[0001] Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff
in den Brennraum einer Brennkraftmaschine.
Stand der Technik
[0002] Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2011 078 353 A1 ist ein Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer
Brennkraftmaschine bekannt, der ein Ventilgehäuse und einen Düsenkörper umfasst, die
mit Hilfe einer Spannmutter gegeneinander verspannt sind. Um beim Anziehen der Spannmutter
ein Verdrehen von Ventilgehäuse und Düsenkörper zu unterbinden, ist ein Fixierstift
bzw. Sicherungsstift in einander zugewandten Sacklochbohrungen von Ventilgehäuse und
Düsenkörper angeordnet.
[0003] Die Drehmomentübertragung zwischen Ventilgehäuse und Düsenkörper des bekannten Kraftstoffinjektors
erfolgt zu einem großen Teil über den Sicherungsstift, der somit sehr großen Querkräften
und Scherbeanspruchungen ausgesetzt ist. Demzufolge begrenzt die Festigkeit des Sicherungsstiftes
das maximal zulässige Anzugsmoment der Spannmutter und somit auch den maximal zulässigen
Nenndruck des Kraftstoffinjektors. Weiterhin ist der Sicherungsstift bzw. die Sicherungsstifte
teuer.
[0004] Weiterhin ist aus der
DE 10 2005 012 682 A1 ein Kraftstoffinjektor bzw. eine Kraftstoffeinspritzdüse mit einem ersten Bauteil
und einem zweiten Bauteil bekannt, wobei Eingriffsabschnitte an der Mantelfläche des
ersten Bauteil und an der Mantelfläche des zweiten Bauteils formschlüssig miteinander
in Verbindung stehen. Dadurch ist eine vergleichsweise komplexe Verdrehsicherung realisiert.
Offenbarung der Erfindung
[0005] Bei der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung wird der zulässige Nenndruck
gesteigert, indem das maximal zulässige Anzugsmoment - ohne dass es zu einer Relativverdrehung
der zu verschraubenden Bauteile kommt - für die Spannmutter durch eine Erhöhung des
Reibwerts zwischen den zu verschraubenden Bauteilen gesteigert wird; die Niederhaltekraft
des Montagewerkzeugs auf die zu verschraubenden Bauteile während des Anziehens der
Spannmutter braucht dadurch nicht gesteigert werden, sondern kann sogar gesenkt werden.
Die Erfindung ist nicht auf einen Kraftstoffinjektor begrenzt, sondern eignet sich
generell für eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in
den Brennraum einer Brennkraftmaschine.
[0006] Dazu umfasst die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzvorrichtung ein erstes Bauteil
und ein zweites Bauteil, die durch eine Spannmutter axial gegeneinander verschraubt
sind, wobei die Spannmutter in einem Gewindeeingriff mit dem ersten Bauteil steht,
so dass eine am ersten Bauteil ausgebildete erste Stirnfläche mit einer am zweiten
Bauteil ausgebildeten zweiten Stirnfläche zusammengepresst ist. Zumindest die erste
Stirnfläche ist derart strukturiert, dass während des Anziehens der Spannmutter kein
Verdrehen von erstem Bauteil und zweitem Bauteil erfolgt. Die erste Stirnfläche weist
als Struktur Riefen auf. Diese können besonders mit den Bearbeitungsverfahren Schleifen
und Drehen gezielt in einfacher Fertigungsbearbeitung aufgebracht werden. Dabei können
die Riefen sowohl eher mikroskopischer Art zur Erhöhung der Rauheit als auch eher
makroskopischer Art zur Erhöhung der Welligkeit der ersten Stirnfläche sein. In beiden
Fällen wird der Haftreibwert zwischen erster Stirnfläche und zweiter Stirnfläche erhöht.
Besonders vorteilhaft sind Riefen, die auf der ersten Stirnfläche die Welligkeit erhöhen,
wenn auf der zweiten Stirnfläche dazu korrespondierende Riefen in Negativform ausgebildet
sind und umgekehrt. Die Riefen von erster und zweiter Stirnfläche greifen dann ineinander,
was eine deutliche Steigerung des übertragbaren Anzugsmoments von erstem Bauteil zu
zweitem Bauteil zur Folge hat. Besonders vorteilhaft können dann die Verfahren Laserstrukturieren
und Prägen verwendet werden.
[0007] Die Strukturierung erhöht den Reibwert, speziell den Haftreibwert, im Kontakt von
erstem Bauteil zu zweitem Bauteil, so dass dadurch das maximal übertragbare Anzugsmoment
der Spannmutter - bei konstanter Niederhaltekraft auf erstes und zweites Bauteil -
gegenüber einer unstrukturierten Stirnfläche erhöht wird, ohne dass sich das erste
Bauteil und das zweite Bauteil gegeneinander verdrehen.
[0008] In einer vorteilhaften Ausführung erstreckt sich die Strukturierung über die gesamte
erste Stirnfläche. Die maximale Drehmomentübertragung von erstem Bauteil zu zweitem
Bauteil bzw. umgekehrt wird dadurch über eine größtmögliche Fläche verteilt; ihre
Steigerung aufgrund der Strukturierung ist damit besonders groß.
[0009] In einer anderen vorteilhaften Ausführung erstreckt sich die Strukturierung über
ringsektorförmige Segmente der ersten Stirnfläche. Die ringsektorförmigen Segmente
haben die Form von Kuchenstücken mit einer optionalen zentrischen Bohrung, z.B. zur
Führung einer Ventilnadel, in der "Kuchenmitte". Besonders vorteilhaft werden sie
verwendet, wenn Hochdruckbohrungen die erste Stirnfläche durchsetzen. Die Hochdruckbohrungen
werden dann im Kontakt von erster Stirnfläche und zweiter Stirnfläche über ringsektorförmige
Dichtflächen abgedichtet. In einer ersten Variante sind die Dichtflächen strukturiert,
so dass über diese Flächen sowohl abgedichtet als auch ein Großteil des Anzugsmoments
übertragen wird. In einer zweiten Variante werden die beiden Funktionen Abdichtung
und Momentenübertragung getrennt: die Momentenübertragung erfolgt über die strukturierten
ringsektorförmigen Segmente und die Abdichtung über die zwischen diesen liegenden
Segmente, die ebenfalls ringsektorförmig sind. Vorzugsweise sind drei strukturierte
ringsektorförmige Segmente alternierend mit drei unstrukturierten ringsektorförmigen
Segmenten ausgebildet, wobei ein Segment jeweils über 60° der Stirnfläche ausgebildet
ist.
[0010] In einer anderen vorteilhaften Ausführung erstreckt sich die Strukturierung über
ein kreisringförmiges Segment der ersten Stirnfläche. Auch durch diese Ausführung
können Hochdruckbohrungen, die die erste Stirnfläche durchsetzen, gut abgedichtet
werden: Analog zur vorangegangenen Ausführung liegen die Hochdruckbohrungen dabei
entweder alle im strukturierten kreisringförmigen Segment oder alle in einem oder
mehreren unstrukturierten kreisringförmigen Segmenten der ersten Stirnfläche. In beiden
Ausführungsbeispielen kann zur Abdichtung eine besonders wirkungsvolle Dichtkante
an der Grenze von dem strukturierten kreisringförmigen Segment zu einem unstrukturierten
kreisringförmigen Segment ausgebildet werden.
[0011] In einer anderen vorteilhaften Ausführung können strukturierte ringsektorförmige
Segmente mit strukturierten kreisringförmigen Segmenten kombiniert werden, entweder
additiv als Vereinigungsmenge aller strukturierten Segmente, oder exklusiv als Schnittmenge
der Strukturen von ringsektorförmigen mit kreisringförmigen Segmenten.
[0012] In vorteilhaften Weiterbildungen der vorangegangenen Ausführungen ist die erste Stirnfläche
strukturiert, indem sie eine gemittelte Rautiefe 6 µm ≤ R
Z ≤ 16 µm aufweist. Diese gemittelte Rautiefe Rz ist höher als die üblichen Rauheitswerte
von erster Stirnfläche und zweiter Stirnfläche, so dass dadurch auch der Reibwert
zwischen erster Stirnfläche und zweiter Stirnfläche im Vergleich zu unstrukturierten
Stirnflächen höher ist.
[0013] In einer vorteilhaften Ausführung verlaufen die Riefen in zwei unterschiedlichen
Hauptrichtungen, so dass sich ein Kreuzschliff ergibt. Dadurch wird die erste Stirnfläche
stark aufgeraut, so dass sich eine vergleichsweise große mittlere Rautiefe Rz ergibt,
die zudem nahezu richtungsunabhängig ist. Damit ist auch der Reibwert nahezu unabhängig
von der Dreh- bzw. Schraubrichtung. Vorteilhafterweise wird der Kreuzschliff bei Riefen
R der mikroskopischen Art verwendet, da ein Gegenschliff auf der zweiten Stirnfläche
in Negativform fertigungstechnisch nicht umzusetzen ist.
[0014] In vorteilhaften Ausführungen der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung
ist auch die zweite Stirnfläche strukturiert. Im Falle mikroskopischer Strukturierungen
sind dadurch die gemittelten Rautiefen Rz von erster Stirnfläche und zweiter Stirnfläche
vergleichsweise hoch, womit sich der Haftreibwert gegenüber einem tribologischen System
mit nur einer strukturierten Stirnfläche noch einmal erhöht, da sich bei zwei strukturierten
Stirnflächen die Rauheitsspitzen der gegenüberliegenden Stirnflächen ineinander verhaken.
Im Falle makroskopischer Strukturierungen sind vorzugsweise die erste Stirnfläche
und die zweite Stirnfläche jeweils negativ zueinander strukturiert, damit die Strukturen
der beiden Stirnflächen in Eingriff gegeneinander stehen. Dadurch wird für die Drehmomentübertragung
eine Art Formschluss von erstem Bauteil zu zweitem Bauteil ausgebildet.
[0015] In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung
ist ein Sicherungsstift als zusätzliche Verdrehsicherung zwischen dem ersten Bauteil
und dem zweiten Bauteil angeordnet. Vor allem bei der Verwendung von mikroskopischen
Strukturierungen kann dies bei extremer Steigerung des Anzugsmoments der Spannmutter
erforderlich sein. Dadurch kann eine weitere Steigerung der abzudichtenden Nenndrücke
innerhalb der Kraftstoffeinspritzvorrichtung erfolgen. Weiterhin kann bei dieser Ausführung
gänzlich auf eine Niederhaltekraft auf erstes und zweites Bauteil verzichtet werden.
Zusätzlich dient der Sicherungsstift als Montagehilfe zur Positionierung von erstem
Bauteil und zweitem Bauteil; dazu können selbstverständlich auch mehrere Sicherungsstifte
verwendet werden.
[0016] In vorteilhaften Ausführungen weisen das erste Bauteil, das zweite Bauteil und die
Spannmutter eine im Wesentlichen axialsymmetrische Form auf. Besonders wenn die Spannmutter
als eine Art Überwurfmutter ausgeführt ist, kann eine koaxiale Ausrichtung von erstem
Bauteil zu zweitem Bauteil in vergleichsweise einfacher Form gestaltet werden.
[0017] In einer vorteilhaften Ausführung liegt die Spannmutter an einer Schulter des zweiten
Bauteils an und gleitet beim Anziehen auf dieser ab. Ein direkter Kraftfluss von der
Spannmutter zum ersten Bauteil und zum zweiten Bauteil ist dadurch gewährleistet.
Das Abgleiten der Spannmutter auf der Schulter des zweiten Bauteils erfolgt dabei
im gleichen Maße wie das Eindrehen in das Gewinde des ersten Bauteils, so dass keine
Relativverdrehung von erstem Bauteil zu zweitem Bauteil erfolgt. Dazu muss das übertragbare
Drehmoment zwischen Spannmutter und zweitem Bauteil kleiner sein als das übertragbare
Drehmoment zwischen zweitem Bauteil und erstem Bauteil. Dementsprechend ist vorzugsweise
die Oberfläche der Schulter, die mit der Spannmutter zusammenwirkt, unstrukturiert
und weist eine geringe mittlere Rautiefe R
Z auf als die erste Stirnfläche und/oder die zweite Stirnfläche. Optional kann auch
eine Beschichtung auf die Schulter aufgebracht werden, die eine niedrige Gleitreibung
zur Folge hat.
[0018] In einer anderen vorteilhaften Ausführung der Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist
ein drittes Bauteil am zweiten Bauteil gegenüberliegend dem ersten Bauteil angeordnet.
Eine am dritten Bauteil ausgebildete dritte Stirnfläche ist mit einer am zweiten Bauteil
ausgebildeten weiteren Stirnfläche zusammengepresst, wobei die Spannmutter an einer
Schulter des dritten Bauteils anliegt und beim Anziehen auf dieser abgleitet. Dadurch
werden drei Bauteile, nämlich das erste, das zweite und das dritte Bauteil, durch
die Spannmutter zusammengepresst. Vorzugsweise wird eine derartige Ausführung verwendet,
um Funktionen der Kraftstoffeinspritzvorrichtung in dem zusätzlichen dritten Bauteil
vorteilhafter anzuordnen bzw. um zusätzliche Funktionen für die Kraftstoffeinspritzvorrichtung
zu integrieren.
[0019] Vorteilhafterweise sind in einer Weiterbildung auch die dritte Stirnfläche und/oder
die weitere Stirnfläche strukturiert. Dadurch erfolgt eine Steigerung der verdrehsicheren
Drehmomentübertragung sowohl zwischen erstem und zweitem als auch zwischen zweitem
und drittem Bauteil.
[0020] In vorteilhaften Ausführungen der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung
ist die Strukturierung durch Sputtern, Prägen, Ätzen, Sandstrahlen oder Laserstrukturieren
aufgebracht. Dabei werden vorzugsweise mikroskopische Strukturierungen durch die Oberflächenbearbeitungen
Sputtern, Ätzen oder Sandstrahlen aufgebracht und makroskopische Strukturierungen
durch die Oberflächenbearbeitungsverfahren Prägen oder Laserstrukturieren.
[0021] In einer vorteilhaften Ausführung ist die Kraftstoffeinspritzvorrichtung ein Kraftstoffinjektor.
Besonders bei Kraftstoffinjektoren ist eine Steigerung des zulässigen Anzugsmoments
einer Spannmutter ohne gleichzeitiges Verdrehen der verspannten Bauteile erforderlich,
da für zukünftige Anwendungen auch die abzudichtenden Drücke des Kraftstoffs innerhalb
des Kraftstoffinjektors weiter steigen.
Zeichnungen
[0022]
Fig.1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzvorrichtung, wobei nur
die wesentlichen Bereiche dargestellt sind.
Fig.2 zeigt den Schnitt A-A der Fig.1 in einem nicht erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel.
Fig.3 zeigt den Schnitt A-A der Fig.1 in einem nicht erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel.
Fig.4 zeigt den Schnitt A-A der Fig.1 in einem nicht erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel.
Fig.5 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung,
wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind.
Fig.6 zeigt den Schnitt B-B der Fig.5 in einem Ausführungsbeispiel.
Fig.7 zeigt einen Ausschnitt der Fig.2 und der Fig.6 in einem Ausführungsbeispiel.
Fig.8a zeigt schematisch einen Ausschnitt eines nicht erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung, wobei nur die wesentlichen Bereiche
dargestellt sind.
Fig.8b zeigt den Schnitt C-C der Fig.8a eines nicht erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels.
Fig.9 zeigt schematisch ein nicht erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Kraftstoffeinspritzvorrichtung, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind.
Beschreibung
[0023] Fig.1 zeigt eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 100 zum Einspritzen von Kraftstoff in den
Brennraum einer Brennkraftmaschine, wobei nur die für die vorliegende Erfindung wesentlichen
Teile dargestellt sind. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 100 kann dabei beispielsweise
ein Kraftstoffinjektor sein, wie er in einem Common Rail System verwendet wird.
[0024] Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 100 umfasst ein erstes Bauteil 1 und ein zweites
Bauteil 2, die mit einer Spannmutter 5 gegeneinander verschraubt sind, so dass eine
am ersten Bauteil 1 ausgebildete erste Stirnfläche 1a mit einer am zweiten Bauteil
2 ausgebildeten zweiten Stirnfläche 2a verpresst wird. Die Spannmutter 5 steht in
einem Gewindeeingriff mit einem am ersten Bauteil 1 ausgebildeten Gewinde und liegt
an einer Schulter 2s des zweiten Bauteils 2 an. Beim Anziehen der Spannmutter 5 gleitet
diese auf der Schulter 2s ab.
[0025] Das erste Bauteil 1 und das zweite Bauteil 2 sollen durch die Spannmutter 5 gegeneinander
dicht verschraubt werden. Während des Anziehprozesses soll ein Verdrehen der beiden
Bauteile 1, 2 gegeneinander verhindert werden. Dies geschieht mit einer Andruckkraft
durch die Spannmutter 5 und/oder eine externe Niederhaltekraft eines Montagewerkzeugs
auf die beiden Bauteile 1, 2. Eine Steigerung des übertragbaren Drehmoments zwischen
den beiden Bauteilen 1, 2 - und damit eine höhere Sicherheit gegen Verdrehen - wird
durch eine Erhöhung des Reibwertes der ersten Stirnfläche 1a und/oder der zweiten
Stirnfläche 2a, oder auch durch Formschlüsse zwischen der ersten Stirnfläche 1a und
der zweiten Stirnfläche 2a erzielt. Dadurch erhöht sich der Reibwert zwischen ihnen
derart, dass die übertragbare Querkraft bzw. das übertragbare Drehmoment derart gesteigert
wird, dass eine Verdrehung von erstem Bauteil 1 und zweitem Bauteil 2 während des
Anziehens der Spannmutter 5 verhindert wird. In Folge dessen kann entweder die Niederhaltekraft
durch eine nicht dargestellte Niederhaltevorrichtung auf erstes Bauteil 1 und zweites
Bauteil 2 während des Anziehens der Spannmutter 5 verringert werden oder das Anzugsmoment
der Spannmutter 5 bei konstanter Niederhaltekraft gesteigert werden.
[0026] Erstes Bauteil 1 und zweites Bauteil 2 können dabei beispielsweise Bauteile eines
Kraftstoffinjektors sein, wie Injektorkörper und Düsenkörper. Für diesen Fall weist
das zweite Bauteil 2 Einspritzöffnungen 20 auf. Es ist jedoch auch denkbar, dass weitere
Bauteile, wie beispielsweise eine Ventilplatte oder eine Drosselplatte, über die Spannmutter
5 verschraubt werden, so dass sich zusätzliche Kontaktflächen ergeben, die ebenfalls
Strukturierungen aufweisen, so dass auch dort ein Verdrehen der Bauteile gegeneinander
verhindert wird; ein derartiges nicht erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel wird jedoch
in
Fig.5 noch näher beschrieben.
[0027] Fig.2 zeigt den Schnitt A-A der
Fig.1, also die Kontaktebene von erster Stirnfläche 1a zu zweiter Stirnfläche 2a in einem
nicht erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel. Dargestellt sind das erste Bauteil 1
und die Spannmutter 5. Das erste Bauteil 1 weist eine beispielhafte Bohrung 1c auf,
die auch die erste Stirnfläche 1a durchschneidet, wie sie beispielsweise zum Durchführen
einer Ventilnadel verwendet wird. Es sind auch weitere Bohrungen, beispielweise als
Zulaufdrossel oder als Ablaufdrossel ausgebildete Bohrungen, denkbar, die die erste
Stirnfläche 1a durchschneiden. Derartige Bohrungen sind aus dem Stand der Technik
hinlänglich bekannt.
[0028] Die in
Fig.2 gezeigte Strukturierung erstreckt sich über die gesamte erste Stirnfläche 1a. Die
Strukturierung kann so vergleichsweise einfach durch eine Oberflächenbearbeitung erfolgen,
die kein Aussparen einzelner Teile der ersten Stirnfläche 1a erfordert. In anderen
Ausführungsformen kann auch die zweite Stirnfläche 2a anstelle der oder zusätzlich
zur ersten Stirnfläche 1a strukturiert sein.
[0029] Fig.3 zeigt den Schnitt A-A der
Fig.1 eines nicht erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels. In diesem nicht erfindungsgemäßen
Ausführungsbeispiel ist die erste Stirnfläche 1a von zwei Bohrungen 1c und 1d durchschnitten,
wobei die erste Bohrung 1c zentrisch angeordnet ist. Die erste Stirnfläche 1a gliedert
sich von außen nach innen in drei kreisringförmige Segmente 1n1, 1r und 1n2, wobei
das äußere Segment 1n1 und das innere Segment 1n2 nicht strukturiert sind, während
das mittlere kreisringförmige Segment 1r strukturiert ist.
[0030] In verschiedenen Anwendungen des nicht erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels der
Fig.3 kann das strukturierte kreisringförmige Segment 1r entweder eine Dichtfläche des
ersten Bauteils 1 zum zweiten Bauteil 2 sein, oder aber auch eine Fläche, die sich
an eine unstrukturierte Dichtfläche anschließt; im zweiten Fall wäre die Dichtfläche
dann entweder das äußere Segment 1n1 oder das innere Segment 1n2, wobei dann natürlich
die Bohrungen 1c und 1d so verlaufen müssen, dass sie über die Dichtfläche in der
Schnittebene A-A abgedichtet sind.
[0031] In einem nicht erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel gemäß der
Fig.3 kann zur Abdichtung eine besonders wirkungsvolle Dichtkante an der Grenze von dem
strukturierten kreisringförmigen Segment 1r zu einem unstrukturierten kreisringförmigen
Segment, also entweder 1n1 oder 1n2, ausgebildet werden. Dies wird beispielsweise
erzielt, indem die erste Stirnfläche 1a nicht planar ausgeführt ist, sondern konvex,
oder indem das strukturierte kreisringförmige Segment 1r zu dem zu ihm benachbarten
unstrukturierten kreisringförmigen Segment, also zu 1n1 und/oder zu 1n2, einen sehr
kleinen Winkel (ca. 0,5°) aufweist.
[0032] Fig.4 zeigt den Schnitt A-A der
Fig.1 eines nicht erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels. In diesem nicht erfindungsgemäßen
Ausführungsbeispiel ist die erste Stirnfläche 1a von drei Bohrungen 1c, 1d und 1e
durchsetzt, wobei die erste Bohrung 1c zentrisch angeordnet ist. Anders als in der
vorangegangenen Ausführung nach
Fig.3 gliedert sich die erste Stirnfläche 1a nicht in kreisringförmige Segmente, sondern
in ringsektorförmige Segmente, also in kuchenstückförmige Segmente, die in der zentrischen
Bohrung 1c zusammentreffen. In der dargestellten Ausführung sind drei ringsektorförmige
Segmente 1k strukturiert und drei weitere ringsektorförmige Segmente 1n nicht strukturiert,
wobei umlaufend jeweils ein strukturiertes Segment 1k auf ein unstrukturiertes Segment
1n folgt und die Segmente jeweils 60° umfassen. In ähnlichen Ausführungsformen sind
selbstverständlich Segmentierungen denkbar, die eine andere Anzahl von Segmenten und/oder
andere Segmentwinkel umfassen.
[0033] Vorteilhafterweise sind die nichtzentrischen Bohrungen 1d und 1e jeweils in einem
strukturierten ringsektorförmigen Segment 1k angeordnet, für den Fall dass über die
strukturierten ringsektorförmigen Segmente 1k abgedichtet wird, oder die nichtzentrischen
Bohrungen 1d und 1e sind jeweils in einem unstrukturierten ringsektorförmigen Segment
1n angeordnet, für den Fall dass über die unstrukturierten ringsektorförmigen Segmente
1n abgedichtet wird.
[0034] Speziell wenn die erste Stirnfläche 1a mit Oberflächenbearbeitungsverfahren wie Laserstrukturierung
oder Prägen bearbeitet wird, können auch beliebig komplexe Segmentierungen aufgebracht
werden. Beispielsweise ist es denkbar die Ausführung der
Fig.3 mit der der
Fig.4 zu kombinieren:
- In einer ersten Unterausführung werden die kreisringförmigen Segmente 1r und die ringsektorförmigen
Segmente 1k additiv überlagert, so dass sich eine Vereinigungsmenge der strukturierten
Flächen ergibt. Dadurch kann z.B. die zentrische Bohrung 1c besser abgedichtet werden,
wenn die Abdichtung über die strukturierte Fläche erfolgt.
- In einer zweiten Unterausführung werden die kreisringförmigen Segmente 1r und die
ringsektorförmigen Segmente 1k exklusiv überlagert, so dass sich für dieses Ausführungsbeispiel
eine Schnittmenge der strukturierten Flächen aus den Ausführungsbeispielen von Fig.3 und Fig.4 ergibt. Dadurch kann z.B. die zentrische Bohrung 1c besser abgedichtet werden, wenn
die Abdichtung über die nichtstrukturierte Fläche erfolgt.
[0035] Auch zu den nicht erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen der
Fig.3 und
Fig.4 sind Varianten denkbar, bei denen die zweite Stirnfläche 2a anstelle der oder zusätzlich
zur ersten Stirnfläche 1a strukturiert ist.
[0036] Fig.5 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung
100, bei dem ein zusätzliches drittes Bauteil 3 mit dem ersten Bauteil 1 und dem zweiten
Bauteil 2' über die Spannmutter 5 verspannt ist. Dabei ist das zweite Bauteil 2' zwischen
dem ersten Bauteil 1 und dem dritten Bauteil 3 angeordnet. Der Kraftfluss des Schraubverbandes
ist dabei wie folgt:
- Die Spannmutter 5 steht im Gewindeeingriff mit dem ersten Bauteil1.
- Das erste Bauteil 1 wirkt an der ersten Stirnfläche 1a mit dem zweiten Bauteil 2'
an der zweiten Stirnfläche 2a' zusammen.
- Das zweite Bauteil 2' wirkt außerdem an einer an ihm ausgebildeten weiteren Stirnfläche
2b', die der zweiten Stirnfläche 2a' entgegengesetzt angeordnet ist, mit dem dritten
Bauteil 3 an einer an diesem ausgebildeten dritten Stirnfläche 3a zusammen.
- Die Spannmutter 5 steht im Eingriff mit einer am dritten Bauteil ausgebildeten Schulter
3s, wobei die Schulter 3s der dritten Stirnfläche 3a entgegengesetzt angeordnet ist.
[0037] Fig.6 zeigt den Schnitt B-B der
Fig.5 in einem Ausführungsbeispiel. Dabei ist der Schnitt B-B analog zu dem Schnitt A-A
der
Fig.2, bezieht sich jedoch auf das zweite Bauteil 2' in der Kontaktebene zum dritten Bauteil
3:
Dargestellt sind das zweite Bauteil 2' und die Spannmutter 5. Das zweite Bauteil 2'
weist eine beispielhafte Bohrung 2c' auf, die auch die weitere Stirnfläche 2b' durchsetzt.
Es sind auch weitere Bohrungen, beispielweise als Zulaufdrossel oder als Ablaufdrossel
ausgebildete Bohrungen, denkbar, die die weitere Stirnfläche 2b' durchsetzen. Fig.6 zeigt schematisch eine Strukturierung, die sich über die gesamte weitere Stirnfläche
2b' erstreckt. Jedoch sind auch für die weitere Stirnfläche 2b' andere Strukturierungen
möglich, die beispielsweise analog ausgeführt sind zu den nicht erfindungsgemäßen
Ausführungsbeispielen der Fig.3 und Fig.4 für die erste Stirnfläche 1a.
[0038] Fig.7 zeigt einen Ausschnitt einer strukturierten Stirnfläche, wie er beispielsweise in
der
Fig.2 und der
Fig.6 gekennzeichnet ist. Generell ist dieser Ausschnitt für jedes strukturierte Segment
möglich und soll lediglich eine Ausführungsform der Strukturierung darstellen. Die
Strukturierung besteht aus einzelnen Riefen R, wie sie beispielsweise bei der Oberflächenbearbeitung
über einen Schleifprozess aufgebracht werden. In der in Fig.7 dargestellten speziellen
Ausführung verlaufen die Riefen R im Groben in zwei unterschiedlichen Hauptrichtungen
R1 und R2, die weitestgehend senkrecht aufeinander stehen, so dass sich im Wesentlichen
eine Art Kreuzschliff als Struktur ergibt.
[0039] Fig.8a zeigt schematisch einen Ausschnitt eines nicht erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung, bei dem das erste Bauteil 1
mit dem zweiten Bauteil 2; 2' verspannt ist, wobei die Spannmutter nicht dargestellt
ist.
[0040] In dieser Ausführung sind die Strukturierungen der ersten Stirnfläche 1a und der
zweiten Stirnfläche 2a; 2a' vergleichsweise groß: Auf der ersten Stirnfläche 1a werden
Aufnahmenuten 1p aufgebracht und auf der zweiten Stirnfläche dazu passgenau Passfedererhebungen
2p; 2p', die vorzugsweise eine Höhe h von 25 µm bis 63 µm aufweisen, wobei jeweils
eine Passfedererhebung 2p; 2p' in einer Aufnahmenut 1p angeordnet ist. Beim Anziehen
der Spannmutter wirken die Passfedererhebungen 2p; 2p' wie viele kleine Passfedern
und eignen sich daher besonders gut für eine Drehmomentübertragung. Bei größeren Höhen
der Strukturierungen als 63 µm wird die Toleranz der Baugruppe hinsichtlich der Parallelität
negativ beeinflusst, bei kleineren Höhen als 25 µm ist dagegen der Effekt des Formschlusses
zu gering.
[0041] Fig.8b zeigt den Schnitt C-C der
Fig.8a, also eine Draufsicht auf die zweite Stirnfläche 2a; 2a' des zweiten Bauteils 2; 2'
in einem nicht erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel. In diesem nicht erfindungsgemäßen
Ausführungsbeispiel weist das zweite Bauteil drei Bohrungen 2c; 2c', 2d; 2d' und 2e;
2e' auf, die beispielhaft als druckbelastete Bohrungen bzw. Führungsbohrungen skizziert
sind. Auf der zweiten Stirnfläche 2a; 2a' sind mehrere Passfedererhebungen 2p; 2p'
angeordnet, die in diesem Ausführungsbeispiel eine dreieckige Form in der Draufsicht
besitzen. Selbstverständlich sind auch weitere Formen wie z.B. Kreisform oder Rechteckform
verwendbar. Die Passfedererhebungen 2p; 2p' sind vorteilhafterweise so angeordnet,
dass sie gleichzeitig als Montagehilfe dienen.
[0042] Besonders die Oberflächenbearbeitungsverfahren Prägen und Laserstrukturieren eignen
sich, um auf die beiden Stirnflächen 1a und 2a; 2a' Aufnahmenuten 1p bzw. Passfedererhebungen
2p; 2p' aufzubringen. Die Toleranzen sollten dabei so gewählt werden, dass die Seitenflächen
von Aufnahmenuten 1p und Passfedererhebungen 2p; 2p' gut miteinander in Eingriff kommen,
also vergleichsweise eng toleriert sind. In axialer Richtung der Bauteile soll ein
Kontakt zwischen Aufnahmenuten 1p und Passfedererhebungen 2p; 2p' vermieden werden,
so dass die axiale Vorspannkraft zwischen erstem Bauteil 1 und zweitem Bauteil 2;
2' auf die beiden Stirnflächen 1a und 2a; 2a' außerhalb der Aufnahmenuten 1p bzw.
Passfedererhebungen 2p; 2p' wirkt.
[0043] Fig.9 zeigt ein nicht erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung.
Dieses Ausführungsbeispiel ist dem der Fig.1 sehr ähnlich, also mit einer strukturierten
ersten Stirnfläche 1a und einer zweiten Stirnfläche 2a, die wahlweise ebenfalls strukturiert
werden kann. Als Montagehilfe und/oder zur weiteren Erhöhung des übertragbaren Drehmoments
zwischen erstem Bauteil 1 und zweitem Bauteil 2 bzw. zur Reduzierung der Niederhaltekraft
auf die beiden Bauteile 1, 2 während des Anziehens der Spannmutter 5 ist mindestens
ein Sicherungsstift 7 zwischen erstem Bauteil 1 und zweiten Bauteil 2 in dafür ausgebildeten
Bohrungen angeordnet:
- Eine erste Stiftbohrung 12 ist im ersten Bauteil 1 in axialer Richtung als Sacklochbohrung
von der ersten Stirnfläche 1a ausgehend ausgebildet.
- Eine zweite Stiftbohrung 22 ist der ersten Stiftbohrung 12 gegenüberliegend im zweiten
Bauteil 2 in axialer Richtung als Sacklochbohrung von der zweiten Stirnfläche 2a ausgehend
ausgebildet.
[0044] Die Anordnung eines oder mehrerer Sicherungsstifte 7 erhöht dadurch das übertragbare
Drehmoment von erstem Bauteil 1 zu zweitem Bauteil 2 noch einmal deutlich, ohne dass
sich das zweite Bauteil 2 gegenüber dem ersten Bauteil 1 beim Anziehen der Spannmutter
verdreht. Weiterhin kann der mindestens eine Sicherungsstift 7 als Montagehilfe verwendet
werden, so dass erstes Bauteil 1 und zweites Bauteil 2 exakt zueinander positioniert
werden.
1. Kraftstoffeinspritzvorrichtung (100) zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum
einer Brennkraftmaschine mit einem ersten Bauteil (1) und einem zweiten Bauteil (2;
2'), die durch eine Spannmutter (5) axial gegeneinander verschraubt sind, wobei die
Spannmutter (5) in einem Gewindeeingriff mit dem ersten Bauteil (1) steht, so dass
eine am ersten Bauteil (1) ausgebildete erste Stirnfläche (1a) mit einer am zweiten
Bauteil (2; 2') ausgebildeten zweiten Stirnfläche (2a; 2a') zusammengepresst ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest die erste Stirnfläche (1a) derart strukturiert ist, dass während des Anziehens
der Spannmutter (5) kein Verdrehen von erstem Bauteil (1) und zweitem Bauteil (2;
2') erfolgt, wobei die erste Stirnfläche (1a) als Struktur Riefen (R) aufweist.
2. Kraftstoffeinspritzvorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Strukturierung über die gesamte erste Stirnfläche (1a) erstreckt.
3. Kraftstoffeinspritzvorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Strukturierung über ringsektorförmige Segmente (1k) der ersten Stirnfläche
(1a) erstreckt.
4. Kraftstoffeinspritzvorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Strukturierung über ein kreisringförmiges Segment (1r) der ersten Stirnfläche
(1a) erstreckt.
5. Kraftstoffeinspritzvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stirnfläche (1a) strukturiert ist, indem sie eine gemittelte Rautiefe 6
µm ≤ RZ ≤ 16 µm aufweist.
6. Kraftstoffeinspritzvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Riefen (R) in zwei unterschiedlichen Hauptrichtungen verlaufen, so dass sich
ein Kreuzschliff ergibt.
7. Kraftstoffeinspritzvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auch die zweite Stirnfläche (2a; 2a') strukturiert ist.
8. Kraftstoffeinspritzvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sicherungsstift (7) als zusätzliche Verdrehsicherung zwischen dem
ersten Bauteil (1) und dem zweiten Bauteil (2; 2') angeordnet ist.
9. Kraftstoffeinspritzvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil (1), das zweite Bauteil (2; 2') und die Spannmutter (5) eine im
Wesentlichen axialsymmetrische Form aufweisen.
10. Kraftstoffeinspritzvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannmutter (5) an einer Schulter (2s) des zweiten Bauteils (2) anliegt und beim
Anziehen auf dieser abgleitet.
11. Kraftstoffeinspritzvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein drittes Bauteil (3) am zweiten Bauteil (2') gegenüberliegend dem ersten Bauteil
(1) angeordnet ist und dass eine am dritten Bauteil (3) ausgebildete dritte Stirnfläche
(3a) mit einer am zweiten Bauteil (2') ausgebildeten weiteren Stirnfläche (2b') zusammengepresst
ist, wobei die Spannmutter (5) an einer Schulter (3s) des dritten Bauteils (3) anliegt
und beim Anziehen auf dieser abgleitet.
12. Kraftstoffeinspritzvorrichtung (100) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass auch die dritte Stirnfläche (3a) und/oder die weitere Stirnfläche (2b') strukturiert
sind.
13. Kraftstoffeinspritzvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierung durch Sputtern, Prägen, Ätzen, Sandstrahlen oder Laserstrukturieren
aufgebracht ist.
14. Kraftstoffeinspritzvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffeinspritzvorrichtung (100) ein Kraftstoffinjektor ist.
1. Fuel injection device (100) for injecting fuel into the combustion chamber of an internal
combustion engine, having a first component (1) and having a second component (2;
2') which are screwed axially against one another by means of a clamping nut (5),
wherein the clamping nut (5) is in threaded engagement with the first component (1),
such that a first face surface (1a) formed on the first component (1) is pressed together
with a second face surface (2a; 2a') formed on the second component (2; 2'),
characterized in that
at least the first face surface (1a) is structured such that no relative rotation
of first component (1) and second component (2; 2') occurs during the tightening of
the clamping nut (5), wherein the first face surface (1a) has grooves (R) as a structure.
2. Fuel injection device (100) according to Claim 1, characterized in that the structuring extends over the entire first face surface (1a).
3. Fuel injection device (100) according to Claim 1, characterized in that the structuring extends over ring-sector-shaped segments (1k) of the first face surface
(1a).
4. Fuel injection device (100) according to Claim 1, characterized in that the structuring extends over a circular-ring-shaped segment (1r) of the first base
surface (1a).
5. Fuel injection device (100) according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the first face surface (1a) is structured by virtue of its having an average roughness
depth of 6 µm ≤ RZ ≤ 16 µm.
6. Fuel injection device (100) according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the grooves (R) run in two different main directions, resulting in a cross-hatched
configuration.
7. Fuel injection device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the second face surface (2a; 2a') is also structured.
8. Fuel injection device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one securing pin (7) is arranged as an additional relative-rotation prevention
means between the first component (1) and the second component (2; 2').
9. Fuel injection device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the first component (1), the second component (2; 2') and the clamping nut (5) have
a substantially axially symmetrical form.
10. Fuel injection device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the clamping nut (5) bears against a shoulder (2s) of the second component (2) and
slides on said shoulder during the tightening process.
11. Fuel injection device (100) according to one of Claims 1 to 9, characterized in that a third component (3) is arranged on the second component (2') so as to be situated
opposite the first component (1), and in that a third face surface (3a) formed on the third component (3) is pressed together with
a further face surface (2b') formed on the second component (2'), wherein the clamping
nut (5) bears against a shoulder (3s) of the third component (3) and slides on said
shoulder during the tightening process.
12. Fuel injection device (100) according to Claim 11, characterized in that the third face surface (3a) and/or the further face surface (2b') are also structured.
13. Fuel injection device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the structuring is applied by sputtering, stamping, etching, sandblasting or laser
structuring.
14. Fuel injection device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the fuel injection device (100) is a fuel injector.
1. Dispositif d'injection de carburant (100) pour l'injection de carburant dans une chambre
de combustion d'un moteur à combustion interne avec un premier composant (1) et un
deuxième composant (2 ; 2') vissés l'un contre l'autre dans le plan axial par un écrou
de serrage (5), l'écrou de serrage (5) étant en prise par filetage avec le premier
composant (1), de sorte qu'une première surface avant (1a) réalisée au niveau du premier
composant (1) soit comprimée avec une deuxième surface avant (2a ; 2a') réalisée au
niveau du deuxième composant (2 ; 2') ;
caractérisé en ce que :
au moins la première surface avant (1a) est structurée de telle sorte que pendant
le serrage de l'écrou de serrage (5), aucune torsion du premier composant (1) et du
deuxième composant (2 ; 2') ne se produise, la première surface avant (1a) présentant
une structure sous forme de striures (R).
2. Dispositif d'injection de carburant (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la structuration s'étend sur la totalité de la première surface avant (1a).
3. Dispositif d'injection de carburant (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la structuration s'étend sur les segments en forme de secteur annulaire (1k) de la
première surface avant (1a).
4. Dispositif d'injection de carburant (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la structuration s'étend sur un segment en forme de couronne circulaire (1r) de la
première surface avant (1a).
5. Dispositif d'injection de carburant (100) selon l'une quelconque des revendications
1 à 4, caractérisé en ce que la première surface avant (1a) est structurée avec une profondeur de rugosité moyenne
de 6 µm < Rz < 16 µm.
6. Dispositif d'injection de carburant (100) selon l'une quelconque des revendications
1 à 5, caractérisé en ce que les striures (R) s'étendent dans deux directions principales différentes, de façon
à donner des stries croisées.
7. Dispositif d'injection de carburant (100) selon l'une quelconque des revendications
précédentes, caractérisé en ce que la deuxième surface avant (2a ; 2a') est elle aussi structurée.
8. Dispositif d'injection de carburant (100) selon l'une quelconque des revendications
précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une tige de sécurité (7) servant de sécurité anti-torsion supplémentaire
est disposée entre le premier composant (1) et le deuxième composant (2 ; 2').
9. Dispositif d'injection de carburant (100) selon l'une quelconque des revendications
précédentes, caractérisé en ce que le premier composant (1), le deuxième composant (2 ; 2') et l'écrou de serrage (5)
prennent une forme pour l'essentiel symétrique dans le plan axial.
10. Dispositif d'injection de carburant (100) selon l'une quelconque des revendications
précédentes, caractérisé en ce que l'écrou de serrage (5) bute contre un épaulement (2s) du deuxième composant (2) et
ripe sur celui-ci lors du serrage.
11. Dispositif d'injection de carburant (100) selon l'une quelconque des revendications
1 à 9, caractérisé en ce qu'un troisième composant (3) est disposé au niveau du deuxième composant (2') à l'opposé
du premier composant (1) et qu'une troisième surface avant (3a) réalisée au niveau
du troisième composant (3) est comprimée avec une surface avant (2b') supplémentaire
réalisée au niveau du deuxième composant (2'), l'écrou de serrage (5) butant contre
un épaulement (3s) du troisième composant (3) et ripant sur celui-ci lors du serrage.
12. Dispositif d'injection de carburant (100) selon la revendication 11, caractérisé en ce que la troisième surface avant (3a) et/ou la surface avant (2b') supplémentaire sont
elles aussi structurées.
13. Dispositif d'injection de carburant (100) selon l'une quelconque des revendications
précédentes, caractérisé en ce que la structuration est appliquée par pulvérisation cathodique, estampage, gravure,
décapage par sablage ou structuration laser.
14. Dispositif d'injection de carburant (100) selon l'une quelconque des revendications
précédentes, caractérisé en ce que le dispositif d'injection de carburant (100) est un injecteur de carburant.