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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausbilden einer Hochdruckkanalanordnung in einem Körper.
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Aus der
WO 2004/004973 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 eines Verteilers, aufweisend wenigstens eine Verzweigungsbohrung in einem axialen Umfangswandteil eines Haupt- Rohrverteilers mit einer Durchführungsbohrung in einem inneren Teil in einer Richtung eines axialen Kernes, eine Druckaufnahme-Sitzoberfläche in Verbindung mit einem Verzweigungsrohr und einer Verbindungsbohrung, die mit der Durchführungsbohrung in einem Umfangs-Oberflächenteil der Verzweigungsbohrung in Verbindung steht und zu einem äußeren Teil offen ist, wodurch ein Presssitz- Oberflächenteil, der durch einen Verbindungs-Kopfteil in einem Endteil des Verzweigungsrohres gebildet wird, in Kontakt und in Eingriff damit gebracht wird, und einen Verbindungs-Metallnippel, der einen äußeren Umfangsteil des Haupt-Rohrverteilers umgibt, und eine Mutter, die zuvor auf dem Ende des Verzweigungsrohres angeordnet wurde und mit diesem in Eingriff steht, so dass sie unter einen Kragenteil des Verbindungs-Kopfteiles gepresst wird, wodurch sie angezogen und verbunden wird. Eine Presskraft wird an dem Haupt-Rohrverteiler in der Nähe der Verzweigungsbohrung an einem äußeren Teil in einer diametralen Richtung durch ein externes Pressverfahren angelegt. Dadurch wird eine Kompressions-Restbeanspruchung an einem Teil nahe des offenen Endteiles der Durchführungsbohrung des Haupt-Rohrverteilers in der Verzweigungsbohrung erzeugt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, mit einfachen Mitteln eine hochdruckfeste Kanalanordnung in einem Körper zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren nach Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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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, der einen ersten Fluidkanal mit einer ersten Kanaleintrittsöffnung und einer zweiten Kanaleintrittsöffnung, und einen zweiten Fluidkanal aufweist, wobei der erste Fluidkanal und der zweite Fluidkanal einen gemeinsamen Verschneidungsbereich mit Verschneidungskanten aufweist, wobei der Verschneidungsbereich hydraulisch zwischen der ersten Kanaleintrittsöffnung und der zweiten Kanaleintrittsöffnung angeordnet ist, Einbringen eines Formkörpers in den ersten Fluidkanal des Körpers, wobei der Formkörper ausgebildet ist zum Passieren des ersten Fluidkanals und zum hydraulischen Blockieren des zweiten Fluidkanals, Einbringen eines Fluids in den ersten Fluidkanal, Aufbringen eines ersten Drucks auf das Fluid über die erste Kanaleintrittsöffnung und eines zweiten Drucks auf das Fluid über die zweite Kanaleintrittsöffnung derart, dass der Formkörper in den Verschneidungsbereich gelangt und der Formkörper die Verschneidungskanten verformt, und Herausnehmen des Formkörpers aus dem Körper. Das Aufbringen des Drucks auf das Fluid über die erste Kanaleintrittsöffnung und die zweite Kanaleintrittsöffnung erfolgt mehrmals mit zeitlichen Unterbrechungen.
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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.
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Des Weiteren kann insbesondere eine hohe Oberflächengüte und Oberflächenhärte der durch den Formkörper 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 Formkörpers.
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Durch das Aufbringen des Drucks auf das Fluid über die erste Kanaleintrittsöffnung und die zweite Kanaleintrittsöffnung mehrmals mit zeitlichen Unterbrechungen kann der Formkörper mehrfach mit den Verschneidungskanten in Kontakt gelangen. Dadurch sind eine besonders hohe Verdichtung der Verschneidungskanten und besonders große Krümmungsradien der Verschneidungskurven an den Verschneidungskanten möglich.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist der erste Druck gleich dem zweiten Druck. Dies hat zum einen den Vorteil, dass eine besonders einfache Realisierung einer Anordnung zur Beaufschlagung des Fluids in den Fluidkanälen mit Druck möglich ist. Insbesondere kann der gewünschte Fluiddruck mittels eines einzigen Fluidförderaggregats hergestellt werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens weist der Formkörper eine Ellipsoidform auf. Damit ist eine räumlich gleichmäßige Druckbeaufschlagung der Verschneidungskanten möglich. Insbesondere ist eine gleichmäßige Bearbeitung der Verschneidungskanten bei zueinander nicht senkrechter Anordnung von Fluidkanälen, die einen kreisförmigen Querschnitt haben, möglich.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens weist der Formkörper eine Kugelform auf. Damit ist eine besonders sichere räumlich gleichmäßige Druckbeaufschlagung der Verschneidungskanten möglich. Insbesondere ist eine gute Bearbeitung der Verschneidungskanten bei zueinander senkrechter Anordnung von Fluidkanälen, die einen kreisförmigen Querschnitt haben, möglich. Zum anderen ist eine einfache mechanische Gestaltung des Formkörpers ermöglicht.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer Hochdruckkanalanordnung in einem Längsschnitt,
- 2 eine weitere schematische Ansicht der Hochdruckkanalanordnung in einem Querschnitt entlang der Linie II-II' der 1, und
- 3 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Hochdruckkanalanordnung in einem Längsschnitt.
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Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figuren-übergreifend 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, der bevorzugt aus einem Gusswerkstoff oder aus einem Stahl gebildet ist. In dem Körper 12 ist ein erster Fluidkanal 14 angeordnet, der sich in einer ersten Axialrichtung A1 erstreckt. Der erste Fluidkanal 14 hat eine erste Kanaleintrittsöffnung 20 und eine zweite Kanaleintrittsöffnung 22. 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. Der zweite Fluidkanal 16 hat eine weitere Kanaleintrittsöffnung 24.
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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. Der Verschneidungsbereich A ist hydraulisch zwischen der ersten Kanaleintrittsöffnung 20 und der zweiten Kanaleintrittsöffnung 22 des ersten Fluidkanals 14 angeordnet.
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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.
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In der in 1 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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In der 3 ist eine weitere Ausführungsform der Hochdruckkanalanordnung 10 mit einer Pumpe 26 und hydraulischen Leitungen 28 gezeigt. Die Pumpe 26 ist über die hydraulischen Leitungen 28 derart mit der ersten Kanaleintrittsöffnung 20 und der zweiten Kanaleintrittsöffnung 22 des ersten Fluidkanals 14 hydraulisch gekoppelt, dass ein Fluidfluss von der Pumpe 26 zu der ersten Kanaleintrittsöffnung 20 und der zweiten Kanaleintrittsöffnung 22 des ersten Fluidkanals 14 erfolgen kann. Die zweite Axialrichtung A2 des zweiten Fluidkanals 16 ist um einen Neigungswinkel α kleiner 90° zu der ersten Axialrichtung A1 des ersten Fluidkanals 14 geneigt.
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Die Figuren zeigen die Hochdruckkanalanordnung 10 mit einem in dem ersten Fluidkanal 14 befindlichen Formkörper 30. In der in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsform der Hochdruckkanalanordnung 10 ist der Formkörper 30 als Kugel ausgebildet. In der in 3 gezeigten Ausführungsform der Hochdruckkanalanordnung 10 ist der Formkörper 30 als Ellipsoid ausgebildet. Der Formkörper 30 ist soweit in den ersten Fluidkanal 14 eingeführt, dass er in dem gemeinsamen Verschneidungsbereich A des ersten Fluidkanals 14 und des zweiten Fluidkanals 16 zwischen der ersten Kanaleintrittsöffnung 20 und der zweiten Kanaleintrittsöffnung 22 liegt.
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Im Folgenden soll das Verfahren zum Ausbilden der Hochdruckkanalanordnung 10 in dem Körper 12 im Detail beschrieben werden:
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Zuerst wird der Körper 12 mit dem ersten Fluidkanal 14 und dem zweiten Fluidkanal 16 bereitgestellt. Dann wird der Formkörper in den ersten Fluidkanal 14 des Körpers 12 eingebracht.
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Nun wird Fluid in den ersten Fluidkanal 14 gefördert, wobei über die erste Kanaleintrittsöffnung 20 ein erster Druck p1 und über die zweite Kanaleintrittsöffnung 22 ein zweiter Druck p2 auf das Fluid aufgebracht werden. Der erste Druck p1 und der zweite Druck p2 können voneinander verschieden sein. Der erste Druck p1 und der zweite Druck p2 können auch gleich sein, wie dies in 3 gezeigt ist. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass Fluid mittels der gemeinsamen Pumpe 26 über die hydraulischen Leitungen 28 sowohl zu der ersten Kanaleintrittsöffnung 20 als auch zu der zweiten Kanaleintrittsöffnung 22 gefördert wird. Das Fluid gelangt dann von dem ersten Fluidkanal 14 in den zweiten Fluidkanal 16 und kann an der weiteren Kanaleintrittsöffnung 24 aus dem Körper 12 austreten.
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Durch das Fördern des Fluids in den ersten Fluidkanal 14 und den zweiten Fluidkanal 16 gelangt der Formkörper 30 in den Verschneidungsbereich A und kann nun unter Druckbeaufschlagung die Verschneidungskanten 18 verformen. Durch ein pulsierendes Aufbringen des Drucks auf das Fluid kann sich der Formkörper 30 zwischenzeitlich von den Verschneidungskanten 18 lösen und anschließend wieder erneut mit den Verschneidungskanten 18 in Kontakt gelangen. Bei jedem Kontakt des Formkörpers 30 mit den Verschneidungskanten 18 können die Verschneidungskanten 18 weiter verformt werden. Die Verschneidungskanten 18 können auf diese Weise immer mehr verdichtet werden. Abschließend wird der Formkörper 30 wieder 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 Formkörper 30 auf die Verschneidungskanten 18 ausgeübte Druck der wesentliche Prozessparameter ist, der während des Verfahrens überwacht werden muss.
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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 Formkörpers 30 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.
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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.
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Zusätzlich 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 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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Die Hochdruckkanalanordnung 10 kann vorzugsweise auch in einem Kraftstoffhochdruckspeicher für ein Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen angeordnet sein. 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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Bezugszeichenliste
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- 10
- Hochdruckkanalanordnung
- 12
- Körper
- 14
- erster Fluidkanal
- 16
- zweiter Fluidkanal
- 18
- Verschneidungskante
- 20
- erste Kanaleintrittsöffnung
- 22
- zweite Kanaleintrittsöffnung
- 24
- weitere Kanaleintrittsöffnung
- 26
- Pumpe
- 28
- Hydraulische Leitung
- 30
- Formkörper
- α
- Neigungswinkel
- A1
- erste Axialrichtung
- A2
- zweite Axialrichtung
- A
- Verschneidungsbereich
- P1, p2
- erster, zweiter Druck
