch
die Kerbwirkung weg und somit kann das Bauteil höher belastet oder günstiger
dimensioniert werden.
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In
vorteilhafter Weise besteht das Spannelement aus einem Rohrabschnitt
und einem an einen Ende des Rohrabschnittes angeordneten Ring. An der
dem Rohrabschnitt zugewandten Seite bildet der Ring eine ringförmige Spannfläche aus.
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Die
Kreiskeilverbindung des Spannelementes mit dem Verbindungsteil zeichnet
sich besonders dadurch aus, dass diese vibrationsfest ist und auch hohe
Vertikalkräfte
aufnehmen kann. Die Kreiskeilverbindung arbeitet nach dem Prinzip
einer kraftschlüssigen
Bajonettverbindung, wobei die Keilflächen auf einer Kreisbahn abgerollt
sind. Die Kreiskeilverbindung kann mit allen gängigen Werkstoffen bzw. Werkstoffkombinationen
verwendet werden.
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Besonders
vorteilhaft ist es, dass die inneren und äußeren Kreiskeile jeweils eine
Kreiskeilfläche aufweisen,
die über
eine relative Verdrehbewegung der gegenüberliegenden inneren und äußeren Kreiskeile
zueinander in eine reibschlüssige
Verbindung bringbar sind. Dies erleichtert die Montage des Anschlagelementes.
Die Kreiskeilflächen
sind in Umfangsrichtung des Spannelementes bzw. des Verbindungsteils
gesehen aneinander angrenzend angeordnet und fallen an ihrem höchsten Punkt
steil zum tiefsten Punkt der benachbarten Kreiskeilfläche ab.
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In
bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung sind die Kreiskeilflächen in
Umfangsrichtung des Spannelementes bzw. des Verbindungsteils gesehen im
wesentlichen der Kurve einer logarithmischen Spirale folgend auszubilden,
da hierdurch in der Fügefläche der
korrespondierenden Kreiskeile eine homogene Flächenpressung erreicht wird,
welche eine optimale Übertragungsleistung
sowohl in Anzugs-, als auch, wegen ihrer Selbsthemmung, in Löserichtung garantiert.
In bezug auf die gewünschte
Selbsthemmung weisen die Kreiskeilflächen in Umfangsrichtung des
Spannelementes bzw. des Verbindungsteils gesehen eine Steigung im
Bereich von 1:20 bis 1:200 auf.
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In
bevorzugter Ausgestaltung weisen die Kreiskeilverbindungen im Umfangsrichtung
des Spannelementes bzw. des Verbindungsteils gesehen mindestens
drei hintereinander angeordnete Kreiskeilflächen auf. Hierdurch wird eine
Selbstzentrierung des Rohrabschnittes zu dem Ansatz erreicht.
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In
einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Verbindungsteil ein im
wesentlichen zylinderförmig ausgebildeter
Ansatz ist, mit dem über
das Spannelement eine Anschlagscheibe und ein Düsenkörper eines Kraftstoffinjektors
verspannbar sind. Auf der äußeren Umfangsfläche des
Ansatzes sind dann die inneren Kreiskeile angeordnet. Das Spannelement ist
auf den Ansatz aufschiebbar und an dessen Innenfläche sind
die äußeren Kreiskeile
angeordnet.
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Konstruktiv
besonders einfach können
die Spannfläche
und die Anlagefläche
ausgebildet werden, wenn der Düsenkörper ausgehend
von der Anschlagscheibe sich in einen Führungsabschnitt, einen Übergangsabschnitt
und einen Spitzenabschnitt aufteilt und der Durchmesser von dem
Führungsabschnitt
zu dem Spitzenabschnitt stufig abnimmt. Hierdurch wird dann an dem
Führungsabschnitt
eine ringförmige
Anlagefläche
für die
Spannfläche
des Spannelementes ausgebildet.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Verbindungsteil
ein im wesentlichen zylinderförmig
ausgebildeter Anschlussnippel, mit dem über das Spannelement nach Art
einer Überwurfmutter
eine Kraftstoffleitung verspannbar ist. Auf der äußeren Umfangsfläche des
Anschlussnippels sind dann die inneren Kreiskeile angeordnet. Das
Spannelement ist auf den Anschlussnippel aufschiebbar und an dessen
Innenfläche
sind die äußeren Kreiskeile
angeordnet.
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Konstruktiv
besonders einfach kann die Anlagefläche für die Spannfläche geschaffen
werden, wenn in bekannter Weise das Ende der Kraftstoffleitung als
sogenannter Kurzkopfnippel ausgebildet wird. Hierzu erweitert sich
an dem dem Anschlussnippel zugewandten Ende die Kraftstoffleitung
kegelförmig
zu einer Anlagefläche
für die
Spannfläche
und anschließend
verjüngt
diese sich kegelförmig
zu einer äußeren Fügefläche.
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Die
weitere die Hochdruckdichtung vervollständigende innere Fügefläche ist
vorteilhafter Weise an dem Anschlussnippel vorgesehen. Hierzu teilt sich
der Anschlussnippel in ein linkes Steckteil, ein Mittelteil und
ein rechtes Steckteil auf. Das rechte Steckteil weist dann an seinem äußeren Ende
eine kegelförmige
innere Fügefläche für die dichtende Aufnahme
der äußeren Fügefläche auf.
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Nachfolgend
wird die vorliegende Erfindung an Hand von in einer Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine Schnittdarstellung
eines Injektors aus dem Bereich der Düsenspannhülse;
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2 eine Schnittansicht einer
Kreiskeilverbindung in der Fügestellung;
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3 eine Schnittansicht einer
Kreiskeilverbindung in der Reibschlussstellung und
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4 eine Schnittdarstellung
einer Hochdruckanschlussanordnung mit einer Kraftstoffleitung und
einem Anschlussnippel.
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In
der 1 ist ein Injektor 1 für Kraftstoff
in einer Schnittansicht aus dem Bereich einer in dem Injektor 1 geführten Düsennadel 2 dargestellt.
Der gezeigte Injektor 1 ist ein Common-Rail-Dieselinjektor und
besteht im wesentlichen aus einem Injektorkörper 3, einer Anschlagscheibe 4 und
einem Düsenkörper 5,
in denen jeweils Abschnitte 6a, 6b und 6c einer zentralen
Bohrung 6 angeordnet sind, die für den Kraftstoff der Aufnahme
und Führung
der Düsennadel 2 und
einem hiermit in deren Verlängerung
verbundenen Hubbolzen 7 dient. Der Abschnitt 6c dient auch
als Hochdruckkanal. Der Hubbolzen 7 ist an dem der Düsennadel 2 abgewandten
Ende mit einem nicht dargestellten Stellkolben zum Öffnen der
Einspritzlöcher
des Injektors 1 verbunden.
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Mit
dem Injektorkörper 3 werden
die Anschlagscheibe 4 und der hieran anschließende Düsenkörper 5 über ein
hülsenförmiges Spannelement 8 hockdruckfest
miteinander verspannt. Hierfür
können
der Injektorkörper 3,
die Anschlagscheibe 4 und der Düsenkörper 5 im Bereich
ihrer einander zugewandten Fügeflächen 9 mit
nicht dargestellten Fixierstiften und Bohrungen versehen sein, die
eine lagegenaue Ausrichtung der Teile des Injektors 1 ermöglichen.
Die lagegenaue Ausrichtung bewirkt insbesondere eine fluchtende
Ausrichtung der Abschnitte 6a, 6b und 6c der
zentralen Bohrung 6.
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Das
Spannelement 8 besteht im wesentlichen aus einem Rohrabschnitt 10,
in den an einem Ende konzentrisch ein Ring 11 teilweise
eingesetzt und mit diesem verbunden ist. Der eingesetzte Ring 11 bildet
an seiner dem Rohrabschnitt 10 zugewandten Seite eine ringförmige Spannfläche 12,
die rechtwinklig zu Längsrichtung
L des Spannelementes 8 ausgerichtet ist. Im Querschnitt
gesehen ist somit ausgehend von der Innenflä che 13 des Ringes 11 der Übergang
zu der Innenfläche 14 des
Rohrabschnittes 10 stufenförmig.
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Des
Weiteren zeigt die 1,
dass der einteilige Düsenkörper 3 ebenfalls
wie die Innenflächen 13, 14 und
die Spannfläche 12 des
Spannelementes 8 stufenförmig ausgebildet ist und neben
einem Führungsabschnitt 15,
einen Übergangsabschnitt 16 und einen
Spitzenabschnitt 17 aufweist, die jeweils hohlzylinderförmig und
konzentrisch zueinander angeordnet sind. Da der Übergangsabschnitt 16 einen kleineren
Durchmesser als der Führungsabschnitt 15 aufweist,
ist an dem Führungsabschnitt 15 eine
ringförmige
Anlagefläche 18 ausgebildet,
die rechtwinklig zur Längsrichtung
L des Spannelementes 8 ausgerichtet ist und die in ihren
Abmessungen im wesentlichen mit der Spannfläche 12 übereinstimmt.
Im zusammengebauten und miteinander verspannten Zustand liegt die
Spannfläche 12 an
der Anlagefläche 18 an,
der Übergangsabschnitt 16 befindet
sich mit geringem Spiel in der Öffnung
des Ringes 10 und der Spitzenabschnitt 17 ragt
aus dem Ring 10 heraus. Durch den flächigen Kontakt der Spannfläche 12 des Spannelementes 8 und
der Anlagefläche 1 ist
eine gute Übertragung
der axialen Spannkräfte
von dem Spannelement 8 auf die Teile des Injektors 1 möglich.
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Mit
dem dem Ring 10 abgewandten Ende des Spannelementes 8 wird
das Spannelement 8 mit dem Verbindungsteil in Form eines
Injektorkörpers 3 verbunden.
Hierzu wiest der Injektorkörper 3 einen zylinderförmigen Ansatz 19 auf,
dessen Außendurchmesser
geringer als der des restlichen Injektorkörpers 3 ist und in
etwa dem Außendurchmesser
der Anschlagscheibe 4 und des Führungsabschnittes 15 des
Düsenkörpers 3 entspricht.
Der zylinderförmige Ansatz 19 kann
auch einen Außendurchmesser
aufweisen, der gleich oder größer als
der restliche Injektorkörper 3 ist.
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Das
hülsenförmige Spannelement 8 ist über eine
sogenannte Kreiskeilverbindung mit inneren und äußeren Kreiskeilen 21, 22 mit
dem Ansatz 19 des Injektorkörpers 3 verbunden.
Die inneren Kreiskeile 21 sind entlang der Umfangsfläche 20 des
Ansatzes 19 und die äußeren Kreiskeile 22 an
der Innenfläche 14 des
Rohrabschnittes 11 des Spannelementes 8 im Bereich
dessen dem Ring 10 abgewandten Endes angeordnet. Nach erfolgtem
Zusammenfügen
der Teile des Injektors 1 und Aufschieben des Spannelementes 8 wird
die erforderliche Axialkraft, insbesondere auf den Injektorkörper 3,
den Anschlagring 4 und den Düsenkörper 5, aufgebracht,
um zwischen den Fügeflächen 9 dieser
Teile eine ausreichende Flächenpressung
zu erreichen, die die erforderliche Hochdruckdichtigkeit des Injektors
bedingt. Diese aufgegebene Axialkraft berücksichtigt auch eine etwaige
Längendehnung
des Spannelementes 8, nach dem dieses mit dem Ansatz 19 des
Injektorkörpers 3 verbunden
ist. Nach Aufbringen der Axialkraft wird das Spannelement 5 um
dessen in Längsrichtung
L verlaufende Längsachse
soweit verdreht, dass nach einem anfänglichen Zentrieren des Rohrabschnittes 11 des
Spannelementes 8 durch ein Aneinandergleiten der inneren
und äußeren Kreiskeile 21, 22 die Kreiskeile 21, 22 eine
selbsthemmende reibschlüssige
Verbindung eingehen, über
die das Spannelement 8 bei vorgespanntem Zustand der Teile
des Injektors 1 an dem Ansatz 19 des Injektorkörpers 3 gehalten wird.
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Auch
ist es möglich,
das Spannelement 8 in Hinblick auf die gewünschte Axialkraft
zu längen, dann
die Kreiskeilverbindung zu schließen und das Spannelement 8 teilweise
zu entlasten, um die gewünschte
Spannkraft zu erzielen.
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Im
Zusammenhang mit den 2 und 3, die jeweils eine Schnittansicht
einer Kreiskeilverbindung in der Fügestellung und in der Reibschlussstellung zeigen,
wird nachfolgend die erfindungsgemäße Befestigung des Spannelementes 8 auf
dem Ansatz 19 des Injektorkörpers 3 näher erläutert. Die
dargestellten Schnittansichten zeigen einen Querschnitt durch den
Rohrabschnitt 11 des Spannelementes 8 und den
Ansatz 19 des Injektorkörpers 3.
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In
der 2 ist der Ansatz 19 mit
seinen drei inneren Kreiskeilen 21 in dem Rohrabschnitt 11 mit den
entsprechend komplementär
ausgebildeten weiteren äußeren Kreiskeilen 22 in
der sogenannten Fügestellung
gezeigt. In der Fügestellung
ergänzen sich
die inneren Kreiskeile 21 mit den äußeren Kreiskeilen 22 komplementär. Die inneren
Kreiskeile 21 und die äußeren Kreiskeile 22 sind
nur durch ein geringes Spiel voneinander beabstandet und daher in der
Zeichnung zu einer Linie mit größerer Strichstärke verschmolzen.
In dieser Stellung wird der Rohrabschnitt 11 in Längsrichtung
L auf den Ansatz 19 bis zu einer Position aufgeschoben.
Dann wird die Kreiskeilverbindung durch Drehen des Rohrabschnittes 11 um
den Ansatz 19 herbeigeführt.
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Auch
zeigt die 2, dass auf
Grund der inneren Kreiskeile 21 der Ansatz 19 und
auf Grund der äußeren Kreiskeile 22 die
Innenfläche
des Rohrabschnittes 11 jeweils nicht kreisrund ist, sondern
jeweils in Umfangsrichtung des Ansatzes 19 und des Rohrabschnittes 11 gesehen über einem
Grundkreis 23, 24 drei gleiche aufeinander folgende
Kreiskeile 21, 22 aufweisen. In entsprechender
Weise sind in bezug auf den Grundkreis 23 gesehen die Kreiskeile 21 des
Ansatzes 19 als Erhebungen und die Kreiskeile 22 des
Rohrabschnittes 11 als Ausnehmungen ausgebildet. Die Kreiskeilflächen 25, 26 der
Kreiskeile 21, 22 steigen in Umfangsrichtung gesehen
mit flacher Steigung an und fallen von ihrem höchsten Punkt steil zum tiefsten
Punkt des benachbarten Kreiskeils 21, 22 ab. Dieser
abfallende Bereich wird jeweils als Rücken 27, 28 bezeichnet.
Die Kreiskeilflächen 25, 26 folgen
im Umfangsrichtung des Ansatzes 19 gesehen idealer Weise
der Kurve einer logarithmischen Spirale. Entsprechend ist die Steigung entlang
ihres Verlaufes gleichbleibend.
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Zum
Herbeiführen
der reibschlüssigen
Kreiskeilverbindung zwischen dem Ansatz 19 und dem Rohrabschnitt 11 ist
eine Verdrehung des Rohrabschnittes 11 um seine Längsachse
auf dem An satz 19 erforderlich. Eine entsprechende Stellung
des Rohrabschnittes 11 auf dem Ansatz 19 zeigt
die 3, in der eine Schnittansicht
einer Kreiskeilverbindung in der Reibschlussstellung dargestellt
ist.
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Es
ist ersichtlich, dass der Rohrabschnitt 11 um seine Längsachse
auf dem Ansatz 19 um einen Verdrehwinkel a von etwa 25° verdreht
worden ist. Hierdurch gleiten die gegenüberliegenden und miteinander
in Kontakt stehenden Kreiskeilflächen 25, 26 aneinander
vorbei und zentrieren den Rohrabschnitt 11 auf dem Ansatz 19.
Mit weiterer Verdrehbewegung entsteht ein selbsthemmender Reibschluss zwischen
den Kreiskeilflächen 25, 26.
Die erforderliche Drehbewegung für
das Herbeiführen
der Verbindung richtet sich nach den verwendeten Werkstoffen, den
Abmessungen des Rohrabschnittes 11 und des Ansatzes 19 sowie
der gewünschten
Kraftübertragung.
Vorzugsweise wird dies mit Verdrehwinkeln zwischen 5 bis 25° erreicht,
dieser Verdrehwinkel beginnt, wenn ein vorhandenes Spiel zwischen
dem Rohrabschnitt 11 und dem Ansatz 19 durch eine
vorhergehende Verdrehbewegung aufgezehrt worden ist. In der Reibschlussstellung
ist dann durch den Verdrehvorgang jeweils ein Zwischenraum 29 zwischen
den Rücken 27, 28 der
Kreiskeile 23, 24 entstanden.
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Grundsätzlich kann
dieser Zwischenraum 29 verwendet, um die Kreiskeilverbindung
zusätzlich
zu sichern. Hierzu können
beispielsweise Stifte oder Vergussmasse in den Zwischenraum 29 eingebracht werden.
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Die 4 zeigt eine Schnittdarstellung
einer Hochdruckanschlussanordnung an einem Injektor 1 für Kraftstoff.
Von dem Injektor 1 in nur ein Teil des Injektorkörpers 3 dargestellt.
Die gezeigte Hochdruckanschlussanordnung besteht im wesentlichen
aus einem Stutzen 30, einem Anschlussnippel 31 und
einer Kraftstoffleitung 32. Der Stutzen 30 weist
eine Anschlussöffnung 33 auf
und ist Bestandteil des Injektorkörpers 3 und als im
wesentlichen schräg
verlaufender seitlicher Ansatz des Injektorkörpers 3 ausgebildet.
Der Anschlussnippel 31 ist in den Stutzen 30 eingesteckt
und dort über
eine Kreiskeilverbindung mit inneren und äußeren Kreiskeilen 21, 22 mit
dem Stutzen 30 lösbar
verbunden. Der Anschlussnippel 31 ist als Doppelnippel
mit einer durchgehenden Bohrung 34 ausgebildet, der über zwei
gegenüberliegend
angeordnete Steckteile 35, 36 verfügt, die über ein
Mittelteil 37 voneinander beabstandet und miteinander verbunden
sind. Das Mittelteil 37 kann zusätzlich mit Angriffsflächen für ein Werkzeug
zur Montage des Anschlussnippels 31 versehen sein.
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Die
inneren Kreiskeile 21 sind an der äußeren Umfangsfläche 20 des
linken Steckteils 35 und die mit diesen im Eingriff stehenden äußeren Kreiskeile 22 an
der Innenfläche 14 der
Anschlussöffnung 33 angeordnet.
Zusätzlich
ist in dem Grund der Anschlussöffnung 33 ein
ringförmiges
Dichtungselement 38 angeordnet, über das vordere Ende des linken
Steckteils 35 gegenüber
dem Stutzen 30 des Injektorkörpers 3 abgedichtet
ist. Vor dem Schließen der
Kreiskeilverbindung kann durch eine entsprechende Axialkraft eine
druckdichte Verbindung zwischen dem Stutzen 30 und dem
Anschlussnippel 31 über
das Dichtungselement 38 erreicht werden.
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An
dem dem Stutzen 30 abgewandten rechten Steckteil 36 ist
eine Kraftstoffleitung 32 über eine weitere Kreiskeilverbindung
mit Keilflächen 21, 22 verbunden.
Hierfür
ist das Ende der Kraftstoffleitung 32 nach Art eines sogenannten
Kurzkopfnippels erweitert und weist somit eine Anlagefläche 18,
die sich in Richtung des Endes der Kraftstoffleitung 32 gesehen
kegelförmig
erweitert, und eine sich hieran anschließende äußere Fügefläche 9a auf, die sich
ausgehend von dem Ende der Anlagefläche 18 kegelförmig verjüngt. Auf
die Kraftstoffleitung 32 ist ein hülsenförmiges Spannelement 8 aufgeschoben,
das in Form einer Überwurfmutter
ausgebildet ist. Das Spannelement weist einen Rohrabschnitt 11 auf,
an den an seinem der Kraftstoffleitung 32 zugewandten Ende
ein Ring 10 mit einer umlaufenden Innenfläche 13 angefügt ist.
Die Kraft stoffleitung 32 ist durch die von der Innenfläche 13 begrenzten Öffnung des
Ringes 10 geführt.
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An
der dem Rohrabschnitt 11 zugewandten Seite ist an die Innenfläche 13 des
Ringes 10 angrenzend eine Spannfläche 12 angeordnet,
die sich in Richtung des Rohrabschnittes 11 gesehen kegelförmig erweitert.
Im zusammengebauten und miteinander verspannten Zustand der Hochdruckanschlussanordnung
wird die Spannfläche 12 auf
die Anlagefläche 18 der
Kraftstoffleitung 32 gepresst, wodurch deren äußere Fügefläche 9a auf
die eine innere Fügefläche 9b zur
Abdichtung der Kraftstoffleitung 32 gegenüber dem
Anschlussnippel 31 gepresst wird. Die innere Fügefläche 9b ist
im Bereich des äußeren Randes
und der Bohrung 34 des rechten Steckteils 36 angeordnet
und verjüngt
sich in Richtung des Anschlussnippels 31 gesehen kegelförmig.
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Für die Montage
der hochdruckfesten Verbindung zwischen dem Anschlussnippel 31 und
der Kraftstoffleitung 32 wird mit einer vorgewählten Axialkraft
das Spannelement 8 auf den rechten Steckteil 36 des
Anschlussnippel 31 aufgepresst, so dass zwischen der äußeren Fügefläche 9a und
der inneren Fügefläche 9b eine
ausreichend hohe Flächenpressung
entsteht, um die gewünschte
Hochdruckdichtigkeit zu liefern. Dann wird das Spannelement 8 um seine
Längsachse
verdreht, wodurch die Kreiskeile 21, 22 der Kreiskeilverbindung
eine selbsthemmende reibschlüssige
Verbindung miteinander eingehen und somit die zuvor aufgebrachte
Flächenpressung
zwischen den Fügeflächen 9a, 9b aufrechterhält. Die Axialkraft
zur Verspannung der Fügeflächen 9a, 9b ist
so gewählt
worden, dass eine etwaige Spannungsminderung durch eine Längendehnung
des Spannelementes 8 bereits kompensiert ist.
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Bei
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind
die inneren Kreiskeile 21 entlang der äußeren Umfangsfläche 20 des
rechten Steckteils 36 des Anschlussnippels 31 angeordnet
und die äußeren Kreiskeile 22 auf
der Innenfläche 14 des
Spanelemen tes 8. Bezüglich
der Ausgestaltung der Kreiskeile 21, 22 im Detail
und die Funktion der Kreiskeilverbindung wird auf die 2 und 3 sowie die zugehörige Beschreibung verwiesen.
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Die
vorliegende Erfindung ist zwar vorstehend an Hand der Verspannung
der Teile eines Injektors über
ein Spannelement und einer Hochdruckanschlussanordnung einer Kraftstoffleitung
an einem Injektor erläutert
worden, jedoch ist das Prinzip der Verspannung von Teilen eines
Kraftstoffeinspritzsystems mit Hilfe eines über eine Kreiskeilverbindung befestigbaren
Spannelementes zur Erzielung einer Abdichtung zwischen Fügeflächen auch
auf andere Verbindungen eines Kraftstoffeinspritzsystems übertragbar.
Beispielsweise seien hier die hochdruckdichten Verbindungen zwischen
der Einspritzleitung und Rail oder zwischen Rail und Hochdruckpumpe
genannt.