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Diese
Erfindung betrifft eine Dichtung und insbesondere eine Dichtung,
die hohen Drücken
widerstehen kann und zur Verwendung im Kraftstoffzuführungssystem
für einen
Dieselmotor geeignet ist.
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Im
Kraftstoffsystem für
einen Dieselmotor trifft man üblicherweise
auf sehr hohe Kraftstoffdrücke.
Beispielsweise kann der Kraftstoffdruck bei einem Kraftstoffsystem
vom Typ mit gemeinsamer Druckleitung (Common Rail) innerhalb der
gemeinsamen Druckleitung etwa 2000 Bar betragen. Selbstverständlich ist
es, um einen solchen Druck zu erzielen und die Effizienz zu optimieren,
wichtig, die Leckage aus den verschiedenen Teilen des Kraftstoffsystems,
beispielsweise der Kraftstoffpumpe und den Kraftstoffeinspritzeinrichtungen,
auf eine sehr geringe Menge zu beschränken. Insbesondere kann der Kraftstoffdruck
bei so hohen Drücken
innerhalb von Bohrungen, die in den bei dem Kraftstoffsystem verwendeten
Komponenten ausgebildet sind, eine Ausdehnung bewirken und folglich
kann der Abstand zwischen den Wänden
der Bohrungen und aller innerhalb der Bohrungen verschiebbaren Elemente
vergrößert werden,
was zu einer erhöhten
Leckage führt.
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Dichtungen
in Kraftstoffsystemen sind aus
US 4,389,018 A und WO 97/00394 A bekannt.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Dichtung zur Verwendung bei
einer Vielzahl von Kraftstoffsystemanwendungen zur Verfügung zu
stellen, durch welche die Leckage von Kraftstoff auf ein annehmbares
Maß beschränkt werden
kann, selbst wenn das Kraftstoffsystem bei hohen Kraftstoffdrücken zu
betreiben ist.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Dichtung zur Verfügung gestellt, die ein Trägerelement
mit einem im Wesentlichen kreisförmigen
Außenumfang
und ein an dem Trägerelement
an gebrachtes, elastisches Dichtungselement umfasst, wobei das Dichtungselement
dann, wenn es sich in einem entspannten Zustand befindet, einen
allgemein kreisförmigen
Außenumfang
und einen Durchmesser besitzt, der größer ist als derjenige des Trägerelements,
wobei das Dichtungselement und das Trägerelement exzentrisch zueinander
angeordnet sind, wenn sich das Dichtungselement im entspannten Zustand
befindet, wobei das Dichtungselement zu einem zusammengedrückten Zustand
zusammengedrückt
werden kann, in welchem das Dichtungselement und das Trägerelement
einen im Wesentlichen identischen Durchmesser besitzen und im Wesentlichen
koaxial sind.
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Das
Dichtungselement kann einen Bereich mit spaltringartiger Gestalt
besitzen.
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Die
Dichtung kann des weiteren ein Abdeckelement umfassen, wobei sich
das Dichtungselement zwischen dem Trägerelement und dem Abdeckelement
befindet.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe
zur Verfügung
gestellt, die einen Pumpenkolben, der unter dem Einfluss einer Nockenanordnung
innerhalb einer Bohrung hin und her bewegt werden kann, und eine vom
Pumpenkolben getragene Dichtung des vorstehend definierten Typs
umfasst, wobei das Dichtungselement der Dichtung an der Wand der
Bohrung angreift und die Dichtung so angeordnet ist, dass sie im Wesentlichen
verhindert, dass Kraftstoff zwischen dem Pumpenkolben und der Wand
der Bohrung fließt,
wenn sich der Pumpenkolben in einer ersten Richtung bewegt.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung
geschaffen, umfassend eine Ventilnadel, die innerhalb einer Bohrung
verschiebbar angeordnet ist, wobei eine mit der Nadel verbundene
Oberfläche
dem Fluiddruck innerhalb einer Steuerungskammer ausgesetzt ist,
die teilweise von einem innerhalb einer Bohrung verschiebbaren Kolben
begrenzt ist, sowie eine Dichtung des vorstehend definierten Typs,
die mit dem Kolben verbunden ist, um das Entweichen des Fluids aus
der Steuerungskammer zwischen dem Kolben und der Bohrung, innerhalb
welcher der Kolben verschiebbar ist, einzuschränken.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung
geschaffen, die eine Ventilnadel umfasst, die innerhalb einer Bohrung
verschiebbar angeordnet ist, wobei die Nadel eine Dichtung des vorstehend
definierten Typs trägt,
die derart angeordnet ist, dass sie die Leckage zwischen der Nadel
und der Wand der Bohrung einschränkt.
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In
Fällen,
in denen die Einspritzeinrichtung eine solche des Typs ist, der
sich nach außen öffnet, kann
eine zusätzliche
Dichtung des vorstehend definierten Typs vorgesehen sein.
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Bei
jeder der vorstehend beschriebenen Anwendungen ist die Verwendung
der Dichtung vorteilhaft, da die Leckage von Kraftstoff oder einem
anderen Fluid unter hohem Druck auf eine annehmbare Menge beschränkt werden
kann. Die Elastizität
des Dichtungselements reicht aus, um sicherzustellen, dass die Leckage
auf eine annehmbare Menge beschränkt
ist, selbst wenn im Betrieb eine Erweiterung der Bohrung, innerhalb
welcher die Dichtung angeordnet ist, auftritt. Es ist des weiteren
ersichtlich, dass bei Verwendung einer solchen separaten Dichtung Komponenten
bzw. Bestandteile, die im Betrieb innerhalb von Bohrungen verschieblich
sind, maschinell nicht auf den gleichen Genauigkeitsgrad wie bei früheren Anordnungen
bearbeitet werden müssen, bei
denen der Sitz der Komponenten innerhalb der Bohrungen für die Menge
der Leckage verantwortlich ist.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung
einer Dichtung zur Verfügung
gestellt, umfassend die Schritte des Befestigens eines Dichtungselements
mit einem im Wesentlichen kreisförmigen
Umfang an einem Trägerelement
mit einem im Wesentlichen kreisförmigen
Umfang derart, dass das Dichtungs- und das Trägerelement im Wesentlichen
koaxial sind, und Verformen des Dichtungselements zur Vergrößerung seines
Durchmessers derart, dass das Dichtungselement nach der Verformung
exzentrisch zu dem Trägerelement
angeordnet ist.
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Ein
Schritt des Schleifens der Dichtung kann vor dem Schritt des Verformens
des Dichtungselements durchgeführt
werden.
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Das
Dichtungselement kann mit einem bogenförmigen Schlitz ausgestattet
sein, wobei der Schritt des Verformens des Dichtungselements den Schritt
umfasst, das Dichtungselement radial auswärts des Schlitzes aufzubrechen
oder aufzureißen. Dies
kann dadurch erreicht werden, dass Fluid unter Druck auf den Schlitz
zur Einwirkung gebracht wird.
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Die
Erfindung wird beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen weiter beschrieben, in denen zeigen:
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1a und 1b eine Draufsicht auf und einen Schnitt
durch eine Dichtung gemäß einer
erfindungsgemäßen Ausführungsform
in ihrem entspannten Zustand;
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2a und 2b Ansichten ähnlich 1a und 1b,
die die Dichtung in ihrem zusammengedrückten Zustand zeigen;
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3a, 3b, 4a, 4b, 5a und 5b Ansichten ähnlich 1a und 1b, die drei alternative Ausführungsformen
zeigen;
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6 eine Ansicht, die einen
Teil einer Kraftstoffpumpe zeigt, bei der die Dichtung gemäß 3a und 3b eingebaut ist;
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7 eine Ansicht, die einen
Teil einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung zeigt, bei der die Dichtung gemäß 1a und 1b eingebaut ist;
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8 eine Ansicht, die einen
Teil einer anderen Kraftstoffeinspritzeinrichtung zeigt, bei der
die Dichtung gemäß 5a und 5b eingebaut ist;
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9 eine perspektivische Ansicht,
die eine alternative Dichtung zeigt;
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10 eine Seitenansicht der
Dichtung von 9;
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11 eine Ansicht ähnlich 10, die eine modifizierte
Form zeigt; und
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12 und 13 eine Vorrichtung zur Verwendung bei
der Herstellung der Dichtungen von 9 bis 11.
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Die
in 1a, 1b, 2a und 2b gezeigte Dichtung umfasst
ein Trägerelement 10 von
im Wesentlichen kreisförmiger
Gestalt, dessen Durchmesser geringfügig kleiner als der Durchmesser
der Bohrung ist, innerhalb welcher eine im Wesentlichen fluiddichte
Dichtung im Betrieb auszubilden ist. Ein Dichtungselement 12 ist
an der oberen Oberfläche
des Trägerelements 10 befestigt,
wobei das Dichtungselement 12 ein Element mit kreisförmiger Gestalt
umfasst, dessen Durchmesser geringfügig größer als der Durchmesser der
Bohrung ist, innerhalb welcher eine im Wesentlichen fluiddichte
Dichtung auszubilden ist. Das Dichtungselement 12 ist mit
einem teilweise kreisförmigen
Schlitz 14 ausgestattet, der in einen Schlitz 16 mündet, welcher
sich über
einen äußeren Teil
des Durchmessers des Dichtungselements 12 erstreckt. Das
Vorsehen der Schlitze 14, 16 in dem Dichtungselement 12 führt dazu,
dass das Dichtungselement 12 einen äußeren Bereich 12a aufweist,
der tatsächlich
von spaltringartiger Gestalt ist, wobei der äußere Bereich 12a mittels
eines Verbindungsbereichs 12c, der zwischen den Enden des Schlitzes 14 angeordnet
ist, einstückig
mit einem inneren Bereich 12b von im Wesentlichen kreisförmiger Gestalt
ausgebildet ist.
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Wie
in 1a und 1b gezeigt ist, ist der Durchmesser
des Dichtungselements 12, wenn es sich in seinem spannungsfreien
Zustand befindet, größer als
derjenige des Trägerelements 10,
und die Achse des Dichtungselements ist gegenüber der Achse des Trägerelements 10 mit
der Folge versetzt, dass der Rand des Dichtungselements 12 an
dem Punkt, an dem der Schlitz 16 in den äußeren Umfang des
Dichtungselements 12 mündet,
mit dem Rand des Trägerelements 10 fluchtet.
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Durch
den schraffierten Bereich in 1a ist gezeigt,
dass der Bereich 12b des Dichtungselements 12 am
Trägerelement 10 befestigt
ist. Das Trägerelement 10 und
das Dichtungselement 12 sind zweckmäßigerweise aus einem elastischen
Material hergestellt, beispielsweise aus Federstahl oder Phosphorbronze,
und sie sind zweckmäßigerweise unter
Verwendung einer Widerstandsschweißtechnik aneinander befestigt,
wobei jedoch klar sein sollte, dass alternative Materialien verwendet
werden können
und dass das Trägerelement
und das Dichtungselement unter Verwendung einer alternativen Technik aneinander
befestigt sein können.
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Wie
in 2a und 2b gezeigt ist, wird, wenn eine
Kompressionskraft auf das Dichtungselement 12 zur Einwirkung
gebracht wird, wie dies im Betrieb stattfindet, dessen äußerer Bereich 12a zusammengedrückt, wodurch
der Außendurchmesser
des Dichtungselements 12 auf im Wesentlichen denjenigen des
Trägerelements 10 verkleinert
wird, wobei der äußere Bereich 12a des
Dichtungselements 12 gebogen wird, um die Breite der Schlitze 14, 16 zu
verkleinern. Da der Bereich des Dichtungselements 12 an
dem Punkt, an dem sich der Schlitz 16 zum Randbereich des
Dichtungselements 12 hin öffnet, mit dem Rand des Trägerelements 10 fluchtet
und da in diesem Zustand das Dichtungselement 12 einen Durchmesser
aufweist, der im Wesentlichen identisch mit demjenigen des Trägerelements 10 ist,
sollte klar sein, dass das Trägerelement 10 und
das Dichtungselement 12 in diesem Zustand im Wesentlichen
koaxial sind.
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Bei
Gebrauch befindet sich die Dichtung innerhalb einer Bohrung, innerhalb
welcher eine im Wesentlichen fluiddichte Dichtung auszubilden ist, wobei
die Einführung
der Dichtung ein Zusammendrücken
des Dichtungselements 12 erfordert. Wenn sich das Dichtungselement
in Position innerhalb der Bohrung befindet, bewirkt seine Elastizität, dass
seine Außenoberfläche im Wesentlichen
fluiddicht an der Wand der Bohrung anliegt. Da das Teil des Dichtungselements 12,
innerhalb dessen der Schlitz 16 ausgebildet ist, mit dem
Trägerelement 10 fluchtet, schließt das Trägerelement 10 den
Schlitz 16, wodurch eine Leckage von Fluid an der Dichtung
vorbei durch den Schlitz 16 hindurch vermieden wird.
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Die
Dichtung kann sich im Betrieb innerhalb der Bohrung bewegen; deshalb
kann die Dichtung auf einer Komponente, die innerhalb der Bohrung verschiebbar
ist, angebracht oder von dieser getragen werden. Die Elastizität der Dichtung
kann geringfügige
Herstellungsungenauigkeiten oder eine Ausdehnung der Bohrung im
Betrieb ausgleichen. Die Elastizität der Dichtung kann des weiteren
geringfügige
Ungenauigkeiten bei der Positionierung der Dichtung ausgleichen,
so dass, falls die die Dichtung tragende Komponente derart maschinell
bearbeitet wurde, dass die Dichtung im Betrieb relativ zur Achse
der Bohrung geringfügig
geneigt ist, dennoch eine im Wesentlichen fluiddichte Dichtung erzielt
werden kann.
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3a und 3b zeigen eine Modifikation der vorstehend
beschriebenen Anordnung, bei der ein Abdeckelement 18 an
der vom Trägerelement 10 abgewandten
Oberfläche
des Dichtungselements 12 angebracht ist. Das Abdeckelement 18 besitzt
einen Durchmesser, der kleiner ist als derjenige des Trägerelements 10,
wobei das Trägerelement 10 und
das Abdeckelement 18 im Wesentlichen koaxial zueinander
sind. Das Abdeckelement 18 ist an dem mittleren Teil 12b des
Dichtungselements 12, beispielsweise unter Verwendung einer
Widerstandsschweißtechnik,
befestigt. Das Trägerelement 10,
der mittlere Teil 12b des Dichtungselements 12 und
das Abdeckelement 18 sind jeweils so gestaltet, dass sie eine Öffnung 20 begrenzen,
die sich durch die Dichtung hindurch erstreckt und durch welche
sich im Betrieb eine die Dichtung tragende Komponente erstreckt.
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Das
Vorsehen eines Abdeckelements ist vorteilhaft, da das Dichtungselement
im Betrieb eine Stützung
bei der Bewegung in beiden Richtungen innerhalb der Bohrung erfährt.
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Die
in 4a und 4b gezeigte Anordnung ist ähnlich derjenigen
von 3a und 3b, jedoch ist in ihr das
Abdeckelement 18 weggelassen. Wie unter Bezugnahme auf 3a und 3b beschrieben ist, sind der mittlere
Teil 12b des Dichtungselements 12 und das Trägerelement 10 derart
gestaltet, dass sie eine sich durch die Dichtung erstreckende Öffnung 20 begrenzen.
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Die 5a und 5b zeigen eine weitere Modifikation,
bei der das Dichtungselement 12 von spaltringartiger Gestalt
ist, wobei das Dichtungselement 12 zu dem Zweck tatsächlich so
gestaltet ist, damit der innere Bereich 12b weggelassen
werden kann. Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen
wurden das Dichtungselement 12 und das Trägerelement 10 durch
Befestigen des inneren Bereichs 12b an dem Trägerelement 10 aneinander
befestigt. Da die Anordnung von 5a und 5b einen solchen inneren
Bereich 12b nicht umfasst, kann diese Überlegung klarerweise nicht
greifen, und statt dessen ist ein Teil des äußeren Bereichs 12b des Trägerelements 1,
der sich in Nachbarschaft zu dessen Schlitz 16 befindet,
an dem Trägerelement 10 befestigt.
Wie bei den vorstehend beschriebenen Anordnungen ist die Anordnung
des Dichtungselements 12 relativ zum Trägerelement 10 derart,
dass der Schlitz 16 an einer Stelle in den Rand des Dichtungselements 12 mündet, die
mit dem Rand des Trägerelements 10 fluchtet.
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Die
Anordnung der 5a und 5b ist dann besonders geeignet,
wenn ein Element oder eine Komponente mit einem relativ großen Durchmesser innerhalb
der Öffnung 20 aufzunehmen
ist, das sich durch die Dichtung hindurch erstreckt, da der Durchmesser
der Öffnung 20 ohne
Vergrößern des
Außendurchmessers
der Dichtung vergrößert werden
kann.
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Bei
jeder der vorstehend beschriebenen Dichtungen ist der Schlitz 16,
der sich zum Randbereich des Dichtungselements 12 hin erstreckt,
derart angeordnet, dass er mit dem Rand des Trägerelements 10 fluchtet.
Folglich wirkt das Trägerelement 10 als
Abdeckung für
den Schlitz 16, der den Spalt des Spaltrings bildet, der
durch den äußeren Bereich 12a des
Dichtungselements 12 begrenzt wird. Folglich bleibt selbst
dann, wenn die Breite des Schlitzes 16 im Betrieb variiert,
die Leckage auf einem geringen Niveau. Herstellungsungenauigkeiten
bei der Herstellung der Bohrungen, innerhalb welcher die Dichtungen
im Betrieb verschiebbar sind, können
im Betrieb durch das Ausdehnen oder Zusammendrücken des Dichtungselements 12 ausgeglichen
werden; deshalb ist der Einsatz der Erfindung vorteilhaft, da Herstellungstoleranzen
ausgeglichen werden können
und variierende Abmessungen der Bohrungen, die sich beispielsweise
aus dem thermischen Ausdehnen oder Zusammenziehen oder aufgrund der
Ausweitung der Bohrungen aufgrund der in ihnen herrschenden Kraftstoffdrücke ergeben,
ausgeglichen werden können.
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6 zeigt eine Pumpenanordnung,
bei der eine Dichtung des vorstehend mit Bezug auf 3a und 3b beschriebenen
Typs eingebaut ist. Die in 6 gezeigte
Pumpenanordnung umfasst ein Gehäuse 22,
das eine Kolbenbohrung 24 begrenzt, innerhalb welcher eine
Pumpenkolbenanordnung 26 hin und her bewegbar ist. Die
Pumpenkolbenanordnung 26 umfasst ein Nockenstösselelement
in der Form einer Rolle 28, die mit einer auf einem Nockenring 32 ausgebildeten
Nockenfläche 30 derart
in Eingriff bringbar ist, dass sich, wenn sich das Gehäuse 22 relativ
zu dem Nockenring 32 bewegt, die Walze 28 über Nockennasen,
die einen Teil der Nockenfläche 30 bilden,
hinweg bewegt, was bewirkt, dass sich die Kolbenanordnung 26 innerhalb
der Bohrung 24 hin und her bewegt.
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Wie
in 6 gezeigt, umfasst
die Kolbenanordnung 26 ein Schuhelement 26a, das
eine Bohrung mit Schraubengewinde aufweist, innerhalb welcher ein
Element 26b angeordnet ist, wobei das Schuhelement 26a und
das Element 26b zusammen eine Dichtung des vorstehend unter
Bezugnahme auf 3a und 3b beschriebenen Typs unverlierbar
halten. Die Öffnung 20 der
Dichtung besitzt einen Durchmesser, der größer ist als der Durchmesser
des benachbarten Teils des Elements 26b, sodass Kraftstoff im
Betrieb durch die Öffnung 20 strömen kann,
und das Element 26b ist mit Bohrungen 26c ausgestattet, damit
Kraftstoff an dem Element 26b vorbei strömen kann.
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In
der gezeigten Stellung nimmt die Kolbenanordnung 26 ihre äußerste Stellung
ein, wobei die Bohrung 24 mit Kraftstoff mit einem relativ
niedrigen Druck gefüllt
wird. Wie gezeigt, liegt das Trägerelement 10 der
Dichtung gegen das innere Ende des Schuhelements 26a an
und das Dichtungselement 12 greift an der Oberfläche der
Bohrung 24 an. Folglich wird eine im Wesentlichen fluiddichte
Dichtung zwischen der Bohrung 24 und dem Schuhelement 26a ausgebildet.
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Die
Bewegung des Gehäuses 22 relativ
zu dem Nockenring 32 bewirkt, dass sich die Rolle 28 über die
Nockenfläche 30 mit
der Folge bewegt, dass die Kolbenanordnung 26 nach innen
gedrückt
wird, wobei der Kraftstoff innerhalb der Bohrung 24 auf
einen hohen Druck komprimiert wird.
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Wenn
die Kolbenanordnung 26 ihre nach innen gerichtete Bewegung
beendet hat, erfolgt die nach außen gerichtete Bewegung der
Kolbenanordnung 26, beispielsweise unter dem Einfluss einer Rückstellfeder
(nicht gezeigt). Während
einer solchen nach außen
gerichteten Bewegung kann sich die Dichtung von dem inneren Ende
des Schuhelements 26a abheben, was die fluiddichte Dichtung zwischen
der Wand der Bohrung 24 und dem Schuhelement 26a unterbricht,
und Kraftstoff kann durch die Bohrungen 26c und durch die Öffnung 20 der Dichtung
strömen,
wobei der Kraftstoff anschließend zwischen
der Dichtung und dem Schuhelement 26a strömt.
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Obgleich
die vorstehende Beschreibung diejenige einer Verwendung der Dichtung
in einer Anordnung ist, bei der kein Kraftstoff während der
nach innen gerichteten Bewegung der Kolbenanordnung 26 an
der Dichtung vorbei strömen
darf, aber stattdessen während
der nach außen
gerichteten Bewegung der Kolbenanordnung 26 an der Dichtung
vorbeiströmen
darf, ist ersichtlich, dass die Dichtung auch bei einer Anordnung
verwendet werden könnte, bei
der nicht gestattet ist, dass Kraftstoff während der Bewegung der Kolbenanordnung 26 in
irgendeiner Richtung an der Dichtung vorbei strömt.
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7 zeigt eine alternative
Anwendung einer Dichtung gemäß der Erfindung. 7 zeigt eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung,
die eine Nadel 34 umfasst, die innerhalb einer in einem
Düsenkörper 36 ausgebildeten
Bohrung verschiebbar ist. Die Nadel 34 wird mittels einer
Feder 48 und durch die Kraft, die auf eine in der gezeigten
Orientierung obere Endfläche
der Nadel 34 zur Einwirkung gebracht wird, durch den Druck
des Fluids innerhalb einer Steuerungskammer 38 an einem
Sitz zu Anlage gebracht. Die Nadel 34 ist so gestaltet,
dass sie Druckflächen
aufweist, die derart abgewinkelt sind, dass die Einwirkung von Kraftstoff
unter Druck darauf im Betrieb eine Kraft auf die Nadel 34 zur
Einwirkung bringt, die die Nadel 34 gegen die Wirkung der
Feder 48 und den Fluiddruck innerhalb der Steuerungskammer 38 weg
von ihrem Sitz drückt.
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Der
Fluiddruck innerhalb der Steuerungskammer 38 wird mit Hilfe
eines Kolbens 40 gesteuert, der innerhalb einer in einem
Abstandsstück 44 ausgebildeten
Bohrung 42 verschiebbar ist. Der Kolben 40 ist
unter dem Einfluss einer piezoelektrischen Betätigungselementanordnung 46 und
gegen die Wirkung der Feder 48 so bewegbar, dass er den
Fluiddruck innerhalb der Steuerungskammer 38 steuert, wobei
sich die Feder 48 zwischen dem Kolben 40 und der
Nadel 34 und mit beiden in Anlage befindet.
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Der
Kolben 40 ist von zweiteiliger Bauweise, wobei ein erster
Teil 40a desselben am piezoelektrischen Betätigungselement 46 anliegt
und ein zweiter Teil 40b des Kolbens 40 zum Führen der
Feder 48 dient. Eine Dichtung der Art, wie sie vorstehend
unter Bezugnahme auf 1a, 1b, 2a und 2b beschrieben wurde,
ist zwischen dem ersten und dem zweiten Teil 40a, 40b des
Kolbens 40 sandwichartig angeordnet, wobei das Dichtungselement 12 der
Dichtung an der Wand der Bohrung 42 anliegt, um im Betrieb
das Austreten von Fluid aus der Steuerungskammer 38 im
wesentlichen zu verhindern.
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Im
Betrieb reicht dann, wenn unter hohem Druck stehender Kraftstoff
auf die Bohrung des Düsenkörpers 36 aufgebracht
wird und wenn das Betätigungselement 46 eine
Stellung einnimmt, bei der dessen axiale Länge relativ groß ist, der
Fluiddruck innerhalb der Steuerungskammer 38 zusammen mit der
Wirkung der Feder 48 aus, um sicherzustellen, dass sich
die Nadel 34 unter der Wirkung des Kraftstoffdrucks, der
auf die Druckflächen
derselben einwirkt, nicht von ihrem Sitz abheben kann. Um mit der Einspritzung
zu beginnen, wird das Betätigungselement 46 abgeschaltet,
um seine Länge
zu verringern, was es dem Kolben 40 und der Dichtung ermöglicht, sich
in einer in der gezeigten Ausrichtung nach oben gerichteten Richtung
zu bewegen, wodurch der Fluiddruck innerhalb der Steuerungskammer 38 verringert
wird und damit auch die Größe der nach
unten gerichteten Kraft, die auf die Nadel 34 einwirkt,
verringert wird. Die Verringerung der Größe der nach unten gerichteten
Kraft, die auf die Nadel 34 einwirkt, erreicht sodann einen
Punkt, jenseits dessen der Kraftstoffdruck, der auf die Druckflächen der
Nadel 34 einwirkt, ausreichend ist, um die Nadel 34 von
ihrem Sitz abzuheben. Um die Einspritzung zu beenden, wird das Betätigungselement 46 mit
Energie beaufschlagt und im Wesentlichen wieder auf seine ursprüngliche
Länge gebracht.
Als Folge kehren der Kolben 40 und die Dichtung im Wesentlichen
in ihre ursprünglichen
Stellungen zurück,
wodurch das Fluid innerhalb der Steuerungskammer wieder unter Druck gesetzt
wird und die Größe der nach
unten gerichteten Kräfte,
die auf die Nadel 34 zur Einwirkung kommen, auf ein Maß erhöht wird,
das ausreicht, um zu bewirken, dass sich die Nadel 34 in
Anlage mit ihrem Sitz bewegt.
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8 zeigt einen alternativen
Typ von Einspritzeinrichtung, wobei die Einspritzeinrichtung eine Nadel 50 aufweist,
die innerhalb einer in einem Düsenkörper 52 ausgebildeten
Bohrung verschiebbar ist. Die Einspritzeinrichtung ist eine solche
des Typs, der sich nach außen öffnet, wobei
eine in der gezeigten Orientierung nach unten gerichtete Bewegung der
Nadel 50 bewirkt, dass sich die Nadel 50 von einem
Sitz abhebt und Kraftstoff zu einer oder mehreren Auslassöffnungen 54 strömen kann,
die in der Nähe
des unteren Endes des Düsenkörpers 52 vorgesehen
sind. Das obere und das untere Ende der Nadel 50 besitzen
einen Durchmesser, der im Wesentlichen gleich dem Durchmesser der
benachbarten Teile der Bohrung des Düsenkörpers 52 ist, und dienen
dazu, die Nadel 50 bei ihrer gleitenden Bewegung zu führen und
für eine
im Wesentlichen fluiddichte Dichtung zwischen der Nadel 50 und
diesen Teilen der Bohrung zu sorgen, wobei die Nadel 50 Dichtungen
des vorstehend unter Bezugnahme auf 5a und 5b beschriebenen Typs trägt.
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Es
ist ersichtlich, dass in jeder der vorstehend beschriebenen Anwendungen
dann, wenn eine einzige der Dichtungen nicht ausreichen sollte,
um den gewünschten
Grad an Abdichtung zu erzeugen, mehrere der Dichtungen aufeinander
gestapelt werden können,
um den Grad der erzielten Abdichtung zu verbessern und um den Kraftstoffdruck,
dem die Dichtung widerstehen kann, zu erhöhen.
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Falls
im Betrieb mit hohen Verschiebungsgeschwindigkeiten zu rechnen ist
und/oder extrem hohen Drücken
Widerstand geleistet werden muss, dann kann das Dichtungselement
und/oder die Wand der Bohrung mit einer harten Beschichtung wie
Titannitrid, Kohlenstoff-Wolframcarbid oder diamantartigem Kohlenstoff
beschichtet sein, um den Verschleiß zu verringern und das Risiko
zu senken, dass das Dichtungselement mit der Wand der Bohrung verklebt.
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Die 9 und 10 zeigen eine Dichtung, die in vielerlei
Hinsicht mit derjenigen von 1 identisch
ist. Der Hauptunterschied zwischen der Anordnung der 9 und 10 und derjenigen von 1 ergibt sich aus der Art, in der die
Dichtung konstruiert ist. Bei der Anordnung der 9 und 10 ist
ein elastisches Dichtungselement 12 an einem Trägerelement 10 befestigt.
Das Dichtungselement 10 und das Trägerelement 12 besitzen
anfänglich
im Wesentlichen den gleichen Durchmesser und erstrecken sich im
Wesentlichen koaxial. Das Dichtungselement 10 und das Trägerelement 12 sind
geeigneterweise unter Verwendung einer Schweißtechnik aneinander befestigt.
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Wie
bei der Anordnung von 1 ist
das Dichtungselement mit einem teilweise kreisförmigen Schlitz 14 versehen,
der in einen sich im Allgemeinen radial erstreckenden Schlitz 16 mündet. Der
Schlitz 16 reicht jedoch nicht bis zum Rand des Dichtungselements 12.
Folglich besitzen das Dichtungselement 10 und das Trägerelement 12 durchgehende
Umfangsflächen,
die, falls notwendig, auf den richtigen Durchmesser für die Anwendung
geschliffen werden können,
bei der die Dichtung verwendet werden soll. Die Ausrichtung, die
Durchmessertoleranz, die Rundheit und die Oberflächenbearbeitung können deshalb
im Vergleich zur Anordnung von 1 verbessert
werden.
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Wie
in 10 gezeigt, werden
das Dichtungselement 10 und das Trägerelement 12 derart maschinell
bearbeitet, dass sie von zylindrischer Gestalt sind. Alternativ
können
diese Komponenten, wie in 11 gezeigt,
geschliffen werden, um eine gewölbte
oder teilkugelförmige
Gestalt zu erhalten, wodurch die Reibung zwischen der Dichtung und
der Wand der Bohrung, in der die Dichtung im Betrieb angeordnet
ist, verringert und eine verbesserte Toleranz gegenüber einer
fehlerhaften Ausrichtung geschaffen wird.
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Der
Schleifschritt erfolgt geeigneterweise unter Abstützen der
Dichtung zwischen einem ersten und einem zweiten Werkzeug 60, 62 (siehe 12 und 13), wobei das zweite Werkzeug 62 vorstehende Schenkel 64 umfasst,
die vom Schlitz 14 aufgenommen werden. Das Zusammenwirken
zwischen den Schenkeln 64 und dem Dichtungselement 12 hält die Dichtung
sicher und koaxial im Verhältnis
zu den Werkzeugen 60, 62 und gestattet es, dass
die Dichtung während
des Schleifvorgangs gedreht wird.
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Nach
Beendigung des Schleifvorgangs wird das Dichtungselement 12 verformt,
um seinen äußeren Durchmesser
zu vergrößern, wobei
die Verformung dazu führt,
dass das Dichtungselement 12, wie bei 16a angegeben,
derart zerbricht oder zerreisst, dass sich der Schlitz 16 durch
den Bruch zum Umfang des Dichtungselements öffnet. Die Zugspannungen, die
durch den Schleifvorgang in das Dichtungselement 12 eingeführt wurden,
rufen die Tendenz hervor, zu bewirken, dass das Dichtungselement 12 derart
nach außen
springt, dass es im entspannten Zustand einen Durchmesser besitzt,
der geringfügig
größer als
derjenige des Trägerelements 10 ist,
und dass das Dichtungselement 10 und das Trägerelement 12 exzentrisch
zueinander sind.
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Der
Verformungsschritt kann dadurch erzielt werden, dass die Dichtung
innerhalb einer in einem Gehäuse
vorgesehenen Bohrung angeordnet wird und Fluid unter Druck auf den
Schlitz 14 zur Einwirkung gebracht wird. Folglich wird
eine nach außen gerichtete
Kraft auf den äußeren Teil
des Dichtungselements 12 zur Einwirkung gebracht. Der Fluiddruck wird
derart gewählt,
dass er ausreichend hoch ist, um zu bewirken, dass das Dichtungselement 12 zerbricht
oder zerreisst, woraufhin das Dichtungselement 12 wie vorstehend
beschrieben nach außen springt.
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Falls
die Bohrung einen ausreichenden Durchmesser besitzt, dann bewirkt
das unter Druck stehende Fluid, dass sich das Dichtungselement 12 über eine
Stellung hinaus bewegt, bei der die Streckspannung des Teils des
Dichtungselements 12, das dem Schlitz 14 benachbart
ist, überschritten
wird, was die Ober flächenzugspannungen,
die während des
Schleifens induziert wurden, unterstützt, um sicherzustellen, dass
das Dichtungselement 12 im entspannten Zustand einen vergrößerten Durchmesser besitzt.
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Das
vorstehend beschriebene Verfahren ist vorteilhaft, da der Schlitz 16 im
Betrieb fast geschlossen ist, wodurch das Risiko einer Leckage an
der Dichtung vorbei verringert ist.
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Die
vorstehend beschriebene Herstellungstechnik kann auch an anderen
der vorstehend beschriebenen Dichtungsausführungsformen eingesetzt werden.