DE102007018471A1

DE102007018471A1 - Verschneidungsbereich zwischen einer Hochdruckkammer und einem Hochdruckkanal

Info

Publication number: DE102007018471A1
Application number: DE102007018471A
Authority: DE
Inventors: Nadja Eisenmenger; Hans-Christoph Magel; Dominikus Hofmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-04-19
Filing date: 2007-04-19
Publication date: 2008-10-23
Also published as: WO2008128881A1; US8245696B2; US20100116251A1; ATE546637T1; EP2147208B1; EP2147208A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Verschneidungsbereich zwischen einer Hochdruckkammer (12, 13) und einem Hochdruckkanal (16). Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Verschneidungsbereich mindestens einen ebenen Bereich (19) oder einen Bereich umfasst, der deutlich schwächer gekrümmt als der übrige Verschneidungsbereich ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Verschneidungsbereich zwischen einer Hochdruckkammer und einem Hochdruckkanal.
Stand der Technik
Zu Erhöhung der Festigkeit im Verschneidungsbereich ist es möglich, den Verschneidungsbereich zu verrunden.
Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, die Hochdruckfestigkeit im Verschneidungsbereich zwischen einer Hochdruckkammer und einem Hochdruckkanal zu erhöhen.
Die Aufgabe ist bei einem Verschneidungsbereich zwischen einer Hochdruckkammer und einem Hochdruckkanal, dadurch gelöst, dass der Verschneidungsbereich mindestens einen ebenen Bereich oder einen Bereich umfasst, der deutlich schwächer gekrümmt als der übrige Verschneidungsbereich ist. Der ebene Bereich kann auch nur annähernd eben ausgeführt sein. Die Hochdruckkammer und der Hochdruckkanal werden auch als Funktionsräume bezeichnet. Durch den ebenen oder annähern ebenen Bereich wird eine Verschneidungsgeometrie geschaffen, bei der sich unter Druckbeaufschlagung auftretende Zugspannungen der Funktionsräume nicht wie bei herkömmlichen Verschneidungsgeometrien direkt überlagern und addieren. Durch den ebenen Bereich im Verschneidungsbereich wird erreicht, dass bei der erfindungsgemäßen Verschneidungsgeometrie unter Druck in einer Innenwand der Hochdruckkammer im Bereich der Verschneidung lokal Druckspannungen beziehungsweise deutlich reduzierte Zugspannungen auftreten, die sich dann mit den Zugspannungen in einer Innenwand des Hochdruckkanals überlagern. Da sich bei der erfindungsgemäßen Verschneidungsgeometrie eine Zugspannung mit einer reduzierten Zugspannung oder im besten Fall mit einer Druckspannung überlagert, ist die Summe geringer und damit die maximal auftretende Spannung deutlich reduziert.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verschneidungsbereichs ist dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckkanal einen kleineren Durchmesser als die Hochdruckkammer aufweist. Bei der Hochdruckkammer handelt es sich vorzugsweise um eine Kammer in einem Injektorgehäuse eines Kraftstoffinjektors, die über einen Hochdruckzulauf mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff befüllt wird.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verschneidungsbereichs ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Zylindermantelfläche der Hochdruckkammer im Verschneidungsbereich den ebenen Bereich oder den Bereich aufweist, der deutlich schwächer ge krümmt als der übrige Verschneidungsbereich ist. Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung wird der Querschnitt der Hochdruckkammer vorzugsweise durch Entnahme von Material so verändert, dass ein ebener oder annähernd ebener Bereich entsteht.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verschneidungsbereichs ist dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckkanal in dem ebenen Bereich in die Hochdruckkammer mündet. Der Austritt des Hochdruckkanals wird gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung in beziehungsweise an den ebenen oder annähernd ebenen Bereich gelegt.
Weitere bevorzugte Ausführungsbeispiele des Verschneidungsbereichs sind dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsbereich zwischen dem ebenen Bereich und der Hochdruckkammer beziehungsweise dem Hochdruckkanal verrundet ist. Dadurch können unerwünschte Spannungen weiter reduziert werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verschneidungsbereichs ist dadurch gekennzeichnet, dass sich der ebene Bereich parallel zur Längsachse der Hochdruckkammer erstreckt. Vorzugsweise erstreckt sich der ebene Bereich über einen Teil der Länge der Hochdruckkammer und geht dann in eine Zylindermantelfläche über. Der ebene Bereich kann sich aber auch über die gesamte Länge der Hochdruckkammer erstrecken.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verschneidungsbereichs ist dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckkammer, im Querschnitt betrach tet, zwei Kreisbögen aufweist, die an einem Ende in den ebenen Bereich übergehen. Bei den Kreisbögen handelt es sich vorzugsweise um Halbkreise, die an ihren der ebenen Fläche gegenüberliegenden Enden durch einen weiteren ebenen oder annähernd ebenen Bereich verbunden sind.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verschneidungsbereichs ist dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckkammer, im Querschnitt betrachtet, zwei Ellipsenbögen aufweist, die an einem Ende in den ebenen Bereich übergehen. Vorzugsweise ist der ebene Bereich parallel zu der Hauptachse der Ellipse angeordnet, zu der die zwei Ellipsenbögen gehören.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verschneidungsbereichs ist dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckkammer, im Querschnitt betrachtet, zwei weitere ebene Bereiche aufweist, die senkrecht zu dem ebenen Bereich angeordnet sind, von dem sie ausgehen und in die Zylindermantelfläche übergehen. Die drei ebenen Bereiche bilden einen U-förmigen Querschnitt mit einer Basis und zwei Schenkeln. In die Basis mündet der Hochdruckkanal. Die beiden Schenkel gehen in die Zylindermantelfläche über, die in dem Verschneidungsbereich auf einen halbkreisförmigen Querschnitt reduziert ist.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Es zeigen:
1 ein herkömmliches Bauteil mit einem Verschneidungsbereich im Viertelschnitt;
2 ein Bauteil mit einem erfindungsgemäßen Verschneidungsbereich im Viertelschnitt;
3 ein Bauteil gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel mit zwei gegenüberliegenden ebenen Bereichen im Querschnitt;
4 ein Bauteil gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel im Querschnitt mit einer schräg verlaufenden Hochdruckbohrung und
5 ein Bauteil gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel im Querschnitt mit drei ebenen Bereichen.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In den 1 bis 5 ist jeweils ein Bauteil einer Magnetventileinrichtung im Schnitt dargestellt. Bei dem Bauteil handelt es sich um einen Teil eines Injektorgehäuses eines Kraftstoffinjektors, der dazu dient, mit Hochdruck beaufschlagten Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine einzuspritzen.
In 1 ist ein herkömmliches Injektorgehäuse 1 mit einer Hochdruckbohrung 2, die auch als Hoch druckkammer bezeichnet wird, im Querschnitt beziehungsweise im Viertelschnitt dargestellt. Die Hochdruckbohrung 2 hat in dem dargestellten Hochdruckbohrungsabschnitt 3 einen Innendurchmesser von 8,52 mm. Das Injektorgehäuse 1 weist einen Außendurchmesser von 28,5 mm auf. Der Hochdruckbohrungsabschnitt 3 hat die Gestalt einer Kreiszylindermantelfläche, deren Längsachse senkrecht zur Zeichenebene verläuft. In einem Verschneidungsbereich 5 mündet eine quer zu der Zylindermantelfläche verlaufende Hochdruckbohrung 6, die auch als Hochdruckkanal bezeichnet wird, in den Hochdruckbohrungsabschnitt 3. Die Hochdruckbohrung 6 hat einen Durchmesser von 1,3 mm. Der Übergangsbereich zwischen der Hochdruckbohrung 6 und dem Hochdruckbohrungsabschnitt 3, der auch als Verschneidungsbereich 5 bezeichnet wird, ist mit einem Radius R von 0,3 mm verrundet.
In hydraulischen Systemen müssen diverse Kammern mit Druck beaufschlagt und wieder entlastet werden. Die Verbindungen zwischen einer kleineren Bohrung, zum Beispiel einem Hochdruckzulauf in eine Druckkammer, zum Beispiel das Innere eines Kraftstoffinjektors, wird höchsten Drücken ausgesetzt. Der Hochdruckraum ist in der Regel eine Bohrung. Die Hochdruckzulaufleitung ist ebenfalls eine Bohrung. Die Verschneidungsstelle zwischen Hochdruckraum und Bohrung ist gewöhnlich am Stärksten belastet.
Bei den heute üblichen Drücken in Kraftstoffinjektoren wird, wie in 1 dargestellt ist, über Verrunden des Verschneidungsbereichs 5 versucht, die Bauteilspannungen in einen zulässigen Bereich abzusenken. Außerdem wird versucht, über verschiedene Winkel zwischen den Bohrungen zueinander die Bauteilspannungen zu reduzieren. Bei den meisten Verschneidungsgeometrien treten unter Druck im Verschneidungsbereich an der Innenwand der Hochdruckbohrung beziehungsweise des Hochdruckbohrungsabschnitts beziehungsweise der Hochdruckkammer Zugspannungen auf. Im Verschneidungsbereich überlagern und addieren sich diese Zugspannungen lokal und es kommt zu Spannungsspitzen. Über verschiedene Eintrittswinkel zwischen Zulaufbohrung beziehungsweise Hochdruckkanal und Hochdruckkammer wird erreicht, dass die Austrittsstelle der kleinen Bohrung nicht rund sondern elliptisch wird. Da die tangentialen Zugspannungen so günstiger umgelenkt werden, kann die Kerbwirkung reduziert werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Querschnitt des an sich zylindrischen Hochdruckbohrungsabschnitts lokal so verändert, dass im Verschneidungsbereich mindestens eine annähernd ebene Fläche entsteht. Die ebene Fläche wird vorzugsweise durch Wegnahme von Material gebildet, kann aber auch durch Hinzufügen von Material gebildet werden. Der Bohrungsaustritt der Hochdruckzulaufbohrung wird an diese annähernd ebene Fläche angelegt.
Wenn der Kraftstoffinjektor beziehungsweise der Hochdruckbohrungsabschnitt mit Druck beaufschlagt wird, dann möchte die Innengeometrie, wie jeder Behälter, unter Innendruck einen kreisförmigen Querschnitt einnehmen. Das führt zu einer Verwölbung der anfänglich ebenen Fläche nach außen, was an der Innenseite Druckspannungen generiert. Die Zulauf bohrung mit ihrem kreisförmigen Querschnitt verursacht weiterhin auf ihrer Innenseite Zugspannungen. Diese überlagern sich an der Austrittsstelle jedoch nicht mehr mit den üblichen Zugspannungen der Hochdruckkammer, sondern mit Druckspannungen oder geringen Zugspannungen im Bereich der Abflachung. Dadurch können unerwünschte Spannungsüberhöhungen vermieden werden.
In 2 ist ein erfindungsgemäßes Injektorgehäuse 11 mit einer Hochdruckbohrung 12, die auch als Hochdruckkammer bezeichnet wird, dargestellt. Das Injektorgehäuse 11 hat einen Außendurchmesser von 28,5 mm. Das heißt, das Injektorgehäuse 11 hat den gleichen Außendurchmesser wie das in 1 dargestellte Injektorgehäuse 1. Die Hochdruckbohrung 12 umfasst einen Hochdruckbohrungsabschnitt 13 mit einem Innendurchmesser von 12 mm. Der Innendurchmesser der Hochdruckbohrung 13 ist also etwas größer als bei dem in 1 dargestellten Injektorgehäuse 1.
In einem Verschneidungsbereich mündet eine quer verlaufende Hochdruckbohrung 16, die auch als Hochdruckkanal bezeichnet wird, in den Hochdruckbohrungsabschnitt 13. Die Hochdruckbohrung 16 hat den gleichen Durchmesser wie bei dem in 1 dargestellten Injektorgehäuse 1, nämlich 1,3 mm. Durch einen gestrichelten Kreisbogen 18 ist in dem Hochdruckbohrungsabschnitt 13 eine Kreiszylindermantelfläche angedeutet. Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung ist im Verschneidungsbereich ein ebener Bereich 19 ausgebildet, in dem die Hochdruckbohrung 16 in den Hochdruckbohrungsabschnitt 13 mündet. Der Übergangsbereich zwischen dem ebenen Bereich 19 und dem Hochdruckbohrungsabschnitt 13 ist verrundet, und zwar mit einem Radius von 3 mm. Der Übergangsbereich zwischen dem ebenen Bereich 19 und der Hochdruckbohrung 16 ist ebenfalls verrundet, und zwar mit einem Radius von 0,3 mm. Der ebene Bereich 19 erstreckt sich senkrecht zur Zeichenebene und parallel zur Längsachse der Hochdruckbohrung 12. Der Abstand zwischen dem ebenen Bereich 19 und der Längsachse der Hochdruckbohrung 12 beträgt bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel 8,52 mm.
Durch die in 2 dargestellte Verschneidungsgeometrie können im Bereich der Bohrungsverschneidung Sicherheiten erreicht werden, die größer als zwei sind. Dadurch wird das Bauteil in diesem Bereich unkritisch. Erst etwas weiter weg vom Verschneidungsbereich und damit weg vom Bereich der Druckspannungen treten relevante Spannungen auf, die allerdings mit Sicherheiten um 1,5 oder größer ebenfalls im zulässigen Bereich liegen.
In 3 ist ein Injektorgehäuse 21 mit einer Hochdruckbohrung 22, die auch als Hochdruckkammer bezeichnet wird, im Querschnitt dargestellt. Die Hochdruckbohrung 22 umfasst einen Hochdruckbohrungsabschnitt 23, dessen Querschnitt in einem Verschneidungsbereich 25, in dem eine Hochdruckbohrung 26, die auch als Hochdruckkanal bezeichnet wird, in den Hochdruckbohrungsabschnitt 23 mündet, erfindungsgemäß verändert ist. Durch Bemaßungspfeile 28 und 29 ist die erfindungsgemäße Verschneidungsgeometrie bezeichnet. Durch weitere Bemaßungspfeile 31, 32 ist die ursprüngliche zylindrische Geometrie bezeichnet. Durch weitere Bemaßungspfeile 34, 35 sind zwei gegenüberliegende ebene Bereiche bezeichnet. In einem der ebenen Bereiche mündet die Hochdruckbohrung 26 in den Hochdruckbohrungsabschnitt 23. Der zweite ebene Bereich ist genau gegenüber dem Mündungsbereich der Hochdruckbohrung 26 angeordnet.
In 4 ist ein ähnliches Injektorgehäuse 21 wie in 3 im Querschnitt dargestellt. Im Unterschied zu dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel ist bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel eine Hochdruckbohrung 36, die auch als Zulaufbohrung oder Hochdruckkanal bezeichnet wird, schräg zugeführt, was zu kleineren Spannungen an der Innenwand der Zulaufbohrung führt. Neben einem geänderten Seitenwinkel, wie es in 4 dargestellt ist, kann die Hochdruckbohrung 36 zusätzlich oder alternativ mit einem Höhenwinkel zugeführt werden, der von 90 Grad abweicht.
In 5 ist ein Injektorgehäuse 41 mit einer Hochdruckbohrung oder Hochdruckkammer 42 im Querschnitt dargestellt. Die Hochdruckbohrung 42 umfasst einen Hochdruckbohrungsabschnitt 43, der im Wesentlichen die Gestalt eines Kreiszylindermantels aufweist. In einem Verschneidungsbereich 45 mündet eine quer verlaufende Hochdruckbohrung 46, die auch als Hochdruckkanal bezeichnet wird, in den Hochdruckbohrungsabschnitt 43. An zwei Materialwegnahmestellen 51, 52 ist die ursprüngliche kreiszylindermantelförmige Gestalt des Hochdruckbohrungsabschnitts 43 so verändert, dass drei ebene Bereiche 61, 62 und 63 geschaffen werden. Die beiden ebenen Bereiche 61 und 62 erstrecken sich parallel zu der Hochdruckbohrung 46 und gehen tangential in den Hochdruckbohrungsabschnitt 43 über.
Der ebene Bereich 63 erstreckt sich zwischen zwei Bemaßungspfeilen 64 und 65 senkrecht zu der Hochdruckbohrung 46, die innerhalb des ebenen Bereichs 63 in den Hochdruckbohrungsabschnitt 43 mündet. Die drei ebenen Bereiche 61 bis 63 bilden in dem Verschneidungsbereich 45 einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt. Dabei stellt der ebene Bereich 63 die Basis des U-förmigen Querschnitts dar. Die beiden ebenen Bereiche 61 und 62 bilden die Schenkel des U-förmigen Querschnitts, wobei die Übergangsbereiche zwischen den ebenen Bereichen 61, 62 und dem ebenen Bereich 63 verrundet sind.

Claims

Verschneidungsbereich zwischen einer Hochdruckkammer (2; 12, 13; 22, 23; 42, 43) und einem Hochdruckkanal (6; 16; 26; 36; 46), dadurch gekennzeichnet, dass der Verschneidungsbereich (25; 45) mindestens einen ebenen Bereich (19; 34, 35; 63–65) oder einen Bereich umfasst, der deutlich schwächer gekrümmt als der übrige Verschneidungsbereich ist.
Verschneidungsbereich nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckkanal (16; 26; 36; 46) einen kleineren Durchmesser als die Hochdruckkammer (13; 23; 43) aufweist.
Verschneidungsbereich nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zylindermantelfläche der Hochdruckkammer (13; 23; 43) im Verschneidungsbereich den ebenen Bereich (19; 34, 35; 63–65) oder den Bereich aufweist, der deutlich schwächer als der übrige Verschneidungsbereich gekrümmt ist.
Verschneidungsbereich nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckkanal (16; 26; 36; 46) in dem ebenen Bereich (19; 34, 35; 63–65) in die Hochdruckkammer (13; 23; 43) mündet.
Verschneidungsbereich nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsbereich zwischen dem ebenen Bereich (19; 34, 35; 61– 62) und der Hochdruckkammer (13; 23; 43) verrundet ist.
Verschneidungsbereich nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsbereich zwischen dem ebenen Bereich (19; 34, 35; 63) und dem Hochdruckkanal (16; 26; 36; 46) verrundet ist.
Verschneidungsbereich nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich der ebene Bereich (19; 34, 35, 63–65) parallel zur Längsachse der Hochdruckkammer (13; 23; 43) erstreckt.
Verschneidungsbereich nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckkammer (13), im Querschnitt betrachtet, zwei Kreisbögen aufweist, die an einem Ende in den ebenen Bereich (19) übergehen.
Verschneidungsbereich nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckkammer (23), im Querschnitt betrachtet, zwei Ellipsenbögen aufweist, die an einem Ende in den ebenen Bereich (34, 35) übergehen.
Verschneidungsbereich nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckkammer (43), im Querschnitt betrachtet, zwei weitere ebene Bereiche (61, 62) aufweist, die senkrecht zu dem ebenen Bereich (63) angeordnet sind, von dem sie ausgehen und in die Zylindermantelfläche übergeben.