DE102006001270A1

DE102006001270A1 - Drosselvorrichtung und Verfahren zum Herstellen einer Drosselvorrichtung

Info

Publication number: DE102006001270A1
Application number: DE200610001270
Authority: DE
Inventors: Dejan Jovovic; Robert SCHÄPERS; Wolfgang Wechler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2006-01-10
Filing date: 2006-01-10
Publication date: 2007-07-12

Abstract

Eine Drosselvorrichtung umfasst einen Körper (1), in dem eine erste Ausnehmung (2) mit einem runden Querschnitt und mit einer ersten Längsachse (3) und eine Drosselbohrung (4) mit einer zweiten Längsachse so ausgebildet sind, dass die erste und die zweite Längsachse (3) windschief zueinander verlaufen. Die Drosselbohrung (4) mündet so in die erste Ausnehmung (2), dass eine aus der Drosselbohrung (4) in die erste Ausnehmung (2) austretende Strömung eines Fluids schraubenförmig entlang einer Wandung der ersten Ausnehmung (2) strömt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Drosselvorrichtung mit einem Körper, in dem eine Drosselbohrung ausgebildet ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen der Drosselvorrichtung.
Derartige Drosselvorrichtungen werden beispielsweise in Hochdruck-Einspritzventilen für Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen genutzt. Die Drosselvorrichtungen müssen sehr präzise gefertigt sein, um die hohen Anforderungen bzgl. Durchfluss durch die Drosselbohrung, Hochdruckdichtheit, Kavitationsverhalten, Haltbarkeit und dauerhaft zuverlässigen Betrieb gewährleisten zu können.
Der Durchfluss durch die Drosselbohrung wird durch hydroerosives Schleifen oder Verrunden justiert. Ein Arbeitsfluid, z.B. ein Öl mit Schleifkörpern, wird dazu durch die Drosselbohrung gepresst. Dabei kann es jedoch in Bereichen der Drosselvorrichtung, die von dem Arbeitsfluid angeströmt werden, zu unerwünschten Ausspülungen kommen, die die Drosselvorrichtung unbrauchbar machen. Das Herstellen der Drosselvorrichtung wird dadurch aufwändiger und teurer.

Die Aufgabe der Erfindung ist, eine Drosselvorrichtung zu schaffen, die einfach herstellbar und dauerhaft zuverlässig betreibbar ist. Die Aufgabe der Erfindung ist ferner, ein Verfahren zum Herstellen der Drosselvorrichtung zu schaffen, das einfach ist.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Gemäß eines ersten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch eine Drosselvorrichtung mit einem Körper, in dem eine erste Ausnehmung mit einem runden Querschnitt und mit einer ersten Längsachse und eine Drosselbohrung mit einer zweiten Längsachse so ausgebildet sind, dass die erste und die zweite Längsachse windschief zueinander verlaufen. Die Drosselbohrung mündet so in die erste Ausnehmung, dass eine aus der Drosselbohrung in die erste Ausnehmung austretende Strömung eines Fluids schraubenförmig entlang einer Wandung der ersten Ausnehmung strömt.

Die erste Ausnehmung und die Drosselbohrung bilden beispielsweise einen Teil einer Hochdruckzuführung für Fluide, insbesondere für Flüssigkeiten, z.B. für Kraftstoff. Die Drosselvorrichtung ist beispielsweise Teil eines Hochdruck-Einspritzventils für eine Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug. Durch das windschiefe Anordnen der ersten und der zweiten Längsachse zueinander ist eine Auftrefffläche der Strömung des Fluids auf die Wandung der ersten Ausnehmung vergrößert gegenüber einem senkrechten Auftreffen. Ferner ändert das Fluid bei dem Auftreffen auf die Wandung der ersten Ausnehmung seine Richtung weniger stark als bei dem senkrechten Auftreffen. Dadurch ist ein Staudruck des Fluids beim Auftreffen auf die Wandung der ersten Ausnehmung reduziert. Bei dem Herstellen der Drosselvorrichtung ergeben sich Vorteile z.B. dann, wenn ein Durchfluss durch die Drosselbohrung durch hydroerosives Schleifen justiert werden soll. Durch die große Auftrefffläche der Strömung auf die Wandung der ersten Ausnehmung und durch das schraubenförmige Strömen des Fluids entlang der Wandung der ersten Ausnehmung ist eine Schleifwirkung in der ersten Ausnehmung verringert, so dass im Wesentlichen nur die Drosselbohrung durch das Schleifen justiert wird. Unerwünschte Ausspülungen des Körpers an der Wandung der ersten Ausnehmung können dadurch reduziert oder verhindert werden. Die Drosselvorrichtung ist so einfach herstellbar.

Als ein weiterer Vorteil ergibt sich durch die schraubenförmige Strömung des Fluids entlang der Wandung der ersten Ausnehmung, dass Dampfblasen, die durch Kavitation in einem Bereich der Einmündung der Drosselbohrung in die erste Ausnehmung entstehen können, von der Wandung der ersten Ausnehmung ferngehalten werden. Die Dampfblasen werden in einem zentralen Bereich der ersten Ausnehmung gehalten und von dem Fluid umströmt. Kavitationsbedingte Materialabtragung an dem Körper kann dadurch reduziert oder verhindert werden. Dadurch ist ein dauerhaft zuverlässiger Betrieb und eine lange Haltbarkeit der Drosselvorrichtung möglich.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Drosselvorrichtung geht eine Wandung der Drosselbohrung so in die Wandung der ersten Ausnehmung über, dass die aus der Drosselbohrung in die erste Ausnehmung austretende Strömung in einem Bereich der Einmündung der Drosselbohrung in die erste Ausnehmung tangential bezüglich der ersten Ausnehmung strömt. Dies hat den Vorteil, dass die Strömung entlang der Wandung der Drosselbohrung und der ersten Ausnehmung von der Drosselbohrung in die erste Ausnehmung strömt und ihre Richtung dabei nicht oder nur wenig ändert. Dadurch ist die Auftrefffläche der Strömung auf die Wandung der ersten Ausnehmung besonders groß und der Staudruck an der Wandung der ersten Ausnehmung besonders gering. Bei dem hydroerosiven Schleifen können Ausspü lungen des Körpers an der Wandung der ersten Ausnehmung daher besonders zuverlässig verhindert werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Drosselvorrichtung mündet die Drosselbohrung in eine Mantelfläche der ersten Ausnehmung. Die erste Ausnehmung erstreckt sich in ihren beiden Längsrichtungen über einen Bereich der Einmündung hinaus. Der Vorteil ist, dass ein Teil des Fluids, das aus der Drosselbohrung austritt, sich außerhalb der schraubenförmigen Strömung entgegen der Abströmrichtung in der ersten Ausnehmung ausbreiten kann. Die Strömungsverhältnisse werden dadurch so verändert, dass das Auftreffen des Fluids auf die Wandung der ersten Ausnehmung gestört wird und Ausspülungen des Körpers bei dem hydroerosiven Schleifen der Drosselbohrung dadurch weiter verringert werden können.

In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn die erste Ausnehmung angrenzend an die Einmündung der Drosselbohrung in die erste Ausnehmung ein kuppelförmig ausgebildetes Ende aufweist. Der Vorteil ist, dass das Fluid in diesem kuppelförmigen Ende sanft umgelenkt und in die schraubenförmige Strömung zurückgeführt werden kann. Dadurch können auch in der als Sackloch ausbildeten ersten Ausnehmung unerwünschte Ausspülungen des Körpers durch das hydroerosive Schleifen verringert werden.

Gemäß eines zweiten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Verfahren zum Herstellen der Drosselvorrichtung. Die erste Ausnehmung wird mit ihrer ersten Längsachse und die Drosselbohrung mit ihrer zweiten Längsachse so in den Körper eingebracht, dass die erste Längsachse und die zweite Längsachse windschief zueinander verlaufen, und die Drosselbohrung so in die erste Ausnehmung mündet, dass die aus der Drossel bohrung in die erste Ausnehmung austretende Strömung eines Arbeitsfluids schraubenförmig entlang der Wandung der ersten Ausnehmung strömt. Das Arbeitsfluid wird durch die Drosselbohrung in die erste Ausnehmung gepresst zum Justieren des Durchflusses durch die Drosselbohrung.

Der Vorteil ist, dass das Arbeitsfluid schraubenförmig entlang der Wandung der ersten Ausnehmung strömt und sich die Schleifwirkung des Arbeitsfluids an der Wandung der ersten Ausnehmung auf eine große Fläche verteilt. Der Staudruck des Arbeitsfluids ist bei dem Auftreffen auf die Wandung der ersten Ausnehmung dadurch verringert. Ein lokales Ausspülen der Wandung der ersten Ausnehmung wird dadurch reduziert oder verhindert. Die Drosselvorrichtung ist so sehr einfach herstellbar.

Gemäß eines dritten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Verfahren zum Herstellen einer weiteren Drosselvorrichtung. Eine erste Ausnehmung mit einer ersten Längsachse und eine Drosselbohrung mit einer zweiten Längsachse werden so in einen Körper eingebracht, dass die Drosselbohrung in eine Mantelfläche der ersten Ausnehmung mündet und sich die erste Ausnehmung in ihre beiden Längsrichtungen über einen Bereich der Einmündung hinaus erstreckt. Ein Arbeitsfluid, das durch die Drosselbohrung in die erste Ausnehmung gepresst wird zum Justieren eines Durchflusses durch die Drosselbohrung, strömt in einer vorgegebenen Längsrichtung der ersten Ausnehmung ab, die durch die Anordnung der ersten Ausnehmung und der Drosselbohrung zueinander vorgegeben ist.

Die Abströmrichtung entspricht der vorgegebenen Längsrichtung der ersten Ausnehmung. Ein Teil des Arbeitsfluids, das aus der Drosselbohrung austritt, kann sich in die der Abström richtung entgegen gesetzten Längsrichtung der ersten Ausnehmung ausbreiten. Der Vorteil ist, dass die Strömung des austretenden Arbeitsfluids dadurch gestört wird und das Arbeitsfluid großflächiger auf die Wandung der ersten Ausnehmung auftrifft. Der Staudruck des Arbeitsfluids bei dem Auftreffen auf die Wandung der ersten Ausnehmung ist dadurch verringert. Das Ausspülen des Körpers an der Wandung der ersten Ausnehmung wird so reduziert oder verhindert.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird die erste Ausnehmung so in den Körper eingebracht, dass diese angrenzend an die Einmündung der Drosselbohrung in die erste Ausnehmung und in der der Abströmrichtung entgegengesetzten Längsrichtung ein kuppelförmig ausgebildetes Ende aufweist. Dies hat den Vorteil, dass das Arbeitsfluid in dem kuppelförmigen Ende sanft umgelenkt und in die Abströmrichtung zurückgeführt wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert.
Es zeigen:
1 ein Längsschnitt einer Drosselvorrichtung,
2 eine Draufsicht auf die Drosselvorrichtung und
3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen der Drosselvorrichtung.
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Eine Drosselvorrichtung umfasst einen Körper 1, in dem eine erste Ausnehmung 2 mit einer ersten Längsachse 3 und eine Drosselbohrung 4 mit einer zweiten Längsachse 5 ausgebildet sind (1 und 2). Die erste Ausnehmung 2 ist beispielsweise als ein zylindrisches Sackloch ausgebildet, das ein kuppelförmiges Ende aufweist. Das kuppelförmige Ende der ersten Ausnehmung 2 ist kegelförmig ausgebildet, kann jedoch ebenso z.B. kugelförmig ausgebildet sein. Die erste Ausnehmung 2 kann auch anders ausgebildet sein, jedoch weist die erste Ausnehmung 2 vorzugsweise einen runden Querschnitt auf. Die Drosselbohrung 4 mündet vorzugsweise in eine Mantelfläche der ersten Ausnehmung 2 ein. Bevorzugt grenzt das kuppelförmige Ende der ersten Ausnehmung 2 an einen Bereich der Einmündung der Drosselbohrung 4 in die erste Ausnehmung 2 an.
In dem Körper 1 ist ferner eine zweite Ausnehmung 6 ausgebildet, in die die Drosselbohrung 4 mündet. Die Drosselbohrung 4 und die erste Ausnehmung 2 sind vorzugsweise so in dem Körper 1 zueinander angeordnet, dass die erste Längsachse 3 und die zweite Längsachse 5 windschief zueinander verlaufen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Drosselbohrung 4 derart in die erste Ausnehmung 2 einmündet, dass eine Wandung der Drosselbohrung in die Wandung der ersten Ausnehmung übergeht und eine Strömung eines Fluids von der Drosselbohrung 4 in die erste Ausnehmung 2 in einem Bereich der Einmündung der Drosselbohrung 4 in die erste Ausnehmung 2 tangential entlang der Wandung der ersten Ausnehmung 2 strömt (2). Die Drosselbohrung 4 und die erste Ausnehmung 2 sind ferner vorzugsweise so zueinander angeordnet, dass das Fluid schraubenförmig entlang der Wandung der ersten Ausnehmung 2 in eine vorgegebene Längsrichtung oder Abströmrichtung der ersten Ausnehmung 2 strömt.
Die erste Ausnehmung 2 und Drosselbohrung 4 sind vorzugsweise Teil einer Hochdruckzuführung eines Fluids, insbesondere einer Flüssigkeit, z.B. von Kraftstoff. Die Drosselvorrichtung ist beispielsweise Teil eines Hochdruck-Einspritzventils für eine Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug. Die erste Ausnehmung 2 weist beispielsweise einen Durchmesser von etwa eineinhalb bis zwei Millimetern auf. Die Drosselbohrung 4 weist beispielsweise einen Durchmesser von weniger als einen Millimeter auf. Die Durchmesser der ersten Ausnehmung 2 und der Drosselbohrung 4 können jedoch auch anders ausgebildet sein. Durch die während des Betriebs der Drosselvorrichtung gegebenenfalls an der Drosselbohrung 4 vorherrschenden hohen Drücke oder Druckunterschiede von z.B. mehr als 1000 Bar kann es in einem Bereich der Einmündung der Drosselbohrung 4 in die erste Ausnehmung 2 zu einer Dampfblasenbildung durch Kavitation kommen. Durch Rekompression der Dampfblasen kann Material des Körpers 1 an der Wandung der Ausnehmung 2 durch lokal vorherrschende hohen Druckunterschiede abgetragen werden, wenn die Dampfblasen mit der Wandung der ersten Ausnehmung 2 in Berührung kommen. Dadurch kann die Funktion der Drosselvorrichtung langfristig beeinträchtigt werden. Durch die Wirbelströmung, die durch das schraubenförmige Strömen des Fluids entlang der Wandung der ersten Ausnehmung 2 gebildet ist, werden die Dampfblasen jedoch vorzugsweise in einem zentralen Bereich dieser Wirbelströmung gehalten. Die Wandung der ersten Ausnehmung 2 ist so durch das Fluid, das entlang der Wandung der ersten Ausnehmung 2 strömt, von den Dampfblasen weitgehend abgeschirmt. Dadurch ist der Verschleiß der Drosselvorrichtung reduziert.
Das Herstellen der Drosselvorrichtung umfasst vorzugsweise das Justieren des Durchflusses durch die Drosselbohrung 4 z.B. durch hydroerosives Schleifen oder Verrunden mittels ei nes Arbeitsfluids. Das Arbeitsfluid umfasst z.B. ein Öl mit Schleifkörpern. Dadurch, dass die aus der Drosselbohrung 4 austretende Strömung des Arbeitsfluids großflächig auf die Wandung der ersten Ausnehmung 2 trifft und dort nur sanft in ihrer Strömungsrichtung geändert wird, tritt die Schleifwirkung an der Wandung der ersten Ausnehmung 2 und insbesondere auch entlang einer Kante 7 der ersten Ausnehmung 2 nur in sehr geringem Maße auf. Ein lokales Ausspülen des Körpers 1 an der Wandung der ersten Ausnehmung 2, das durch ein kleinflächiges Auftreffen des Arbeitsfluids auf die Wandung der ersten Ausnehmung 2 und durch den abrupten Wechsel der Strömungsrichtung an der Wandung der ersten Ausnehmung 2 entstehen kann, wird so reduziert oder verhindert.
Gegebenenfalls kann das Ausspülen des Körpers 1 an der Wandung der ersten Ausnehmung 2 und insbesondere entlang der Kante 7 nicht vollständig verhindert werden, z.B. wenn der Justiervorgang sehr lange dauert und entsprechend viel Arbeitsfluid durch die erste Ausnehmung 2 und entlang der Kante 7 strömt. Derartige Ausspülungen entlang der Kante 7, die abhängig von der Strömung in der ersten Ausnehmung 2 meist lokal begrenzt nur in einem Teilbereich der Kante 7 ausgebildet sind, können beispielsweise die Hochdruckdichtheit und Haltbarkeit der Drosselvorrichtung beeinträchtigen. Beispielsweise wird die Wanddicke der Wandung der ersten Ausnehmung 2 durch diese Ausspülungen so weit reduziert, dass diese dem hohen Druck in der ersten Ausnehmung 2 nicht dauerhaft standhalten kann. Durch geeignetes zueinander Anordnen der Drosselbohrung 4 und der ersten Ausnehmung 2 kann ein Austrittsort des Arbeitsfluids aus der ersten Ausnehmung 2 entlang der Kante 7 so vorgegeben werden, dass dadurch die Ausspülung in einem unkritischen Teilbereich der Kante 7 entsteht, z.B. in dem die Wanddicke auch nach dem Justieren noch genügend groß ist. Beispielsweise kann die Wirbelströmung abhängig von der Anordnung der Einmündung der Drosselbohrung 4 in die erste Ausnehmung 2 linksdrehend oder rechtsdrehend ausgebildet werden. Ferner kann abhängig von einem Eintrittswinkel der Drosselbohrung 4 in die erste Ausnehmung 2 eine Anzahl der Schraubenwindungen der Wirbelströmung vorgegeben und so der Austrittsort der Strömung beeinflusst werden.
In 3 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen der Drosselvorrichtung gezeigt. Das Verfahren beginnt in einem Schritt S1. In einem Schritt S2 werden die erste Ausnehmung 2 und die Drosselbohrung 4 und die gegebenenfalls vorgesehene zweite Ausnehmung 6 entsprechend der oben genannten Vorgaben in den Körper 1 eingebracht. In einem Schritt S3 wird das Arbeitsfluid zum Justieren des Durchflusses der Drosselbohrung 4 von der zweiten Ausnehmung 6 aus durch die Drosselbohrung 4 in die erste Ausnehmung 2 gepresst. Das Arbeitsfluid strömt nach dem Austreten aus der Einmündung der Drosselbohrung 4 in die erste Ausnehmung 2 abhängig von der Drosselbohrung 4 und der ersten Ausnehmung 2 zueinander gegebenenfalls schraubenförmig in der Abströmrichtung weiter durch die erste Ausnehmung 2. Das Verfahren endet in einem Schritt S4, wenn der gewünschte Durchfluss durch die Drosselbohrung 4 erreicht ist.

Claims

Drosselvorrichtung mit einem Körper (1), in dem eine erste Ausnehmung (2) mit einem runden Querschnitt und mit einer ersten Längsachse (3) und eine Drosselbohrung (4) mit einer zweiten Längsachse (5) so ausgebildet sind, dass die erste und die zweite Längsachse (3, 5) windschief zueinander verlaufen, und die Drosselbohrung (4) so in die erste Ausnehmung (2) mündet, dass eine aus der Drosselbohrung (4) in die erste Ausnehmung (2) austretende Strömung eines Fluids schraubenförmig entlang einer Wandung der ersten Ausnehmung (2) strömt.
Drosselvorrichtung nach Anspruch 1, bei der eine Wandung der Drosselbohrung (4) so in die Wandung der ersten Ausnehmung (2) übergeht, dass die aus der Drosselbohrung (4) in die erste Ausnehmung (2) austretende Strömung in einem Bereich der Einmündung der Drosselbohrung (4) in die erste Ausnehmung (2) tangential bezüglich der ersten Ausnehmung (2) strömt.
Drosselvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Drosselbohrung (4) in eine Mantelfläche der ersten Ausnehmung (2) mündet und sich die erste Ausnehmung (2) in ihre beiden Längsrichtungen über einen Bereich der Einmündung hinaus erstreckt.
Drosselvorrichtung nach Anspruch 3, bei der die erste Ausnehmung (2) angrenzend an die Einmündung der Drosselbohrung (4) in die erste Ausnehmung (2) ein kuppelförmig ausgebildetes Ende aufweist.
Verfahren zum Herstellen einer Drosselvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem – die erste Ausnehmung (2) mit ihrer ersten Längsachse (3) und die Drosselbohrung (4) mit ihrer zweiten Längsachse (5) so in den Körper (1) eingebracht werden, dass die erste Längsachse (3) und die zweite Längsachse (5) windschief zueinander verlaufen, und die Drosselbohrung (4) so in die erste Ausnehmung (2) mündet, dass die aus der Drosselbohrung (4) in die erste Ausnehmung (2) austretende Strömung eines Arbeitsfluids schraubenförmig entlang der Wandung der ersten Ausnehmung (2) strömt, und – das Arbeitsfluid durch die Drosselbohrung (4) in die erste Ausnehmung (2) gepresst wird zum Justieren eines Durchflusses durch die Drosselbohrung (4).
Verfahren zum Herstellen einer Drosselvorrichtung, bei dem eine erste Ausnehmung (2) mit einer ersten Längsachse (3) und eine Drosselbohrung (4) mit einer zweiten Längsachse (5) so in einen Körper (1) eingebracht werden, dass die Drosselbohrung (4) in eine Mantelfläche der ersten Ausnehmung (2) mündet und sich die erste Ausnehmung (2) in ihre beiden Längsrichtungen über einen Bereich der Einmündung hinaus erstreckt und ein Arbeitsfluid, das durch die Drosselbohrung (4) in die erste Ausnehmung (2) gepresst wird zum Justieren eines Durchflusses durch die Drosselbohrung (4), in einer vorgegebenen Längsrichtung der ersten Ausnehmung (2) abströmt, die durch die Anordnung der ersten Ausnehmung (2) und der Drosselbohrung (4) zueinander vorgegeben ist.
Verfahren nach Anspruch 6, bei der die erste Ausnehmung (2) so in den Körper (1) eingebracht wird, dass diese angrenzend an die Einmündung der Drosselbohrung (4) in die erste Ausnehmung (2) und in der der Abströmrichtung entgegen gesetzten Längsrichtung ein kuppelförmig ausgebildetes Ende aufweist.