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DE10340911B4 - Spannhülse mit Temperaturkompensation - Google Patents

Spannhülse mit Temperaturkompensation Download PDF

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DE10340911B4
DE10340911B4 DE2003140911 DE10340911A DE10340911B4 DE 10340911 B4 DE10340911 B4 DE 10340911B4 DE 2003140911 DE2003140911 DE 2003140911 DE 10340911 A DE10340911 A DE 10340911A DE 10340911 B4 DE10340911 B4 DE 10340911B4
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Germany
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clamping sleeve
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pressure
thermal expansion
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Spannhülse zum Verspannen eines ersten Bauteils (1) aus einem ersten Werkstoff (St) mit einem zweiten Bauteil (3) aus einem zweiten Werkstoff (Al), wobei die Temperaturausdehnungskoeffizienten (α) von erstem Werkstoff (St) und zweitem Werkstoff (Al) verschieden sind, wobei eine Auflagefläche (15) des ersten Bauteils (1) auf dem zweiten Bauteil (3) und ein Ort (23) der Krafteinleitung der Vorspannkraftkraft in das zweite Bauteil (3) in Richtung einer Längsachse des ersten Bauteils (1) einen Versatz (lgesamt) aufweisen, und wobei der Versatz (lgesamt) mindestens teilweise durch eine Spannhülse (19) überbrückt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein wirksamer Temperaturausdehnungskoeffizient (αwirksam) der Spannhülse (19) so gewählt wird, dass die unterschiedlichen Temperaturdehnungen von erstem Bauteil (1) und zweitem Bauteil (3) im Wesentlichen kompensiert werden.

Description

  • Stand der Technik
  • Bei vielen temperaturführenden Bauteilen, die miteinander verspannt sind, stellt sich das Problem ungleicher Temperaturdehnungen, wenn die miteinander verspannten Bauteile aus Materialien mit verschiedenen Temperaturausdehnungskoeffizienten hergestellt werden. Infolge dessen ist die Kraft mit der die zwei gegeneinander verspannten Bauteile gegeneinandergepresst werden abhängig von der Temperatur dieser Bauteile. Diese Änderung der Anpresskraft ist in vielen Fällen unerwünscht, insbesondere dort, wo die Anpresskraft über einen großen Temperaturbereich, beispielsweise von –40°C bis +140°C innerhalb gewisser Grenzen liegen muss.
  • Ein Fall, bei dem dieses Problem auftauchen kann betrifft die Verspannung eines Injektors oder eines Einspritzventils mit dem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine. Üblicherweise werden die Zylinderköpfe von modernen Brennkraftmaschinen aus Aluminium gefertigt, während die Injektoren oder Einspitzventile aus Stahl hergestellt werden. Der Temperaturausdehnungskoeffizient αAl von Aluminium beträgt etwa 23,8 × 10–6 1/K während der Temperaturausdehnungskoeffizient von αSt von Stahl etwa 11,5 × 10–6 1/K beträgt.
  • Wenn im Zusammenhang mit der Erfindung stets nur von Injektoren gesprochen wird, so sind damit auch Einspritzventile, Düsenhalter aber auch andere temperaturführende Bauteile gemeint. Die Beschreibung der Erfindung erfolgt lediglich aus Gründen der Übersichtlichkeit am Beispiel der Befestigung eines Injektors an einem Zylinderkopf, wobei es für den Fachmann klar ist, dass die im Zusammenhang mit der Erfindung beschriebene technische Lehre auch ohne weiteres auf andere ähnlich gelagerte Anwendungsfälle übertragbar ist.
  • Selbstverständlich hängt die Temperaturdehnung von temperaturführenden Bauteilen nicht nur vom Temperaturausdehnungskoeffizient des Bauteils, sondern auch von dessen wirksamer Länge ab. Je länger ein Bauteil ist, desto größer ist die Temperaturdehnung und umgekehrt.
  • Aus der DE 197 26 750 A1 ist eine geschraubte Flanschverbindung mit einer federnd wirkenden Dichtung mit einer Schraube und einer Mutter bekannt. Zwischen dem Schraubenkopf und der Mutter sind zwei Hülsen angeordnet, die dazu dienen sollen, Schwankungen der Vorspannkraft, die aus Änderungen der Temperatur der Schraube resultieren, zu kompensieren.
  • Aus der DE 199 09 106 C2 ist eine temperaturkompensierte piezoelektrische Temperatureinheit bekannt.
  • Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, eine Spannhülse, die sich einenends an dem Injektor stützt und anderenends von einer Spannpratze mit einer Druckspannung beaufschlagt wird, zur Verspannung eines Injektors mit einem Zylinderkopf vorzusehen. Die Spannpratze wird beispielsweise über einen Stehbolzen und eine Mutter mit dem Zylinderkopf verbunden und vorgespannt. Die bislang eingesetzten Spannhülsen bestehen, ebenso wie die Injektoren, aus Stahl.
  • Vorteile der Erfindung
  • Bei einer Spannhülse zum Verspannen eines ersten Bauteils aus einem ersten Werkstoff mit einem zweiten Bauteil aus einem zweiten Werkstoff, wobei die Temperaturausdehnungskoeffizienten von erstem Werkstoff und zweitem Werkstoff verschieden sind, wobei eine Auflagefläche des ersten Bauteils auf dem zweiten Bauteil und ein Ort der Krafteinleitung der Vorspannkraft in das zweite Bauteil in Richtung einer Längsachse des ersten Bauteils einen Versatz aufweisen und wobei der Versatz mindestens teilweise durch eine Spannhülse überbrückt wird, wird erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein wirksamer Temperaturausdehnungskoeffizient der Spannhülse so gewählt wird, dass die unterschiedlichen wirksamen Temperaturausdehnungen von erstem Bauteil und zweitem Bauteil im wesentlichen kompensiert werden.
  • Dadurch ist es möglich, die Anpresskraft des ersten Bauteils auf dem zweiten Bauteil unabhängig von der Temperatur beider Bauteile konstant zu halten, so dass sich über den gesamten Betriebsbereich konstante Anpressbedingungen ergeben. Dadurch ist gewährleistet, dass einerseits keines der Bauteile überlastet wird und andererseits auch stets eine ausreichende Anpresskraft zwischen erstem Bauteil und zweitem Bauteil vorhanden ist. Infolge dessen ist die Dichtheit zwischen Injektor und Zylinderkopf unabhängig von der Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine stets gewährleistet.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sehen vor, dass die Spannhülse aus n Druckohren besteht, mit n größer oder gleich 1, und n – 1 Zugrohren besteht, und dass der Temperaturausdehnungskoeffizient der Druckrohre von dem Temperaturausdehnungskoeffizient der Zugrohre verschieden ist.
  • Wenn n = 1 ist, besteht eine solche Spannhülse lediglich aus einem Druckrohr und hat kein Zugrohr. In anderen Worten: Die Spannhülse besteht aus einem zylindrischen Rohrstück. In diesem Fall entspricht der wirksame Temperaturausdehnungskoeffizient dem Temperaturausdehnungskoeffizient des Werkstoffs, aus dem die Spannhülse gefertigt ist.
  • Wenn nun beispielsweise der Versatz zwischen der Auflagefläche des ersten Bauteils auf dem zweiten Bauteil und der Ort der Krafteinleitung der Vorspannkraft in das zweite Bauteil in Richtung der Längsachse des ersten Bauteils um eine Länge lgesamt versetzt ist und gleichzeitig die Länge der Spannhülse lH kleiner als die Länge lgesamt ist, dann kann durch die Wahl eines geeigneten Werkstoffs der Spannhülse ein vollständiger Temperaturausgleich erzielt werden. Im bereits weiter oben angesprochenen Fall, dass ein Injektor aus Stahl mit einem Zylinderkopf aus Aluminium verspannt werden soll, bedeutet dies, dass der Temperaturausdehnungskoeffizient der Spannhülse größer als der Temperaturausdehnungskoeffizient des Zylinderkopfs sein muss, um einen vollständigen Ausgleich der Temperaturausdehnungen zu erreichen. Ein vollständiger Temperaturausgleich ist dann gegeben, wenn folgende Bedingung erfüllt ist: lgesamt × αAl = lInjektor × αSt + lH × αH.
  • Mit:
  • lgesamt:
    Versatz zwischen der Auflagefläche des ersten Bauteils auf dem zweiten Bauteil und dem Ort der Einleitung der Vorspannkraft in das zweite Bauteil in Richtung einer Längsachse des ersten Bauteils.
    αAl:
    Temperaturausdehnungskoeffizient des Werkstoffs (hier: Aluminium) des zweiten Bauteils, nämlich des Zylinderkopfs.
    lInjektor:
    Länge des Abschnitts der zweiten Bauteils (hier: Injektor), dessen Temperaturausdehnung zur Änderung der Vorspannkraft beiträgt.
    αSt:
    Temperaturausdehnungskoeffizient des ersten Bauteils.
    lH:
    Länge der Spannhülse und
    αH:
    Temperaturausdehnungskoeffizient der Spannhülse.
  • Aus der obigen Gleichung ergibt sich, dass es durch eine geeignete Dimensionierung des ersten Bauteils, des zweiten Bauteils und der Spannhülse sowie einer darauf abgestimmten Werkstoffwahl dieser Bauteile möglich ist, die temperaturausdehnungsbedingten Änderungen der Vorspannkraft zwischen dem Injektor und einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine auszugleichen. Es ist auch möglich, die Änderungen nicht ganz zu kompensieren oder, wenn es gewünscht wird, sogar zu überkompensieren.
  • Die tatsächliche Auslegung einer Verspannung zwischen einem Injektor und einem Zylinderkopf kann je nach Anwendungsfall unter Zugrundelegung der oben genannten Gleichung von einem Fachmann ohne weiteres erfolgen.
  • Wenn die Spannhülse aus mehr als einem Druckrohr und einer entsprechenden Zahl von Zugrohren besteht, ergeben sich weitere Freiheitsgrade bei der Auslegung der Verspannung zwischen Injektor und Zylinderkopf.
  • Eine vollständige Kompensation der Temperaturausdehnungen wird dann erreicht, wenn die Summe der Temperaturausdehnungen der in Druckrohre und des auf Druck belasteten Abschnitts des ersten Bauteils sowie eventuell vorhandener weiterer auf Druck beanspruchter Bauteile gleich der Summe der Temperaturdehnungen des auf Zug beanspruchten Abschnittes des zweiten Bauteils ist.
  • Eine nur teilweise Kompensation der Temperaturausdehnung wird beispielsweise dann erreicht, wenn das einzige Druckrohr der Spannhülse aus dem gleichen Werkstoff wie das zweite Bauteil hergestellt wird.
  • Die erfindungsgemäße Spannhülse kann besonders vorteilhaft beim Verspannen eines Injektors, einer Einspitzdüse oder eines Düsenhalters, welches im Zusammenhang mit der Erfindung als erstes Bauteil bezeichnet wird, und einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine, welcher im Zusammenhang mit der Erfindung als zweites Bauteil bezeichnet wird, eingesetzt werden.
  • Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar. Alle dort genannten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
  • Zeichnung
  • Es zeigen:
  • 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Spannhülse und
  • 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Spannhülse
  • 3: eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit erfindungsgemäßen Injektoren.
  • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • In 1 ist eine an sich aus dem Stand der Technik bekannte Einbausituation eines Injektors 1 in einem Zylinderkopf 3 einer Brennkraftmaschine im Schnitt dargestellt.
  • Wie aus 1 ersichtlich, wird der Injektor 1 so in eine Stufenbohrung 5 des Zylinderkopfs 3 eingeführt, dass eine Spitze 7 des Injektors 1 mit nicht dargestellten Spritzlöchern in einen Brennraum 9 des Zylinderkopfs 3 ragt.
  • Auf einem Absatz 11 der Stufenbohrung 5 liegt eine Dichtscheibe 13, welche beispielsweise aus Messing hergestellt sein kann. Der Injektor 1 wiederum stützt sich mit einem Absatz 15 auf der Dichtscheibe 13 ab.
  • Damit eine gasdichte Verbindung zwischen dem Absatz 11 des Zylinderkopfs 3, der Dichtscheibe 13 und dem Absatz 15 des Injektors 1 entsteht, ist es notwendig, den Injektor 1 mit dem Zylinderkopf 3 zu verspannen. Dies geschieht, wie bereits aus dem Stand der Technik bekannt, durch eine Spannpratze 17 und eine Spannhülse 19.
  • Die Spannpratze 17 weist an ihrem dem Injektor 1 zugewandten Ende eine gabelförmige Ausgestaltung mit zwei Zinken auf, von denen nur eine Zinke 21 in 1 sichtbar ist.
  • An ihrem den Zinken 21 entgegengesetzten Ende liegt die Spannpratze 17 auf einer Oberkante 23 des Zylinderkopfs 3 auf. Etwa in der Mitte der Spannpratze 17 weist diese eine Durchgangsbohrung 25 auf, durch die ein mit dem Zylinderkopf 3 verschraubter Stehbolzen 27 ragt. Durch Anziehen einer Mutter 29, die auf den Stehbolzen 27 aufgeschraubt ist, kann die notwendige Anpresskraft zwischen der Spannpratze 17 und der Spannhülse 19 aufgebaut werden.
  • An ihrem der Spannpratze 17 abgewandten Ende stützt sich die Spannhülse 19 mittelbar an dem Injektor 1 ab und überträgt so die von der Spannpratze 17 in die Spannhülse 19 eingeleitete Anpresskraft auf den Injektor 1. Um eine platzsparende und gleichzeitig einfache Kraftübertragung der Vorspannkraft von der Spannhülse 19 auf den Injektor 1 zu gewährleisten, ist im Injektor 1 eine Umfangsnut 31 ausgebildet, in die ein Drahtring 33 eingelegt wird. Die Tiefe der Umfangsnut 31 ist so mit dem Durchmesser des Drahtrings 33 abgestimmt, dass ein Teil des Drahtrings 33 in radialer Richtung über den Injektor 1 hinausragt und so ein Abstützen der Spannhülse 19 auf dem Drahtring 33 ermöglicht.
  • Durch die Ausgestaltung der Spannhülse 19 an ihrem dem Drahtring 33 zugewandten Ende in Form eines Viertel Radiusses (siehe 2) ist gewährleistet, dass der Drahtring 33 nicht aus der Umfangsnut 31 springen kann. Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf diese Art der Einleitung der Spannkraft in die Spannhülse durch eine Pratze 17 und die Weiterleitung dieser Spannkraft mit Hilfe einer Umfangsnut 31 und eines Drahtrings 33 in den Injektor 1 beschränkt.
  • Üblicherweise werden Injektor 1 und Zylinderkopf 3 während der Motorenmontage bei Raumtemperatur durch Anziehen der Mutter 29 miteinander verspannt. Dabei wird eine solche Spannkraft aufgebaut, dass zwischen der Dichtscheibe 13 und den Absätzen 11 des Zylinderkopfs sowie dem Absatz 15 des Injektors 1, der als Auflagefläche dient, trotz der im Brennraum 9 herrschenden hohen Drücke eine gasdichte Abdichtung zwischen Injektor 1 und Zylinderkopf 3 hergestellt wird.
  • Selbstverständlich soll diese Dichtverbindung bei allen in der Praxis vorkommenden Betriebstemperaturen, d. h. von etwa –40°C bis +140°C, gasdicht sein. Diese Forderung wird durch eine erfindungsgemäße Ausgestaltung der Spannhülse 19 ohne weiteres erfüllt, wenn nämlich die unterschiedlichen Temperaturausdehnungen des Zylinderkopfs 3, des Injektors 1 und der Spannhülse 19, sowie des Dichtrings 13 in geeigneter Weise aufeinander abgestimmt werden.
  • Grundsätzlich bemisst sich die Temperaturausdehnung eines Bauteils nach der Formel Δl = ΔT × α × l.
  • Mit:
  • Δl:
    Temperaturbedingte Längenänderung des Bauteils.
    ΔT:
    Temperaturänderung des Bauteils.
    α:
    Temperaturausdehnungskoeffizient des Bauteils (Stoffgröße).
    l:
    Wirksame Länge des Bauteils.
  • Unter der Annahme, dass sowohl der Injektor 1, der Zylinderkopf 3, die Spannhülse 19 und die Dichtscheibe 13 stets die gleichen Temperaturen haben, ist somit eine vollständige Kompensation der temperaturbedingten Änderung der Spannkraft FV gegeben, wenn folgende Gleichung erfüllt ist: αZylindrkopf × lgesamt = αH × lH + αInjektor × lInjektor + lDS × αDS.
  • Mit:
  • lgesamt:
    Axialer Versatz zwischen dem Absatz 11 der Sacklochbohrung 5 und der Oberkante 13 des Zylinderkopfs 3.
    αZylinderkopf:
    Temperaturausdehnungskoeffizient des Zylinderkopfs 3.
    lH:
    Länge der Spannhülse 19.
    αSpannhulse:
    Wirksamer Temperaturausdehnungskoeffizient der Spannhülse 19.
    lInjektor:
    Wirksame Länge des Injektors 1.
    αInjektor:
    Temperaturausdehnungskoeffizient des Injektors 1.
    lDS:
    Dicke der Dichtscheibe 13 und
    αDS:
    Temperaturausdehnungskoeffizient der Dichtscheibe 13.
  • Allgemein ausgedrückt muss die Summe der Temperaturdehnungen der auf Zug beanspruchten Bauteile (hier: Zylinderkopf 3) und die Summe der Temperaturausdehnungen der auf Druck beanspruchten Bauteile (hier: Spannhülse 19, Injektor 1 in dem Bereich zwischen der Umfangsnut 31 und dem Absatz 15 sowie Dichtscheibe 13) gleich sein. Wenn diese Bedingung erfüllt ist, dann ist die Vorspannkraft FV zwischen dem Injektor 1, der Dichtscheibe 13 und dem Absatz 11 des Zylinderkopfs 3 unabhängig von der Bauteiltemperatur. Aus der oben beschriebenen Gleichung ergibt sich weiter, dass abhängig von den verwendeten Materialien für den Zylinderkopf 3, den Injektor 5, die Spannhülse 19, die Dichtscheibe 13 sowie den Längen lgesamt, lH, lInjektor, lDS die Erfüllung dieser Gleichung möglich ist. Es ist für einen Fachmann auf dem Gebiet der Motorenkonstruktion ohne weiteres möglich aus dem zuvor Gesagten eine erfindungsgemäße temperaturkompensierte Verspannung zwischen Injektor 1 und Zylinderkopf 3 herzustellen, wenn ihm die für einen konkreten Anwendungsfall vorgegebenen Randbedingungen, insbesondere Abmessungen der Bauteile und die zur Verfügung stehenden Materialien bekannt sind.
  • Wenn es gewünscht wird, kann die Vorspannkraft FV in Abhängigkeit der Temperatur des Injektors 1, des Zylinderkopfs 3, der Spannhülse 19 und der Dichtscheibe 13 auch mehr oder weniger überkompensiert werden, wenn dies in einem konkreten Anwendungsfall gewünscht wird. Diese Über- oder Unterkompensation wird ebenfalls von dem beanspruchten Erfindungsgedanken getragen.
  • Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Spannhülse 19 beschrieben, das aus zwei Druckrohren 37 und 39 und einem dazwischen angeordneten Zugrohr 41 besteht.
  • Die Druckrohre 37 und 39 sowie das Zugrohr 41 sind so angeordnet, dass die am oberen Ende von der nicht dargestellten Spannpratze 17 in das Druckrohr 37 eingeleitete Vorspannkraft FV den in 2 auf der linken Bildhälfte den durch einen Pfeil 43 angedeuteten mäanderförmigen Kraftfluss hat, bis die Vorspannkraft FV schließlich über den nicht dargestellten Drahtring 33 in den Injektor 1 eingeleitet wird (siehe auch 1).
  • Anhand des Pfeiles 43 wird auch deutlich, dass die Druckrohre 37 und 39 auf Druck beansprucht werden, während das Zugrohr 41 auf Zug beansprucht wird. Damit das Zugrohr 41 eine Spannkraft FV vom Druckrohr 37 auf das Druckrohr 39 übertragen kann, weist das Zugrohr 41 an seinem in 2 unteren Ende einen ersten radial nach außen gerichteten Absatz 45 auf. Die Kraftübertragung der Vorspannkraft FV vom Zugrohr 41 auf das zweite Druckrohr 39 erfolgt am oberen Ende des Zugrohrs 41 durch einen radial nach innen gerichteten zweiten Absatz 47.
  • Wenn nun, wie erfindungsgemäß vorgesehen, die Druckrohre 37 und 39 aus einem Material mit einem anderen Temperaturausdehnungskoeffizienten α als das Zugrohr 41 hergestellt wird, kann bei gleicher Baulänge lH,gesamt der Spannhülse 19 die Fähigkeit zur Kompensation temperaturbedingter Änderungen der Vorspannkraft FV zu kompensieren, zunehmen. Wenn nämlich, die erfindungsgemäße Spannhülse 19 gemäß 2 anstelle der in 1 gezeichneten Spannhülse 19 eingebaut wird und der Temperaturausdehnungskoeffizient der Druckrohre 37 und 39 größer ist als der Temperaturausdehnungskoeffizient des Zugrohrs 41, dann ergibt sich, bezogen auf die Länge lH der Spannhülse 19 ein wirksamer Temperaturausdehnungskoeffizient αwirksam, der sich nach folgender Gleichung berechnen lässt. lH × αwirksam = l37 × αDruckrohr 37 + l39 × αDruckrohr 39 – l41 × αZugrohr 41.
  • Mit
  • lH
    Länge der Spannhülse 19.
    αwirksam
    effektiver Temperaturausdehnungskoeffizient
    l37
    Länge des ersten Druckrohrs 37
    αDruckrohr 37
    Temperaturausdehnungskoeffizient des Druckrohr 37
    l39:
    Länge des zweiten Druckrohrs 39
    αDruckrohr 39:
    Temperaturausdehnungskoeffizient des zweiten Druckrohrs 39
    l41:
    Länge des Zugrohrs 41
    αZugrohr 41:
    Temperaturausdehnungskoeffizient des Zugrohrs.
  • Durch Betrachten der oben genannten Formel wird deutlich, dass der effektive oder wirksame Temperaturausdehnungskoeffizient αwirksam um so größer ist, je größer die Differenz zwischen den Temperaturausdehnungskoeffizienten αDruckrohr 37 und αDruckrohr 39 einerseits und des Temperaturausdehnungskoeffizienten αZugrohr 41 andererseits ist. Selbstverständlich kann auch durch die Änderung der Längen l39, l37 und l41 die Temperaturkompensation beeinflusst werden.
  • Nachfolgend werden drei vereinfachte Berechnungsbeispiele (ohne Schrauben, ohne Spannpratze) basierend auf den Ausführungsbeispielen gemäß 1 und 2 dargestellt:
    lgesamt = 100 mm
    lH = 60 mm
    lInjektor 38 mm
    hDS = 2 mm (Material: Messing)
    αCuZn = 18,5·10–6 1/K
    αAl = 23,8·10–6 1/K
    αSt = 11,5·10–6 1/K
    ΔT = 100 K (Temperaturänderung)
    • 1. Längenänderung fZ in Folge einer Temperaturänderung ΔT von 100 K des Zylinderkopfs 3, des Injektors 1, der Spannhülse 19 aus Stahl und der Dichtscheibe (DS) 13 bei einer Ausführung nach 1:
  • fZ = ΔlZyl.Kopf – (ΔlInj,St + ΔlSpannhülse + ΔlDS)
    fZ = 0,238 mm – 0,045 mm – 0,0712 mm = 0,1216 mm
    • 2. Wie Beispiel 1, aber mit einer Spannhülse 19 aus Aluminium:
  • fZ = ΔlZyl.Kopf – (ΔlH,Al + ΔlInj,St + ΔhDS)
    fZ = 0,238 mm – 0,1428 mm – 0,0437 mm – 0,0479 mm = 0,048 mm
  • Das heißt durch die Verwendung einer Spannhülse aus Aluminium ergibt sich eine Reduzierung des Setzbetrags fz um ca. 60%.
    • 3. Längenänderung fZ in Folge einer Temperaturänderung ΔT von 100 K bei einer Ausführung nach 2 mit zwei Druckrohren 37 und 39 und einem Zugrohr 41:
  • lH,37 = 57 mm
    lH,39 = 53,5 mm
    lH,41 = 51,5 mm
    fZ = ΔlZyl.Kopf – (ΔlH,gesamt + ΔlInj,St + ΔhDS)
    ΔlH,gesamt = [(lH,37 + lH,39)·αAl – lH,41·αSt]·ΔT = 0,2038 mm
    fZ = 0,238 mm – (0,2038 mm + 0,047 mm) = –0,0132 mm
  • D. h. bei diesem Ausführungsbeispiel erhöht sich die Anpresskraft bei zunehmender Temperatur sogar leicht.
  • Durch eine Anpassung der Geometrie oder Werkstoffauswahl kann der Einfluss der Temperatur auf die Anpresskraft und der Abfall der Anpresskraft durch Fließvorgänge in den Trennfugen zu 100% kompensiert werden.
  • Anhand der 3 wird nachfolgend erläutert, wie ein Injektor 1 in eine Kraftstoffeinspritzanlage 102 einer Brennkraftmaschine integriert ist. Die Kraftstoffeinspritzanlage 102 umfasst einen Kraftstoffbehälter 104, aus dem Kraftstoff 106 durch eine elektrische oder mechanische Kraftstoffpumpe 108 gefördert wird. Über eine Niederdruck-Kraftstoffleitung 110 wird der Kraftstoff 106 zu einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe 111 gefördert. Von der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 111 gelangt der Kraftstoff 106 über eine Hochdruck-Kraftstoffleitung 112 zu einem Common-Rail 114. An dem Common-Rail sind mehrere Injektoren 1 angeschlossen, die den Kraftstoff 106 direkt in Brennräume 118 einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine einspritzen.

Claims (7)

  1. Spannhülse zum Verspannen eines ersten Bauteils (1) aus einem ersten Werkstoff (St) mit einem zweiten Bauteil (3) aus einem zweiten Werkstoff (Al), wobei die Temperaturausdehnungskoeffizienten (α) von erstem Werkstoff (St) und zweitem Werkstoff (Al) verschieden sind, wobei eine Auflagefläche (15) des ersten Bauteils (1) auf dem zweiten Bauteil (3) und ein Ort (23) der Krafteinleitung der Vorspannkraftkraft in das zweite Bauteil (3) in Richtung einer Längsachse des ersten Bauteils (1) einen Versatz (lgesamt) aufweisen, und wobei der Versatz (lgesamt) mindestens teilweise durch eine Spannhülse (19) überbrückt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein wirksamer Temperaturausdehnungskoeffizient (αwirksam) der Spannhülse (19) so gewählt wird, dass die unterschiedlichen Temperaturdehnungen von erstem Bauteil (1) und zweitem Bauteil (3) im Wesentlichen kompensiert werden.
  2. Spannhülse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannhülse (19) aus n Druckrohren (37, 39) besteht, mit n größer oder gleich 1, und n – 1 Zugrohren (41) besteht, und dass der Temperaturausdehnungskoeffizient (αAl) der Druckrohre (37, 39) von dem Temperaturausdehnungskoeffizient (αSt) des oder der Zugrohre (41) verschieden ist.
  3. Spannhülse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der Temperaturdehnungen der n Druckrohre (37, 39) und des auf Druck belasteten Abschnitts des ersten Bauteils (1) sowie eventuell vorhandener weiterer auf Druck beanspruchter Bauteile (13) im wesentlichen gleich der Summe der Temperaturdehnungen eines auf Zug beanspruchten Abschnittes (lgesamt) des zweiten Bauteils (3) ist.
  4. Spannhülse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der wirksame Temperaturkoeffizient (αwirksam) der Spannhülse (19) aus den Längen (l37 l39) der Druckrohre (37, 39) und den wirksamen Längen des oder der Zugrohre (41) sowie deren Temperaturausdehnungskoeffizienten ermittelt wird.
  5. Spannhülse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckrohr (37, 39) der Spannhülse (19) aus dem gleichen Werkstoff wie das zweite Bauteil (3) hergestellt werden.
  6. Spannhülse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil (1) ein Injektor, eine Einspritzdüse oder ein Düsenhalter einer Brennkraftmaschine ist.
  7. Spannhülse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Bauteil (3) ein Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine ist.
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