DE102008040639A1 - Dichtsitz mit Sitzbegrenzung - Google Patents

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Abstract

Schaltventil (10) mit einem einen Ventilsitz (28) öffnenden oder verschließenden Ventilelement (12), welches mit einem Ventilstück (22) des Schaltventils (10) zusammenwirkt, das einen unter Systemdruck stehenden Hochdruckraum (26) druckentlastet oder druckbeaufschlagt, der durch eine Bohrung (24) mit unter Systemdruck stehendem Kraftstoff beaufschlagt ist. Zumindest im Bereich zwischen dem Ventilstück (22) und dem Ventilelement (12) ist ein weiterer Hochdruckraum (52) gebildet.

Description

  • Stand der Technik
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Offenbarung der Erfindung
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
  • Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung eines druckausgeglichenen Schaltventils gemäß dem Stand der Technik,
  • 2 ein erfindungsgemäß vorgeschlagenes, außen dichtendes, druckausgeglichenes Schaltventil mit Sitzbegrenzung und negativer Sitzwinkeldifferenz im Neuzustand,
  • 3 eine mögliche Verschleißform, die sich am erfindungsgemäß vorgeschlagenen Schaltventil über dessen Lebensdauer hin einstellt, wobei ein Verschleiß am Ventilstück auftritt,
  • 4 eine mögliche sich einstellende Verschleißform am Schaltventil über dessen Lebensdauer gesehen, mit sich am Ventilelement einstellendem Verschleiß,
  • 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,
  • 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.
  • Der Darstellung gemäß 1 ist ein druckausgeglichen ausgebildetes Schaltventil gemäß dem Stand der Technik zu entnehmen.
  • 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.
  • Ausführungsformen:
  • Der Darstellung gemäß 2 ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäß vorgeschlagenen außen dichtenden, druckausgeglichenen Ventils mit Sitzbegrenzung und negativer Sitzwinkeldifferenz im Neuzustand zu entnehmen.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 4 zeigt eine sich möglicherweise einstellende Verschleißform des hülsenförmigen oder bolzenförmigen Ventilelements 12.
  • 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.
  • 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.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 102005039911 A1 [0001]
    • - DE 10031265 A1 [0002]
    • - DE 102007009168 [0003]
    • - DE 102007009168 A1 [0009]

Claims (13)

  1. Schaltventil (10) mit einem einen Ventilsitz (28) öffnenden oder verschließenden Ventilelement (12), welches mit einem Ventilstück (22) des Schaltventils (10) zusammenwirkt, das einen unter Systemdruck stehenden Hochdruckraum (26) druckentlastet oder druckbeaufschlagt, der durch eine Bohrung (24) mit unter Systemdruck stehendem Kraftstoff beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest im Bereich zwischen dem Ventilstück (22) und dem Ventilelement (12) ein weiterer Hochdruckraum (52) gebildet ist.
  2. Schaltventil (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Ventilsitz (28) des Ventilelements (12) und dem Ventilstück (22) des Schaltventils (10) der weitere Hochdruckraum (52) gebildet ist.
  3. Schaltventil (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Hochdruckräume (26, 52) in Durchflussverbindung stehen und druckbeaufschlagt sind, insbesondere wenn das Ventilelement (12) mit seinem Ventilsitz (28) an einer Sitzfläche (30) des Ventilstücks (22) des Schaltventils (10) anliegt.
  4. Schaltventil (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Ventilstück (22) und dem Ventilelement (12) eine negative Sitzwinkeldifferenz (44) ausgeführt ist und der Ventilsitz (28) in Bezug auf einen Sitzdurchmesser (32) auf einem vergrößerten Dichtdurchmesser (48) liegt.
  5. Schaltventil (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Neuzustand (50) des Schaltventils (10) am Ventilsitz (28) eine Kontaktlinie (34) zwischen der Sitzfläche (30) und einer Dichtfläche (40) ausgebildet ist.
  6. Schaltventil (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Neuzustand (50) des Schaltventils (10) der Druckraum (52) durch die Kontaktlinie (34), die Dichtfläche (40) und die Sitzfläche (30) begrenzt ist.
  7. Schaltventil (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (12) hülsenförmig oder als Vollkörper ausgebildet ist und das Ventilstück (22) vom hülsenförmigen Ventilelement (12) umgeben ist oder das Ventilstück (22) den Vollkör per des Ventilelements (12) ummantelt, wobei im Neuzustand (50) des Schaltventils (10) eine Druckstufe (46) durch eine Sitzbegrenzung (42) am Ventilstück (22) und zumindest eines Teils der Dichtfläche (40) des Ventilelements (12) gebildet ist, wobei das Ventilelement entgegen der Wirkung einer Schließkraft (FS) in Öffnungsrichtung beaufschlagt ist.
  8. Schaltventil (10) gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine in Öffnungsrichtung wirkende zusätzliche Öffnungskraft (F) kleiner ist als die das hülsenförmige Ventilelement (12) in Schließrichtung beaufschlagende Schließkraft (FS).
  9. Schaltventil (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (28) an der Außenkante der Sitzbegrenzung (42) liegt.
  10. Schaltventil (10) gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltventil (10) im Bereich des Ventilsitzes (28) nach einer Betriebszeit einen reduzierten Druckraum (56) bildet, der in Schließstellung des Schaltventils (10) mit dem ersten Druckraum (26) in Durchflussverbindung steht und am Schaltventil (10) durch einen Angleich (54) begrenzt wird, der durch eine Kontaktfläche (60) zwischen dem Ventilelement (12) und dem anliegenden Ventilstück (22) gebildet ist.
  11. Schaltventil (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass über die Lebensdauer des Schaltventils (10) die in Öffnungsrichtung wirkende, an der Druckstufe (46) angreifende Kraft (F) kontinuierlich abnimmt und ein Hubweg des hülsenförmig ausgebildeten Ventilelementes (12) entlang einer Führung (16) kontinuierlich zunimmt.
  12. Schaltventil (10) gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltventil (10) in einem Kraftstoffinjektor aufgenommen ist und den unter Systemdruck stehenden Hochdruckraum (26) druckentlastet.
  13. Schaltventil (10) gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mit unter Systemdruck stehendem Kraftstoff beaufschlagte Hochdruckraum (26) mit dem zweiten Druckraum (56, 64) verbunden ist.
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