AT402539B - Kraftstoff-einspritzleitung für brennkraftmaschinen sowie verfahren zum herstellen derselben - Google Patents

Description

AT 402 539 B

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoff-Einspritzleitung für Brennkraftmaschinen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie ein Verfahren zum Herstellen derselben.

Zur Herstellung solcher, beispielsweise in der DE 1 937 975 C und der DE 2 138 043 A beschriebenen Einspritzleitungen werden nach dem Stand der Technik Rohre gemäß DIN 73000 aus kohlenstoffarmem unlegiertem Stahl, beispielsweise St 30 AI, verwendet. Diese Rohre werden vor dem Anstauchen der Drucknippel normalisierend weichgeglüht, damit die beim Anstauchen des Drucknippels auftretende Kaltverformung ohne Rißbildung und unter einem nur mäßigen Aufbau von Spannungen erfolgen kann. Das vor dem Anstauchen des Drucknippels weichgeglühte Rohr bietet als Einspritzleitung eine Reihe von Vorteilen: Die Biegewechselfestigkeit in dem hinter dem Drucknippel anschließenden, besonders schwingungsbeanspruchten und bruchgefährdeten Bereich ist nur geringfügig beeinträchtigt. Ferner erfordert das spätere Biegen der Einspritzleitung bei der Verlegung an einer Verbrennungskraftmaschine nur geringe Kräfte und ist daher mit einfachen Werkzeugen möglich. Schließlich erfolgen beim Biegen der Einspritzleitung nur geringe Rückfederungen, so daß eine gute Biegegenauigkeit erzielt wird, und nicht zuletzt wird auch gewährleistet, daß sich das an der Dichtfläche des Drucknippels befindliche Material beim Anpressen der Dichtfläche an die Hohlkegelfläche des im Vergleich zum Drucknippel härteren Gegenstücks plastisch verformt, so daß sich eine gute Abdichtung einstellt.

Nachteilig ist jedoch bei solchen, in der bisherigen Weise hergestellten Einspritzleitungen, daß das vorherige Weichglühen der verwendeten Rohre die Herstellungskosten beträchtlich erhöht und die Gefahr einer Verschmutzung der Einspritzleitung durch Glührückstände mit sich bringt. Überdies ist durch das durchgehende vorherige Weichglühen auch das Material an der rückwärtigen Kugelzone des angestauchten Drucknippels entsprechend weich, so daß diese Abstützfläche des Drucknippels beim wiederholten Lösen und Wiederanziehen der Überwurfmutter schnell verschleißt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einspritzleitung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß unter Vermeidung der vorgenannten Nachteile und gleichzeitiger Wahrung aller wesentlichen Vorteile der bisher üblichen Einspritzleitungen eine erheblich kostengünstigere Herstellung möglich ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung liegt zunächst die Erkenntnis zugrunde, daß die von der vorliegenden Erfindung betroffenen, auch unter der Bezeichnung "Kugelnippel" bekannten, in der DE 1 937 975 C und in der DE 2 138 043 A beschriebenen Drucknippel mit ihren gerundeten Übergängen so gut für eine Kaltverformung geeignet sind, daß sie auch an einem Ausgangsmaterial aus zugblankhartem Stahl ohne vorheriges Weichglühen und dennoch ohne Rißbildung kalt angestaucht werden können. Damit ergibt sich eine Kostenverminderung der Herstellung von bis zu 20 %.

Andere Nippelformen hingegen, beispielsweise nach DIN 73365, lassen sich nur unter starker Rißbildung an zugblankharte Rohre anstauchen.

Unter einem "zugblankhartem" Stahlrohr wird dabei beispielsweise ein Stahlrohr nach DIN 2391 aus dem Werkstoff St 30 AI mit folgenden Eigenschaften verstanden: a) Härte 195 bis 205 HV 5 (Vickershärte) b) Bruchdehnung 16 % c) Zugfestigkeit 525 bis 610 N/mm2 (N = Newton) d) Streckgrenze bzw. 0,2-Grenze 470 N/mm2 e) Gefüge kaltverformtes Ferrit-Gefüge mit geringem Perlit-Anteil.

Wegen der günstigen Form des erfindungsgemäß vorgesehenen Kugelnippels findet auch bei dessen Anstauchung an ein Rohr aus zugblankhartem Stahl nur ein geringer Spannungsaufbau statt, so daß die guten Materialeigenschaften des zugblankharten Rohres bestehen bleiben und gegenüber den bisher üblichen Einspritzleitungen aus weichgeglühten Stahlrohren zu einer deutlichen Verbesserung der Biegewechselfestigkeit im kritischen Bereich hinter dem Drucknippel führen. Durchgeführte Messungen ergaben hierbei in der Praxis eine Verbesserung der Biegewechselfestigkeit um 15 % und mehr.

Beim Biegen von erfindungsgemäßen Einspritzleitungen aus zugblankhartem Stahl treten zwar größere Rückfederungskräfte auf, doch ist wegen der sehr gleichmäßigen Qualität zugblankharter Stahlrohre diese größere Rückfederung ebenfalls sehr gleichmäßig, so daß sie beim Einsatz der Biegewerkzeuge derart genau berücksichtigt werden kann, daß diese Rückfederung keinen Nachteil mit sich bringt. Ebenso lassen die verfügbaren mechanischen Biegeverfahren die auftretenden Biegekräfte problemlos zu, wie sich in der Praxis erwiesen hat. 2

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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Einspritzleitung ist darin zu sehen, daß die zur Abstützung an der Hohlkegelfläche der zugeordneten Überwurfmutter dienende kugelzonenförmige rückwärtige Abstützfläche des Kugelnippels härter ist als bei einer Einspritzleitung nach dem Stand der Technik aus durchgehend vorher weichgeglühtem Rohr, so daß der beim Anziehen der Überwurfmutter gegenüber dieser Abstützfläche auftretende Verschleiß erheblich reduziert ist und daher die erfindungsgemäßen Einspritzleitungen wesentlich öfter gelöst und wieder festgezogen werden können.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einspritzleitung erfolgt das Weichglühen (Rekristallisationsglühen) der Materialzone bei einer Temperatur von etwa 700°C auf eine Tiefe von etwa 0,4 bis 0,6 mm, vorzugsweise 0,5 mm. In dieser rekristallisationsgeglühten, weichen Materialzone des Dichtkegels des Kugelnippels werden die gleichen Eigenschaften erreicht, wie sie die Dichtkegel bekannter Kugelnippel an insgesamt vorher weichgeglühten Einspritzleitungen nach dem Stand der Technik aufweisen; es ergeben sich erfindungsgemäß etwa die folgenden Werte; a) Härte b) Bruchdehnung c) Zugfestigkeit d) Streckgrenze bzw. 0,2-Grenze e) Gefüge 115 bis 125 HV 5 38% 380 N/mm2 220 N/mm2 feinkörniges Rekristallisationsgefüge.

Wird für die erfindungsgemäße Einspritzleitung ein Rohr aus kohlenstoffreichem Stahl verwendet, der unlegiert oder, soweit er sich überhaupt noch zum Ziehen von Rohren eignet, sogar legiert sein kann, wird trotz Beibehaltung der problemlosen Abdichtung des Drucknippels gegenüber dem Gegenstück eine sehr gute Biegewechselfestigkeit der Einspritzleitung, insbesondere auch an dem an den Drucknippel anschließenden Leitungsteil, sowie ein entsprechend reduzierter Aufwand für die Schwingungsdämpfung an verlegten Einspritzleitungen und schließlich auch eine erheblich gesteigerte Wiederverwendbarkeit nach Demontage derartiger Einspritzleitungen erzielt.

Wird ein Rohr aus kohlenstoffarmem unlegiertem Stahl verwendet, ergibt sich gegenüber dem bisher üblichen Herstellungsverfahren ein Kostenvorteil von etwa 20 %.

Andere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Einspritzleitung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ein bevorzugtes Verfahren zum Herstellen der erfindungsgemäßen Einspritzleitung ist in den Ansprüchen 4 bis 6 angegeben.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine Einspritzleitung mit angeformtem Kugelnippel und eine Schnittdarstellung des dazu passenden Gegenstücks mit Überwurfmutter, sowie in strichpunktiert angedeuteter Darstellung ein Fließpreßwerkzeug zum Anstauchen des Drucknippels.

Die in der Zeichnung dargestellte Kraftstoff-Einspritzleitung 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist aus einem Ausgangsmaterial aus zugblankhartem Stahl gefertigt, wie vorstehend bereits erläutert. Die Einspritzleitung 1 trägt an einem ihrer Enden (oder in nicht dargestellter Weise auch an beiden Enden) jeweils einen in einem strichpunktiert angedeuteten geschlossenen Fließpreßwerkzeug 2 angestauchten Drucknippel 3. Dieser Drucknippel 3 besitzt einen beim Anstauchen geformten Dichtkegel 4, der über seine Dichtfläche 5 zur Abdichtung an einer mit einem Kegelwinkel a von etwa 60° angepaßten Hohlkegelfläche 6 eines Gegenstücks 7 dient. Dieses Gegenstück 7 kann beispielsweise ein Bestandteil einer (nicht dargestellten) Kraftstoff durch die Einspritzleitung 1 einer (ebenfalls nicht dargestellten) Einspritzdüse zuführenden Einspritzpumpe sein.

Die hintere Abstützfläche des Drucknippels 3 besteht aus einer Kugelzone 8 und dient zur Abstützung an einer Hohlkegelfläche 9 einer Überwurfmutter 10. Zur abdichtenden Anpressung des Drucknippels 3 an das Gegenstück 7 wird die Überwurfmutter 10 in üblicher Weise auf ein Außengewinde 11 des Gegenstük-kes 7 aufgeschraubt.

Der dargestellte und vorstehend beschriebene Drucknippel 3 wird auch als "Kugelnippel" bezeichnet, weil er insbesondere wegen seiner Kugelzone 8, die beim Anziehen der Überwurfmutter 10 in bekannter Weise eine Selbstzentrierung des Drucknippels 3 gewährleistet, an eine Kugelform erinnert.

Das in der Zeichnung nur angedeutete Fließpreßwerkzeug 2 ist ohne weiteres dazu in der Lage, den dargesteliten Drucknippel 3 - oder auch andere ähnlich geformte "Kugelnippel” - an Einspritzleitungen 1 aus beliebigem, also auch kohlenstoffreichem oder sogar legiertem zugblankhartem Stahl anzustauchen, solange das verwendete Material noch die benötigte Kaltverformungsreserve besitzt und überhaupt zum Ziehen der für Einspritzleitungen erforderlichen Rohre geeignet ist. Zur vollen Nutzung der bereits 3

Claims (6)

1. AT 402 539 B genannten Vorteile von gegenüber dem Stand der Technik härteren Einspritzleitungsrohren aus zugblankhartem Stahl, an die erfindungsgemäß ohne vorheriges Weichglühen die Drucknippel 3 angestaucht werden, ist jedoch folgendes zu beachten: Bei den nach dem Stand der Technik bisher üblichen, in einem besonderen Arbeitsgang vor der Anformung der Drucknippel weichgeglühten Einspritzleitungen gemäß DIN 73000 aus einem kohlenstoffarmem Stahl ergibt sich ohne weiteres ein gegenüber der Härte des Gegenstücks 7 weicherer Drucknippel. Dessen Dichtfläche wird daher beim Anziehen der Überwurfmutter 10 an die Hohlkegelfläche 6 plastisch verformt, so daß eine zuverlässige Abdichtung gewährleistet wird. Eine solche Abdichtung ist bei den rauhen Betriebsbedingungen, insbesondere den Schwingungsbeanspruchungen an Verbrennungskraftmaschinen außerordentlich wichtig. Man hat deshalb nach dem Stand der Technik in Kauf genommen, daß das die Kugelzone bildende, gleich weiche Material der bisher üblichen Kugelnippel beim Anziehen der Überwurfmutter 10 verhältnismäßig schnell verschlissen wird, so daß derartige übliche Einspritzleitungen schon nach wenigen Montagevorgängen unbrauchbar werden. Bei dem in der Zeichnung dargestellten erfindungsgemäßen Drucknippel 3, der aus einem zugblankhartem Stahl ohne vorheriges Weichglühen geformt ist, ergibt sich demgegenüber der Vorteil einer entsprechend härteren Kugelzone 8 und daher eine wesentlich höhere Verschleißfestigkeit beim Lösen und Wiederfestziehen der Überwurfmutter 10. Allerdings ist zunächst unmittelbar nach dem Formen des Drucknippels 3 auch dessen Dichtfläche 5 ebenso hart, so daß beim Anziehen der Überwurfmutter 10 an der Dichtfläche 5 des Drucknippels 3 keine plastische Verformung erreicht werden könnte. Um diesen Mangel zu beheben, wird der an die Einspritzlei-tung 1 angestauchte Drucknippel 3 in seiner im Bereich der Anlagefläche seines Dichtkegels 5 an der Hohlkegelfläche 6 des Gegenstücks 7 befindlichen, in der Zeichnung strichpunktierten Materialzone 13 induktiv weichgeglüht (rekristallisationsgeglüht), und zwar vorzugsweise derart, daß sich die bereits vorstehend genannten Materialparameter in dieser Materialzone 13 einstellen. Die weichgeglühte Materialzone 13 erstreckt sich dabei vorzugsweise in der aus der Zeichnung ersichtlichen Weise über die Anlagefläche des Dichtkegels 4 am Gegenstück 7 hinaus, und zwar einerseits zur Ansatzstelle des Dichtkegels 4 hin und andererseits auch in die an dessen freiem Ende befindliche Stirnfläche 14 hinein. Das induktive Weichglühen erfolgt dabei mittels einer herkömmlichen, wechselstromgespeisten Induktionsspule, welche in herkömmlicher, geeigneter Weise um den Drucknippel 3 herum angeordnet wird. Bei Stromdurchfluß in der Induktionsspule wird in einem durch die Geometrie der Induktionsspule und ihre geometrische Zuordnung zum Drucknippel 3 bestimmten Materialbereich ein Wirbelstrom induziert, der zu einer lokal begrenzten und präzise steuerbaren Aufheizung führt, so daß nicht nur die Geometrie der Materialzone 13, d.h. deren Flächenausdehnung und Tiefe genau bestimmt werden kann, sondern auch die Aufheiztemperatur und gegebenenfalls bei entsprechender Steuerung des Stromflusses auch'die Abkühlung nach erfolgter Erwärmung auf die gewünschte Temperatur. Der hier genutzte, besondere Vorteil des induktiven Weichglühens besteht also vor allem darin, daß genau lokalisiert eine ganz bestimmte und vorbestimmbare Materialzone 13 in der gewünschten Weise weichgeglüht wird. Patentansprüche 1. Kraftstoff-Einspritzleitung (1) für Brennkraftmaschinen, die aus einem Stahlrohr besteht, das an mindestens einem seiner Enden einen angestauchten Drucknippel (3) mit einem Dichtkegel (4) aufweist, der unter plastischer Verformung seiner Dichtfläche (5) zur Abdichtung an einer seinem Kegelwinkel (a) angepaßten Hohlkegelfläche (6) eines relativ zur Dichtfläche (5) des Drucknippels (3) härteren Gegenstücks (7) dient und dessen hintere, zur Abstützung an einer Hohlkegelfläche (9) einer Überwurfmutter (10) bestimmte Abstützfläche (8) die Form einer Kugelzone aufweist, die in den Außenumfang der anschließenden Rohrleitung über eine Ausrundung übergeht, dadurch gekennzeichnet, daß der an das Rohr aus zugblankhartem Stahl angestauchte Drucknippel (3) lediglich in seiner im Bereich der Anlagefläche seines Dichtkegels (4) an der Hohlkegelfläche (6) des Gegenstücks (7) befindlichen Materialzone (13) induktiv weichgeglüht ist.
2. 2. Einspritzleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der weichgeglühten Materialzone (13) etwa 0,4 bis 0,6 mm, vorzugsweise 0,5 mm, beträgt.
3. 3. Einspritzleitung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die weichgeglühte Materialzone (13) über die Anlagefläche des Dichtkegels (4) am Gegenstück (7) hinweg sowohl zur Ansatzstelle des Dichtkegels (4) hin als auch in die an seinem freien Ende befindliche Stirnfläche (14) 4 AT 402 539 B des Drucknippels (3) hinein erstreckt.
4. 4. Verfahren zum Herstellen einer Einspritzleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem als Ausgangsmaterial für die Einspritzleitung (1) ein Stahlrohr verwendet wird und der Drucknippel (3) an dieses Rohr angestaucht wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsmaterial für die Einspritzleitung (1) das Rohr aus zugblankhartem Stahl verwendet wird, daß zuerst der Drucknippel (3) an dieses Rohr aus zugblankhartem Stahl angestaucht wird, und daß anschließend der angestauchte Drucknippel (3) in seiner im Bereich der Dichtfläche (5) seines Dichtkegels (4) an der Hohlkegelfläche (6) des Gegenstücks (7) befindlichen Materialzone (13) durch lokal begrenzte induktive Erwärmung weichgeglüht wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Weichglühen der Materialzone (13) als Rekristallisationsglühen bei einer Temperatur von etwa 700'C erfolgt.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucknippel (3) an die Einspritzleitung (1) in einem geschlossenen Fließpreßwerkzeug (2) angestaucht wird. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 5