EP1760306A1 - Gehäusekörper - Google Patents

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EP1760306A1
EP1760306A1 EP20050019334 EP05019334A EP1760306A1 EP 1760306 A1 EP1760306 A1 EP 1760306A1 EP 20050019334 EP20050019334 EP 20050019334 EP 05019334 A EP05019334 A EP 05019334A EP 1760306 A1 EP1760306 A1 EP 1760306A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
housing body
cavity
actuator
fluid
invar alloy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP20050019334
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Maximilian Dr. Kronberger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aumovio Germany GmbH
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Priority to EP20050019334 priority Critical patent/EP1760306A1/de
Priority to US11/470,028 priority patent/US20070079675A1/en
Priority to CNA2006101516978A priority patent/CN1928349A/zh
Publication of EP1760306A1 publication Critical patent/EP1760306A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/0012—Valves
    • F02M63/0014—Valves characterised by the valve actuating means
    • F02M63/0015—Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid
    • F02M63/0026—Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid using piezoelectric or magnetostrictive actuators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02M61/168—Assembling; Disassembling; Manufacturing; Adjusting
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    • F02M2200/80—Fuel injection apparatus manufacture, repair or assembly
    • F02M2200/8069—Fuel injection apparatus manufacture, repair or assembly involving removal of material from the fuel apparatus, e.g. by punching, hydro-erosion or mechanical operation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T83/00—Cutting
    • Y10T83/04—Processes
    • Y10T83/0405—With preparatory or simultaneous ancillary treatment of work
    • Y10T83/0443—By fluid application

Definitions

  • the invention relates to a housing body made of an Invar alloy, an actuator for an injection valve with a housing body and an injection valve.
  • Invar alloys are a group of alloys and compounds that have the property of having very small positive or sometimes negative thermal expansion coefficients in certain temperature ranges. The name results from the invariance of the strain with respect to a temperature change. Invar has high mechanical strength and can be welded. A commonly used Invar alloy is a FeNi alloy with a nickel content of 36% nickel. By alloying with 5% cobalt, the thermal expansion coefficient can be further reduced. In addition, many other alloys are known in which an Invar effect occurs.
  • Housing body made of an Invar alloy z. B. housing body for an actuator of an injection valve of an internal combustion engine, have the advantage that only takes a small change in temperature of the housing body with a change in temperature. Components which are located inside the housing body, and which themselves are subject to no or only a slight change in length, thus usually have no or only low mechanical stresses relative to the housing body. Since housing bodies are generally intended to combine more and more functions, it is the goal that housing bodies made of Invar alloys in addition to those from the low temperature-dependent Length change resulting functions take on more tasks.
  • the object of the invention is to provide a housing body made of an Invar alloy, an actuator for an injection valve with a housing body and an injection valve, which allow a reliable and precise function, each with a small number of components.
  • the invention is characterized by a housing body made of an Invar alloy, with a recess for receiving a component of a different Invar alloy material having an approximately the same thermal expansion coefficient as the Invar alloy, and a Cavity, which is produced by a cutting process, and the intended use of a fluid can be acted upon by high pressure.
  • the material data of the Invar alloy used for the housing body can be at certain geometrical boundary conditions, for example, depending on a distance between the recess for receiving the component and the cavity and an opening width of the cavity, each determine a maximum pressure with which the cavity durably reliable can be applied.
  • the cavity of the housing body which consists of such an Invar alloy, operated under the same geometric boundary conditions for pressures above the calculated maximum pressure permanently can be. Under high pressure is understood here as the pressure which is above the calculated maximum pressure as described.
  • the reason for increased pressure resistance of the cavity is that in the formation of the cavity by a cutting process wall regions of the housing body, which adjoin the cavity, are plastically deformed, whereby pressure compressive stresses are built up in these wall regions of the housing body. If a fluid with a pressure of significantly more than the calculated maximum pressure acts on the cavity, then the internal compressive stresses in the wall regions of the housing body counteract the pressure forces of the fluid. Thus, the cavity can be pressurized with pressures that can be significantly above the calculated maximum pressure.
  • both the component and the cavity with high pressure resistance can be arranged in a single housing body.
  • multifunctional housing bodies can be lighter in weight because it avoids having to use additional components, for example components for connecting a plurality of housing body parts.
  • the Invar alloy in a temperature range of 25 ° C-100 ° C has a mean thermal expansion coefficient of a maximum of 2 * 10 -6 / K.
  • Invar alloys with such a small thermal expansion coefficient are, for example FeNi alloys with a nickel content of about 36%, which are readily available and therefore often used in the corresponding technical applications.
  • the cavity has a wall and the fluid acts on the cavity at least once for a predetermined period of time at a pressure such that the flow limit of the Invar alloy is exceeded in the region of the wall.
  • a pressure such that the flow limit of the Invar alloy is exceeded in the region of the wall.
  • the strength of the cavity is further increased.
  • wall regions of the cavity are plastically deformed, and after elimination of the pressure action, internal compressive stresses are present in the sections of the housing body adjoining the wall regions of the cavity, which are larger than the compressive residual stresses which are produced solely by the production of the cavity by means of the machining Be built up process.
  • a fluid acts at least once for a predetermined period of time on the cavity at a pressure of at least 2500 bar. At this pressure, exceeding the yield point of Invar alloys can be achieved.
  • the cutting method is drilling, milling, grinding or honing. These methods are particularly easy to apply for the production of the cavity in the housing body.
  • the cavity has a circular cylindrical cross section. This is a particularly easy to manufacture cavity in the form of a cylinder bore.
  • the invention is characterized by an actuator for an injection valve, with a housing body, wherein the cavity for supplying a fluid with a high pressure circuit of a fluid is hydraulically coupled.
  • the housing body of an Invar alloy in which the cavity is arranged with high pressure resistance, further pressure-tightness between the actuator and the actuator adjacent components of the injection valve can be achieved.
  • the Invar alloy for the one-piece housing body is a relatively good plastically deformable material, which is a good match allows the housing body to the actuator adjacent components of the injector.
  • the component is an actuator.
  • the actuator is a piezoelectric actuator.
  • the invention is characterized by an injection valve with a nozzle assembly and an actuator, wherein the nozzle assembly and the actuator are coupled together.
  • the Invar alloy housing body in which the high pressure strength cavity is also disposed, the electric power required for a desired stroke of a nozzle needle of the nozzle assembly can be reduced for the actuator.
  • additional components made of materials with different stiffness and different coefficients of thermal expansion, they would not be able to be so well integrated in the power flow from the actuator to the nozzle needle.
  • the actuator therefore a deformation work for the additional components would have to be done, by which a higher cost of electrical energy would be required for the actuator.
  • Figure 1 shows a cross section through a housing body
  • FIG. 2 shows a longitudinal section through an injection valve with an actuator.
  • FIG. 1 shows a schematic view of a detail of a housing body 18.
  • the housing body 18 is made of an Invar alloy.
  • the housing body 18 has a recess 19 in which a component 16 is arranged.
  • a cavity 24 is arranged at a distance d from the recess 19, a cavity 24 is arranged.
  • the recess 19 is shown here with an octagonal cross-section, but may also assume other arbitrary cross-sectional shapes.
  • the cavity 24 is shown here with a circular cross-section with a diameter D, but may also assume other cross-sectional shapes.
  • FIG. 2 shows an injection valve 10 with an actuator 12 and a nozzle assembly 14.
  • the actuator 12 and the nozzle assembly 14 are coupled together by means of a nozzle retaining nut 17.
  • the actuator 12 which is designed as an actuator component 16 is arranged.
  • the actuator may in particular be designed as a piezo actuator with a stack of piezoelectric elements and change its axial extent depending on an applied electrical voltage.
  • the electrical voltage is applied to the actuator via a connection socket 22.
  • the actuator is coupled to a transmitter unit 26 which is disposed between the actuator 12 and the nozzle assembly 14.
  • the injection valve 10 further comprises a fluid port 20, via which the injection valve 10 is coupled in the mounted state with a high-pressure circuit, not shown, of a fluid.
  • the nozzle assembly 14 comprises a nozzle body 27 with a nozzle body recess 34.
  • a nozzle needle 28 is arranged in the nozzle body recess 34.
  • the nozzle needle 28 is partially guided in the nozzle body recess 34. It is further biased by a nozzle spring 36 so that it prevents fluid flow through an injector 32 arranged in a nozzle tip 30 when no further forces act on the nozzle needle 28.
  • the recess 19 and the cavity 24 is arranged with a wall 25.
  • fluid can flow from the high-pressure circuit via the fluid connection 20 to the nozzle assembly 14.
  • the fluid pressures are 2000 bar and more. Such high pressures place high demands on the material of the housing body 18 as well as on the design of the cavity 24.
  • the housing body 18 consists of an Invar alloy with a nickel content of about 36%.
  • Invar Invar alloy with a nickel content of about 36%.
  • the cavity 24 is introduced by drilling with a circular cylindrical cross-section with the diameter D.
  • the distance d between the recess 19 of the housing body and the cavity 24 in the minimum case only about 1.85 mm.
  • the diameter D of the circular cylindrical cavity 24 is about 2 mm.
  • the material data of the Invar alloy used for the housing body 18 allow the housing body 18 to be permanently pressurized up to a maximum of 2000 bar.
  • the housing body 18 with such an invar alloy under these geometrical boundary conditions can also be operated reliably for pressures of far more than 2000 bar.
  • the housing body 18 of an Invar alloy in which the cavity 24 is arranged, a better pressure tightness between the actuator 12 and the transmitter unit 26 can be achieved. This is due to the fact that in the otherwise usual use of components made of materials with different stiffness and different coefficients of thermal expansion mechanical stresses between the components can occur, resulting in poorer adaptability of the entire actuator 12 can lead to the transmitter unit 26.
  • the Invar alloy for the one-piece housing body 18 is a relatively good plastically deformable material, which allows a good adaptation of the housing body 18 to the transmitter unit 26.
  • the electrical energy required for a desired stroke of the nozzle needle 28 can be reduced for the actuator.
  • additional components made of materials with different stiffness and different coefficients of thermal expansion, they would generally not be able to be so well integrated into the power flow from the actuator 12 to the transmitter unit 26. The actuator would therefore have to perform a deformation work for the additional components, which would require a higher amount of electrical energy for the actuator.

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Abstract

Gehäusekörper (18) aus einer Invar-Legierung, mit einer Ausnehmung (19) zur Aufnahme eines Bauteils (16) aus einem von der Invar-Legierung unterschiedlichen Material, das einen annähernd gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie die Invar-Legierung hat. Der Gehäusekörper (18) hat eine Kavität (24), die durch ein spanendes Verfahren hergestellt ist, und die bestimmungsgemäß mit einem Fluid mit Hochdruck beaufschlagbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Gehäusekörper aus einer Invar-Legierung, einen Stellantrieb für ein Einspritzventil mit einem Gehäusekörper und ein Einspritzventil.
  • Unter Invar-Legierungen versteht man eine Gruppe von Legierungen und Verbindungen, die die Eigenschaft besitzen, in bestimmten Temperaturbereichen sehr kleine positive bzw. zum Teil negative Wärmeausdehnungskoeffizienten zu haben. Der Name resultiert aus der Invarianz der Dehnung bezüglich einer Temperaturänderung. Invar hat eine hohe mechanische Festigkeit und kann geschweißt werden. Eine häufig verwendete Invar-Legierung ist eine FeNi-Legierung mit einem Nickelgehalt von 36 % Nickel. Durch Legieren mit 5 % Kobalt kann der thermische Ausdehnungskoeffizient weiter reduziert werden. Darüber hinaus sind viele weitere Legierungen bekannt, bei denen ein Invar-Effekt auftritt.
  • Gehäusekörper aus einer Invar-Legierung, z. B. Gehäusekörper für einen Stellantrieb eines Einspritzventils einer Brennkraftmaschine, haben den Vorteil, dass bei einer Änderung der Temperatur nur eine geringe Längenänderung des Gehäusekörpers erfolgt. Bauteile, die sich im Inneren des Gehäusekörpers befinden, und die selbst keiner oder nur einer geringfügigen Längenänderung unterliegen, haben damit üblicherweise keine oder nur geringe mechanische Spannungen gegenüber dem Gehäusekörper. Da Gehäusekörper generell immer mehr Funktionen in sich vereinigen sollen, ist es das Ziel, dass auch Gehäusekörper aus Invar-Legierungen neben den aus der geringen temperaturabhängigen Längenänderung resultierenden Funktionen weitere Aufgaben übernehmen.
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Gehäusekörper aus einer Invar-Legierung, einen Stellantrieb für ein Einspritzventil mit einem Gehäusekörper und ein Einspritzventil zu schaffen, die mit jeweils einer geringen Zahl von Komponenten eine zuverlässige und präzise Funktion ermöglichen.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
  • Gemäß eines ersten Aspektes zeichnet sich die Erfindung aus durch einen Gehäusekörper aus einer Invar-Legierung, mit einer Ausnehmung zur Aufnahme eines Bauteils aus einem von der Invar-Legierung unterschiedlichen Material, das einen annähernd gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie die Invar-Legierung hat, und einer Kavität, die durch ein spanendes Verfahren hergestellt ist, und die bestimmungsgemäß mit einem Fluid mit Hochdruck beaufschlagbar ist.
  • Aus den Werkstoffdaten der für den Gehäusekörper eingesetzten Invar-Legierung lässt sich bei bestimmten geometrischen Randbedingungen, beispielsweise abhängig von einem Abstand zwischen der Ausnehmung zur Aufnahme des Bauteils und der Kavität und einer Öffnungsweite der Kavität, jeweils ein maximaler Druck ermitteln, mit dem die Kavität dauerbetriebssicher beaufschlagt werden kann. Überraschenderweise hat sich jedoch nun gezeigt, dass die Kavität des Gehäusekörpers, der aus einer derartigen Invar-Legierung besteht, unter denselben geometrischen Randbedingungen auch für Drücke oberhalb des rechnerisch ermittelten maximalen Drucks dauersicher betrieben werden kann. Unter Hochdruck wird hier jener Druck verstanden, der über dem wie beschrieben rechnerisch ermittelten maximalen Druck liegt.
  • Der Grund für erhöhte Druckfestigkeit der Kavität liegt darin, dass bei der Ausbildung der Kavität durch ein spanendes Verfahren Wandbereiche des Gehäusekörpers, die an die Kavität angrenzen, plastisch verformt werden, wodurch Druckeigenspannungen in diesen Wandbereichen des Gehäusekörpers aufgebaut werden. Wirkt nun anschließend ein Fluid mit einem Druck auch von deutlich mehr als dem rechnerisch ermittelten maximalen Druck auf die Kavität ein, so wirken die Druckeigenspannungen in den Wandbereichen des Gehäusekörpers den Druckkräften des Fluids entgegen. Damit lässt sich die Kavität mit Drücken beaufschlagen, die deutlich über dem rechnerisch ermittelten maximalen Druck liegen können.
  • Vorteilhaft ist, dass in dem Gehäusekörper aus Invar, das einen sehr geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat und damit thermische Längenänderungen des Bauteils ausgleichen kann, sowohl das Bauteil als auch die Kavität mit Hochdruckfestigkeit in einem einzigen Gehäusekörper angeordnet werden können. Ein weiterer Vorteil ist, dass multifunktionale Gehäusekörper ein geringeres Gewicht haben können, da vermieden wird, dass zusätzliche Komponenten, beispielsweise Komponenten für die Verbindung mehrerer Gehäusekörperteile, eingesetzt werden müssen.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Invar-Legierung in einem Temperaturbereich von 25°C-100°C einen mittleren thermischen Ausdehnungskoeffizienten von maximal 2*10-6/K auf. Invar-Legierungen mit einem derartigen kleinen thermischen Ausdehnungskoeffizienten sind beispielsweise FeNi-Legierungen mit einem Nickelgehalt von etwa 36%, die leicht verfügbar sind und deshalb in den entsprechenden technischen Anwendungen häufig benutzt werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Kavität eine Wand auf und auf die Kavität wirkt mindestens einmal für eine vorgegebene Zeitdauer ein Fluid mit einem derartigen Druck ein, dass es im Bereich der Wand zu einem Überschreiten der Fließgrenze der Invar-Legierung kommt. Durch diese Maßnahme wird die Festigkeit der Kavität weiter erhöht. Durch das Einwirken eines derartigen Drucks werden Wandbereiche der Kavität plastisch verformt, und nach Wegfall der Druckeinwirkung liegen Druckeigenspannungen in den an die Wandbereiche der Kavität angrenzenden Abschnitten des Gehäusekörpers vor, die größer sind als die Druckeigenspannungen, die allein durch das Herstellen der Kavität mittels des spanenden Verfahrens aufgebaut werden. Besonders vorteilhaft ist, wenn auf die Kavität mindestens einmal für eine vorgegebene Zeitdauer ein Fluid mit einem Druck von mindestens 2500 bar einwirkt. Bei diesem Druck kann ein Überschreiten der Fließgrenze von Invar-Legierungen erreicht werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das spanende Verfahren Bohren, Fräsen, Schleifen oder Honen. Diese Verfahren sind besonders einfach zur Herstellung der Kavität in dem Gehäusekörper anwendbar.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Kavität einen kreiszylindrischen Querschnitt auf. Dies ist eine besonders einfach herzustellende Kavität in Form einer Zylinderbohrung.
  • Gemäß eines zweiten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch einen Stellantrieb für ein Einspritzventil, mit einem Gehäusekörper, wobei die Kavität zum Zuführen eines Fluids mit einem Hochdruckkreis eines Fluids hydraulisch koppelbar ist.
  • Die Verwendung einer Invar-Legierung für den Gehäusekörper des Stellantriebs eines Einspritzventils, in dem auch die Kavität mit Hochdruckfestigkeit angeordnet ist, erlaubt eine sehr kompakte Gestaltung des Stellantriebs, weil der Gehäusekörper aus einem einzigen Material besteht und deshalb einstückig ausgeführt werden kann. Eine die geometrischen Ausmaße des Stellantriebs vergrößernde Ausbildung des Gehäusekörpers aus zwei Gehäusekörperabschnitten aus gegebenenfalls verschiedenen Materialien mit dem dann möglicherweise erforderlichen Einsatz von wiederum Raum beanspruchenden Verbindungselementen kann so vermieden werden.
  • Durch den Einsatz eines Gehäusekörper aus einer Invar-Legierung, in dem auch die Kavität mit Hochdruckfestigkeit angeordnet ist, kann weiter eine bessere Druckdichtigkeit zwischen dem Stellantrieb und dem Stellantrieb benachbarten Komponenten des Einspritzventils erreicht werden. Dies liegt zum einen daran, dass bei der ansonsten üblichen Verwendung von Komponenten aus Materialien mit unterschiedlicher Steifigkeit und unterschiedlichem Wärmeausdehnungskoeffizienten mechanische Spannungen zwischen den Komponenten auftreten können, die zu einer schlechteren Anpassbarkeit des gesamten Stellantriebs an die dem Stellantrieb benachbarten Komponenten des Einspritzventils führen können. Zum anderen ist die Invar-Legierung für den einstückigen Gehäusekörper ein relativ gut plastisch verformbares Material, das eine gute Anpassung des Gehäusekörpers an die dem Stellantrieb benachbarten Komponenten des Einspritzventils ermöglicht.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Bauteil ein Aktor.
  • Besonders bevorzugt ist, wenn der Aktor ein piezoelektrischer Aktor ist.
  • Gemäß eines dritten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Einspritzventil mit einer Düsenbaugruppe und einem Stellantrieb, wobei die Düsenbaugruppe und der Stellantrieb miteinander gekoppelt sind.
  • Durch die Ausbildung des Gehäusekörpers aus einer Invar-Legierung, in dem auch die Kavität mit Hochdruckfestigkeit angeordnet ist, kann die für einen gewünschten Hub einer Düsennadel der Düsenbaugruppe erforderliche elektrische Energie für den Stellantrieb reduziert werden. Beim Einsatz von zusätzlichen Komponenten aus Materialien mit unterschiedlicher Steifigkeit und unterschiedlichem Wärmeausdehnungskoeffizienten würden diese nicht so günstig in den Kraftfluss vom Stellantrieb zur Düsennadel eingebunden werden können. Mittels des Stellantriebs müsste deshalb eine Verformungsarbeit für die zusätzlichen Komponenten verrichtet werden, durch die ein höherer Aufwand an elektrischer Energie für den Stellantrieb erforderlich würde.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert.
    • Es zeigen:
  • Figur 1 einen Querschnitt durch einen Gehäusekörper, und
  • Figur 2 einen Längsschnitt durch ein Einspritzventil mit einem Stellantrieb.
  • In Figur 1 ist in einer schematischen Ansicht ein Ausschnitt aus einem Gehäusekörper 18 gezeigt. Der Gehäusekörper 18 besteht aus einer Invar-Legierung. Der Gehäusekörper 18 weist eine Ausnehmung 19 auf, in der ein Bauteil 16 angeordnet ist. In einem Abstand d von der Ausnehmung 19 ist eine Kavität 24 angeordnet. Die Ausnehmung 19 ist hier mit einem oktogonalen Querschnitt dargestellt, kann jedoch auch andere beliebige Querschnittsformen annehmen. Die Kavität 24 ist hier mit einem kreisförmigen Querschnitt mit einem Durchmesser D gezeigt, kann jedoch auch andere Querschnittsformen annehmen.
  • Figur 2 zeigt ein Einspritzventil 10 mit einem Stellantrieb 12 und einer Düsenbaugruppe 14. Der Stellantrieb 12 und die Düsenbaugruppe 14 sind mittels einer Düsenspannmutter 17 miteinander gekoppelt. In dem Stellantrieb 12 ist das als ein Aktor ausgeführte Bauteil 16 angeordnet. Der Aktor kann insbesondere als Piezoaktuator mit einem Stapel von Piezoelementen ausgebildet sein und seine axiale Ausdehnung abhängig von einer angelegten elektrischen Spannung ändern. Die elektrische Spannung wird über eine Anschlussbuchse 22 an den Aktor angelegt. Der Aktor ist mit einer Übertragereinheit 26 gekoppelt, die zwischen dem Stellantrieb 12 und der Düsenbaugruppe 14 angeordnet ist.
  • Das Einspritzventil 10 umfasst ferner einen Fluidanschluss 20, über den das Einspritzventil 10 im montierten Zustand mit einem nicht dargestellten Hochdruckkreis eines Fluids gekoppelt ist.
  • Die Düsenbaugruppe 14 umfasst einen Düsenkörper 27 mit einer Düsenkörperausnehmung 34. In der Düsenkörperausnehmung 34 ist ein Düsennadel 28 angeordnet. Die Düsennadel 28 ist bereichsweise in der Düsenkörperausnehmung 34 geführt. Sie ist ferner mittels einer Düsenfeder 36 so vorgespannt, dass sie einen Fluidfluss durch eine in einer Düsenkuppe 30 angeordneten Einspritzdüse 32 verhindert, wenn keine weiteren Kräfte auf die Düsennadel 28 einwirken.
  • In dem Gehäusekörper 18 des Stellantriebs 12 ist die Ausnehmung 19 und die Kavität 24 mit einer Wand 25 angeordnet. Durch die Kavität 24 kann Fluid aus dem Hochdruckkreis über den Fluidanschluss 20 zur Düsenbaugruppe 14 strömen. Im Falle von Diesel-Brennkraftmaschinen betragen die Fluiddrücke 2000 bar und mehr. Derart hohe Drücke stellen hohe Anforderungen an das Material des Gehäusekörpers 18 als auch an die Ausführung der Kavität 24.
  • Der Gehäusekörper 18 besteht aus einer Invar-Legierung mit einem Nickelanteil von ca. 36 %. Neben FeNi-Legierungen, die gegebenenfalls noch Legierungsanteile an Kobalt aufweisen, kommen noch folgende Legierungen für Invar in Betracht: FePt, FePd, FeMn, CoMn, FeNiPt, FeNiMn, CoMnFe, CrFe, CrMn, CoCr, FeB, FeP, TiFe2, ZrFe2, RECo2 (RE=seltene Erden außer Eu), FeC, Dy2(FeCo)17.
  • In den Gehäusekörper 18 ist durch Bohren die Kavität 24 mit einem kreiszylindrischem Querschnitt mit dem Durchmesser D eingebracht.
  • In dem hier gezeigten Gehäusekörper 18 des Einspritzventils 10 ist der Abstand d zwischen der Ausnehmung 19 des Gehäusekörpers und der Kavität 24 im Minimalfall nur circa 1,85 mm. Der Durchmesser D der kreiszylindrischen Kavität 24 beträgt etwa 2 mm. Generell kann der Abstand d zwischen der Ausnehmung 19 des Gehäusekörpers und der Kavität 24 ebenso wie der Durchmesser D der kreiszylindrischen Kavität 24 zwischen 1 mm und 3 mm sein. Unter derartigen geometrischen Bedingungen lassen die Werkstoffdaten der für den Gehäusekörper 18 eingesetzten Invar-Legierung erwarten, dass der Gehäusekörper 18 dauerhaft bis maximal 2000 bar mit Druck beaufschlagt werden kann. Überraschenderweise hat sich jedoch nun gezeigt, dass der Gehäusekörper 18 mit einer derartigen Invar-Legierung unter diesen geometrischen Randbedingungen auch für Drücke von weit mehr als 2000 bar dauersicher betrieben kann. Der Grund dafür liegt darin, dass bei der Ausbildung der Kavität durch Bohren oder ein anderes spanendes Verfahren wie Fräsen, Schleifen oder Honen die Wand 25 der Kavität 24 plastisch verformt wird, wodurch Druckeigenspannungen in der Wand 25 der Kavität 24 aufgebaut werden. Wirkt nun anschließend ein Fluid mit einem Druck auch von deutlich mehr als 2000 bar auf die Kavität 24 ein, so wirken die Druckeigenspannungen in der Wand 25 der Kavität 24 den Druckkräften des Fluids entgegen. Experimentell konnte so eine Dauerfestigkeit bis 2600 bar bei zehn Millionen Lastwechseln nachgewiesen werden.
  • Durch den Einsatz des Gehäusekörpers 18 aus einer Invar-Legierung, in dem die Kavität 24 angeordnet ist, kann eine bessere Druckdichtigkeit zwischen dem Stellantrieb 12 und der Übertragereinheit 26 erreicht werden. Dies liegt zum einen daran, dass bei der ansonsten üblichen Verwendung von Komponenten aus Materialien mit unterschiedlicher Steifigkeit und unterschiedlichem Wärmeausdehnungskoeffizienten mechanische Spannungen zwischen den Komponenten auftreten können, die zu einer schlechteren Anpassbarkeit des gesamten Stellantriebs 12 an die Übertragereinheit 26 führen können. Zum anderen ist die Invar-Legierung für den einstückigen Gehäusekörper 18 ein relativ gut plastisch verformbares Material, das eine gute Anpassung des Gehäusekörpers 18 an die Übertragereinheit 26 ermöglicht.
  • Weiter kann durch die einstückige Ausbildung des Gehäusekörpers 18, in dem die Kavität 24 angeordnet ist, die für einen gewünschten Hub der Düsennadel 28 erforderliche elektrische Energie für den Aktor reduziert werden. Beim Einsatz von zusätzlichen Komponenten aus Materialien mit unterschiedlicher Steifigkeit und unterschiedlichem Wärmeausdehnungskoeffizienten würden diese im allgemeinen nicht so günstig in den Kraftfluss vom Stellantrieb 12 zur Übertragereinheit 26 eingebunden werden können. Der Aktor müsste deshalb eine Verformungsarbeit für die zusätzlichen Komponenten verrichten, durch die ein höherer Aufwand an elektrischer Energie für den Aktor erforderlich würde.

Claims (10)

  1. Gehäusekörper (18) aus einer Invar-Legierung, mit
    - einer Ausnehmung (19) zur Aufnahme eines Bauteils (16) aus einem von der Invar-Legierung unterschiedlichen Material, das einen annähernd gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie die Invar-Legierung hat, und
    - einer Kavität (24), die durch ein spanendes Verfahren hergestellt ist, und die bestimmungsgemäß mit einem Fluid mit Hochdruck beaufschlagbar ist.
  2. Gehäusekörper (18) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Invar-Legierung in einem Temperaturbereich von 25°C-100°C einen mittleren thermischen Ausdehnungskoeffizienten von maximal 2*10-6/K aufweist.
  3. Gehäusekörper (18) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kavität (24) eine Wand (25) aufweist und auf die Kavität (24) mindestens einmal für eine vorgegebene Zeitdauer ein Fluid mit einem derartigen Druck einwirkt, dass es im Bereich der Wand (25) zu einem Überschreiten der Fließgrenze der Invar-Legierung kommt.
  4. Gehäusekörper (18) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Kavität (24) mindestens einmal für eine vorgegebene Zeitdauer ein Fluid mit einem Druck von mindestens 2500 bar einwirkt.
  5. Gehäusekörper (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das spanende Verfahren Bohren, Fräsen, Schleifen oder Honen ist.
  6. Gehäusekörper (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kavität (24) einen kreiszylindrischen Querschnitt aufweist.
  7. Stellantrieb (12) für ein Einspritzventil (10), mit einem Gehäusekörper (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kavität (24) zum Zuführen eines Fluids mit einem Hochdruckkreis eines Fluids hydraulisch koppelbar ist.
  8. Stellantrieb (12) für ein Einspritzventil (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (16) ein Aktor ist.
  9. Stellantrieb (12) für ein Einspritzventil (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor ein piezoelektrischer Aktor ist.
  10. Einspritzventil mit einer Düsenbaugruppe (14) und einem Stellantrieb (12) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Düsenbaugruppe (14) und der Stellantrieb (12) miteinander gekoppelt sind.
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