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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hochdruckbauteilesystem, insbesondere Kraftstoffhochdrucksystem einer Brennkraftmaschine, mit einem Gehäuse, das zwei Hochdruckkörper umfasst, die zumindest mittelbar mit Anlageflächen aneinander liegen und durch eine Spanneinrichtung gegeneinander gepresst sind, und mit einem in dem Hochdruckkörpern ausgebildeten Kanal, der ein Medium unter hohem Druck führt, und der durch die Anlageflächen der beiden Hochdruckkörper hindurchtritt.
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Stand der Technik
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Ein derartiges Hochdruckbauteilesystem ist aus der
DE 101 15 214 A1 bekannt. Dieses Hochdruckbauteilesystem betrifft ein Kraftstoffhochdrucksystem für eine Brennkraftmaschine, dass zwei Hochdruckkörper umfasst, die unter Einfügung einer Dichtfolie aus Metall gegeneinander gepresst werden.
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Ein weiteres Hochdruckbauteilesystem ist aus der
DE 102 07 227 A1 bekannt. Dieses Hochdruckbauteilesystem betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil für eine Brennkraftmaschine, das zwei Hochdruckkörper umfasst, die unmittelbar aneinander liegen und gegeneinander gepresst werden. Dabei weist zumindest die Anlagefläche eines der beiden Hochdruckkörper Riefen auf, die kreisbogenförmig um einen Mittelpunkt der Anlagefläche verlaufen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Hochdruckbauteilesystem mit zwei Hochdruckkörpern bereitzustellen, deren gegenseitige Abdichtung verbessert ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die erste plane Anlagefläche eine geringe Rauhtiefe und die zweite plane Anlagefläche eine Rillenstruktur aufweisen, und dass zwischen der ersten Anlagefläche und der zweiten Anlagefläche ein Dichtmaterial angeordnet ist. Die Abdichtung von dieser Hochdruck-Planflächenverbindung wird folglich mit einer Kombination einer definierten Dichtflächengeometrie und der Einfügung eines Dichtmaterials realisiert und ist insbesondere für einen Mediumsdruck von > 1500 bar geeignet, bei dem bekannte Abdichtungen versagen können. Die erfindungsgemäße Abdichtung ist dabei in der Lage, im eigentlich „statisch“ beanspruchten Dichtverband bei Druckpulsationen in dem Hochdruckbauteilesystem auch Mikrobewegungen auszugleichen. Dadurch ist die sonst übliche und teure Präzisionsbearbeitung der Anlageflächen der Hochdruckkörper überflüssig. Die Profilspitzen der zweiten Anlagefläche werden beim Verpressen der beiden Hochdruckkörper durch beispielsweise einen Schraubverband gegen die erste Anlagefläche sowohl plastisch als auch elastisch verformt. Mögliche Leckagekanäle werden verschlossen und das Entweichen von Medium wird verhindert. Das weiche zusätzlich eingebrachte Dichtmaterial wird zwischen den beiden Anlageflächen (unter Einbezug der Profilspitzen) eingeschlossen und verschließt zusätzlich Mikrokanäle. Das Kriechen von Kleinstmengen des Mediums wird dadurch verhindert. Je nach der Härte der beteiligten Elemente findet eine zusätzliche Verzahnung der beiden Hochdruckkörper statt. Die erste Anlagefläche kann mechanisch zum Beispiel durch Drehen, Honen, Schleifen oder ähnliche Bearbeitungsverfahren hergestellt werden. Das heute übliche Feinstschleifen ist für die Wirksamkeit der Dichtung nicht erforderlich. Die Rauhtiefe der ersten Anlagefläche ist kleiner als die Rauhtiefe der zweiten Anlagefläche, und weist vorzugsweise einen Wert Rz < 2 µm auf. Die Rillenstruktur auf der zweiten Anlagefläche kann im einfachsten Fall durch mechanische Bearbeitung wie zum Beispiel Drehen, Schleifen oder Laserbearbeitung hergestellt werden. Im Übrigen können in die Hochdruckkörper auch mehrere Kanäle für ein oder mehrere gegebenenfalls unterschiedliche Medien, die weiterhin gegebenenfalls unterschiedlich hohe Drücke aufweisen, eingelassen sein.
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In Weiterbildung der Erfindung ist die Rillenstruktur konzentrisch oder spiralförmig ausgebildet. Die konzentrische Ausbildung ist vorzugsweise kreisförmig ausgebildet und ebenso wie die spiralförmige Ausbildung mit einer Rauhtiefe von 0,8 <= Rz <= 15µm ausgebildet. Die Rillenstruktur ist konzentrisch um die Bauteilmitte oder konzentrisch um kritische Bereiche, wie beispielsweise den das unter hohem Druck führende Medium führenden Kanal ausgebildet. Die Rillenstruktur kann spitz oder mit einem abgerundeten Wellenprofil ausgeführt sein.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Dichtmaterial auftragbar oder als ein eigenständiges Dichtelement ausgebildet. Das Dichtmaterial besteht vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff (beispielsweise In, Ag, Sn) und weist, wie in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen ist, eine geringere Härte als jede der beiden Anlageflächen. Weiterhin weist das Dichtmaterial eine gute Verformbarkeit auf. Dabei ist auch gute Beständigkeit gegenüber dem Medium und Verträglichkeit mit dem Material die beiden Hochdruckkörper wichtig. Das Auftragen von Dichtmaterial kann durch Beschichtungsverfahren, wie zum Beispiel galvanische Abscheidung, Druckverfahren, Vakuumprozesse, Plasmaspritzen oder ähnliche Verfahren erfolgen. Das eigenständige Dichtelement ist beispielsweise eine Dichtfolie. Das Dichtmaterial wird mit einer Dicke von kleiner gleich 4× der größten Rauhtiefe, vorzugsweise mit 0,5× bis 1× der größten Rauhtiefe aufgebracht beziehungsweise das Dichtelement ist mit einer derartigen Dicke ausgebildet. Das Dichtmaterial kann vollflächig oder partiell auf die Anlageflächen appliziert werden. Die medienführenden Bereiche sind immer von Dichtmaterial umgeben. Die Härte der ersten Anlagefläche in Bezug zu der Härte der zweiten Anlagefläche wird in Abhängigkeit der Eigenschaften und Anforderungen an die beiden Hochdruckkörper ausgewählt. Dabei kann dann die Härte der ersten Anlagefläche höher oder geringer als die Härte der zweiten Anlagefläche sein, wobei aber das Dichtmaterial in jedem Fall eine geringere Härte als beide Dichtflächen aufweist.
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Der Gegenstand der Erfindung wird insbesondere bei einem Kraftstoffhochdrucksystem, wie beispielsweise einer Hochdruckpumpe oder einen Kraftstoffinjektor eines Kraftstoffeinspritzsystems für eine Brennkraftmaschine angewendet. Dabei ist das Medium ein Kraftstoff, der im Falle einer selbstzündenden Brennkraftmaschine Dieselkraftstoff ist.
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In Weiterbildung der Erfindung können auch mehrere Hochdruckkörper als Stapel angeordnet und gegeneinander verpresst sein. Jeder Zwischenraum zwischen den Hochdruckkörpern des Stapels ist dann in vorteilhafter Weise erfindungsgemäß ausgestaltet. Diese Ausgestaltung ist beispielsweise bei den Bauteilen Düse, Drosselplatte, Führungsplatte und Haltekörper eines Kraftstoffinjektors anwendbar.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben sind.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es zeigen:
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1 eine Draufsicht auf eine zweite Anlagefläche eines zweiten Hochdruckkörpers mit einer konzentrischen Rillenstruktur,
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2 eine Draufsicht auf eine zweite Anlagefläche eines zweiten Hochdruckkörpers mit einer spiralförmigen Rillenstruktur,
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3 eine Draufsicht auf eine zweite Anlagefläche eines zweiten Hochdruckkörpers mit einer konzentrischen Rillenstruktur um einen exzentrisch angeordneten Kanal für ein Hochdruckfluid,
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4 einen Schnitt A-A gemäß 1 mit einer Rillenstruktur der zweiten Anlagefläche in Form eines spitzen Wellenprofils,
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5 einen Schnitt A-A gemäß 1 mit einer Rillenstruktur der zweiten Anlagefläche in Form eines abgerundeten Rillenprofils,
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6 eine Schnittdarstellung einer ersten mit Dichtmaterial beschichteten Anlagefläche und einer dazu beabstandet angeordneten zweiten Dichtfläche,
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7 eine Schnittdarstellung einer ersten Anlagefläche und einer dazu beabstandet angeordneten mit Dichtmaterial beschichteten zweiten Anlagefläche,
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8 eine Schnittdarstellung zweier gegenüberliegender mit Dichtmaterial beschichteter ersten Anlageflächen, zwischen denen eine zwei gegenüberliegende zweite Anlageflächen aufweisende Scheibe beabstandet ist,
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9 eine Schnittdarstellung zweier gegenüberliegender zweiten Anlageflächen, zwischen denen eine zwei gegenüberliegende erste Anlageflächen aufweisende Scheibe beabstandet ist wobei die ersten Anlageflächen der Scheibe mit Dichtmaterial beschichtet sind,
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10 zeigt das Zusammenwirken der ersten Anlagefläche, dem Dichtmaterial und der zweiten Anlagefläche und
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11 zeigt das Zusammenwirken der ersten Anlagefläche, dem Dichtmaterial und der zweiten Anlagefläche unter zusätzlicher Verzahnung der ersten Dichtanlagefläche und der zweiten Anlagefläche.
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1 zeigt die Draufsicht auf ein Hochdruckbauteil, das beispielsweise ein Haltekörper oder ein Düsenkörper eines Kraftstoffinjektors als zweiter Hochdruckkörper 5 ist. In den Hochdruckkörper 5 ist ein zentraler Niederdruckkanal 6 für ein Medium, insbesondere Kraftstoff, eingelassen. Oberhalb des Niederdruckkanals 6 sind exzentrisch zwei Bohrungen 4 angeordnet, die zur gegenseitigen Fixierung und Verdrehsicherung des zweiten Hochdruckkörpers 5 und eines hier nicht dargestellten ersten Hochdruckkörpers 2 (6) dienen. Unterhalb des zentralen Niederdruckkanals 6 ist exzentrisch zu dem Niederdruckanal 6 ein Kanal 3 für das unter Hochdruck stehende Medium angeordnet. Die zweite Anlagefläche 8 weist eine konzentrisch um den Niederdruckkanal 6 angeordnete Rillenstruktur auf.
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Im Unterschied dazu ist die Rillenstruktur gemäß der 2 spiralförmig um den Niederdruckkanal 6 durch die zweite Anlagefläche 8 angeordnet bzw. ausgebildet. Der sonstige Aufbau des Hochdruckbauteils ist wie auch der des in 3 dargestellten Hochdruckbauteils der Gleiche wie unter 1 beschrieben.
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Wiederum in Unterschied dazu ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 die Rillenstruktur konzentrisch um den Kanal 3 für das unter Hochdruck stehende Medium angeordnet. Diese Rillenstruktur kann auch spiralförmig ausgebildet sein.
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Die 4 und 5 zeigen in einer Diagrammdarstellung Schnitte A-A durch die zweite Anlagefläche 8 gemäß 1, wobei die Diagrammdarstellung die Rillenstruktur der Anlagefläche 8 wiedergibt. Ausweislich der Darstellung der 4 weist die Rillenstruktur eine spitze Wellenstruktur auf, während die Rillenstruktur gemäß der 5 wellenförmig ausgebildet ist. Beide Rillenstrukturen sind jeweils mit einer Rauhtiefe Rz von 0,8 <= Rz <= 15µm ausgebildet.
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6 zeigt eine Schnittdarstellung der ersten Anlagefläche 1 mit einer Rauhtiefe Rz < 2 µm, wobei auf die erste Anlagefläche 1 ein Dichtmaterial 7 aufgetragen ist, beispielsweise aufgespritzt ist. Die Dicke des Dichtmaterials 7 beträgt beispielsweise 0,5× bis 1× der Rauhtiefe der Rillenstruktur der zweiten Anlagefläche 8 des zweiten Hochdruckkörpers 5. Dieser zweite Hochdruckkörper 5 ist (zur bessern Darstellung der Oberflächenausgestaltungen) beabstandet zu dem ersten Hochdruckköper 1 angeordnet und dessen Anlagefläche 8 ist unbeschichtet. Der umgekehrte Fall ist in der 7 dargestellt.
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8 zeigt zwei gegenüberliegende erste Hochdruckkörper 2 mit ersten Anlageflächen 1, die jeweils eine geringe Rauhtiefe aufweisen und wobei beide Anlageflächen 1 mit Dichtmaterial 7 beschichtet sind. Zwischen den gegenüberliegenden Hochdruckkörpern 2 ist ein zweiter Hochdruckkörper 5 in Form einer Scheibe angeordnet. Die Scheibe weist auf beiden Seiten jeweils eine zweite Anlagefläche 8 auf, die beide unbeschichtet sind.
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Genau die umgekehrte Anordnung ist in der 9 dargestellt. Hier ist der erste Hochdruckkörper 2 die beidseitig beschichtete Scheibe, die zwischen zwei gegenüberliegenden zweiten Hochdruckkörpern angeordnet ist.
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10 zeigt einen Verbund eines ersten Hochdruckkörpers 2 und eines zweiten Hochdruckkörpers 5 unter Einfügung von Dichtmaterial 7, dass in die Rillenstruktur der zweiten Anlagefläche 8 eingepresst ist.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 11 erfolgt zusätzlich noch eine Verzahnung des ersten Hochdruckkörpers 2 und des zweiten Hochdruckkörpers 5.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10115214 A1 [0002]
- DE 10207227 A1 [0003]
