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Die
Erfindung betrifft einen Kraftstoffhochdruckspeicher, insbesondere
für Common-Rail-Einspritzsysteme,
mit einem Druckgehäuse,
in dem eine Bohrung eingebracht ist die stirnseitig mit einem Verschlusselement
verschlossen ist und dadurch einen Druckraum ausbildet.
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Aus
der
EP 086 62 21 A1 ist
bereits ein Kraftstoffhochdruckspeicher bekannt, der im Wesentlichen
aus einem gezogenen oder gewalzten Rohr besteht. Am Umfang des Kraftstoffverteilers
sind radial angeordnete Anschlüsse
für einen
Zulauf und einen Ablauf angeschweißt oder gelötet. Die stirnseitigen offenen
Enden des Rohres sind jeweils mit einem Verschlusselement verschlossen.
Um bei den Systemdrücken
von bis zu 1800 bar eine sichere Abdichtung über das Verschlusselemente
zu gewährleisten, sind
spezielle Ausführungen
des Verschlusselementes erforderlich.
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Hierzu
sieht die
EP 086 62
21 A1 vor, dass Verschlusselement als Gewindestopfen auszubilden und
mit einer zusätzlichen
Dichtkugel zu versehen. Durch Anziehen des Gewindestopfens wird
die Dichtkugel in den Dichtsitz des Kraftstoffhochdruckspeichers
gepresst. Die Dichtkugel weist dabei eine größere Härte als der Dichtsitz auf,
wodurch sich dieser verformt und einen dichten Sitz gewährleistet.
Durch das Einpressen der Dichtkugel kommt es an der Bohrungsverschneidung
von radialer und axialer Bohrung zu ungünstigen Spannungsüberlagerungen. Hierdurch
kann es im Bereich der Spannungsverschneidung zu Rissen kommen.
Dies führt
zu einer reduzierten Betriebsfestigkeit.
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Ausgehend
vom Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten
Kraftstoffhochdruckspeicher zu schaffen, der bei einfacher und kostengünstiger
Herstellung, eine sicher Absichtung des Kraftstoffhochdruckspeichers
gewährleistet
und zu einer Verringerung der Spannungen im Bereich der Bohrungsverschneidungen
im Kraftstoffhochdruckspeicher beiträgt.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch die Merkmale des unabhängigen
Patentanspruchs 1.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindungen, welche einzeln oder Kombination
miteinander einsetzbar sind, sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Die
Erfindung baut auf dem gattungsgemäßen Kraftstoffhochdruckspeicher
dadurch auf, dass zwischen dem Druckgehäuse und dem Verschlusselement
eine Dichtscheibe angeordnet ist und die Abdichtung des Kraftstoffhochdruckspeichers
stirnseitig über
wenigstens eine, den Bohrungsquerschnitt umschließende, Dichtkante
erfolgt. Durch die umschließende
Dichtkante wird bereits bei geringen Anzugskräften eine hohe lokale Flächenpressung
im Bereich der Dichtkante erreicht, die ein sicheres Abdichten des
Kraftstoffhochdruckspeichers gewährleistet.
Die Dichtkante lässt
sich dabei, beispielsweise durch Drehen, auf einfache Weise ausbilden.
Eine besonders hohe Oberflächenqualität der Dichtfläche am Druckgehäuse ist
aufgrund der Dichtkante nicht notwendig. Die Dichtkante verformt
auf Grund der hohen lokalen Flächenpressung
die Dichtfläche
und sorgt so für
eine sichere Abdichtung. Da die Anzugskraft nur lokal im Bereicht
der Dichtkante in das Druckgehäuse
eingebracht wird, werden ungünstige
Spannungsüberschneidungen
an den Bohrungs verschneidungen weitgehend vermieden. Hierdurch werden Risse
im Bereich der Bohrungsverschneidungen verhindert und die Lebensdauer
des Kraftstoffhochdruckspeichers erheblich verlängert.
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Um
eine besonders sicher Abdichtung der Railenden zu erzielen können an
Stelle der einen, mehrere sich umschließende Dichtkanten ausgebildet
sein. Hierdurch ist eine sichere Abdichtung auch dann gewährleistet,
wenn eine umlaufende Dichtkante nicht vollständig abdichtet.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Dichtkante
im Verschlusselement und/oder in der Dichtscheibe und/oder im Druckgehäuse ausgebildet
ist. Es reicht im einfachsten Fall aus, die Dichtkante in einem
der drei Bauteile auszubilden. Um die Abdichtung besonders sicherer zu
machen ist es aber auch möglich,
jeweils eine oder mehrere Dichtkante an den verschiedenen Bauteilen
auszubilden. Hierdurch wird im Falle eines Defektes der einen Dichtkante
der Kraftstoffhochdruckspeicher durch die übrigen, an einem anderen Bauteil,
ausgebildete Dichtkante abgedichtet.
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Besonders
vorteilhaft ist es die Dichtkante ringförmig auszubilden. Die ringförmige Ausbildung der
Dichtkante bietet besondere Vorteile bei der Herstellung der Dichtkante,
da diese besonders einfach, beispielsweise durch drehen, herstellbar
ist. Hierdurch lässt
sich eine besonders preiswerte Abdichtung erzielen.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die
Dichtkante konzentrisch zur Mittelachse der Bohrung angeordnet.
Durch die konzentrische Anordnung zu Mittelachse der Bohrung ergibt
sich eine gleichmäßig Druckbeaufschlagung der
Dichtkante entlang ihres Umfangs, was sich positiv auf die Dichtigkeit
und die Lebensdauer der Abdichtung auswirkt.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das
Verschlusselement ein Gewinde auf, das mit einem im Druckgehäuse ausgebildeten
korrespondierenden Gewinde zusammenwirkt. Hierdurch lässt sich
die Dichtscheibe mit Hilfe des Verschlusselementes auf einfache
Weise mit dem Druckgehäuse
verschrauben. Das Verschlusselement kann hierzu beispielsweise als Überwurfmutter ausgebildet
sein, dessen Innengewinde mit einem im Druckgehäuse ausgebildeten Außengewinde
zusammenwirkt. Eine weitere Möglichkeit
besteht darin, das Verschlusselement als Gewindestopfen auszubilden, wobei
dessen Außengewinde
mit einem im Druckgehäuse
ausgebildeten Innengewinde zusammenwirkt. Eine solche Lösung hat
allerdings den Nachteil, dass Schmutz oder Späne, die beim Herstellen des
Innengewindes anfallen, leicht in den Hochdruckspeicher hineingeraten
können
und daher durch aufwendige Reinigung vor der Endmontage entfernt
werden müssen.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass
das Verschlusselement über
einen Verbindungsflansch mit dem Druckgehäuse verbunden ist. Die Verschraubung über einen
Verbindungsflansch ist insbesondere bei großen Bohrungsdurchmessern vorteilhaft
da über
die Flanschverbindung besonders hohe Anzugskräfte erzielbar sind. Der Verbindungsflansch
kann einstückig
mit dem Verschlusselement ausgebildet sein, oder ein zusätzliches
Bauteil sein.
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Eine
weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die
Dichtscheibe aus einem Werkstoff besteht der eine Härt aufweist,
die verschieden ist von der Härte
des Druckgehäuses und/oder
der Härte
des Verschlusselementes. Da bei ist es vorteilhaft, das Bauteil härter auszubilden,
welches die Dichtkante aufweist. Hierdurch kann die Dichtkante in
die weichere Gegendichtfläche
eindringen und dieses verformen wodurch sich eine sichere Abdichtung
ergibt.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass
das Verschlusselement wenigstens einen Anschluss zum Verbinden des
Kraftstoffhochdruckspeichers mit zusätzlichen Bauteilen, insbesondere
Leitungen und/oder Sensoren umfasst. Hierdurch lassen sich auf besonders
einfache Weise zusätzliche
Bauteile dichtend an den Hochdruckspeicher anschließen. Es
müssen
nicht nachträglich
zusätzliche
Leitungen in den Kraftstoffhochdruckspeicher eingebracht werden.
Diese würden
zusätzliche Kosten
verursachen und zu einer weiteren Schwächung des Kraftstoffhochdruckspeichers
führen.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass
die Dichtscheibe wenigstens einen Anschluss zum Verbinden des Kraftstoffhochdruckspeichers
mit zusätzlichen
Bauteilen insbesondere Leitungen und/oder Sensoren umfasst. Eine
solche Lösung
bietet sich insbesondere dann an, wenn das Verschlusselement als Überwurfmutter ausgebildet
ist.
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Die
vorgeschlagene Erfindung zeichnet sich somit durch eine zwischen
dem Druckgehäuse
und dem Verschlusselement angeordnete Dichtscheibe aus, wobei die
Abdichtung des Kraftstoffhochdruckspeichers stirnseitig über wenigstens
eine den Bohrungsquerschnitt umschließende Dichtkante erfolgt. Aufgrund
der nur sehr lokal eingebrachten Dichtkraft, entlang der Dichtkante,
wird die Spannung in den Bohrungsverschneidungen gegenüber dem
Stand der Technik deutlich reduziert. Durch die umlaufende Dichtkante
wird eine besonders sichere Abdichtung erzielt. Die vorgeschlagene
Erfindung ist insbesondere für die
bei Kraftstoffhochdruckspeichern auftretenden hohen Systemdrücke von
bis zu 1800 bar geeignet.
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Ausführungsbeispiele
und weitere Vorteile der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung
erläutert.
Es zeigt schematisch:
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1 einen
erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckspeicher
mit einem als Überwurfmutter ausgebildeten
Verschlusselement;
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2 eine
Detailansicht des in 1 dargestellten Kraftstoffhochdruckspeichers;
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3 ein
zweites Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckspeichers mit
einem Verschlusselement in dem ein Anschluss zum Verbinden des Kraftstoffhochdruckspeichers
mit einem weiteren Bauteil ausgebildet ist;
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4 einen
weitern erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckspeicher
mit einer Dichtscheibe die einen Anschluss zum Verbinden des Kraftstoffhochdruckspeichers
mit einem zusätzlichen
Bauteil aufweist;
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5 einen
weiteren erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckspeicher
bei dem die Dichtscheibe mit einem Drucksensor ausgebildet ist,
und
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6 einen
weiteren erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckspeicher
bei dem die Dichtscheibe einstückig
mit dem Verschlusselement ausgebildet ist und mittels Verbindungsflansch
mit dem Druckgehäuse
verbunden ist.
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Gleich
oder funktionsgleiche Bauteile sind nachfolgend figurübergreifend
mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt
eine Detailansicht eines Endbereiches eines Kraftstoffhochdruckspeichers.
Der Kraftstoffhochdruckspeicher besteht im Wesentlichen aus einem
Druckgehäuse 1 in
das eine Bohrung 2 eingebracht ist und die mit zwei Verschlusselementen 3 verschlossen
ist, von denen in 1 nur eins dargestellt ist.
Das Druckgehäuse 1 und
die Verschlusselement 3 bilden einen Druckraum 4 aus.
Der Druckraum 4 weist wenigstens einen Zulauf sowie wenigstens
einen Ablauf auf. Zur sicheren Abdichtung des Druckraums 4 ist
zwischen dem Druckgehäuse 1 und
dem Verschlusselement 3 einen Dichtscheibe 5 angeordnet.
Die Dichtscheibe 5 weist auf ihrer, dem Druckgehäuse 1 zugewandten
Stirnseite, eine umlaufende Dichtkante 6 auf die den Bohrungsquerschnitt
vollständig
umschließt.
Die Dichtkante 6 sorgt somit für eine sichere Abdichtung des
Druckraums 4.
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Das
Verschlusselement 3 ist als Überwurfmutter ausgebildet.
Die Überwurfmutter 3 weist
ein Innengewinde 7 auf, das mit einem im Druckgehäuse 1 ausgebildeten
korrespondierenden Außengewinde 8 zusammenwirkt.
Durch das Aufschrauben der Überwurfmutter 3 wird
die Dichtscheibe 5 gegen das Druckgehäuse 1 gepresst. Die
in der Dichtscheibe 5 ausgebildete umlaufende Dichtkante 6 drückt sich dabei
in die Stirnseite des Druckgehäuses 1 ein
und verformt diesen im Bereich der Dichtkante 6. Durch die
Verformung ergibt sich eine sichere Abdichtung des Hochdruckspeichers.
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Die
Dichtscheibe 3 ist vorzugsweise aus einem härteren Material
ausgebildet als das Druckgehäuse 1.
Hierdurch ist gewährleistet,
dass die Dichtkante 6 sich in die Dichtfläche am Druckgehäuses 1 drückt und
somit eine sichere Abdichtung gewährleistet. Alternativ ist es
auch möglich,
dass die Dichtkante 6 am Druckgehäuse 1 ausgebildet
ist und sich in die Dichtscheibe 5 hineindrückt. In
diesem Fall ist es vorteil haft wenn das Druckgehäuse 1 aus einem härteren Material
besteht als die Dichtscheibe 5.
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Um
eine besonders sichere Abdichtung des Kraftstoffhochdruckspeichers
zu gewährleisten
können
mehrere, vorzugsweise konzentrisch zueinander ausgebildete, Dichtkanten 6 in
die Dichtscheibe 5 und/oder das Druckgehäuse 1 eingebracht
werden. Hierdurch ist selbst dann noch eine sichere Abdichtung gewährleistet
wenn eine Dichtkante 6 nicht vollständig abdichtet.
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Die
Dichtkante 6 ist vorzugsweise ringförmig ausgebildet. Eine ringförmige Ausbildung
der Dichtkante 6 lässt
sich besonders einfach herstellen. Das Herstellen der Dichtkante 6 kann
besonders einfach durch Drehen erfolgen. Das Ausbilden mehrerer
ringförmiger,
konzentrisch zueinander ausgebildete Dichtkanten 6 ist
ebenfalls durch drehen einfach herzustellen.
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Die
Dichtkante 6 ist vorzugsweise konzentrisch zur Mittelachse
der Bohrung 2 angeordnet. Durch die konzentrische Anordnung
wird die Dichtkante 6 gleichmäßig beansprucht.
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Zur
einfacheren Positionierung der Dichtscheibe 6 am Druckgehäuse 1 ist
es vorteilhaft, wenn an der Überwurfmutter 3 ein
Zentrierbund 18 ausgebildet ist.
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Ein
wesentlicher Vorteil der aus Dichtscheibe 6 und Verschlusselement 3 bestehenden
Abdichtung des Kraftstoffhochdruckspeichers liegt darin, dass die
Dichtkante 6 lediglich in axialer Richtung gegen das Druckgehäuse 1 angezogen
wird. Die Dichtkante 6 wird beim Festziehen der Überwurfmutter 3 nicht auf
der Stirnseite des Kraftstoffhochdruckspeichers bewegt/gedreht.
Eine Relativbewegung der Dichtkante 6 auf der Dichtfläche könnte leicht
zu Undichtigkeiten der Dichtung führen, da dabei die Dichtfläche leicht
beschädigt
werden kann.
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2 zeigt
eine Detailansicht der in 1 gezeigten
Abdichtung des Kraftstoffhochdruckspeichers (Detailansicht I). Die
Abdichtung des Druckraums 4 erfolgt ausschließlich über die
umlaufende Dichtkante 6. Hierdurch ergibt sich nur eine
sehr kleine Kontaktfläche
zwischen dem Druckgehäuse 1 und der
Dichtscheibe 5 beim Anziehen der Überwurfmutter 3, wodurch
eine sehr hohe Flächenpressung
im Dichtbereich erzielt wird und eine sichere Abdichtung, auch bei
den in Kraftstoffhochdruckspeichern auftretenden hohen Drücken gewährleistet
ist. Aufgrund der nur lokal auftretenden Dichtkräfte wird die Spannung in den
Bohrungsverschneidungen gegenüber
dem Stand der Technik deutlich reduziert, was zu einer erhöhten Bauteilsicherheit
führt.
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3 zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckspeichers.
Der Kraftstoffhochdruckspeicher entspricht im Wesentlichen dem Kraftstoffhochdruckspeicher
aus 1. Nachfolgend wird deshalb nur auf die Unterschiede
eingegangen.
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Der
wesentliche Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel in 1 besteht
darin, dass im Verschlusselement 3 ein Anschluss 12 zum
Verbinden des Kraftstoffhochdruckspeichers mit einem zusätzlichen
Bauteil ausgebildet ist. Der Anschluss 12 dient dabei insbesondere
zum Verbinden des Kraftstoffhochdruckspeichers mit einer zusätzlichen
Leitung und/oder einem zusätzlichen
Sensor. Der Anschluss 12 weist hierzu vorzugsweise einen
Dichtkonus 13 zur Aufnahme der Leitung beziehungsweise
des Sensors auf.
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Das
Verschlusselement 3 ist wie bereits im ersten Ausführungsbeispiel
als Überwurfmutter 3 ausgebildet.
Die Überwurfmutter 3 weist
ein Innengewinde 7 auf welches mit einem im Druckgehäuse 1 ausgebildeten
korrespondierenden Außengewinde 8 zusammenwirkt.
Um zu verhindern, dass Flüssigkeit über die
Verschraubung 7, 8 an die Umgebung gelangen kann
sind in der Dichtscheibe 5, in jeder der beiden Stirnseiten,
umlaufende Dichtkanten 6 ausgebildete. Die Dichtkanten 6 gewährleistet
eine sichere Abdichtung des Kraftstoffhochdruckspeichers. Die Dichtscheibe 5 ist
vorzugsweise aus einem härteren Material
ausgebildet als der Kraftstoffhochdruckspeicher. Die Dichtscheibe 5 weist
zudem auch eine größere Härte als
die Überwurfmutter 3 auf.
Hierdurch werden beim Anziehen der Verschraubung die Dichtkanten 6 in
das Druckgehäuse 1 sowie
in die Überwurfmutter 3 gedrückt. Die
Dichtflächen
am Druckgehäuse 1 beziehungsweise
an der Überwurfmutter 3 werden
dadurch verformt und dichten den Druckraum 4 sicher gegenüber der
Umgebung ab.
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4 zeigt
ein drittes Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckspeichers.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
ist der Anschluss zum Verbinden des Kraftstoffhochdruckspeichers
mit einem zusätzlichen
Bauteil, im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel
nach 3, nicht in der Überwurfmutter 3 sondern
in der Dichtscheibe 5 ausgebildet. Die Überwurfmutter 3 umschließt dabei
einen in der Dichtscheibe 5 ausgebildeten Kragen und drückt die
Dichtscheibe 5 dadurch beim Verschrauben mit der Dichtkante 6 gegen
die Stirnseite des Druckgehäuses 1.
Hierdurch kommt es wiederum zu einer Verformung des Dichtbereiches
am Druckgehäuse 1 und
dadurch zu einer sicheren Abdichtung des Druckraumes 4.
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Die übrige Ausgestaltung
des Kraftstoffhochdruckspeichers entspricht im Wesentlichen wiederum
den Ausführungsbeispielen nach 1 und 3 auf
deren Beschreibung hier verwiesen sei.
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5 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckspeichers.
Anstelle des Leitungsanschlusses weist der Kraftstoffhochdruckspeicher
einen mit der Dichtscheibe 5 verbundenen Drucksensor 15 auf.
Der Drucksensor 15 kann dabei einstückig mit der Dichtscheibe 5 ausgebildet
sein oder ein zusätzliches Bauteil
darstellen. Die übrige
Ausgestaltung des Kraftstoffhochdruckspeichers entspricht weitgehend dem
Ausführungsbeispielen
nach 4 auf deren Beschreibung verwiesen wird.
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6 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckspeichers.
Das Verschlusselement 3 sowie die Dichtscheibe 5 sind
dabei einstückig
ausgebildet. Anstelle einer Gewindeverschraubung ist das Verschlusselement 3 über eine
Flanschverbindung mit dem Druckgehäuse 1 verbunden. Hierzu
weist das Druckgehäuse 1 einen
Verbindungsflansch 11 auf der vorzugsweise einstückig mit
dem Druckgehäuse 1 ausgebildet
ist. Durch das Verschrauben des Verschlusselements 3 mit
dem Druckgehäuse 1 wird
die umlaufende Dichtkante 6 wiederum in die Stirnfläche des Druckgehäuses 1 gedrückt und
verformt diese wodurch eine sichere Abdichtung des Kraftstoffhochdruckspeichers
gewährleistet
ist. Der Verbindungsflansch 11 sowie das Verschlusselement 3 weisen vorzugsweise
mehrere auf einem Lochkreis, konzentrisch zur Mittelachse der Bohrung,
angeordnete Durchgangsbohrungen 17 auf, über die
die beiden Bauteile 1, 3 miteinander verschraubbar
sind. Der Verbindungsflansch 11 bietet gegenüber einer
Verschraubung mittels Überwurfmutter
den Vorteil, dass höhere
Anzugskräfte
aufgebracht werden können. Die Flanschverbindung
ist daher insbesondere für größere Bohrungsdurchmesser
und/oder sehr hohe Drücke
geeignet.
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Auch
bei der Abdichtung über
einen Verbindungsflansch 11 kommt es bei der Montage nicht
zu einer Relativbewegung der Dichtkante 6 auf der in der
Stirnseite des Druckgehäuses 1 ausgebildeten Dichtfläche. Dies
wirkt sich wiederum positiv auf die Dichtigkeit des Kraftstoffhochdruckspeichers
aus, da Beschädigungen
der Dichtfläche
bzw. der Dichtkante bei der Montage weitgehend vermieden werden.
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Selbstverständlich ist
es auch möglich
die Dichtscheibe 5 und das Verbindungselement 3 zweistückig auszubilden.
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Zusammenfassend
lässt sich
somit feststellen, dass durch die zwischen dem Druckgehäuse und den
Verschlusselement angeordnete Dichtscheibe und die Abdichtung des
Kraftstoffhochdruckspeichers stirnseitig über wenigstens eine den Bohrungsquerschnitt
umschließende
Dichtkante sich eine besonders sichere und dauerhafte Abdichtung
des Kraftstoffhochdruckspeichers ergibt. Aufgrund der kleinen Kontaktfläche zwischen
Dichtkante und Dichtfläche
ergibt sich eine hohe Flächenpressung im
Dichtbereich. Die Dichtkante kann aufgrund dessen leicht in die
Oberfläche
der Dichtfläche
eindringen und diese verformen. Aufgrund der Verformung der Dichtfläche ergibt
sich auch bei sehr hohen Drücken
im Druckraum 4 des Kraftstoffhochdruckspeicher eine sichere
Abdichtung.
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Die
lediglich lokal in das Druckgehäuse
eingebrachte Dichtkraft verringert die Spannung im Bereich der Bohrungsverscheidungen
und erhöht
dadurch die Bauteilsicherheit. Aufgrund der einfachen Ausbildung
des Dichtelementes als Dichtscheibe sowie aufgrund der einfachen
Ausbildung des Verschlusselementes in Form einer Überwurfmutter
bzw. eines Verbindungsflansches ergibt sich zudem eine besonders
preiswerte Ausbildung des Verschlusstopfens.