EP4189229B1 - Verfahren zur montage eines kraftstoffinjektors und werkzeug zur verwendung in diesem verfahren - Google Patents

Verfahren zur montage eines kraftstoffinjektors und werkzeug zur verwendung in diesem verfahren Download PDF

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EP4189229B1
EP4189229B1 EP21743108.9A EP21743108A EP4189229B1 EP 4189229 B1 EP4189229 B1 EP 4189229B1 EP 21743108 A EP21743108 A EP 21743108A EP 4189229 B1 EP4189229 B1 EP 4189229B1
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EP
European Patent Office
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nozzle body
clamping
nozzle
tool
shaft
Prior art date
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Active
Application number
EP21743108.9A
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English (en)
French (fr)
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EP4189229A1 (de
Inventor
Michael Leukart
Anja HAUG
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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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
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/168—Assembling; Disassembling; Manufacturing; Adjusting
    • 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
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/18—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for
    • 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
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/80—Fuel injection apparatus manufacture, repair or assembly
    • F02M2200/8015—Provisions for assembly of fuel injection apparatus in a certain orientation, e.g. markings, notches or specially shaped sleeves other than a clip

Definitions

  • the invention relates to a method for assembling a fuel injector, such as is used, for example, to introduce fuel under high pressure into the combustion chamber of an internal combustion engine. Furthermore, the invention relates to an assembly tool such as is used in the method according to the invention.
  • Fuel injectors such as those used to inject fuel under high pressure, consist of several components, usually a holder and a nozzle.
  • the nozzle contains the injection openings through which the fuel is introduced into the combustion chamber.
  • the nozzle is manufactured as a separate component and screwed to the holder with a clamping nut. Since fuel is present within the holder and nozzle at a pressure of up to 2700 bar (270 MPa), the sealing surface between the nozzle and the holder must be securely sealed to prevent fuel from escaping during operation of the fuel injector.
  • the nozzle is clamped against the holder using a nozzle clamping nut, so that the nozzle body is pressed against the holder with great force, creating the necessary tightness.
  • the nozzle clamping nut surrounds the nozzle body and rests on a shoulder on the outside of the nozzle body.
  • one or more dowel pins provided, which extend partially into the retaining body and partially into the nozzle, thus ensuring precise positioning during assembly.
  • screwing on the nozzle retaining nut exerts a torque on the nozzle, placing significant mechanical stress on the dowel pins intended to hold the nozzle in position relative to the retaining body. This can lead to excessive stress on the dowel pins or the nozzle body and, particularly during extended operation of the fuel injector, ultimately to fuel injector failure.
  • the EP 1 399 668 B1 and DE10224241 A1 A method is known in which the nozzle body is pre-tensioned longitudinally against the holding body by means of a clamping tool.
  • the nozzle body is pressed against the holding body with such a high axial force that the nozzle clamping nut can be tightened without exerting any torque on the nozzle body or only with such a small torque that the nozzle body does not move relative to the holding body.
  • the clamping tool is then removed, with the nozzle body being held in position by the nozzle clamping nut and clamped against the holding body.
  • the necessary axial force with which the nozzle body would have to be pressed against the holding body is too high. This means that the torque introduced by the nozzle clamping nut cannot be avoided, which can again lead to the problems during assembly of the fuel injector described above.
  • the assembly method for a fuel injector according to the invention has the advantage that a high-pressure-tight assembly of the fuel injector is possible without the clamping pins or other devices being overloaded during assembly, which prevents breakage or failure of the injector during operation.
  • the assembly method is carried out on a fuel injector comprising a holding body and a nozzle body, wherein the outer side of the nozzle body is rotationally symmetrical and has a diameter nozzle collar and a smaller diameter shaft.
  • a clamping shoulder is formed at the transition from the shaft to the nozzle collar.
  • the fuel injector comprises a nozzle clamping nut which is screwed into an external thread on the holding body with an internal thread, wherein the nozzle clamping nut is supported on the clamping shoulder so that the nozzle body is clamped at least indirectly against the holding body.
  • the assembly tool used in the method has a receptacle for the shaft of the nozzle body and is pushed over the shaft of the nozzle body until the assembly tool rests against a clamping surface of the nozzle body.
  • a preload force is then exerted on the nozzle body using the assembly tool, which presses the nozzle body at least indirectly against the holding body, wherein the assembly tool clamps the shaft of the nozzle body laterally by the assembly tool being elastically deformed inwards due to the preload force, whereby the receptacle of the assembly tool exerts a clamping force on the shaft of the nozzle body.
  • the nozzle clamping nut is then screwed on until a defined contact force is achieved between the nozzle body and the holding body.
  • the clamping tool exerts an axial force on the nozzle body in the direction of the holding body, so that the nozzle body is held in an assembly position, whereby the assembly tool also clamps the shaft of the nozzle body laterally. This allows the assembly tool to absorb a significantly greater torque on the nozzle body than would be the case with only axial pressure.
  • the nozzle clamping nut When the nozzle clamping nut is now screwed on, it exerts a torque on the nozzle body relative to the holding body due to the friction on the clamping shoulder, but the assembly tool holds the nozzle body in position by laterally clamping the nozzle body in the area of the shaft until the nozzle clamping nut has been screwed in with a defined torque.
  • the assembly tool is then removed and the nozzle body is clamped against the holding body with the desired contact force, without any mechanical overloading of parts of the fuel injector, in particular the dowel pins between the holder body and the nozzle body.
  • the clamping is advantageously designed so that the The torque that the assembly tool can absorb is sufficient to hold the nozzle body in the defined position while the clamping nut is tightened with the defined torque against the retaining body, without the nozzle body rotating relative to the retaining body. It is irrelevant whether the nozzle body rests directly on the retaining body or only indirectly, i.e., with additional housing components, such as a throttle plate or other bodies, interposed.
  • the assembly tool rests on a clamping surface on the nozzle body, which is formed on a circumferential shoulder on the shaft of the nozzle body. This allows the axial force to be applied without mechanically stressing the area of the clamping shoulder.
  • the larger diameter section of the nozzle body is also subjected to less deformation during assembly, which is particularly advantageous when the nozzle needle arranged in the nozzle body is guided in this section of the nozzle body and even slight deformation of the nozzle body in this area can impair the nozzle needle guidance.
  • the assembly tool is concavely curved inward on the inside.
  • a longitudinal force acting on the assembly tool causes a radially inward deformation of the receptacle, so that the assembly tool, which is designed with only slight play relative to the shaft of the nozzle body, clamps the shaft with high force, thus enabling the transmission of high torque.
  • a A hollow cylindrical intermediate piece is inserted, whereby the clamping force between the assembly tool and the shaft is transmitted through the intermediate piece.
  • the intermediate piece is made of a material that is softer than the nozzle body or the assembly tool, for example a soft metal (e.g. copper) or even a plastic, so that it rests against the nozzle shaft and the assembly tool over a large area and can transmit a high clamping force between the assembly tool and the shaft of the nozzle body.
  • the intermediate piece can be conical on its inside and/or outside so that it is clamped between the assembly tool and the shaft of the nozzle body simply by inserting the nozzle body axially into the assembly tool. It is also possible that, instead of or in addition to this, the clamping tool is conical on its inside so that the contact pressure on the shaft of the nozzle body is further increased.
  • the clamping tool according to the invention for use in the method according to the invention has a hollow cylindrical receptacle for the shaft of a nozzle body, wherein the wall of the cylindrical receptacle is designed such that the inner wall of the receptacle deforms inward when a longitudinal force is applied to the clamping tool. This exerts a clamping force on the shaft of the nozzle body, which serves to absorb or exert a torque on the nozzle body.
  • the deformability of the clamping tool can advantageously be achieved by forming notches, grooves, or flutes on the outer side, which preferably run in the longitudinal direction of the cylindrical receptacle.
  • the hollow cylindrical receptacle of the clamping tool from an inner cylinder and an outer cylinder that are firmly connected to one another, wherein the inner cylinder is made of a material with a lower modulus of elasticity than the outer cylinder.
  • a longitudinal force causes the cylindrical receptacle to deform inward, creating the desired clamping force on the shaft of the nozzle body.
  • FIG 1 A fuel injector known from the prior art is shown in longitudinal section, with only the essential parts being shown.
  • the Figure 1 an assembly tool for carrying out the method according to the invention.
  • the fuel injector 1 comprises a holding body 2 and a nozzle body 4, which are clamped against each other by means of a clamping nut 7. This creates a liquid-tight connection between the two bodies, which seals the fuel-carrying channels leading from the holding body 2 into the nozzle body 4, even at high fuel pressure.
  • the nozzle body 4 has on its combustion chamber side - in the Figure 1 right - end has several injection openings 9 through which the fuel is sprayed out under high pressure during operation of the fuel injector.
  • a longitudinally displaceable nozzle needle is arranged within the nozzle body 4, which Figure 1 is not shown for the sake of clarity and is sufficiently known from the prior art.
  • the nozzle body 5 is essentially rotationally symmetrical and is fixed in its position relative to the holding body 2 by means of dowel pins 12.
  • the nozzle body 4 has a nozzle collar 5 with a larger diameter, to which a shaft 6 with a smaller diameter is connected, which extends to the combustion chamber end of the nozzle body 4.
  • a clamping shoulder 8 is formed on the nozzle body 4, which is engaged by the clamping nut 7.
  • a circumferential shoulder 14 is formed on the shaft 6, on which a clamping surface 13 is formed. This clamping surface 13 has the same orientation as the clamping shoulder 8, but is significantly smaller in diameter.
  • An internal thread 10 is formed in the clamping nut 7, which engages with an external thread 11 formed on the holding body 2.
  • the nozzle body 4 is clamped against the holding body 2. Since the force is introduced at the clamping shoulder 8, a torque is exerted on the nozzle body 4 when screwing the clamping nut 7, which leads to a mechanical load on the clamping pins 12.
  • the following procedure is used: When mounting the nozzle body 4 on the holding body 2, an assembly tool 16 is used, as shown in the Figure 1 is shown.
  • the assembly tool 16 has a cylindrical receptacle 17 which receives the shaft 6 of the nozzle body 4, but with only slight play relative to the inner wall of the receptacle 17.
  • the assembly tool 16 is pushed over the shaft 6 until the assembly tool 16 comes into contact with the clamping surface 13 of the circumferential shoulder 14.
  • An axial preload force is then exerted on the nozzle body 4 via the assembly tool 16, which presses the nozzle body 4 against the holding body 2 in the axial direction.
  • the cylindrical receptacle 17 of the assembly tool 16 is concavely curved inwards and the cylindrical receptacle 17 is elastically compressed by the application of the axial preload force, the cylindrical receptacle 17 is slightly deformed inwards and thereby clamps the shaft 6 of the nozzle body 4.
  • the assembly tool 16 can thus absorb and compensate for a torque acting on the nozzle body 4 both by clamping the shaft 16 and by the friction on the clamping surface 13.
  • the assembly tool 16 can compensate for very high torques on the nozzle body 4.
  • the nozzle clamping nut 7 can therefore be screwed onto the holding body 2 with a high torque, so that a high axial contact force of the nozzle body 4 on the holding body 2 can be achieved without the position of the nozzle body 4 being shifted relative to the holding body 2 during assembly and without risking mechanical overloading of the clamping pins 12 or the nozzle body 4, which could otherwise yield during further operation of the fuel injector due to the high mechanical and hydraulic loads and lead to failure of the fuel injector.
  • FIG 2 is in the same representation as Figure 1 a further embodiment of the assembly tool 16 according to the invention is shown, as it can be used in the method according to the invention.
  • the cylindrical receptacle 17 of the assembly tool 16 is concavely curved inwards on both the inside and outside. This increases the deformation of the assembly tool 16 during the application of the axial preload force Fa , so that an inwardly directed clamping force Fi acts on the sides of the assembly tool 16 and deforms it inwards.
  • care must be taken to ensure that plastic deformation of the assembly tool is excluded during assembly of the fuel injector.
  • FIG 3 A further embodiment of an assembly tool 16 according to the invention is shown, as it can be used in the method according to the invention.
  • the cylindrical holder 17 of the A cylindrical intermediate piece 19 is arranged between the assembly tool 16 and the shaft 6.
  • the intermediate piece 19 is designed as a hollow cylinder and, through its position between the assembly tool 16 and the shaft 6, transmits the clamping force between the assembly tool 6 and the nozzle body 4.
  • the intermediate piece 19 is made of a relatively soft material, for example, a soft metal such as copper or a polymer. Due to its flexibility, the intermediate piece 19 transmits the clamping force over a large area of the shaft 6.
  • the intermediate piece 19 can also be conically shaped on its outside, as shown in Figure 4 is shown. Due to its conical shape, the intermediate piece 19 is clamped between the assembly tool 16 and the nozzle body 4 simply by sliding the assembly tool 16 over the shaft 6.
  • the inside of the assembly tool 16, i.e. the receptacle 17, can also be conical in design in order to reinforce the clamping of the intermediate piece 19 when sliding it over the shaft 6.
  • FIG. 5 1 shows a longitudinal section of another assembly tool, such as can be used in the method according to the invention.
  • the cylindrical receptacle 17 of the assembly tool 16 is formed here by two concentrically arranged hollow cylinders, an inner cylinder 21 and an outer cylinder 22, which are firmly connected to one another.
  • the two cylinders 21, 22 are made of materials with different moduli of elasticity, with the inner cylinder 21 having a lower modulus of elasticity than the outer cylinder 22.
  • the different deformation behavior facilitates the inward movement of the cylindrical section 17 and thus increases the clamping force F i , so that the shaft 6 of the nozzle body 4 is securely clamped.
  • the assembly tool 16 can also be provided with structures on its exterior, such as grooves or flutes, which preferably run in the longitudinal direction of the assembly tool 16.
  • the structures reduce the strength on the exterior and increase the deformability, which increases the clamping force F i .
  • the assembly tool 16 engages the clamping surface 13 of the circumferential shoulder 14.
  • the clamping tool 16 can also be positioned on the tip of the nozzle body 4, i.e., on the combustion chamber-side end of the nozzle body 4 in the area where the injection openings 9 are also formed. If the circumferential shoulder 14 is missing from the nozzle body 4, it is also possible for the assembly tool 16 to engage directly on the clamping shoulder 8 and apply the necessary axial preload there.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage eines Kraftstoffinjektors, wie er beispielsweise Verwendung findet, um Kraftstoff unter hohem Druck in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine einzubringen. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Montagewerkzeug, wie es in dem erfindungsgemäßen Verfahren Verwendung findet.
    • Stand der Technik
  • Kraftstoffinjektoren, wie sie zum Einspritzen von Kraftstoff unter hohem Druck verwendet werden, bestehen aus mehreren Komponenten, meist aus einem Haltekörper und einer Düse. Die Düse beinhaltet die Einspritzöffnungen, durch die der Kraftstoff in den Brennraum eingebracht wird. Die Düse ist dabei als separates Bauteil gefertigt und mit dem Haltekörper durch eine Spannmutter verschraubt. Da innerhalb des Haltekörpers und der Düse Kraftstoff unter einem Druck von bis zu 2700 bar (270 MPa) anliegt, muss die Dichtfläche zwischen der Düse und dem Haltekörper sicher abgedichtet werden, damit beim Betrieb des Kraftstoffinjektors kein Kraftstoff austritt. Dazu wird die Düse mittels einer Düsenspannmutter gegen den Haltekörper verspannt, so dass der Düsenkörper mit einer hohen Kraft gegen den Haltekörper gepresst wird, was die notwendige Dichtheit ergibt. Dabei umgibt die Düsenspannmutter den Düsenkörper und liegt auf einer Schulter an der Außenseite des Düsenkörpers an.
  • Um eine exakte Positionierung des Düsenkörpers in Rotationsrichtung gegenüber dem Haltekörper zu gewährleisten, sind ein oder mehrere Spannstifte vorgesehen, die teilweise in den Haltekörper und teilweise in die Düse ragen und so bei der Montage die exakte Positionierung gewährleisten. Durch das Anschrauben der Düsenspannmutter wird jedoch bei fixiertem Haltekörper ein Drehmoment auf die Düse ausgeübt, so dass die Spannstifte, die die Düse in Position gegenüber dem Haltekörper halten sollen, stark mechanisch belastet werden. Dies kann zu einer Überbeanspruchung der Spannstifte oder des Düsenkörpers führen und insbesondere bei längerem Betrieb des Kraftstoffinjektors letztlich zu einem Versagen des Kraftstoffinjektors.
  • Um dies zu vermeiden ist aus der EP 1 399 668 B1 und DE10224241 A1 ein Verfahren bekannt, bei dem der Düsenkörper mittels eines Spannwerkzeugs gegen den Haltekörper in Längsrichtung vorgespannt wird. Dabei wird der Düsenkörper mit einer so hohen axialen Kraft gegen den Haltekörper gedrückt, dass die Düsenspannmutter angezogen werden kann, ohne ein Drehmoment auf den Düsenkörper auszuüben bzw. nur ein so kleines Drehmoment, dass sich der Düsenkörper gegenüber dem Haltekörper nicht bewegt. Anschließend wird das Spannwerkzeug entfernt, wobei der Düsenkörper von der Düsenspannmutter in seiner Position gehalten und gegen den Haltekörper verspannt wird. Bei einigen Anwendungsfällen hat sich jedoch gezeigt, dass die notwendige axiale Kraft, mit der der Düsenkörper gegen den Haltekörper gepresst werden müsste, zu hoch ist. Damit lässt sich das eingebrachte Drehmoment durch die Düsenspannmutter nicht vermeiden, was damit wieder zu den oben bereits geschilderten Problemen bei der Montage des Kraftstoffinjektors führen kann.
    • Offenbarung der Erfindung Vorteile der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Montageverfahren für einen Kraftstoffinjektor weist den Vorteil auf, dass eine hochdruckdichte Montage des Kraftstoffinjektors ermöglicht wird, ohne dass die Spannstifte oder sonstige Vorrichtungen bei der Montage überbelastet werden, was einen Bruch oder ein Versagen des Injektors beim Betrieb vermeidet. Das Montageverfahren wird an einem Kraftstoffinjektor durchgeführt, der einen Haltekörper und einen Düsenkörper umfasst, wobei die Außenseite des Düsenkörpers rotationssymmetrisch ausgebildet ist und einen im Durchmesser größeren Düsenbund und einen im Durchmesser kleineren Schaft aufweist. Dabei ist am Übergang des Schafts zum Düsenbund eine Spannschulter ausgebildet. Darüber hinaus umfasst der Kraftstoffinjektor eine Düsenspannmutter, die mit einem Innengewinde in ein Außengewinde am Haltekörper eingeschraubt wird, wobei sich die Düsenspannmutter an der Spannschulter abstützt, so dass der Düsenkörper zumindest mittelbar gegen den Haltekörper verspannt wird. Das bei dem Verfahren verwendete Montagewerkzeug weist eine Aufnahme für den Schaft des Düsenkörpers auf und wird über den Schaft des Düsenkörpers geschoben, bis das Montagewerkzeug an einer Spannfläche des Düsenkörpers anliegt. Anschließend wird mit dem Montagewerkzeug eine Vorspannkraft auf den Düsenkörper ausgeübt, die den Düsenkörper zumindest mittelbar gegen den Haltekörper drückt, wobei das Montagewerkzeug den Schaft des Düsenkörpers seitlich klemmt, indem das Montagewerkzeug durch die Vorspannkraft elastisch nach innen verformt wird, wodurch die Aufnahme des Montagewerkzeugs eine Klemmkraft auf den Schaft des Düsenkörpers ausübt. Anschließend wird die Düsenspannmutter aufgeschraubt, bis eine definierte Anpresskraft zwischen dem Düsenkörper und dem Haltekörper erreicht ist.
  • Mit dem Spannwerkzeug wird eine axiale Kraft auf den Düsenkörper in Richtung des Haltekörpers ausgeübt, so dass der Düsenkörper in einer Montageposition gehalten wird, wobei das Montagewerkzeug darüber hinaus den Schaft des Düsenkörpers seitlich einklemmt. Dadurch kann das Montagewerkzeug ein wesentlich größeres Drehmoment auf den Düsenkörper aufnehmen, als dies bei einer nur axialen Anpressung der Fall wäre. Wird nun die Düsenspannmutter angeschraubt, so übt sie zwar ein Drehmoment auf den Düsenkörper gegenüber dem Haltekörper aus durch die Reibung an der Spannschulter, jedoch hält das Montagewerkzeug durch das seitliche Einklemmen des Düsenkörpers im Bereich des Schaftes den Düsenkörper in seiner Position, bis die Düsenspannmutter mit einem definierten Drehmoment eingeschraubt worden ist. Anschließend wird das Montagewerkzeug entfernt und der Düsenkörper ist mit der gewünschten Anpresskraft gegen den Haltekörper verspannt, ohne dass es zu einer mechanischen Überbeanspruchung von Teilen des Kraftstoffinjektors, insbesondere der Spannstifte zwischen dem Halterkörper und dem Düsenkörper kommt. Dabei ist die Klemmung in vorteilhafter Weise so ausgebildet, dass das Drehmoment, das das Montagewerkzeug aufnehmen kann, ausreicht, den Düsenkörper in der definierten Position zu halten, während die Spannmutter mit dem definierten Drehmoment gegenüber dem Haltekörper angezogen wird, ohne dass sich der Düsenkörper gegenüber dem Haltekörper dreht. Es ist dabei unerheblich, ob der Düsenkörper direkt auf dem Haltekörper aufliegt oder nur mittelbar, das heißt unter Zwischenlage weiterer Gehäuseteile, wie beispielsweise einer Drosselplatte oder anderer Körper.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens liegt das Montagewerkzeug an einer Spannfläche am Düsenkörper auf, die an einem umlaufenden Absatz am Schaft des Düsenkörpers ausgebildet ist. Dadurch kann die axiale Kraft eingebracht werden, ohne dass der Bereich der Spannschulter mechanisch belastet wird. Auch der im Durchmesser größere Abschnitt des Düsenkörpers wird so bei der Montage weniger verformt, was insbesondere dann von Vorteil ist, wenn die im Düsenkörper angeordnete Düsennadel in diesem Abschnitt des Düsenkörpers geführt wird und bereits eine leichte Verformung des Düsenkörpers in diesem Bereich die Düsennadelführung beeinträchtigen kann.
  • In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Montagewerkzeug an der Innenseite konkav nach innen gewölbt ist. Dadurch kommt es durch eine Längskraft auf das Montagewerkzeug zu einer Verformung der Aufnahme radial nach innen, so dass das Montagewerkzeug, das mit nur geringem Spiel gegenüber dem Schaft des Düsenkörpers ausgebildet ist, den Schaft mit hoher Kraft einklemmt und so die Übertragung eines hohen Drehmoments ermöglicht.
  • In Weiterbildung des Verfahrens kann auch die Außenseite des Montagewerkzeugs konkav nach innen gewölbt sein, zusätzlich oder statt einer konkaven Wölbung der Innenseite des Montagewerkzeugs, um die notwendige Verformung des Montagewerkzeugs durch die Längskraft zu erreichen.
  • In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist zwischen dem Montagewerkzeug und dem Schaft des Düsenkörpers ein hohlzylindrisches Zwischenstück eingefügt, wobei die Klemmkraft zwischen dem Montagewerkzeug und dem Schaft durch das Zwischenstück übertragen wird. Das Zwischenstück ist dabei aus einem im Vergleich zum Düsenkörper oder dem Montagewerkzeug weichen Material gefertigt, beispielsweise aus einem weichen Metall (z.B. Kupfer) oder auch aus einem Kunststoff, so dass es über eine große Fläche am Düsenschaft und am Montagewerkzeug anliegt und eine hohe Klemmkraft zwischen dem Montagewerkzeug und dem Schaft des Düsenkörpers übertragen kann. Um die Klemmkraft zu verstärken kann das Zwischenstück an seiner Innenseite und/oder an seiner Außenseite konisch ausgebildet sein, so dass es bereits durch das axiale Einführen des Düsenkörpers in das Montagewerkzeug zwischen dem Montagewerkzeug und dem Schaft des Düsenkörpers eingeklemmt wird. Es ist auch möglich, dass stattdessen oder zusätzlich das Spannwerkzeug an seiner Innenseite konisch geformt ist, so dass die Anpresskraft auf den Schaft des Düsenkörpers zusätzlich verstärkt wird.
  • Das erfindungsgemäße Spannwerkzeug zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren weist eine hohlzylindrische Aufnahme für den Schaft eines Düsenkörpers auf, wobei die Wand der zylindrischen Aufnahme so ausgebildet ist, dass sich die Innenwand der Aufnahme beim Aufbringen einer Längskraft auf das Spannwerkzeug nach innen verformt. Dadurch wird eine Klemmkraft auf den Schaft des Düsenkörpers ausgeübt, die dazu dient, ein Drehmoment auf den Düsenkörper aufzunehmen bzw. auszuüben. Die Verformbarkeit des Spannwerkzeugs kann in vorteilhafter Weise dadurch hergestellt werden, dass auf der Außenseite Kerben, Nuten oder Rillen ausgebildet sind, die vorzugsweise in Längsrichtung der zylindrischen Aufnahme verlaufen. In vorteilhafter Weise ist es auch möglich, die hohlzylindrische Aufnahme des Spannwerkzeugs aus einem inneren Zylinder und einem äußeren Zylinder zu fertigen, die fest miteinander verfügt sind, wobei der innere Zylinder aus einem Material mit einem geringeren Elastizitätsmodul besteht als der äußere Zylinder. Durch eine Längskraft verformt sich die zylindrischen Aufnahme dadurch nach innen, so dass die erwünschte Klemmkraft auf den Schaft des Düsenkörpers entsteht.
    • Zeichnung
  • In der Zeichnung sind Illustrationen zum erfindungsgemäßen Verfahren dargestellt. Es zeigt
    • Figur 1
    einen Längsschnitt durch einen bekannten Kraftstoffinjektor mit einem erfindungsgemäßen Montagewerkzeug,
    Figur 2, 3 und 4
    in derselben Darstellung wie Figur 1 Varianten des Montagewerkzeugs, und
    Figur 5
    einen Längsschnitt durch ein weiteres erfindungsgemäßes Montagewerkzeug.
    Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • In Figur 1 ist ein aus dem Stand der Technik bekannter Kraftstoffinjektor im Längsschnitt dargestellt, wobei nur die wesentlichen Teile dargestellt sind. Darüber hinaus zeigt die Figur 1 ein Montagewerkzeug zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Der Kraftstoffinjektor 1 umfasst einen Haltekörper 2 und einen Düsenkörper 4, die mittels einer Spannmutter 7 gegeneinander verspannt sind. Dadurch wird eine flüssigkeitsdichte Verbindung der beiden Körper hergestellt, die kraftstoffführende Kanäle, die vom Haltekörper 2 in den Düsenkörper 4 führen, auch bei hohem Kraftstoffdruck abdichtet. Der Düsenkörper 4 weist an seinem brennraumseitigen - in der Figur 1 rechten - Ende mehrere Einspritzöffnungen 9 auf, durch die der Kraftstoff unter hohem Druck beim Betrieb des Kraftstoffinjektors ausgespritzt wird. Zur Steuerung der Einspritzung ist innerhalb des Düsenkörpers 4 eine längsverschiebbare Düsennadel angeordnet, die in der Figur 1 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt ist und aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt ist. Der Düsenkörper 5 ist im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet und ist gegenüber dem Haltekörper 2 durch Spannstifte 12 in seiner Position festgelegt. Die Spannstifte 12, von denen in der Regel mindestens zwei vorhanden sind, ragen dabei in entsprechende Bohrungen oder Aussparungen sowohl im Haltekörper 2 als auch im Düsenkörper 4, wobei sie meist nicht rotationssymmetrisch angeordnet sind, um eine eindeutige Position des Düsenkörpers 4 gegenüber dem Haltekörper 2 festzulegen und damit eine Fehlmontage auszuschließen. Der Düsenkörper 4 weist einen im Durchmesser größeren Düsenbund 5 auf, an den sich ein im Durchmesser kleinerer Schaft 6 anschließt, der sich bis an das brennraumseitige Ende des Düsenkörpers 4 erstreckt. Am Übergang des Schaftes 6 zum Düsenbund 5 ist am Düsenkörper 4 eine Spannschulter 8 ausgebildet, an der die Spannmutter 7 angreift. Darüber hinaus ist am Schaft 6 ein umlaufender Absatz 14 ausgebildet, an dem eine Spannfläche 13 ausgebildet ist, die gleich orientiert ist wie die Spannschulter 8, jedoch im Durchmesser deutlich kleiner ausgebildet.
  • In der Spannmutter 7 ist ein Innengewinde 10 ausgebildet, das in ein am Haltekörper 2 ausgebildetes Außengewinde 11 eingreift. Durch Verschrauben der Spannmutter 7, die an der Spannschulter 8 angreift, wird der Düsenkörper 4 gegen den Haltekörper 2 verspannt. Da die Kraft an der Spannschulter 8 eingeleitet wird, wird beim Verschrauben der Spannmutter 7 ein Drehmoment auf den Düsenkörper 4 ausgeübt, was zu einer mechanischen Belastung der Spannstifte 12 führt. Um Schäden an den Spannstiften 12 und/oder dem Düsenkörper 4 auszuschließen und gleichzeitig den Düsenkörper 4 eindeutig hinsichtlich des Haltekörpers 2 zu positionieren, wird folgendes Verfahren angewandt: Bei der Montage des Düsenkörpers 4 am Haltekörper 2 kommt ein Montagewerkzeug 16 zur Anwendung, wie es in der Figur 1 dargestellt ist. Das Montagewerkzeug 16 weist eine zylindrische Aufnahme 17 auf, die den Schaft 6 des Düsenkörpers 4 aufnimmt, wobei jedoch nur mit geringem Spiel gegenüber der Innenwand der Aufnahme 17 verbleibt. Das Montagewerkzeug 16 wird über den Schaft 6 geschoben, bis das Montagewerkzeug 16 an der Spannfläche 13 des umlaufenden Absatzes 14 zur Anlage kommt. Über das Montagewerkzeug 16 wird nun eine axiale Vorspannkraft auf den Düsenkörper 4 ausgeübt, die den Düsenkörper 4 gegen den Haltekörper 2 in axiale Richtung drückt. Da die zylindrische Aufnahme 17 des Montagewerkzeugs 16 konkav nach innen gewölbt ist und die zylindrische Aufnahme 17 durch das Aufbringen der axialen Vorspannkraft elastisch gestaucht wird, wird die zylindrische Aufnahme 17 leicht nach innen verformt und klemmt dadurch den Schaft 6 des Düsenkörpers 4. Damit kann das Montagewerkzeug 16 sowohl über die Klemmung des Schafts 16 als auch über die Reibung an der Spannfläche 13 ein Drehmoment, das auf den Düsenkörper 4 wirkt, aufnehmen und kompensieren. Nachdem der Düsenkörper 4 mittels des Montagewerkzeugs 16 in dieser Weise fixiert ist und mit einer axialen Vorspannkraft beaufschlagt, wird nunmehr die Düsenspannmutter 7 auf das Außengewinde 11 aufgeschraubt, bis die gewünschte Vorspannkraft des Düsenkörpers 4 gegenüber dem Haltekörper 2 erreicht ist. Anschließend wird das Montagewerkzeug 16 entfernt.
  • Durch das Einklemmen des Schafts 6 kann das Montagewerkzeug 16 sehr hohe Drehmomente auf den Düsenkörper 4 kompensieren. Die Düsenspannmutter 7 kann deshalb mit einem hohen Drehmoment auf den Haltekörper 2 geschraubt werden, so dass eine hohe axiale Anpresskraft des Düsenkörpers 4 am Haltekörper 2 erreicht werden kann, ohne dass die Position des Düsenkörpers 4 während der Montage gegenüber dem Haltekörper 2 verschoben wird und ohne eine mechanische Überlastung der Spannstifte 12 oder des Düsenkörpers 4 zu riskieren, die sonst im weiteren Betrieb des Kraftstoffinjektors aufgrund der hohen mechanischen und hydraulischen Belastungen nachgeben und zu einem Versagen des Kraftstoffinjektors führen könnten.
  • In Figur 2 ist in derselben Darstellung wie Figur 1 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Montagewerkzeugs 16 gezeigt, wie es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Einsatz kommen kann. Im Gegensatz zur Ausführungsform der Figur 1 ist die zylindrische Aufnahme 17 des Montagewerkzeugs 16 sowohl an der Innenseite als auch an der Außenseite konkav nach innen gewölbt. Dies verstärkt die Verformung des Montagewerkzeugs 16 während dem Aufbringen der axialen Vorspannkraft Fa, so dass eine nach innen gerichtete Spannkraft Fi auf die Seiten des Montagewerkzeugs 16 wirkt und diesen nach innen verformt. Je dünner die Wände der zylindrischen Aufnahme 17 sind, desto leichter werden sich diese bei dem Aufbringen der axialen Vorspannkraft nach innen wölben und den Schaft 6 des Düsenkörpers 4 einklemmen. Jedoch muss darauf geachtet werden, dass eine plastische Verformung des Montagewerkzeugs während der Montage des Kraftstoffinjektors ausgeschlossen ist.
  • In Figur 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Montagewerkzeugs 16 dargestellt, wie es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Einsatz kommen kann. Im Gegensatz zu den Ausführungsbeispielen der Figuren 1 und 2 ist hier zwischen der zylindrischen Aufnahme 17 des Montagewerkzeugs 16 und dem Schaft 6 ein zylindrisches Zwischenstück 19 angeordnet. Das Zwischenstück 19 ist als Hohlzylinder ausgeführt und überträgt durch seine Position zwischen dem Montagewerkzeug 16 und dem Schaft 6 die Klemmkraft zwischen dem Montagewerkzeug 6 und dem Düsenkörper 4. Das Zwischenstück 19 ist aus einem relativ weichen Material gefertigt, beispielsweise aus einem weichen Metall wie Kupfer oder auch aus einem Polymer. Aufgrund seiner Nachgiebigkeit überträgt das Zwischenstück 19 die Klemmkraft über einen großen Bereich des Schafts 6.
  • Um die Klemmkraft zu erhöhen, kann das Zwischenstück 19 auch an seiner Außenseite konisch geformt sein, wie dies in Figur 4 dargestellt ist. Aufgrund seiner konischen Form wird das Zwischenstück 19 bereits durch das Aufschieben des Montagewerkzeugs 16 über den Schaft 6 zwischen dem Montagewerkzeug 16 und dem Düsenkörper 4 eingeklemmt. Alternativ zu dieser Ausgestaltung kann auch die Innenseite des Montagewerkzeugs 16, also die Aufnahme 17, konisch ausgestaltet werden, um das Einklemmen des Zwischenstücks 19 beim Aufschieben über den Schaft 6 zu verstärken.
  • In Figur 5 ist ein weiteres Montagewerkzeug im Längsschnitt dargestellt, wie es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Einsatz kommen kann. Die zylindrische Aufnahme 17 des Montagewerkzeugs 16 ist hier durch zwei konzentrisch angeordnete Hohlzylinder gebildet, einen inneren Zylinder 21 und einen äußeren Zylinder 22, die fest miteinander verbunden sind. Dabei bestehen die beiden Zylinder 21, 22 aus Materialien mit einem unterschiedlichen Elastizitätsmodul, wobei der innere Zylinder 21 einen geringeren Elastizitätsmodul aufweist als der äußere Zylinder 22. Durch das unterschiedliche Verformungsverhalten wird die Einwärtsbewegung des zylindrischen Abschnitts 17 erleichtert und damit die Klemmkraft Fi erhöht, so dass der Schaft 6 des Düsenkörpers 4 sicher eingeklemmt wird.
  • Das Montagewerkzeug 16 kann zur Erzeugung der notwendigen Flexibilität an seiner Außenseite auch mit Strukturen versehen werden, wie Nuten oder Rillen, die vorzugsweise in Längsrichtung des Montagewerkzeugs 16 verlaufen. Die Strukturen verringern die Festigkeit an der Außenseite und erhöhen die Verformbarkeit, was die Klemmkraft Fi verstärkt.
  • Das Montagewerkzeug 16 greift in den hier gezeigten Ausführungsbeispielen an der Spannfläche 13 des umlaufenden Absatzes 14 an. Alternativ kann das Spannwerkzeug 16 auch an der Kuppe des Düsenkörpers 4 ansetzen, also am brennraumseitigen Ende des Düsenkörpers 4 in dem Bereich, in dem auch die Einspritzöffnungen 9 ausgebildet sind. Fehlt der umlaufende Absatz 14 am Düsenkörper 4 so ist es auch möglich, dass das Montagewerkzeug 16 direkt an der Spannschulter 8 angreift und dort die notwendige axiale Vorspannkraft aufbringt.

Claims (11)

  1. Verfahren zur Montage eines Kraftstoffinjektors (1), der einen Haltekörper (2) und einen Düsenkörper (4) umfasst, wobei die Außenseite des Düsenkörpers (4) rotationssymmetrisch ausgebildet ist und einen im Durchmesser größeren Düsenbund (5) und einen im Durchmesser kleineren Schaft (6) aufweist, wobei am Übergang des Schafts (6) zum Düsenbund (5) eine Spannschulter (8) ausgebildet ist, und mit einer Düsenspannmutter (7), die mit einem Innengewinde (10) in ein Außengewinde (11) am Haltekörper (2) eingeschraubt werden kann, wobei sich die Düsenspannmutter (7) an der Spannschulter (8) abstützt, so dass der Düsenkörper (4) zumindest mittelbar gegen den Haltekörper (2) verspannt wird,
    gekennzeichnet durch
    - Bereitstellen eines Montagewerkzeugs (16) mit einer Aufnahme (17) für den Schaft (6) des Düsenkörpers (4),
    - Aufstecken des Montagewerkzeugs (16) über den Schaft (6) des Düsenkörpers (4), bis das Montagewerkzeug (16) an einer Spannfläche (13) des Düsenkörpers (4) zur Anlage kommt,
    - Aufbringen einer Vorspannkraft (Fa) auf den Düsenkörper (4) durch das Montagewerkzeug (16), so dass der Düsenkörper (4) zumindest mittelbar gegen den Haltekörper (2) gedrückt wird, wobei das Montagewerkzeug (16) so ausgebildet ist, dass es durch die Vorspannkraft (Fa) nach innen verformt wird und so den Schaft (6) des Düsenkörpers (4) klemmt,
    - Anschrauben der Düsenspannmutter (7), bis eine definierte Anpresskraft zwischen dem Düsenkörper (4) und dem Halterkörper (2) erreicht ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkörper (4) durch das Montagewerkzeug (16) so geklemmt wird, dass das Montagewerkzeug (16) das durch die Düsenspannmutter (7) auf den Düsenkörper (4) übertragene Drehmoment aufnimmt, so dass sich der Düsenkörper (4) beim Verschrauben der Düsenspannmutter (7) bis zum Erreichen der definierten Anpresskraft gegenüber dem Haltekörper (2) nicht dreht.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Montagewerkzeug (16) an einer Spannfläche (13) am Düsenkörper (4) aufliegt, die an einem umlaufenden Absatz (14) am Schaft (6) des Düsenkörpers (4) ausgebildet ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (17) des Montagewerkzeugs (16) hohlzylindrisch ausgebildet ist und an der Innenseite konkav nach innen gewölbt ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Montagewerkzeug (16) an seiner Außenseite konkav nach innen gewölbt ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Anpressen des Montagewerkzeugs (16) ein hohlzylindrisches Zwischenstück (19) zwischen den Schaft (6) des Düsenkörpers (4) und das Montagewerkzeug (16) eingebracht wird, wobei die Klemmkraft zwischen dem Montagewerkzeug (16) und dem Schaft (6) durch das Zwischenstück (19) übertragen wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenstück (19) an seiner Innenseite und/oder an seiner Außenseite konisch ausgebildet ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das das Spannwerkzeug (16) an seiner Innenseite konisch geformt ist.
  9. Spannwerkzeug zur Verwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannwerkzeug (16) eine hohlzylindrische Aufnahme (17) für den Schaft (6) eines Düsenkörpers (4) aufweist und die Wand der zylindrischen Aufnahme (17) so ausgebildet ist, dass sich die Innenwand der Aufnahme (17) beim Aufbringen einer Längskraft auf das Spannwerkzeug (16) nach innen verformt.
  10. Spannwerkzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand des Spannwerkzeugs (16) an der Außenseite Kerben, Nuten oder Rillen aufweist.
  11. Spannwerkzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die hohlzylindrische Aufnahme (17) des Spannwerkzeugs (16) aus einem inneren Zylinder (21) und einem äußeren Zylinder (22) besteht, die fest miteinander verfügt sind, wobei der innere Zylinder (21) aus einem Material mit einem geringeren Elastizitätsmodul besteht als der äußere Zylinder (22).
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