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Patent Searching and Data


Title:
DEVICE WITH A SEALING PLANE LYING BETWEEN TWO BODIES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2004/055358
Kind Code:
A1
Abstract:
A configuration is provided for a device with a sealing plane lying between two bodies, especially for a high pressure injection device for internal combustion engines provided with a sealing plane lying between two modules. Said configuration provides for adjustment of the surface pressure in the respective supporting areas as a means of adaptation to functional requirements by measuring the depth of retracted adjacent areas or undercuts.

Inventors:
KUSCHEL ALEXANDER
PHOTIEN DAMRONG
RESSEL HORST
SCHEIBE WOLFGANG
Application Number:
PCT/EP2003/014222
Publication Date:
July 01, 2004
Filing Date:
December 13, 2003
Export Citation:
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Assignee:
ORANGE GMBH (DE)
International Classes:
F02M55/00; (IPC1-7): F02M55/00
Domestic Patent References:
WO2000060233A12000-10-12
Foreign References:
EP1225328A22002-07-24
FR1024183A1953-03-30
EP0236567A11987-09-16
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 1997, no. 02 28 February 1997 (1997-02-28)
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Claims:
Patentansprüche
1. Vorrichtung mit zwischen zwei Körpern liegender Dichtebene, insbesondere Hochdruckeinspritzvorrichtung für Brennkraftma schinen mit zwischen zwei Modulen liegender Dichtebene, bei der die Dichtebene zwischen Stirnseiten der gegeneinander verspann ten Körper liegt und bei der die Körper von quer zur Dichtebene verlaufenden, aneinander anschließenden Druckkanälen durchsetzt sind sowie zumindest einer der Körper an seiner der Dichtebene zugewandten Stirnseite mit in der Dichtebene sich erstreckenden Abstützzonen und mit gegenüber zur Dichtebene zurückgenommenen Bereichen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächenpressung in einer jeweiligen Abstützzone (11 bis 14 ; 20, 21) durch die Tiefe der zurückgenommenen Bereiche (15 bis 18) angrenzend an die Abstützzone (11 bis 14 ; 20,21) bestimmt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei in den Abstützzonen druckabhängig vorgegebener Flä chenpressung für Abstützzonen (z. B. 11) hoher Flächenpressung die Tiefe des zurückgenommenen Bereiches (16) kleiner ist als für Abstützzonen (z. B. 12) mit niedrigerer Flächenpressung.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zurückgenommenen Bereiche (15 bis 18) die Abstützzonen (11 bis 14) umschließen.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Abstützzonen (11,12) stirnseitige, ringförmige Wan dungsteile der Druckkanäle (7,8) vorgesehen sind.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Abstützzonen (13,14) stirnseitige, ringförmige Boh rungen für Spannelemente, insbesondere Spannschrauben (9,10) umschließende Wandungsteile vorgesehen sind.
6. Vorrichtung, insbesondere nach einem oder mehreren der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Druckflächen bildende Abstützzonen (13,14) durch Hinter schneidung, insbesondere umfangsseitige Hinterschneidung in mindestens einem der Körper (2,3) in ihrer die Flächenpressung bestimmenden elastischen Nachgiebigkeit einstellbar sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass Abstützzonen (13,14) und Hinterschneidungen (22,23) je weils im gleichen Körper (1) vorgesehen sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass Abstützung (20 bzw. 21) und zugehörige Hinterschneidung (24 bzw. 25) sich, bezogen auf die Dichtebene (6) gegenüberlie gend, in unterschiedlichen Körpern (2,3) vorgesehen sind.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützzonen (13,14) über die Breite ihrer Stege in ihrer Flächenpressung einstellbar sind.
Description:
Vorrichtung mit zwischen zwei Körpern liegender Dichtebene Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit zwischen zwei Kör- pern liegender Dichtebene, insbesondere eine Hochdruckein- spritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen mit zwischen zwei Mo- dulen liegender Dichtebene, gemäß dem Oberbegriff des Anspru- ches 1.

Hochdurcheinspritzvorrichtungen für Brennkraftmaschinen arbei- ten mit außerordentlich hohen Drücken und sind, in Abhängigkeit vom Einsatzgebiet, volumenmäßig sehr gedrängt gebaut, im Regel- fall bei über ihrer Länge durchlaufenden, Hochdruck-und Nie- derdruck führenden Leitungen, die über zwischen axial aufeinan- der folgenden Baueinheiten, insbesondere Modulen liegende Dichtebenen geführt werden, die durch stirnseitige Anlageflä- chen der Baueinheiten bzw. Module gebildet sind. Die Baueinhei- ten bzw. Module können über Überwurfmuttern oder dergleichen gegeneinander verspannt sein, insbesondere bei größeren Bauein- heiten aber auch über diese durchsetzende Zuganker, so dass in der Dichtebene, schon bedingt durch die recht unterschiedli- chen, in den die Baueinheiten durchsetzenden Kanälen herrschen- den Drücke, für die wechselseitige Abdichtung unterschiedliche Flächenpressungen gegeben sein müssten. In dieser Verteilung sind diese aufgrund der Art der Spannungseinleitung aber in der Praxis nicht realisierbar, so dass die Auslegung auf die je- weils maximal erforderlichen Flächenpressungen erfolgt, mit dem Effekt einer entsprechenden Überdimensionierung und bereichs- weise unnötig hoher Flächenpressung.

Der Reduktion der Flächenpressung insgesamt und der bereichs- weisen Flächenpressung durch gegenüber der Dichtebene zurückge- nommene Bereiche bei Vorrichtungen, insbesondere Hochdruckein- spritzvorrichtungen, wie sie aus der Praxis bekannt und im O- berbegriff des Anspruches 1 berücksichtigt sind, durch entspre-'

chende flächenmäßige Bemessung und Anordnung der zurückgenomme- nen Bereiche sind ebenfalls Grenzen gesetzt, so dass auch der- artige Lösungen vor dem Hintergrund der zu beherrschenden Drü- cke nicht befriedigen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lösung aufzuzei- gen, wie in den Berührflächen der Dichtebene eine den Funkti- onsanforderungen entsprechende Flächenpressung erreicht werden kann.

Erfindungsgemäß geschieht dies durch eine Ausgestaltung gemäß dem Anspruch 1, demzufolge die Flächenpressung in einer jewei- ligen Abstützzone durch die Tiefe des gegenüber der Dichtebene zurückgenommenen Bereiches angrenzend an die Abstützzone be- stimmt ist, so dass ein weiterer Parameter zur Beeinflussung der Flächenpressung in der jeweiligen Abstützzone konstruktiv zur Verfügung steht, der, bezogen auf die Fläche, von der Größe der Fläche der die Dichtebene bestimmenden Stirnseiten prak- tisch unabhängig ist und der gegebenenfalls sogar eine Ausbil- dung mit teilweise in der Fläche reduzierten Abstützzonen er- möglicht. Dies, weil Dichtgrenzen bildende Abstützzonen, wie beispielsweise Kanalquerschnitte bestimmende Abstützzonen, in Abstimmung auf die jeweils zu beherrschenden Drücke für die Druckkanäle unter Nutzung der Materialelastizität durch ent- sprechende Tiefe der zurückgenommenen Bereiche in der Flächen- pressung reduziert werden können. Generell bietet die erfin- dungsgemäße Lösung die Möglichkeit der Bestimmung der Flächen- pressung dadurch, dass zur Erzielung einer größeren Flächen- pressung die Tiefe des zurückgenommenen Bereiches klein gehal- ten wird, für die Erzielung einer geringeren Flächenpressung a- ber die Tiefe des zurückgenommenen Bereiches vergrößert wird.

Ausgehend von zurückgenommenen Bereichen zwischen zueinander benachbarten Kanälen und diese dichtend umschließenden Abstütz- zonen lassen sich über unterschiedliche Tiefe der angrenzend an

die jeweiligen Abstützzone liegenden Abschnitte der zurückge- nommenen Bereiche so auch auf kleinem Raum unterschiedliche Flächenpressungen gezielt realisieren, ungeachtet dessen, dass aus anderweitigen Gründen die Abstützzonen in ihrer flächigen Erstreckung, so in der Größe ihrer Fläche wie auch gegebenen- falls in ihrer Flächenkontur, vorgegeben sind.

Erfindungsgemäß kann somit der Kraftfluss im Material so ge- lenkt werden, dass an den Berührflächen der Körper eine den Funktionsanforderungen entsprechende Flächenpressung erreicht wird, wobei zu den zu berücksichtigenden Funktionsanforderungen neben der Abdichtfunktion auch Stützfunktionen, beispielsweise in der Montage, oder auch sonstige Beanspruchungen zählen.

Abstützzonen sind im Rahmen der Erfindung nicht nur hoch- und/oder Niederdruckkanäle umschließende ringförmige Bereiche, sondern können auch gesonderten Stützinseln zugeordnet sein o- der beispielsweise bei Verspannung der Baueinheiten oder Module über Spannbolzen die Spannbolzen umschließend vorgesehen sein.

Die erfindungsgemäße Lösung bietet dabei den Ansatz zur funkti- onsgerechten Anpassung der Flächenpressung in jeder dieser Ab- stützzonen, wobei es im Rahmen der Erfindung liegt, Abstützzo- nen durch gegenüber der Dichtebene zurückgenommene Bereiche in beiden der gegeneinander zu verspannenden Körper auszuformen, oder lediglich in einem derselben, dem seitens des anderen Kör- pers eine plane Auflagefläche entspricht.

Aus verschiedensten Gründen, so auch Raum-und Fertigungsgrün- den, kann es zweckmäßig sein, die erfindungsgemäße Ausbildung von Abstützzonen, und gepaart zu diesen, von zurückgenommenen Bereichen mit im Hinblick auf die Flächenpressung unterschied- licher Tiefe mit weiteren Maßnahmen zur Beeinflussung der Flä- chenpressung in den Abstützzonen zu kombinieren, wobei zu die- sen Maßnahmen auch zählt, gezielte Querschnittsschwächungen,

insbesondere in Abstützzonen hintergreifenden Bereichen, vorzu- sehen, wobei solche die Einleitung der Spannkräfte in die Ab- stützzonen beeinflussende Maßnahmen bevorzugt in Umfangsflächen der gegeneinander zu verspannenden Körper, aber auch ausgehend von sonstigen zugänglichen Flächen, wie Kanalinnenwänden, vor- gesehen sein können und beispielsweise durch Nuten, insbesonde- re die jeweilige Abstützzone hinterschneidenden Nuten gebildet sein können. Solche Entlastungsnuten können insbesondere als eingestochene Nuten ausgeführt sein und insbesondere auch, als eigenständige erfinderische Maßnahme, zur Beeinflussung der Flächenpressung eingesetzt sein.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen. Ferner wird die Erfindung nachstehend an- hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei sich die Ausführungsbeispiele auf die stark schematisierte Darstellung zweier gegeneinander über Spannbolzen verschraubter Körper, so beispielsweise von Modulen eines Einspritzinjektors einer Brennkraftmaschine beschränken, die in Spannrichtung von druck- führenden Kanälen, so beispielsweise einem Hochdruck-und einem Niederdruckkanal durchsetzt sind und wobei, Fig. 1 Darstellungen erfindungsgemäßer Ausgestaltungen zei- und 2 gen, und Fig. 3 eine zum Stand der Technik gehörige Praxislösung ver- anschaulicht.

Die Darstellungen gehen jeweils von einem gleichen Grundaufbau einer Vorrichtung 1 mit zwei Körpern 2 und 3 aus, die miteinan- der verspannt über Stirnseiten 4 und 5 aneinander anliegen, und zwar unter Bildung einer Dichtebene 6, die von durch die Körper 2 und 3 verlaufenden Druckkanälen 7 und 8 durchsetzt ist, wobei von den Druckkanälen 7,8 in den Ausführungsbeispielen der

Druckkanal 7 mit Hochdruck und der Druckkanal 8 mit Niederdruck beaufschlagt ist. Eine hochdruckseitige Beaufschlagung besagt für die Ausführungsbeispiele die Beaufschlagung mit Drücken in Größenordnungen bis über 2.000 bar, eine niederdruckseitige Be- aufschlagung die Beaufschlagung mit Drücken beispielsweise bis in die Größenordnung von etwa 800 bar, also für die Druckkanäle 7 und 8 mit Drücken, die ungeachtet ihrer Höhe deutlich diffe- rieren, so dass zur Abdichtung in der Dichtebene 6 auch ent- sprechend unterschiedliche Flächenpressungen erforderlich sind.

Die Verspannung der Körper 2 und 3 ist über Spannschrauben 9 und 10 veranschaulicht, die kopfseitig den Körper 2 beaufschla- gen und schaftseitig gegen den Körper 3 durch entsprechenden Gewindeeingriff verankert sind.

Bei einem diesem Grundaufbau entsprechenden, praxisbezogenen Anwendungsfall sind die Körper 2 und 3 Module bzw. Baueinheiten einer Hochdruckeinspritzvorrichtung in Form eines Einspritzin- jektors für Brennkraftmaschinen, so dass sich aus dem Anwen- dungszweck unter anderem zusätzliche thermische Belastungen er- geben. Eine aus diesem Anwendungsbereich bekannte Ausgestaltung der Vorrichtung 1 im Bereich der durch die Stirnseiten 4 und 5 bestimmten Dichtebene 6 zeigt Fig. 3, bei der die Stirnseite 4 des Körpers 2 in der Abstützung gegen die Stirnseite 5 des Kör- pers 3 auf Abstützzonen 11 bis 14 reduziert ist, die die Druck- kanäle 7,8 bzw. die die Spannschrauben 9 und 10 aufnehmenden Bohrungen umschließend, von gegenüber der Stirnseite 4 zurück- genommenen Bereichen eingegrenzt, insbesondere umschlossen sind, wobei diese Bereiche sich als ringförmige, flache Vertie- fungen-15 bis 18-darstellen, die teilweise ineinander überge- hen.

Durch die flachen, gegenüber der Stirnseite 4 zurückgenommenen Bereiche 15 bis 18 konzentriert sich die Abstützung des Körpers

2 seitens seiner Stirnseite 4 gegen die im Ausführungsbeispiel flächig plane Stirnseite 5 des Körpers 3 auf die Abstützzonen 11 bis 14, so dass sich die zur Abdichtung bei den angesproche- nen hohen Drücken erforderlichen Flächenpressungen mit Spann- kräften realisieren lassen, die über Spannschrauben 9,10 ver- tretbarer Bemessung noch aufgebracht werden können. Eine den Funktionsanforderungen, insbesondere den druckbedingten Funkti- onsanforderungen in der Dichtebene 6, also in den Abstützzonen 11 bis 14 als Berührflächen zwischen den Körpern 2 und 3 ange- passte Flächenpressung ist so allerdings kaum erreichbar.

Insbesondere der diesbezüglichen Verbesserung dienen die in den Fig. 1 und 2 dargestellten erfindungsgemäßen Ausgestaltungen, wobei Fig. 1 eine Lösung zeigt, bei der die zurückgenommenen, als Vertiefungen ausgebildeten Bereiche 15 bis 18 in ihrer Tie- fe dahingehend variiert sind, dass die Tiefe des jeweils zu- rückgenommenen Bereiches in Gebieten hoher erforderlicher Flä- chenpressung klein und Gebieten, in denen lediglich geringere Flächenpressungen gefordert werden, demgegenüber vergrößert ist. Dementsprechend ist beispielsweise die Abstützzone 11 um den mit sehr hohen Drücken beaufschlagbaren Druckkanal 7 um- schlossen von einem Vertiefungsbereich 16 geringer Tiefe, wäh- rend der Druckkanal 8, der unter geringerer Druckbeaufschlagung steht, von einem Bereich 17 umschlossen ist, dessen ausgehend von der Stirnseite 4 gemessene Tiefe größer ist, so dass die Abstützzone 12 einen den Kanal 8 umschließenden Ringbereich bildet, der eine größere Höhe aufweist als der die Abstützzone 11 bestimmende, den Druckkanal 7 umschließende Ringbereich.

Dementsprechend ist der elastische Deformationsbereich um den Druckkanal 8 größer als um den Druckkanal 7, so dass sich eine den durch die unterschiedlichen Drücke bedingten Funktionsan- forderungen angepasste Flächenpressung ergibt und dementspre- chend auch die aufzubringenden Spannkräfte insgesamt minimiert werden können. Dies gilt grundsätzlich auch in Berücksichtigung

dessen, dass sich in den zurückgenommenen, vertieften Bereichen 15 bis 18 ein gewisser Leckagedruck aufbauen kann. Die ange- strebte funktionsangepasste Flächenpressungsverteilung setzt bezüglich der Körper 2 und 3 ein entsprechend starres, biege- steifes Verhalten voraus und wird dadurch begünstigt, dass den Spannschrauben 9,10 Abstützzonen 13,14 zugeordnet sind, in denen sich aufgrund der vergleichsweise großen Tiefe der an- grenzenden zurückgenommenen Bereiche 15,18 vergleichsweise kleine Flächenpressungen ergeben. Dies gilt auch bezüglich der umfangsseitigen Abstützzonen 20,21.

Fig. 2 zeigt eine weitere Möglichkeit zur Einflussnahme auf die Flächenpressungen in den Abstützzonen und zur Abstimmung der Flächenpressungen auf die jeweiligen Funktionsanforderungen, wobei die diesbezügliche erfindungsgemäße Ausgestaltung davon ausgeht, dass den jeweiligen Abstützzonen zur Verringerung der über diese zu übertragenden Druckkräfte, also zur Verringerung der Flächenpressung in diesen Abstützzonen, Hinterschneidungen zugeordnet sind.

Fig. 2 zeigt Hinterschneidungen 22 und 23 für die den Spann- schrauben 9,10 zugeordneten Abstützzonen 13,14, wobei Fig. 2 veranschaulicht, dass die durch Hinterschneidungen 22,23 ge- bildeten Abstützzonen, im Vergleich zum Ausführungsbeispiel ge- mäß Fig. 1, funktional Bereichen 15,18 mit vergleichsweise großer Tiefe entsprechen.

In der Zusammenschau veranschaulichen Fig. 1 und 2 damit auch die Möglichkeit, durch die Kombination von Hinterschneidungen mit zurückgenommenen Bereichen, die in ihrer Tiefe entsprechend abgestimmt sind, verhältnismäßig weitgehende Abstimmungen be- züglich der jeweiligen Flächenpressung vornehmen zu können, und dies in Berücksichtigung einer zusätzlichen Einflussnahme durch

die Bemessung der die Abstützzonen bildenden Stege in ihrer Breite.

Die Vertiefungen 22,23 gemäß Fig. 2 sind axial hinterschnei- dend zu den Abstützzonen 13 und 14 vorgesehen und beispielswei- se durch ringförmige Einstiche in der jeweiligen Bohrungswan- dung der die Spannschraube 9 bzw. 10 aufnehmenden Bohrung ge- bildet.

Fig. 2 veranschaulicht des Weiteren, dass entsprechende Effekte bezüglich der Bestimmung der Flächenpressung in jeweiligen Ab- stützzonen auch dadurch erreichbar sind, dass die den Abstütz- zonen zugeordneten Bereiche am gegenüberliegenden Körper ent- sprechend nachgiebig gestaltet sind, wobei dies in Fig. 2 für die umfangsseitigen Abstützzonen 20 und 21 jeweils durch eine Hinterschneidung 24 bzw. 25 veranschaulicht ist, die umfangs- seitig im Stützkörper 3 mit Abstand zur Stirnfläche 4 angeord- net ist.

Mit der Erfindung werden somit konstruktiv gut beherrschbare Möglichkeiten zur Abstimmung der Flächenpressung auf die jewei- ligen Funktionsanforderungen unter Ausnutzung der Materialelas- tizität im jeweiligen Abstützbereich aufgezeigt, die es ermög- lichen, infolge der Ausrichtung der Flächenpressung an den tat- sächlichen Erfordernissen auch die Spannkräfte entsprechend zu minimieren, so dass insgesamt Voraussetzungen geschaffen sind, auch so hoch belastete Vorrichtungen wie Hochdruckeinspritzan- lagen, so insbesondere Einspritzinjektoren bei Minimierung des erforderlichen Bauraumes funktionssicher zu gestalten.