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Entwicklung einer Systembaureihe für dynamisch belastete Bauteile unter extrem hohen Druckbeanspruchungen

 

Werden Bauteile und Baugruppen wesentlich durch intermittierenden Innendruck mechanisch beansprucht, müssen Prüfuntersuchungen zur Bauteilhaltbarkeit mittels definierter Innendruckprüfungen durchgeführt werden. Ein Einsatzfall, bei dem solche Dauerhaltbarkeitsuntersuchungen bei hohem Druck notwendig sind, ist die Prüfung von Komponenten der Einspritzsysteme im Verbrennungsmotorenbau, insbesondere von Einspritzdüsen, Common Rails, Düsenhaltern, Leitungen und Drucksensoren.

Derzeit ausgeführte Einspritzsysteme von mittelschnelllaufenden Dieselmotoren sind für Einspritzdrücke von ca. 1400 ... 1800 bar ausgelegt. Auf Grund der Forderungen nach weiterer Reduzierung von Schadstoffen im Abgas sowie des spezifischen Kraftstoffverbrauches ist u. a. eine weitere Erhöhung der Einspritzdrücke und der daraus resultierenden Anforderungen an die Dauerhaltbarkeit der Einspritzkomponenten absehbar.

Derzeit ausgeführte Prüfstände für Impuls-Innendruckprüfungen, insbesondere für höhere Prüfdrücke, sind i. d. R. mit einem Druckübersetzer ausgestattet. Primärseitig sind die servohydraulischen Stelleinheiten und sekundärseitig der Prüfkörper angeordnet. Die erreichbaren Prüffrequenzen solcher Prüfstände mit Druckübersetzer liegen bei den geforderten hohen Prüfdrücken von 4000 bar bei maximal ca. 10 Hz. Die bei Dauerhaltbarkeitsuntersuchungen notwendigen Prüfzyklen von mindestens 107 Lastwechsel bedeuten jedoch relativ lange Prüfzeiten von ca. 11,5 Tagen bei ununterbrochenem Betrieb der Prüfeinrichtung. Damit sind hohe Prüfkosten für Personal und Energie aufzuwenden. Höhere Impulsfrequenzen tragen somit wesentlich zur Reduzierung der Prüfzeiten und der Prüfkosten bei.

Mit diesem Vorhaben soll deshalb ein Verfahren zur Hochdruckerzeugung entwickelt und eine darauf basierende Laborvorrichtung als Basis für einen optimierten Prototypen zur dynamischen Innendruckprüfung von Einspritzdüsen mit einem Maximaldruck von vorerst pmax = ca. 2500 bar stufenweise erhöht auf später pmax = ca. 4000 bar bei Impulsfrequenzen von f = 25 Hz bis ca. 50 Hz geschaffen werden.

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