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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils, ein Bauteil, ein Einspritzsystem mit einem solchen Bauteil, eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Einspritzsystem oder Bauteil, und ein Fahrzeug mit einem solchen Einspritzsystem oder Bauteil.
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Insbesondere für Einspritzsysteme, die zur Einspritzung von Brennstoff in Brennkraftmaschinen Verwendung finden, werden Bauteile benötigt, welche feine Schrägbohrungen im Millimeter- oder Submillimeterbereich aufweisen. Solche Bauteile sind mit herkömmlichen Fertigungsverfahren schwierig und nur vergleichsweise kostenintensiv herstellbar. Durch Umformen allein sind innenliegende Schrägbohrungen quasi nicht darstellbar. Beim Zerspanen ist insbesondere die Feinheit der Bohrungen, ganz besonders deren hohes Verhältnis von Länge zu Durchmesser, und gegebenenfalls - je nach Bauteil - die große Zahl der anzufertigenden Schrägbohrungen problematisch. Durch Urformen, beispielsweise Gießen, lassen sich Schrägbohrungen kaum oder nur mit hohem Aufwand darstellen, insbesondere da es schräg verlaufender Schieber bedarf. Es besteht daher ein genereller Bedarf an einem einfachen, prozesssicheren und kostengünstigen Verfahren zur Herstellung solcher Bauteile.
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Aus
DE 30 28 585 A1 geht ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils mit einer Schrägbohrung hervor, nämlich konkret ein Verfahren zur Herstellung eines Dieselmotorverbrennungskammereinsatzes, mit einer Einspritzöffnung an einer speziellen Schrägbohrung, wobei ein zylindrisches Materialstück in eine Form eingesetzt wird, wobei das zylindrische Materialstück zwischen einem Stempel und einen Gegenstempel kalt- oder warmgepresst wird, um dem Materialstück eine mit einer Mittenvertiefung versehene Gestalt zu verleihen, wobei eine spezielle Schrägvertiefung in einer Außenseite eines Bodens des verpressten Materialstücks in einer Endlage geformt wird, die der Einspritzöffnung des Produktes entspricht, und zwar gleichzeitig mit dem Verpressen des Materials oder danach, und wobei schließlich die spezielle Schrägbohrung gemäß der speziellen Schrägvertiefung ausgebildet wird.
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Aus
DE 10 2012 022 210 A1 geht ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung mit wenigstens einer axial ausgerichteten Mikrobohrung hervor, wobei ein erstes Teilelement hergestellt wird, wobei in mindestens einer ersten Begrenzungsfläche des ersten Teilelements mindestens eine sich entlang der ersten Begrenzungsfläche ersteckende, randoffene Ausnehmung vorgesehen wird, wobei ein zweites Teilelement hergestellt wird, wobei an dem zweiten Teilelement mindestens eine Kontaktfläche zur Anlage an der ersten Begrenzungsfläche des ersten Teilelements vorgesehen wird, wobei das erste Teilelement mit dem zweiten Teilelement in Kontakt gebracht wird, wobei die Kontaktfläche mit der ersten Begrenzungsfläche in Anlage gebracht wird, und wobei das erste Teilelement und das zweite Teilelement miteinander zu der Vorrichtung verbunden werden, wobei die wenigstens eine Mikrobohrung durch die randoffene Ausnehmung und die Kontaktfläche gebildet wird.
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Aus
EP 0 630 719 A1 geht ein Einspritzventil hervor, das hergestellt wird, indem ein Nadelführungsteil, das eine erste konische Fläche aufweist, und ein Ventilsitzteil, welches eine zweite konische Fläche aufweist, miteinander verschweißt werden, wobei die konischen Flächen in einem Abstand zueinander angeordnet werden. Dabei werden keine Schrägbohrungen gebildet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren, ein Bauteil, ein Einspritzsystem, eine Brennkraftmaschine und ein Fahrzeug zu schaffen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche geschaffen werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils aus zwei separaten Teilen mit wenigstens einer Schrägbohrung geschaffen wird, welches folgende Schritte aufweist: Es wird ein Innenteil mit einer zumindest bereichsweise konischen Mantelfläche hergestellt, und es wird ein Außenteil mit einer zumindest bereichsweise konischen, inneren Umfangsfläche hergestellt. An der Mantelfläche wird wenigstens eine randoffene Aussparung ausgebildet, die sich bevorzugt von einer ersten Stirnfläche bis zu einer zweiten Stirnfläche des Innenteils erstreckt. Alternativ oder zusätzlich wird an der inneren Umfangsfläche wenigstens eine randoffene Aussparung ausgebildet, die sich bevorzugt von einer ersten Stirnfläche bis zu einer zweiten Stirnfläche des Außenteils erstreckt. Ein erstes Teil, nämlich das Innenteil oder das Außenteil, welches die wenigstens eine randoffene Aussparung aufweist, wird durch Urformen hergestellt. Ein zweites Teil, nämlich das Außenteil oder das Innenteil, welches von dem ersten Teil verschieden ist, wird durch Zerspanen hergestellt. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass das zweite Teil durch Umformen hergestellt wird. Das Innenteil wird mit dem Außenteil in einem Kontaktbereich zwischen der Mantelfläche und der inneren Umfangsfläche derart gefügt, dass in dem Kontaktbereich wenigstens eine Schrägbohrung durch die wenigstens eine randoffene Aussparung einer ersten Fläche, nämlich der Mantelfläche des Innenteils oder der inneren Umfangsfläche des Außenteils, und eine in dem Kontaktbereich an der ersten Fläche anliegende zweite Fläche, nämlich der inneren Umfangsfläche des Außenteils oder der Mantelfläche des Innenteils, gebildet wird. Aufgrund der Herstellung des Bauteils aus zwei separat gefertigten Teilelementen, nämlich dem ersten Teil und dem zweiten Teil, also dem Innenteil und dem Außenteil, können in günstiger, prozesssicherer und kosteneffektiver Weise die Vorteile verschiedener Herstellungsverfahren miteinander kombiniert werden. So ist es beispielsweise ohne weiteres möglich, schnell, prozesssicher und kostengünstig ein Innenteil mit konischer äußerer Mantelfläche und darin ausgebildeten, randoffenen Aussparungen durch Urformen herzustellen, wobei es lediglich einer speziell hierfür ausgebildeten Form bedarf, und wobei kein Schieber zum Einsatz kommen muss. Gleiches gilt für ein Außenteil mit entsprechenden randoffenen Aussparungen. Da die Aussparungen nämlich randoffen sind, können diese durch komplementär ausgebildete Vorsprünge an einer Umfangsfläche der Form ausgebildet werden. Ein Entformen ist ohne weiteres möglich, was durch die Konizität der Mantelfläche oder inneren Umfangsfläche noch unterstützt wird. Das zweite Teil, beispielsweise das Außenteil, kann als geometrisch äußerst einfach gehaltenes Bauteil hergestellt werden, wobei beispielsweise die konische, innere Umfangsfläche bevorzugt keine Strukturierung aufweist. Es ist daher insbesondere in bevorzugter Ausgestaltung möglich, das zweite Teil als Drehteil herzustellen. Alternativ oder zusätzlich ist es aber auch möglich, das zweite Teil beispielsweise durch Massivumformen, insbesondere Schmieden, herzustellen, indem ein entsprechend ausgestaltetes Schmiedegesenk verwendet wird. Es ist auch möglich, zunächst einen Rohling durch Massivumformen herzustellen, der dann durch Zerspanen gegebenenfalls nachbearbeitet wird. Jedenfalls können sowohl das Innenteil als auch das Außenteil schnell, prozesssicher und kostengünstig hergestellt werden, wobei sie anschließend in ebenso einfacher, prozesssicherer und kostengünstiger Weise miteinander gefügt werden können. Insgesamt kann so das Bauteil einfach, schnell, prozesssicher und günstig hergestellt werden, wobei es im Kontaktbereich der Mantelfläche mit der Umfangsfläche Schrägbohrungen aufweist, die durch die randoffenen Aussparungen der Mantelfläche oder der inneren Umfangsfläche und die entsprechende, im Kontaktbereich anliegende Fläche des anderen Teils gebildet werden.
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Es ist also möglich, dass ein Innenteil als erstes Teil hergestellt wird, wobei als zweites Teil ein Außenteil hergestellt wird. Es ist aber auch möglich, dass als erstes Teil ein Außenteil hergestellt wird, wobei als zweites Teil ein Innenteil hergestellt wird.
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Die wenigstens eine randoffene Aussparung erstreckt sich bevorzugt - in Axial- oder Längsrichtung gesehen - vollständig entlang der ihr zugeordneten konischen Fläche, nämlich der inneren Umfangsfläche oder der Mantelfläche. Sie ist dann in zusammengefügtem Zustand der beiden Teile, nämlich des ersten Teils und des zweiten Teils, an zwei gegenüberliegenden Enden offen ausgebildet, so dass ein Medium die Aussparung durchströmen kann.
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Mit einer Längs- oder Axialrichtung ist insbesondere eine Richtung angesprochen, die sich parallel zu einer Symmetrieachse von einer der konischen Flächen, nämlich der Mantelfläche und/oder der inneren Umfangsfläche, erstreckt.
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Unter einer konischen Mantelfläche wird insbesondere eine Fläche verstanden, welche die Form einer Kegelmantelfläche, insbesondere der Mantelfläche eines Kegelstumpfs, hat, mithin kegelförmig oder kegelstumpfförmig ausgebildet ist. Dabei ist es möglich, dass die Mantelfläche kreiskegelförmig ausgebildet ist. Alternativ sind aber auch andere Formen einer Umfangslinie der Mantelfläche möglich, insbesondere ein Vieleck oder Polygon.
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Die konische Mantelfläche weist bevorzugt eine - gegebenenfalls mehrzählige - Drehsymmetrie auf, wobei eine zugeordnete Drehsymmetrieachse als Längsachse bezeichnet wird und eine Längsrichtung definiert. Eine radiale Richtung steht senkrecht auf der Längsachse und schneidet diese im rechten Winkel. Eine Umfangsrichtung umgreift die Längsachse konzentrisch.
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Unter einer Stirnfläche eines Teils wird hier insbesondere eine Fläche verstanden, welche das Teil - in Axialrichtung oder Längsrichtung gesehen - begrenzt, wobei die Längsrichtung senkrecht oder schräg auf der Stirnfläche steht. Insoweit weist beispielsweise das Innenteil eine erste Stirnfläche und eine - in Längsrichtung gesehen gegenüberliegende - zweite Stirnfläche auf, wobei sich die konische Mantelfläche zwischen der ersten Stirnfläche und der zweiten Stirnfläche, vorzugsweise von der ersten Stirnfläche bis zu der zweiten Stirnfläche, erstreckt.
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Analog verhält es sich bevorzugt bei dem Außenteil. Entsprechend erstreckt sich bevorzugt die wenigstens eine randoffene Aussparung von der ersten Stirnfläche bis zu der zweiten Stirnfläche, was insbesondere bedeutet, dass sich die randoffene Aussparung - in Längsrichtung gesehen - entlang der gesamten konischen Mantelfläche oder Umfangsfläche erstreckt, sodass sie nicht nur in radialer Richtung gesehen randoffen, sondern auch zu den axialen Enden des ersten Teils hin randoffen ist. Insbesondere bei dieser Ausgestaltung weist das spätere Bauteil beidseitig offene Schrägbohrungen auf, durch welche ein Medium strömen kann, wobei es beispielsweise im Bereich der ersten Stirnfläche in das Bauteil eintreten und im Bereich der zweiten Stirnfläche aus dem Bauteil wieder austreten kann - oder umgekehrt.
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Die wenigstens eine randoffene Aussparung weist bevorzugt einen konstanten Durchmesser oder ein konstantes Breitenmaß auf. Alternativ ist es allerdings auch möglich, dass die wenigstens eine randoffene Aussparung - entlang ihrer Erstreckung gesehen - einen sich verändernden Durchmesser oder ein sich veränderndes Breitenmaß aufweist. Vorzugsweise ist die randoffene Aussparung - im Querschnitt gesehen - teilkreisförmig, insbesondere halbkreisförmig, ausgebildet, es sind aber auch andere Formen, insbesondere eine ovale, elliptische oder vieleckige Kontur für die randoffene Aussparung möglich. Es ist auch möglich, dass sich die Form der Aussparung entlang ihrer Erstreckung ändert.
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Unter einer inneren Umfangsfläche des Außenteils wird hier eine Fläche verstanden, welche das Außenteil zu einem Inneren desselben hin begrenzt. Die innere Umfangsfläche ist vorzugsweise komplementär zu der äußeren Mantelfläche des Innenteils ausgebildet, sodass die Mantelfläche, welche eine äußere Umfangsfläche des Innenteils darstellt, an der inneren Umfangsfläche des Außenteils - vorzugsweise bis auf die wenigstens eine randoffene Aussparung vollflächig - anliegen kann.
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Bevorzugt werden zunächst das Innenteil und das Außenteil miteinander in Kontakt gebracht, wobei insbesondere die konische Mantelfläche in Kontakt mit der inneren Umfangsfläche gebracht wird, sodass die konische Mantelfläche des Innenteils an der inneren Umfangsfläche des Außenteils anliegt.
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Anschließend werden das Innenteil und das Außenteil bevorzugt kraft-, form- und/oder stoffschlüssig miteinander gefügt. Besonders bevorzugt werden das Innenteil und das Außenteil in dem Kontakt- oder Berührungsbereich zwischen der Mantelfläche und der inneren Umfangsfläche miteinander verlötet oder miteinander verschweißt. Dies stellt eine ebenso einfache wie schnelle, dauerhafte und kostengünstige Weise dar, um das Innenteil mit dem Außenteil zu einem Bauteil zu verbinden.
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Es ist auch möglich, dass ein Bauteil hergestellt wird, welches eine Mehrzahl von Innenteilen und/oder eine Mehrzahl von Außenteilen aufweist, wobei beispielsweise ein Außenteil wiederum als Innenteil für ein folgendes Außenteil ausgebildet sein kann, und gegebenenfalls so weiter. Es ist also insoweit eine Staffelung von Innen- und Außenteilen möglich, wobei insbesondere eine Mehrzahl von radial voneinander beabstandeten Schrägbohrungen in einem größeren Bauteil verwirklicht werden kann.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass an dem zweiten Teil keine randoffene Aussparung ausgebildet wird. Das zweite Teil ist also bevorzugt frei von randoffenen Aussparungen. Seine konische Fläche ist dann bevorzugt glatt ausgebildet und so besonders einfach durch Umformen oder Zerspanen herstellbar. Insbesondere ist das zweite Teil so besonders einfach und günstig als Drehteil herstellbar.
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Besonders bevorzugt wird eine Ausführungsform des Verfahrens, welche folgende Schritte aufweist: Es wird ein Innenteil mit einer zumindest bereichsweise konischen Mantelfläche hergestellt, wobei an der Mantelfläche wenigstens eine randoffene Aussparung ausgebildet wird, die sich bevorzugt von einer ersten Stirnfläche bis zu einer zweiten Stirnfläche des Innenteils erstreckt. Das Innenteil wird durch Urformen hergestellt. Es wird weiterhin ein Außenteil mit einer zumindest bereichsweise konischen, inneren Umfangsfläche hergestellt, wobei das Außenteil durch Zerspanen hergestellt wird. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass das Außenteil durch Umformen hergestellt wird. Das Innenteil wird mit dem Außenteil in einem Kontaktbereich zwischen der Mantelfläche und der inneren Umfangsfläche gefügt.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass an dem Innenteil und/oder an dem Außenteil wenigstens eine Schweißwarze ausgebildet wird. Dies ermöglicht eine besonders sichere und schnelle Verschweißung der beiden Teile zu dem Bauteil. Bevorzugt wird die wenigstens eine Schweißwarze an der konischen Mantelfläche des Innenteils ausgebildet, besonders bevorzugt zwischen zwei randoffenen Aussparungen, sodass die wenigstens eine Schweißwarze im Kontaktbereich zwischen der Mantelfläche und der inneren Umfangsfläche ausgebildet ist.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Innenteil und das Außenteil mittels Schweißen, insbesondere Widerstandsschweißen, miteinander gefügt werden. Dies stellt eine ebenso einfache, wie schnelle und kostengünstige Art der Verbindung der beiden Teile zu einem Bauteil dar. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass das Innenteil mit dem Außenteil durch Laserschweißen gefügt wird. Besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn das Innenteil und/oder das Außenteil wenigstens eine Schweißwarze, insbesondere an der konischen Mantelfläche und/oder der inneren Umfangsfläche, aufweist/aufweisen, wobei das Innenteil und das Außenteil mittels Widerstandsschweißen miteinander gefügt werden. Durch den Schweißstrom wird dabei die Schweißwarze aufgeschmolzen, sodass sich das Innenteil und das Außenteil im Bereich der Schweißwarze stoffschlüssig miteinander verbinden.
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Besonders bevorzugt wird eine Ausgestaltung des Innenteils und/oder des Außenteils, bei welcher dieses drei Schweißwarzen aufweist, die vorzugsweise entlang einer Umfangslinie des Innenteils oder des Außenteils gesehen in gleichen Winkelabständen zueinander angeordnet sind. Dadurch kann eine besonders feste und stabile Verbindung des Innenteils mit dem Außenteil gewährleistet werden.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Innenteil und/oder das Außenteil insbesondere - entlang seines Umfangs gesehen - eine Mehrzahl, beispielsweise drei, Gruppen von Schweißwarzen aufweist/aufweisen, wobei die Gruppen jeweils - entlang des Umfangs gesehen - in gleichen Winkelabständen voneinander angeordnet sind. Jede Gruppe weist eine Mehrzahl von Schweißwarzen auf, die bevorzugt axial hintereinander angeordnet sind. Dabei sind die Schweißwarzen einer Gruppe bevorzugt - in axialer Richtung gesehen - voneinander beabstandet angeordnet. Bevorzugt wird eine Ausgestaltung, bei der mindestens eine Gruppe, vorzugsweise jede Gruppe von Schweißwarzen, genau zwei Schweißwarzen aufweist. Mithilfe von Gruppen axial hintereinander angeordneter Schweißwarzen kann eine besonders stabile Verbindung zwischen den Teilen des Bauteils geschaffen werden.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass an dem Innenteil und an dem Außenteil jeweils eine axiale Anlageschulter ausgebildet wird. Insbesondere weist bevorzugt das Innenteil eine erste axiale Anlageschulter auf, wobei das Außenteil eine zweite axiale Anlageschulter aufweist, wobei die erste axiale Anlageschulter in montiertem Zustand an der zweiten axialen Anlageschulter anliegt. Die axialen Anlageschultern sind vorzugsweise als Stufen in der konischen Mantelfläche einerseits und der inneren Umfangsfläche andererseits ausgebildet. Mittels der axialen Anlageschultern können das Innenteil und das Außenteil axial in definierter Relativlage zueinander sicher und fest angeordnet werden. Aufgrund der Anlageschultern sind dann die konische Mantelfläche und die konische, innere Umfangsfläche jeweils geteilt ausgebildet, mit zwei konischen Teilbereichen, die durch einen Durchmessersprung voneinander separiert sind, in dessen Bereich die Anlageschultern angeordnet sind.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass an dem ersten Teil eine Mehrzahl randoffener Aussparungen ausgebildet wird. Auf diese Weise ist es möglich, ein Bauteil herzustellen, welches eine Mehrzahl von Schrägbohrungen aufweist. Die randoffenen Aussparungen werden vorzugsweise - in Umfangsrichtung gesehen - in gleichen Winkelabständen zueinander ausgebildet. So kann ein Bauteil mit symmetrischer Anordnung von Schrägbohrungen hergestellt werden.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass an dem Innenteil und/oder an dem Außenteil wenigstens eine Schweißwarze auf der ersten und/oder auf der zweiten axialen Anlageschulter ausgebildet wird. Auf diese Weise können das Innenteil und das Außenteil insbesondere durch Widerstandsschweißen im Bereich der Anlageschultern einfach, schnell und prozesssicher miteinander verbunden werden. Auch bei einem solchen Ausführungsbeispiel sind bevorzugt im Bereich der ersten und/oder zweiten Anlageschulter mehr als eine Schweißwarze vorgesehen, besonders bevorzugt drei Schweißwarzen, die - in Umfangsrichtung gesehen - in gleichen Winkelabständen zueinander angeordnet sind.
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Schweißwarzen werden besonders bevorzugt allerdings nur an dem ersten Teil und nicht an dem zweiten Teil angeordnet, weil sie durch Urformen einfach, schnell und kostengünstig fertigbar sind, während sie an dem zweiten Teil die einfache, durch Zerspanen und/oder Umformen kostengünstig und schnell herstellbare Geometrie stören können. Daher kann es vorteilhaft sein, Schweißwarzen ausschließlich an dem ersten Teil vorzusehen.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein ringförmiges Außenteil hergestellt wird. Dies stellt eine besonders einfache Geometrie für das Außenteil dar, welches besonders bevorzugt mit unendlichzähliger, das heißt vollständiger Drehsymmetrie hergestellt wird. Es wird dann besonders bevorzugt einfach und kostengünstig als Drehteil hergestellt.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass in dem Innenteil eine - vorzugsweise zentrale - axiale Durchgangsbohrung ausgebildet wird. Dies ist ohne weiteres insbesondere beim Urformen möglich, wobei entweder ein Schieber zum Einsatz kommen kann, oder die Durchgangsbohrung bereits - nach einer Art Gugelhupfform - in der Form vorgesehen werden kann. Die axiale Durchgangsbohrung kann einen kreisförmigen Querschnitt, einen polygonalen Querschnitt, oder eine beliebige andere Querschnittsform aufweisen, insbesondere auch einen elliptischen oder ovalen Querschnitt. Es ist möglich, dass die Durchgangsbohrung - in Längsrichtung gesehen - einen konstanten Querschnitt aufweist. Es ist aber auch möglich, dass sich der Querschnitt der Durchgangsbohrung in Längsrichtung gesehen verändert, entweder bezüglich seiner Form und/oder bezüglich seiner Größe. Insbesondere mithilfe von Schiebern ist es auch möglich, die axiale Durchbohrung mit Durchmessersprüngen und/oder -stufen herzustellen. Dabei ist die Verwendung solcher Schieber bei der Herstellung des ersten Teils unproblematisch, weil diese nicht schräg verlaufen müssen, sondern vielmehr in Hubrichtung eines Werkzeughubs zum Öffnen und Schließen einer Form, die zur Herstellung des ersten Teils verwendet wird, verlaufen können.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das erste Teil in einem pulvermetallurgischen Verfahren, insbesondere aus einem Metallpulver hergestellt wird. Aus einem Metallpulver können in einfacher und flexibler Weise vielfältige Formen von ersten Teilen hergestellt werden.
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Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens ist es möglich, dass das erste Teil durch Presssintern hergestellt wird. Dabei wird zunächst ein Metallpulver in Form gepresst und anschließend gesintert.
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Es ist auch möglich, dass das erste Teil durch Strangpressen oder Extrudieren hergestellt wird.
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Besonders bevorzugt wird eine Ausgestaltung des Verfahrens, bei welchem das erste Teil durch Metallpulverspritzgießen (Metal Injection Moulding - MIM) hergestellt wird. Dabei wird bevorzugt ein Metallpulver verwendet, welches mit einem Bindermaterial vermischt wird, wobei das so erhaltene Gemisch zu einem sogenannten Grünling spritzgegossen wird. Dieser Grünling wird der Spritzgussform entnommen und einem Entbinderungsprozess unterworfen, in welchem das Bindermaterial entfernt wird. Hierbei entsteht ein sogenannter Bräunling, der anschließend einem Sinterverfahren unterzogen wird. Auf diese Weise lassen sich besonders vielfältige und flexible Formen für das erste Teil herstellen.
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Als Material für das erste Teil und/oder für das zweite Teil kommen insbesondere niedrig- oder hochlegierte Stähle, Reineisen, weichmagnetische Werkstoffe, Titan oder Titanlegierungen, Kupfer oder Kupferlegierungen, Nickel- oder Nickellegierungen, Kombinationen der genannten Materialien oder andere geeignete Materialien sowie entsprechende Kombinationen infrage. Das erste Teil und das zweite Teil können ein gleiches Material oder verschiedene Materialien aufweisen oder aus solchen bestehen.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die wenigstens eine randoffene Aussparung mit einem Radius hergestellt wird, der von wenigstens 0,05 mm bis höchstens 1 mm, vorzugsweise von wenigstens 0,1 mm bis höchstens 0,5 mm, beträgt. Es lassen sich mithilfe des Verfahrens in besonders bevorzugter Weise sehr feine Schrägbohrungen durch Ausbildung feiner randoffener Aussparungen an dem ersten Teil herstellen. Diese können insbesondere eine axiale Erstreckung aufweisen, die wesentlich größer ist als der Radius, wobei sie insbesondere ein Vielfaches des Radius betragen kann.
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Die Begriffe „Radius“ oder „Durchmesser“ für die randoffene Aussparung oder Schrägbohrung sprechen allgemein ein die Querschnittsfläche der Aussparung oder Schrägbohrung bestimmendes Maß an. Es ist offensichtlich, dass dieses Maß bei einer - im Querschnitt gesehen - kreisförmigen Bohrung tatsächlich einem Durchmesser oder einem Radius entspricht. Bei von der Kreisform abweichenden Querschnittsformen ist unter dem Durchmesser oder Radius bevorzugt der Durchmesser oder Radius eines gedachten Kreises zu verstehen, welcher den gleichen Flächeninhalt aufweist wie die Querschnittsfläche der tatsächlich vorliegenden randoffenen Aussparung oder Schrägbohrung.
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Es wird auch ein nicht zu Erfindung gehörendes Bauteil beschrieben, welches hergestellt ist gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen des Verfahrens. Das Bauteil weist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ein Innenteil mit wenigstens einer, an einer zumindest bereichsweise konischen Mantelfläche ausgebildeten, randoffenen Aussparung auf, die sich bevorzugt von einer ersten Stirnfläche bis zu einer zweiten Stirnfläche des Innenteils erstreckt, wobei das Innenteil in einem Außenteil angeordnet ist, welches eine zumindest bereichsweise konische, innere Umfangsfläche aufweist, wobei das Innenteil mit dem Außenteil in einem Kontaktbereich zwischen der Mantelfläche und der inneren Umfangsfläche - insbesondere kraft, form- und/oder stoffschlüssig - gefügt ist.
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Alternativ weist das Bauteil bevorzugt ein Außenteil mit wenigstens einer, an einer zumindest bereichsweise konischen, inneren Umfangsfläche ausgebildeten, randoffenen Aussparung auf, die sich bevorzugt von einer ersten Stirnfläche bis zu einer zweiten Stirnfläche des Außenteils erstreckt, wobei ein Innenteil in dem Außenteil angeordnet ist, wobei das Innenteil eine zumindest bereichsweise konische Mantelfläche aufweist, wobei das Innenteil mit dem Außenteil in einem Kontaktbereich zwischen der Mantelfläche und der inneren Umfangsfläche - insbesondere kraft-, form- und/oder stoffschlüssig - gefügt ist.
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In Zusammenhang mit dem Bauteil ergeben sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden.
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Optional ist vorgesehen, dass das Bauteil als Bauteil eines Einspritzsystems, insbesondere für eine Brennkraftmaschine, ausgebildet ist. Das Bauteil ist dementsprechend eingerichtet, um durch die wenigstens eine, von der wenigstens einen randoffenen Aussparung gebildete Schrägbohrung einen Brennstoff zu leiten.
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Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Einspritzsystem für eine Brennkraftmaschine geschaffen wird, welches ein Bauteil aufweist, das hergestellt ist in einem erfindungsgemäßen Verfahren oder in einem Verfahren gemäß einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Dabei ergeben sich in Zusammenhang mit dem Einspritzsystem die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren und dem Bauteil erläutert wurden.
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Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Brennkraftmaschine geschaffen wird, welche ein solches Einspritzsystem mit einem Bauteil, oder ein Bauteil aufweist, wobei das Bauteil gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen des Verfahrens hergestellt ist. Dabei verwirklichen sich in Zusammenhang mit der Brennkraftmaschine insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren, dem Bauteil und dem Einspritzsystem erläutert wurden.
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Die Aufgabe wird schließlich auch gelöst, indem ein Fahrzeug geschaffen wird, welches ein Einspritzsystem oder ein Bauteil nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele aufweist. Dabei verwirklichen sich in Zusammenhang mit dem Fahrzeug die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren, dem Bauteil, dem Einspritzsystem und der Brennkraftmaschine erläutert wurden. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
- 1 eine Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Innenteils für ein Bauteil;
- 2 eine Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels für ein Außenteil eines Bauteils;
- 3 eine Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Bauteils mit dem Innenteil gemäß 1 und dem Außenteil gemäß 2;
- 4 eine Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Innenteils für ein Bauteil;
- 5 eine Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Außenteils für ein Bauteil, und
- 6 eine Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Bauteils mit dem Innenteil gemäß 4 und dem Außenteil gemäß 5.
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1 zeigt verschiedene Darstellungen eines ersten Ausführungsbeispiels eines Innenteils 1 für ein erstes Ausführungsbeispiel eines Bauteils 23 mit wenigstens einer Schrägbohrung 25. Das in 1a) in einer ersten Draufsicht - beispielsweise von oben - dargestellte Innenteil 1 weist eine zumindest bereichsweise konische Mantelfläche 3 auf, wobei an der Mantelfläche 3 eine Mehrzahl randoffener Aussparungen 5 ausgebildet ist, die hier entlang eines Umfangs des Innenteils 1 gesehen in gleichen Winkelabständen zueinander, also gleichverteilt, angeordnet sind. Dabei ist der besseren Übersichtlichkeit wegen nur eine der Aussparungen 5 mit dem entsprechenden Bezugszeichen bezeichnet. Die Aussparungen 5 öffnen sich in eine erste, hier dem Betrachter zugewandte Stirnfläche 7. Es ist auch ersichtlich, dass in dem Innenteil 1 zentral eine axiale Durchgangsbohrung 9 ausgebildet ist.
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1b) zeigt eine Längsschnittansicht des Innenteils 1 in der in 1a) dargestellten Schnittebene A-A. Dabei ist hier die Konizität der Mantelfläche 3 erkennbar. Weiterhin ist dargestellt, dass die Durchgangsbohrung 9 - entlang einer Längsachse L des Innenteils 1 gesehen - einen variierenden Durchmesser aufweist. Alternativ ist es auch möglich, dass die Durchgangsbohrung 9 entlang der Längsachse L einen konstanten Durchmesser aufweist. Es ist auch eine zweite Stirnfläche 11 dargestellt, welche der ersten Stirnfläche 7 - in Längsrichtung gesehen - gegenüberliegt.
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1c) zeigt eine Draufsicht auf das Innenteil 1, in welcher der Blick des Betrachters auf die zweite Stirnfläche 11 fällt. Hier wird deutlich, dass sich die Aussparungen 5 von der ersten Stirnfläche 7 bis zu der zweiten Stirnfläche 11 erstrecken und sich auch zu der zweiten Stirnfläche 11 hin öffnen. Es ist auch dargestellt, dass die Aussparungen 5 hier einen halbkreisförmigen Querschnitt aufweisen. Es sind aber auch andere Querschnittskonturen, beispielsweise eine ovale oder elliptische, oder eine polygonale Querschnittskontur für die Aussparungen möglich. Auch können verschiedene Aussparungen 5 verschiedene Konturen aufweisen.
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An dem Innenteil 1 sind Schweißwarzen 13 ausgebildet, von denen der besseren Übersichtlichkeit wegen nur eine mit dem Bezugszeichen 13 bezeichnet ist. Dabei sind die Schweißwarzen 13 hier an der Mantelfläche 3 ausgebildet, wobei - in Umfangsrichtung gesehen - an drei Positionen, die jeweils einen gleichen Winkelabstand voneinander aufweisen, jeweils ein Paar von axial hintereinander angeordneten Schweißwarzen 13, die axial beabstandet voneinander angeordnet sind, vorgesehen ist.
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1d) zeigt eine Seitenansicht des Innenteils 1. 1e) zeigt eine erste isometrische Ansicht des Innenteils 1, und 1f) zeigt eine zweite isometrische Ansicht des Innenteils 1.
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2 zeigt eine Mehrzahl von verschiedenen Darstellungen eines ersten Ausführungsbeispiels eines Außenteils 15 für das erste Ausführungsbeispiel des Bauteils 23. Das Außenteil 15 weist gemäß 2a) eine zumindest bereichsweise konische, innere Umfangsfläche 17 auf, die sich vorzugsweise ebenfalls von einer ersten Stirnfläche 19 bis zu einer beispielsweise in 2b) dargestellten zweiten Stirnfläche 21 des Außenteils 15 erstreckt. Das Außenteil 15 ist vorzugsweise als ringförmiges Außenteil ausgebildet.
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2b) zeigt eine Längsschnittansicht des Außenteils 15 in der in 2a) dargestellten Schnittebene A-A. 2c) zeigt eine Seitenansicht des Außenteils 15. 2d) zeigt eine erste isometrische Darstellung des Außenteils 15, und 2e) zeigt eine zweite isometrische Darstellung des Außenteils 15.
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Das Innenteil 1 ist durch Urformen hergestellt, besonders bevorzugt aus einem Metallpulver, insbesondere durch Presssintern, Strangpressen, Extrudieren, oder in besonders bevorzugter Weise durch Metallpulverspritzgießen. Das Außenteil ist bevorzugt durch Umformen und/oder durch Zerspanen hergestellt. Besonders bevorzugt ist das Außenteil als Drehteil hergestellt. Es ist aber auch möglich, dass das Außenteil geschmiedet ist.
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3 zeigt eine Mehrzahl verschiedener Darstellungen des ersten Ausführungsbeispiels des Bauteils 23, welches das erste Ausführungsbeispiel des Innenteils 1 gemäß 1 sowie das erste Ausführungsbeispiel des Außenteils 15 gemäß 2 aufweist. Zur Herstellung des in 3a) in Draufsicht dargestellten Bauteils 23 werden das Innenteil 1 und das Außenteil 15 miteinander in Kontakt gebracht, insbesondere indem die Mantelfläche 3 in Kontakt mit der inneren Umfangsfläche 17 gebracht wird. Das Innenteil 1 wird dann mit dem Außenteil 15 in einem Kontaktbereich zwischen der Mantelfläche 3 und der Umfangsfläche 17 gefügt, vorzugsweise durch Widerstandsschweißen. Dabei kommen insbesondere die Schweißwarzen 13 zum Einsatz.
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3b) zeigt eine Schnittdarstellung des Bauteils 23 in der gewinkelten Schnittebene, die in 3a) durch die Linie A-A gekennzeichnet ist. Dabei ist insbesondere dargestellt, dass die Mantelfläche 3 und die Umfangsfläche 17 dort aneinander liegen, wo keine randoffenen Aussparungen 5 in der Mantelfläche 3 ausgebildet sind, wobei im Bereich der randoffenen Aussparungen 5 in dem Bauteil 23 Schrägbohrungen 25 gebildet werden. Diese erstrecken sich insbesondere von der ersten Stirnfläche 7 des Innenteils 1 bis zu der zweiten Stirnfläche 11 des Innenteils 1 und bevorzugt von der ersten Stirnfläche 19 des Außenteils 15 bis zu dessen zweiter Stirnfläche 21. Die über die Schweißwarzen 13 herzustellende Verbindung zwischen dem Innenteil 1 und dem Außenteil 15 ist hier in einem Detail X näher dargestellt, welches in 3c) vergrößert wiedergegeben ist. Dabei ist hier dargestellt, dass die Schweißwarzen 13 zunächst - vor dem Schweißen - an der inneren Umfangsfläche 17 anliegen. Beim Schweißen, insbesondere beim Widerstandsschweißen, werden die Schweißwarzen 13 aufgeschmolzen, sodass im Ergebnis eine stoffschlüssige Fügeverbindung zwischen dem Innenteil 1 und dem Außenteil 15 geschaffen wird, wobei dann die Mantelfläche 3 an der Umfangsfläche 17 anliegt.
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3d) zeigt eine erste isometrische Darstellung des Bauteils 23, 3e) zeigt eine zweite isometrische Darstellung des Bauteils 23.
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4 zeigt eine Mehrzahl verschiedener Darstellungen eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Innenteils 1 für ein Bauteil 23. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Dabei zeigt 4a) wiederum eine Draufsicht auf die erste Stirnfläche 7, wobei 4b) eine Längsschnittansicht entlang der in 4a) dargestellten Schnittlinie A-A darstellt. Dabei ist erkennbar, dass dieses zweite Ausführungsbeispiel an dem Innenteil 1 eine erste axiale Anlageschulter 27 aufweist, in deren Bereich die Mantelfläche 3 - in radialer Richtung gesehen - zurückspringt. Außerdem ändert sich bei diesem Ausführungsbeispiel im Bereich der ersten Anlageschulter 27 ein Konuswinkel der Mantelfläche 3.
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4c) zeigt eine Draufsicht auf die zweite Stirnfläche 11 des Innenteils 1, wobei dies zugleich eine Draufsicht auf die erste axiale Anlageschulter 27 einschließt. Dabei ist hier dargestellt, dass das Innenteil 1 Schweißwarzen 13 auf oder an der ersten axialen Anlageschulter 27 aufweist. Dabei sind hier insbesondere drei Schweißwarzen 13 in gleichen Winkelabständen voneinander - in Umfangsrichtung gesehen - vorgesehen.
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4d) zeigt eine Seitenansicht des Innenteils 1. 4e) zeigt eine erste isometrische Ansicht des Innenteils 1, und 4f) zeigt eine zweite isometrische Ansicht des Innenteils 1.
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5 zeigt eine Mehrzahl von Darstellungen eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Außenteils 15 für das zweite Ausführungsbeispiel des Bauteils 23. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Dabei zeigt 5a) wiederum eine Draufsicht auf eine erste Stirnfläche 19 des Außenteils 15. Dargestellt sind auch die - unterbrochene - Umfangsfläche 17, sowie eine zweite axiale Anlageschulter 29 des Außenteils 15, in deren Bereich die Umfangsfläche 17 in radialer Richtung gesehen vorspringt, wobei sich bei diesem Ausführungsbeispiel auch ein Konuswinkel der inneren Umfangsfläche 17 im Bereich der zweiten axialen Anlageschulter 29 ändert.
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Dies ist insbesondere in 5b) dargestellt, welche eine Schnittdarstellung des Außenteils 15 in der in 5a) dargestellten Schnittebene A-A zeigt.
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5c) zeigt eine Seitenansicht des Außenteils 15. 5d) zeigt eine erste isometrische Ansicht und 5e) zeigt eine zweite isometrische Ansicht des zweiten Ausführungsbeispiel des Außenteils 15.
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6 zeigt verschiedene Darstellungen des zweiten Ausführungsbeispiels des Bauteils 23 mit dem zweiten Ausführungsbeispiel des Innenteils 1 gemäß 4 und dem zweiten Ausführungsbeispiel des Außenteils 15 gemäß 5. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird.
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6a) zeigt wiederum eine Draufsicht auf die ersten Stirnflächen 7, 19 des Innenteils 1 und des Außenteils 15.
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6b) zeigt eine Längsschnittansicht entlang der in 6a) dargestellten, gewinkelten Schnittfläche A-A, wobei hier insbesondere wiederum die durch die randoffenen Aussparungen 5 einerseits und die innere Umfangsfläche 17 andererseits begrenzten Schrägbohrungen 25 in der Figur rechts erkennbar sind, wobei links die Anlage der Mantelfläche 3 an der Umfangsfläche 17 dargestellt ist. Es ist außerdem wiederum ein Detail X markiert, welches in 6c) vergrößert dargestellt ist. Hier ist erkennbar, dass die Schweißwarzen 13 in noch nicht gefügtem Zustand auf der zweiten axialen Anlageschulter 29 des Außenteils 15 aufstehen und so die axiale Anlageschulter 27 des Innenteils 1 von dieser beabstanden. Beim Widerstandsschweißen werden die Schweißwarzen 13 aufgeschmolzen, sodass sich eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Innenteil 1 und dem Außenteil 15 ergibt, wobei dann die erste Anlageschulter 27 an der zweiten axialen Anlageschulter 29 des Außenteils 15 anliegt.
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6d) zeigt eine erste isometrische Ansicht des zweiten Ausführungsbeispiels des Bauteils 23, und 6e) zeigt eine zweite isometrische Ansicht desselben.
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Die Schrägbohrungen 25 werden vorzugsweise mit einem Radius von 0,05 mm bis 0,5 mm hergestellt.
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Das Bauteil 23 dient bevorzugt als Teil eines Einspritzsystems, insbesondere zum Einspritzen von Brennstoff in wenigstens einen Brennraum einer Brennkraftmaschine. Dabei ist es möglich, dass die Brennkraftmaschine als Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs, insbesondere für einen Fahrzeugantrieb, vorgesehen ist. Es kann sich aber auch um eine stationäre Brennkraftmaschine handeln.
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Insgesamt zeigt sich, dass das Bauteil 23 mithilfe des Verfahrens in einfacher, schneller, prozesssicherer und kostengünstiger Weise herstellbar ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Innenteil
- 3
- Mantelfläche
- 5
- Aussparung
- 7
- erste Stirnfläche des Innenteils
- 9
- Durchgangsbohrung
- 11
- zweite Stirnfläche des Innenteils
- 13
- Schweißwarze
- 15
- Außenteil
- 17
- innere Umfangsfläche
- 19
- erste Stirnfläche des Außenteils
- 21
- zweite Stirnfläche des Außenteils
- 23
- Bauteil
- 25
- Schrägbohrung
- 27
- Anlageschulter des Innenteils
- 29
- Anlageschulter des Außenteils
