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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Einspritventils.
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Ein Einspritzventil kann insbesondere zum Zuführen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine eingesetzt werden. Zunehmend wird Kraftstoff unter sehr hohem Druck zugemessen. Im Falle von Dieselbrennkraftmaschinen betragen die Kraftstoffdrücke bis zu 2500 bar. Derart hohe Drücke stellen sowohl hohe Anforderungen an das Material eines Einspritzventils als auch an dessen Konstruktion. Gleichzeitig müssen größere Kräfte von dem Einspritzventil aufgenommen werden.
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Aus der
DE 10 2004 035 292 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Einspritzventils bekannt. Bei diesem Verfahren wird ein Düsenkörper bereitgestellt, der eine Düsenkörperausnehmung und eine Dichtfläche aufweist, welche an einem axialen Ende der Düsenkörperausnehmung angeordnet ist und innerhalb der Düsenkörperausnehmung ausgebildet ist. Der Düsenkörper wird mit einem vorgegebenen Belastungsdruck belastet, der auf die Dichtfläche des Düsenkörpers wirkt und derart vorgegeben ist, dass er eine plastische Verformung des Düsenkörpers bewirkt. Es wird eine Düsennadel bereitgestellt und diese wird in der Düsenkörperausnehmung des Düsenkörpers platziert, wobei die Düsennadel in der Düsenkörperausnehmung entlang einer longitudinalen Achse des Einspritzventils beweglich ist. Das Einspritzventil wird nach dem Belasten der Dichtfläche mit dem vorgegebenen Belastungsdruck montiert, wobei der Belastungsdruck größer ist als ein während der Montage des Einspritzventils oder ein während dem Betrieb des Einspritzventils auf die Dichtfläche wirkender Druck.
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Die Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren zur Herstellung eines Einspritzventils bereitzustellen, das einen zuverlässigen Betrieb ermöglicht.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Einspritzventils angegeben. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen eines Düsenkörpers, welcher eine Düsenkörperausnehmung und eine Dichtfläche aufweist, welche an einem axialen Ende der Düsenkörperausnehmung angeordnet ist und außerhalb der Düsenkörperausnehmung ausgebildet ist. In einem weiteren Schritt umfasst das Verfahren das Belasten des Düsenkörpers mit einem vorgegebenen Belastungsdruck, der auf die Dichtfläche des Düsenkörpers wirkt und derart vorgegeben ist, dass er eine plastische Verformung des Düsenkörpers bewirkt. In einem weiteren Schritt wird eine Düsennadel bereitgestellt, welche in der Düsenkörperausnehmung platziert wird, wobei die Düsennadel in der Düsenkörperausnehmung entlang einer longitudinalen Achse des Einspritzventils beweglich ist. Nach dem Belasten der Dichtfläche mit dem vorgegebenen Belastungsdruck erfolgt die Montage des Einspritzventils. Der Belastungsdruck ist dabei größer, als ein während der Montage des Einspritzventils oder ein während dem Betrieb des Einspritzventils auf die Dichtfläche wirkender Druck.
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Durch die Belastung der Dichtfläche mit einem vorgegebenen Belastungsdruck vor der Montage des Einspritzventils, welcher größer ist als ein während der Montage des Einspritzventils oder ein während dem Betrieb des Einspritzventils auf die Dichtfläche wirkender Druck, kann eine plastische Verformung des Düsenkörpers, insbesondere der Dichtfläche vorweggenommen werden. Dadurch kann eine plastische Verformung des Düsenkörpers, insbesondere der Dichtfläche während der Montage des Einspritzventils oder während dem Betrieb des Einspritzventils vermieden werden. Insbesondere kann die Härte des Düsenkörpers erhöht werden. Insbesondere kann ein Fließen des Materials des Düsenkörpers vermieden werden.
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Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass eine reproduzierbare Positioniergenauigkeit von einzelnen Teilen des Einspritzventils, beispielsweise des Düsenkörpers, insbesondere der Dichtfläche des Düsenkörpers, in Bezug auf andere Teile des Einspritzventils bei der Montage des Einspritzventils erreicht werden kann. Insbesondere kann eine axiale Verschiebung der Dichtfläche relativ zu anderen funktionalen Bezügen vermieden werden. Dadurch kann eine hydraulische Undichtheit vermieden werden. Insbesondere kann eine zuverlässige hochdruckseitige Abdichtung im Betrieb realisiert werden. Zudem kann eine Änderung der Injektorfunktion vermieden werden. Insbesondere kann eine Beeinflussung des Nadelhubs der Düsennadel vermieden werden. Zusätzlich können die Einflüsse von Materialfestigkeit, Wärmebehandlung und Einflüsse durch Fertigungsprozesse besser beherrscht werden. Zudem können weitere Funktionsparameter, welche von einer stabilen Maßkette abhängen, stabilisiert werden. Dies sind beispielsweise die Einspritzmengenstreuung des Neuteils und mögliche Einspritzmengenänderungen im Betrieb.
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Die Belastung der Dichtfläche mit einem vorgegebenen Belastungsdruck kann beispielsweise durch einen Stempel erfolgen, welcher mit einer vorgegebenen Kraft auf die Dichtfläche des Düsenkörpers gedrückt wird.
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Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird eine axiale Ausdehnung des Düsenkörpers nach der plastischen Verformung und vor der Montage des Einspritzventils vermessen, wobei vor der Montage des Einspritzventils abhängig von dem Ergebnis der Vermessung des Düsenkörpers Material von der Dichtfläche des Düsenkörpers abgetragen wird, und zwar derart, dass in einer Schließposition der Düsennadel die Dichtfläche einen vorgegebenen Abstand in axialer Richtung zu einem Eingriffsreferenzpunkt der Düsennadel aufweist, der in einem vorgegebenen Bezug steht zu einem Eingriff des Antriebsmechanismusses zum Einwirken auf die Düsennadel.
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Das Abtragen von Material von der Dichtfläche kann beispielsweise durch Abschleifen der Dichtfläche erfolgen. Dies hat den Vorteil, dass eventuell auftretende Unebenheiten auf der Dichtfläche abgeschliffen werden können. Zudem können Risse an der Dichtfläche durch das Abschleifen entfernt werden, welche während der plastischen Verformung des Düsenkörpers an der Dichtfläche entstehen können.
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Gemäß einer Ausführungsform kann der Eingriffsreferenzpunkt der Düsennadel beispielsweise an einem Kragen angeordnet sein, welcher an der Düsennadel ausgebildet ist. Beispielsweise kann der Antriebsmechanismus, zum Beispiel ein Hebelmechanismus, in diesen Kragen eingreifen und die Düsennadel anheben. Alternativ kann der Eingriffsreferenzpunkt an einem axialen Ende der Düsennadel angeordnet sein, welches außerhalb der Düsenkörperausnehmung angeordnet ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die axiale Ausdehnung des Düsenkörpers nach der plastischen Verformung und vor der Montage des Einspritzventils vermessen, wobei vor der Montage des Einspritzventils abhängig von dem Ergebnis der Vermessung des Düsenkörpers Material von der Düsennadel abgetragen wird, und zwar derart, dass in einer Schließposition der Düsennadel die Dichtfläche einen vorgegebenen Abstand in axialer Richtung zu einem Eingriffsreferenzpunkt der Düsennadel aufweist, der in einem vorgegebenen Bezug steht zu einem Eingriff des Antriebsmechanismusses zum Einwirken auf die Düsennadel.
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Das Abtragen von Material von der Düsennadel kann beispielsweise durch Abschleifen der Düsennadel erfolgen. Insbesondere kann das Abschleifen in einem Sitzbereich der Düsennadel erfolgen, wobei der Sitzbereich an einem axialen Ende der Düsennadel ausgebildet ist, welcher in einer Schließposition der Düsennadel in der Düsenkörperausnehmung gelagert ist. Alternativ kann das Abschleifen an einem axialen Ende der Düsennadel erfolgen, welches vom Sitzbereich abgewandt ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die axiale Ausdehnung des Düsenkörpers nach der plastischen Verformung und vor der Montage des Einspritzventils vermessen, wobei vor der Montage des Einspritzventils abhängig von dem Ergebnis der Vermessung des Düsenkörpers Material von dem Düsenkörper und von der Düsennadel abgetragen wird, und zwar derart, dass in einer Schließposition der Düsennadel die Dichtfläche einen vorgegebenen Abstand in axialer Richtung zu einem Eingriffsreferenzpunkt der Düsennadel aufweist, der in einem vorgegebenen Bezug steht zu einem Eingriff des Antriebsmechanismusses zum Einwirken auf die Düsennadel Gemäß einer Ausführungsform ist die Dichtfläche des Düsenkörpers in einem Teilbereich einer Fläche, welche an einem axialen Ende der Düsenkörperkörperausnehmung angeordnet ist und außerhalb der Düsenkörperausnehmung liegt, ausgebildet, wobei die Dichtfläche bezogen auf die Fläche erhaben ausgebildet ist.
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Durch eine derart erhabene Dichtfläche kann die Dichtfläche weniger breit ausgebildet sein als eine Wandstärke des Düsenkörpers. Durch eine kleinere Dichtfläche kann eine höhere Flächenpressung erreicht werden, was sich wiederum vorteilhaft hinsichtlich der hydraulischen Dichtheit des Einspritzventils auswirkt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens liegt der vorgegebene Belastungsdruck in einem Bereich von 100% bis 200% des Drucks, welcher während der Montage des Einspritzventils oder während dem Betrieb des Einspritzventils auf die Dichtfläche wirkt. Vorzugsweise liegt der Druck in einem Bereich zwischen 120% und 200% des Drucks, welcher während der Montage des Einspritzventils oder während dem Betrieb des Einspritzventils auf die Dichtfläche wirkt. Alternativ kann der vorgegebene Belastungsdruck auch höher sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die Dichtfläche für 0,5 Sekunden bis 60 Sekunden mit dem Belastungsdruck belastet. Alternativ kann die Dichtfläche länger mit dem Belastungsdruck belastet werden.
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Die plastische Verformung eines Bauteils durch einen vorgegebenen Belastungsdruck vor der Montage des Bauteils wurde in der vorliegenden Anmeldung in Zusammenhang mit einem Einspritzventil beschrieben. Für einen Fachmann ist jedoch klar, dass ein derartiges Verfahren auch bei der Herstellung anderer fluid-durchflossener Geräte Anwendung finden kann, beispielsweise bei der Herstellung von Pumpen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1A ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Herstellung eines Einspritzventils,
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1B ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines weiteren Verfahrens zur Herstellung eines Einspritzventils,
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2 einen Teilbereich eines Einspritzventils, welches gemäß dem in 1 beschriebenen Verfahren hergestellt wurde,
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3 einen Ausschnitt des Düsenkörpers im Bereich der Dichtfläche,
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4 ein Diagramm zur Darstellung einer FEM Analyse zur Berechnung der Verformung eines Düsenkörpers.
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1A zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Herstellung eines Einspritzventils. Die in Zusammenhang mit 1A und 1B beschriebenen Bauteile sind in 2 dargestellt.
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In einem ersten Schritt S1 wird der Fertigungsprozess gestartet. Es wird ein Düsenkörper 2 bereitgestellt. Der Düsenkörper 2 weist eine Düsenkörperausnehmung 3 auf. Des Weiteren weist der Düsenkörper 2 eine Einspritzdüse (nicht dargestellt) auf. Des Weiteren weist der Düsenkörper 2 eine Dichtfläche 6 auf, welche an einem axialen Ende der Düsenkörperausnehmung 3 angeordnet ist und außerhalb der Düsenkörperausnehmung 3 ausgebildet ist. Insbesondere ist die Dichtfläche 6 an einem Ende des Düsenkörpers 2 angeordnet, welches von der Einspritzdüse abgewandt ist. Der Düsenkörper 2 wird mit einem vorgegebenen Belastungsdruck belastet. Insbesondere wird die Dichtfläche 6 des Düsenkörpers 2 mit einem Druck belastet. Der Belastungsdruck ist derart vorgegeben, dass er eine plastische Verformung des Düsenkörpers 2 bewirkt.
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Der vorgegebene Belastungsdruck ist mindestens so groß, wie der Druck, der während einem späteren Zusammenbau des Einspritzventils 1 oder während dem Betrieb des Einspritzventils 1 auf die Dichtfläche 6 wirkt. Beispielsweise entspricht der Druck 120% bis 200% der späteren Betriebslast. Die Betriebslast wird beispielsweise durch einen Fluiddruck im Einspritzventil 1 während einem späteren Einsatz beeinflusst.
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Die Dauer der Belastung der Dichtfläche 6 mit dem vorgegebenen Belastungsdruck beträgt beispielsweise 0,5 Sekunden bis 60 Sekunden. Die Belastung der Dichtfläche 6 kann auch länger andauern.
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In einem zweiten Schritt S2 wird eine Düsennadel 12 bereitgestellt. In einem zusammengebauten Zustand des Einspritzventils 1 ist die Düsennadel 2 in der Düsenkörperausnehmung 3 entlang einer longitudinalen Achse L des Einspritzventils 1 beweglich angeordnet. Insbesondere ist die Düsennadel 12 dazu ausgebildet, in einer Schließposition einen Fluidfluss durch die Einspritzdüse zu verhindern und in einer Offenposition einen Fluidfluss durch die Einspritzdüse freizugeben.
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Zudem wird eine axiale Ausdehnung des Düsenkörpers 2 vermessen, wobei abhängig von dem Ergebnis der Vermessung des Düsenkörpers 2 Material von der Dichtfläche 6 des Düsenkörpers 2 abgetragen wird, und zwar derart, dass in einer Schließposition der Düsennadel 12 die Dichtfläche 6 einen vorgegebenen Abstand in axialer Richtung zu einem Eingriffsreferenzpunkt der Düsennadel 12 aufweist, der in vorgegebenem Bezug steht zu einem Eingriff eines Antriebsmechanismusses zum Einwirken auf die Düsennadel 12.
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In einem nachfolgenden Schritt S3 erfolgt die Montage des Einspritzventils 1, insbesondere der Zusammenbau der einzelnen Ventilbauteile zu dem Einspritzventil 1. Anschließend endet der Fertigungsprozess.
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1B zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines weiteren Verfahrens zur Herstellung eines Einspritzventils.
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In einem Schritt S4 wird der Fertigungsprozess gestartet. Der Schritt S4 erfolgt analog zu dem in Zusammenhang mit 1A beschriebenen Schritt S1.
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In einem Schritt S5, wird analog zu dem in Zusammenhang mit 1A beschriebenen Schritt S2 eine Düsennadel 12 bereitgestellt.
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Zudem wird eine axiale Ausdehnung des Düsenkörpers 2 vermessen, wobei abhängig von dem Ergebnis der Vermessung des Düsenkörpers 2 Material von der Düsennadel 12 abgetragen wird, und zwar derart, dass in einer Schließposition der Düsennadel 12 die Dichtfläche 6 einen vorgegebenen Abstand in axialer Richtung zu einem Eingriffsreferenzpunkt der Düsennadel 12 aufweist, der in vorgegebenem Bezug steht zu einem Eingriff eines Antriebsmechanismusses zum Einwirken auf die Düsennadel 12.
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In einem anschließenden Schritt S6 erfolgt die Montage des Einspritzventils 1, insbesondere der Zusammenbau der einzelnen Ventilbauteile zu dem Einspritzventil 1. Anschließend endet der Fertigungsprozess.
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Die Verfahrensschritte aus 1A und 1B können auch miteinander kombiniert werden. Beispielsweise kann nach der Vermessung des Düsenkörpers 2 sowohl der Düsenkörper 2, als auch die Düsennadel 12 abgeschliffen werden, wie in den Schritten S2 und S5 beschrieben.
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2 zeigt einen Teilbereich eines Einspritzventils 1, welches gemäß dem vorhergehend beschriebenen Verfahren hergestellt wurde. Insbesondere zeigt 2 eine Fußbaugruppe eines Einspritzventils 1.
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Eine Düsennadel 12 ist in einer Düsenkörperausnehmung 3 eines Düsenkörpers 2 gelagert. An einem axialen Ende des Düsenkörpers 2, auf welchem die Düsennadel 12 in einer Schließposition gelagert ist, ist eine Einspritzdüse angeordnet. Der Düsenkörper 2 weist eine Dichtfläche 6 auf, welche an einem axialen Ende der Düsenkörperausnehmung 3 angeordnet ist, welche von der Einspritzdüse abgewandt ist.
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An der Dichtfläche 6 ist eine Zwischenscheibe 4 angeordnet. Insbesondere sind die Dichtfläche 6 und die Zwischenscheibe 4 derart aufeinandergepresst, dass sie eine fluiddichte Verbindung bilden. An einem axialen Ende der Zwischenscheibe 4, welches von dem Düsenkörper abgewandt ist, ist ein Gehäuse 24 angeordnet. In dem Gehäuse sind ein Pin 25, eine Glocke 26 und mindestens ein Hebel 27 angeordnet. Der Hebel 27 greift in einen Kragen 28 der Düsennadel 12 ein. An einer Seite des Gehäuses 24, welche von dem Düsenkörper 2 abgewandt ist, ist ein Injektorkörper mit einem Aktuator angeordnet (nicht dargestellt). Der Aktuator ist beispielsweise ein Piezoaktor.
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Um einen Teil des Düsenkörpers 2, um die Zwischenscheibe 4 und um das Gehäuse 24 ist eine Düsenspannmutter 30 angeordnet. Mittels der Düsenspannmutter 30 ist die Fußbaugruppe an dem Injektorkörper befestigt. Insbesondere sind mittels der Düsenspannmutter 30 der Düsenkörper 2 und die Zwischenscheibe 4 derart zusammengepresst, dass sie eine fluiddichte Verbindung bilden.
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Der Aktuator ist dazu ausgebildet, eine Bewegung des Pins 25 in eine axiale Richtung zu verursachen, wenn er aktiviert ist. Insbesondere wird eine Bewegung des Pins 25 zu dem Düsenkörper 2 hin verursacht. Durch die Bewegung des Pins 25 in Richtung zu dem Düsenkörper 2 hin wird die Glocke 26, welche mit dem Pin 25 in Kontakt steht, ebenfalls in axialer Richtung zu dem Düsenkörper 2 hinbewegt. Dabei wirkt die Glocke 26 auf den mindestens einen Hebel 27 ein, und zwar derart, dass dieser bewegt wird und dabei die Düsennadel 12 aus ihrer Schließposition in eine Offenposition bewegt. Dadurch wird ein Fluidfluss durch die Einspritzdüse ermöglicht.
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An der Düsennadel 12 ist ein Ring 14 fixiert. Zwischen der Zwischenscheibe 4 und dem Ring 14 ist eine Feder 22 gelagert. Die Feder 22 ist derart vorgespannt, dass sie eine Kraft in axialer Richtung auf den Ring 14 ausübt. Die Feder 22 wirkt derart auf den Ring 14 ein, dass die Düsennadel in ihre Schließposition gedrückt werden kann. Dies geschieht, wenn der Aktuator nicht aktiviert ist und der mindestens eine Hebel 27 keine Kraft auf die Düsennadel 12 ausübt.
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3 zeigt einen Ausschnitt des Düsenkörpers 2 im Bereich der Dichtfläche 6. Die Dichtfläche 6 ist bezogen auf eine Fläche 10 erhaben ausgebildet. Insbesondere ist die Dichtfläche 6 schmäler ausgebildet als eine Wandstärke 16 des Düsenkörpers 2. Dadurch kann eine hohe Flächenpressung erreicht werden, im Vergleich zu einer Dichtfläche 6 welche sich über die gesamte Wandstärke 16 des Düsenkörpers 2 erstreckt. Dies wirkt sich vorteilhaft auf die hydraulische Dichtheit des Einspritzventils aus.
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4 zeigt ein Diagramm zur Darstellung einer FEM-Analyse zur Berechnung der Verformung eines Düsenkörpers 2. An der Abszisse ist der Härte aufgetragen, und an der Ordinate die plastische Verformung in μm. Die plastische Verformung ist für drei unterschiedliche Härtewerte dargestellt, und zwar für eine Härte von 440 HV0,5, für 500 HV0,5 und für 550 HV0,5. Die Kurve 31 zeigt die Verformung bei einer Belastung des Düsenkörpers 2 mit einer Kraft von 60 kN. Die Kurve 30 zeigt die Verformung bei einer Belastung des Düsenkörpers 2 mit einer Kraft von 50 kN. Das Diagramm zeigt, dass die plastische Verformung geringer ist, je höher die Härte des Düsenkörpers 2 ist.
