Spannmutter

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Spannmutter (1), insbesondere zum Verbinden eines Düsenkörpers mit einem Düsengrundkörper eines Kraftstoffeinspritzventils, aus tiefgezogenem Stahlblech mit im wesentlichen hülsenförmiger Gestalt, wobei ein erster axialer Endbereich (2) ein Innengewinde (3) aufweist und ein zweiter axialer Endbereich (5) verringerten Innendurchmessers stirnseitig eine Außenauflagefläche (10) aufweist. Erfindungsgemäß weist der zweite Endbereich (5) zwei axial beabstandete, sich in radialer Richtung erstreckende im Wesentlichen ringförmige Bereiche (6, 7) auf, die mittels eines sich endwärts radial erweiternden Zwischenbereichs (8) verbunden sind, wobei der Zwischenbereich (8) mit einem angrenzenden ringförmigen Bereich (6, 7) jeweils einen ersten, innerhalb der Spannmutter (1) liegenden ringförmigen Raumbereich (12) und einen zweiten, außerhalb der Spannmutter (1) liegenden ringförmigen Raumbereich (11) bildet, und wobei in dem ersten Raumbereich (12) und/oder in dem zweiten Raumbereich (11) zumindest ein Füllelement (13, 14) angeordnet ist. Alternativ ist der zweite Endbereich (5) mit einem angeprägten, die Außenauflagefläche (10) bildenden Bund ausgebildet.

Beschreibung

Stand der Technik

[0001] Die Erfindung betrifft eine Spannmutter insbesondere zum Verbinden von Teilen von Kraftstoffeinspritzventilen nach der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.

[0002] Eine solche Spannmutter ist aus der DE 100 17 112 A1 bekannt. Diese bekannte Spannmutter dient der Verbindung von einem Düsengrundkörper mit einem Düsenkörper von Kraftstoffinjektoren und ist aus tiefgezogenem dünnwandigem Stahlblech gefertigt, womit sie gegenüber einer aus Vollmaterial gebildeten Spannmutter kostengünstig herstellbar ist.

[0003] Nachteilig an dieser Spannmutter ist deren geringe Wärmeleitfähigkeit, so dass die Wärmeableitung von einem Düsenkörper nicht mehr ausreichend gewährleistet ist und gegebenenfalls unzulässig hohe Temperaturen auftreten können.

Offenbarung der Erfindung

[0004] Die erfindungsgemäße Spannmutter gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 oder des Patentanspruches 13 weist den Vorteil auf, dass zwischen der Spannmutter und einem damit verspannten Bauteil, wie insbesondere einem Düsenkörper eines Kraftstoffeinspritzventils, eine verbesserte Wärmeleitung bzw. Wärmestrahlung vorliegt, so dass aufgrund der verbesserten Wärmeableitung eine Überhitzung des mit der Spannmutter verspannten Bauteils vermieden wird.

[0005] Durch das Auffüllen der ringförmigen Raumbereiche im Endbereich der Spannmutter mit Materialien mit bevorzugt hoher Wärmeleitfähigkeit wird die Ableitung der Wärme gefördert. Dies wird erfindungsgemäß in einfacher Weise durch ein Einbringen zumindest eines Füllelements in den ersten ringförmigen Raumbereich und/oder in den zweiten ringförmigen Raumbereich der Spannmutter gemäß Anspruch 1 oder mit der Anprägung eines Bundes gemäß Anspruch 13 erreicht.

[0006] Besonders vorteilhaft ist es, wenn bei Verwendung eines Füllelementes das zumindest eine Füllelement ein aus Metall ausgebildeter ringförmiger Körper ist, der vorteilhaft aus oder mit Kupfer, Platin oder Silber ausgebildet sein kann.

[0007] Hinsichtlich der Herstellung der Spannmutter ist es vorteilhaft, wenn das Füllelement aus einem Stift oder Draht gebildet ist und dieser in den zumindest einen Raumbereich ein- oder aufrolliert wird.

[0008] Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung kann das zumindest eine Füllelement auch aus Kunststoff ausgebildet sein. Diesbezüglich ist es hinsichtlich der Herstellung vorteilhaft, wenn das Füllelement als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet ist und in den zumindest einen ringförmigen Raumbereich eingesetzt ist oder direkt eingespritzt ist.

[0009] Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn der Kunststoff eine Wärmeleitzahl λ etwa im Bereich von 20 kcal/m*h*K oder mehr aufweist.

[0010] Bei einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel kann das Füllelement ein O-Ring sein, der vorteilhafterweise aus einem Elastomer gebildet ist.

[0011] Zur Erreichung eines guten wärmeableitenden Kontakts zwischen der Spannmutter und einem damit verspannten Element, wie ein Düsenkörper, ist es zweckmäßig, wenn das Füllelement radial nach innen gegenüber dem Innendurchmesser der Spannmutter bzw. der sich radial erstreckenden Bereiche des Endbereiches der Spannmutter vorsteht. Dadurch wird beim Einsetzen des Düsenkörpers eine Presspassung unter Vorspannung des Füllelementes erreicht.

[0012] Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn die Spannmutter in ihrem zweiten Endbereich radial innen mit einer die Wärmestrahlung fördernden Oberflächenbeschichtung versehen ist, wobei dazu die Oberflächenbeschichtung eine schwarze Brünierung oder DC-Beschichtung sein kann.

[0013] Zur verbesserten Wärmeabfuhr von der Spannmutter ist es weiterhin vorteilhaft, wenn die Spannmutteroberfläche radial außen mit einer oberflächenvergrößernden Struktur, wie einer durch Kugelstrahlen gebildeten Struktur oder einer Kerbverzahnung, versehen ist.

[0014] Auch ist es für einen guten thermischen Kontakt vorteilhaft, wenn die Spannmutter radial innen oder außen mit einer Oberflächenbeschichtung aus gut wärmeleitendem Material versehen ist, die aus Metall, wie insbesondere Platin, Kupfer, Silber, Aluminium, Messing oder Nickel, besteht oder zumindest eines dieser Materialien aufweist.

[0015] Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes nach der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.

[0016] In der Zeichnung sind bevorzugte Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäß ausgebildeten Spannmutter schematisch vereinfacht dargestellt, welche in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert werden.

[0017] Es zeigt

Figur 1 einen stark vereinfachten Längsschnitt durch eine erste Ausführung einer Spannmutter;

Figur 2 einen Endbereich der Spannmutter der Figur 1 mit Füllelementen;

Figur 3 eine alternative Ausführung des in Figur 2 gezeigten Endbereiches der Spannmutter;

Figur 4 eine weitere alternative Ausführung des in Figur 2 gezeigten Endbereiches der Spannmutter;

Figur 5 eine weitere alternative Ausführung des in Figur 2 gezeigten Endbereiches der Spannmutter; und

Figur 6 einen Endbereich einer alternativ ausgeführten Spannmutter mit einem angeprägten Bund.

[0018] Die Figur 1 zeigt eine Spannmutter 1, welche hülsenförmig als Blechformteil, z. B. durch Tiefziehen, aus dünnwandigem Material gebildet ist. An einem ersten axialen Endbereich 2 weist sie ein Innengewinde 3 auf, welches vorliegend zur Verschraubung der Spannmutter 1 mit einem nicht dargestellten Düsengrundkörper eines Kraftstoffeinspritzventils dient. Zum Verschrauben der Spannmutter 1 kann die Spannmutter an ihrem Umfang in üblicher Weise Mitnehmermittel aufweisen, an denen ein Werkzeug angesetzt werden kann.

[0019] An dem zweiten axialen Endbereich 5 der Spannmutter 1, welcher einen verkleinerten Innendurchmesser aufweist und mit seiner Außenkontur zum Einbau der Spannmutter 1 in einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine ausgelegt ist, weist diese zwei in radialer Richtung verlaufende, im Wesentlichen ringförmige Bereiche 6, 7 auf, welche mittels eines sich endwärts radial erweiternden Zwischenbereichs 8 derart verbunden sind, dass der Endbereich 5 im Schnitt etwa Z-förmig gestaltet ist. Der erste radial verlaufende Bereich 6 weist dabei eine Anlagefläche 9 auf, mittels welcher die Spannmutter 1 mit einem in den Figuren 2 bis 5 ersichtlichen Düsenkörper 21 bzw. mit einer diesbezüglichen Gegenanlagefläche 22 in Anlage kommt, um diese gegen einen mit dem Innengewinde 3 in Eingriff stehenden Düsengrundkörper zu verspannen.

[0020] Durch das etwa Z-förmige Profil des zweiten Endbereichs 5 sind zwei sich im Wesentlichen an dem Zwischenbereich 8 gegenüberliegende, im Schnitt etwa dreieckförmig gebildete und ringförmig umlaufende Raumbereiche 11, 12 definiert, von denen ein erster ringförmiger Raumbereich 12 radial innerhalb des Zwischenbereichs 8 bzw. der Spannmutter 1 und der zweite ringförmige Raumbereich 11 radial außerhalb des Zwischenbereichs 8 liegt. Die hülsenförmige Spannmutter 1 weist weiterhin eine Außenanlagefläche 10 auf, mittels welcher die Spannmutter in eine entsprechende Aufnahme einer Brennkraftmaschine abdichtend einsetzbar ist.

[0021] Die Figur 2 zeigt eine erste Ausgestaltung des zweiten Endbereichs 5 der Spannmutter 1 mit dem nur schematisch dargestellten Düsenkörper 21. Der Düsenkörper 21 weist einen axialen Bereich 23 größeren Durchmessers und einen axialen Bereich 24 geringeren Durchmessers auf, die über eine Schulter miteinander verbunden sind, wobei die Schulter die Gegenanlagefläche 22 zur Anlage an die absatzartige Anlagefläche 9 des zweiten Endbereiches 5 der Spannmutter 1 bildet. Der Düsenkörperbereich 24 kleineren Durchmessers wird von der Spannmutter 1 im Bereich des Z-förmigen Profils des zweiten Endbereichs 5 umgriffen, wobei die Spannmutter 1 in diesem Bereich einen Innendurchmesser aufweist, der geringfügig größer als der Außendurchmesser des Düsenkörpers 21 ist, so dass sich in einer im Hinblick auf die Wärmeleitung bzw. Wärmestrahlung vorteilhaften Weise zwischen der Spannmutter 1 und dem Düsenkörper 21 ein nur geringer Spalt S bildet.

[0022] In den ringförmigen Raumbereichen 11,12 ist jeweils ein als Ringelement ausgebildetes Füllelement 13 bzw. 14 angeordnet. Diese Ringelemente 13, 14 sind bei der gezeigten Ausführung aus Metall ausgebildet, wobei zur Erzielung einer hohen Wärmeleitfähigkeit ein Material mit hoher Wärmeleitzahl λ, insbesondere aus oder mit Anteilen von Platin, Kupfer oder Silber verwendet wird. Die Ringelemente 13, 14 sind dabei fertigungstechnisch einfach aus einem Stift oder Draht gebildet und in die ringförmigen Raumbereiche 11,12 ein- oder aufrolliert.

[0023] Bei einer weiteren, in Figur 3 ersichtlichen Ausführung der erfindungsgemäßen Spannmutter 1 sind Ringelemente 30, 31 aus Kunststoff mit hoher Wärmeleitfähigkeit in den ringförmigen Raumbereichen 11, 12 angeordnet, wobei der Kunststoff gemäß der Ausgestaltung nach Figur 3 direkt in die ringförmigen Raumbereiche 11, 12 eingespritzt ist. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn der verwendete Kunststoff neben einer relativ hohen Wärmeleitfähigkeit von λ im Bereich von 20 kcal/m*h*grd (entspricht etwa 23,2 W/m*K) oder mehr auch eine gute Haftfähigkeit aufweist, damit er in den ringförmigen Raumbereichen 11, 12 entsprechend gut anhaftet. Je nach Anwendungsfall kann auch vor dem Einspritzen des Kunststoffs eine Haftvermittlerschicht auf die Spannmutter aufgebracht sein. Gegebenenfalls kann als Kunststoff auch Silikon eingesetzt werden, das hochgefüllt sein kann.

[0024] Die Figur 4 zeigt wiederum eine Ausführungsalternative des zweiten Endbereichs 5 der Spannmutter 1, wobei hier in den beiden ringförmigen Raumbereichen 11,12 radial innerhalb bzw. radial außerhalb des Zwischenbereichs 8 jeweils ein Ringelement 40,41 aus Kunststoff mit vorzugsweise hoher Wärmeleitfähigkeit angeordnet ist, welches derart ausgebildet ist, dass es gegenüber dem radial inneren Rand bzw. radial äußeren Rand der radial verlaufenden Bereiche 7, 9 des zweiten Endbereichs 5 etwas nach radial innen bzw. radial außen hervorsteht oder zumindest demgegenüber bündig abschließt.

[0025] Die Ringelemente 40, 41 können wiederum in die Raumbereiche 11, 12 eingespritzt oder als separate Kunststoffringe eingesetzt sein. Auch kann der innere Kunststoffring 40 zumindest teilweise über den Düsenkörper 21 aufgeschoben und dann in den inneren Raumbereich 12 der Spannmutter 1 gebracht werden, wenn die Spannmutter 1 über den Düsenkörper 21 geschoben wird. In diesem Fall liegt ein nach außen hervorstehender Kunststoffring mit Presspassung an dem Düsenkörper an, wobei durchaus eine Materialverdrängung in freies Volumen 42 des inneren ringförmigen Raumbereichs 12 stattfinden kann. Dazu ist es jedoch wesentlich, dass das Ringelement den inneren ringförmigen Raumbereich 12 mit seiner unbelasteten bzw. unbeaufschlagten Passform nicht völlig ausfüllt.

[0026] Die beste Wärmeübertragung wird bei der Lösung gemäß Figur 4 erzielt, wenn der Innendurchmesser des elastischen inneren Ringelements 40 kleiner ist als der Außendurchmesser des Düsenkörpers 21 an der Stelle, an welcher das Ringelement 40 im eingesetzten Zustand anliegt.

[0027] Die Figur 5 zeigt eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit des zweiten Endbereichs 5 der Spannmutter 1, bei der in den beiden ringförmigen Raumbereichen 11, 12 jeweils ein O-Ring 50 bzw. 51 als Ringelement angeordnet ist. Die O-Ringe 50,51 sind derart ausgebildet, dass sie über den jeweiligen ringförmigen Raumbereich 11 bzw. 12 radial leicht hervorstehen oder mit den äußeren Rändern der radial verlaufenden Bereiche 7, 9 des zweiten Endbereichs 5 bündig abschließen.

[0028] Durch die vorzugsweise aus elastischem Material, wie aus Elastomer, gebildeten O-Ringe 50, 51 wird die Wärmeableitung von dem Düsenkörper 21 gefördert. Gleichzeitig bewirkt der innere O-Ring 50 eine Abdichtung zwischen der Spannmutter 1 und dem Düsenkörper 21 im Niederdruckbereich. Je nach Anwendungsfall kann auch der äußere O-Ring 51 als Abdichtung dienen, z. B. wie vorliegend zwischen der Spannmutter 1 und einem Aufnahmebereich einer Brennkraftmaschine, in den die Spannmutter 1 einsetzbar ist.

[0029] Die in den vorigen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele sind nicht auf das Gezeigte beschränkt. Beispielsweise können alternativ zu einer Spannmutter mit im Querschnitt dreiecksartigen ringförmigen Raumbereichen ebenso Spannmuttern mit entsprechend andersartig geformten Raumbereichen verwendbar sein, wie mit im Querschnitt viereckigen oder abgerundeten Raumbereichen, die beispielsweise bei geschwungenem Zwischenbereich der Spannmutter entstehen.

[0030] In Figur 6 ist eine alternativ gestaltete Spannmutter 1 gezeigt, bei der der zweite Endabschnitt 5, welcher zum Einbau in einen Zylinderkopf vorgesehen ist, mit einem angeprägten Bund 15 ausgebildet ist, welcher die stirnseitige Außenauflagefläche 10 bildet. Das Anstauchen des Bundes 15 kann durch Kaltfließpressen oder durch Warmumformen bei circa 500 °C erfolgen, wobei z. B. ein vor dem Stauchen 8,1 mm bis 9,4 mm langer zweiter Endbereich 5 mit einem Innendurchmesser von 9,6 mm und einem Außendurchmesser von 12,6 mm auf eine Länge von 4,7 mm bei einem Außendurchmesser von 15 mm gestaucht sein kann. Damit entspricht der Außendurchmesser des angeprägten Bundes 15 einer Sechskant-Schlüsselweite einer aus Vollmaterial gebildeten Spannmutter.

[0031] Der Vorteil der Ausführung gemäß Figur 6 besteht darin, dass die Blech-Spannmutter 1 einteilig bleibt, womit keine unterschiedlichen Wärmeausdehnungen auftreten und das gleiche Wärmeübertragungsvermögen wie bei Vollmaterial-Spannmuttern gegeben ist. Weiterhin können in vorteilhafter Weise Erprobungen an einer Kraftstoffverbrennungsmaschine entfallen.

[0032] Bei allen gezeigten Ausführungen kann durch besondere Oberflächenbeschichtungen bzw. Oberflächenbehandlungen eine zusätzlich verbesserte Wärmeleitung erzielt werden. So kann die radial innere Oberfläche 25 der Spannmutter 1 und/oder die radial äußere Oberfläche 26 des Düsenkörpers 21 dunkel bzw. vorteilhaft schwarz ausgebildet sein. Dies kann vorzugsweise mit einer Oberflächenbeschichtung wie einer schwarzen Brünierung oder einer DC-Beschichtung erfolgen. Eine Verbesserung der Wärmestrahlung wird dabei vor allem erzielt, wenn die Umgebungstemperatur geringer ist als die Temperatur der Spannmutter. Auch können alle aufgeführten Maßnahmen zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit bzw. Wärmestrahlung miteinander beliebig kombiniert werden.

Ansprüche

1. Spannmutter, insbesondere zum Verbinden eines Düsenkörpers mit einem Düsengrundkörper eines Kraftstoffeinspritzventils, mit im wesentlichen hülsenförmiger Gestalt, wobei ein erster axialer Endbereich (2) ein Innengewinde (3) aufweist und ein zweiter axialer Endbereich (5) verringerten Innendurchmessers stirnseitig eine Außenauflagefläche (10) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Endbereich (5) zwei axial beabstandete, sich in radialer Richtung erstreckende, im Wesentlichen ringförmige Bereiche (6, 7) aufweist, die mittels eines sich endwärts radial erweiternden Zwischenbereichs (8) verbunden sind, wobei der Zwischenbereich (8) mit einem angrenzenden ringförmigen Bereich (6, 7) jeweils einen ersten, innerhalb der Spannmutter (1) liegenden ringförmigen Raumbereich (12) und einen zweiten, außerhalb der Spannmutter (1) liegenden ringförmigen Raumbereich (11) bildet, und wobei in dem ersten Raumbereich (12) und/oder in dem zweiten Raumbereich (11) zumindest ein Füllelement (13, 14; 30, 31; 40, 41; 50, 51) angeordnet ist.

2. Spannmutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Füllelement als ein Ringelement (13, 14; 30, 31; 40, 41; 50, 51) ausgebildet ist.

3. Spannmutter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Füllelement (13, 14) aus Metall ausgebildet ist.

4. Spannmutter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllelement (13, 14) aus Kupfer, Platin oder Silber ausgebildet ist.

5. Spannmutter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllelement (13, 14) aus einem Stift oder Draht gebildet ist und in den zumindest einen Raumbereich (11, 12) ein- oder aufrolliert ist.

6. Spannmutter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Füllelement (30, 31; 40, 41; 50, 51) aus Kunststoff ausgebildet ist.

7. Spannmutter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllelement (40, 41) als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet ist und in den zumindest einen Raumbereich (11, 12) eingesetzt ist.

8. Spannmutter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllelement (30, 31) als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet ist und in den zumindest einen Raumbereich (11, 12) eingespritzt ist.

9. Spannmutter nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff eine Wärmeleitzahl λ im Bereich von mehr als 20 kcal/m*h*grd aufweist.

10. Spannmutter nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllelement als ein O-Ring (50, 51) ausgebildet ist.

11. Spannmutter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der O-Ring (50, 51) aus einem Elastomer gebildet ist.

12. Spannmutter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllelement (40, 41; 50, 51) radial nach innen gegenüber der Spannmutter (1) mit ihren beabstandeten sich in radialer Richtung erstreckenden Bereichen (6, 7) vorsteht.

13. Spannmutter, insbesondere zum Verbinden eines Düsenkörpers mit einem Düsengrundkörper eines Kraftstoffeinspritzventils, mit im wesentlichen hülsenförmiger Gestalt, wobei ein erster axialer Endbereich (2) ein Innengewinde (3) aufweist und ein zweiter axialer Endbereich (5) verringerten Innendurchmessers stirnseitig eine Außenauflagefläche (10) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Endbereich (5) mit einem angeprägten, die Au-ßenauflagefläche (10) bildenden Bund (15) ausgebildet ist.

14. Spannmutter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Bund (15) durch Kaltfließpressen oder Warmumformen angestaucht ist.

15. Spannmutter nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannmutter (1) in ihrem zweiten Endbereich (5) an einer radial inneren Oberfläche (25) mit einer Oberflächenbeschichtung versehen ist.

16. Spanmutter nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbeschichtung eine schwarze Brünierung oder DC-Beschichtung ist.

17. Spannmutter nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannmutteroberfläche radial innen und/oder außen mit einer oberflächenvergrößernden Struktur, wie einer kugelgestrahlten Struktur oder einer Kerbverzahnung, versehen ist.

18. Spannmutter nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannmutter (1) radial innen und/oder außen mit einer Oberflächenbeschichtung aus Metall, insbesondere aus oder mit Platin, Kupfer, Silber, Aluminium, Messing oder Nickel, ausgebildet ist.

19. Spannmutter nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannmutter aus tiefgezogenem Stahlblech gefertigt ist.

Zeichnung