DE19956830A1 - Durchführung - Google Patents

Abstract

Die Durchführung weist auf ein bewegbar geführtes Übertragerelement, wobei ein Dichtspalt zwischen einem Gehäuse und dem Übertragerelement einen Hochdruckraum und einen Niederdruckraum miteinander verbindet und das dadurch gekennzeichnet ist, daß mindestens Hohlraum sich über eine Länge des Dichtspalts erstreckt, welcher entweder mit dem Hochdruckraum oder mit dem Niederdruckraum fluidisch verbunden ist, so daß eine Vergrößerung der Breite des Dichtspalts mittels einer radialen Dehnung des Hohlraums, die von einem Druckunterschied zwischen Hohlraum und Dichtspalt abhängig ist, verringerbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Durchführung mit einer Passung.

Beispielsweise aus DE 195 19 191 A1 ist ein Einspritzventil bekannt, bei dem ein Hub einer Ventilnadel ein Öffnen und Schließen einer Einspritzöffnung steuert. Zwischen Ventil­ nadel und führendem Gehäuse existiert ein enger Dichtspalt. Die Ventilnadel weist eine Steuerfläche an einer mit Kraft­ stoff gefüllten Hochdruck-Einspritzkammer auf, wobei sich ein Leckagestrom aus der Hochdruck-Einspritzkammer durch die Pas­ sung an einen Abfluß einstellt. Bei Verwendung in einer Ver­ brennungsmaschine wird der Kraftstoff des Leckagestroms in der Regel wieder in einen Kraftstofftank zurückgeführt.

Zur Verringerung des Leckagevolumenstroms werden erhebliche Anstrengungen unternommen. Denn erstens beeinträchtigen diese hydraulischen Verluste einen Gesamtwirkungsgrad des Verbren­ nungsmotors, da die entsprechende Antriebsleistung von der Kraftstoff-Hochdruckpumpe aufgebracht werden muß. Und zwei­ tens bedingt eine Rückführung des heißen Kraftstoffs eine nachteilige Erwärmung des Inhaltes des Kraftstofftanks.

Das prinzipielle Problem besteht darin, daß durch den Hoch­ druck, z. B. ca. 1500-2000 bar bei einer Diesel-Direktein­ spritzung, die Führung der Ventilnadel im Bereich des Dichtspalts radial gedehnt wird, während die Ventilnadel in diesem Bereich in radialer Richtung gestaucht wird. Dadurch erhöht sich die im drucklosen Zustand eingestellte Breite des Dichtspalts erheblich. Es ist offensichtlich, daß sich dieses prinzipielle Problem auch durch ein Spaltmaß nahe Null nicht lösen läßt.

Die erheblich vergrößerte Breite des Dichtspalts führt zu ei­ nem wesentlich größeren Leckagevolumenstrom und damit zu einem erheblichen Energieverlust, der durch eine erhöhte Pumpleistung der Kraftstoff-Hochdruckpumpe abgefangen werden muß. Durch diesen Effekt wird also der Wirkungsgrad des Hoch­ drucksystems und damit auch derjenige des Verbrennungsmotors deutlich reduziert.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglich­ keit zur Verringerung einer Leckage durch eine Passung be­ reitzustellen.

Diese Aufgabe wird durch eine Durchführung gemäß Patent­ anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Un­ teransprüchen entnehmbar.

Die Durchführung weist ein in einem Gehäuse, das als Halte­ rung dient, bewegbar geführtes Übertragerelement auf. Durch das Übertragerelement, z. B. eine Ventilnadel oder eine Welle, wird eine Bewegung, z. B. ein Hub und/oder eine Rotation, übertragen, beispielsweise ein von einem Piezoaktor ausge­ löster Hub. Unter bewegbar geführt wird axialverschiebbar ge­ führt, z. B. bei einer Ventilnadel, und/oder drehbar geführt, z. B. bei einer Welle, verstanden.

Das Gehäuse und das Übertragerelement sind durch einen Dichtspalt, auch Passung genannt, voneinander getrennt. Durch den Dichtspalt werden ein Hochdruckraum, z. B. eine Hoch­ druck-Einspritzkammer eines Diesel- oder Benzineinspritzers, und ein unter geringerem Druck stehender Niederdruckraum, z. B. ein Ablauf, miteinander verbunden. Durch den Druckunter­ schied zwischen Hoch- und Niederdruckraum kommt es zu eines Leckagestrom vom Hochdruckraum zum Niederdruckraum.

Die Durchführung weist zudem mindestens einen axial, d. h. entlang einer Längsachse I; ausgedehnten Hohlraum auf, der sich mindestens teilweise über eine Länge des Dichtspaltes erstreckt. Die Zahl der Hohlräume ist nicht eingeschränkt. Der Hohlraum muß sich nicht über die ganze Länge des Dichtspaltes erstrecken, sondern kann, z. B. abhängig von der Betriebsstellung, auch kürzer sein als der Dichtspalt und/oder nur teilweise in den Bereich des Dichtspaltes hin­ einragen. Der Hohlraum kann beispielsweise um die Längsachse I zentriert sein, z. B. zylinderförmig oder elliptisch, oder er kann die Längsachse I nur umfassen, z. B. in Form eines die Längsachse umfassenden offenen Hohlzylinders. Eine solche Rotationssymmetrie um die Längsachse I ist aber nicht zwin­ gend.

Der Hohlraum ist mit dem Hochdruckraum oder mit dem Nieder­ druckraum fluidisch verbunden. Durch den Hohlraum wird also keine fluidische Verbindung zwischen dem Hochdruckraum und dem Niederdruckraum hergestellt.

Dabei ist mittels einer radialen (d. h. einer senkrecht zur Längsachse I erfolgenden) Dehnung des Hohlraums eine Ver­ größerung der Breite des Dichtspalts durch die Druckaufgabe verringerbar. Die Größe der Dehnung des Hohlraums ist von ei­ nem Druckunterschied zwischen Hohlraum und Dichtspalt abhän­ gig.

Bei dieser Durchführung ergibt sich der Vorteil, daß die Deh­ nung des Dichtspaltes in radialer Richtung durch die Dehnung des Hohlraums wenigstens teilweise kompensierbar ist, und da­ mit der Leckagevolumenstrom reduzierbar ist.

Es ist vorteilhaft, wenn die Durchführung eine Abdichthülse zwischen Gehäuse und Übertragerelement aufweist, deren erste Seitenwand eine Wand des Dichtspalts darstellt. Eine zweite Seitenwand der Abdichthülse entspricht einer Wand des minde­ stens einen Hohlraums. Zum Beispiel kann die Abdichthülse hohlzylindrisch geformt sein, so daß sie eine Innen- und eine Außenwand aufweist. Die Hülse kann auch einen Kragen aufwei­ sen.

Die zweite Seitenwand kann zudem mittels einer umlaufenden Dichtung, z. B. einer Verschweißung oder eines verschweißten Kragens, am Gehäuse oder an dem Übertragerelement befestigt sein. Dadurch wird mindestens ein Hohlraum geformt, wobei mindestens ein Hohlraum mit dem Hochdruckraum fluidisch ver­ bunden ist.

Beispielsweise kann ein Kragen eine hohlzylindrische Abdeck­ hülse an ihrem dem Niederdruckraum zugewandten Ende abdich­ ten, so daß nur ein mit dem Hochdruckraum verbundener Hohl­ raum erzeugt wird. Auch kann z. B. eine abdichtende Ver­ schweißung der Abdeckhülse an der zweiten Seitenwand vorhan­ den sein, so daß ein mit dem Hochdruckraum und ein mit dem Niederdruckraum verbundener Hohlraum erzeugt werden.

Es ist günstig, wenn die Abdichthülse mit dem Gehäuse verbun­ den ist, so daß die erste Seitenwand der Abdichthülse der In­ nenwand der Abdichthülse entspricht. Die Innenwand ist durch den Dichtspalt von dem Übertragerelement getrennt. Die zweite Seitenwand der Abdichthülse entspricht dann ihrer Außenwand, so daß der mindestens eine Hohlraum durch die Außenwand und das Gehäuse begrenzt wird.

Zum Beispiel ist die Abdichthülse hohlzylindrisch mit einem Kragen, und das Übertragerelement, z. B. eine Ventilnadel, wird durch sie hindurchgeführt. Die Abdichthülse wird durch Verschweißung des Kragens mit dem restlichen Gehäuse verbun­ den. Die Abdichthülse kann als getrenntes Bauteil oder als Teil des Gehäuses aufgefaßt werden.

Es ist aus Gründen einer Montage günstig, wenn die Abdicht­ hülse mit dem Übertragerelement verbunden ist. Die erste Sei­ tenwand entspricht dabei der Außenwand der Abdichthülse, wel­ che über den Dichtspalt vom Gehäuse getrennt ist. Analog ent­ spricht die zweite Seitenwand der Abdichthülse ihrer Innen­ wand, so daß der mindestens eine Hohlraum durch die Innen­ wand, die Dichtung und das Übertragerelement begrenzt wird.

Zum Beispiel ist die Abdichthülse hohlzylindrisch und um­ schließt das Übertragerelement. Sie als getrenntes Bauteil oder als Teil des Übertragerelements aufgefaßt werden.

Es wird eine Durchführung besonders bevorzugt, bei der die Abdichthülse hohlzylindrisch ist, und zwar sowohl glatt als auch mindestens abschnittsweise wandstärkenmoduliert.

Es ist zur vereinfachten Anwendung auch vorteilhaft, wenn die Abdichthülse, z. B. durch einen verschweißten umlaufenden Kragen, gegen den Niederdruckraum abgedichtet ist, so daß nur mindestens ein mit dem Hochdruckraum verbundener Hohlraum von der Abdichthülse begrenzt wird.

Zur verfeinerten Einstellung der Kompensation der Dehnung des Dichtspaltes wird eine Abdichthülse bevorzugt, bei der eine Dichtung zwischen Niederdruckraum und Hochdruckraum ange­ bracht ist, so daß mindestens ein Hohlraum mit dem Hochdruck­ raum fluidisch verbunden ist und mindestens ein weiterer Hohlraum mit dem Niederdruckraum fluidisch verbunden ist.

Es wird auch allgemein eine Durchführung bevorzugt, bei der sich mindestens ein Hohlraum innerhalb des Übertragerelemen­ tes, z. B. einer Ventilnadel, befindet, insbesondere wenn der mindestens eine Hohlraum fluidisch mit der Hochdruckkammer verbunden ist.

Der mindestens eine Hohlraum innerhalb des Übertragerelemen­ tes kann aber auch fluidisch mit der Niederdruckkammer ver­ bunden sein und sich, ausgehend vom Niederdruckraum, nicht über die ganze Länge des Dichtspaltes erstrecken.

Günstig ist eine leckagereduzierende Durchführung in einer Kraftstoff-Dosiervorrichtung, insbesondere bei einem Diesel- Direkteinspritzer, z. B. nach dem Common-Rail-Prinzip, und einem Benzin-Direkteinspritzer, bei der das Übertragerelement eine Ventilnadel ist.

In den folgenden Ausführungsbeispielen wird die Durchführung schematisch näher beschrieben.

Die Fig. 1 und 2 zeigen Durchführungen mit einer zylindri­ schen Abdichthülse,

die Fig. 3 und 4 zeigen Durchführungen mit einer weitge­ hend zylindrischen Abdichthülse,

die Fig. 5 und 6 zeigen Durchführungen mit einer rotati­ onssymmetrischen Abdichthülse,

die Fig. 7 bis 9 zeigen Dosiervorrichtungen mit verschie­ denen Abdichthülsen,

Fig. 10 zeigt eine Dosiervorrichtung mit einer hohlen Ven­ tilnadel,

die Fig. 11 und 12 zeigen Dosiervorrichtungen mit ver­ schiedenen Hohlräumen innerhalb und außerhalb der Ventilna­ del,

Fig. 13 zeigt ein Diagramm der Breite b des Dichtspalts ge­ gen die Länge L des Dichtspalts,

Fig. 14a zeigt eine herkömmliche Dosiervorrichtung im druck­ losen Zustand,

Fig. 14a zeigt eine herkömmliche Dosiervorrichtung im druck­ beaufschlagten Zustand.

Fig. 14a zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht den Kopf eines herkömmlichen Common-Rail-Injektors zur Hochdruck- Direkteinspritzung von Kraftstoff in den Brennraum eines Ver­ brennungsmotors, z. B. eines Dieselmotors, im drucklosen Zu­ stand.

In einem Gehäuse 1 ist ein Übertragerelement 2 in Form einer Ventilnadel 13 entlang einer Längsachse I axialverschiebbar angebracht. Die Ventilnadel 13 kann z. B. an ein hydrauli­ sches Servoventil oder direkt an einen Aktor angeschlossen sein. Sie ist an einem Ventilsitz 12 aufsetzbar, so daß durch ihren Hub mehrere Einspritzöffnungen 11 verschließbar sind.

Zudem weist die Ventilnadel 13 eine an einen Hochdruckraum 5 angrenzende Steuerfläche auf. Durch den Dichtspalt 6 zwischen Gehäuse 1 und Ventilnadel 13 fließt ein Leckagestrom in einen Niederdruckraum 7. Über eine Fluidzuleitung 10 wird ein von einer Hochdruckpumpe geförderte Kraftstoff unter Hochdruck, typischerweise 1500 bar bis 2000 bar bei einer Diesel­ einspritzung, in den Hochdruckraum 5 eingespeist.

Wird die Ventilnadel 13 von dem in das Gehäuse 1 eingearbei­ teten Ventilsitz 12 abgehoben, so wird durch die Einspritz­ öffnungen 11 Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt. Zur Beendigung des Einspritzvorgangs wird der Injektor durch das Aufsetzen der Ventilnadel 13 auf den Ventilsitz 12 ge­ schlossen.

Die Durchführung der Ventilnadel 13 aus dem druckbeaufschlag­ ten Hochdruckraum 5 in den weitgehend drucklosen Niederdruck­ raum 7, in dem sich z. B. auch ein Antrieb befinden kann, er­ folgt über einen sehr engen Dichtspalt 6 der (axialen) Länge L und der (radialen) Breite b. Hierdurch entsteht im druckbe­ aufschlagten Zustand ein Kraftstoff-Leckagestrom aus dem Hochdruckraum 5 längs des Dichtspalts 6 in den Niederdruck­ raum 7. Der in den Niederdruckraum 7 leckende Kraftstoff wird über eine Rücklaufleitung in den Fahrzeugtank zurückgeführt.

Zur Reduzierung des Leckagevolumenstroms muß der Dichtspalt 6 einerseits eine ausreichende Länge L und andererseits eine sehr geringe Breite b aufweisen. Typische Längen L des Dicht­ spalts 6 liegen im Bereich von 10-20 mm bei einer radialen Breite b, dem Spaltmaß, von 2-3 µm.

Eine weitere signifikante Verringerung der Breite b ist äu­ ßerst unwahrscheinlich, da zur Herstellung des engen Dichtspalts 6 bereits heute modernste fertigungstechnische Methoden angewandt werden und die Ventilnadel 13 in das Ge­ häuse 1 zwar einerseits möglichst eng eingepaßt, andererseits aber ein Klemmen der Ventilnadel 13 sicher vermieden werden muß. Da alle Fertigungsschritte zur Einpassung der Ventil­ nadel 13 im drucklosen Zustand des Injektors erfolgen, ergibt sich hiermit auch nur im drucklosen Zustand des Injektors ei­ ne konstante minimale Spaltbreite b.

Fig. 14b zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht die Dosiervorrichtung aus Fig. 14a im druckbeaufschlagten Zu­ stand.

Das prinzipielle Problem bei der Druckbeaufschlagung besteht darin, daß unter der Wirkung des Hochdrucks von ca. 1500- 2000 bar das Gehäuse 1 im Bereich des Dichtspalts 6 in radia­ ler Richtung, also senkrecht zur Längsachse I, gedehnt wird, während die Ventilnadel 13 in diesem Bereich in radialer Richtung komprimiert wird. Dadurch wird die im drucklosen Zu­ stand eingestellte Breite b des Dichtspalts 6 erheblich er­ höht. Dieses prinzipielle Problem läßt sich auch durch ein Spaltmaß b nahe Null nicht lösen.

Die erheblich vergrößerte Breite b des Dichtspalts 6 führt zu einem wesentlich größeren Leckagevolumenstrom und damit zu einem erheblichen Energieverlust, der durch eine erhöhte Pumpleistung der Kraftstoff-Hochdruckpumpe abgefangen werden muß. Letztendlich wird durch diesen Effekt der Wirkungsgrad des Hochdrucksystems und damit auch der des Verbrennungs­ motors deutlich reduziert.

Die Auslegung eines Injektors ist eine Kompromißabstimmung zwischen Bauvolumen (= Wandstärke), Funktion, Wirkungsgrad, Herstellbarkeit und Kosten. Eine Erweiterung des Druckniveaus auf Drücke von < 2000 bar wird durch die hydraulischen Verlu­ ste erheblich erschwert.

Eine weitere Verringerung der anfänglichen Breite b des Dichtspalts 6 (im drucklosen Zustand) ist nicht zielführend, weil man mit einer Breite b von ca. 2-3 µm bereits am unteren Limit von in Großserie sinnvoll herstellbaren Passungen angelangt ist. Zudem muß ein Klemmen der Ventilnadel 13 µm Gehäuse 1 auf alle Fälle vermieden werden. Die druckbedingte Aufweitung ist immer vorhanden, und eine Erhöhung der Wand­ stärke des Ventilnadelhalters ist aus baulichen Gründen nicht durchführbar ist (z. B. bedingt eine zentrale Einspritzlage beim Common-Rail-Injektor einen langen und schlanken führen­ den Dichtspalt 6).

Fig. 1 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine mögliche Durchführung im drucklosen Zustand.

Das Übertragerelement 2, z. B. eine Ventilnadel 13 oder eine Welle, ist über die gesamte Länge L des Dichtspalts 6 mit ei­ ner konstanten Breite b von 2 µm zu einer Abdichthülse 3 ein­ gepaßt. Die Abdichthülse 3 ist mit dem Gehäuse 1 verbunden, so daß ein wird ein um die Längsachse I umlaufender Hohlraum H gebildet wird, der durch das Gehäuse 1 und die Außenwand der Abdichthülse 3 begrenzt wird.

Bei Anlegen eines Hochdruckes an den Hochdruckraum 5 erfolgt längs des Dichtspalts 6 ein Druckabfall auf das Druckniveau des drucklosen Niederdruckraums 7. Am hochdruckseitigen Ein­ laufende der Abdichthülse 3 herrscht außerhalb und innerhalb der Abdichthülse 3 nahezu der gleiche Druck, so daß dort die ursprüngliche Breite b von 2 µm beibehalten bleibt.

Durch den anliegenden Hochdruck wird das Gehäuse 1 radial ge­ dehnt, wobei die mit dem Gehäuse 1 über eine umlaufende Ver­ schweißung 9 verbundene hohlzylindrische Abdichthülse 3 im Bereich eines Kragens 8 zunächst radial mitgedehnt wird. Weil der Druck im Dichtspalt 6 mit zunehmendem Abstand vom hoch­ druckseitigen Ende der Abdichthülse 3 bis auf das drucklose Niveau des Niederdruckraums 7 abfällt und gleichzeitig der volle Hochdruck im Hohlraum H ansteht, wirkt auf die Abdicht­ hülse 3 eine vom hochdruckseitigen Ende zur Niederdruckseite hin zunehmende nach innen gerichtete Druckkraft. Durch diese radiale Kompressionskraft wird die Abdichthülse 3 vom hoch­ druckseitigen Ende zur Niederdruckseite zunehmend radial ge­ staucht, womit der druckbedingten Aufweitung des Gehäuses 1 entgegengewirkt wird.

Durch geeignete Auslegung der Wandstärke und Länge L der Ab­ dichthülse 3 kann so der druckbedingten Aufweitung des Dichtspaltes 6 entgegengewirkt werden oder diese sogar gänz­ lich vermieden werden.

Eine solche Durchführung kann z. B. zur Führung einer Ventil­ nadel 13 in einem Einspritzer verwendet werden oder bei einer Halterung einer umlaufenden Welle.

Fig. 2 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine weitere Durchführung in drucklosem Zustand. Im Unterschied zu dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Ab­ dichthülse 3 hier innendruckbeaufschlagt.

Die Abdichthülse 3 ist an ihrem Kragen 8 über Verbindungs­ punkte 9, z. B. eine Schweißnaht, mit dem Übertragerelement 2 verbunden. Der zum Hochdruckraum 5 offene Hohlraum H wird so­ mit durch die Innenwand der Abdichthülse 3 und das Übertra­ gerelement 2 begrenzt.

Durch die hierdurch hervorgerufene radiale Dehnung bei Druck­ beaufschlagung wird erreicht, daß sich die Außenwand der Ab­ dichthülse 3 im Bereich des Dichtspalts 6 so an das druckauf­ geweitete Gehäuse 1 anpaßt, daß die im drucklosen Zustand eingestellte Breite b des Dichtspaltes 6 weitgehend konstant bleibt.

Fig. 3 zeigt analog Fig. 1 eine Durchführung mit geändertem Kragen 8 der Abdichthülse 3 und geänderter Schweißbefestigung 9.

Außerdem ist die Abdichthülse 3 im Bereich der Schweißpunkte 9 zur Vermeidung einer Kantenbelastung angefast. Dies ent­ spricht einer mindestens teilweise wandstärkenmodulierten hohlzylindrischen Abdichthülse 3. Selbstverständlich können auch andere Arten von Befestigungspunkten bzw. Methoden der Befestigung verwendet werden, z. B. Verkleben, Vernieten oder Verschrauben.

Fig. 4 zeigt analog Fig. 2 eine Durchführung mit geändertem Kragen 8 und geänderter Schweißbefestigung 9 der Abdichthülse 3 an dem Übertragerelement 2. Analog Fig. 3 ist die Kontur der Abdichthülse 3 im Bereich der Schweißpunkte 9 (Schweiß­ nähte) zur Vermeidung einer Kantenbelastung angefast.

Fig. 5 zeigt eine weitere Durchführung als Schnittdarstel­ lung in Seitenansicht.

Zur möglichst exakten Einstellung einer druckunabhängigen mi­ nimalen Breite b des Dichtspalts 6 müssen die Deformationen der Dichtfläche des Gehäuses 1 und die Deformationen der Ab­ dichthülse 3 möglichst über die gesamte Länge L des Dichtspalts 6 sehr genau aneinander angepaßt werden. Dies setzt entsprechende Kenntnisse über den axialen Druckverlauf im Dichtspalt 6 und über die druckbedingten Deformationen der Körper voraus. Aufgrund der komplexen Wechselwirkung beider Einflüsse, bei der z. B. Aufweitung und Druckverlauf nicht voneinander unabhängig sind, ist dies meist nur mit Hilfe nu­ merischer Verfahren, z. B. von Finite-Elemente-Simulationen, möglich.

Diese Figur gibt ein Beispiel dafür, wie durch eine geeignete Modulation der Wandstärke der Abdichthülse 3 eine dem axialen Druckverlauf im Dichtspalt 6 angepaßte Deformation der Ab­ dichthülse 3 bzw. des Hohlraums H und damit eine weitgehend druckunabhängige Breite b des Dichtspalts 6 erzielt werden kann. Die optimale Kurvatur der Abdichthülse 3 wird durch Si­ mulationsrechnungen bestimmt. Die Wirksamkeit kann durch Mes­ sung des druckabhängigen Leckagevolumenstroms experimentell überprüft werden.

Fig. 6 zeigt analog Fig. 5 eine wandstärkenmodulierte Ab­ dichthülse 3, welche analog zu Fig. 2 an dem Übertrager­ element 2 angebracht ist.

Fig. 7 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine Durchführung nach Fig. 5 in einem Kopf eines Kraftstoff- Injektors.

Fig. 8 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine weitere Durchführung in einem Kopf eines Kraftstoff-Injek­ tors.

Im Vergleich zu Fig. 7 ist die Befestigung der Abdichthülse 3 mit dem Gehäuse 1 nicht an deren Ende, sondern zwischen den beiden Enden der Abdichthülse 3 erfolgt. Dadurch entsteht ein Hohlraum H, der mit dem Hochdruckraum 5 verbunden ist, und zusätzlich ein Hohlraum H', der mit dem Niederdruckraum 7 verbunden ist. Dadurch ist eine Möglichkeit zur weiteren Ver­ feinerung der Korrektur des Dichtspalts 6 gegeben.

Die Abdichthülse 3 kann statt mit dem Gehäuse 1 auch mit dem Übertragerelement 2 verbunden sein. Die Ventilnadel 13 kann z. B. über einen Arbeitskolben durch ein hydraulisches Servoventil gesteuert werden oder direktangetrieben sein, z. B. mittels eines Piezoaktors.

Fig. 9 zeigt ein weiteres Beispiel einer Durchführung in ei­ nem Kraftstoff-Injektor.

Dabei ist die Konizität der Abdichthülse 3 so ausgestaltet, daß sich am Hohlraum H, der mit dem Hochdruckraum 5 verbunde­ nen ist, ein zu den Befestigungspunkten 9 hin verjüngendes Querschnittsprofil der Abdichthülse 3 ergibt, während sich am Hohlraum H', der mit dem Niederdruckraum 7 verbundenen ist, ein verdickendes Querschnittsprofil ergibt.

Fig. 10 zeigt eine Durchführung in einem Einspritzer, bei dem sich der Hohlraum H" in der einem Übertragerelement 2' in Form einer Ventilnadel 13' befindet.

Ähnlich wie bei der Abdichthülse 3 kann auch durch eine hohl­ gebohrte innendruckbeaufschlagten Ventilnadel 13' erreicht werden, daß sich durch die druckbedingte radiale Dehnung der Ventilnadel 13' im Bereich des Hohlraums H" ein näherungs­ weise konstantes, druckunabhängiges Spaltmaß 6 ergibt. Die Dehnung hängt dabei von der radialen Druckdifferenz zum Dichtspalt 6 ab.

In dieser Figur ist der Hohlraum H" der Ventilnadel 13' über Bohrungen 4 mit dem Hochdruckraum 5 verbunden. Nieder­ druckseitig ist die hohlgebohrte Ventilnadel 13' durch einen angeschweißten Dichtkörper 14 verschlossen.

Fig. 11 zeigt eine Variante der Durchführung in einem Kraft­ stoff-Injektor, bei der drei Hohlräume H, H', H" verwendet werden.

Mittels der an der Außenfläche am Gehäuse 1 angeschweißten Abdichthülse 3 analog Fig. 8 werden zwei Hohlräume H, H" und ein weiterer Hohlraum H" durch eine zusätzliche Ausgestal­ tung der Ventilnadel 2' analog Fig. 10 verwendet.

Fig. 12 zeigt als weitere Möglichkeit einer Durchführung ei­ ne Verbindung des Hohlraums H" in der Ventilnadel 13' analog Fig. 10 mit dem Niederdruckraum 7 über eine Bohrung 4. Zu­ sätzlich ist eine Abdichthülse 3 analog Fig. 5 vorhanden, durch die sich noch ein Hohlraum H ergibt. In diesem Ausfüh­ rungsbeispiel erstreckt sich der Hohlraum H" in der Ventil­ nadel 13' nur teilweise über die Länge L des Dichtspalts 6.

Die obigen Ausführungen sind prinzipielle Beispiele zur Ver­ deutlichung der zugrundeliegenden Idee einer verbesserten Hochdruckdurchführung. Die konkrete Auslegung, d. h. bei­ spielsweise die Art und der Ort der Befestigung der Abdicht­ hülse 3 an dem Übertragerelement 2 oder am Gehäuse 1, die Länge L und die Wandstärke der Abdichthülse 3 sowie die Wand­ stärkenmodulation der Abdichthülse 3 (zunehmend/abnehmend, Form) und das Material (Metall, Keramik, CFK) können der je­ weiligen Anwendung entsprechend durch Stimulationen und Ex­ perimente bestimmt werden.

Die Durchführung ist nicht auf Einspritzventile, z. B. Hoch­ druckinjektoren beschränkt, sondern kann generell bei rotie­ renden oder oszillierenden Hochdruck-Durchführungen angewen­ det werden. Grundsätzlich ist anzumerken, daß das hier be­ schriebene Verfahren zur Leckagereduzierung bei allen Arten von Dichtpassungen und Durchführungen, insbesondere bei hohem Druckabfall, z. B. bei der Verringerung einer Arbeitskolben­ leckage in servohydraulischen Common-Rail-Injektoren oder z. B. bei Wellendurchführungen, vorteilhaft zur Anwendung kommen kann.

Ebenso muß daß Material der Abdichthülse nicht notwendiger­ weise ein Metall oder eine Metalllegierung sein, sondern kann z. B. auch aus einer Keramik, einem Verbundmaterial (CFK, GFK), einem Kunststoff, einem Glas oder einem Elastomer be­ stehen.

In Fig. 13 ist das Ergebnis einer Finite-Elemente-Simulation als Auftragung der Breite b des Dichtspalts 6 an der Durch­ führung einer Ventilnadel 13 eines Common-Rail-Injektors ge­ gen die Position im Dichtspalt 6 bei einem Kraftstoffdruck von 1500 bar.

Das anfängliche radiale Spaltmaß b im drucklosen Zustand be­ trägt 2 µm bei einer Länge L des Dichtspalts 6 von 12,2 mm. Die Position bei 0 mm entspricht dem Übergang zum Hochdruck­ raum 5, die Position bei 12,2 mm entspricht dem Übergang zum Niederdruckraum 7.

Für eine konventionelle Durchführung analog Fig. 14 (Kurve 1) ergibt sich eine druckbedingte Aufweitung des Spaltmaßes b am hochdruckseitigen Ende der Passungsdurchführung auf 5.2 µm, die bis zum Ende des Dichtspalts 6 am drucklosen Niederdruck­ raum 7 auf b = 2.0 µm abfällt.

Demgegenüber ändert sich die Breite b des Dichtspalts 6 für einen Aufbau der in Fig. 8 vorgestellten Art, allerdings mit einfacher zylindrischer, also nicht wandstärkenmodulierter Abdichthülse 8, gegenüber dem drucklosen Zustand nur wenig. Die für eine einfache zylindrische Abdichthülse 8 zu beobach­ tende geringe Abhängigkeit des Spaltmaßes b vom Ort innerhalb des Dichtspalts 6 (Welligkeit der Kurve 2), kann durch eine geeignete Wandstärkenmodulation der Abdichthülse 3 noch wei­ ter verringert werden. Hierfür wurden jedoch keine FE- Rechnungen durchgeführt.

Diese Figur zeigt, daß mit einer leckagereduzierenden Durch­ führung die Leckageverluste unter Hochdruck gegenüber einer konventionellen Ausführung nach Fig. 14 (Kurve 1), stark redu­ ziert werden können.

Claims (11)

1. Durchführung, aufweisend
ein in einem Gehäuse (1) bewegbar geführtes Übertragerelement (2, 2', 13, 13'), wobei ein Dichtspalt (6) zwischen Gehäuse (1) und Übertragerelement (2, 2', 13, 13'3) einen Hochdruckraum (5) und einen Niederdruckraum (7) miteinander verbindet
dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens ein axial ausgedehnter Hohlraum (H, H', H") sich
mindestens teilweise über eine Länge (L) des Dichtspalts (6) erstreckt, der entweder mit dem Hochdruckraum (5) oder mit dem Niederdruckraum (7) fluidisch verbunden ist,
so daß eine Vergrößerung der Breite (b) des Dichtspalts (6) mittels einer radialen Dehnung des Hohlraums(H, H', H"), die von einem Druckunterschied zwischen Hohlraum (H, H', H") und Dichtspalt (6) abhängig ist, verringerbar ist.

2. Durchführung nach Anspruch 1, bei der zwischen Gehäuse (1) und Übertragerelement (2, 2', 13, 13') eine Abdichthülse (3) vorhanden ist,

• - deren erste Seitenwand eine Wand des Dichtspalts (6) dar­ stellt,
• - deren zweite Seitenwand eine Wand des mindestens einen Hohlraums (H, H') darstellt,

wobei

• - die Abdichthülse (3) mit dem Gehäuse (1) oder dem Übertra­ gerelement (2, 2', 13, 13') verbunden ist,
• - mindestens ein Hohlraum (H) mit dem Hochdruckraum (5) fluidisch verbunden ist.

3. Durchführung nach Anspruch 2, bei der

• - die Abdichthülse (3) mit dem Gehäuse (1) verbunden ist,
• - die erste Seitenwand der Abdichthülse (3) ihrer Innenwand entspricht, die über den Dichtspalt (6) von dem Übertra­ gerelement (2, 2', 13, 13') getrennt ist,
• - die zweite Seitenwand der Abdichthülse (3) ihrer Außenwand entspricht, so daß der mindestens eine Hohlraum (H, H') mindestens durch die Außenwand, und das Gehäuse (1) be­ grenzt wird.

4. Durchführung nach Anspruch 2, bei der

• - die Abdichthülse (3) mit dem Übertragerelement (2, 2', 13, 13') verbunden ist,
• - die erste Seitenwand der Abdichthülse (3) ihrer Außenwand entspricht, die über den Dichtspalt (6) vom Gehäuse (1) getrennt ist,
• - die zweite Seitenwand der Abdichthülse (3) ihrer Innenwand entspricht, so daß der mindestens eine Hohlraum (H, H') mindestens durch die Innenwand und das Übertragerelement (2, 2', 13, 13') begrenzt wird.

5. Durchführung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, bei der die Abdichthülse (3) weitgehend zylinderförmig mit oder ohne Wandstärkenmodulation ausgeführt ist.

6. Durchführung nach Anspruch 5, bei der die Abdichthülse (3) an ihrem an den Niederdruckraum (7) grenzenden Ende gegen diesen fluidisch abgedichtet ist, so daß nur mindestens ein mit dem Hochdruckraum (5) verbundener Hohlraum (H) von der Abdichthülse (3) begrenzt wird.

7. Durchführung nach Anspruch 5, bei der die Abdichthülse (3) zwischen Niederdruckraum (7) und Hoch­ druckraum (5) fluidisch abgedichtet ist, so daß mindestens ein Hohlraum (H) mit dem Hochdruckraum (5) fluidisch verbun­ den ist und ein mindestens ein weiterer Hohlraum (H') mit dem Niederdruckraum (7) fluidisch verbunden ist.

8. Durchführung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der sich mindestens ein Hohlraum (H") innerhalb des Übertrager­ elements (2', 13') befindet.

9. Durchführung nach Anspruch 8, bei der der mindestens eine Hohlraum (H") fluidisch mit der Hoch­ druckkammer (5) verbunden ist.

10. Durchführung nach Anspruch 8, bei der der mindestens eine Hohlraum (H") fluidisch mit der Nieder­ druckkammer (7) verbunden ist und sich ausgehend vom Nieder­ druckraum (7) nicht über die ganze Länge (L) des Dichtspalts (6) erstreckt.

11. Durchführung nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einer Kraftstoff-Dosiervorrichtung, bei der das Übertragerelement (2, 2', 13, 13') eine Ventilnadel (13) ist.