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Technisches
Gebiet
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Zum
Einbringen von Kraftstoff in direkt einspritzende Verbrennungskraftmaschinen
werden hubgesteuerte Einspritzsysteme mit Hochdruckspeicherraum
(Common Rail) sowie Pumpe-Düse-Systeme
oder auch Pumpe-Leitung-Düse-Systeme
eingesetzt. Bei Kraftstoffeinspritzsystemen mit Hochdruckspeicherraum
kann in vorteilhafter Weise der Einspritzdruck an Last und Drehzahl
einer Verbrennungskraftmaschine in weiten Betriebsbereichen angepasst
werden. Zur Reduzierung der Emissionen und zur Erzielen einer hohen
spezifischen Leistung ist ein hoher Einspritzdruck erforderlich.
Das erreichbare Druckniveau von Hochdruckkraftstoffpumpen ist aus
Festigkeitsgründen
begrenzt, so dass zur weiteren Drucksteigerung bei Kraftstoffeinspritzsystemen Druckverstärker in
den Kraftstoffinjektoren zum Einsatz kommen.
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Stand der
Technik
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DE 101 23 913 A1 hat
eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen mit einem
von einer Kraftstoffhochdruckquelle versorgbaren Kraftstoffinjektor
zum Gegenstand. Zwischen dem Kraftstoffinjektor und der Kraftstoffhochdruckquelle
ist eine einen beweglichen Druckübersetzerkolben
aufweisende Druckübersetzungseinrichtung
geschaltet. Der Druckübersetzerkolben
trennt einen an die Kraftstoffhochdruckquelle anschließbaren Raum
von einem mit dem Kraftstoffinjektor verbundenen Hochdruckraum.
Durch Befüllen
eines Rückraumes
(Differenzdruckraum) der Druckübersetzungseinrichtung mit
Kraftstoff bzw. durch ein Entleeren des Rückraumes von Kraftstoff kann
der Kraftstoffdruck im Hochdruckraum variiert werden. Der Kraftstoffinjektor weist
einen beweglichen Schließkolben
zum Öffnen und
Verschließen
von Einspritzöffnungen
auf. Der Schließkolben
ragt in einen Schließdruckraum
hinein, so dass der Schließkolben
mit Kraftstoffdruck beaufschlagbar ist zur Erzielung einer in Schließrichtung
auf den Schließkolben
wirkenden Kraft. Der Schließdruckraum
und der Rückraum
werden durch einen gemeinsamen Schließdruck-Rückraum gebildet, wobei sämtliche
Teilbereiche des Schließdruck-Rückraumes permanent zum Austausch
von Kraftstoff miteinander verbunden sind. Es ist ein Druckraum
zum Versorgen der Einspritzöffnungen mit
Kraftstoff und zum Beaufschlagen des Schließkolbens mit einer in Öffnungsrichtung
wirkenden Kraft vorgesehen. Ein Hochdruckraum steht derart mit der
Kraftstoffhochdruckquelle in Verbindung, dass im Hochdruckraum,
abgesehen von Druckschwingungen, ständig zumindest der Kraftstoffdruck der
Kraftstoffhochdruckquelle anliegen kann, wobei der Druckraum und
der Hochdruckraum durch einen gemeinsamen Einspritzraum gebildet
werden. Sämtliche
Teilbereiche des Einspritzraumes sind permanent zum Austausch von
Kraftstoff miteinander verbunden.
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Aus
DE 102 47 903.8 A1 ist
eine druckverstärkte
Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit innen liegender Steuerleitung
entnehmbar. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung, die mit einer Hochdruckquelle
in Verbindung steht, weist einen mehrteiligen Injektorkörper auf.
In diesem ist ein über
einen Differenzdruckraum betätigbarer
Druckübersetzer
aufgenommen, dessen Druckübersetzerkolben
einen Arbeitsraum von dem Differenzdruckraum trennt. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung
ist über
ein Schaltventil betätigbar.
Eine Druckänderung
im Differenzdruckraum des Druckübersetzers
erfolgt über
eine zentrale Steuerleitung, welche sich durch den Druckübersetzer-Kolben
erstreckt. Die zentrale Steuerleitung ist durch den Arbeitsraum
des Druckübersetzers
geführt
und gegen diesen über
eine hochdruckdichte Verbindung abgedichtet.
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DE 196 11 884 A1 bezieht
sich auf ein Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen. Dieses umfasst
ein in einer Bohrung eines Ventilkörpers axial verschiebbares
kolbenförmiges
Ventilglied. Dieses weist an seinem brennraumseitigen Ende eine
Ventildichtfläche
auf, die zum Aufsteuern eines Einspritzquerschnittes mit einem am
brennraumseitigen Ende der Bohrung vorgesehenen Ventilsitz zusammenwirkt.
Ferner weist dieses eine in Richtung Ventildichtfläche weisende
Druckschulter auf, durch die das Ventilglied in einem im Durchmesser
größeren in der
Bohrung gleitend geführten
Führungsteil
und einen im Durchmesser kleineren freien Schaftteil unterteilt
ist. Es ist ein durch eine Querschnittserweiterung der Bohrung gebildeter
Druckraum vorgesehen, der über
einen zwischen dem freien Schaft des Ventilgliedes und der Wand
der Bohrung gebildeten Spalt mit dem Ventilsitz verbunden ist und
an den sich am Ventilsitz abgewandten Ende ein den Führungsteil
des Ventilgliedes aufnehmender Führungsabschnitt
der Bohrung anschließt.
Der Ventilkörper
ist von einem Druckkanal durchzogen, der radial auswärts der
Bohrung in das ventilsitzabgewandte Ende des Druckraumes mündet. Die
Druckschulter am Ventilglied taucht ständig derart weit in den Führungsabschnitt der
Bohrung ein, dass am dem Druckraum benachbarten Ende des Führungsabschnitts
der Bohrung ein Ringspalt zwischen dem Ventilglied und der Wandung
der Bohrung verbleibt. In diesem wird eine Gegenkraft auf einen
zwischen der Bohrung und dem Druckkanal verbleibenden Steg aufgebaut.
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Bei
bisherigen Ausführungen
von über
den Differenzdruckraum gesteuerten Druckverstärkern ist der Differenzdruckraum
durch eine in der Regel horizontale Bohrung mit einer zweiten ventilführenden Bohrung
verbunden. Die Herstellung der horizontalen Bohrung gestaltet sich
als äußerst schwierig.
Hier müssen
zeit- und kostenaufwendige Verfahren wie elektrisch-chemisches Senken
oder Erodieren angewendet werden. Außerdem treten an den Verschneidungsstellen
zwischen dem Rückraum
und der horizontalen Bohrung die höchsten Spannungen im Bauteil
auf. Eine höhere
Oberflächenqualität und eine Verbundung
der sich fertigungsbedingt ergebenden Kanten reichen bei den angestrebten
noch zu steigernden Systemdrücken
nicht mehr aus, um dauerfeste Bauteile zu erhalten. Die aus
DE 102 47 903 A1 bekannte
innen liegende zentrale Steuerleitung erfordert einen höheren Fertigungs-
und Montageaufwand als einfache Bohrungen innerhalb des Injektorkörpers.
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Darstellung
der Erfindung
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Bei
der Auslegung von über
den Differenzdruckraum gesteuerten Druckverstärkern stellt die Anbindung
des Differenzdruckraumes an die Steuerleitung eine potentielle Schwachstelle
dar. Da das Steuerventil zur Betätigung
des Druckverstärkers aus
Bauraumgründen
oberhalb des Druckverstärkers angeordnet
ist, wird die Steuerleitung seitlich am Druckverstärker vorbei
geführt.
Nach der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Lösung
wird die Verbindung zwischen dem Differenzdruckraum (Rückraum) und
der Steuerleitung, die in der Regel als Bohrung ausgebildet ist
und zum Ventil führt,
durch eine umlaufende Nut oder eine seitliche Tasche im zylindrischen
Rückraum
des Druckverstärkers
dargestellt. Der sich daraus ergebende Vorteil liegt darin, dass vor
allem an der Hockdruckverschneidungsstelle zwischen Differenzdruckraum
(Rückraum)
und einer Nut oder zwischen dem Differenzdruckraum (Rückraum) und
der zylindrisch geformten Tasche keinerlei Spannungsüberhöhungen entstehen,
welche die Druckfestigkeit des Kraftstoffinjektor beeinträchtigen.
An der Hochdruckverschneidungsstelle zwischen der Nut und der als
Bohrung ausgebildeten Steuerleitung bzw. der zylindrisch geformten
Tasche und der als Bohrung ausgebildeten Steuerleitung lässt sich
die Spannungsüberhöhung wesentlich
reduzieren, so dass sich mit einem derart beschaffenen Kraftstoffinjektor
mit optimierter Verbindung zwischen den Hochdruckräumen am
Druckübersetzer
höhere
Einspritzdrücke
realisieren lassen.
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Ein
weiterer Vorteil der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung ist
darin zu erblicken, dass ein toleranzunempfindliche Verschneidungsstelle zwischen
der Nut bzw. der Tasche und der als Bohrung ausgebildeten Steuerleitung
erreicht wird, da rein mechanische, spanabhebende Fertigungsverfahren
zur Herstellung der Nut oder der Tasche eingesetzt werden können.
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Durch
eine entsprechende Formgebung der Nut bzw. der zylindrisch geformten
Tasche können spezifische
Formen des Durchbruches so z.B. in ovaler rechteckförmiger oder
auch anderer Geometrie realisiert werden. Durch eine definierte
Form des Durchbruches lassen sich die Spannungen im Bereich der
Hochdruckverschneidungsstelle zwischen der Nut und der als Bohrung
ausgebildeten Steuerleitung bzw. zwischen der zylindrisch geformten
Tasche und der als Bohrung beschaffenen Steuerleitung gezielt beeinflussen
und zusätzlich
weiter herabsetzen. Mit derart ausgebildeten Anbindungsstellen im
Hochdruckbereich zwischen Hochdruckräumen von Komponenten, die höchsten Drücken ausgesetzt
sind, lassen sich einerseits auf lange Sicht gesehen, die Standzeiten
von Kraftstoffinjektoren mit Druckverstärkern aufgrund des niedrigeren
Spannungsniveaus herabsetzen, andererseits ist durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene
Anbindung von Hochdruckräumen
von höchstdruckführenden
Komponenten eine weitere Erhöhung
des Einspritzdruckniveaus in Kraftstoffinjektoren möglich.
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Zeichnung
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Anhand
der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
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Es
zeigt:
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1 einen über Druckvariationen in einem Differenzdruckraum
aktivierten Druckverstärker
im nicht aktivierten Zustand,
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2 den Druckverstärker gemäß 1 im aktivierten Zustand,
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3 einen Druckverstärker im
Halbschnitt, dessen Differenzdruckraum (Rückraum) mittels einer Horizontalbohrung
mit einer als Bohrung beschaffenen Steuerleitung in Verbindung steht,
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4 eine erfindungsgemäß konfigurierte Anbindung
eines Rückraumes
im Körper
des Druckverstärkers
mit einer als Bohrung ausgebildeten Steuerleitung, ebenfalls im
Halbschnitt,
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5 eine abgewickelte Begrenzungswandung
eines Druckraumes, in welchem eine zylindrisch geformte Tasche ausgebildet
ist, die mit einer als Bohrung ausgebildeten Steuerleitung eine
Anbindung bildet,
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6 eine abgewickelte Begrenzungswandung
eines Hochdruckbehälters,
in welchem eine ebenfalls abgewickelt dargestellte Umlaufnut eingebracht
ist, die ebenfalls mit einer als Bohrung beschaffenen Steuerleitung
in Verbindung steht,
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7.1 eine aus dem Stand der
Technik bekannte Anbindung eines Differenzdruckraumes eines Druckverstärkers mit
einer als Bohrung beschaffenen Steuerleitung,
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7.1 eine erfindungsgemäß konfigurierte Anbindung
einer als Bohrung beschaffenen Steuerleitung mit dem Differenzdruckraum
(Rückraum)
eines Druckverstärkers
und
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7.3 eine als Umlaufnut ausgebildete
Anbindung eines Differenzdruckraumes (Rückraum) eines Druckverstärkers mit
einer als Bohrung beschaffenen Steuerleitung.
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Ausführungsvarianten
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1 ist ein Druckverstärker in
schematischer Darstellung entnehmbar, dessen Arbeitsraum von einem
druckentlastbaren bzw. druckbeaufschlagbaren Differenzdruckraum über einen
Verstärkerkolben
getrennt ist.
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Ein
Druckverstärker 1 umfasst
einen Arbeitsraum 2 sowie einen druckentlastbaren bzw.
druckbeaufschlagbaren Differenzdruckraum 4. Ferner umfasst
der Druckverstärker 1 einen
in seinem Körper 11 ausgebildeten
Kompressionsraum 5. Der den Differenzdruckraum 4 (Rückraum)
vom Arbeitsraum 2 trennende Verstärkerkolben 3 umfasst
eine erste Stirnfläche 6 sowie
eine den Kompressionsraum 5 begrenzende zweite Stirnfläche 7. Über eine
in 1 nicht näher dargestellte
Hochdruckquelle ist der Arbeitsraum 2 des Druckverstärkers 1 mit
Systemdruck (prail) beaufschlagt. Im Differenzdruckraum 4 herrscht ebenfalls
der Systemdruck (prail) im Kompressionsraum 5 des
Druckverstärkers 1,
der in 1 in seiner deaktivierten
Position 8 dargestellt ist, herrscht ebenfalls Systemdruckniveau
prail. Der Druckverstärker 1 ist demnach
druckausgeglichen, da die an der zweiten Stirnfläche 7 und der Ringfläche im Differenzdruckraum 4 des
Druckverstärkers 1 anliegenden Druckkräfte der
an der ersten Stirnfläche 6 des
Verstärkerkolbens 3 angreifenden
Druckkraft entsprechen.
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2 zeigt einen Druckverstärker gemäß der Darstellung
in 1 in seinem aktivierten
Zustand.
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Über eine
Druckentlastung des Differenzdruckraumes 4 auf ein Druckniveau
pfuel, return, fährt der Verstärkerkolben 3 aufgrund
der an seiner ersten Stirnfläche 6 angreifenden
Druckkraft im Arbeitsraum 2, die durch den Systemdruck
(prail) erzeugt wird, in den Kompressionsraum 5 ein.
Die zweite Stirnfläche 7,
die den Kompressionsraum 5 des Druckverstärkers 1 begrenzt,
komprimiert den im Kompressionsraum 5 enthaltenden Kraftstoffvorrat
auf ein entsprechend des Auslegungsverhältnisses des Druckverstärkerkolbens 3 erreichbares
erhöhtes
Druckniveau (pamplified), welches in Richtung
eines Zulaufs 10 zu einem in 2 nicht
dargestellten Einspritzventilglied geleitet wird.
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3 zeigt einen Halbschnitt
durch einen Körpers
eines Druckverstärkers
gemäß des Standes der
Technik.
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Der
Druckverstärker 1 umfasst
einen Körper 11,
in welchem eine als Bohrung ausgebildete Steuerleitung 12 verläuft. Die
als Bohrung ausgebildete Steuerleitung 12 steht über eine
Horizontalbohrung 13 mit dem Differenzdruckraum 4 (Rückraum)
des Druckverstärkers 1 in
Verbindung. Die Horizontalbohrung 13 stellt einen hinsichtlich
des sich im Betrieb des Druckverstärkers 1 einstellenden
Spannungsniveaus kritischen Bereich dar. Innerhalb des kritischen
Bereiches 14, auch als Verschneidungsbereich bezeichnet,
bildet sich eine erste Verschneidungsstelle 15 mit der
als Bohrung beschaffenen Steuerleitung 12 und der Horizontalbohrung 13 sowie eine
zweite kritische Verschneidungsstelle 16 zwischen der Horizontalbohrung 13 und
dem Rückraum 4 des
Druckverstärkers 1 aus.
An diesen Verschneidungsstellen 15 bzw. 16 stellen
sich im Betrieb des Druckverstärkers 1 die
höchsten
Spannungen ein, welche die Dauerbetriebsfestigkeit eines derartigen Druckverstärkers 1 mit
Horizontalbohrung 13 entscheidend beeinträchtigen.
Im Halbschnitt durch den Körper 11 des
Druckverstärkers 1 gemäß der Darstellung
in 3 ist der Kompressionsraum 5 dargestellt,
von dem unter einem sich je nach Auslegung des Druckverstärkers 1 einstellenden
Winkels der Zulauf 10 zu einem in 3 nicht dargestellten Einspritzventilglied
abzweigt.
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4 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsvariante
einer Anbindung zwischen der als Bohrung ausgebildeten Steuerleitung 12 und
einem Differenzdruckraum (Rückraum)
eines Druckverstärkers.
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Aus
der Darstellung gemäß 4 ist entnehmbar, dass am
unteren Ende des Differenzdruckraums 4 des Druckverstärkers 1 eine
Umlaufnut 18 ausgebildet sein kann oder eine zylindrisch
geformte Tasche 19. An einer gemäß der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Lösung
beschaffenen ersten Bohrungsverschneidung 17 zwischen der
umlaufenden Nut 18 bzw. der zylindrisch geformten Tasche 19 stellt
sich eine erste Bohrungsverschneidung 17 ein, während eine
zweite Bohrungsverschneidung 22 zwischen dem Differenzdruckraum 4 (Rückraum)
des Druckverstärkers 1 und
der zylindrisch geformten Tasche 19 bzw. der Umlaufnut 18 ausgebildet
wird. Der Differenzdruckraum 4 ist an seinem unteren Ende durch
eine Ringfläche 20 begrenzt;
im Halbschnitt gemäß 4 ist am unteren Ende des
Körpers 11 des
Druckverstärkers 1 der
Kompressionsraum 5 dargestellt, von dem unter einem Neigungswinkel des
Zulaufs 10 zum in 4 nicht
dargestellten Einspritzventilglied abzweigt.
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Der
Darstellung gemäß 5 ist eine in einer Strecklage
von 180° dargestellte
Begrenzungswandung eines Hochdruckbehälters mit einer zylindrisch
geformten Tasche entnehmbar.
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In
der Darstellung gemäß 5 ist die Begrenzungswandung
des Differenzdruckraums 4 (Rückraum) eines Druckverstärkers in
einer 180°-Strecklage
dargestellt. Die durch den Innendruck im Differenzdruckraum 4 (Rückraum)
hervorgerufenen Tangentialspannungen im Körper 11 des Druckverstärkers 1 wirken
im abgewickelten Quader gemäß der Darstellung
in 5 als durch die beiden voneinander
weg weisenden Pfeile dargestellten Zugspannungen. In dem Bereich,
in welchem zwei Bohrungen aufeinander treffen würden, addieren sich die an
der Verschneidungsstelle 15 gemäß 3 auftretenden Kerbwirkungen entlang
der Bohrungen 12 und 13 und es stellt sich demzufolge
eine deutliche Spannungsüberhöhung ein.
In der Darstellung gemäß 5 ist die Anbindung der
als Bohrung beschaffenen Steuerleitung 12 an den Differenzdruckraum 4 (Rückraum)
als eine zylindrisch geformte Tasche 19 ausgeführt, die
keine Kerbwirkung zeigt. Im Vergleich zur Anbindung des Differenzdruckraums 4 an
die als Bohrung ausgebildete Steuerleitung 12 gemäß 3 mittels einer Horizontalbohrung 13 ergibt
sich durch die in 5 dargestellte
erfindungsgemäß Ausbildung
der Anbindung lediglich eine Kerbwirkungsstelle 23 entlang
der Bohrung 12, an welcher im Vergleich zu den beiden sich
gemäß 3 ergebenden Kerbwirkungsstellen 15 und 16, sich
ein erheblich niedrigeres Spannungsniveau einstellt.
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In
der Darstellung gemäß 6 ist die Anbindung eines
Hochdruckraumes an eine als Bohrung ausgebildete Steuerleitung mittels
einer Umlaufnut dargestellt.
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Gemäß der in 6 dargestellten Ausführungsvariante
einer Anbindung eines Hochdruckraumes an eine als Bohrung ausgebildete
Steuerleitung 12 ist in abgewickelter 21 Lage
dargestellte Wandung eines Hochdruckraumes wie beispielsweise eines Differenzdruckraumes 4 eines
Druckverstärkers 1 eine
ebenfalls in gestreckter Lage dargestellte Umfangsnut 18 eingelassen.
Die Umfangsnut 18 ist kerbwirkungsfrei, entlang der Bohrung 12 bildet
sich die Kerbwirkungsstelle 23, die den Ort darstellt,
an welchem die maximalen Spannungen 24 auftreten. Auch
in der Darstellung gemäß 6 sind die im Bauteil, d.h.
im Körper 11 auftretenden
Tangentialspannungen in der abgewickelten Lage 21 des Körpers 11 als
Zuspannungen dargestellt.
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In
den beiden in 5 und 6 dargestellten Ausführungsvariante
einer Anbindung eines hochdruckführenden
Raumes an eine als Bohrung ausgebildete Steuerleitung 12,
die in dem Körper 11 senkrecht
verläuft,
wird jeweils nur eine Kerbwirkungsstelle 23 ausgebildet.
Treffen sich an der Verschneidungsstelle 15 der Horizontalbohrung 13 gemäß 3 mit der als Bohrung ausgebildeten
Steuerleitung 12 die Kerbwirkungen entlang der Bohrungen 12 und 13,
so dass sich gemäß der in 3 dargestellten aus dem
Stand der Technik bekannten Ausführungsvarianten
die Kerbwirkungen addieren und zu einer deutlichen Spannungsüberhöhung im
Bauteil 11 führen.
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Demgegenüber schwächt eine
Umlaufnut 18 gemäß 6 zwar den Gesamtquerschnitt
des Körpers 11 etwas,
hinsichtlich der sich einstellenden mechanischen Belastung wirkt
die Umlaufnut 18 jedoch nicht wie eine Kerbe unter Zugbelastung.
Dadurch wird eine Spannungsüberhöhung an
der Kerbwirkungsstelle 23 vermieden, so dass lediglich
eine Kerbwirkungsstelle 23 ausgebildet wird, welche den Ort 24,
an welchem die maximalen Spannungen auftreten, darstellt. Im Vergleich
zur Ausführungsvariante
gemäß 3 unter Ausgestaltung der
Anbindung als Horizontalbohrung 13 stellt sich jedoch an
der Kerbwirkungsstelle 23 ein erheblich niedrigeres Spannungsniveau
ein. Wird die Anbindung zwischen der als Bohrung ausgebildeten Steuerleitung 12 und einem
hochdruckführenden
Behälter
hingegen als zylindrisch geformte Tasche 19 gestaltet,
so bietet diese Ausführungsvariante
der Anbindung den Vorteil, dass die zylindrisch geformte Tasche 19 ein
geringeres Totvolumen im Vergleich zu einer umlaufenden Nut 18 verursacht,
d.h. der Hochdruckbehälter bei
Ausbildung der Anbindung als zylindrisch geformte Tasche 19 mit
einem geringeren Volumen befüllbar ist.
Kann das Totvolumen beispielsweise im Differenzdruckraum 4 des
Druckverstärkers 1 herabgesetzt
werden, so führt
dies in vorteilhafter Weise zu einer Erhöhung des Wirkungsgrades; ferner
lässt sich
die hydraulische Abstimmung verbessern und nicht zuletzt müssen – im Falle
eines Druckverstärkers – bei Aktivierung
des Druckverstärkers
kleinere Absteuermengen bewegt werden.
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7.1 ist eine Anbindung eines
Differenzdruckraumes an eine als Bohrung ausgebildete Steuerleitung
mittels einer Horizontalbohrung entnehmbar.
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Der
Differenzdruckraum 4 ist symmetrisch zu einer Symmetrieachse 25 aufgebaut.
Die Steuerleitung 12 und der Differenzdruckraum 4 sind über die Horizontalbohrung 13 miteinander
verbunden, so dass sich die erste Verschneidungsstelle 15 zwischen
der Horizontalbohrung 13 und der Steuerleitung 12 ergibt,
sowie die zweite Verschneidungsstelle 16 durch die Horizontalbohrung 13 und
den Differenzdruckraum 4 (Rückraum) dargestellt wird. Die
an der Verschneidungsstelle 15 gebildeten Kerbwirkungen
addieren sich, so dass sich ein erstes, sehr hohes Spannungsniveau σmax,
1 während
des Betriebs des Druckverstärkers
einstellt.
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In
der Darstellung gemäß 7.2 ist die Anbindung des
Differenzdruckraumes (Rückraum)
an die als Bohrung ausgebildete Steuerleitung durch eine zylindrisch
geformte Tasche gestaltet.
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Die
zylindrisch geformte Tasche 19 ist im unteren Bereich des
Differenzdruckraumes 4 in dessen Innenwandung eingeformt.
Die zylindrisch geformte Tasche 19 bildet die Anbindungsstelle
zwischen der als Bohrung ausgebildeten Steuerleitung 12 und
dem Differenzdruckraum 4 (Rückraum) im Körper 11.
Die Steuerleitung 12 kann sowohl als Sacklochbohrung (7.1) als auch als Durchgangsbohrung 12.1 ausgeführt sein.
Aufgrund der Form der Anbindungsstelle als zylindrisch geformte
Tasche 19 stellt sich eine erste Bohrungsverschneidung 17 ein,
welche die Kerbwirkungsstelle 23 darstellt. Im Vergleich
zur Darstellung gemäß 7.1 ist lediglich ein Kerbwirkungsbeitrag
durch die Bohrungsverschneidung 17 dargestellt. Diese Kerbwirkungsstelle 23 stellt
den Ort 24 dar, an dem eine maximale Spannung σmax,
2 auftritt, die erheblich unter der in 7.1 auftretenden addierten Maximalspannung σmax,
1 liegt. Dadurch kann im Betrieb eines Hochdruckbehälters, wie beispielsweise
eines Differenzdruckraumes 4 eines Druckverstärkers das
in dessen Körper 11 auftretende
Spannungsniveau um bis zu 30 % herabgesetzt werden. Die zylindrisch
geformte Tasche 19 ist im unteren Bereich der Innenwandung
des Differenzdruckraums 4 (Rückraum) im Körper 11 eingeformt
und bietet darüber
hinaus eine nur geringe Vergrößerung des
Totvolumens innerhalb des Differenzdruckraumes 4. Die maximale
Höhe der
zylindrisch geformten Tasche 19 ist durch Bezugszeichen 30 identifiziert; die
zylindrisch geformte Tasche 19 verläuft symmetrisch halbkreisförmig und
läuft in
Auslaufbereichen 31 in der Innenwandung des Differenzdruckraumes 4 (Rückraum)
aus. Die an der zweiten Bohrungsverschneidung 22 zwischen
der zylindrisch geformten Tasche 19 und der Wandung des
Differenzdruckraumes 4 auftretende Kerbwirkung ist gegenüber der sich
an der ersten Bohrungsverschneidung 17 durch die Kerbwirkung
verursachten Spannungsüberhöhung vernachlässigbar.
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7.3 ist die Auswirkungsvariante
im Querschnitt zu entnehmen, bei der die Anbindung der als Bohrung
ausgebildeten Steuerleitung an den Differenzdruckraum über eine
umlaufende Nut im druckbeaufschlagten Körper erfolgt.
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Gemäß dieser
Ausführungsvariante
bildet die umlaufende Nut 18, die in einer konstanten Höhe 32 ausgebildet
ist, eine erste Bohrungsverschneidung 17 aus. Die erste
Bohrungsverschneidung 17 markiert die Übergangsstelle der als Bohrung
ausgebildeten Steuerleitung 12 zur umlaufenden Nut 18; ferner
stellt sich eine zweite Bohrungsverschneidung 22 ein, die
den Übergangsbereich
zwischen dem Differenzdruckraum 4 (Rückraum) und der umlaufenden Nut 18 darstellt.
Die untere Ringfläche
der umlaufenden Nut 18 ist durch Bezugszeichen 20 identifiziert. An
die umlaufende Nut 18 können
weitere Bohrungen 33 angebunden sein, von denen eine in 7.3 dargestellt ist. Die
Verschneidung 17 zwischen der als Bohrung ausgebildeten
Steuerleitung 12 und der Umlaufnut 18 stellt die
Kerbwirkungsstelle 23 dar, die den Ort 24 der
maximalen Spannung σmax, 3 darstellt. Im Vergleich zur in der
Ausführungsvariante
gemäß 2 auftretenden maximalen
Spannung σmax, 2 ist die in der Ausführungsvariante
gemäß 7.3 auftretende maximale
Spannung σmax, 3 nochmals herabgesetzt.
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Die
Kontur der umlaufenden Nut 18 und der zylindrisch geformten
Tasche 19 kann bogenförmig, eckig,
mit abgerundeten Ecken oder auch in anderer Geometrie ausgebildet
sein.
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Die
in den 5, 6 sowie 7.2 und 7.3 dargestellten
Ausgestaltungen von Anbindungsstellen zwischen hochdruckführenden
Räumen
und einer sich im wesentlichen vertikal durch einen Körper erstreckenden
Bohrung vermeiden scharfkantig ausgebildete Übergänge und erlauben dadurch eine
Reduktion des auftretenden Spannungsniveaus. Die Reduktion der im
Körper 11 auftretenden
Maximalspannung bedingt durch Tangentialspannung bei Druckbeaufschlagung
des Differenzdruckraumes 4 (Rückraum) beispielsweise eines
Druckverstärkers 1 erlaubt
einerseits eine weitere Erhöhung
des Druckniveaus innerhalb der Körpers 11,
andererseits bei Beibehaltung des derzeit herrschenden Druckniveaus
eine Verlängerung
der Standzeit eines druckführenden Körpers 11.
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- 1
- Druckverstärker
- 2
- Arbeitsraum
- 3
- Verstärkerkolben
- 4
- Differenzdruckraum
(Rückraum)
- 5
- Kompressionsraum
- 6
- erste
Stirnfläche
- 7
- zweite
Stirnfläche
- 8
- deaktivierte
Position
- 9
- aktivierte
Position
- 10
- Zulauf
zum Einspritzventilglied
- prail
- Systemdruckniveau
- pamplifield
- erhöhtes Druckniveau
- pfuel, return
- Drückniveauabsteuerung
- 11
- hochdruckführender
Körper
- 12
- Steuerleitung
(Bohrung)
- 12.1
- Steuerleitung
(Duchgangsbohrung)
- 13
- Horizontalbohrung
- 14
- Verschneidungsbereich
- 15
- erste
Verschneidungsstelle
- 16
- zweite
Verschneidungsstelle
- 17
- erste
Bohrungsverschneidung
-
- (Steuerleitung
mit Tasche/Nut)
- 18
- Umlaufnut
- 19
- zylindrisch
geformte Tasche
- 20
- Ringfläche
- 21
- abgewickelte
Wandung Hoch
-
- druckbehälter (180°-Streckung)
- 22
- zweite
Bohrungsverschneidung (Dif
-
- ferenzdruckraum
mit Tasche/Nut)
- 23
- Kerbwirkungsstelle
- 24
- Ort
maximaler Spannung
- 25
- Symmetrieachse
- 26
- Verschneidung
Steuerleitung/Hori
-
- zontalbohrung
- 27
- Verschneidung
Steuerleitung/Tasche
- 28
- Verschneidung
Steuerleitung/Um
-
- laufnut
- 29
- Taschengeometrie
- 30
- Maximalhöhe Tasche
- 31
- Auslaufbereich
Tasche
- 32
- Höhe Umlaufnut
- 33
- weitere
Bohrung
- σmax,
1
- Maximalspannung
bei Anbindung
-
- gemäß des Standes
der Technik
- σmax,
2
- erstes
reduziertes Maximalspan
-
- nungsniveau
- σmax,
3
- weiter
reduziertes Maximal
-
- spannungsniveau