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Stand der Technik
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DE 10 2005 039 911
A1 bezieht sich auf eine Anordnung mit einem Piezoaktor.
In einem inneren Raum des Piezoaktors ist ein Piezoelement angeordnet,
das bei einer Betätigung über eine sich hier senkrecht
unterhalb befindliche, mechanische Anordnung mit einem Koppler auf
eine Düsennadel wirkt. Dadurch erfolgt die Freigabe einer
Düsenöffnung. Im Inneren des Kraftstoffinjektors
enthaltener Kraftstoff kann somit in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine
eingespritzt werden. Bei dieser Ausführungsform sind ein
Düsenmodul, in dem ein nadelförmig ausgebildetes
Einspritzventil geführt ist, eine Drosselplatte und ein
Distanzrohr, in welchem der Piezoaktor aufgenommen ist, mittels
einer Düsenspannmutter gegeneinander verschraubt und in
axialer Richtung gesehen vorgespannt.
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DE 100 31 265 A1 bezieht
sich auf ein Kraftstoffeinspritzventil, welches einen Ventilkörper
aufweist, in dem eine Bohrung ausgebildet ist. Die Bohrung wird
an ihrem brennraumseitigen Ende von einem Ventilsitz begrenzt, von
dem mindestens eine Einspritzöffnung abgeht, die in Einbaulage
des Kraftstoffeinspritzventils in den Brennraum der Brennkraftmaschine
mündet. In der Bohrung befindet sich eine kolbenförmige
Ventilnadel, die längs verschiebbar ist. Diese weist an
ihrem brennraumseitigen, d. h. dem dem Ventilsitz zugewandten Ende
eine Ventildichtfläche auf, mit der die Ventilnadel mit
dem Ventilsitz zusammenwirkt. Hierbei wird in Schließrichtung
der Ventilnadel, dies bedeutet, wenn die Ventilnadel mit ihrer Ventildichtfläche
auf dem Ventilsitz aufliegt, mindestens eine Einspritzöffnung
verschlossen. Bei vom Ventilsitz abgehobener Ventilnadel fließt
Kraftstoff zwischen der Ventildichtfläche und dem Ventilsitz hindurch,
den Einspritzöffnungen zu und wird von dort in den Brennraum
der Brennkraftmaschine eingespritzt.
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DE 10 2007 009 168 bezieht
sich auf einen Dichtsitz. Der Dichtsitz ist in einem Schaltventil
ausgebildet, welches einen Ventilsitz umfasst und von einem Ventilelement
geöffnet oder verschlossen wird. Das Ventilelement wirkt
mit einem Ventilstück des Schaltventils zusammen, das einen
unter Systemdruck stehenden Hochdruckraum druckentlastet oder druckbeaufschlagt,
dem der Ventilsitz zugeordnet ist. Am Ventilsitz verläuft
zwischen dem Ventilelement und dem Ventilstück eine durch
eine Sitzabsetzkante begrenzte Sitzbegrenzungsfläche, die
entweder am Ventilelement oder am Ventilstück ausgeführt
ist.
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Bei
druckausgeglichenen Schaltventilen wird das unter Druck stehende
Medium, so zum Beispiel Kraftstoff, in geschlossenem Zustand des
Schaltventils üblicherweise in einer Druckkammer eingeschlossen.
Die Druckkammer ist auf einer Seite durch ehre Führung
und auf einer anderen Seite durch einen Dichtsitz begrenzt. Die
Führung und der Dichtsitz weisen exakt denselben Durchmesser
auf. Dadurch entsteht keine in Öffnungs- oder Schließrichtung
wirkende Kraft auf das Ventilelement. Mit fortschreitendem Betrieb
des Schaltventils kommt es zu einem Angleich zwischen der Dichtfläche
des Ventilstücks und der relativ zu dieser bewegbaren Dichtfläche
am Ventilelement. Dieser Angleich verläuft vom Durchmesser
ausgehend nur zu einer Seite hin, sodass dies eine Veränderung
des wirksamen Sitzdurchmessers und damit die Erzeugung einer in Öffnungsrichtung
wirkenden Kraft auf das Ventilelement zur Folge hat. Dadurch ist
das ursprünglich druckausgeglichen ausgebildete Schaltventil
hinsichtlich des Druckausgleichs gestört. Damit einher
geht eine Änderung seines dynamischen Verhaltens bis hin
zur statischen Undichtheit.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird
vorgeschlagen, bei Schaltventilen, die mit einem hohen Druck beaufschlagt
sind, den dort stets auftretenden Verschleiß zum Konstanthalten
des Schaltverhaltens des Schaltventils auszunutzen. Bislang wird
bei Schaltventilen ein Sitzangleich über deren Lebensdauer vorgenommen,
bei dem sich einerseits eine Vergrößerung des
Ankerhubs einstellt und andererseits eine Druckstufe entsteht. Die
entstehende Druckstufe führt über die Lebensdauer
des Schaltventils gesehen zur Entstehung einer in Öffnungsrichtung
des Schaltventils wirkenden, zusätzlichen Kraft. Daraus ergibt
sich, dass sich infolge einer längeren Öffnungsdauer
und eines vergrößerten Ankerhubwegs ein Mengenanstieg
einstellt und sich zum anderen infolge der erhöhten Öffnungskraft
ein früheres Öffnen einstellt, was ebenfalls zu
einer längeren Öffnungsdauer führt.
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Der
erfindungsgemäßen Lösung folgend wird
vorgeschlagen, die auftretenden Verschleißmechanismen so
auszunutzen, dass diese gegeneinander wirken. Damit kann im Idealfall
die Funktion eines derartigen Schaltventils konstant gehalten werden, eine
Beeinträchtigung des Ventilverhaltens reduziert oder zumindest
kompensiert werden, insbesondere über die Lebensdauer eines
derartigen Schaltventils gesehen.
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Anstelle
einer bisher am Schaltventil ausgebildeten positiven Sitzwinkeldifferenz
zwischen einem stationär angeordneten Ventilstück
und einem relativ zu diesem bewegbaren Ventilelement, welches zum
Beispiel hülsenförmig ausgebildet ist, wird eine
negative Sitzwinkeldifferenz ausgeführt. Dadurch liegt
der Dichtsitz nicht mehr an einer Innenkante des hülsenförmig
ausgebildeten Ventilelements bei einem Durchmesser d, sondern an
einer Außenkante der Sitzbegrenzung des stationär
angeordneten Ventilstücks an einem Durchmesser d + 2x. Das
Wirkprinzip kann auch umgekehrt verwirklicht werden, so an einem
stationären, hülsenförmigen Ventilstück
und an einem relativ zu diesem beweglichen, bolzenförmigen
Ventilelement. Damit ist bereits im Neuzustand des erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Schaltventils eine definierte Druckstufe vorhanden. Der Dichtdurchmesser
ist gegeben durch den Durchmesser d + 2x, wodurch auch die in Öffnungsrichtung
wirkende, zusätzliche Kraft definiert ist. Diese zusätzliche,
in Öffnungsrichtung des Schaltventils wirkende Kraft ist
kleiner als die dieser entgegenwirkende, über die Schließfeder
aufgebrachte Ventilfederkraft FS, um die
Dichtfunktion zu gewährleisten. Über die Lebensdauer
des Schaltventils gesehen vergrößert sich der
Ankerhub, die Druckstufe mit Dichtdurchmesser d + 2x wird hingegen
infolge der sich über die Lebensdauer des Schaltventils
einstellenden Sitzangleichung kleiner. Aufgrund dieses Umstandes
wirkt eine geringer resultierende Gesamtöffnungskraft einem
sich vergrößernden Ankerhub entgegen. Eine geringer
resultierende Gesamtöffnungskraft führt zu einem
späteren Öffnen und damit einer kürzeren Öffnungsdauer,
während der das erfindungsgemäß vorgeschlagene
Schaltventil offen steht. Ein vergrößerter Ankerhub
bewirkt hingegen eine verlängerte Öffnungsdauer.
Somit wirkt die geringer erzielte, resultierende Gesamtöffnungskraft, die,
wie oben dargelegt, zu einer kürzeren Öffnungsdauer
führt, der durch den vergrößerten Ankerhub bewirkten,
verlängerten Öffnungsdauer entgegen.
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Mit
gleichbleibendem Öffnungsverhalten aufgrund der einander
entgegengesetzten, oben dargelegten Effekte der gering resultierenden
Gesamtöffnungskraft und dem vergrößerten
Ankerhub bleibt das Einspritzverhalten eines Kraftstoffinjektors,
der mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Schaltventil
ausgestattet ist, konstant. Der Sitzwinkel, die negative Sitzwinkeldifferenz,
der Sitzdurchmesser, die Sitzbegrenzung, Werkstoff, Härte
und Beschichtung etc. der Komponenten werden so ausgelegt, dass
sich die Funktionseinflüsse infolge des sich über
die Lebensdauer des erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Schaltventils reduzieren oder gegenseitig kompensieren.
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Die
aus
DE 10 2007
009 168 A1 ursprünglich vorhandene Sitzbegrenzung
am Ventilstück ist bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Lösung zwingend erforderlich, um die anfängliche
Größe der definierten Druckstufe im Neuzustand
genau zu definieren (Dicht-Durchmesser = Durchmesser d + 2x). Durch
die Sitzbegrenzung ist in jedem Fall die statische Dichtheit des
Schaltventils über dessen Lebensdauer hin gewährleistet.
Des Weiteren kann die anfänglich auftretende und in Öffnungsrichtung
wirkende Druckkraft nicht ansteigen, da die Druckstufe nicht größer
werden kann – sie wird im Gegenteil kleiner.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Anhand
der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines druckausgeglichenen Schaltventils
gemäß dem Stand der Technik,
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2 ein
erfindungsgemäß vorgeschlagenes, außen
dichtendes, druckausgeglichenes Schaltventil mit Sitzbegrenzung
und negativer Sitzwinkeldifferenz im Neuzustand,
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3 eine
mögliche Verschleißform, die sich am erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Schaltventil über dessen Lebensdauer hin einstellt, wobei
ein Verschleiß am Ventilstück auftritt,
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4 eine
mögliche sich einstellende Verschleißform am Schaltventil über
dessen Lebensdauer gesehen, mit sich am Ventilelement einstellendem Verschleiß,
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5 ein
weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäß vorgeschlagenen,
jedoch innen dichtenden, druckausgeglichenen Schaltventils mit Sitzbegrenzung
und negativer Sitzwinkeldifferenz im Neuzustand und in einer Schließstellung,
wobei das Ventilelement als Vollkörper im Ventilgehäuse
aufgenommen ist,
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6 einen
Teilschnitt des als Vollkörper ausgebildeten Ventilelements
gemäß 5 in einer Offenstellung, in
der das Ventilelement mit seinem Ventilsitz von der Sitzfläche
des Ventilgehäuses abgehoben ist.
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Der
Darstellung gemäß 1 ist ein
druckausgeglichen ausgebildetes Schaltventil gemäß dem Stand
der Technik zu entnehmen.
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Ein
in 1 dargestelltes Schaltventil 10 umfasst
neben einem außen liegenden hülsenförmig ausgebildeten
Ventilelement 12 ein Ventilstück 22. Das
Schaltventil 10 ist symmetrisch zu seiner Symmetrielinie 11 aufgebaut,
kann jedoch auch asymmetrisch ausgeführt sein, mit einem
Versatz zwischen Einspritzventilglied und Ventilglied. Das hülsenförmige
Ventilelement 12 ist mit einer Innenmantelfläche 18 an
einer Führung 16 des Ventilstücks 22 geführt. Zwischen
der Innenmantelfläche 18 des Ventilelementes 12 und
der Außenumfangsfläche des Ventilstücks 22 befindet
sich ein Spalt 20, der eine eng tolerierte Führung 16 des
Ventilelementes 12 darstellt. Gemäß der
Darstellung in 1 ist das Ventilelement 12 in
einen Ventilsitz 28 gestellt. Dadurch wird das Abströmen
von unter Systemdruck stehendem Kraftstoff aus einem Hochdruckraum 26 über
den Ventilsitz 28 verhindert. Der Hochdruckraum 26,
gebildet durch eine ringförmig verlaufende, taschenförmige
Ausnehmung zwischen der Innenmantelfläche 18 des
Ventilelementes 12 und dem Ventilstück 22, wird über
mindestens eine Bohrung 24 mit unter Systemdruck stehendem
Kraftstoff befüllt. Bei geschlossenem Ventilsitz 28 steht
der unter Systemdruck stehende Kraftstoff im Hochdruckraum 26 an.
Im Bereich des Ventilsitzes 28 weist das Ventilelement 12 einen
Sitzdurchmesser 32 auf. Das hülsenförmige Ventilelement 12 sitzt
in der Darstellung gemäß 1 auf einer
Sitzfläche 30 des Ventilstücks 22 auf und
bildet eine Kontaktlinie 34. Diese ist bei der Relativbewegung
des hülsenförmig ausgebildeten Ventilelements 12 relativ
zum stationären Ventilstück 22 im Kraftstoffinjektor
des Schaltventils 10 sehr hohen mechanischen Beanspruchungen
ausgesetzt.
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Ausführungsformen:
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Der
Darstellung gemäß 2 ist eine
Ausführungsform des erfindungsgemäß vorgeschlagenen
außen dichtenden, druckausgeglichenen Ventils mit Sitzbegrenzung
und negativer Sitzwinkeldifferenz im Neuzustand zu entnehmen.
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Aus 2 sowie 5 und 6 geht
hervor, dass das Schaltventil 10 das hülsenförmig
ausgebildete Ventilelement 12 umfasst, welches symmetrisch
zur Symmetrielinie 11 ausgebildet ist.
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An
der Innenmantelfläche 18 des zum Beispiel hülsenförmig
ausgebildeten Ventilelementes 12 liegt der Sitzdurchmesser 32.
Eine Dichtfläche 40 des zum Beispiel hülsenförmig
ausgeführten Ventilelements 12 weist der Sitzfläche 30 des
stationär ausgebildeten Ventilstücks 22 zu.
Zwischen der Dichtfläche 40 und der Sitzfläche 30 verläuft
ein keilförmiger Druckraum 52, der in einem Neuzustand 50 des Schaltventils 10 – wie
in 2 dargestellt – ein zum Beispiel keilförmiges
Aussehen hat und sich in radialer Richtung nach innen zwischen den
genannten Flächen 30, 40, ausgehend von
der Kontaktlinie 34, erstreckt. Der Druckraum 52 kann
auch – alternativ zu seiner keilförmigen Konfiguration – gerundete Konturen
aufweisen. Die Kontaktlinie 34 gemäß der Darstellung
in 2 wirkt im Neuzustand 50 des Schaltventils 10 mit
einem Dichtdurchmesser 48 zusammen. Im Neuzustand 50 der
Sitzfläche 30 bzw. der Dichtfläche 40 liegt
entsprechend einer Sitzbegrenzung 42 eine Druckstufe 46 vor.
Die Druckstufe 46 kann mit der Sitzbegrenzung 42 zusammenfallen. Innerhalb
des keilförmigen Druckraums 52 zwischen der Sitzfläche 30 und
der Dichtfläche 40 liegt der im Hochdruckraum 26 herrschende
Systemdruck an. Unter Systemdruck wird ein Druckniveau verstanden, mit
welchem der Druckraum 26 über die Bohrung 24 im
stationär ausgebildeten Ventilstück 22 beaufschlagt
wird. Bei Hochdruckspeichersystemen ist der Systemdruck durch den
Druck gegeben, der im Hochdruckspeicherraum (Common-Rail) eines Hochdruckspeicher-Einspritzsystems
im Hochdruckspeicher durch ein Hochdruckforderaggregat, wie zum
Beispiel eine Hochdruckpumpe, erzeugt wird. Wie aus der Darstellung
gemäß 2 weiter hervorgeht, wird der
Dichtsitz 28 aufgrund einer Schließkraft FS geschlossen, die in vertikaler Richtung
auf das hülsenförmig ausgebildete Ventilelement 12 ausgeübt
wird. Die Schließkraft FS wird
durch ein in 2 nicht dargestelltes Federelement
erzeugt, welches das am Ventilstück 22 geführte
Ventilelement 12 in vertikaler Richtung beaufschlagt. Durch
den im Hochdruckraum 26 über die Bohrung 24 anstehenden
Systemdruck wird im keilförmigen Druckraum 52 im
Neuzustand 50 eine der Schließkraft FS entgegenwirkende,
in Öffnungsrichtung gerichtete zusätzliche Öffnungskraft
erzeugt. Aufgrund der definierten Durchmesser 48, 32, 14 ist
eine im Neuzustand 50 in Öffnungsrichtung am hülsenförmig
ausgebildeten Ventilelement 12 wirkende Öffnungskraft
F wohl definiert. Daher kann diese bei der Auslegung der Schließkraft
FS berücksichtigt werden.
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Wie
aus den 2, 5, 6 weiterhin hervorgeht,
liegt zwischen der Sitzfläche 30 am Ventilstück 22 und
der Dichtfläche 40 des hülsenförmigen Ventilelements 12 eine
negative Sitzwinkeldifferenz 44 vor. Dadurch wird bewirkt,
dass der Ventilsitz 28 nicht mehr an der Innenkante des
hülsenförmig ausgebildeten Ventilelementes 12 beim
Sitzdurchmesser 32 liegt, sondern an der Außenkante
der Sitzbegrenzung 42 des stationär aufgenommenen
Ventilstücks 22 am Dichtdurchmesser 48.
Dadurch wird die bereits erwähnte definierte Druckstufe 46 erzeugt,
welche die zusätzliche, wohl definierte Kraft F in Öffnungsrichtung
auf das hülsenförmig ausgebildete Ventilelement 12 bringt.
Diese Kraft F ist kleiner als die in Schließrichtung des
Ventilsitzes 28 das hülsenförmige Ventilelement 12 beaufschlagende
Schließkraft FS.
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Die
ursprünglich vorhandene Sitzbegrenzung 42 am stationär
gelagerten Ventilstück 22 ist erforderlich, um
die anfängliche Größe der Druckstufe 46 im
Neuzustand 50 genau zu definieren. Durch die Sitzbegrenzung 42 ist
in jedem Fall die statische Dichtheit des Schaltventils 10 gemäß der
Darstellung in 2 über dessen Lebensdauer
gewährleistet. Zudem kann die anfänglich auftretende,
in Öffnungsrichtung wirkende Druckkraft F nicht steigen,
da die Druckstufe 46, ausgehend vom Neuzustand 50,
nicht größer werden kann, sie wird, wie nachfolgend
im Zusammenhang mit der Erläuterung der 3 und 4 dargelegt, über
die Betriebszeit des Schaltventils 10 immer kleiner.
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3 ist
eine Verschleißform des Ventil- bzw. Dichtsitzes über
die Lebensdauer des Schaltventils gemäß der Darstellung
in 2 zu entnehmen, wobei sich Verschleißerscheinungen
am stationären Ventilstück einstellen.
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Wie
aus der Darstellung gemäß 3 hervorgeht,
tritt als eine mögliche Verschleißform ein Verschleiß am
stationär angeordneten Ventilstück 22 auf.
An diesem stellt sich an der Sitzfläche 30 ein
Angleich 54 ein. Aufgrund des Angleichs 54 wird
aus der in 2 dargestellten Kontaktlinie 34 eine
Kontaktfläche 60. Aufgrund dieses Umstandes wird
der im Neuzustand 50 gemäß 2 durch
Bezugszeichen 52 indizierte keilförmige Druckraum
zu einem zweiten reduzierten keilförmigen Druckraum 56.
Durch das verringerte Volumen des zweiten reduzierten keilförmigen
Druckraums 56, in dem unter Systemdruck stehender Kraftstoff
ansteht, wirkt auf das hülsenförmig ausgebildete
Ventilelement 12 nur eine reduzierte zusätzliche Öffnungskraft
F, da die Druckstufe 46, die sich im Neuzustand gemäß 2 einstellt,
auf eine erste reduzierte Druckstufe 58 verkleinert ist. Dadurch
nimmt die in Öffnungsrichtung wirkende Öffnungskraft
F, die der Schließkraft FS entgegenwirkt, ab.
Durch den auftretenden Verschleiß wird die erste reduzierte
Druckstufe 58 infolge des Angleichs 54 (vergleiche 4)
stetig kleiner. Aufgrund des sich einstellenden Verschleißes
durch den Übergang von der Kontaktlinie 34 zur
Kontaktfläche 60 wird die in Öffnungsrichtung
erzeugte zusätzliche Kraft F kleiner, während
der Hubweg (Ankerhub), welchen das hülsenförmige
Dichtelement 12 in vertikaler Richtung zurückzulegen
hat, größer wird. Wie eingangs bereits dargestellt,
steht eine geringere resultierende Gesamtöffnungs kraft,
was ein späteres Öffnen und eine kürzere Öffnungsdauer
nach sich zieht, einem vergrößerten Ankerhub und
damit einer längeren Öffnungsdauer entgegen.
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Das
in den 5 und 6 nur teilweise dargestellte
Schaltventil 10 unterscheidet sich vom Schaltventil 10 gemäß 1 bis 4 dadurch, dass
das Ventilelement 12 als Vollkörper bzw. als bolzenförmiges
Ventilelement 12 ausgebildet ist. Die übrigen
an dieser Stelle nicht weiter beschriebenen, jedoch in den 5 und 6 dargestellten,
mit Bezugzeichen kenntlich gemachten Bauteile des Schaltventils 10 sind
in den Beschreibungsteilen zu den 1 bis 4 ausführlich
erläutert.
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Das
Schaltventil 10 umfasst neben dem außen liegenden
hülsenförmig ausgebildeten Ventilstück 22,
das Teil eines in der Zeichnung nicht dargestellten Ventilkörpers
des Schaltventils 10 ist, das Ventilelement 12,
das in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Vollkörper
mit einem Außendurchmesser 68 ausgebildet ist.
Das Ventilelement 12 besteht im Wesentlichen aus einem
hier nicht dargestellten Druckkörper, auf dem eine ebenfalls
nicht dargestellte Stellfeder angeordnet ist, die das Ventilelement 12 in
Richtung des Ventilsitzes 28 im Ventilstück 22 drückt
und dadurch für einen guten Dichtsitz sorgt.
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Das
Schaltventil 10 ist symmetrisch zu seiner Symmetrielinie 70 aufgebaut,
kann jedoch auch asymmetrisch ausgeführt sein, mit einem
Versatz zwischen Ventilstück 22 und Ventilglied.
Das hülsenförmige Ventilelement 12 ist
mit der Innenmantelfläche 18 an der Führung 16 des
Ventilstücks 22 geführt. Zwischen der
Innenmantelfläche 18 des Ventilelements 12 und
einer Innenumfangsfläche 21 des Ventilstücks 22 befindet
sich der Spalt 20, der die eng tolerierte Führung 16 des
Ventilelements 12 darstellt. Gemäß der
Darstellung in 5 ist das Ventilelement 12 in
den Ventilsitz 28 gestellt und befindet sich dadurch in
einer die Ventilöffnung verschließenden Stellung.
Dadurch wird das Abströmen von unter Systemdruck stehendem
Kraftstoff aus dem Hochdruckraum 26 über den Ventilsitz 28 verhindert.
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Der
Hochdruckraum 26 ist durch eine ringförmig verlaufende,
taschenförmige Ausnehmung zwischen einer Außenmantelfläche 19 des
Ventilelements 12 und der Innenmantelfläche 21 des
Ventilstücks 22 gebildet. Der Hochdruckraum 26 wird über mindestens
einen Hochdruckzulauf, insbesondere über die Bohrung 24,
mit unter Systemdruck stehendem Kraftstoff befüllt. Bei
geschlossenem Schaltventil 10 steht der unter Systemdruck
stehende Kraftstoff im Hochdruckraume 26 an. Im Bereich
des Ventilsitzes 28 weist das Ventilelement 12 einen
Sitzdurchmesser 72 auf. Das hülsenförmige
Ventilelement 12 sitzt in der Darstellung gemäß 1 auf
der Sitzfläche 30 des Ventilstücks 22 auf
und bildet hierdurch die Kon taktlinie 34. Diese ist bei
der Relativbewegung des als Vollkörper ausgebildeten Ventilelements 12 relativ
zum stationären Ventilstück 22 im Kraftstoffinjektor
des Schaltventils 10 sehr hohen mechanischen Beanspruchungen
ausgesetzt.
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4 zeigt
eine sich möglicherweise einstellende Verschleißform
des hülsenförmigen oder bolzenförmigen
Ventilelements 12.
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Während
gemäß der Darstellung in 3 eine Abplattung
der Sitzfläche 30 und die Ausbildung einer Kontaktfläche 60 erfolgt,
gräbt sich gemäß 4 die Dichtfläche 30 des
stationären Ventilstücks 22 in eine Ausnehmung 62 der
Dichtfläche 40 des hülsenförmig
ausgebildeten Ventilelements 12. In der Darstellung gemäß 4 ist
der Angleich größer ausgefallen, d. h. cm größerer
Abschnitt der Sitzfläche 30 des Ventilstücks 22 ist
in die Ausnehmung 62 eingefahren. Aufgrund der vergrößerten
Kontaktfläche 60, die sich in der möglichen
Verschleißform gemäß 4 einstellen
kann, ist der keilförmige Druckraum 52, der sich
im Neuzustand 50 des Schaltventils 10 einstellt,
nochmals verkleinert und durch einen zweiten zusätzlich
reduzierten keilförmigen Druckraum 64 bezeichnet.
Aufgrund der nochmaligen Verkleinerung des keilförmigen
Druckraums, wie in 4 durch Bezugszeichen 64 gegenüber
der Ausführungsform gemäß 3 angedeutet,
ist auch eine zweite reduzierte Druckstufe 66, die sich
an der verbleibenden Dichtfläche 40 des hülsenförmigen
Ventilelementes 12 ausbildet, nochmals verkleinert. Aus der
Darstellung gemäß 4 geht hervor,
dass die Kontaktlinie 34, die sich im Neuzustand zwischen
der Dichtfläche 40 und der Sitzfläche 30 einstellt,
in radialer Richtung weiter nach innen gewandt ist und den Zwickel
des zweiten reduzierten keilförmigen Druckraums 64 identifiziert.
Wie 4 weiter zeigt, ist aufgrund der zweiten reduzierten
Druckstufe 66 die zusätzliche in Öffnungsrichtung
wirkende Kraft F im Vergleich zur Darstellung gemäß 2,
die den Neuzustand 50 des Schaltventils 10 kennzeichnet,
nochmals reduziert. Der Übergang der Sitzfläche 30 von einem
linienförmigen Kontakt 34 im Neuzustand 50 in einen
flächigen Kontakt unter Ausbildung der Kontaktfläche 60 der
Sitzfläche 30 in die Ausnehmung 62 der
Dichtfläche 40 kann auch als Mischverschleißform,
d. h. aus beiden Phänomenen gleichzeitig, zusammengesetzt
sein, also als Kombination der Verschleißform gemäß den 3 und 4 auftreten. Von
Bedeutung ist bei der auftretenden Verschleißform der Umstand,
dass ausgehend von der wohl definierten Druckstufe 46 (2, 5, 6)
im Neuzustand 50 bei Ausbildung der Kontaktlinie 34 am Dichtdurchmesser 48 eine
sukzessive Verkleinerung der Druckstufen 58, 66 erfolgt,
sodass gegenläufig dazu eine Verlängerung des
Ankerhubs erreicht wird. Einer sich stetig verringernden resultierenden
Gesamtöffnungskraft, welche ein späteres Öffnen
und eine kürzere Öffnungsdauer ergibt, läuft
ein sich gleichzeitig kontinuierlich ver größernder
Ankerhub, der eine längere Öffnungsdauer des Ventilsitzes 28 bewirkt,
entgegen, sodass sich in Summe gesehen die beiden Mechanismen kompensieren
und die Funktion des Schaltventils 10 im Idealfall konstant gehalten
werden kann.
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Die
in 3 dargestellte Verschleißform stellt
sich dann ein, wenn zum Beispiel die Harte des Werkstoffs des Ventilstücks 22 kleiner
ist als die Härte bzw. die Beschichtung, mit der die Dichtfläche 40 des
hülsenförmig ausgebildeten Ventilelements 12 beschichtet
ist. Die Verschleißform gemäß 4 kann
sich zum Beispiel dann einstellen, wenn die Härte bzw.
der Werkstoff des stationär angeordneten Ventilstücks 22 an
der Sitzfläche 30 größer ist
als die Härte der dieser gegenüberliegenden Dichtfläche 40 des
hülsenförmig ausgebildeten Ventilelementes 12 des
Schaltventils 10. Die Sitzwinkeldifferenz, insbesondere
die negative Sitzwinkeldifferenz 44, der Sitzdurchmesser 32,
die Sitzbegrenzung 42 sowie Werkstoff, Härte und
Beschichtungen sind so ausgelegt, dass die Funktionseinflüsse
des Schaltventils 10 infolge des auftretenden mechanischen
Verschleißes reduziert werden oder sich, wie oben dargelegt,
gegenseitig kompensieren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005039911
A1 [0001]
- - DE 10031265 A1 [0002]
- - DE 102007009168 [0003]
- - DE 102007009168 A1 [0009]