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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Injektors zum Einspritzen von Kraftstoff. Ferner betrifft vorliegende Erfindung einen Injektor, insbesondere hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.
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Injektoren zum Einspritzen von Kraftstoff sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Üblicherweise umfassen die Injektoren eine Ventilhülse. In der Ventilhülse ist ein Ventilsitzelement angeordnet oder integral ausgebildet. Ein Schließkörper ist in der Ventilhülse in Axialrichtung linearbeweglich angeordnet. Das Ventilsitzelement weist zumindest einen Durchlass (Spritzöffnung) zum Einspritzen des Kraftstoffes auf. Ferner sind im Ventilsitzelement ein Ventilsitz und ein Führungsbereich ausgebildet. Im Ventilsitz sitzt der Schließkörper zum Verschließen des zumindest einen Durchlasses. Der Führungsbereich dient zum Führen des Schließkörpers bei der Bewegung in Axialrichtung. Bei der Herstellung des Ventilsitzelements werden der Ventilsitz und der Führungsbereich aus Toleranzgründen angeprägt. Teilweise muss der Ventilsitz bei erhöhten Dichtheitsanforderungen auch noch kugelgehont werden. Ferner gibt es Herstellungsverfahren, bei denen der Ventilsitz geschliffen wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen des Injektors mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sieht vor, dass sowohl der Ventilsitz als auch der Führungsbereich im Inneren des Ventilsitzelements hartgedreht werden. Im Rahmen der Erfindung wurde festgestellt, dass die hartgedrehten Ventilsitze und Führungsbereiche nicht mehr angeprägt und/oder nicht mehr geschliffen und/oder nicht mehr gehont werden müssen. Durch das Hartdrehen können sehr exakte Ventilsitze und Führungsbereiche hergestellt werden, die hohen Dichtheitsanforderungen genügen. Insbesondere ermöglicht das Hartdrehen die Bearbeitung sehr kleiner Ventilsitzdurchmesser und Führungsdurchmesser. Das Hartdrehen ermöglicht die Herstellung des Ventilsitzelements mit relativ geringem Aufwand und entsprechend niedrigen Kosten. All diese Vorteile werden erreicht durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Injektors zum Einspritzen von Kraftstoff. Der Injektor umfasst dabei einen in Axialrichtung linearbeweglichen Schließkörper und ein Ventilsitzelement. Das Ventilsitzelement weist zumindest einen Durchlass zum Einspritzen des Kraftstoffes auf. Der Durchlass wird auch als Spritzloch bezeichnet. Ferner sind im Ventilsitzelement ein Ventilsitz und ein Führungsbereich ausgebildet. Im geschlossenen Zustand des Injektors sitzt der Schließkörper in dem Ventilsitz, sodass kein Kraftstoff durch den zumindest einen Durchlass in den Brennraum eingespritzt werden kann. Im geöffneten Zustand des Injektors ist der Schließkörper vom Ventilsitz beabstandet, sodass Kraftstoff durch den zumindest einen Durchlass einspritzbar ist. Der Führungsbereich im Ventilsitzelement diente zum Führen des Schließkörpers bei der Bewegung in Axialrichtung. Der Schließkörper weist an seinem brennraumseitigen Ende vorzugsweise eine Kugel oder ein kugelförmiges Element auf. Diese Kugel bzw. das kugelförmige Element ist in dem Führungsbereich linearbeweglich geführt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass sowohl der Ventilsitz als auch der Führungsbereich hartgedreht werden. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass nach dem Hartdrehen der Ventilsitz und der Führungsbereich nicht geschliffen und/oder nicht gehont werden. Vorzugsweise wird im Rahmen dieser Erfindung als „Hartdrehen“ angesehen, wenn eine Oberfläche mit einer Härte von zumindest 440 HV10 drehend bearbeitet wird. HV10 steht für Vickers Härte mit einer Prüfkraft von 10 Kilopond (ca. 98 Newton).
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Der Injektor umfasst vorzugsweise eine Ventilhülse. Das Ventilsitzelement wird vorzugsweise als einstückiges Element separat von der Ventilhülse gefertigt und hartgedreht. Nach dem Fertigstellen des Ventilsitzelements wird das Ventilsitzelement mit der Ventilhülse verbunden. In der Ventilhülse sitzt die Mechanik zum linearen Bewegen des Schließkörpers. Die Ventilhülse dient dabei zur Zentrierung dieser Mechanik bzw. die Schließkörpers. Brennraumseitig ist der Schließkörper im Führungsbereich des Ventilsitzelementes geführt und zentriert. Die Mechanik zum linearen Bewegen des Schließkörpers kann insbesondere elektromagnetische Baugruppen zum Betätigen des Schließkörpers umfassen.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Kontur des Ventilsitzes und des Führungsbereiches zunächst weichgedreht wird. Anschließend erfolgt ein Härten des Ventilsitzelements zumindest im Bereich des Ventilsitzes und des Führungsbereichs. Nach dem Härten werden der Ventilsitz und der Führungsbereich hartgedreht. Durch diese Vorgehensweise muss beim Hartdrehen so wenig Material wie möglich entfernt werden. Dies führt zu einem schnellen und kostengünstigen Herstellungsverfahren.
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Der Führungsbereich umfasst vorzugsweise mehrere Nuten und dazwischen angeordnete Stege. Die Nuten und die Stege erstrecken sich parallel zur Axialrichtung. Der Schließkörper, insbesondere die Kugel oder das kugelförmige Elemente des Schließkörpers, liegt an den Stegen an. Ein Führungsdurchmesser des Führungsbereiches entspricht dabei einem Außendurchmesser dieser Kugel bzw. des kugelförmigen Elements, sodass sich der Schließkörper in Richtung senkrecht zur Axialrichtung nicht bewegt. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass alle Stege des Führungsbereiches gleichzeitig hartgedreht werden.
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Für eine sehr genaue Fertigung des Ventilsitzes und des Führungsbereiches ist bevorzugt vorgesehen, dass der Ventilsitz und der Führungsbereich in einer Einspannung des Ventilsitzelements hartgedreht werden. Das Ventilsitzelement wird also in der Drehmaschine einmalig eingespannt, um das Hartdrehen des Ventilsitzes und des Führungsbereiches durchzuführen.
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Die Erfindung umfasst ferner einen Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff. Der Injektor ist vorzugsweise nach dem soeben beschriebenen Verfahren hergestellt. Der Injektor umfasst den in einer Axialrichtung linearbeweglichen Schließkörper und das Ventilsitzelement. Das Ventilsitzelement weist den zumindest einen Durchlass zum Einspritzen des Kraftstoffes auf. Ferner sind der beschriebene Ventilsitz und der beschriebene Führungsbereich im Ventilsitzelement ausgebildet. Der Ventilsitz und der Führungsbereich sind dabei hartgedreht. Vorzugsweise sind nach dem Hartdrehen der Ventilsitz und der Führungsbereich nicht geschliffen und/oder nicht gehont. Durch eine einfache Untersuchung der Oberflächen am Ventilsitz und am Führungsbereich kann der Fachmann feststellen, ob es sich um eine hartgedrehte Oberfläche handelt. Dabei wird als „Hartdrehen“ angesehen, wenn eine Oberfläche mit einer Härte von zumindest 440 HV10 drehend bearbeitet wurde.
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Vorzugsweise weist das Ventilsitzelement am Ventilsitz und am Führungsbereich eine Werkstoffhärte von zumindest 440 HV10, vorzugsweise zumindest 500 HV10, besonders vorzugsweise zumindest 550 HV10, auf.
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Der Ventilsitz weist senkrecht zur Axialrichtung einen Ventilsitzdurchmesser auf. Der Ventilsitzdurchmesser ist definiert durch die Auflagefläche des Schließkörpers auf dem Ventilsitz. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Ventilsitzdurchmesser höchstens 3 mm, insbesondere höchstens 2 mm, beträgt.
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Am Führungsbereich ist senkrecht zur Axialrichtung ein Führungsdurchmesser definiert. Insbesondere ist dieser Führungsdurchmesser durch die Stege des Führungsbereiches gegeben. Ein Durchmesser der Kugel bzw. des kugelförmigen Elements die Schließkörpers entspricht dem Führungsdurchmesser. Der Führungsdurchmesser beträgt vorzugsweise höchstens 5 mm, besonders vorzugsweise höchstens 4 mm.
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Am Ventilsitzelement ist eine minimale Wandstärke in Richtung des Brennraums definiert. Die Durchlässe (Spritzlöcher) können einen Bereich mit kleinem Durchlass-Durchmesser und einen weiteren Bereich mit einem größeren Durchlass-Durchmesser aufweisen. Die minimale Wandstärke des Ventilsitzelements entspricht einer Länge des Bereichs mit dem kleinsten Durchlass-Durchmesser. Vorzugsweise beträgt die minimale Wandstärke höchstens 0,8 mm, besonders vorzugsweise höchstens 0,7 mm, insbesondere höchstens 0,6 mm.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Führungsbereich und der Ventilsitz koaxial zueinander angeordnet sind. Die Koaxialität weicht dabei um maximal 0,03 mm, vorzugsweise maximal 0,02 mm, besonders vorzugsweise maximal 0,01 mm, ab. Dies bedeutet, dass die Mittelachsen des Ventilsitzes und des Führungsbereiches um maximal 0,03 bzw. 0,02 bzw. 0,01 mm voneinander beabstandet sind.
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Im Rahmen der Erfindung hat sich gezeigt, dass durch das Hartdrehen im Gegensatz zum Schleifen und Honen, auf effiziente Art und Weise sehr harte Werkstoffe mit kleinen Durchmessern und geringen Wandstärken äußerst genau bearbeitet werden können. Deshalb werden vorzugsweise die oben aufgeführten Maßangaben verwendet.
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Die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungen und Unteransprüche finden entsprechend vorteilhafte Anwendung auf den erfindungsgemäßen Injektor. Die im Rahmen des erfindungsgemäßen Injektors beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungen und Unteransprüche finden entsprechend vorteilhafte Anwendung auf das erfindungsgemäße Verfahren.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
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1 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Injektors hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel, und
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2 eine Detailansicht zu 1.
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Ausführungsform der Erfindung
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 und 2 ein Injektor 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben. Der Injektor 1, insbesondere ein Ventilsitzelement 8 des Injektors 1, ist gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt.
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1 zeigt den vollständigen Injektor 1 im montierten Zustand. Der Injektor 1 steckt hierbei in einer Bohrung einer Brennkraftmaschine 2, insbesondere in einem Zylinderkopf. 2 zeigt im Detail das brennraumseitigen Ende des Injektors 1.
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Der Injektor 1 umfasst eine Ventilhülse 3. In der Ventilhülse 3 ist in einer Achsrichtung 4 ein Schließkörper 5 linearbeweglich aufgenommen. Der Schließkörper 5 umfasst einen Stab 6 und eine Kugel 7. Die Kugel 7 ist brennraumseitig an dem Stab 6 befestigt.
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Des Weiteren ist in der Ventilhülse 3 eine Mechanik 17 angeordnet. Der Stab 6 des Schließkörpers 7 ist in dieser Mechanik 17 befestigt. Die Mechanik 17 dient zum linearen Bewegen des Schließkörpers 5 und somit zum Öffnen und Schließen des Injektors 1.
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Der Injektor 1 umfasst ferner ein Ventilsitzelement 8. Das Ventilsitzelement 8 ist in der Ventilhülse 3 aufgenommen und über eine Schweißnaht 18 mit der Ventilhülse 3 verbunden. Das Ventilsitzelement 8 weist einen Hohlraum auf, in dem die Kugel 7 des Schließkörpers 5 aufgenommen ist. Seitlich der Kugel 7 ist ein Führungsbereich 11 im Ventilsitzelement 8 zum Führen des Schließkörpers 5 ausgebildet. Des Weiteren weist das Ventilsitzelement 8 einen Ventilsitz 10 auf. Die Kugel 7 sitzt im geschlossenen Zustand des Injektors 1 auf dem Ventilsitz 10.
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Am brennraumseitigen Ende des Ventilsitzelementes 8 sind Durchlässe 9 ausgebildet. Der Führungsbereich 11 umfasst mehrere Stege 13 die durch Nuten 12 voneinander beabstandet sind. Die Kugel 7 liegt an den Stegen 13 an. Der einzuspritzende Kraftstoff strömt durch die Nuten 12 und die Durchlässe 9 in den Brennraum.
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Sowohl der Ventilsitz 10 als auch der Führungsbereich 11, insbesondere die nach innen weisende Seite der Stege 13, wurde hartgedreht. Hierzu wurde zunächst die Kontur des Ventilsitzes 10 und des Führungsbereiches 11 durch weichdrehen gefertigt. Daraufhin wurde das Ventilsitzelement 8 gehärtet und hartgedreht.
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2 zeigt ferner einen Ventilsitzdurchmesser 14. Der Ventilsitzdurchmesser 14 wird senkrecht zur Achsrichtung 4 gemessen und ist definiert durch eine Auflagefläche der Kugel 7 am Ventilsitz 10 im geschlossenen Zustand des Injektors 1.
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Ferner zeigt 2 einen Führungsdurchmesser 15 der dem Abstand gegenüberliegender Stege 13 des Führungsbereiches 11 bzw. einem Durchmesser der Kugel 7 entspricht.
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Gemäß 2 weisen die Durchlässe 9 einen innenliegenden Bereich mit einem sehr kleinen Durchlass-Durchmesser auf. Dieser Bereich definiert eine minimale Wandstärke 16 des Ventilsitzelementes 8.
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Der Ventilsitzdurchmesser 14, der Führungsdurchmesser 15, die minimale Wandstärke 16 sowie die Härte des Materials am Führungsbereich 11 und Ventilsitz 10 werden vorzugsweise so gewählt, wie dies im allgemeinen Teil der Beschreibung und in den Unteransprüchen beschrieben wird.
