DE19956830C2

DE19956830C2 - execution

Info

Publication number: DE19956830C2
Application number: DE1999156830
Authority: DE
Inventors: Bernhard Gottlieb; Andreas Kappel; Randolf Mock; Bernhard Fischer; Eric Chemisky; Hans Meixner
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 1999-11-25
Filing date: 1999-11-25
Publication date: 2002-07-18
Anticipated expiration: 2019-11-26
Also published as: DE19956830A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Durchführung mit einer Passung.The invention relates to an implementation with a fit.

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.For example from DE 195 19 191 A1 is an injection valve known in which a stroke of a valve needle opening and Closing an injection port controls. Between valve There is a tight sealing gap between the needle and the leading housing. The valve needle has a control surface on one with force filled high-pressure injection chamber, where a Leakage flow from the high pressure injection chamber through the pas solution to a drain. When used in a ver internal combustion engine will fuel the leakage stream in usually returned to a fuel tank.

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.To reduce the leakage volume flow will be significant Efforts made. Because, firstly, these affect hydraulic losses an overall efficiency of burning motor, since the corresponding drive power from the High pressure fuel pump must be applied. And two A return of the hot fuel causes one adverse heating of the contents of the fuel tank.

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 Dicht spalts radial gedehnt wird, während die Ventilnadel in diesem Bereich in radialer Richtung gestaucht wird. Dadurch erhöht sich die im drucklosen Zustand eingestellte Breite des Dicht spalts erheblich. Es ist offensichtlich, daß sich dieses prinzipielle Problem auch durch ein Spaltmaß nahe Null nicht lösen läßt.The basic problem is that through the high pressure, e.g. B. about 1500-2000 bar with a diesel direct spraying, guiding the valve needle in the area of the seal gap is stretched radially while the valve needle in this Area is compressed in the radial direction. This increases the width of the seal set when depressurized splits considerably. It is obvious that this the fundamental problem is not even due to a gap dimension close to zero can be solved.

Die erheblich vergrößerte Breite des Dichtspalts führt zu ei nem wesentlich größeren Leckagevolumenstrom und damit zu einem erheblichen Energieverlust, der durch eine erhöhte Pump leistung der Kraftstoff-Hochdruckpumpe abgefangen werden muß. Durch diesen Effekt wird also der Wirkungsgrad des Hoch drucksystems und damit auch derjenige des Verbrennungsmotors deutlich reduziert.The considerably increased width of the sealing gap leads to egg nem much larger leakage volume flow and thus to one significant energy loss caused by an increased pump performance of the high-pressure fuel pump must be intercepted. This effect therefore increases the efficiency of the high pressure system and thus that of the internal combustion engine significantly reduced.

In DE 25 21 339 A1 wird eine Spaltdichtung für die Abdichtung hin- und hergehender Kolben beschrieben, bei der durch eine Abdichthülse ein Niederdruckraum gegen einen Hochdruckraum abgedichtet wird. Dabei wird ein mit einem Niederdruckraum verbundener Hohlraum gebildet, mittels dessen eine axiale Druckbeanspruchung einer Büchse reduzierbar ist.DE 25 21 339 A1 describes a gap seal for the seal described reciprocating piston, in which by a Sealing sleeve a low pressure room against a high pressure room is sealed. One with a low pressure room connected cavity formed by means of which an axial Pressure load on a bushing can be reduced.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbes serte Möglichkeit zur Verringerung einer Leckage durch eine Passung bereitzustellen.It is the object of the present invention to provide a First possibility to reduce leakage through a Provide fit.

Diese Aufgabe wird durch eine Durchführung gemäß Patent anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Un teransprüchen entnehmbar.This task is carried out according to a patent Claim 1 solved. Advantageous configurations are the Un removable claims.

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, ü bertragen, 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.The bushing has a housing that acts as a holder tion serves, movably guided transmitter element. By the transmitter element, e.g. B. a valve needle or a shaft, a movement, e.g. B. a stroke and / or a rotation, ü transmitted, for example, from a piezo actuator solved stroke. Under movably ge is axially displaceable leads, e.g. B. with a valve needle, and / or rotatably guided, z. B. understood on a wave.

Das Gehäuse und das Übertragerelement sind durch einen Dicht spalt, auch Passung genannt, voneinander getrennt. Durch den Dichtspalt werden ein Hochdruckraum, z. B. eine Hochdruck- Einspritzkammer eines Diesel- oder Benzineinspritzers, und ein unter geringerem Druck stehender Niederdruckraum, z. B. ein Ablauf, miteinander verbunden. Durch den Druckunterschied zwischen Hoch- und Niederdruckraum kommt es zu eines Leckage strom vom Hochdruckraum zum Niederdruckraum.The housing and the transmitter element are sealed gap, also called fit, separated from each other. By the Sealing gap are a high pressure room, for. B. a high pressure Injection chamber of a diesel or gasoline injector, and a lower-pressure low-pressure space, e.g. B. a process connected. Because of the pressure difference There is a leak between the high and low pressure space flow from high pressure room to low pressure room.

Die Durchführung weist eine Abdichthülse zwischen Gehäuse und Übertragerelement auf, deren erste Seitenwand eine Wand des Dichtspalts darstellt. Eine zweite Seitenwand der Abdichthül se entspricht einer Wand mindestens eines ersten und eines zweiten Hohlraums. Der erste Hohlraum ist axial, d. h. ent lang einer Längsachse I, ausgedehnt und mit dem Hochdruckraum fluidisch verbunden ist. Der zweite, axial ausgedehnten Hohl raum ist mit dem Niederdruckraum fluidisch verbunden. Jeder Hohlraum erstreckt sich mindestens teilweise über eine Länge des Dichtspaltes. Der erste und der zweite Hohlraum stehen nicht fluidisch in Verbindung.The implementation has a sealing sleeve between the housing and Transformer element on whose first side wall is a wall of the Represents sealing gap. A second side wall of the sealing sleeve It corresponds to a wall of at least a first and a first second cavity. The first cavity is axial, i. H. ent along a longitudinal axis I, extended and with the high pressure chamber is fluidly connected. The second, axially extended cavity room is fluidly connected to the low pressure room. Everyone Cavity extends at least partially over a length of the sealing gap. The first and the second cavity stand not fluidly connected.

Mittels einer radialen (d. h. einer senkrecht zur Längsachse I erfolgenden) Dehnung des Hohlraums ist eine Vergrößerung der Breite des Dichtspalts durch die Druckaufgabe verringer bar. Die Größe der Dehnung des Hohlraums ist von einem Druck unterschied zwischen Hohlraum und Dichtspalt abhängig. Bei dieser Durchführung ergibt sich der Vorteil, daß die Dehnung des Dichtspaltes in radialer Richtung zweiseitig durch die Dehnung des Hohlraums wenigstens teilweise kompensierbar ist, und damit der Leckagevolumenstrom weiter reduzierbar ist.Using a radial (i.e., perpendicular to the longitudinal axis I) expansion of the cavity is an enlargement reduce the width of the sealing gap through the printing task bar. The amount of expansion of the cavity is of a pressure difference between cavity and sealing gap depending. at This implementation has the advantage that the stretch of the sealing gap in the radial direction on both sides through the Expansion of the cavity can be at least partially compensated for, and thus the leakage volume flow can be further reduced.

Die Abdichthülse kann hohlzylindrisch geformt sein, so daß sie eine Innen- und eine Außenwand aufweist. Die Hülse kann auch einen Kragen aufweisen.The sealing sleeve can have a hollow cylindrical shape, so that it has an inner and an outer wall. The sleeve can also have a collar.

Die Zahl der Hohlräume ist nicht eingeschränkt. Der Hohlraum muß sich nicht über die ganze Länge des Dichtspaltes erstre cken, sondern kann, z. B. abhängig von der Betriebsstellung, auch kürzer sein als der Dichtspalt und/oder nur teilweise in den Bereich des Dichtspaltes hineinragen. Der Hohlraum kann beispielsweise um die Längsachse I zentriert sein, z. B. zy linderförmig 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 zwingend.The number of cavities is not restricted. The cavity does not have to extend over the entire length of the sealing gap but can, e.g. B. depending on the operating position, also be shorter than the sealing gap and / or only partially in protrude the area of the sealing gap. The cavity can be centered, for example, about the longitudinal axis I, e.g. B. zy linden-shaped or elliptical, or it can be the longitudinal axis I only include, e.g. B. in the form of a comprising the longitudinal axis open hollow cylinder. Such a rotational symmetry around the Longitudinal axis I is not mandatory.

Es kann eine abdichtende Verschweißung der Abdeckhülse an der zweiten Seitenwand vorhanden sein.There can be a sealing weld of the cover sleeve on the second side wall.

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.It is advantageous if the sealing sleeve is connected to the housing is so that the first side wall of the sealing sleeve of the In NEN wall of the sealing sleeve corresponds. The inner wall is through the sealing gap is separated from the transmitter element. The second The side wall of the sealing sleeve then corresponds to its outer wall, so that the at least one cavity through the outer wall and the housing is limited.

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.For example, the sealing sleeve is hollow cylindrical with a Collar, and the transmitter element, e.g. B. a valve needle, is passed through it. The sealing sleeve is through The collar is welded to the rest of the housing the. The sealing sleeve can be used as a separate component or as Part of the housing can be understood.

Es kann aus Gründen einer Montage günstig sein, wenn die Ab dichthülse mit dem Übertragerelement verbunden ist. Die erste Seitenwand entspricht dabei der Außenwand der Abdichthülse, welche über den Dichtspalt vom Gehäuse getrennt ist. Analog entspricht die zweite Seitenwand der Abdichthülse ihrer In nenwand, so daß der mindestens eine Hohlraum durch die Innen wand, die Dichtung und das Übertragerelement begrenzt wird.For reasons of assembly, it can be favorable if the Ab sealing sleeve is connected to the transmitter element. The first Side wall corresponds to the outer wall of the sealing sleeve, which is separated from the housing via the sealing gap. Analogous the second side wall of the sealing sleeve corresponds to its In nenwand, so that the at least one cavity through the interior wall, the seal and the transmitter element is limited.

Zum Beispiel ist die Abdichthülse hohlzylindrisch und um schließt das Übertragerelement. Sie kann als getrenntes Bau teil oder als Teil des Übertragerelements aufgefaßt werden.For example, the sealing sleeve is hollow cylindrical and around closes the transmitter element. It can be built as a separate building be understood as part or as part of the transmitter element.

Es wird eine Durchführung besonders bevorzugt, bei der die Abdichthülse hohlzylindrisch ist, und zwar sowohl glatt als auch mindestens abschnittsweise wandstärkenmoduliert.A procedure is particularly preferred in which the Sealing sleeve is hollow cylindrical, both smooth also wall thickness modulated at least in sections.

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.It is also generally preferred that the there is at least one cavity within the transmitter element tes, e.g. B. a valve needle, especially if the at least one cavity fluidly with the high pressure chamber connected is.

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.The at least one cavity within the transmitter element tes can also fluidly ver with the low pressure chamber be bound and not, starting from the low pressure room extend over the entire length of the sealing gap.

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.A leak-reducing procedure in one is favorable Fuel metering device, especially in a diesel Direct injection, e.g. B. according to the common rail principle, and a gasoline direct injection, in which the transmission element is a valve needle.

In den folgenden Ausführungsbeispielen wird die Durchführung schematisch näher beschrieben.In the following embodiments, the implementation schematically described in more detail.

Die Fig. 1 und 2 zeigen Dosiervorrichtungen mit verschie denen Abdichthülsen, Figs. 1 and 2 show various metering devices with which sealing sleeves,

die Fig. 3 und 4 zeigen verschiedene Dosiervorrichtungen mit einer hohlen Ventilnadel, FIGS. 3 and 4 show various dosing devices comprising a hollow valve needle,

Fig. 5 zeigt ein Diagramm der Breite b des Dichtspalts gegen die Länge L des Dichtspalts, Fig. 5 shows a graph of the width b of the sealing gap to the length L of the sealing gap,

Fig. 6a zeigt eine hülsenlose Dosiervorrichtung im druck losen Zustand, FIG. 6a shows a caseless metering device in the unpressurized state,

Fig. 6b zeigt eine hülsenlose Dosiervorrichtung im druck beaufschlagten Zustand. Fig. 6b shows a caseless metering device in the pressurized state.

Fig. 6a zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht den Kopf eines hülsenlosen Common-Rail-Injektors zur Hochdruck- Direkteinspritzung von Kraftstoff in den Brennraum eines Ver brennungsmotors, z. B. eines Dieselmotors, im drucklosen Zu stand. Fig. 6a shows a sectional side view of the head of a sleeveless common rail injector for high-pressure direct injection of fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine, for. B. a diesel engine in the unpressurized state.

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.In a housing 1 , a transmitter element 2 in the form of a valve needle 13 is mounted axially displaceably along a longitudinal axis I. The valve needle 13 can, for. B. be connected to a hydraulic servo valve or directly to an actuator. It can be placed on a valve seat 12 so that a plurality of injection openings 11 can be closed by its stroke. In addition, the valve needle 13 has a control surface adjacent to a high-pressure chamber 5 . A leakage flow flows into a low-pressure chamber 7 through the sealing gap 6 between the housing 1 and the valve needle 13 . Via a fluid supply line 10, a promoted by a high pressure pump fuel at high pressure, typically 1500 bar injection bar at a Diesel to 2000, is fed into the high pressure chamber. 5

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.If the valve needle 13 is lifted from the valve seat 12 incorporated into the housing 1 , then fuel 11 is injected into the combustion chamber through the injection openings. To end the injection process, the injector is closed by placing the valve needle 13 on the valve seat 12 ge.

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.The implementation of the valve needle 13 from the pressurized th high pressure chamber 5 in the largely depressurized low pressure room 7 , in which z. B. can also be a drive, it follows a very narrow sealing gap 6 of the (axial) length L and the (radial) width b. This creates a fuel leakage flow from the high pressure chamber 5 along the sealing gap 6 in the low pressure chamber 7 in the pressurized state. The fuel leaking into the low-pressure chamber 7 is returned to the vehicle tank via a return line.

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. To reduce the leakage volume flow of the sealing gap sufficient length L and on the other hand, must have a very small width b 6 on the one hand. Typical lengths L of the sealing gap 6 are in the range of 10-20 mm with a radial width b, the gap dimension, of 2-3 microns.

Eine weitere signifikante Verringerung der Breite b ist äu ßerst unwahrscheinlich, da zur Herstellung des engen Dicht spalts 6 bereits heute modernste fertigungstechnische Metho den angewandt werden und die Ventilnadel 13 in das Gehäuse 1 zwar einerseits möglichst eng eingepaßt, andererseits aber ein Klemmen der Ventilnadel 13 sicher vermieden werden muß. Da alle Fertigungsschritte zur Einpassung der Ventilnadel 13 im drucklosen Zustand des Injektors erfolgen, ergibt sich hiermit auch nur im drucklosen Zustand des Injektors eine konstante minimale Spaltbreite b.A further significant reduction in the width b is extremely unlikely, since the most modern manufacturing methods are already used to manufacture the narrow sealing gap 6 and the valve needle 13 is fitted as closely as possible into the housing 1, but on the other hand, the valve needle 13 is clamped securely must be avoided. Since all manufacturing steps for fitting the valve needle 13 take place in the depressurized state of the injector, this results in a constant minimum gap width b only in the depressurized state of the injector.

Fig. 6b zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht die Dosiervorrichtung aus Fig. 6a im druckbeaufschlagten Zustand. Fig. 6b shows a sectional side view of the metering device of Fig. 6a in the pressurized state.

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.The basic problem with the pressurization is that under the action of the high pressure of about 1500- 2000 bar, the housing 1 in the area of the sealing gap 6 in the radial direction, that is perpendicular to the longitudinal axis I, is stretched while the valve needle 13 in this Area is compressed in the radial direction. As a result, the width b of the sealing gap 6 which is set in the unpressurized state is increased considerably. This basic problem cannot be solved by a gap dimension b close to zero.

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.The significantly increased width b of the sealing gap 6 leads to a substantially larger leakage volume flow and thus to a considerable energy loss, which must be absorbed by an increased pumping capacity of the high-pressure fuel pump. Ultimately, this effect significantly reduces the efficiency of the high-pressure system and thus that of the combustion engine.

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. The design of an injector is a compromise vote between construction volume (= wall thickness), function, efficiency, Manufacturability and cost. An expansion of the pressure level hydraulic pressures to <2000 bar most difficult.

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 un teren Limit von in Großserie sinnvoll herstellbaren Passungen angelangt ist. Zudem muß ein Klemmen der Ventilnadel 13 im 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).A further reduction in the initial width b of the sealing gap 6 (in the unpressurized state) is not expedient because a width b of approximately 2-3 μm has already reached the lower limit of fits that can be sensibly produced in large series. In addition, jamming of the valve needle 13 in the housing 1 must be avoided in all cases. The pressure-related widening is always present, and an increase in the wall thickness of the valve needle holder is not feasible for structural reasons (e.g. a central injection position in the common rail injector requires a long and slim seal gap 6 ).

Fig. 1 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine Durchführung in einem Kopf eines Kraftstoff-Injektors in drucklosem Zustand. Fig. 1 shows a sectional side view of an implementation in a head of a fuel injector in the depressurized state.

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 Hohlraum H gebildet wird.The transmitter element 2 , e.g. B. a valve needle 13 or a shaft is fitted over the entire length L of the sealing gap 6 with egg ner constant width b of 2 microns to a sealing sleeve 3 . The sealing sleeve 3 is connected to the housing 1 , so that a cavity H is formed.

Die Befestigung der Abdichthülse 3 erfolgt zwischen ihren beiden Enden am Gehäuse 1. Dadurch entsteht ein um eine Längsachse I umlaufender Hohlraum H, der durch das Gehäuse 1 und die Außenwand der Abdichthülse 3 begrenzt wird und der mit dem Hochdruckraum 5 verbunden ist. Zusätzlich ein Hohl raum H', der mit dem Niederdruckraum 7 verbunden ist.The sealing sleeve 3 is attached to the housing 1 between its two ends. This creates a cavity H which runs around a longitudinal axis I and is delimited by the housing 1 and the outer wall of the sealing sleeve 3 and which is connected to the high-pressure chamber 5 . In addition, a cavity H ', which is connected to the low pressure chamber 7 .

Durch einen anliegenden Hochdruck wird das Gehäuse 1 radial gedehnt, wobei die mit dem Gehäuse 1 über eine umlaufende Verschweißung 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. Am hochdruckseitigen Einlaufende der Abdichthülse 3 herrscht außerhalb und innerhalb der Abdicht hülse 3 nahezu der gleiche Druck, so daß dort die ursprüngli che Breite b von 2 µm beibehalten bleibt.The housing 1 is radially stretched by an applied high pressure, the hollow cylindrical sealing sleeve 3 connected to the housing 1 via a circumferential weld 9 being initially radially stretched in the region of a collar 8 . Because the pressure in the sealing gap 6 drops with increasing distance from the high-pressure end of the sealing sleeve 3 to the unpressurized level of the low-pressure chamber 7 and at the same time the full high pressure is present in the cavity H, the sealing sleeve 3 has an increasing effect from the high-pressure end towards the low-pressure side internal pressure force. Due to this radial compression force, the sealing sleeve 3 is increasingly radially compressed from the high-pressure end to the low-pressure side, which counteracts the pressure-related expansion of the housing 1 . At the high-pressure side inlet end of the sealing sleeve 3 , there is almost the same pressure outside and inside the sealing sleeve 3 , so that the original width b of 2 μm is maintained there.

Durch die beiden Hohlräume H, H' ist eine Möglichkeit zur verbesserten Korrektur des Dichtspalts 6 gegeben. Durch ge eignete Auslegung der Wandstärke und Länge L der Abdichthülse 3 kann der druckbedingten Aufweitung des Dichtspaltes 6 ent gegengewirkt werden oder diese sogar gänzlich vermieden wer den. Dabei müssen zur möglichst exakten Einstellung einer druckunabhängigen minimalen Breite b des Dichtspalts 6 die Deformationen der Dichtfläche des Gehäuses 1 und die Deforma tionen der Abdichthülse 3 möglichst über die gesamte Länge L des Dichtspalts 6 sehr genau aneinander angepaßt werden.The two cavities H, H 'provide an opportunity for improved correction of the sealing gap 6 . By suitable design of the wall thickness and length L of the sealing sleeve 3 , the pressure-related expansion of the sealing gap 6 can be counteracted ent or even avoided altogether. In order to set the pressure-independent minimum width b of the sealing gap 6 as precisely as possible, the deformations of the sealing surface of the housing 1 and the deformations of the sealing sleeve 3 must be matched to one another very precisely over the entire length L of the sealing gap 6 .

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 setzt entspre chende Kenntnisse über den axialen Druckverlauf im Dichtspalt 6 und über die druckbedingten Deformationen der Körper vor aus. Aufgrund der komplexen Wechselwirkung beider Einflüsse, bei der z. B. Aufweitung und Druckverlauf nicht voneinander unabhängig sind, ist dies meist nur mit Hilfe numerischer Verfahren, z. B. von Finite-Elemente-Simulationen, möglich. Die Wirksamkeit kann durch Messung des druckabhängigen Lecka gevolumenstroms experimentell überprüft werden. This figure gives an example of how, by a suitable modulation of the wall thickness of the sealing sleeve 3, a deformation of the sealing sleeve 3 or the cavity H adapted to the axial pressure profile in the sealing gap 6 and thus a largely pressure-independent width b of the sealing gap 6 can be achieved. The optimal curvature of the sealing sleeve 3 presupposes appropriate knowledge of the axial pressure profile in the sealing gap 6 and the pressure-related deformations of the body. Due to the complex interaction of both influences, in which e.g. B. expansion and pressure curve are not independent of each other, this is usually only with the help of numerical methods, eg. B. of finite element simulations possible. The effectiveness can be checked experimentally by measuring the pressure-dependent leakage volume flow.

Eine solche Durchführung kann z. B. auch bei einer Halterung einer umlaufenden Welle verwendet werden.Such an implementation can, for. B. also with a bracket a rotating shaft can be used.

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 Servo ventil gesteuert werden oder direktangetrieben sein, z. B. mittels eines Piezoaktors.The sealing sleeve 3 can also be connected to the transmitter element 2 instead of to the housing 1 . The valve needle 13 can, for. B. can be controlled via a working piston by a hydraulic servo valve or be directly driven, for. B. by means of a piezo actuator.

Die Kontur der Abdichthülse 3 im Bereich der Schweißpunkte 9 (Schweißnähte) ist hier zur Vermeidung einer Kantenbelastung angefast.The contour of the sealing sleeve 3 in the area of the welding points 9 (weld seams) is chamfered here to avoid edge loading.

Die Abdichthülse 3 kann auch innendruckbeaufschlagt sein. Beispielsweise wird der zum Hochdruckraum 5 offene Hohlraum H somit durch die Innenwand der Abdichthülse 3 und das Übertra gerelement 2 begrenzt. Durch die hierdurch hervorgerufene ra diale Dehnung bei Druckbeaufschlagung wird erreicht, daß sich die Außenwand der Abdichthülse 3 im Bereich des Dichtspalts 6 so an das druckaufgeweitete Gehäuse 1 anpaßt, daß die im drucklosen Zustand eingestellte Breite b des Dichtspaltes 6 weitgehend konstant bleibt.The sealing sleeve 3 can also be subjected to internal pressure. For example, the cavity H open to the high-pressure chamber 5 is thus limited by the inner wall of the sealing sleeve 3 and the transfer element 2 . The resulting ra diale expansion when pressurized ensures that the outer wall of the sealing sleeve 3 in the area of the sealing gap 6 adapts to the pressure-expanded housing 1 so that the width b of the sealing gap 6 set in the unpressurized state remains largely constant.

Fig. 2 zeigt ein weiteres Beispiel einer Durchführung in ei nem Kraftstoff-Injektor. Fig. 2 shows another example of an implementation in a fuel injector.

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. The taper of the sealing sleeve 3 is configured such that a tapering of the attachment points 9 through cross-sectional profile of the sealing sleeve 3 results in the cavity H, the composites with the high pressure chamber 5 NEN, while at the lumen, H ', connected to the low-pressure chamber 7 is connected, gives a thickening cross-sectional profile.

Fig. 3 zeigt eine Durchführung in einem Einspritzer, bei dem sich der Hohlraum H" in der einem Übertragerelement 2' in Form einer Ventilnadel 13' befindet. FIG. 3 shows an implementation in an injector in which the cavity H ″ is located in the one transmitter element 2 ′ in the form of a valve needle 13 ′.

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.Similar to the sealing sleeve 3 can also be achieved by a hollow drilled internal valve needle 13 'that the pressure-related radial expansion of the valve needle 13 ' in the region of the cavity H "results in an approximately constant, pressure-independent gap dimension 6. The elongation depends from the radial pressure difference to the sealing gap 6 .

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.In this figure, the cavity H "of the valve needle 13 'is connected to the high-pressure chamber 5 via bores 4. The hollow-drilled valve needle 13 ' is closed on the low pressure side by a welded-on sealing body 14 .

Fig. 4 zeigt eine Variante der Durchführung in einem Kraft stoff-Injektor, bei der drei Hohlräume H, H', H" verwendet werden. Fig. 4 shows a variant of the implementation in a fuel injector in which three cavities H, H ', H "are used.

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.By means of the sealing sleeve 3 welded to the outer surface on the housing 1 analogously to FIG. 8, two cavities H, H "and a further cavity H" are used by an additional configuration of the valve needle 2 'analogously to FIG. 10.

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. The above statements are basic examples to illustrate the underlying idea of an improved high-pressure bushing. The concrete design, ie for example the type and location of the sealing sleeve 3 on the transmitter element 2 or on the housing 1 , the length L and the wall thickness of the sealing sleeve 3 and the wall thickness modulation of the sealing sleeve 3 (increasing / decreasing, shape) and the material (metal, ceramic, CFRP) can be determined according to the respective application by stimulations and experiments.

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.The implementation is not based on injectors, e.g. B. High pressure injectors limited, but can generally at rotie high pressure bushings be det. Basically, it should be noted that this is be written procedures for leakage reduction in all types of sealing fits and bushings, especially with high Pressure drop, e.g. B. in the reduction of a working piston leakage in servo-hydraulic common rail injectors or e.g. B. for shaft feedthroughs can.

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.Likewise, the material of the sealing sleeve need not be necessary be a metal or a metal alloy, but can z. B. also from a ceramic, a composite material (CFRP, GRP), a plastic, a glass or an elastomer stand.

In Fig. 5 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.In Fig. 5 is the result of a finite element simulation as plotting the width b of the sealing gap 6 on the implementation of a valve needle 13 of a common rail injector ge against the position in the sealing gap 6 at a fuel pressure of 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.The initial radial gap dimension b in the unpressurized state be 2 µm with a length L of the sealing gap 6 of 12.2 mm. The position at 0 mm corresponds to the transition to high pressure room 5 , the position at 12.2 mm corresponds to the transition to low pressure room 7 .

Für eine konventionelle Durchführung analog Fig. 6 (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.For a conventional implementation analogous to FIG. 6 (curve 1 ), there is a pressure-related widening of the gap dimension b at the high-pressure end of the fitting implementation to 5.2 μm, which drops to b = 2.0 μm by the end of the sealing gap 6 on the unpressurized low-pressure space 7 .

Demgegenüber ändert sich die Breite b des Dichtspalts 6 für einen Aufbau der in Fig. 1 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.In contrast, the width b of the sealing gap 6 changes only slightly for a structure of the type presented in FIG. 1, but with a simple cylindrical sealing sleeve 8 that is not wall-thickness-modulated, compared to the unpressurized state. The small dependence of the gap dimension b to be observed for a simple cylindrical sealing sleeve 8 on the location within the sealing gap 6 (waviness of the curve 2 ) can be further reduced further by suitable wall thickness modulation of the sealing sleeve 3 . However, no FE calculations were carried out for this.

Diese Figur zeigt, daß mit einer leckagereduzierenden Durch führung die Leckageverluste unter Hochdruck gegenüber einer konventionellen Ausführung nach Fig. 6 (Kurve 1), stark re duziert werden können.This figure shows that with a leakage-reducing implementation, the leakage losses under high pressure compared to a conventional embodiment according to FIG. 6 (curve 1 ) can be greatly reduced.

Claims

1. Implementation, showing
a housing ( 1 ) and a movably guided transfer element ( 2 , 2 ', 13 , 13 '), the sealing gap ( 6 ) of which connects a high-pressure chamber ( 5 ) and a low-pressure chamber ( 7 ) to one another,
a largely cylindrical sealing sleeve ( 3 ), the first side wall of which represents a wall of the sealing gap ( 6 ) and the second side wall of which is connected to the housing ( 1 ) or the transmitter element ( 2 , 2 ', 13 , 13 '),
characterized in that the sealing sleeve ( 3 ) fluidically seals the low pressure chamber ( 7 ) and the high pressure chamber ( 5 ) against one another on its second side wall, as a result of which the second side wall
at least one first axially extended cavity (H) bil det, which is fluidly connected to the high pressure chamber ( 5 ) and
forms at least one second axially extended cavity (H ') which is fluidly connected to the low-pressure chamber ( 7 ).

2. Implementation according to claim 1, wherein the sealing sleeve ( 3 ) has a wall thickness modulation.

3. Implementation according to one of claims 1 or 2, in which there is at least one further cavity (H ") within the transfer element ( 2 ', 13 ').

4. Implementation according to claim 3, wherein the at least one further cavity (H ") is fluidly connected to the high pressure chamber ( 5 ).

5. Implementation according to claim 3, wherein the at least one further cavity (H ") is fluidly connected to the low-pressure chamber ( 7 ) and does not extend from the low-pressure chamber ( 7 ) over the entire length (L) of the sealing gap ( 6 ) ,

6. Implementation according to one of claims 1 to 5, in which
the sealing sleeve ( 3 ) is connected to the housing ( 1 ),
the first side wall of the sealing sleeve ( 3 ) corresponds to its inner wall, which is separated from the transfer element ( 2 , 2 ', 13 , 13 ') via the sealing gap ( 6 ),
the second side wall of the sealing sleeve ( 3 ) corresponds to its outer wall, so that the at least one first and second cavity (H, H ') are each delimited at least by the outer wall and the housing ( 1 ).

7. Implementation according to one of claims 1 to 5, in which
the sealing sleeve ( 3 ) is connected to the transmitter element ( 2 , 2 ', 13 , 13 '),
the first side wall of the sealing sleeve ( 3 ) corresponds to its outer wall, which is separated from the housing ( 1 ) via the sealing gap ( 6 ),
the second side wall of the sealing sleeve ( 3 ) corresponds to its inner wall, so that the at least one first and second cavity (H, H ') are each delimited at least by the inner wall and the transmission element ( 2 , 2 , 13 , 13 ').