Beschreibung

Titel

Hochdruckabdichtung

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Hochdruckabdichtung, insbesondere eine Hochdruckabdichtung für ein Brennstoffeinspritzventil und ein Brennstoffeinspritzventil mit solch einer Hochdruckabdichtung. Speziell betrifft die Erfindung das Gebiet der Injektoren für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen.

Aus der WO 03/026033 Al ist eine Vorrichtung mit einem piezoelektrischen Aktor für ein Brennstoffeinspritzventil bekannt. Der piezoelektrische Aktor weist zwei Stirnflächen sowie zwei elektrisch leitfähige Kontaktbahnen auf, deren jede den Aktor ausgehend von einer Stirnfläche durchquert. Der Aktor ist zwischen zwei metallischen Platten, deren jede an einer Stirnfläche angeordnet ist, eingespannt. Ferner ist zwischen jeder Stirnfläche und der dort angeordneten Platte eine elektrisch isolierende Isolierschicht angeordnet. Durch eine der metallischen Platten sind die elektrisch leitfähigen Kon- taktbahnen geführt.

Die aus der WO 03/026033 Al bekannte Vorrichtung hat den Nachteil, dass die Abdichtung gegenüber unter hohem Druck stehenden Brennstoff begrenzt ist. Sofern die Vorrichtung in einen Aktorraum eingesetzt ist, in dem unter hohem Druck stehender Brennstoff vorgesehen ist, besteht das Problem, dass gegenüber einer drucklosen Außenseite, zu der die elektrisch

leitenden Kontaktbahnen geführt sind, eine hohe Druckdifferenz auftritt, die schwer abzudichten ist.

Zur Abdichtung ist es beispielsweise denkbar, dass Bohrungen, durch die die elektrisch leitenden Kontaktbahnen geführt sind, mit einer als Isolator funktionierenden Glaseinschmelzung aufgefüllt werden. Beispielsweise können ein Metallkörper, der die Bohrungen aufweist, und die im Bereich der Bohrung von Glashülsen umgebenen elektrisch leitfähigen Kontakt- bahnen zusammen bis auf den Schmelzpunkt des Glases erhitzt werden, wobei nach einem nachfolgenden Abschrecken die Abdichtung gebildet ist, die aufgrund der Verspannung resultiert, die durch die unterschiedlichen Temperaturausdehnungskoeffizienten der Materialien bedingt ist. Dabei ist es denk- bar, dass die gesamte Einheit im Anschluss mit einer Nickel- Gold-Beschichtung versehen wird und in einer konischen Bohrung von der Hochdruckseite verpresst wird. Dieses System hat allerdings den Nachteil, dass die Handhabung aufwändig ist, da eine Vielzahl von unterschiedlichen Herstellungsschritten, zusätzliche aufwändige Kontaktierungen sowie gegebenenfalls ein zusätzlicher Isolierprozess zur Verhinderung eines elektrischen Kurzschlusses oder eines spannungsbedingten überschlags erforderlich ist. Außerdem kann es aufgrund von Vibrationen, Druckschwankungen oder aus anderen Gründen zur Be- Schädigung der Abdichtung, insbesondere im Bereich der Glaseinschmelzung, kommen.

Offenbarung der Erfindung

Die erfindungsgemäße Hochdruckabdichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritz- ventil mit den Merkmalen des Anspruchs 13 haben demgegenüber

den Vorteil, dass eine zuverlässige Hochdruckabdichtung geschaffen ist, die eine hohe mechanische Stabilität aufweist und auch für hohe Drücke geeignet ist.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Hochdruckabdichtungen und des im Anspruch 13 angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich .

Vorteilhaft ist eine Anordnung der Hochdruckabdichtung, bei der das unter hohem Druck stehende Medium auf der zweiten Seite vorgesehen ist, so dass die Kraft, mit der der Bund gegen den Körper gepresst ist, mit dem Druck des Mediums ansteigt. Somit ergibt sich eine selbstverstärkende Dichtwir- kung, so dass eine zuverlässige Abdichtung gewährleistet ist. Eine zusätzliche Dichtwirkung kann außerdem durch den Form- schluss zwischen dem schrägverzahnten Profil der Hülse und dem Körper im Bereich der Bohrung ausgebildet sein, indem das Profil zusätzlich eine umfängliche Abdichtung gewährleistet.

In vorteilhafter Weise ist das Verpressungselement als kugelförmiges Verpressungselement ausgebildet. Dadurch kann das Verpressungselement einfach hergestellt und zudem einfach in die Sackbohrung des Dichtbolzens eingepresst werden.

Vorteilhaft ist es auch, dass das Verpressungselement einen tonnenförmigen Verpressungskörper aufweist, der in die Sackbohrung eingepresst ist. Ferner ist es vorteilhaft, dass das Verpressungselement ein Kontaktelement aufweist, das bei- spielsweise als stabförmiger Kontaktstecker ausgestaltet ist. Die tonnenförmige Ausgestaltung des Verpressungskörpers gewährleistet dabei die Positionierung des Kontaktelements be-

züglich der Sackbohrung, um die Kontaktierung des Kontaktelements zu ermöglichen und beispielsweise Kurzschlüsse zu verhindern. Dabei ergeben sich vielfältige Möglichkeiten zur Kontaktierung des Kontaktelements.

In vorteilhafter Weise ist ein elektrisch isolierendes Isoliermittel vorgesehen, das den Dichtbolzen gegenüber dem Körper elektrisch isoliert. Dadurch ist eine Ausgestaltung des Dichtbolzens und des Körpers und gegebenenfalls weiterer Elemente aus metallischen und somit elektrisch leitenden Werkstoffen möglich. Dies ermöglicht zum einen eine Abdichtung gegenüber hohen Drücken mit relativ kostengünstigen Werkstoffen und zum anderen eine hohe Medienbeständigkeit, insbesondere gegenüber Brennstoff. Dabei ist es vorteilhaft, dass das Isoliermittel aus einer elektrisch isolierenden Beschichtung gebildet ist. Vorzugsweise ist die elektrisch isolierende Beschichtung auf den Dichtbolzen aufgebracht, was relativ kostengünstig erfolgen kann. Die elektrisch isolierende Beschichtung kann beispielsweise aus Teflon gebildet sein.

Vorteilhaft ist es, dass die elektrisch isolierende Beschichtung in einem Dichtbereich eine Schichtdicke aufweist, die nicht größer ist als eine Extrusionsgrenzdicke . Gerade im Dichtbereich treten relativ große Kräfte auf, wodurch eine Extrusion auftreten kann. Um diese Extrusion des Isoliermaterials an der Dichtfläche durch den anliegenden Druck zu verhindern, ist die maximale Schichtdicke, das heißt die Extrusionsgrenzdicke, vorzugsweise über das Verhältnis der Schichtdicke zum Bolzendurchmesser definiert. Bei einer Werkstoffpaarung von Stahl und Teflon ergibt sich für das Verhältnis der Extrusionsgrenzdicke zum Bolzendurchmesser ein

Wert von beispielsweise 1/150 mit dem Reibkoeffizienten der Paarung Teflon zu Stahl von μ _o =O,O8.

Vorteilhaft ist es, dass der Bund des Dichtbolzens eine Beißkante aufweist, an der der Dichtbolzen gegen den Körper gepresst ist. Die Pressung kann dabei auch mittelbar, insbesondere über die Isolierschicht, erfolgen. Dies hat den

Vorteil, dass eine definierte Abdichtung gebildet ist, die eine hohe Druckbeständigkeit aufweist, wobei durch die Beaufschlagung des Bundes des Dichtbolzens mit dem unter hohem Druck stehenden Brennstoff eine selbstverstärkende

Abdichtung erzielt ist.

Vorteilhaft ist es auch, dass der Dichtbolzen ein Kontaktelement aufweist, das durch eine Sackbohrung gebildet ist. Dadurch ist eine einfache Kontaktierung der

Hochdruckabdichtung auf der Seite des Dichtbolzens möglich.

Auch andere Ausgestaltungen des Kontaktelements sind vorteilhaft, beispielsweise die Ausgestaltung als stabförmiger Kontaktstecker, der auf der Seite des Bundes des

Dichtbolzens vorgesehen ist.

Vorteilhaft ist es, dass die in dem Körper vorgesehene Bohrung als Stufenbohrung ausgestaltet ist, wobei die Hülse zumindest im Wesentlichen bis zu einer Stufe der Stufenbohrung in die Stufenbohrung eingesetzt ist, so dass die Montage der Hochdruckabdichtung vereinfacht und eine zuverlässige Dichtwirkung im montierten Zustand gewährleistet ist .

Das Profil der in der Bohrung des Körpers aufnehmbaren Hülse hat die Aufgabe, einen sicheren Halt der Hülse in der Bohrung

zu gewährleisten. Insbesondere soll durch die Wechselwirkung des Profils mit dem Innenumfang der Bohrung durch Einwirken des Verpressungselements eine feste, reibschlüssige und vorzugsweise fluiddichte Verbindung erhalten werden. Im Hinblick auf die konkrete Ausgestaltung des Profils der Hülse gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. Dabei sei bereits an dieser Stelle erwähnt, dass die im Folgenden erläuterten Profilformen auch kombiniert werden können, bevorzugt derart, dass das Profil unterschiedlich ausgebildete Profilabschnitte aufweist.

Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist das Profil der Hülse schrägverzahnt ausgebildet, weist also, vorzugsweise umlaufende und in axialer Richtung beabstandete Zähne (Zahnringe) auf, die sich nicht exakt in radialer

Richtung erstrecken, sondern zumindest einseitig winklig zu einer Radialebene angeordnet sind. Der Winkel

(Abschrägungswinkel) , den zumindest eine abgeschrägte Flanke zumindest eines der Zähne zu einer Radialebene aufweist, kann in Abhängigkeit der jeweiligen Anwendung aus einem Bereich zwischen 1° und 89° gewählt werden.

Dabei ist eine Ausführungsform realisierbar, bei der die Verzahnung bzw. die Zähne des Profils in eine Richtung vom Bund des Dichtbolzens weg, also zur ersten Seite des Körpers hin abgewinkelt bzw. abgeschrägt sind. Diese Ausführungsform ermöglicht eine vergleichsweise einfache Montage der Hülse in der Bohrung entgegen der Abschrägungsrichtung. Eine Ausführungsform, bei der zumindest ein Zahn, vorzugsweise zumindest einige Zähne des Profils in Richtung der ersten Seite des Körpers bzw. entgegen der Montagerichtung der Hülse abgeschrägt sind, hat den entscheidenden Vorteil, dass sich

die Zähne einem unbeabsichtigten Lösen der Hülse entgegen der Montagerichtung entgegensetzen.

Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, zumindest einen Zahn, einige Zähne oder sämtliche Zähne des Profils in Richtung zu dem Bund des Profilbolzens hin abgeschrägt auszubilden, also in Richtung der Montagerichtung der Hülse bzw. in Richtung der zweiten Seite des Körpers, an der der Bund des Dichtbolzens anliegt.

Wie zuvor bereits angedeutet, ist es möglich beide Zahnflanken der abgeschrägten Zähne in Richtung des Bundes des Dichtbolzens oder in Richtung von dem Bund des Dichtbolzens weg abzuschrägen. Es ist auch eine Ausführungsform realisierbar, bei der eine der beiden Flanken der Zähne zumindest näherungsweise in einer Radialebene liegt und ausschließlich die jeweils andere Flanke in Richtung des Bundes bzw. von dem Bund weg abgeschrägt ist. Bevorzugt handelt es sich dabei bei der abgeschrägten Flanke um die in Abschrägungsrichtung liegende Flanke. Im Falle des Abschrägens beider Flanken ist es möglich, diese unter dem gleichen Winkel zur Radialebene abzuschrägen, oder, was für einige Anwendungen von Vorteil sein kann, unterschiedliche Abschrägungswinkel für die Zahnflanken eines Zahnes vorzusehen. Es ist auch eine Ausführungsform realisierbar, bei der die Zähne des Profils, zumindest ein Zahn des Profils oder einige Zähne des Profils, im Querschnitt, zumindest näherungsweise, trapezförmig konturiert sind - die Flanken der Zähne also in einander entgegengesetzte Richtungen abgeschrägt sind. Dabei ist es möglich, die dem Innenumfang der Bohrung zugewandte Oberseite der Zähne zumindest näherungsweise flach auszubilden. Alternativ ist es möglich,

die Flanken der Zähne jeweils auf eine in axialer Richtung gerundete Oberseite des jeweiligen Zahnes zulaufen zu lassen.

In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Zähne des Profils, zumindest ein Teil der Zähne des

Profils, symmetrisch zu jeweils einer radialen Spiegelebene ausgeformt sind. Im Falle der trapezförmigen Zahnausbildung bedeutet dies, dass die Zahnflanken unter dem gleichen

Winkelbetrag in einander entgegengesetzte Richtungen abgeschrägt sind.

Weiterhin ist eine Ausführungsform realisierbar, bei der sich die Zähne des Profils, zumindest teilweise, hin bis zu einer radialen Spitze verjüngen. Anders ausgedrückt weisen die Zähne vorzugsweise im Querschnitt zumindest näherungsweise eine Dreiecksform auf.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass das Profil als Gewindeprofil ausgeformt ist, also ein Zahn mit einer definierten oder variierenden Steigung schraubenförmig um den Außenumfang der Hülse geformt ist. Dabei ist es auch möglich, mindestens zwei Gewindegänge ineinander zu verschachteln, oder mindestens zwei Gewindegänge, beispielsweise mit unterschiedlicher Steigung, in axialer Richtung benachbart zueinander anzuordnen.

Je nach Anwendungszweck ist eine Ausführungsform zu bevorzugen, bei der mindestens eine Zahnkante des Profils, vorzugsweise sämtliche Zahnkanten abgerundet sind/ist. Auch ist es möglich, zumindest eine Zahnkante des Profils, vorzugsweise sämtliche Zahnkanten des Profils, insbesondere

in der Form eines definierten Kantenbruchs, zu entgraten.

Die zuvor beschriebenen unterschiedlichen Profilvarianten können alternativ oder in beliebiger Kombination an einer Hülse realisiert werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen, in denen sich entsprechende Elemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen sind, näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1: eine Hochdruckabdichtung in einer schematischen Schnittdarstellung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung vor einer Montage;

Fig. 2: die in Fig. 1 dargestellte Hochdruckabdichtung im teilmontierten Zustand;

Fig. 3. die in Fig. 1 dargestellte Hochdruckabdich- tung im montierten Zustand;

Fig. 4. den in Fig. 3 mit IV bezeichneten Ausschnitt der Hochdruckabdichtung des ersten Ausführungsbeispiels;

Fig. 5. eine Hochdruckabdichtung in einer schematischen Schnittdarstellung entsprechend einem

zweiten Ausführungsbeispiel und

Fig. 6: ein Brennstoffeinspritzventil mit einer

Hochdruckabdichtung entsprechend einem drit- ten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer schematischen Schnittdarstellung.

Fig. 7a, 7b: unterschiedliche Ansichten einer möglichen

Ausführungsform einer Hülse für eine Hoch- druckabdichtung mit einem schräg verzahnten

Profil, wobei die Zähne entgegen der Montagerichtung abgeschrägt sind,

Fig. 8a, 8b:. zwei unterschiedliche Ansichten einer weite- ren möglichen Ausführungsform einer Hülse für eine Hochdruckabdichtung mit einem Verzahnungsprofil, dessen Zähne im Querschnitt trapezförmig konturiert sind,

Fig. 9a, 9b: zwei unterschiedliche Ansichten einer weiteren möglichen Ausführungsform einer Hülse für eine Hochdruckabdichtung mit einem symmetrischen Verzahnungsprofil,

Fig. 10a, 10b: zwei unterschiedliche Ansichten einer weiteren möglichen Ausführungsform einer Hülse für eine Hochdruckabdichtung mit einem symmetrischen, spitz zulaufenden Verzahnungsprofil und

Fig. IIa, IIb: zwei unterschiedliche Ansichten einer weiteren möglichen Ausführungsform einer Hülse

für eine Hochdruckabdichtung mit einem Gewindeprofil .

Ausführungsformen der Erfindung

Fig. 1 zeigt eine Hochdruckabdichtung 1 entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung vor einer Montage. Die Hochdruckabdichtung 1 eignet sich besonders für ein Brennstoffeinspritzventil 2, wie es auch in Fig. 6 schema- tisch dargestellt ist. Die Hochdruckabdichtung dient speziell zur Abdichtung eines unter hohem Druck stehenden Brennstoffs gegenüber Atmosphärendruck, wobei die Hochdruckabdichtung 1 die Durchleitung von elektrischen Signalen oder von elektrischer Energie ermöglicht. Die Hochdruckabdichtung 1 kann zur Abdichtung von sehr hohen Drücken, beispielsweise von etwa 200 MPa (2000 Bar), dienen. Ein bevorzugter Einsatz des Brennstoffeinspritzventils 2 besteht für eine Brennstoffein- spritzanlage mit einem Common-Rail, das Dieselbrennstoff unter hohem Druck zu mehreren Brennstoffeinspritzventilen 2 führt. Die erfindungsgemäße Hochdruckabdichtung 1 und das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil 2 eignen sich jedoch auch für andere Anwendungsfälle.

Die Hochdruckabdichtung 1 dient zur Abdichtung einer in einem Körper 3 vorgesehenen Bohrung 4, die als Stufenbohrung 4 ausgestaltet ist und zumindest eine Stufe 5 aufweist. Der Körper 3 weist eine erste Seite 6 und eine der ersten Seite 6 gegenüberliegende zweite Seite 7 auf. Im Betrieb liegt an der zweiten Seite 7 ein hoher Druck gegenüber der ersten Seite 6 an. Beispielsweise kann sich auf der zweiten Seite 7 unter hohem Druck stehender Brennstoffe befinden, während auf der ersten Seite 6 Atmosphärendruck herrscht. Die Hochdruckab-

dichtung 1 ist so montiert, dass eine Abdichtung des an der zweiten Seite 7 wirkenden Druckes gegenüber dem relativ niedrigen Druck an der ersten Seite 6 gewährleistet ist. Die Bohrung 4 weist von der ersten Seite 6 her bis zur Stufe 5 einen Durchmesser a auf, wobei ein angeschrägter Abschnitt 8 vorgesehen sein kann. In den Teil der Bohrung 4 mit dem Durchmesser a wird eine Hülse 9 von der ersten Seite 6 eingebracht, wie es durch die Pfeile 10 veranschaulicht ist. Ferner weist die Hochdruckabdichtung 1 einen Dichtbolzen 11 und ein Ver- pressungselement 12 auf. Die Hülse 9 wird so in die Bohrung 4 eingebracht, dass die Hülse 9 sich an der Stufe 5 abstützt. Die Hülse 9 weist an einer Außenseite 13 ein, in diesem Ausführungsbeispiel schrägverzahntes, Profil 14 auf, das etwas gegen die durch die Pfeile 10 dargestellte Einbringrichtung geneigt ist.

Fig. 2 zeigt die Hochdruckabdichtung 1 im teilmontierten Zustand, wobei die Hülse 9 in die Bohrung 4 eingesetzt ist. Ein Außendurchmesser der Außenseite 13 der Hülse 9 entspricht da- bei im Wesentlichen dem Durchmesser a der Bohrung 4 bis zur Stufe 5. Die Hülse 9 weist außerdem eine Bohrung 15 auf, die einen Durchmesser b hat. Die Bohrung 15 kann bereits vor dem Einbringen der Hülse 9 ausgebildet sein. Allerdings kann die Bohrung 15 auch erst nach dem Einbringen der Hülse 9 in die Bohrung 4 gebohrt werden, um eine Ausrichtung der Bohrung 15 in Richtung einer Achse 16 der Hochdruckabdichtung 1 mit relativ hoher Genauigkeit zu erzielen.

In dem in der Fig. 2 dargestellten teilmontierten Zustand wird von der zweiten Seite 7 der Dichtbolzen 11 in die Bohrung 4 und die Hülse 9 eingebracht. Ein Außendurchmesser einer Außenseite 17 des Dichtbolzens 11 ist dabei im Wesentli-

chen gleich dem Durchmesser b der Bohrung 15 der Hülse 9. Der Dichtbolzen 11 wird dabei so weit in die Hülse 9 eingebracht, bis ein Bund 18 des Dichtbolzens 11 an der zweiten Seite 7 des Körpers 3 anliegt.

Der Dichtbolzen 11 weist eine Sackbohrung 19 auf, die im Wesentlichen einen Innendurchmesser d hat. Der Innendurchmesser d der Sackbohrung 19 ist dabei etwas kleiner als ein Außendurchmesser c des Verpressungselements 12, das als kugelför- miges Verpressungselement 12 ausgestaltet ist. Das Verpres- sungselement 12 wird nach der Montage des Dichtbolzens 11 in die Sackbohrung 19 eingebracht. Dadurch wird der Dichtbolzen 11 im Bereich der Sackbohrung 19 aufgedehnt, so dass sich der Durchmesser der Außenseite 17 vergrößert. Somit wird auch die Hülse 9 aufgedehnt, so dass das Profil 14 zumindest etwas in den Körper 3 eindringt und eine formschlüssige Verbindung zwischen der Hülse 9 und dem Körper 3 geschaffen ist.

Fig. 3 zeigt die Hochdruckabdichtung 1 im montierten Zustand, in dem das Verpressungselement 12 in die Sackbohrung 19 des Dichtbolzens 11 eingebracht ist. Aufgrund des übermaßes des kugelförmigen Verpressungselements 12 zum Innendurchmesser d der Sackbohrung 19 ist der Dichtbolzen 11 im Bereich der Sackbohrung 19 und somit auch die Hülse 9 im Bereich der Schrägverzahnung des Profils 14 verformt, insbesondere erweitert. Diese Verformungen erzeugen einen Formschluss beziehungsweise ein Verpressen mit dem Körper 3. Gleichzeitig bewirkt die Verformung durch das Eingreifen des schrägverzahnten Profils 14 in den Körper 3 eine Zugspannung in einem un- teren Bereich 20 des Dichtbolzens 11, so dass der Bund 18 gegen den Körper 3 gepresst ist. Ferner wirkt sich der Druck des Brennstoffes auf der zweiten Seite 7 des Körpers 3, der

durch die Pfeile 21 veranschaulicht ist, in einer Normalkraft F _N auf den Bund 18 des Dichtbolzens 11 in Richtung der Achse 16 aus. Diese Normalkraft F _N bewirkt eine zusätzliche Verstärkung der Dichtwirkung, wie es anhand der Fig. 4 im Detail weiter erläutert ist. Da die Normalkraft F _N druckabhängig ist, ergibt sich somit eine selbstverstärkende Dichtwirkung der Hochdruckabdichtung 1.

Der Dichtbolzen 11 ist außerdem teilweise mit einer elekt- risch isolierenden Beschichtung 25 beschichtet, die ein elektrisch isolierendes Isoliermittel, das ist ein elektrisch isolierendes Material oder ein elektrisch isolierender Stoff, zwischen dem Dichtbolzen 11 und dem Körper 3 darstellt. Die elektrisch isolierende Beschichtung 25 verhindert einen elektrischen Kurzschluss zwischen dem Dichtbolzen 11 und dem Körper 4. Somit kann sowohl von der ersten Seite 6 als auch von der zweiten Seite 7 eine elektrische Kontaktierung mit dem Dichtbolzen 11 erfolgen, um beispielsweise eine elektrische Energie von der ersten Seite 6 zu der zweiten Seite 7 zu führen, ohne dass es zu einem Kurzschluss mit dem Körper 3 kommt. Die Verbindung eines elektrischen Verbrauchers kann dann einerseits über die Hochdruckabdichtung 1 und andererseits über den Körper 3 erfolgen. Es können allerdings auch mehrere Hochdruckabdichtungen 1 vorgesehen sein, wobei über eine Hochdruckabdichtung eine Verbindung mit einem elektrischen Pluspol und über eine andere Hochdruckabdichtung eine Verbindung mit einem elektrischen Minuspol erfolgt.

Fig. 4 zeigt den in Fig. 3 mit IV bezeichneten Ausschnitt der Hochdruckabdichtung 1 des ersten Ausführungsbeispiels. Der

Dichtbolzen 11 weist im Bereich einer Kante 26 des Körpers 3, die durch die Bohrung 4 in dem Körper 3 zur zweiten Seite 7

hin gebildet ist, einen Einstich 27 auf, so dass der Dichtbolzen 11 im Bereich der Kante 26 beabstandet zu dem Körper 3 ist. Ferner weist der Bund 18 des Dichtbolzens 11 zur zweiten Seite 7 des Körpers 3 hin einen negativen Winkel bezüglich seiner radialen Erstreckung auf, so dass der Bund 18 an einer Dichtkante 30 des Bundes 18 an der zweiten Seite 7 des Körpers 3 anliegt. Aufgrund der Beschichtung 25 ist diese Anlage dabei mittelbar, so dass die Dichtfläche 31 an der Dichtkante 30 zwischen der Beschichtung 25 und dem Körper 3 gebildet ist. Die Dichtfläche 31 dient dabei zum Abdichten gegenüber dem Brennstoffdruck, der eine Kraft F _D im Bereich der Dichtkante 30 erzeugt. Die Schichtdicke h der Beschichtung 25 ist dabei kleiner oder gleich einer Extrusionsgrenzdicke, um eine Extrusion der Beschichtung 25 an der Dichtfläche 31 durch den anliegenden Druck zu verhindern. Die Bestimmung der Schichtdicke h als Extrusionsgrenzdicke ist im Folgenden anhand eines Beispiels dargestellt.

Die wirksame Druckfläche A _B des Dichtbolzens 11 ergibt sich aus dem in Fig. 3 dargestellten Außendurchmesser e des Bundes 18 des Dichtbolzens 11 und der Ludolphschen Zahl π zu:

(1) A _B = π*e ² /4.

Mit dem Druck p des auf der zweiten Seite 7 des Körpers 3 vorgesehenen Mediums ergibt sich für die Normalkraft F _N auf den Dichtbolzen 11:

(2) F _N = p*A _B ,

wobei der Druck p beispielsweise 200 MPa betragen kann. Aus den Formeln (1) und (2) ergibt sich für die Normalkraft F _N

auf den Dichtbolzen 11:

(3) F _N = _P *π*e ² /4.

Die Mantelfläche A _D der Dichtung ergibt sich aus dem Außendurchmesser e des Bundes 18 des Dichtbolzens 11 und der Schichtdicke h:

(4) A _D = π*e*h.

Die Druckkraft F _D auf die durch die Dichtfläche 31 gegebene Dichtung ergibt sich aus dem Druck p des Mediums und der Mantelfläche A _D der Dichtung:

(5) F _D = p*A _D .

Aus den Formeln (4) und (5) ergibt sich somit die Druckkraft F _D auf die Dichtung zu:

(6) F _D = p*π*e*h.

Die Kraft F _R zur überwindung der Haftreibung der Materialpaarung aus dem Material des Körpers 3 und dem Material der Be- Schichtung 25 ergibt sich aus dem diesbezüglichen Reibkoeffizienten μo und der Normalkraft F _N auf den Dichtbolzen 11:

(7) F _R = μ _o *F _N = μ _o *p*π*e ² /4,

wobei in Formel (7) die Normalkraft F _N entsprechend der Formel (3) verwendet worden ist.

Um die Zuverlässigkeit der Abdichtung zu erhöhen, ist vorzugsweise eine x-fache Sicherheit für die Reibungskraft F _R berücksichtigt. Beispielsweise kann x gleich 3 gewählt sein. Es ergibt sich dann:

(8) F _x = 3*F _D = 3*p*π*e*h,

wobei das Dreifache der Druckkraft F _D für die Reibungskraft F _x mit 3-facher Sicherheit gewählt ist. Durch Gleichsetzen der Reibungskraft F _R entsprechend der Formel (7) und der Reibungskraft mit 3-facher Sicherheit F _x entsprechend der Formel (8) , das heißt:

(9) F _R = F _x ,

ergibt sich nach einigen Vereinfachungen:

(10) h/e = μ ₀ / (3*4) .

Dabei berücksichtigt der Faktor 3 die 3-fache Sicherheit. Anstelle des Faktors 3 kann auch ein anderer Faktor gewählt werden, um allgemein eine Reibungskraft F _x mit x-facher Sicherheit vorzugeben. Für den Reibkoeffizienten der Paarung Teflon und Stahl von

(11) μ ₀ = 0, 08

ergibt sich für das Verhältnis der Extrusionsgrenzdicke, das heißt der maximal wählbaren Schichtdicke h und dem Außen- durchmesser e des Dichtbolzens 11:

(12) h/e = μo/12 = 0,08/12 = 1/150.

Es ist anzumerken, dass die durch die Formel (10), insbesondere die Formel (12), gegebene Extrusionsgrenzdicke als Maximalwert zu verstehen ist, der zumindest im Bereich der Dicht- kante 30 eingehalten ist, um eine Extrusion der Beschichtung 25 im Bereich der Dichtkante 30 zu verhindern. Die übrige Beschichtung 25, das heißt die Beschichtung 25 außerhalb der Dichtkante 30, kann auch eine andere Schichtdicke h aufweisen. Ferner kann die Schichtdicke h auch kleiner als die Extrusionsgrenzdicke, die durch die Formel (10) ermittelt ist, gewählt sein. Außerdem kann die Schichtdicke h durch die Wahl des Sicherheitsfaktors x, der oben gleich 3 gewählt ist, und den Reibkoeffizienten μ ₀ innerhalb gewisser Grenzen be- einflusst werden.

Fig. 5 zeigt die in Fig. 3 dargestellte Hochdruckabdichtung 1 entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der mit IV bezeichnete Ausschnitt ist dabei entsprechend dem anhand der Fig. 4 beschriebenen Ausschnitt ausgestaltet. In diesem Ausführungsbeispiel weist der Dichtbolzen 11 ein Kontaktelement 35, das heißt eine Kontaktstelle auf, die durch eine Sackbohrung gebildet ist. In das Kontaktelement 35 kann somit ein Stecker oder dergleichen zum Kontaktieren der Hochdruckabdichtung 1 auf der zweiten Seite 7 eingesetzt werden.

Ferner kann in einem verbleibenden Teil 36 der Sackbohrung 19, durch den das Verpressungselement 12 in die Sackbohrung 19 gepresst worden ist, ein Stecker oder dergleichen eingesetzt werden, um eine Kontaktierung der Hochdruckabdichtung 1 von der ersten Seite 6 zu ermöglichen.

Die Kontaktierung auf der ersten Seite 6 und/oder der zweiten

Seite 7 des Körpers 3 kann auch auf andere Weise, beispielsweise durch Löten, erfolgen.

Fig. 6 zeigt ein vereinfacht dargestelltes Brennstoffein- spritzventil 2 mit einer Hochdruckabdichtung 1 entsprechend einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der mit IV bezeichnete Ausschnitt ist dabei entsprechend dem in Fig. 4 bezeichneten Ausschnitt ausgestaltet. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Körper 3 in ein Ventilgehäuse 37 des Brenn- stoffeinspritzventils 2 eingesetzt. Der Körper 3 kann aber auch Teil des Ventilgehäuses 37 sein oder einstückig mit dem Ventilgehäuse 37 ausgebildet sein. Das Brennstoffeinspritz- ventil 2 weist eine vereinfacht dargestellte Betätigungseinrichtung 38 auf, der ein unter hohem Druck stehender Brenn- stoff über eine Leitung 39 zugeführt wird. Im Betrieb des Brennstoffeinspritzventils 2 kann sich in einem Ventilraum 40 ebenfalls unter hohem Druck stehender Brennstoff befinden. Die Betätigungseinrichtung 38 ist einerseits mit dem Kontaktelement 35 der Hochdruckabdichtung 1 und andererseits mit dem Körper 3 elektrisch kontaktiert. Ferner ist ein Steuergerät 44 vorgesehen, das einerseits mit dem Verpressungselement 12 und andererseits mit dem Körper 3 elektrisch kontaktiert ist. Dadurch ist die Durchleitung von elektrischer Energie durch das Ventilgehäuse 37 in das Innere des Ventilgehäuses 37 zu der Betätigungseinrichtung 38 möglich, um das Brennstoffein- spritzventil 2 zu betätigen, wobei Brennstoff über eine Düsenöffnung 41 abspritzbar ist. In diesem Ausführungsbeispiel weist das Verpressungselement 12 einen tonnenförmigen Ver- pressungskörper 42 und ein Kontaktelement 43 auf. Der tonnen- förmige Verpressungskörper 42 ist dabei in die Sackbohrung 19 eingepresst, um eine Pressverbindung zwischen der Hülse 9 im Bereich des schrägverzahnten Profils 14 und dem Körper 13

auszubilden. Das Kontaktelement 43 des Verpressungselements 12 ist als stabförmiger Kontaktstecker ausgestaltet, um die Kontaktierung mittels einer Buchse mit dem Steuergerät 44 zu ermöglichen. Ferner weist auch der Dichtbolzen 11 ein als Kontaktstecker ausgestaltetes Kontaktelement 35 auf, um die Verbindung mit der Betätigungseinrichtung 38 mittels einer Buchse zu ermöglichen. Die tonnenförmige Ausgestaltung des Verpressungskörpers 42 und die Anordnung des Dichtbolzens 11 in der Bohrung 15 (Fig. 2) ermöglichen dabei eine Ausrichtung des Kontaktelements 43 des Verpressungselements 12 und des Kontaktelements 35 des Dichtbolzens 11 entlang der Achse 16 der Hochdruckabdichtung 1.

Durch die Abdichtung des Bundes 18 gegenüber dem Körper 3, wie es anhand der Fig. 4 im Detail beschrieben ist, ist eine erste hochdruckbeständige Abdichtung gebildet. Ferner ist eine zweite hochdruckbeständige Abdichtung durch die formschlüssige Verbindung zwischen dem schrägverzahnten Profil 14 der Hülse 9 und dem Körper 3 gebildet. Diese beiden Abdich- tungen gewährleisten eine zuverlässige Funktion der Hochdruckabdichtung 1, um ein Austreten des in dem Ventilraum 40 vorgesehenen, unter hohem Druck stehenden Brennstoffs aus dem Ventilgehäuse 37 zu verhindern. Dabei können auch mehrere Hochdruckabdichtungen 1 vorgesehen sein, um beispielsweise Messsignale aus dem Inneren des Ventilgehäuses 37 zu dem Steuergerät 44 oder dergleichen zu führen.

Im Folgenden sind unterschiedliche Ausführungsbeispiele von möglichen Profilen 14 der Hülse 9 beschrieben. Die gezeigten Hülsen 9 können dabei die zuvor gezeigten Hülsen 9 in der jeweiligen Hochdruckabdichtung ersetzen. Dabei sind die möglichen Profilformen nicht auf die dargestellten

Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere können Kombinationen aus den unterschiedlichen Profilarten realisiert werden. Alle im Folgenden beschriebenen am Außenumfang der Hülse 9 vorgesehenen Profilen 14 ist gemein, dass diese mindestens einen in Umfangsrichtung umlaufenden Zahn 45 aufweisen.

In den Fig. 7a und 7b ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines Profils 14 gezeigt, wobei in Fig. 7 eine Schnittdarstel- lung und in Fig. 7b eine Seitenansicht gewählt ist. Zu erkennen ist die hohlzylindrische Hülse 7 mit ihrem äußeren Profil 14, das von einer Vielzahl in axialer Richtung benachbarten Zähnen 45 gebildet ist. Zwischen jeweils zwei in axialer Richtung benachbarten, ringförmigen Zähnen 45 ist eine sich ebenfalls in Umfangsrichtung erstreckende, ringförmige Zahnlücke 46 gebildet. Zu erkennen ist, dass es sich bei dem Profil 14 um ein schräg verzahntes Profil handelt, wobei nur die von der ersten Seite 6 des Körpers abgewandten Flanken 47 der Zähne 45 in Richtung der ersten Seite 6 des Körpers 3 entge- gen der Montagerichtung 10 abgeschrägt sind. Die jeweils anderen Flanken 48 der Zähne 45 liegen jeweils in einer Radialebene. Wie sich insbesondere aus Fig. 7b ergibt, ist eine in axialer Richtung zwischen zwei Flanken 47, 48 liegende Zahnoberseite 49 im Wesentlichen abgeflacht ausgeformt und bildet einen flachen koaxialen Ring um die Achse 16. Zwischen zwei einander gegenüberliegenden Flanken 47, 48 ist ein Winkel α aufgespannt. Der Grund der Zahnlücken 46 weist einen Grundradius R (Krümmungsradius) auf. Aus übersichtlichkeitsgründen sind die Parameter Winkel α und Grundradius R lediglich in Fig. 7a eingezeichnet. Bei den anderen Profilformen gemäß den Fig. 8a bis Fig. IIb wurde auf die Darstellung dieser Parameter verzichtet. Die Parameter Grundradius R und Winkel α kön-

nen, abhängig vom Belastungsfall (Anwendungsfall) variiert werden. Zusätzlich kann der inkrementale axiale Zahnabstand (Axialerstreckung der Zahnlücke 46) zwischen jeweils benachbarten Zähnen 45 je nach Anwendung unterschiedlich groß ge- wählt werden.

In den Fig. 8a und 8b ist eine Hülse 7 mit einem alternativ ausgebildeten Profil 14 dargestellt. Das Profil 14 wird wiederum gebildet von einer Vielzahl von in axialer Richtung beabstandeten, ringförmigen Zähnen 45, wobei zwischen jeweils zwei Zähnen 45 eine ringförmige Zahnlücke 46 realisiert ist. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 8a und 8b weisen die Zähne 45 im Querschnitt eine Trapezform auf. Hierzu sind die Flanken 47, 48 eines jeden Zahns 45 in einander entgegen- gesetzte Richtungen abgeschrägt - in dem gezeigten Ausführungsbeispiel unter einem gleich großen Winkel zu einer radialen Spiegelebene E. Wie sich aus den Fig. 8a und 8b ergibt, ist die Oberseite 49 jedes Zahnes 45, die im montierten Zustand unmittelbar am Innenumfang der Bohrung 4 im Körper 3 anliegt, flach ausgebildet und verläuft koaxial zur Achse 16.

In Fig. 9a und 9b ist eine Hülse 7 mit einem Profil 14 mit symmetrischen Zähnen 45 gezeigt. Die Flanken 47, 48 jedes Zahns 45 sind dabei spiegelsymmetrisch zu einer radialen Spiegelebene E geneigt. Die dazwischen angeordnete Oberseite 49 jedes Zahns 45 ist eben, d.h. abgeflacht ausgebildet. Zu erkennen ist, dass der Grund jeder Zahnlücke 46 wesentlich spitzer zuläuft als in dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 8a und 8b. Dort ist der Grund der Zahnlücken 46 zumindest nä- herungsweise krümmungsfrei.

In den Fig. 10a und 10b ist ein weiteres Ausführungsbeispiel

einer Hülse 7 mit äußerem Profil 14 gezeigt. Das Profil 14 wird gebildet von einer Vielzahl von symmetrischen, sich in Umfangsrichtung um die Hülse 7 erstreckenden Zähnen 45 mit dazwischen angeordneten, ebenfalls symmetrischen Zahnlücken 46. Die beiden Zahnflanken 47, 48 jedes Zahns 45 verlaufen nach radial außen zu jeweils einer Spitze 50 hin. Anders ausgedrückt, wird die radial äußere Oberseite 49 jedes Zahns 45 von einer Spitze 50 gebildet. Noch anders ausgedrückt, sind die Zähne 45 im Querschnitt dreieckig konturiert.

Das in den Fig. IIa und IIb gezeigte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich insofern wesentlich von den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen, als dass die Zähne 45 jeweils keinen geschlossenen Ring bilden, sondern in der Art eines Gewindes mit einer Steigung P verlaufen, wobei die Steigung P des einzigen, gewindeförmigen Zahnes 45 je nach Anwendungszweck variiert werden kann. Wie sich aus den Fig. IIa und IIb ergibt, ist die Oberseite 49 des Zahns 45 abgeflacht ausgeformt .

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.