-
Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit zwischen zwei Körpern liegender
Dichtebene, insbesondere eine Hochdruckeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen
mit zwischen zwei Modulen liegender Dichtebene, gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
-
Hochdurcheinspritzvorrichtungen
für Brennkraftmaschinen
arbeiten mit außerordentlich
hohen Drücken
und sind, in Abhängigkeit
vom Einsatzgebiet, volumenmäßig sehr
gedrängt
gebaut, im Regelfall bei über
ihrer Länge
durchlaufenden, Hochdruck- und Niederdruck führenden Leitungen, die über zwischen
axial aufeinander folgenden Baueinheiten, insbesondere Modulen liegende
Dichtebenen geführt werden,
die durch stirnseitige Anlageflächen
der Baueinheiten bzw. Module gebildet sind. Die Baueinheiten bzw.
Module können über Überwurfmuttern oder
dergleichen gegeneinander verspannt sein, insbesondere bei größeren Baueinheiten
aber auch über
diese durchsetzende Zuganker, so dass in der Dichtebene, schon bedingt
durch die recht unterschiedlichen, in den die Baueinheiten durchsetzenden
Kanälen
herrschenden Drücke,
für die
wechselseitige Abdichtung unterschiedliche Flächenpressungen gegeben sein
müssten.
In dieser Verteilung sind diese aufgrund der Art der Spannungseinleitung
aber in der Praxis nicht realisierbar, so dass die Auslegung auf
die je weils maximal erforderlichen Flächenpressungen erfolgt, mit
dem Effekt einer entsprechenden Überdimensionierung
und bereichsweise unnötig
hoher Flächenpressung.
-
Der
Reduktion der Flächenpressung
insgesamt und der bereichsweisen Flächenpressung durch gegenüber der
Dichtebene zurückgenommene Bereiche
bei Vorrichtungen, insbesondere Hochdruckeinspritzvorrichtungen,
wie sie aus der Praxis bekannt und im Oberbegriff des Anspruches
1 berücksichtigt
sind, durch entsprechende flächenmäßige Bemessung
und Anordnung der zurückgenommenen
Bereiche sind ebenfalls Grenzen gesetzt, so dass auch derartige
Lösungen
vor dem Hintergrund der zu beherrschenden Drücke nicht befriedigen können.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lösung aufzuzeigen, wie in den
Berührflächen der
Dichtebene eine den Funktionsanforderungen entsprechende Flächenpressung
erreicht werden kann.
-
Erfindungsgemäß geschieht
dies durch eine Ausgestaltung gemäß dem Anspruch 1, demzufolge die
Flächenpressung
in einer jeweiligen Abstützzone durch
die Tiefe des gegenüber
der Dichtebene zurückgenommenen
Bereiches angrenzend an die Abstützzone
bestimmt ist, so dass ein weiterer Parameter zur Beeinflussung der
Flächenpressung
in der jeweiligen Abstützzone
konstruktiv zur Verfügung steht,
der, bezogen auf die Fläche,
von der Größe der Fläche der
die Dichtebene bestimmenden Stirnseiten praktisch unabhängig ist
und der gegebenenfalls sogar eine Ausbildung mit teilweise in der
Fläche
reduzierten Abstützzonen
ermöglicht.
Dies, weil Dichtgrenzen bildende Abstützzonen, wie beispielsweise Kanalquerschnitte
bestimmende Abstützzonen,
in Abstimmung auf die jeweils zu beherrschenden Drücke für die Druckkanäle unter
Nutzung der Materialelastizität
durch entsprechende Tiefe der zurückgenommenen Bereiche in der
Flächen pressung
reduziert werden können.
Generell bietet die erfindungsgemäße Lösung die Möglichkeit der Bestimmung der Flächenpressung
dadurch, dass zur Erzielung einer größeren Flächenpressung die Tiefe des
zurückgenommenen
Bereiches klein gehalten wird, für
die Erzielung einer geringeren Flächenpressung aber die Tiefe
des zurückgenommenen
Bereiches vergrößert wird.
Ausgehend von zurückgenommenen
Bereichen zwischen zueinander benachbarten Kanälen und diese dichtend umschließenden Abstützzonen
lassen sich über
unterschiedliche Tiefe der angrenzend an die jeweiligen Abstützzone liegenden
Abschnitte der zurückgenommenen
Bereiche so auch auf kleinem Raum unterschiedliche Flächenpressungen
gezielt realisieren, ungeachtet dessen, dass aus anderweitigen Gründen die
Abstützzonen
in ihrer flächigen
Erstreckung, so in der Größe ihrer
Fläche
wie auch gegebenenfalls in ihrer Flächenkontur, vorgegeben sind.
-
Erfindungsgemäß kann somit
der Kraftfluss im Material so gelenkt werden, dass an den Berührflächen der
Körper
eine den Funktionsanforderungen entsprechende Flächenpressung erreicht wird,
wobei zu den zu berücksichtigenden
Funktionsanforderungen neben der Abdichtfunktion auch Stützfunktionen, beispielsweise
in der Montage, oder auch sonstige Beanspruchungen zählen.
-
Abstützzonen
sind im Rahmen der Erfindung nicht nur hoch- und/oder Niederdruckkanäle umschließende ringförmige Bereiche,
sondern können auch
gesonderten Stützinseln
zugeordnet sein oder beispielsweise bei Verspannung der Baueinheiten oder
Module über
Spannbolzen die Spannbolzen umschließend vorgesehen sein. Die erfindungsgemäße Lösung bietet
dabei den Ansatz zur funktionsgerechten Anpassung der Flächenpressung
in jeder dieser Abstützzonen,
wobei es im Rahmen der Erfindung liegt, Abstützzonen durch gegenüber der
Dichtebene zurückgenommene
Bereiche in beiden der gegeneinander zu verspannenden Körper auszuformen, oder
lediglich in einem derselben, dem seitens des anderen Körpers eine
plane Auflagefläche
entspricht.
-
Aus
verschiedensten Gründen,
so auch Raum- und Fertigungsgründen,
kann es zweckmäßig sein,
die erfindungsgemäße Ausbildung
von Abstützzonen,
und gepaart zu diesen, von zurückgenommenen
Bereichen mit im Hinblick auf die Flächenpressung unterschiedlicher
Tiefe mit weiteren Maßnahmen
zur Beeinflussung der Flächenpressung
in den Abstützzonen
zu kombinieren, wobei zu diesen Maßnahmen auch zählt, gezielte
Querschnittsschwächungen,
insbesondere in Abstützzonen
hintergreifenden Bereichen, vorzusehen, wobei solche die Einleitung
der Spannkräfte
in die Abstützzonen
beeinflussende Maßnahmen
bevorzugt in Umfangsflächen der
gegeneinander zu verspannenden Körper,
aber auch ausgehend von sonstigen zugänglichen Flächen, wie Kanalinnenwänden, vorgesehen
sein können
und beispielsweise durch Nuten, insbesondere die jeweilige Abstützzone hinterschneidenden
Nuten gebildet sein können.
Solche Entlastungsnuten können
insbesondere als eingestochene Nuten ausgeführt sein und insbesondere auch,
als eigenständige erfinderische
Maßnahme,
zur Beeinflussung der Flächenpressung
eingesetzt sein.
-
Weitere
Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen. Ferner wird
die Erfindung nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei
sich die Ausführungsbeispiele
auf die stark schematisierte Darstellung zweier gegeneinander über Spannbolzen verschraubter
Körper,
so beispielsweise von Modulen eines Einspritzinjektors einer Brennkraftmaschine beschränken, die
in Spannrichtung von druckführenden
Kanälen,
so beispielsweise einem Hochdruck- und einem Niederdruckkanal durchsetzt
sind und wobei,
-
1 und 2 Darstellungen
erfindungsgemäßer Ausgestaltungen
zei gen, und
-
3 eine
zum Stand der Technik gehörige Praxislösung veranschaulicht.
-
Die
Darstellungen gehen jeweils von einem gleichen Grundaufbau einer
Vorrichtung 1 mit zwei Körpern 2 und 3 aus,
die miteinander verspannt über Stirnseiten 4 und 5 aneinander
anliegen, und zwar unter Bildung einer Dichtebene 6, die
von durch die Körper 2 und 3 verlaufenden
Druckkanälen 7 und 8 durchsetzt
ist, wobei von den Druckkanälen 7, 8 in den
Ausführungsbeispielen
der Druckkanal 7 mit Hochdruck und der Druckkanal 8 mit
Niederdruck beaufschlagt ist. Eine hochdruckseitige Beaufschlagung
besagt für
die Ausführungsbeispiele
die Beaufschlagung mit Drücken
in Größenordnungen
bis über 2.000
bar, eine niederdruckseitige Beaufschlagung die Beaufschlagung mit
Drücken
beispielsweise bis in die Größenordnung
von etwa 800 bar, also für
die Druckkanäle 7 und 8 mit
Drücken,
die ungeachtet ihrer Höhe
deutlich differieren, so dass zur Abdichtung in der Dichtebene 6 auch
entsprechend unterschiedliche Flächenpressungen
erforderlich sind.
-
Die
Verspannung der Körper 2 und 3 ist über Spannschrauben 9 und 10 veranschaulicht,
die kopfseitig den Körper 2 beaufschlagen
und schaftseitig gegen den Körper 3 durch
entsprechenden Gewindeeingriff verankert sind.
-
Bei
einem diesem Grundaufbau entsprechenden, praxisbezogenen Anwendungsfall
sind die Körper 2 und 3 Module
bzw. Baueinheiten einer Hochdruckeinspritzvorrichtung in Form eines
Einspritzinjektors für
Brennkraftmaschinen, so dass sich aus dem Anwendungszweck unter
anderem zusätzliche
thermische Belastungen ergeben. Eine aus diesem Anwendungsbereich
bekannte Ausgestaltung der Vorrichtung 1 im Bereich der
durch die Stirnseiten 4 und 5 bestimmten Dichtebene 6 zeigt 3,
bei der die Stirnseite 4 des Körpers 2 in der Abstützung gegen
die Stirnseite 5 des Körpers 3 auf
Abstützzonen 11 bis 14 reduziert
ist, die die Druckkanäle 7, 8 bzw. die
die Spannschrauben 9 und 10 aufnehmenden Bohrungen
umschließend,
von gegenüber
der Stirnseite 4 zurückgenommenen
Bereichen eingegrenzt, insbesondere umschlossen sind, wobei diese
Bereiche sich als ringförmige,
flache Vertiefungen 15 bis 18 darstellen, die
teilweise ineinander übergehen.
-
Durch
die flachen, gegenüber
der Stirnseite 4 zurückgenommenen
Bereiche 15 bis 18 konzentriert sich die Abstützung des
Körpers 2 seitens
seiner Stirnseite 4 gegen die im Ausführungsbeispiel flächig plane
Stirnseite 5 des Körpers 3 auf
die Abstützzonen 11 bis 14,
so dass sich die zur Abdichtung bei den angesprochenen hohen Drücken erforderlichen Flächenpressungen
mit Spannkräften
realisieren lassen, die über
Spannschrauben 9, 10 vertretbarer Bemessung noch
aufgebracht werden können.
Eine den Funktionsanforderungen, insbesondere den druckbedingten
Funktionsanforderungen in der Dichtebene 6, also in den
Abstützzonen 11 bis 14 als Berührflächen zwischen
den Körpern 2 und 3 angepasste
Flächenpressung
ist so allerdings kaum erreichbar.
-
Insbesondere
der diesbezüglichen
Verbesserung dienen die in den 1 und 2 dargestellten
erfindungsgemäßen Ausgestaltungen,
wobei 1 eine Lösung
zeigt, bei der die zurückgenommenen,
als Vertiefungen ausgebildeten Bereiche 15 bis 18 in
ihrer Tiefe dahingehend variiert sind, dass die Tiefe des jeweils
zurückgenommenen
Bereiches in Gebieten hoher erforderlicher Flächenpressung klein und Gebieten,
in denen lediglich geringere Flächenpressungen
gefordert werden, demgegenüber vergrößert ist.
Dementsprechend ist beispielsweise die Abstützzone 11 um den mit
sehr hohen Drücken beaufschlagbaren
Druckkanal 7 umschlossen von einem Vertiefungsbereich 16 geringer
Tiefe, während der
Druckkanal 8, der unter geringerer Druckbeaufschlagung steht,
von einem Bereich 17 umschlossen ist, dessen ausgehend
von der Stirnseite 4 gemessene Tiefe größer ist, so dass die Abstützzone 12 einen den
Kanal 8 umschließenden
Ringbereich bildet, der eine größere Höhe aufweist
als der die Abstützzone 11 bestimmende,
den Druckkanal 7 umschließende Ringbereich. Dementsprechend
ist der elastische Deformationsbereich um den Druckkanal 8 größer als
um den Druckkanal 7, so dass sich eine den durch die unterschiedlichen
Drücke
bedingten Funktionsanforderungen angepasste Flächenpressung ergibt und dementsprechend
auch die aufzubringenden Spannkräfte
insgesamt minimiert werden können.
Dies gilt grundsätzlich
auch in Berücksichtigung dessen,
dass sich in den zurückgenommenen,
vertieften Bereichen 15 bis 18 ein gewisser Leckagedruck
aufbauen kann. Die angestrebte funktionsangepasste Flächenpressungsverteilung
setzt bezüglich
der Körper 2 und 3 ein
entsprechend starres, biegesteifes Verhalten voraus und wird dadurch
begünstigt,
dass den Spannschrauben 9, 10 Abstützzonen 13, 14 zugeordnet
sind, in denen sich aufgrund der vergleichsweise großen Tiefe
der angrenzenden zurückgenommenen
Bereiche 15, 18 vergleichsweise kleine Flächenpressungen
ergeben. Dies gilt auch bezüglich
der umfangsseitigen Abstützzonen 20, 21.
-
2 zeigt
eine weitere Möglichkeit
zur Einflussnahme auf die Flächenpressungen
in den Abstützzonen
und zur Abstimmung der Flächenpressungen
auf die jeweiligen Funktionsanforderungen, wobei die diesbezügliche erfindungsgemäße Ausgestaltung
davon ausgeht, dass den jeweiligen Abstützzonen zur Verringerung der über diese
zu übertragenden
Druckkräfte,
also zur Verringerung der Flächenpressung
in diesen Abstützzonen,
Hinterschneidungen zugeordnet sind.
-
2 zeigt
Hinterschneidungen 22 und 23 für die den Spannschrauben 9, 10 zugeordneten
Abstützzonen 13, 14,
wobei 2 veranschaulicht, dass die durch Hinterschneidungen 22, 23 ge bildeten Abstützzonen,
im Vergleich zum Ausführungsbeispiel gemäß 1,
funktional Bereichen 15, 18 mit vergleichsweise
großer
Tiefe entsprechen.
-
In
der Zusammenschau veranschaulichen 1 und 2 damit
auch die Möglichkeit,
durch die Kombination von Hinterschneidungen mit zurückgenommenen
Bereichen, die in ihrer Tiefe entsprechend abgestimmt sind, verhältnismäßig weitgehende
Abstimmungen bezüglich
der jeweiligen Flächenpressung
vornehmen zu können,
und dies in Berücksichtigung
einer zusätzlichen
Einflussnahme durch die Bemessung der die Abstützzonen bildenden Stege in
ihrer Breite.
-
Die
Vertiefungen 22, 23 gemäß 2 sind axial
hinterschneidend zu den Abstützzonen 13 und 14 vorgesehen
und beispielsweise durch ringförmige Einstiche
in der jeweiligen Bohrungswandung der die Spannschraube 9 bzw. 10 aufnehmenden
Bohrung gebildet.
-
2 veranschaulicht
des Weiteren, dass entsprechende Effekte bezüglich der Bestimmung der Flächenpressung
in jeweiligen Abstützzonen auch
dadurch erreichbar sind, dass die den Abstützzonen zugeordneten Bereiche
am gegenüberliegenden
Körper
entsprechend nachgiebig gestaltet sind, wobei dies in 2 für die umfangsseitigen
Abstützzonen 20 und 21 jeweils
durch eine Hinterschneidung 24 bzw. 25 veranschaulicht
ist, die umfangsseitig im Stützkörper 3 mit
Abstand zur Stirnfläche 4 angeordnet
ist.
-
Mit
der Erfindung werden somit konstruktiv gut beherrschbare Möglichkeiten
zur Abstimmung der Flächenpressung
auf die jeweiligen Funktionsanforderungen unter Ausnutzung der Materialelastizität im jeweiligen
Abstützbereich
aufgezeigt, die es ermöglichen,
infolge der Ausrichtung der Flächenpressung
an den tat sächlichen
Erfordernissen auch die Spannkräfte
entsprechend zu minimieren, so dass insgesamt Voraussetzungen geschaffen
sind, auch so hoch belastete Vorrichtungen wie Hochdruckeinspritzanlagen,
so insbesondere Einspritzinjektoren bei Minimierung des erforderlichen
Bauraumes funktionssicher zu gestalten.