DE10048936A1 - Drallscheibe und Brennstoffeinspritzventil mit Drallscheibe - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Drallscheibe, die sich dadurch auszeichnet, dass sie wenigstens einen Einlassbereich (65) und wenigstens eine Auslassöffnung (69) hat, wobei die wenigstens eine Auslassöffnung (69) in einer unteren Bodenschicht (62) eingebracht ist. Die Drallscheibe (30) besitzt wenigstens einen Drallkanal (66), der in eine Drallkammer (68) mündet, wobei die Drallkammer (68) in einer Drallerzeugungsschicht (61) vorgesehen ist. Ein erster der Drallkammer (68) unmittelbar stromabwärts folgender Abschnitt (69a) der Auslassöffnung (69) hat eine kleinere Öffnungsweite als die Drallkammer (68). Ein stromabwärts folgender zweiter Abschnitt (69b) weist eine größere Öffnungsweite auf, und ein stromabwärts dritter Abschnitt (69c) hat wiederum eine gegenüber der Öffnungsweite des zweiten Abschnitts (69b) verringerte Öffnungsweite. DOLLAR A Die Drallscheibe (30) eignet sich besonders für den Einsatz an einem Brennstoffeinspritzventil zum feinzerstäubten direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschine.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Drallscheibe nach der Gattung des Anspruchs 1 und von einem Brennstoffeinspritzventil mit einer Drallscheibe nach der Gattung des Anspruchs 8.

Aus der US-PS 5,570,841 ist bereits ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, bei dem stromabwärts eines Ventilsitzes eine Drallscheibenanordnung vorgesehen ist. Die Drallscheibe ist mehrlagig bzw. mehrstückig ausgeführt, wobei in einer oberen Scheibe mehrere Einlassöffnungen vorgesehen sind. In einer darunter angeordneten weiteren Scheibe sind entsprechend der. Anzahl der Einlassöffnungen Drallkanäle vorgesehen, die tangential in eine mittlere Auslassöffnung münden. Diese zwei Lagen umfassende Drallscheibenanordnung kann durch zwei weitere stromabwärts folgende Scheiben ergänzt werden. Dabei weisen die zwei weiteren Scheiben eine gegenüber der Auslassöffnung sehr große Durchgangsöffnung und eine wiederum verkleinerte Durchgangsöffnung auf.

In der DE-OS 196 07 288 wurde bereits die sogenannte Multilayergalvanik zur Herstellung von Lochscheiben, die insbesondere für den Einsatz an Brennstoffeinspritzventilen geeignet sind, ausführlich beschrieben. Dieses Herstellungsprinzip einer Scheibenherstellung durch mehrfaches galvanisches Metallabscheiden verschiedener Strukturen aufeinander, so dass eine einteilige Scheibe vorliegt, soll ausdrücklich zum Offenbarungsgehalt vorliegender Erfindung zählen. Die mikrogalvanische Metallabscheidung in mehreren Ebenen, Lagen bzw. Schichten kann auch zur Herstellung der erfindungsgemäßen Drallscheiben zum Einsatz kommen.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Drallscheibe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass sie auf besonders einfache Art und Weise kostengünstig herstellbar ist. Ein besonderer Vorteil besteht darin, dass die Drallscheiben in reproduzierbarer Weise äußerst präzise in sehr großen Stückzahlen gleichzeitig gefertigt werden können (hohe Batchfähigkeit). Mit der erfindungsgemäßen einteiligen Drallscheibe ist ein Flüssigkeitsstrahl erzeugbar, der aufgrund der innerhalb der Drallscheibe erfahrenen Strahlschwingungsanregung turbulent wellig aus der Drallscheibe austritt und mit sehr hoher Zerstäubungsgüte in feinste Tröpfchen zerfällt.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Drallscheibe möglich.

Besonders vorteilhaft ist es, die Drallscheibe mittels der sogenannten Multilayergalvanik herzustellen. Aufgrund ihrer metallischen Ausbildung sind solche Drallscheiben sehr bruchsicher und gut montierbar, beispielsweise an Einspritzventilen oder anderen Abspritzdüsen von Flüssigkeiten jeglicher Art. Die Anwendung der Multilayergalvanik erlaubt eine extrem große Gestaltungsfreiheit, da die Konturen der Öffnungsbereiche (Einlassbereiche, Drallkanäle, Drallkammer, Auslassöffnungen) in der Drallscheibe frei wählbar sind. Besonders im Vergleich zu Siliziumscheiben, bei denen aufgrund der Kristallachsen erreichbare Konturen streng vorgegeben sind (Pyramidenstümpfe), ist diese flexible Formgebung sehr vorteilhaft.

Das metallische Abscheiden hat besonders im Vergleich zur Herstellung von Siliziumscheiben den Vorteil einer sehr großen Materialvielfalt. Die verschiedensten Metalle mit ihren unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften und Härten können bei der zur Herstellung der Drallscheiben verwendeten Mikrogalvanik zum Einsatz kommen.

Besonders vorteilhaft ist es, die Drallscheibe bestehend aus fünf Lagen bzw. Schichten aufzubauen, indem drei, vier oder fünf Galvanikschritte zur Metallabscheidung vorgenommen werden. Dabei stellt die stromaufwärtige Schicht eine Deckelschicht dar, die die Drallkammer einer mittleren Drallerzeugungsschicht vollständig abdeckt. Die Drallerzeugungsschicht wird von mehreren Materialbereichen gebildet, die aufgrund ihrer Konturgebung und ihrer geometrischen Lage zueinander die Konturen der Drallkammer und der Drallkanäle vorgeben. Durch den Galvanikprozess werden die einzelnen Schichten ohne Trenn- oder Fügestellen so aufeinander aufgebaut, dass sie durchgehend homogenes Material darstellen. Insofern sind "Schichten" als gedankliches Hilfsmittel zu verstehen.

Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 8 hat den Vorteil, dass mit ihm eine sehr hohe Zerstäubungsgüte eines abzuspritzenden Brennstoffs auf sehr einfache Weise erzielt wird. Mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventil sind turbulente Brennstoffstrahlen abspritzbar, die in feinste Brennstofftröpfchen zerfallen. Als Konsequenz können an einem Einspritzventil einer Brennkraftmaschine u. a. die Abgasemission der Brennkraftmaschine reduziert und ebenso eine Verringerung des Brennstoffverbrauchs erzielt werden.

Aus den bezüglich der Drallscheiben angeführten Vorteilen sind entsprechende Vorteile für den Einsatz an einem Brennstoffeinspritzventil in logischer Weise herleitbar, da durch die vereinfachte und sehr gut reproduzierbare Herstellungsweise der Drallscheiben gekoppelt mit der hohen Funktionalität der Drallerzeugung im Fluid, hier Brennstoff, für das Brennstoffeinspritzventil genauso die Vorteile der hohen Qualität und gleichmäßigen Feinstzerstäubung vorliegen.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein mit einer Drallscheibe ausstattbares Brennstoffeinspritzventil im Schnitt, Fig. 2 einen Schnitt durch das Brennstoffeinspritzventil direkt oberhalb der erfindungsgemäßen Drallscheibe und Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Das in der Fig. 1 beispielhaft dargestellte elektromagnetisch betätigbare Ventil in der Form eines Einspritzventils für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen hat einen von einer Magnetspule 1 zumindest teilweise umgebenen, als Innenpol eines Magnetkreises dienenden, rohrförmigen, weitgehend hohlzylindrischen Kern 2. Das Brennstoffeinspritzventil eignet sich besonders als Hochdruckeinspritzventil zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine. Für den Einsatz der erfindungsgemäßen, später näher beschriebenen Drallscheibe stellt ein Einspritzventil (für Benzin- oder Dieselanwendung, für Direkt- oder Saugrohreinspritzung) nur ein wichtiges Anwendungsgebiet dar. Diese Drallscheiben können auch in Tintenstrahldruckern, an Düsen zum Versprühen von Flüssigkeiten jeglicher Art oder bei Inhalatoren zum Einsatz kommen. Zur Erzeugung feiner Sprays mit Drallkomponenten eignen sich die erfindungsgemäßen Drallscheiben ganz allgemein.

Ein beispielsweise gestufter Spulenkörper 3 aus Kunststoff nimmt eine Bewicklung der Magnetspule 1 auf und ermöglicht in Verbindung mit dem Kern 2 und einem ringförmigen, nichtmagnetischen, von der Magnetspule 1 teilweise umgebenen Zwischenteil 4 einen besonders kompakten und kurzen Aufbau des Einspritzventils im Bereich der Magnetspule 1.

In dem Kern 2 ist eine durchgängige Längsöffnung 7 vorgesehen, die sich entlang einer Ventillängsachse 8 erstreckt. Der Kern 2 des Magnetkreises dient auch als Brennstoffeinlassstutzen, wobei die Längsöffnung 7 einen Brennstoffzufuhrkanal darstellt. Mit dem Kern 2 oberhalb der Magnetspule 1 fest verbunden ist ein äußeres metallenes (z. B. ferritisches) Gehäuseteil 14, das als Außenpol bzw. äußeres Leitelement den Magnetkreis schließt und die Magnetspule 1 zumindest in Umfangsrichtung vollständig umgibt. In der Längsöffnung 7 des Kerns 2 ist zulaufseitig ein Brennstofffilter 15 vorgesehen, der für die Herausfiltrierung solcher Brennstoffbestandteile sorgt, die aufgrund ihrer Größe im Einspritzventil Verstopfungen oder Beschädigungen verursachen könnten.

An das obere Gehäuseteil 14 schließt sich dicht und fest ein unteres rohrförmiges Gehäuseteil 18 an, das z. B. ein axial bewegliches Ventilteil bestehend aus einem Anker 19 und einer stangenförmigen Ventilnadel 20 bzw. einen langgestreckten Ventilsitzträger 21 umschließt bzw. aufnimmt. Die beiden Gehäuseteile 14 und 18 sind z. B. mit einer umlaufenden Schweißnaht fest miteinander verbunden. Die Abdichtung zwischen dem Gehäuseteil 18 und dem Ventilsitzträger 21 erfolgt z. B. mittels eines Dichtrings 22.

Mit seinem unteren Ende 25, das auch zugleich den stromabwärtigen Abschluss des gesamten Brennstoffeinspritzventils darstellt, umgibt der Ventilsitzträger 21 ein in einer Durchgangsöffnung 24 eingepasstes scheibenförmiges Ventilsitzelement 26 mit einer sich z. B. stromabwärts kegelstumpfförmig verjüngenden Ventilsitzfläche 27. In der Durchgangsöffnung 24 ist die Ventilnadel 20 angeordnet, die an ihrem stromabwärtigen Ende einen Ventilschließabschnitt 28 aufweist. Dieser beispielsweise sich keglig verjüngende Ventilschließabschnitt 28 wirkt in bekannter Weise mit der Ventilsitzfläche 27 zusammen. Stromabwärts der Ventilsitzfläche 27 folgt dem Ventilsitzelement 26 eine erfindungsgemäße Drallscheibe 30, die beispielsweise mittels Multilayergalvanik hergestellt ist und z. B. fünf aufeinander abgeschiedene metallische Schichten umfasst.

Die Betätigung des Einspritzventils erfolgt in bekannter Weise z. B. elektromagnetisch. Zur axialen Bewegung der Ventilnadel 20 und damit zum Öffnen entgegen der Federkraft einer in der Längsöffnung 7 des Kerns 2 angeordneten Rückstellfeder 33 bzw. Schließen des Einspritzventils dient der elektromagnetische Kreis mit der Magnetspule 1, dem Kern 2, den Gehäuseteilen 14 und 18 und dem Anker 19. Zur Führung der Ventilnadel 20 während ihrer Axialbewegung mit dem Anker 19 entlang der Ventillängsachse 8 dient einerseits eine im Ventilsitzträger 21 am dem Anker 19 zugewandten Ende vorgesehene Führungsöffnung 34 und andererseits ein stromaufwärts des Ventilsitzelements 26 angeordnetes scheibenförmiges Führungselement 35 mit einer maßgenauen Führungsöffnung 36.

Anstelle des elektromagnetischen Kreises kann auch ein anderer erregbarer Aktuator, wie z. B. ein Piezostack, in einem vergleichbaren Brennstoffeinspritzventil verwendet werden bzw. das Betätigen des axial beweglichen Ventilteils durch einen hydraulischen Druck oder Servodruck erfolgen.

Eine in der Längsöffnung 7 des Kerns 2 eingeschobene eingepresste oder eingeschraubte Einstellhülse 38 dient zur Einstellung der Federvorspannung der über ein Zentrierstück 39 mit ihrer stromaufwärtigen Seite an der Einstellhülse 38 anliegenden Rückstellfeder 33, die sich mit ihrer gegenüberliegenden Seite am Anker 19 abstützt. Im Anker 19 sind ein oder mehrere bohrungsähnliche Strömungskanäle 40 vorgesehen, durch die der Brennstoff von der Längsöffnung 7 im Kern 2 aus über stromabwärts der Strömungskanäle 40 ausgebildete Verbindungskanäle 41 nahe der Führungsöffnung 34 im Ventilsitzträger 21 bis in die Durchgangsöffnung 24 gelangen kann.

Der Hub der Ventilnadel 20 wird durch die Einbaulage des Ventilsitzelements 26 vorgegeben. Eine Endstellung der Ventilnadel 20 ist bei nicht erregter Magnetspule 1 durch die Anlage des Ventilschließabschnitts 28 an der Ventilsitzfläche 27 festgelegt, während sich die andere Endstellung der Ventilnadel 20 bei erregter Magnetspule 1 durch die Anlage des Ankers 19 an der stromabwärtigen Stirnseite des Kerns 2 ergibt.

Die elektrische Kontaktierung der Magnetspule 1 und damit deren Erregung erfolgt über Kontaktelemente 43, die außerhalb des Spulenkörpers 3 mit einer Kunststoffumspritzung 44 versehen sind und weiter als Anschlusskabel 45 verlaufen. Die Kunststoffumspritzung 44 kann sich auch über weitere Bauteile (z. B. Gehäuseteile 14 und 18) des Brennstoffeinspritzventils erstrecken.

Ein erster Absatz 49 in der Durchgangsöffnung 24 dient als Anlagefläche für eine z. B. schraubenförmige Druckfeder 50. Mit einer zweiten Stufe 51 wird ein vergrößerter Einbauraum für die drei scheibenförmigen Elemente 35, 26 und 30 geschaffen. Die die Ventilnadel 20 umhüllende Druckfeder 50 verspannt das Führungselement 35 im Ventilsitzträger 21, da sie mit ihrer dem Absatz 49 gegenüberliegenden Seite gegen das Führungselement 35 drückt. Stromabwärts der Ventilsitzfläche 27 ist im Ventilsitzelement 26 eine Austrittsöffnung 53 eingebracht, durch die der bei geöffnetem Ventil an der Ventilsitzfläche 27 entlangströmende Brennstoff strömt, um nachfolgend in die Drallscheibe 30 einzutreten. Die Drallscheibe 30 liegt beispielsweise in einer Vertiefung 54 eines scheibenförmigen Halteelements 55 vor, wobei das Halteelement 55 fest mit dem Ventilsitzträger 21 z. B. mittels Schweißen, Kleben oder durch Verklemmen verbunden ist. In dem Halteelement 55 ist eine zentrale Auslassöffnung 56 ausgebildet, durch die der nun drallbehaftete Brennstoff turbulent das Brennstoffeinspritzventil verlässt.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch das Brennstoffeinspritzventil direkt oberhalb der erfindungsgemäßen Drallscheibe 30, so dass es sich um eine Draufsicht auf die Drallscheibe 30 handelt, während Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2 zeigt.

Gebildet wird die Drallscheibe 30 aus fünf galvanisch aufeinander abgeschiedenen Ebenen, Lagen bzw. Schichten, die somit im eingebauten Zustand axial aufeinander folgen. Bezeichnet werden die fünf Schichten der Drallscheibe 30 im folgenden entsprechend ihrer Funktion mit Deckelschicht 60, Drallerzeugungsschicht 61 und Bodenschicht 62. Die obere Deckelschicht 60 weist einen kleineren Außendurchmesser als die Drallerzeugungsschicht 61 auf und diese wiederum einen kleineren Außendurchmesser als die aus drei Schichten gebildete Bodenschicht 62.

Auf diese Weise ist gewährleistet, dass der Brennstoff an der Deckelschicht 60 außen vorbei strömen und so ungehindert in äußere Einlassbereiche 65 von beispielsweise vier Drallkanälen 66 in der mittleren Drallerzeugungsschicht 61 eintreten kann. Die obere Deckelschicht 60 stellt eine geschlossene metallische Schicht dar, Aie keine Öffnungsbereiche zum Durchströmen aufweist, die jedoch ringförmig umströmt werden kann. In der Drallerzeugungsschicht 61 ist dagegen eine komplexe Öffnungskontur durch in ihr vorgegebene Materialbereiche 61' vorgesehen, die über die gesamte axiale Dicke dieser Schicht 61 verläuft. Die Öffnungskontur der mittleren Schicht 61 wird von einer inneren Drallkammer 68 und von einer Vielzahl (z. B. zwei, vier, sechs oder acht) von in die Drallkammer 68 mündenden Drallkanälen 66 gebildet. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Drallscheibe 30 vier Drallkanäle 66 auf, die tangential in die Drallkammer 68 münden.

Während die Drallkammer 68 vollständig von der Deckelschicht 60 überdeckt ist, liegen die Drallkanäle 66 nur teilweise abgedeckt vor, da die der Drallkammer 68 abgewandten äußeren Enden die nach oben hin offenen Einlassbereiche 65 bilden. Der dem Brennstoff aufgeprägte Drehimpuls bleibt auch in einer mittleren Auslassöffnung 69 der unteren Bodenschicht 62 erhalten. Die untere Bodenschicht 62 wird durch drei Lagen 62a, 62b und 62c gebildet. Jede dieser Lagen 62a, 62b, 62c der Bodenschicht 62 weist einen Abschnitt 69a, 69b, 69c der inneren Auslassöffnung 69 auf, die z. B. jeweils konzentrisch zu einer Öffnungsachse 70 ausgebildet sind und zusammen in axialer Richtung die Auslassöffnung 69 der Drallscheibe 30 ergeben. Die Abschnitte 69a, 69b, 69c der Auslassöffnung 69 unterscheiden sich in ihrer Öffnungsweite.

An die Drallkammer 68 der Drallerzeugungsschicht 61 schließt sich in der ersten Lage 62a der Bodenschicht 62 ein Abschnitt 69a der Auslassöffnung 69 an, der deutlich kleiner ist als die Öffnungsweite der Drallkammer 68. Die zweite Lage 62b weist einen gegenüber der Auslassöffnung 69a vergrößerten Abschnitt 69b der Auslassöffnung 69 auf. In der dritten, abspritzseitigen Lage 62c ist ein Abschnitt 69c der Auslassöffnung 69 eingebracht, der wiederum einen reduzierten Durchmesser besitzt, der z. B. dem des ersten Abschnitts 69a der Auslassöffnung 69 entspricht. In der mittleren Lage 62b liegt also der größte Öffnungsdurchmesser vor.

Der durch die Auslassöffnung 69 durchtretende Flüssigkeitsstrahl behält auch in der mittleren Lage 62b weitgehend den durch die Öffnungsweite der oberen Lage 62a vorgegebenen Durchmesser bei. Der ringförmige Raum zwischen der Wandung des Abschnitts 69b der Auslassöffnung 69 und dem Umfang der durchströmenden Flüssigkeit stellt ein Totwasser- bzw. Rezirkulationsgebiet 71 dar, das ebenfalls mit Flüssigkeit gefüllt wird, wie es die Pfeile andeuten sollen. Dieses Rezirkulationsgebiet 71 ist zeitlich instabil. Durch Wechselwirkungen zwischen dem durchtretenden Flüssigkeitsstrahl und dem Rezirkulationsgebiet 71 wird die dort hineingeschleuderte Flüssigkeit zu Schwingungen angeregt. Das Schwingen im Rezirkulationsgebiet 71 induziert Querschwingungen im austretenden Flüssigkeitsstrahl. Diese Querschwingungen fördern die Disintegration der Flüssigkeitslamelle 72 in kleine Tröpfchen 73. Die durch das wellige Schwingen der Flüssigkeit hervorgerufene bessere räumliche Sprayverteilung resultiert in einer geringeren Spraydichte und damit in besonders fein zerfallenden Tröpfchen 73, also einer sehr hohen Zerstäubungsgüte. Über die Dicke der Lage 62b und den Durchmesserunterschied des mittleren Abschnitts 69b der Auslassöffnung 69 gegenüber den Abschnitten 69a und 69c kann die Stärke der Schwingungsanregung eingestellt werden. So ist beispielsweise die mittlere Lage 62b dicker ausgebildet als die anderen Lagen 62a, 62c der Bodenschicht 62, wodurch der Abschnitt 69b der Auslassöffnung 69 länger ist als die Abschnitte 69a und 69c.

Die Drallscheibe 30 wird in mehreren metallischen Schichten beispielsweise durch galvanische Abscheidung aufgebaut (Multilayergalvanik). Aufgrund der tiefenlithographischen, galvanotechnischen Herstellung gibt es besondere Merkmale in der Konturgebung, von denen hiermit einige in Kurzform zusammenfassend aufgeführt sind:

• - Schichten mit über die Scheibenfläche konstanter Dicke,
• - durch die tiefenlithographische Strukturierung weitgehend senkrechte Einschnitte in den Schichten, welche die jeweils durchströmten Hohlräume bilden (fertigungstechnisch bedingte Abweichungen von ca. 3° gegenüber optimal senkrechten Wandungen können auftreten),
• - gewünschte Hinterschneidungen und Überdeckungen der Einschnitte durch mehrlagigen Aufbau einzeln, strukturierter Metallschichten,
• - Einschnitte mit beliebigen, weitgehend achsparallele Wandungen aufweisenden Querschnittsformen,
• - einteilige Ausführung der Drallscheibe, da die einzelnen Metallabscheidungen unmittelbar aufeinander erfolgen.

In den folgenden Abschnitten wird nur in Kurzform das Verfahren zur Herstellung der Drallscheiben 30 erläutert. Ausführlich wurden sämtliche Verfahrensschritte der galvanischen Metallabscheidung zur Herstellung einer Lochscheibe bereits in der DE-OS 196 07 288 beschrieben. Charakteristisch für das Verfahren der sukzessiven Anwendung von photolithographischen Schritten (UV-Tiefenlithographie) und anschließender Mikrogalvanik ist, dass es auch in großflächigem Maßstab eine hohe Präzision der Strukturen gewährleistet, so dass es ideal für eine Massenfertigung mit sehr großen Stückzahlen (hohe Batchfähigkeit) einsetzbar ist. Auf einem Nutzen oder Wafer kann eine Vielzahl von Drallscheiben 30 gleichzeitig gefertigt werden.

Ausgangspunkt für das Verfahren ist eine ebene und stabile Trägerplatte, die z. B. aus Metall (Titan, Stahl), Silizium, Glas oder Keramik bestehen kann. Auf die Trägerplatte wird optional zunächst wenigstens eine Hilfsschicht aufgebracht. Dabei handelt es sich beispielsweise um eine Galvanikstartschicht (z. B. TiCuTi, CrCuCr, Ni), die zur elektrischen Leitung für die spätere Mikrogalvanik benötigt wird. Das Aufbringen der Hilfsschicht geschieht z. B. durch Sputtern oder durch stromlose Metallabscheidung. Nach dieser Vorbehandlung der Trägerplatte wird auf die Hilfsschicht ein Photoresist (Photolack) ganzflächig aufgebracht, z. B. aufgewalzt oder aufgeschleudert.

Die Dicke des Photoresists sollte dabei der Dicke der Metallschicht entsprechen, die in dem später folgenden Galvanikprozess realisiert werden soll, also der Dicke der unteren Bodenschicht 62c der Drallscheibe 30. Die Resistschicht kann aus einer oder mehreren Lagen einer fotostrukturierbaren Folie oder einem Flüssigresist (Polyimid, Photolack) bestehen. Falls optional eine Opferschicht in die später erzeugten Lackstrukturen galvanisiert werden soll, ist die Dicke des Photoresists um die Dicke der Opferschicht zu vergrößern. Die zu realisierende Metallstruktur soll mit Hilfe einer photolithographischen Maske invers in dem Photoresist übertragen werden. Eine Möglichkeit besteht darin, den Photoresist direkt über die Maske mittels UV-Belichtung (Leiterplattenbelichter oder Halbleiterbelichter) zu belichten (UV-Tiefenlithographie) und nachfolgend zu entwickeln.

Die letztlich im Photoresist entstehende Negativstruktur zur späteren Schicht 62c der Drallscheibe 30 wird galvanisch mit Metall (z. B. Ni, NiCo, NiFe, NiW, Cu) aufgefüllt (Metallabscheidung). Das Metall legt sich durch das Galvanisieren eng an die Kontur der Negativstruktur an, so dass die vorgegebenen Konturen formtreu in ihm reproduziert werden. Um die Struktur der Drallscheibe 30 zu realisieren, müssen die Schritte ab dem optionalen Aufbringen der Hilfsschicht entsprechend der Anzahl der gewünschten Schichten wiederholt werden, so dass bei einer fünflagigen Drallscheibe 30 drei, vier (laterales Überwachsen) oder fünf Galvanikschritte vorgenommen werden. Für die Schichten einer Drallscheibe 30 können auch unterschiedliche Metalle verwendet werden, die jedoch nur in einem jeweils neuen Galvanikschritt einsetzbar sind.

Nach dem Abscheiden der oberen Deckelschicht 60 wird der verbliebene Photoresist aus den Metallstrukturen durch nasschemisches Strippen herausgelöst. Bei glatten, passivierten Trägerplatten (Substraten) lassen sich die Drallscheiben 30 vom Substrat lösen und vereinzeln. Bei Trägerplatten mit guter Haftung der Drallscheiben 30 wird die Opferschicht selektiv zu Substrat und Drallscheibe 30 weggeätzt, wodurch die Drallscheiben 30 von der Trägerplatte abheben und vereinzelt werden können.

Claims (10)

1. Drallscheibe, insbesondere für Einspritzventile, mit einem vollständigen Durchgang für ein Fluid, mit wenigstens einem Einlassbereich (65) und wenigstens einer Auslassöffnung (69), wobei die wenigstens eine Auslassöffnung (69) in einer unteren Bodenschicht (62) eingebracht ist, mit wenigstens einem Drallkanal (66), der in eine Drallkammer (68) mündet, wobei die Drallkammer (68) in einer stromaufwärts der Bodenschicht (62) ausgebildeten Drallerzeugungsschicht (61) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster der Drallkammer (68) unmittelbar stromabwärts folgender Abschnitt (69a) der Auslassöffnung (69) eine kleinere Öffnungsweite hat als die Drallkammer (68), sich an diesen ersten Abschnitt (69a) stromabwärts ein zweiter Abschnitt (69b) der Auslassöffnung (69) mit einer größeren Öffnungsweite als der des ersten Abschnitts (69a) anschließt, und diesem zweiten Abschnitt (69b) stromabwärts ein dritter Abschnitt (69c) der Auslassöffnung (69) folgt, dessen Öffnungsweite gegenüber der des zweiten Abschnitts (69b) wieder verringert ist.

2. Drallscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenschicht (62) drei metallische Lagen (62a, 62b, 62c) umfasst.

3. Drallscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt (69a) und der dritte Abschnitt (69c) der Auslassöffnung (69) eine gleich große Öffnungsweite aufweisen.

4. Drallscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zweiten Abschnitt (69b) der Auslassöffnung (69) aufgrund der gegenüber den anderen Abschnitten (69a, 69c) der Auslassöffnung (69) vergrößerten Öffnungsweite ein ringförmiges Rezirkulationsgebiet (71) gebildet ist.

5. Drallscheibe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abschnitt (69b) der Auslassöffnung (69) in Strömungsrichtung gesehen länger ist als jeweils die anderen Abschnitte (69a, 69c) der Auslassöffnung (69).

6. Drallscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine obere Deckelschicht (60) einen kleineren Außendurchmesser als die darunterliegende Drallerzeugungsschicht (61) und die untere Bodenschicht (62) aufweist.

7. Drallscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten der Drallscheibe (30) mittels galvanischer Metallabscheidung unmittelbar haftfest aufeinander aufgebaut sind.

8. Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einer Ventillängsachse (8), mit einem Aktuator (1, 2, 14, 18, 19), mit einem beweglichen Ventilteil (20), das zum Öffnen und Schließen des Ventils mit einem festen Ventilsitz (27) zusammenwirkt, der an einem Ventilsitzelement (26) ausgebildet ist, und mit einer stromabwärts des Ventilsitzes (27) angeordneten Drallscheibe (30), die einen mehrschichtigen Aufbau besitzt und die sowohl wenigstens einen Einlassbereich (65) als auch wenigstens eine Auslassöffnung (69) hat, wobei die wenigstens eine Auslassöffnung (69) in einer unteren Bodenschicht (62) eingebracht ist, und die eine Drallkammer (68) und wenigstens einen in sie mündenden Drallkanal (66) stromaufwärts der Auslassöffnung (69) besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster der Drallkammer (68) unmittelbar stromabwärts folgender Abschnitt (69a) der Auslassöffnung (69) eine kleinere Öffnungsweite hat als die Drallkammer (68), sich an diesen ersten Abschnitt (69a) stromabwärts ein zweiter Abschnitt (69b) der Auslassöffnung (69) mit einer größeren Öffnungsweite als der des ersten Abschnitts (69a) anschließt, und diesem zweiten Abschnitt (69b) stromabwärts ein dritter Abschnitt (69c) der Auslassöffnung (69) folgt, dessen Öffnungsweite gegenüber der des zweiten Abschnitts (69b) wieder verringert ist.

9. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten der Drallscheibe (30) mittels galvanischer Metallabscheidung unmittelbar haftfest aufeinander aufgebaut sind.

10. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Drallscheibe (30) von fünf galvanisch abgeschiedenen Lagen bzw. Schichten (60, 61, 62) gebildet ist, wobei die die Auslassöffnung (69) aufweisende Bodenschicht (62) drei aufeinander aufgebaute Lagen (62a, 62b, 62c) umfasst.