DE102004035116A1

DE102004035116A1 - Spannmutter

Info

Publication number: DE102004035116A1
Application number: DE102004035116A
Authority: DE
Inventors: Christoph Buehler; Oliver Berger; Igor Iraeta Munduate
Original assignee: Robert Bosch GmbH; Erdrich Beteiligungs GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH; Erdrich Beteiligungs GmbH
Priority date: 2004-07-20
Filing date: 2004-07-20
Publication date: 2006-02-16
Also published as: EP1771655A1; WO2006008225A1; KR101092689B1; CN101018944A; ATE519940T1; EP1771655B1; KR20070033434A

Abstract

Es wird eine Spannmutter 1 für einen Injektor einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen, der durch einen kombinierten Tiefzieh- und Stauchprozess hergestellt wird. Dabei ist es möglich, im Bereich eines ersten zylindrischen Abschnitts 3 eine gegenüber dem Rest der Spannmutter 1 erhöhte Wandstärke zu erhalten, was Vorteile bzgl. der Festigkeit und Belastbarkeit der Spannmutter 1 und deren thermischen Speichervermögen mit sich bringt.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Spannmutter für einen Injektor einer Brennkraftmaschine mit einem ersten im wesentlichen zylindrischen Abschnitt, mit mindestens einem zweiten zylindrischen Abschnitt und mit einem Absatz zwischen erstem Abschnitt und zweitem Abschnitt, wobei der erste Abschnitt einen kleineren Durchmesser als der zweite Abschnitt aufweist, und wobei die Spannmutter durch Tiefziehen hergestellt wird.
Im Zusammenhang mit der nachfolgend beschriebenen und beanspruchten Erfindung werden unter dem Begriff „Injektor" alle Bauformen von Einrichtungen zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, wie zum Beispiel Einspritzdüsen, Pumpe-Düse-Einheiten (PDE) und Pumpe-Leitung-Düse-Einheiten (PLDE), verstanden. Zur Vereinfachung wird jedoch nachfolgend stets nur der Begriff „Injektor" verwandt.

Diese aus der DE 100 17 112 A1 bekannte Spannmutter ist durch Tiefziehen sehr kostengünstig herstellbar. Nachteilig an dieser Spannmutter ist, dass die erforderliche Belastbarkeit nicht immer gewährleistet werden kann. Über den Absatz zwischen erstem Abschnitt und zweitem Abschnitt werden die durch das Anziehen der Spannmutter entstehenden Axialkräfte von der Spannmutter in einen Düsenkörper des Injektors eingeleitet. Dabei hat sich in der Praxis herausgestellt, dass es wegen dieser Axialkräfte im Bereich des Absatzes zwischen dem ersten zylindrischen Abschnitt und dem zweiten zylindrischen Abschnitt zu Verformungen der Spannmutter kommen kann, wenn diese auf einen Injektor aufgeschraubt und mit dem geforderten Drehmoment angezogen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine bzgl. ihrer mechanischen und thermischen Eigenschaften weiter verbesserte Spannmutter bereitzustellen, deren Herstellungskosten vergleichbar gering sind, wie bei einer aus dem Stand der Technik bekannten durch Tiefziehen hergestellten Spannmutter.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Spannmutter für einen Injektor einer Brennkraftmaschine mit einem ersten im wesentlichen zylindrischen Abschnitt, mit mindestens einem zweiten im wesentlichen zylindrischen Abschnitt, mit einem Absatz zwischen erstem Abschnitt und zweitem Abschnitt, wobei der erste Abschnitt einen kleineren Durchmesser als der zweite Abschnitt aufweist, und wobei die Spannmutter durch Tiefziehen hergestellt wird, dadurch gelöst, dass eine Wandstärke im Bereich des ersten zylindrischen Abschnitts gegenüber einer Wandstärke im Bereich des zweiten zylindrischen Abschnitts vergrößert ist, und dass die Spannmutter im Bereich des ersten zylindrischen Abschnitts durch Tiefziehen und Stauchen herstellt wird.

Vorteile der Erfindung

Bei der erfindungsgemäßen Spannmutter können die Vorteile eines durch Umformen hergestellten Werkstücks, nämlich hohe Fertigungsleistung bei gleichzeitig niedrigen Herstellungskosten beibehalten werden und gleichzeitig die Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten und durch Tiefziehen hergestellten Spannmuttern vermieden werden.

Durch die Vergrößerung der Wandstärke im Bereich des ersten zylindrischen Abschnitts wird der Absatz zwischen dem ersten zylindrischen Abschnitt und dem zweiten zylindrischen Abschnitt besser von dem ersten zylindrischen Abschnitt abgestützt, bzw. die Krafteinleitung von dem Absatz in den zweiten zylindrischen Abschnitt verbessert.

In praktischen Versuchen hat sich herausgestellt, dass durch die erfindungsgemäße Vergrößerung der Wandstärke im Bereich des ersten Abschnittes die mechanischen Belastbarkeit der durch Tiefziehen hergestellten Spannmuttern so weit erhöht wird, dass die Spannmuttern allen im Betrieb auftretenden Belastungen mit ausreichender Sicherheit gewachsen sind.

Durch die vergrößerte Wandstärke im Bereich des ersten zylindrischen Abschnitts einer erfindungsgemäßen Spannmutter wird auch gleichzeitig das thermische Speichervermögen der Spannmutter im Bereich des ersten zylindrischen Abschnitts erhöht. Dadurch werden im Betrieb des mit einem einer erfindungsgemäßen Spannmutter ausgerüsteten Injektors die Temperaturspitzen im Bereich des Düsenkörpers reduziert und zwar um etwa 10°C. Diese Temperaturverringerung konnte durch Vergleichsmessungen an verschiedenen Mustern ermittelt werden. Durch die Verringerung der maximal am Düsenkörper auftretenden Temperaturen ergibt sich ein verbessertes Betriebsverhalten der Injektoren und deren Düsennadelverschleiß nimmt stark ab. Im Ergebnis wird dadurch die Betriebssicherheit und die Lebensdauer eines mit einer erfindungsgemäßen Spannmutter ausgerüsteten Injektors deutlich erhöht.

Die Eingangs genannte Aufgabe wird auch bei einer Spannmutter für einen Injektor einer Brennkraftmaschine mit einem ersten im wesentlichen zylindrischen Abschnitt, mit mindestens einem zweiten im wesentlichen zylindrischen Abschnitt, und mit einem Absatz zwischen erstem Abschnitt und zweitem Abschnitt, wobei der erste Abschnitt einen kleineren Durchmesser als der zweite Abschnitt aufweist, dadurch gelöst, dass eine Wandstärke im Bereich des ersten zylindrischen Abschnittes gegenüber einer Wandstärke im Bereich des zweiten zylindrischen Abschnittes vergrößert ist, und dass die Spannmutter durch Fließpressen hergestellt wird.

Mit dieser Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spannmutter können die oben genannten Vorteile einer erfindungsgemäßen Spannmutter ebenfalls realisiert werden. Welcher der beiden Ausführungsformen im Einzelfall der Vorzug gegeben wird, hängt von den Umständen des Einzelfalls ab.

In vorteilhaften Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Spannmutter bildet der Absatz eine Anlagefläche für einen Düsenkörper und/oder eine Dichtfläche für einen Düsenkörper des Injektors.

Durch diese Maßnahme wird die Übertragung der durch die Spannmutter erzeugten Kräfte in axialer Richtung in den Düsenkörper auf einfache und gleichzeitig zuverlässige Weise gewährleistet.

Es hat sich weiter als vorteilhaft erwiesen, wenn ein Innengewinde der Spannmutter an dem dem ersten Abschnitt gegenüberliegenden Ende der Spannmutter angeordnet ist, da in diesem Fall die Länge der Spannmutter bestmöglich ausgenutzt wird, um einen Düsenkörper mit dem Rest des Injektors fest und dichtend zu verbinden.

Damit die Spannmutter auf einfache Weise mit einem gewünschten Drehmoment mit dem Injektor verschraubt werden kann, ist in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung mindestens ein Vorsprung und/oder eine Vertiefung zum Ansetzen eines Einschraubwerkzeugs an der Spannmutter vorgesehen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zum Herstellen einer Spannmutter für einen Injektor einer Brennkraftmaschine gelöst, bei welchem ein Rohling in mehreren Zügen in die gewünschte Form gebracht wird und anschließend die Wandstärke des ersten zylindrischen Abschnitts durch Stauchen erhöht wird.

Eine weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Spannmutter vor dem Stauchen des ersten zylindrischen Abschnitts kalibriert. Damit wird die Maßhaltigkeit der erfindungsgemäßen Spannmutter verbessert.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Spannmutter vor dem Stauchen des ersten zylindrischen Abschnitts im Bereich des ersten zylindrischen Abschnitts gelocht. Dadurch ist es möglich, den Innendurchmesser des ersten zylindrischen Abschnitts mit größerer Genauigkeit herzustellen.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar. Alle in der Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen beschriebenen Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
Zeichnungen
Es zeigen:
1: eine erfindungsgemäße Spannmutter im Längsschnitt,
2 bis 5: Längsschnitte verschiedener Fertigungsschritte einer erfindungsgemäßen Spannmutter.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt eine in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 versehene erfindungsgemäße Spannmutter im Längsschnitt. Die Spannmutter 1 besteht im Hinblick auf die Erfindung aus einem ersten zylindrischen Abschnitt 3 und einem zweiten ebenfalls im wesentlichen zylindrischen Abschnitt 5.
Der Durchmesser des ersten zylindrischen Abschnitts 3 ist kleiner als der Durchmesser des zweiten zylindrischen Abschnitts 5, so dass sich zwischen erstem zylindrischen Abschnitt 3 und zweitem zylindrischen Abschnitt 5 ein Absatz 7 ergibt.
Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der zweite zylindrische Abschnitt 5 gestuft ausgeführt, was jedoch für die Erfindung ohne Bedeutung ist. Deshalb wird für alle Ausführungsformen von Spannmuttern 1, deren zweiter zylindrischer Abschnitt 5 gestuft oder teilweise sogar kegelstumpfförmig ausgebildet ist, Schutz beansprucht.
An dem dem ersten zylindrischen Abschnitt 3 gegenüberliegenden Ende der Spannmutter 1 ist ein Innengewinde 9 vorgesehen.
Die erfindungsgemäße Spannmutter 1 dient dazu einen nicht dargestellten Düsenkörper eines Injektors mit einem ebenfalls nicht dargestellten Ventilkörper eines Injektors zu verschrauben. Zu diesem Zweck weist der nicht dargestellte Ventilkörper des Injektors ein Außengewinde auf, welches mit dem Innengewinde 9 der Spannmutter 1 zusammenwirkt.
Der Düsenkörper (nicht dargestellt) weist einen mit dem Absatz 7 der Spannmutter 1 zusammenwirkenden Absatz in seiner Außenkontur auf, so dass durch Eindrehen der Spannmutter 1 in das Außengewinde des nicht dargestellten Ventilkörpers der nicht dargestellte Düsenkörper mit dem Ventilkörper verspannt werden kann.
Um das zum Verspannen erforderliche Drehmoment in die Spannmutter 1 einleiten zu können sind bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel gemäß 1 über den Umfang mehrere Vertiefungen 11 vorgesehen, in die ein Einschraubwerkzeug eingeführt werden kann. Mit Hilfe dieses ebenfalls nicht dargestellten Einschraubwerkzeugs kann die Spannmutter mit dem erforderlichen Drehmoment angezogen werden.
Die Geometrie der Spannmutter 1 richtet sich naturgemäß vor allem nach den Abmessungen des nicht dargestellten Düsenkörpers und des nicht dargestellten Ventilkörpers. Um diese Bauteile herum wird die Spannmutter 1 möglichst dünnwandig, dass heißt mit möglichst wenig Material- und Bauraumbedarf, geführt.
Der Absatz 7 ergibt sich dadurch, dass ein Innendurchmesser D₁ des ersten zylindrischen Abschnitts 3 kleiner ist als ein Innendurchmesser D₂ des zweiten zylindrischen Abschnitts 5 in unmittelbarer Nähe des Absatzes 7.
Im Bereich des ersten zylindrischen Abschnitts 3 weist die Spannmutter 1 eine Wandstärke 13 auf. Die Spannmutter 1 weist im Bereich des zweiten zylindrischen Abschnitts eine Wandstärke 15 auf. Dabei ist von besonderer Bedeutung für die Erfindung, dass die Wandstärke 13 im Bereich des ersten zylindrischen Abschnitts gegenüber der Wandstärke 15 des zweiten zylindrischen Abschnitts 5 deutlich erhöht ist. Dadurch wird die Belastbarkeit des Absatzes 7 bzgl. axialer Kräfte, die beim Verspannen des nicht dargestellten Düsenkörpers mit dem nicht dargestellten Ventilkörper zwangsläufig auftreten, deutlich erhöht.
In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist. ein Außendurchmesser D₃ des ersten zylindrischen Abschnitts 3 sogar größer als der Innendurchmesser D₂ des zweiten zylindrischen Abschnitts 5. Dadurch ergibt sich die erforderliche Belastbarkeit des Absatzes 7 in axialer Richtung. Gleichzeitig wird durch die Materialanhäufung im Bereich des ersten zylindrischen Abschnitts 3 die im Betrieb auftretenden Temperaturen am Düsenkörper deutlich verringert. Dies geht im wesentlichen auf die große Kontaktfläche zwischen Düsenkörper und ersten zylindrischen Abschnitt 3 zurück und die Materialanhäufung im Bereich des ersten zylindrischen Abschnitts 3, welche zu einer Erhöhung des Speichervermögens für sensible Wärme führt. Dadurch werden im Ergebnis Temperaturspitzen, die sich aus kurzen Volllastbetriebszuständen der Brennkraftmaschine ergeben, in ihrer Wirkung auf den Düsenkörper gedämpft.
Die Reduktion der maximal auftretenden Temperaturen im. Düsenkörper führt zu einer Verringerung des Verschleißes der nicht dargestellten Düsennadel und deren Führung im Düsenkörper und einer Erhöhung der Lebensdauer des Injektors.
Erfindungsgemäß wird die Spannmutter 1 durch ein kombiniertes Herstellungsverfahren, bestehend aus Tiefziehvorgängen und Stauchvorgängen hergestellt. Die im Zusammenhang mit der Erfindung Wesentlichen Herstellungsschritte werden nachfolgend anhand der 2 bis 5 im Detail erläutert.
Ausgehend von einem nicht dargestellten Rohling wird in einem oder mehreren Zügen die Spannmutter 1 in die in 2 im Längsschnitt dargestellte Form gebracht. In 2 ist ein Zwischenstadium der Herstellung einer erfindungsgemäßen Spannmutter 1 dargestellt. Wie dieses Zwischenstadium erreicht wird, weiß ein Fachmann auf dem Gebiet der Umformtechnik aufgrund seines Fachwissens, so dass in Zusammenhang mit der Beschreibung der Erfindung auf diese Erläuterungen verzichtet wird.
In diesem Zwischensadium sind der erste Abschnitt 3 und der zweite Abschnitt 5 schon zu erkennen, während der Absatz 7 ist noch nicht fertig ausgebildet ist. Zur Verdeutlichung ist in 2 lediglich ein Pfeil mit dem Bezugszeichen 7 versehen, der auf die Stelle deutet, an der später einmal bei der fertigen Spannmutter 1 der Absatz 7 sein wird.
In dem in 2 dargestellten Rohling sind weder ein Innengewinde 9 noch eine Vertiefung 11 vorhanden. Auch die Durchmesser D₁ und D₂ (siehe 1) haben noch nicht das endgültige Maß, so dass auf deren Bezeichnung in 2 verzichtet wird.
In Zusammenhang mit der Erfindung ist darauf hinzuweisen, dass die Wandstärke 13 des ersten zylindrischen Abschnitts und die Wandstärke 15 des zweiten zylindrischen Abschnitts im Wesentlichen gleich sind. Dies gilt auch für die Bearbeitungsstadien, die in den 3 und 4 dargestellt sind.
In 3 ist der in 2 dargestellte Rohling im Wesentlichen unverändert, jedoch wurde dieser Rohling einem Kalibriervorgang unterzogen. Dadurch wird die Maßhaltigkeit des Rohlings einer Spannmutter 1 verbessert, was sich auf die nachfolgenden Bearbeitungsschritte positiv auswirkt. Der Kalibriervorgang gemäß 3 kann, falls erforderlich, nach einem Ziehvorgang vorgenommen werden. Wenn jedoch die Präzision der durch das Tiefziehen hergestellten Rohlinge ausreicht, kann der Kalibriervorgang auch entfallen.
In 4 ist der Rohling einer Spannmutter 1 dargestellt, wobei im Bereich des ersten Abschnittes 1 aus in den napfförmigen Rohling gemäß 2 und 3 ein Loch 17 ausgestanzt wurde.
In einem weiteren und in 5 dargestellten Bearbeitungsschritt wird der erste zylindrische Abschnitt 3 gestaucht, wobei der Außendurchmesser D₃ des ersten zylindrischen Abschnittes 3 im Durchmesser nahezu konstant bleibt, während der Innendurchmesser D₁ des ersten zylindrischen Abschnittes 3 abnimmt. Im Ergebnis wird dadurch die Wandstärke 13 des ersten zylindrischen Abschnittes 3 gegenüber der Wandstärke 15 des zweiten zylindrischen Abschnittes 15, die im Wesentlichen unverändert bleibt, erhöht.
In dem in 5 dargestellten Bearbeitungsstadium sind die Umformvorgänge an der Spannmutter 1 weitgehend abgeschlossen und die wesentlichen erfindungsgemäßen Merkmale, nämlich die unterschiedlichen Wandstärken im Bereich des ersten zylindrischen Abschnitts 3 und des zweiten zylindrischen Abschnitts 5 sind, ebenso wie der Absatz 7, im Längsschnitt gemäß 5 deutlich zu erkennen.
Anschließend an den in 5 dargestellten Bearbeitungszustand wird die Spannmutter 1 weiter bearbeitet, indem ein Flansch 19 entfernt wird und beispielsweise das Innengewinde 9 (siehe 1) durch Gewindeformen oder ein anderes Verfahren hergestellt wird.

Claims

Spannmutter für einen Injektor einer Brennkraftmaschine, mit einem ersten im Wesentlichen zylindrischen Abschnitt (3), mit einem zweiten im Wesentlichen zylindrischen Abschnitt, (5) und mit einem Absatz (7) zwischen erstem Abschnitt (3) und zweitem Abschnitt (5), wobei der erste Abschnitt (3) einen kleineren Durchmesser (D₁) als der zweite Abschnitt (5) aufweist und wobei die Spannmutter (1) durch Tiefziehen hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wandstärke (13) im Bereich des ersten zylindrischen Abschnittes (3) gegenüber einer Wandstärke (15) im Bereich des zweiten zylindrischen Abschnittes (5) vergrößert ist, und dass die Spannmutter (1) im Bereich des ersten zylindrischen Abschnitts (3) durch Stauchen hergestellt wird.
Spannmutter für einen Injektor einer Brennkraftmaschine, mit einem ersten im Wesentlichen zylindrischen Abschnitt (3), mit einem zweiten im Wesentlichen zylindrischen Abschnitt (5), mit einem Absatz (7) zwischen erstem Abschnitt (3) und zweitem Abschnitt (5), wobei der erste Abschnitt (3) einen kleineren Durchmesser (D₁) als der zweite Abschnitt (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wandstärke (13) im Bereich des ersten zylindrischen Abschnittes (3) gegenüber einer Wandstärke (15) im Bereich des zweiten zylindrischen Abschnittes (5) vergrößert ist, und dass die Spannmutter (1) durch Stauchen oder Fließpressen hergestellt wird.
Spannmutter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Absatz (7) eine Anlagefläche für einen Düsenkörper des Injektors bildet.
Spannmutter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Absatz (7) eine Dichtfläche für einen Düsenkörper des Injektors bildet.
Spannmutter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, das Innengewinde (9) an dem dem ersten Abschnitt (3) gegenüberliegenden Ende der Spannmutter (1) angeordnet ist.
Spannmutter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Spannmutter (1) mindestens ein Vorsprung und/oder eine Vertiefung (11) zum Ansetzen eines Einschraubwerkzeugs vorgesehen ist.
Spannmutter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite zylindrische Abschnitt (5) gestufte ausgebildet ist.
Verfahren zum Herstellen einer Spannmutter (1) für einen Injektor einer Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: – Herstellen einer Spannmutter (1) mit einem ersten zylindrischen Abschnitt (3) und einem zweiten zylindrischen Abschnitt (5) und mit einem Ansatz (7) zwischen dem ersten zylindrischen Abschnitt (3) und dem zweiten zylindrischen Abschnitt (5) durch Tiefziehen aus einem Rohling, – Stauchen des ersten zylindrischen Abschnitts (3).
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannmutter (1) in mehreren Zügen hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannmutter (1) nach mindestens einem Zug kalibriert wird.