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Title:
COMPONENT PAIRING AND DEVICE HAVING COMPONENT PAIRING
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/115151
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a component pairing (1), comprising a first component (2) and at least one second component (3) adjustable relative to the first component (2), wherein a gap (6) is formed between the components (2, 3), said gap being connected to a first chamber (7) containing a first medium (8) and a second chamber (9) containing a second medium (10). According to the invention, at least one oscillating exciter (11) is provided in the gap (6) for producing a pressure increase of the first and/or of the second media (8, 10). The invention further relates to a device having a component pairing (1).

Inventors:
RUTHARDT SIEGFRIED (DE)
GUENTERT JOSEF (DE)
RAPP JUERGEN (DE)
Application Number:
PCT/EP2008/066897
Publication Date:
September 24, 2009
Filing Date:
December 05, 2008
Export Citation:
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Assignee:
BOSCH GMBH ROBERT (DE)
RUTHARDT SIEGFRIED (DE)
GUENTERT JOSEF (DE)
RAPP JUERGEN (DE)
International Classes:
F02M59/44; F02M55/00; F02M61/16; F04B17/00; F04B53/16
Foreign References:
DE102006026153A12007-12-13
FR2895031A12007-06-22
DE20122813U12008-01-10
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
ROBERT BOSCH GMBH (DE)
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Claims:

Ansprüche

1. Bauelementpaarung, umfassend ein erstes Bauelement (2) und mindestens ein relativ zu dem ersten Bauelement (2) verstellbares, zweites Bauelement (3), wobei zwischen den Bauelementen (2, 3) ein Spalt (6) ausgebildet ist, der mit einem ein erstes Medium (8) enthaltenden ersten Raum (7) und mit einem ein zweites Medium (10) enthaltenden zweiten Raum (9) verbunden ist,

dadurch gekennzeichnet,

dass mindestens ein Schwingungserreger (11) zum Erzeugen einer Druckerhöhung des ersten und/oder des zwei- ten Mediums (8, 10) im Spalt (6) vorgesehen ist.

2. Bauelementpaarung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Schwingungserreger (11) oder mehrere Schwingungserreger (11) im oder am ersten Bauelement (2) und/oder im oder am zweiten Bauelement (3) angeordnet ist/sind.

3. Bauelementpaarung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungserreger (11) nach einem piezoelektrischen und/oder akustischen und/oder mechanischen Wirkprinzip arbeitend ausgebildet ist.

4. Bauelementpaarung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt (6) ein Führungsspalt ist.

5. Bauelementpaarung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem Schwingungserreger (11) erzeugte Schwingungsfrequenz, insbesondere deutlich, höher ist als die Relativbewegungsfrequenz der Bauelemente (2, 3) .

6. Bauelementpaarung nach einem der vorhergehenden An- sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Bauelement (3) in Spaltlängsrichtung relativ zu dem ersten Bauelement (2) verstellbar ist.

7. Bauelementpaarung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Medium (8) und das zweite Medium (10) unterschiedlich sind und dass zumindest ein Umgebungs- parameter der Medien (8, 10), insbesondere die Temperatur und/oder der Druck, unterschiedlich ist.

8. Bauelementpaarung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Medium (8, 10) unterschiedlich sind und dass die Umgebungsparameter, insbesondere die Temperatur und der Druck, der Medien (8, 10), zumindest näherungsweise, gleich sind.

9. Bauelementpaarung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

dass die Medien (8, 10) gleich sind, und dass mindestens ein Umgebungsparameter, insbesondere die Temperatur und/oder der Druck der Medien (8, 10), unterschiedlich ist.

10. Bauelementpaarung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauelement (2) und zweite Bauelement (3) Bestandteile einer Hochdruckpumpe, insbesondere einer Kraftstoffhochdruckpumpe, oder einer Hydraulikpumpe, oder eines Kraftstoffinjektors sind.

11. Vorrichtung, insbesondere Kraftstoffförderpumpe, Hyd- raulikpumpe oder Kraftstoffinjektor, mit einer Bauelementpaarung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche .

Description:

Beschreibung

Titel

Bauelementpaarung sowie Vorrichtung mit Bauelementpaarung

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Bauelementpaarung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Bauelementpaarung ist beispielsweise in einem in der DE 102 07 227 Al beschriebenen Kraftstoffinjek- tor vorgesehen. Dabei wird das erste Bauelement von einem Düsenkörper des Injektors und das zweite, relativ zu dem ersten Bauelement verstellbare Bauelement von einer Düsennadel gebildet, die im Düsenkörper axial verstellbar geführt ist. Zwischen dem Düsenkörper und der Düsennadel ist ein sich in axialer Richtung erstreckender Umfangsspalt realisiert, der eine Düsenkammer mit unter Rail-Druck stehen- dem Kraftstoff (erstes Medium) und einen Niederdruckraum mit auf Niederdruck liegendem Kraftstoff (zweites Medium) voneinander trennt. Der in der Düsenkammer befindliche Kraftstoff ist aufgrund des hohen Druckunterschiedes zu dem Niederdruckraum bestrebt, axial durch den Spalt in Richtung des Niederdruckraums zu strömen, wodurch es zu Leckageverlusten kommt. Um diese auszugleichen, müssen leistungsstarke und damit vergleichsweise groß dimensionierte Hochdruckpumpen eingesetzt werden.

Gattungsgemäße Bauelementpaarungen kommen neben Kraftstoffinjektoren in weiteren technischen Vorrichtungen, wie Common-Rail-Hochdruckpumpen, Benzin-Hochdruckpumpen oder Hydraulikpumpen, etc. vor. Die Bauelementpaarungen müssen

dabei gleichzeitig zwei Funktionen erfüllen, nämlich die bewegliche Führung des zweiten Bauelementes relativ zu dem ersten Bauelement und die Vermeidung einer Leckage, und/oder eine Vermischung von zwei Medien, durch Abdichten des ersten und des zweiten Raums gegeneinander. Dabei besteht das Problem, dass diese beiden Funktionalitäten (bewegliche Führung und Leckageminimierung bzw. Abdichtung) zu technischen Widersprüchen führen. So führt in Hochdrucksystemen ein Spalt zwischen zwei Bauelementen bei Gewährleis- tung einer ausreichenden Beweglichkeit der Bauelemente zueinander aufgrund der notwendigen Spaltbreite in der Regel zu einer unerwünschten ölverdünnung durch Kraftstoffeintrag ins Motorenöl bzw. zu einem öleintrag in Kraftstoff, oder bei Kraftstoffinjektoren, wie zuvor beschrieben, zu einer übermäßigen Kraftstoffleckage aus dem Hochdruckbereich des Injektors in dessen Niederdruckbereich.

Insbesondere bei modernen Dieselmotoren muss der öleintrag in Diesel unbedingt vermieden werden, um die Bildung von ölaschen zu vermeiden, welche beispielsweise die Lebensdauer eines Partikelfilters stark verkürzen.

Wird zur Vermeidung der vorgenannten Probleme die Spaltbreite reduziert, tritt vermehrt unerwünschte Reibung bzw. Verschleiß zwischen den relativ zueinander verstellbaren Bauelementen auf.

Offenbarung der Erfindung Technische Aufgabe

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Bauelementpaarung vorzuschlagen, bei der trotz Gewährleistung einer ausreichenden Beweglichkeit der Bauelemente relativ

zueinander Leckagen und/oder Vermischungen von im Spalt oder benachbart zum Spalt aufeinander treffenden Medien vermieden werden. Ferner besteht die Aufgabe darin, eine entsprechend optimierte Vorrichtung, insbesondere eine Kraftstofffördereinrichtung, eine Hydraulikpumpe oder einen Kraftstoffinjektor vorzuschlagen .

Technische Lösung

Diese Aufgabe wird hinsichtlich der Bauelementpaarung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich der Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtli- che Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen .

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, zur gleichzeiti- gen Realisierung eines ausreichend breiten Spaltes und zur Vermeidung von Leckagen und/oder Vermischungen von mindestens zwei Medien, dem zwischen den mindestens zwei Bauelementen ausgebildeten Spalt mindestens einen Schwingungserreger zuzuordnen, der derart ausgebildet ist, dass die von ihm erzeugten Schwingungen (Druckschwingungen) auf das mindestens eine im Spalt befindliche Medium übertragen werden und dort an mindestens einer Stelle bzw. mindestens einem Bereich eine Druckerhöhung des mindestens einen Mediums zur Folge haben. Aus dieser Druckerhöhung resultiert ein Pump- effekt und daraus eine Rückförderung des ersten Mediums in Richtung des ersten Raums und/oder eine Rückförderung des zweiten Mediums in Richtung des zweiten Raums. Dabei ist eine Ausführungsform der Bauelementpaarung bevorzugt, bei

der die mindestens zwei Räume mit Axialabstand zueinander an den Spalt angrenzen. Durch die Realisierung des auf die von dem mindestens einen Schwingungserreger erzeugten Schwingungen zurückzuführenden Pumpeffektes und die daraus wiederum resultierende Rückförderung wird eine Vermischung der Medien im Spalt und/oder eine Leckage von dem ersten Raum in den zweiten Raum bzw. in Abhängigkeit der Druckverhältnisse von dem zweiten Raum in den ersten Raum zumindest vermindert, vorzugsweise vollständig verhindert. Gleichzei- tig ist die Beweglichkeit der Bauelemente gegeneinander durch das Vorsehen eines ausreichend breiten Spaltes gesichert, wodurch wiederum Reibungen und somit Verschleißerscheinungen der Bauelemente minimiert werden.

Von besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform, bei der es sich bei dem ersten und bei dem zweiten Medium jeweils um eine Flüssigkeit handelt. Die Ansteuerung des Schwingungserregers kann sowohl extern, beispielsweise über ein elektronisches Steuergerät, oder intern aus dem die Bauelement- paarung aufweisenden System heraus erfolgen. Je nach Beschaffenheit der Medien können die eingebrachten Schwingungen sich vorteilhaft auf die tribologischen Eigenschaften mindestens eines der Medien auswirken, woraus wiederum bzw. zusätzlich eine Reibkraftreduzierung und/oder eine Ver- schleißminimierung resultieren kann.

Im Hinblick auf die konkrete Anordnung des mindestens einen Schwingungserregers gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. Bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der der mindestens eine Schwingungserreger im ersten oder im zweiten Bauelement aufgenommen ist. Vorzugsweise ist der Schwingungserreger dabei gegenüber den Medien abgedichtet. Es ist auch eine Ausführungsform realisierbar, bei der insgesamt mehrere

Schwingungserreger vorgesehen sind. Dabei ist es realisierbar, mehrere Schwingungserreger in ausschließlich einem der Bauelemente anzuordnen oder die Schwingungserreger, vorzugsweise gleichmäßig, auf die Bauelemente zu verteilen. Ziel des Einsatzes mehrerer Schwingungserreger ist es, Schwingungen im (gesamten) Spalt und/oder über den Spaltumfang möglichst gleichmäßig zu verteilen. Bevorzugt ist mindestens einer der Schwingungserreger derart angeordnet, dass von diesem Schwingungen senkrecht zur Längs- bzw. Axi- alerstreckung des Spaltes abgestrahlt werden.

Im Hinblick auf das Wirkprinzip des mindestens einen Schwingungserregers bzw. die konkrete Ausbildung des Schwingungserregers gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. So ist es beispielsweise denkbar, den Schwingungserreger als Piezoaktuator auszubilden. Alternativ kann der Schwingungserreger akustisch arbeitend ausgebildet sein oder auch rein mechanisch, insbesondere durch das hochfrequente Anei- nanderschlagen mehrerer Bauelemente.

Von besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform der Bauelementpaarung, bei der der Spalt als Führungsspalt ausgebildet ist, das zweite Bauelement also über den Spalt am ersten Bauelement geführt ist. Bevorzugt ist es, zusätzlich zu dem Spalt keine weitere Führung vorzusehen. Optimale Ergebnisse im Hinblick auf den aus den Schwingungen resultierenden Pumpeffekt bzw. Rückförderungseffekt werden erzielt, wenn die Schwingungsfrequenz der vom Schwingungserreger erzeugten Schwingungen deutlich höher ist als die Relativbe- wegungsfrequenz der Bauelemente relativ zueinander. Bevorzugt ist es, wenn nur eines der Bauelemente aktiv verstellt und das andere Bauelement ortsfest relativ zu dem zweiten Bauelement angeordnet ist, wobei auch eine Ausführungsform

mit zwei aktiv verstellbaren Bauelementen realisierbar ist. Die Schwingungsfrequenz sollte in jedem Fall so bemessen werden, dass aus dieser eine Druckerhöhung im Spalt resultiert .

In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Spaltbreite während der Verstellbewegung der Bauelemente relativ zueinander, zumindest näherungsweise, gleich bleibt, sich die beiden Bauelemente also in Spalt- längsrichtung bzw. in axialer Richtung relativ zueinander bewegen .

Besonders vorteilhaft ist der Einsatz eines Schwingungserregers zur Verminderung oder zur Verhinderung einer Leckage von einem ersten Medium in den zweiten Raum, insbesondere dann, wenn es sich um unterschiedliche Medien handelt und zumindest ein Umgebungsparameter bzw. Zustandsparameter der Medien, wie die Temperatur und/oder der Druck der Medien, unterschiedlich sind/ist. So kann beispielsweise im ersten Raum Diesel-Kraftstoff unter hohem Druck von beispielsweise 1200 bar und ggf. sogar über 2000 bar vorgesehen sein und im zweiten Raum als zweites Medium Hydraulik- oder Schmieröl, beispielsweise unter Atmosphärendruck von etwa 1 bar. Durch das Vorsehen mindestens eines Schwingungserregers wird die Leckage von Diesel-Kraftstoff in den zweiten, Hyd- rauliköl oder Schmieröl enthaltenden Raum und damit eine Vermischung der Medien zumindest vermindert, bevorzugt vollständig verhindert.

Eine alternative Einsatzmöglichkeit der Bauelementpaarung mit mindestens einem Schwingungserreger ist für Anwendungsfälle gegeben, bei denen das erste Medium von dem zweiten Medium unterschiedlich ist, jedoch die Umgebungsbedingun-

gen, d. h. die Zustandsparameter, der Medien, zumindest näherungsweise, gleich sind. So kann das erste Medium im ersten Raum beispielsweise Diesel-Kraftstoff unter Umgebungsdruck von 1 bar sein und das zweite Medium im zweiten Raum Hydraulik- oder Schmieröl, ebenfalls unter Umgebungsdruck von 1 bar. Durch das Vorsehen des mindestens einen Schwingungserregers und der daraus resultierenden Druckerhöhung der Medien im Spalt wird eine Vermischung der unterschiedlichen Medien, zumindest weitgehend, verhindert.

Eine weitere Anwendungsmöglichkeit bzw. ein weiteres Einsatzgebiet der Bauelementpaarung ist für Fälle gegeben, in denen die Medien gleich sind, jedoch zumindest eine Umgebungsbedingung, d.h. mindestens ein Zustandsparameter, wie der Mediendruck oder die Medientemperatur, etc. unterschiedlich ist. So ist es beispielsweise möglich, im ersten Raum Diesel-Kraftstoff unter hohem Druck von etwa 1200 bar oder ggf. sogar über 2000 bar vorzusehen und im zweiten Raum ebenfalls Diesel-Kraftstoff, jedoch unter Umgebungs- druck von etwa 1 bar. Diese Bedingungen sind insbesondere bei Kraftstoffinj ektoren anzutreffen. Durch den Einsatz mindestens eines Schwingungserregers kann hier der Leckageverlust von dem ersten in den zweiten Raum vermindert oder bevorzugt sogar vollständig verhindert werden.

Im Hinblick auf die konkrete Ausbildung des ersten Bauelementes und des zweiten Bauelementes gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. So ist es denkbar, dass die Bauelemente Bestandteil einer Hochdruckpumpe, insbesondere einer Kraft- stoffhochdruckpumpe oder einer Hydraulikpumpe, sind. In diesem Fall kann es sich beispielsweise um eine Paarung eines Ventilkolbens oder eines Hubkolbens mit einem Stößelkörper, einer Buchse, einem Gehäuse oder einem Zylinder

handeln. Zusätzlich oder alternativ kann die Bauelementpaarung bei Kraftstoffinj ektoren eingesetzt werden, wobei hier bevorzugt eines der Bauelemente ein Steuerventilelement und das andere Bauelement ein Steuerventilkörper oder eines der Bauelemente ein Injektorkörper, Düsenkörper oder eine Hülse und das andere Bauelement ein ein- oder mehrteiliges Einspritzventilelement (Düsennadel) ist. Weitere Anwendungsfälle der beschriebenen Bauelementpaarung sind denkbar.

Ferner führt die Erfindung auf eine Vorrichtung mit mindestens einer zuvor beschriebenen Bauelementpaarung, wobei die Vorrichtung als Kraftstoffförderpumpe, als Hydraulikpumpe oder als Kraftstoffinjektor ausgebildet sein kann. Andere Vorrichtungen, insbesondere für den Einsatz in Kraftfahr- zeugen bestimmte Vorrichtungen, sind ebenfalls mit einer zuvor beschriebenen Bauelementpaarung ausstattbar.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Diese zeigt in der einzigen

Fig. 1: in einer schematischen, geschnittenen Darstellung eine Bauelementpaarung, umfassend zwei relativ zueinander verstellbare Bauelemente und einen Schwingungserreger .

Ausführungsform der Erfindung

In Fig. 1 ist eine Bauelementpaarung 1, wie sie beispielsweise in einem Kraftstoffinjektor oder einer Pumpe zum Ein-

satz kommen kann, gezeigt. Die Bauelementpaarung 1 umfasst ein erstes, ortsfestes, d. h. nicht-verstellbares, Bauelement 2 und ein zweites, relativ zu dem ersten Bauelement 2 in Pfeilrichtungen 4 axial verstellbares Bauelement 3. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem zweiten Bauelement 3 um ein im Wesentlichen kreiszylindrisch konturiertes Bauelement 3, das in einer ebenfalls kreiszylindrischen Aufnahmebohrung 5 des ersten Bauelementes 2 aufgenommen ist.

Radial zwischen den Bauelementen 2, 3 ist ein das zweite Bauelement 3 vollumfänglich umschließender, als Umfangs- spalt ausgebildeter Spalt 6 vorgesehen, der gleichzeitig als Führungsspalt zum Führen des zweiten Bauelementes 3 re- lativ zu dem ersten Bauelement 2 dient. Die Spaltbreite, also die Radialerstreckung des Spaltes 6, beträgt wenige Mikrometer. In axialer Richtung in der Zeichnungsebene unten grenzt an den Spalt 6 ein erster Raum 7 an, der, zumindest zeitweise, mit einem ersten Medium 8 gefüllt ist. Auf der gegenüberliegenden Axialseite des Spaltes 6 grenzt an diesen ein zweiter Raum 9 an, in dem, zumindest zeitweise, ein zweites Medium 10 aufgenommen ist.

Innerhalb des ersten Bauelementes 2 ist ein piezoelektri- scher Schwingungserreger 11 angeordnet, der Schwingungen 12 aussendet, die durch das erste Bauelement 2 hindurch laufen, also von diesem übertragen werden und dann in den Spalt 6 bzw. das darin vorgesehene Medium 8, 10 übergehen. Wie aus Fig. 1 zu erkennen ist, wird zumindest ein Teil der Schwingungen 12 an der den Spalt 6 begrenzenden Mantelfläche 13 des zweiten Bauelementes 3 reflektiert. In einem in diesem Ausführungsbeispiel etwa mittigen Bereich 14 des Spaltes 6 entsteht durch die Schwingungen 12 (Druckwellen)

eine Druckerhöhung, die für einen Pumpeffekt verantwortlich ist, der wiederum eine Rückförderung des ersten Mediums 8 in Richtung des ersten Raums 7 und eine Rückförderung des zweiten Mediums 10 in Richtung des zweiten Raums 9 zur FoI- ge hat. Zusätzlich oder alternativ zu dem Schwingungserreger 11 im ersten Bauelement 2 kann ein Schwingungserreger 11 im zweiten Bauelement 3 vorgesehen werden. Ebenso ist es denkbar, zumindest in einem der Bauelemente 2, 3, mehrere Schwingungserreger 11 anzuordnen, insbesondere mit der Ab- sieht, in mehreren in axialer Richtung und/oder in Umfangs- richtung beabstandeten oder in einander übergehenden Bereichen im Spalt 6 eine Druckerhöhung zu realisieren sowie um die Schwingungen 12 gleichmäßig zu verteilen.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem ersten Medium 8 und bei dem zweiten Medium 10 um unterschiedliche Medien, die jedoch, zumindest näherungsweise, unter dem gleichen Druck stehen, so dass sich die Medien 8, 10 in axialer Richtung betrachtet in etwa in der Spaltmitte im Bereich 14 treffen. Durch die mittels des Schwingungserregers 11 erzeugte Druckerhöhung im Bereich 14 sind die Medien 8, 10 bestrebt, in den jeweiligen Raum 7, 9 zurückzuströmen .

Bei einer alternativen Ausführungsform handelt es sich ebenfalls beispielsweise um unterschiedliche Medien, wobei der Mediumdruck des ersten Mediums 8 höher ist, vorzugsweise wesentlich höher ist, als der Mediumdruck des zweiten Mediums 10. In diesem Fall ist das erste Medium 8 bestrebt, durch den Spalt 6 hindurch in den zweiten Raum 9 hineinzuströmen. Dieser Effekt kann durch das Vorsehen des mindestens einen Schwingungserregers 11 zumindest minimiert werden .

Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform sind die Medien 8, 10 identisch, stehen jedoch unter einem unterschiedlichen Druck. Mit Hilfe des Schwingungserregers 11 bzw. der aus dem Einsatz des Schwingungserregers 11 resultierenden Druckerhöhung im Bereich 14 werden Leckageverluste von dem ersten Raum 7 mit unter hohem Druck stehendem ersten Medium 8 in den zweiten Raum 9 mit unter niedrigem Druck stehendem identischem, zweiten Medium 10 vermieden.