In der Kraftfahrzeugtechnik werden zunehmend Einspritzsysteme eingesetzt, bei denen Kraftstoff unter hohem Druck (bis meh- rere hundert bar) an in den Zylindern angeordneten Einspritz- ventilen angelegt wird. Der Einspritzvorgang direkt in den Brennraum der Zylinder wird durch Öffnen und Schließen der Einspritzventile ausgelöst, wobei die Einspritzventile über moderne Aktoren angesteuert werden, die-um hohe Schaltge- schwindigkeiten und die damit zusammenhängenden bekannten Vorteile hinsichtlich Kraftstoffverbrauch und Abgasen zu er- reichen-zunehmend nicht mehr nach dem elektromagnetischen, sondern nach dem piezoelektrischen Prinzip arbeiten. Die den Stellweg der Ventilnadel generierenden axialen Längenänderun- gen der modernen Festkörper-Aktoren werden bekanntlich durch die kurze Expansion des Aktor-Körpers bei Anlegen einer Erre- gerspannung hervorrufen.

Aus der DE 199 58 704 Al ist ein Fluiddosierer mit einer Vor- richtung zum Übertragen einer Aktorbewegung bekannt, bei dem die Ventilnadel zusammen mit einer Wand des Gehäuses einen mit Fluid druckbeaufschlagbaren, zur Dosieröffnung hinführen- den Ventilraum bildet. Dem Ventilraum vorgelagert ist eine Fluidkammer im Gehäuse angeordnet. Dieser Bereich im Gehäuse des Einspritzventils, in dem der hohe Kraftstoffdruck vor- liegt, soll zuverlässig von den übrigen Bereichen des Gehäu-

ses, insbesondere von dem Antriebsbereich, in dem beispiels- weise Umgebungsdruck herrscht, abgedichtet sein. Dazu ist zwischen den Bereichen eine hermetisch dichte und axial wei- che Nadeldurchführung vorgesehen, die als ein wesentliches Element einen horizontalen Anschlussring umfasst, dessen Ringfläche also senkrecht zur Achse des Einspritzventils an- geordnet ist. Der Anschlussring mit hindurchgeführter Ventil- nadel ist an die Fluidkammer angrenzend angeordnet und fest mit dem Gehäuse des Einspritzventils verschweißt.

Bei dem bekannten Fluiddosierer treten Probleme hinsichtlich der Dauerhaltbarkeit der Schweißverbindung zwischen dem An- schlussring und dem Gehäuse auf. Diese Probleme werden auf die Belastung durch starke Druckkräfte im Zusammenhang mit der Druckbeaufschlagung durch das Dosierfluid zurückgeführt.

Diese Probleme treten in ähnlicher Weise auch bei solchen Einspritzventilen auf, bei denen Anschlussring, Fluidkammer und Nadeldurchführung-anders als in der DE 199 58 704 AI beschrieben-eine bauliche Einheit in Form eines Fluidkam- mermoduls bilden, das entlang einer druckbelasteten stufen- förmigen Trennfläche mit dem Gehäuse zusammengefügt und dort, wo die Trennfläche an die Gehäuse-Außenseite stößt, mit dem Gehäuse verschweißt ist.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine druck- entlastete Dosiervorrichtung mit einem mit dem Gehäuse ver- schweißten Fluidkammermodul bereitzustellen, bei der insbe- sondere die Schweißverbindung auch bei statischen Fluiddrü- cken von bis zu mehreren hundert bar einer hohe Dauerhaltbar- keit zeigt.

Es ist eine weitere Aufgabe, eine hohe Dauerhaltbarkeit auch hinsichtlich der im Betrieb beim Öffnen und Schließen des Einspritzventils auftretenden Fluid-Druckwellen zu gewähr- leisten.

Dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Dosiervorrich- tung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestal- tungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Dazu weist die Dosiervorrichtung zur Dosierung eines unter Druck stehenden Fluids ein Gehäuse mit einem Aktorraum zur Aufnahme eines Aktors, eine Dosieröffnung, die mittels einer durch den Aktor bewirkten axialen Verschiebung einer Ventil- nadel steuerbar ist, ein im Bereich des öffnungsseitigen En- des des Gehäuses angeordnetes und mit dem Gehäuse verschweiß- tes Fluidkammermodul sowie einen Führungsschaft auf, der ei- nen Teil der Ventilnadel umgibt und mit ihr zusammen einen Ventilraum bildet, wobei ein Ende des Führungsschaftes zusam- men mit einem Ende der Ventilnadel die Dosieröffnung bildet, während das andere Ende der Ventilnadel durch das Fluidkam- mermodul hindurch in das Gehäuseinnere hineinreicht, und das andere Ende des Führungsschaftes an dem Fluidkammermodul gehalten ist.

Weiterhin ist eine Leitung, die den Ventilraum mit einem Hochdruckanschluss für ein Dosierfluid hydraulisch verbindet, vorgesehen, wobei das Fluidkammermodul und das Gehäuse ent- lang einer durch das druckbeaufschlagte Dosierfluid druckbe- lasteten Trennfläche zusammengefügt sind, die annähernd nur durch axiale Zylinderwandflächenanteile gebildet ist.

Der Erfindung liegt zunächst die Erkenntnis zugrunde, dass die durch das Dosierfluid druckbelastete Trennfläche im We- sentlichen aus horizontalen Ringflächenanteilen und vertika- len Zylinderwandflächenanteilen gebildet ist, die jeweils zu Druckkräften führen, die sich ganz unterschiedlich auswirken.

"Horizontal" (bzw. senkrecht) und"Vertikal" (bzw. achsenpa- rallel) bezieht sich auf die durch die Ventilnadel definierte Symmetrieachse des Dosierventils.

Die weitere Überlegung ergibt, das sich insbesondere an den horizontalen Ringflächenanteilen der Trennfläche zwischen Ge-

häuse und Fluidkammermodul, oder an anderen, sich auf Grund einer horizontalen Richtungskomponente entsprechend auswir- kenden, Flächenanteilen starke Druckkräfte ausbilden, die das Gehäuse und das Fluidkammermodul auseinandertreiben. Diese Druckkräfte belasten daher die Schweißnaht direkt und in er- heblichem Umfang. Bei typischen Dimensionen der druckbelaste- ten horizontalen Kreisringflächen mit einem Innendurchmesser von ca. 14 mm und einem Außendurchmesser von ca. 23 mm ergibt sich bei einem typischen Kraftstoffdruck von ca. 200 bar eine auseinandertreibende Kraft von ca. 5400 N. Zusätzlich zur statischen Druckbelastung treten beim Öffnen und Schließen des Injektors langsam abklingende Druckwellen mit einer Amp- litude von ca. 20% bis zu 50% des statischen Betriebsdruckes auf. Dies bedeutet, dass die Grundkraft auf die Schweißnaht von 5400 N von einer Schwinglast mit einer Amplitude von bis zu 2700 N überlagert wird. In diesem Zusammenhang durchge- führte Berechnungen zeigen, dass derart hohe Kräfte in der Schweißnaht tatsächlich zu erheblichen mechanischen Spannun- gen führen, die die zulässigen Materialspannungen bei weitem übersteigen. Im realen Einsatz des Injektors kommt es vorzei- tig zu Schweißnahtbrüchen und damit zu Injektorausfällen.

Andererseits belasten achsenparallel orientierte druckbelas- tete Zylindermantelflächen die Schweißnaht nicht oder nur un- wesentlich, da sich die Druckkräfte aufgrund der Zylindersym- metrie gegenseitig kompensieren und da das Gehäuse und das Fluidkammermodul in radialer Richtung mechanisch sehr steif sind. Die radialen Druckkräfte vermögen es weder das Fluid- kammermodul in radialer Richtung zu komprimieren, noch das Gehäuse radial nennenswert aufzuweiten, so dass durch sie in der Schweißnaht keine oder nur geringfügige mechanische Span- nung verursacht werden.

Erfindungsgemäß lässt sich deshalb eine hinsichtlich der Dau- erhaltbarkeit der Schweißverbindung optimale konstruktive Ausgestaltung der Anordnung bzw. Verbindung von Gehäuse und

Fluidkammermodul durch weitestgehende Vermeidung von druckbe- lasteten horizontalen Trennflächenanteilen erreichen.

Eine bevorzugte Ausführungsform lässt sich dadurch erreichen, dass das Fluidkammermodul stopfenartig in das öffnungsseitige Ende des Gehäuses eingefügt ist, dass das Gehäuse das Fluid- kammermodul bis zum stirnseitigen Endbereich des Gehäuses hin mit voller Wandstärke umschließt, und dass Fluidkammermodul und Gehäuse mittels einer ringförmigen Schweißnaht am stirn- seitigen Endbereich des Gehäuses miteinander verschweißt sind.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt in schematischer Dar- stellung einen axialen Schnitt durch den ventilnadelseitigen Teil einer erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung.

Die Figur zeigt den unteren Teil des Gehäuses 1 eines im We- sentlichen zylindersymmetrischen Einspritzventils mit der äu- ßeren Gehäusewand 2 und der inneren Gehäusewand 3. Angrenzend an die innere Gehäusewand 3 ist ein Fluidkammermodul 4 einge- passt, das mehrere Funktionen erfüllt. Im oberen Bereich des Fluidkammermoduls 4 kann, wie dargestellt, ein Dichtring 5 vorgesehen sein. Zentral in das Fluidkammermodul 4 ist ein Führungsschaft 6 eingeführt bzw. eingesteckt. Der Führungss- chaft 6 umgibt eine Ventilnadel 7 und bildet mit der Ventil- nadel 7 einen Ventilraum 10 und an einem unterem Ende eine Dosieröffnung 8 eines Sitzventils. Das obere Ende des Füh- rungsschaftes 6 liegt an einer ringförmigen Anliegefläche des Fluidkammermoduls 4 an. Der Führungsschaft 6 ist typischer- weise am Austrittsbereich 21 aus dem Fluidkammermodul 4 mit diesem verschweißt. Die Ventilnadel 7 ragt durch das Fluid- kammermodul 4 in das Gehäuseinnere 9.

Das Gehäuseinnere 9 kann einen gesonderten Aktorraum für den in der Figur nicht zu sehenden Ventilantrieb (Aktor) enthal- ten, oder es kann den Aktorraum selbst unmittelbar bilden. Im Gehäuseinneren 9 können außer dem Aktor des Weiteren (nicht dargestellte) hydraulische Vorrichtungen und Kammern, bei- spielsweise für einen Hubübersetzer oder einen hydraulischen Längenkompensator vorhanden sein.

Die Durchführung der Ventilnadel 7 durch das Fluidkammermodul 4 kann, wie in der Figur gezeigt, weitere Elemente enthalten.

Um eine hermetisch dichte und axial sehr weiche Durchführung zu erreichen, kann vorzugsweise ein Metallbalg 18 vorgesehen werden. Ein unteres Ende des Metallbalges 18 ist mit der Ven- tilnadel 7 und dessen oberes Ende ist am oberen Ende eines weiteren Führungsschaftes 22 verschweißt, der Teil des Fluid- kammermoduls 4 ist. Der zylindrische Metallbalg 18 ist an ei- nem Ende mit der Ventilnadel 7 und am anderen Ende mit der zylindrischen Innenwandung des weiteren Führungsschaftes 22 des Fluidkammermoduls 4 umlaufend dicht verbunden. Auf diese Weise wird der Ventilraum 10 gegen das Gehäuseinnere 9 abge- dichtet.

Die erfindungsgemäße Konstruktion, genauer : die annähernd nur durch axiale Zylinderwandflächenanteile 13 gebildete druckbe- lastete Trennfläche 13 vermeidet durch das nahezu völlige Fehlen horizontaler druckbelasteter Kreisringflächen die sonst auftretenden hohen auseinandertreibenden Kräfte zwi- schen Gehäuse 1 und Fluidkammermodul 4. Wie in der Figur er- kennbar, gelingt es, die horizontalen druckwirksamen Trenn- flächen zu vermeiden, indem das Gehäuse 1 um das Fluidkammer- modul 4 herum in voller Wandstärke weiter nach unten fortge- führt wird und das Fluidkammermodul 4 im Wesentlichen einen dem Durchmesser der inneren Gehäusewand 3 entsprechenden Durchmesser ohne Auskragungen in die Wand des Gehäuses 1 hin- ein aufweist.

Vorzugsweise ist am stirnseitigen Endbereich 19 des Gehäuses 1 ein radial nach innen gerichteter Queransatz vorgesehen, der in eine außen am Fluidkammermodul 4 vorgesehene (umlau- fende) Nut 14 eingreift und der unmittelbar neben der Schweißnaht 12 angeordnet ist. Hierdurch lassen sich einer- seits Gehäuse 1 und Fluidkammermodul 4 stabiler zusammenfü- gen, während horizontale Druckflächen erfindungsgemäß weiter- hin sehr stark reduziert bleiben.

Die ungedrosselte fluidische Verbindung zwischen Gehäuse 1 und Fluidkammermodul 4 kann durch senkrechte und entsprechen- de Schrägbohrungen 11 im Gehäuse 1 hergestellt werden. Diese Bohrungen 11 leiten also das Dosierfluid, hier : den Kraft- stoff, von dem im oberen Teil des Injektors befindlichen (nicht dargestellten) Hochdruckanschluss zum Fluidkammermodul 4 nach unten. Der Kraftstoff soll in den Ventilraum 10 und letztlich zur Dosieröffnung 8 weitergeleitet werden. Dazu sind im Fluidkammermodul 4 Bohrungen 15 vorgesehen. Über eine im Fluidkammermodul 4 angeordnete Fluidkammer 16 und Bohrun- gen (nicht dargestellt) im Führungsschaft 6 wird der Kraft- stoff unterhalb der oberen Ventilnadelführung 20 in den Ven- tilnadelraum 10 zwischen Ventilnadel 7 und Führungsschaft 6 eingeleitet. An Stelle von Bohrungen 11 kann eine Kraftstoff- leitung auch dadurch gebildet werden, dass das Gehäuse 1 aus zwei ineinander gesteckten Zylinderwänden besteht, die die Kraftstoffleitung begrenzen.

Eine Ringnut 17 kann im Gehäuse 1 und/oder dem Fluidkammermo- dul 4 vorgesehen werden, damit bei der Montage und dem Ver- schweißen nicht auf die Ausrichtung von Gehäuse 1 und Fluid- kammermodul 4 bezüglich ihres Drehwinkels relativ zur Symmet- rieachse geachtet werden muss und sich entsprechende Kraft- stoffbohrungen 11 und 15 des Gehäuses 1 bzw. des Fluidkammer- moduls 4 sicher treffen bzw. fluidisch miteinander verbunden werden.

Aus der Figur lässt sich auch die Dichtfunktion des Fluidkam- mermoduls 4 erkennen, das eine Zylinderaußenfläche aufweist, die mit einer Zylinderinnenfläche 3 des Gehäuses 1 eine axia- le, im wesentlichen mit der Trennfläche 13 übereinstimmende Dichtfläche zwischen dem Gehäuseinneren 9 und den mit Do- sierfluid druckbeaufschlagbaren Bereichen des Fluidkammermo- duls 4, insbesondere der Fluidkammer 16, bildet.

Starke statische wie auch dynamische druckinduzierte Kräfte auf die verbindende Schweißnaht 12 zwischen Gehäuse 1 und Fluidkammermodul 4 treten bei der erfindungsgemäßen, einfach herstellbaren Konstruktion vorteilhafterweise erst gar nicht auf, so dass die Dauerhaltbarkeit der Schweißverbindung hier- durch sicher gewährleistet ist.