DE102009057176A1

DE102009057176A1 - Verfahren zur Autofrettage eines Bauteils

Info

Publication number: DE102009057176A1
Application number: DE102009057176A
Authority: DE
Inventors: André Janke
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2009-12-05
Filing date: 2009-12-05
Publication date: 2011-06-09

Abstract

Verfahren zur Autofrettage eines Bauteils (1), insbesondere einer Verteilerleiste für Einspritzsysteme, mit einer Wandung (2) und einem durch die Wandung (2) umschlossenen Hohlraum (3), wobei ein gefährdeter Bereich (4) des Bauteils (1), der zwar dem für das Bauteil (1) bestimmten Betriebsdruck, nicht jedoch dem Druck während des Autofrettagevorgangs standhalten würde, für den Autofrettagevorgang mit einem Verstärkungselement (5) ausgestattet wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Autofrettage eines Bauteils gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Verteilerleisten CR (sog. Rails) sind im Betrieb einem hohen pulsierenden Druck (z. Zt. bis ca. 1800 bar) ausgesetzt. Dies stellt hohe Anforderungen an die Dauerfestigkeit des Rails. Zur Erhöhung der Dauerfestigkeit werden die Rails autofrettiert. Beim Autofrettieren wird das Rail innen (Hochdruckbereich) für ca. 5 s einem Druck von ca. 7000 bar ausgesetzt. Dadurch werden im Railwerkstoff Druckeigenspannungen erzeugt, die den aus dem Betriebsdruck resultierenden Zugspannungen entgegenwirken.
Damit das Rail diesen einmaligen Autofrettagedruck ohne Verformung übersteht, muss es ausreichende Railwandstärke aufweisen. Für den späteren Betriebsdruck ist die Wandstärke jedoch deutlich überdimensioniert. Durch diese Überdimensionierung steigen das Railgewicht und die Railrohteilkosten (Schmiedeteil).
Die Verschärfung der Abgasvorschriften (EU6, EU7...) erfordert mittelfristig eine Erhöhung des Einspritzdrucks bei Dieselmotoren von z. Zt. ca. 1800 bar auf ca. 2200 bar und mehr. Durch den steigenden Einspritzdruck wird das Rail höher beansprucht und muss deshalb entsprechend mit höherem Druck autofrettiert werden (bis ca. 10000 bar). Dadurch wird das Rail immer dickwandiger und somit schwerer und teuerer.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene verbesserte Autofrettageverfahren bekannt geworden.
So wird beispielsweise in der DE 100 00 796 B4 bzw. der DE 200 23 235 U1 vorgeschlagen die Rohrleitung während des Autofrettagevorgangs in einem Einspannsystem mit einem oder mehreren Haltemitteln ortsfest zu fixieren. Durch diese „Zwangsjacke” soll erreicht werden, dass ein mit Krümmungen oder Biegungen gestalteter Rohrleistungsverlauf während des Autofrettage-Prozesses möglichst präzise beibehalten wird. Mittelbar wird hierdurch ebenfalls eine Materialersparnis erzielt, da beispielsweise kurze Rohrleitungen in ihrer spezifischen Umgebung nicht mehr mit großer Vorspannung oder durch „Vorhaltung” der Verlaufsgeometrie eingebaut werden müssen.
In der DE 102 60 856 A1 wird beispielsweise vorgeschlagen, dass ein Bauteil in seinem Hohlraum während einer Druckbeaufschlagungsphase mit einem derartigen Druck beaufschlagt wird, dass das Bauteil wenigstens abschnittsweise zur Erzeugung von Druckeigenspannungen im Bauteil teilplastisch verformt wird und das dass Bauteil während einer Temperaturbehandlungsphase auf eine Bauteiltemperatur höher als eine Raumtemperatur erwärmt wird. Durch die thermische Behandlung soll eine erheblich verbesserte Widerstandsfähigkeit bzw. Schwingfestigkeit gegenüber hohen Betriebsdrücken und aufgrund von großen Druckschwankungen erreicht werden. Mittelbar ist auch hierdurch eine Materialeinsparung vorstellbar, da die Wandungen entsprechend dünner ausgeführt werden können.
Das Verfahren gemäß DE 102 60 856 A1 ist jedoch aufwendig und entsprechend kostenintensiv. Der Prozess dürfte schwer beherrschbar und sehr materialabhängig sein. Die in der DE 100 00 796 B4 bzw. der DE 200 23 235 U1 vorgeschlagenen Maßnahmen sind für eine im Wesentlichen gerade Verteilerleiste nutzlos, da eine derartige Verteilerleiste keine Krümmungen oder Biegungen aufweist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung lag darin, ein Verfahren zur Autofrettage eines metallischen Bauteils, insbesondere einer Verteilerleiste für Einspritzsysteme, vorzuschlagen, welches eine Ausgestaltung der Bauteilwanddicke anhand des zu erwartenden Betriebsdrucks ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird hierzu vorgeschlagen, dass ein gefährdeter Bereich mit einem Verstärkungselement ausgestattet wird. Hierdurch kann die Wandung des Bauteils, ungeachtet des Autofrettagedrucks, nur für den Betriebsdruck ausgelegt werden (z. B. für 1800 statt für 7000 bar), wenn das Bauteil nur für den Autofrettagevorgang in den gefährdeten Bereichen von außen eingespannt (z. B. mit Spannringen, Spannbacken, Spannformen etc.) und somit verstärkt wird. Das Gewicht des Bauteils kann entsprechend verringert werden. Mit der Senkung des Bauteilgewichts geht auch eine Kostensenkung einher, da für das Bauteil weniger Material gebraucht wird.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Merkmalen der Unteransprüche.
Vorteilhafterweise ist beispielsweise vorgesehen, dass es sich bei dem Verstärkungselement um einen Spannring oder eine Spannbuchse handelt. Die vorgenannten Elemente eignen sich in besonders vorteilhafter Weise zur Verstärkung der gefährdeten Bereiche, insbesondere das durch die kreisrunde Form eine möglichst homogene Kraftaufnahme zu erwarten ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass der Spannring oder die Spannbuchse zwei hohlzylinderförmige Halbschalen aufweist. Insofern ist die leichte Handhabbarkeit des Verstärkungselements gewährleistet. Die beiden Halbschalen können auf einfache Art und Weise um die gefährdeten Bereiche angeordnet und nach der Autofrettage wieder abgenommen werden.
Zur weiteren Erleichterung der Handhabung und Beschleunigung des Verfahrens kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass die Halbschalen mit einem Verbindungsmittel, beispielsweise einem Schnellverschluss oder einer Schraubverbindung, verbindbar sind.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass eine Anzahl von Verstärkungselementen für den Autofrettagevorgang an dem Bauteil angebracht werden. Insofern können die gefährdeten Bereiche sehr differenziert, beispielsweise auch mit unterschiedlichen Verstärkungselementen, insbesondere hinsichtlich Abmessung, Form und Belastbarkeit, ausgestattet werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Darin zeigen
1 ein Bauteil, insbesondere eine Verteilerleiste Common Rail, welches für das erfindungsgemäße Verfahren in Frage kommt;
2 ein Querschnitt des Bauteils gemäß 1;
3 ein Bauteil mit einem Verstärkungselement, insbesondere einem Spannring, für den Autofrettagevorgang;
4 ein Bauteil mit einem Verstärkungselement, insbesondere einer Spannbuchse, für den Autofrettagevorgang;
5 zwei Halbschalen eines Spannrings bzw. einer Spannbuchse;
6 ein Bauteil, insbesondere eine Verteilerleiste Common Rail, welches für das erfindungsgemäße Verfahren in Frage kommt.
Bezugszeichenliste

1: Bauteil (Verteilerleiste)
2: Wandung
3: Hohlraum
4: gefährdeter Bereich
5: Verstärkungselement (Spannring/Spannbuchse)
6: Halbschalen

Zunächst wird auf 1 Bezug genommen.
Ein Bauteil 1, insbesondere wie in 1 dargestellt eine Verteilerleiste für ein Einspritzsystem, umfasst im Wesentlichen eine Wandung 2 und einen durch die Wandung 2 umschlossenen Hohlraum 3. Ferner weist das Bauteil 1 gefährdete Bereiche 4 auf. Hier handelt es sich um Bereiche, die zwar einem für das Bauteil 1 bestimmten Betriebsdruck, nicht jedoch dem Druck, während des Autofrettagevorgangs standhalten würden. Die gefährdeten Bereiche 4 weisen beispielsweise eine geringere Wandungsstärke als nicht gefährdete Bereiche auf, die wiederum sowohl dem Betriebsdruck, als auch dem Druck während des Autofrettagevorgangs standhalten würden.
Die gefährdeten Bereiche 4 werden für den Autofrettagevorgang mit Verstärkungselementen 5 ausgestattet. Bei dem Verstärkungselement 5 handelt es sich beispielsweise um einen Spannring. In 3 ist als Beispiel ein Spannring (Halbschnittdarstellung) stellvertretend für die Verstärkung aller gefährdeten Bereiche 4 dargestellt. Der Spannring kann zwei hohlzylinderförmige Halbschalen 6 aufweisen, die mit einem geeigneten Verbindungsmittel (nicht dargestellt), beispielsweise einem Schnellverschluss oder einer Schraubverbindung, miteinander verbunden werden können. Durch diese temporäre Verstärkung kann das Bauteil 1 an den gefährdeten Querschnitten durch den hohen Autofrettagedruck nicht bleibend verformt werden.
Während das Beispiel gemäß 3 von einer vereinzelten Anbringung von Verstärkungselementen an einem Bauteil ausgeht, wird in 6 deutlich, dass auch das gesamte Bauteil 1 mit einem Verstärkungselement 5 für den Autofrettagevorgang ausgestattet sein kann. Das Bauteil, insbesondere die Verteilerleiste für ein Einspritzsystem (Rail), gemäß 6 weist einen über die gesamte Raillänge gleichbleibenden Querschnitt auf. Insofern erstreckt sich hier der gefährdete Bereich 4 über das gesamte Bauteil 1. Das Verstärkungselement 5 ist hier wegen seiner länglichen Ausdehnung eher als Spannbuchse anzusprechen, jedoch nicht in 6 dargestellt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10000796 B4 [0006, 0008]
DE 20023235 U1 [0006, 0008]
DE 10260856 A1 [0007, 0008]

Claims

Verfahren zur Autofrettage eines Bauteils (1), insbesondere einer Verteilerleiste für Einspritzsysteme, mit einer Wandung (2) und einem durch die Wandung (2) umschlossenen Hohlraum (3), dadurch gekennzeichnet, dass ein gefährdeter Bereich (4) des Bauteils (1), der zwar dem für das Bauteil (1) bestimmten Betriebsdruck, nicht jedoch dem Druck während des Autofrettagevorgangs standhalten würde, für den Autofrettagevorgang mit mindestens einem Verstärkungselement (5) ausgestattet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Verstärkungselement (5) um einen Spannring oder eine Spannbuchse handelt.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannring oder die Spannbuchse zwei hohlzylinderförmige Halbschalen (6) aufweist.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbschalen (6) mit einem Verbindungsmittel, beispielsweise einem Schnellverschluss oder einer Schraubverbindung, verbindbar sind.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl von Verstärkungselementen (5) für den Autofrettagevorgang an dem Bauteil (1) angebracht werden.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das bzw. die Verstärkungselemente (5) nach dem Autofrettagevorgang von dem Bauteil (1) entfernt werden.