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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausbilden einer Hochdruckkanalanordnung
in einem Körper.
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Aus
der
WO2004/004973
A1 ist ein Verfahren zum hydroerosiven Verrunden einer
Kante eines hochdruckfesten Bauteils bekannt, insbesondere einer
Kante einer Verschneidungskurve eines ersten Fluidkanals mit einem
zweiten Fluidkanal, wobei der erste und der zweite Fluidkanal in
einem Körper des hochdruckfesten Bauteils angeordnet sind.
Eine mit Schleifkörpern versetzte Flüssigkeit
wird entlang der zu verrundenden Kante geleitet, wobei die eingesetzte
Flüssigkeit eine hochviskose Flüssigkeit ist.
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Die
DE 199 11 381 A1 offenbart
ein Verfahren zum chemischen Entgraten von Werkstücken
aus Stahl, insbesondere zur Feinentgratung und/oder Glättung
von Flächen und Kanten. Hierzu kommt ein chemisches und
ohne Zufuhr von elektrischer Energie wirksames wässriges
Wirkmedium im Tauchverfahren zur Anwendung. Das Verfahren umfasst Schritte
zur Vorbehandlung, zum Entgraten, Polieren und zur Nachbehandlung,
und ist geeignet, beispielsweise Bauteile mit Kreuzbohrungen zu
entgraten.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, mit einfachen Mitteln eine hochdruckfeste
Kanalanordnung in einem Körper zu schaffen.
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Die
Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren zum Ausbilden einer
Hochdruckkanalanordnung in einem Körper, mit den Schritten
Bereitstellen des Körpers mit einem ersten Fluidkanal,
und einem zweiten Fluidkanal, wobei der erste Fluidkanal und der
zweite Fluidkanal einen gemeinsamen Verschneidungsbereich mit Verschneidungskanten
aufweist, Einführen eines Basiswerkzeugs mit einem Umformwerkzeug
in einen der Fluidkanäle des Körpers mindestens
bis zu dem Verschneidungsbereich, Ausüben von Druck durch
das Umformwerkzeug auf die Verschneidungskanten derart, dass die
Verschneidungskanten verformt werden, und Herausnehmen des Basiswerkzeugs
aus dem Körper.
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Bei
hochdruckbeanspruchten Kanalanordnungen, bei denen insbesondere
einer der Fluidkanäle einen kleineren Querschnitt hat als
der andere Fluidkanal und die beiden Fluidkanäle einen
gemeinsamen Verschneidungsbereich haben, erfährt der Fluidkanal
mit dem größeren Querschnitt bei konstantem Druck
eine stärkere Kraftbeaufschlagung als der zweite Fluidkanal
mit dem kleineren Querschnitt. Damit erfährt ein Verschneidungsbereich
zwischen dem ersten Fluidkanal und dem zweiten Fluidkanal teilweise
hohe Zug- und Druckspannungen.
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Das
Verfahren hat den Vorteil, dass ein Verfahren zum Entgraten entfallen
kann. Das Verfahren hat weiter den Vorteil, dass große
Krümmungsradien der Verschneidungskurven an den Verschneidungskanten
zwischen erstem und zweitem Fluidkanal erreicht werden können.
Dies ermöglicht, dass eine geringe Kerbwirkung an den Verschneidungskanten auftreten
kann. Sind die Krümmungsradien der Verschneidungskurven
an den Verschneidungskanten zwischen erstem und zweitem Fluidkanal
groß, so bewirken die Zugspannungen eine geringe Kerbwirkung
im Verschneidungsbereich zwischen dem ersten Fluidkanal und dem
zweiten Fluidkanal, das heißt an den Kerben im Verschneidungsbereich
entstehen nur geringe lokale Spannungsspitzen. Infolgedessen kann
eine hohe Druckschwellfestigkeit, das heißt eine hohe Festigkeit
gegenüber häufigen Druckschwankungen, erreicht
werden. Damit ist eine Beaufschlagung der Ka nalanordnung mit sehr
hohen Drücken erreichbar. Des weiteren kann insbesondere eine
hohe Oberflächengüte und Oberflächenhärte der
durch das Umformwerkzeug verformten Bereiche der Verschneidungskanten
erreicht werden, was ebenfalls zu einer hohen Druckschwellfestigkeit
beiträgt. Außerdem wird durch das verfahrensbedingte Einbringen
von Druckeigenspannungen eine hohe Druckpulsfestigkeit erreicht.
Aus diesem Grund kann auch auf eine Autofrettage der Kanalanordnung
zur Erreichung einer hohen Druckfestigkeit verzichtet werden. Des
weiteren ist eine hohe Prozesssicherheit des Verfahrens ermöglicht,
da der auf die Verschneidungskanten auszuübende Druck der
relevante Parameter des Verfahrens ist. Außerdem sind keine
besonderen Reinigungsschritte nach einem vorangehenden Bohren der
Fluidkanäle vor Ausführen des Verfahrens erforderlich.
Das Verfahren ermöglicht weiter eine Realisierung verschiedener
Geometrien im Verschneidungsbereich in Abhängigkeit von der
Ausbildung des Umformwerkzeugs.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt
nach dem Einführen des Basiswerkzeugs in einen der Fluidkanäle
und vor dem Ausüben von Druck von dem Umformwerkzeug auf
die Verschneidungskanten ein Ausfahren des Umformwerkzeugs aus dem
Basiswerkzeug, und nach dem Ausüben von Druck von dem Umformwerkzeug
auf die Verschneidungskanten und vor dem Herausnehmen des Basiswerkzeugs
aus dem Körper erfolgt ein Einfahren des Umformwerkzeugs
in das Basiswerkzeug. Dies hat zum einen den Vorteil, dass eine
gezielte Auswahl des mit Druck zu beaufschlagenden Bereichs der
Verschneidungskanten möglich ist. Zum anderen ist eine
einfache mechanische Gestaltung von Basiswerkzeug und Umformwerkzeug
ermöglicht.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
wird das Aus- und Einfahren des Umformwerkzeugs aus dem und in das
Basiswerkzeug und/oder das Ausüben von Druck von dem Umformwerkzeug
auf die Verschneidungskanten hydraulisch durchgeführt.
Damit besteht eine einfache Möglichkeit der Handhabung
des Umformwerkzeugs und des Ausübens des Drucks auf die
Verschneidungskanten.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht einer Hochdruckkanalanordnung in einem Querschnitt
entlang der Linie I-I' der 2, und
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2 eine
weitere schematische Ansicht der Hochdruckkanalanordnung in einem
Längsschnitt.
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Elemente
gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend
mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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In
den Figuren ist eine Hochdruckkanalanordnung 10 gezeigt.
Die Hochdruckkanalanordnung 10 ist in einem Körper 12 ausgebildet,
in dem ein erster Fluidkanal 14 angeordnet ist, der sich
in einer ersten Axialrichtung A1 erstreckt. Des Weiteren hat der Körper 12 einen
zweiten Fluidkanal 16, der sich in einer zweiten Axialrichtung
A2 erstreckt und einen kleineren Querschnitt aufweist als der erste
Fluidkanal 14.
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Der
zweite Fluidkanal 16 mündet in den ersten Fluidkanal 14,
wodurch ein Verschneidungsbereich A und insbesondere eine Verschneidungskante 18 ausgebildet
ist.
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Die
zweite Axialrichtung A2 des zweiten Fluidkanals 16 ist
um einen Neigungswinkel α, der maximal 90° ist,
gegenüber der ersten Axialrichtung A1 des ersten Fluidkanals 14 geneigt.
In der hier dargestellten Ausführungsform der Hochdruckkanalanordnung 10,
ist die zweite Axialrichtung A2 des zweiten Fluidkanals 16 senkrecht
zu der ersten Axialrichtung A1 des ersten Fluidkanals 14 ausgebildet.
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Die
Figuren zeigen die Hochdruckkanalanordnung 10 mit einem
in den ersten Fluidkanal 14 eingeführten Basiswerkzeug 20.
Das Basiswerkzeug 20 ist soweit in den ersten Fluidkanal 14 eingeführt, dass
ein Umformwerkzeug 22, das Teil des Basiswerkzeug 20 ist,
in dem Verschneidungsbereich A zwischen dem ersten Fluidkanal 14 und
dem zweiten Fluidkanal 16 liegt.
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Im
folgenden soll das Verfahren zum Ausbilden der Hochdruckkanalanordnung 10 in
dem Körper 12 im Detail beschrieben werden:
Zuerst
wird der Körper 12 mit dem ersten Fluidkanal 14 und
dem zweiten Fluidkanal 16 bereitgestellt. Dann wird das
Basiswerkzeug 20 mit dem Umformwerkzeug 22 in
den ersten Fluidkanal 14 des Körpers 12 bis
zu dem Verschneidungsbereich A eingeführt. Bei entsprechender
Ausgestaltung des Basiswerkzeugs 20 kann das Basiswerkzeug 20 alternativ
auch in den zweiten Fluidkanal 16 des Körpers 12 eingeführt
werden. Das vorzugsweise als Noppen ausgebildete Umformwerkzeug 22 wird
nun aus dem Basiswerkzeug 20 ausgefahren und so durch das
Umformwerkzeug 22 Druck auf die Verschneidungskanten 18 ausgeübt,
wobei die Verschneidungskanten 18 verformt werden. Das
Umformwerkzeug 22 kann hierzu in vielen Formen gestaltet
sein, so dass in einfacher Weise die Ausbildung einer gewünschten
Geometrie der Verschneidungskanten 18 erzielt werden kann. Das
Verformen der Verschneidungskanten 18 geschieht vorzugsweise
hydraulisch, jedoch kann das Umformwerkzeug 22 alternativ
auch rein mechanisch betätigt werden. Das Umform werkzeug 22 wird
anschließend – ebenfalls bevorzugt hydraulisch – in
das Basiswerkzeug 20 eingefahren und das Basiswerkzeug 20 aus
dem Körper 12 herausgenommen.
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Das
Verfahren zum Ausbilden der Hochdruckkanalanordnung 10 in
dem Körper 12 hat den Vorteil, dass ein Verfahren
zum Entgraten entfallen kann. Das Verfahren ermöglicht
weiter eine hohe Prozesssicherheit, da der von dem Umformwerkzeug 22 auf
die Verschneidungskanten 18 ausgeübte Druck der
wesentliche Prozessparameter ist, der während des Verfahrens überwacht
werden muss. Darüber hinaus muss das Basiswerkzeug 20 mit
dem Umformwerkzeug 22 nach Durchführung des Verfahrens
nur oberflächlich auf Verschmutzungen oder Beschädigungen
geprüft werden.
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Des
weiteren muss Bohrwasser, das nach dem Herstellen der Fluidkanäle 14, 16 in
diesen verblieben sein kann, vor Durchführung des Verfahrens zum
Ausbilden der Hochdruckkanalanordnung 10 in dem Körper 12 nicht
unbedingt aus den Fluidkanälen 14, 16 entfernt
werden. Das Verfahren zum Ausbilden der Hochdruckkanalanordnung 10 in
dem Körper 12 ermöglicht hingegen bei
der Durchführung des Verfahrens die Nutzung des Bohrwassers
als Schmiermittel, etwa beim Einbringen des Basiswerkzeug 20 in
den ersten Fluidkanal 14 des Körpers 12.
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Wird
die Hochdruckkanalanordnung 10, insbesondere der erste
Fluidkanal 14 und der zweite Fluidkanal 16 nach
Durchführung des Verfahrens zum Ausbilden der Hochdruckkanalanordnung 10 in dem
Körper 12 mit Hochdruck beaufschlagt, so sind die
Innenwände des ersten Fluidkanals 14 und des zweiten
Fluidkanals 16 unterschiedlichen Kräften ausgesetzt.
Da der zweite Fluidkanal einen kleineren Querschnitt aufweist als
der erste Fluidkanal 14, ist die auf die Innenwand des
ersten Fluidkanals 14 einwirkende Kraft größer
als die auf die Innenwand des zweiten Fluidkanals 16 einwirkende
Kraft. Im Verschneidungsbereich A treten damit Zugspannungen auf.
Durch die mittels des Verfahrens zum Ausbilden der Hochdruckkanalanordnung 10 in
dem Körper 12 ermöglichte Ausbildung
der Verschneidungskante 18 zwischen dem ersten Fluidkanal 14 und
dem zweiten Fluidkanal 16 mit einem großen Krümmungsradius ist
die Kerbwirkung an der Verschneidungskante 18 des Körpers 12 gering.
Des Weiteren wird durch die aus dem Verfahren resultierende plastische
Verformung der Verschneidungskante 18 eine gute Oberflächengüte
und eine hohe Oberflächenhärte erreicht. Sowohl
die geringe Krümmung der Verschneidungskante 18 als
auch die gute Oberflächengüte und die hohe Oberflächenhärte
machen es möglich, eine hohe Druckschwellfestigkeit der
Hochdruckkanalanordnung 10 auch bei hohen Drücken
zu erreichen. Des weiteren wird durch das verfahrensbedingte Einbringen
von Druckeigenspannungen eine hohe Druckpulsfestigkeit erreicht,
so dass auch auf eine zusätzliche Autofrettage der Hochdruckkanalanordnung 10,
das heißt das kurzzeitige Einwirken eines sehr hohen Drucks
zur Veränderung der Innenoberflächen der Fluidkanäle 14, 16 zum
Erreichen einer hohen Druckfestigkeit, verzichtet werden kann.
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Die
Hochdruckkanalanordnung 10 ist vorzugsweise in einem Kraftstoffhochdruckspeicher
für ein Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen
von Kraftfahrzeugen angeordnet. Dabei bildet der erste Fluidkanal 14 vorzugsweise
einen Speicherraum des Kraftstoffhochdruckspeichers aus, während
der zweite Fluidkanal 16 vorzugsweise eine Verbindungsbohrung
zu einer Einspritzdüse beziehungsweise zu einer Kraftstoffpumpe
bildet. Durch die Ausbildung der dargestellten Hochdruckkanalanordnung 10 in
einem Kraftstoffhochdruckspeicher eines Kraftstoffeinspritzsystems
kann eine geringe Kerbwirkung an der Verschneidungskante 18 und
damit eine gute Hochdruckfestigkeit des Kraftstoffhochdruckspeichers
erreicht werden.
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Alternativ
ist die Hochdruckkanalanordnung 10 vorzugsweise in einem
Injektor eines Kraftstoffeinspritzsystems für ein Kraftfahrzeug
ausgebildet. Der Körper 12 bildet in diesem Fall
vorzugsweise einen Injektorkörper aus. Der erste Fluidkanal 14 dient in
diesem Fall der Kraftstoffleitung und nimmt vorzugsweise eine Ventilnadel
auf, mit der eine Kraftstoffdosierung ermöglicht ist. Der
zweite Fluidkanal 16 bildet vorzugsweise eine Kraftstoffzulaufleitung
in den Ventilraum, die wiederum vorzugsweise zu einem Druckanschluss
führt, durch den der Injektor mit Kraftstoff aus einem
Hochdruckspeicher versorgt werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19911381 A1 [0003]