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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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Die
DE 198 08 807 C2 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Hochdruck-Kraftstoff-Verteilungsleitung, wobei wenigstens eine Verzweigungsbohrung in einem Umfangswandteil eines Haupt-Rohrverteilers gebildet ist, um mit einer Durchführungsbohrung in Verbindung zu stehen, die innerhalb des Haupt-Rohrverteilers in axialer Richtung gebildet ist, bei der ein sich kegelförmig nach oben öffnender Druckaufnahme-Sitz um die Verzweigungsbohrung gebildet ist, um ein Verzweigungsrohr anzuschließen, das eine Bohrung besitzt, die mit einer Durchführungsbohrung in Verbindung steht und das mit einem Verbindungs-Kopfteil am Ende des Verzweigungsrohres in Presssitz auf dem Druckaufnahme-Sitz sitzt und bei der eine Befestigungsmutter in ein Gewinde eines ringförmigen Verbindungs-Metallnippels eingeschraubt ist, der die äußere Umfangsoberfläche des Haupt-Rohrverteilers umgibt, um mit einem Absatz den Verbindungs-Kopfteil gegen den Druckaufnahme-Sitz zu pressen. Eine Kompressions-Restbeanspruchung liegt an einem Teil nahe eines Endes der Verzweigungsbohrung vor, wobei das Ende zu der Durchführungsbohrung des Haupt-Rohrverteilers geöffnet ist.
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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, einseitiges Einführen eines Basiswerkzeugs mit einem Umformwerkzeug in einen der Fluidkanäle des Körpers mindestens bis zu dem Verschneidungsbereich, Ausfahren des Umformwerkzeugs aus dem Basiswerkzeug, Ausüben von Druck durch das Umformwerkzeug auf die Verschneidungskanten derart, dass die Verschneidungskanten verformt werden, Einfahren des Umformwerkzeugs in das Basiswerkzeug, 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 Kanalanordnung 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. Des weiterem hat dies 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 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 Umformwerkzeug 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 Kerbwinkung 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.
