DE102016212469A1

DE102016212469A1 - Verfahren zur Herstellung einer Kraftstoffhochdruckpumpe

Info

Publication number: DE102016212469A1
Application number: DE102016212469.2A
Authority: DE
Inventors: Christoph Lehmeier; Guenther Schaechtner; Sebastian Bauer; Stefan Brechetsbauer; Tamim Latif
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-07-08
Filing date: 2016-07-08
Publication date: 2018-01-11
Also published as: US20190309716A1; KR102311841B1; WO2018007058A1; EP3482062B1; JP6780086B2; EP3482062A1; KR20190025610A; CN109477449B; US10801454B2; JP2019520518A; CN109477449A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Kraftstoffhochdruckpumpe (22) mit einem Pumpengehäuse (52) und einem topfförmigen Deckelelement (54), wobei das Pumpengehäuse (52) und das Deckelelement (54) durch eine umlaufende Schweißnaht miteinander verbunden sind, und folgende Schritte aufweist: – In Kontakt bringen des Pumpengehäuses (52) mit einer Unterelektrode (71) – Greifen des Deckelelements (54) mit einer Spannzange (80) und kontaktieren des Deckelelements (54) mit einer Elektrode (72), – In Kontakt bringen der offenen Seite des Deckelelements (54) mit dem der Unterelektrode (71) gegenüberliegenden Seite des Pumpengehäuses (52), wobei sich das Deckelelement (54) auf der der Unterelektrode (71) gegenüberliegenden Seite des Pumpengehäuses (52) zentriert, – Pressen des Deckelelements (54) auf das Pumpengehäuse (52) in Richtung der Unterelektrode (71) und Einleiten eines elektrischen Stroms von der Elektrode (72) über das Deckelelement (54) und das Pumpengehäuse (52) in die Unterelektrode (71), sodass es an der Kontaktstelle zwischen Deckelelement (54) und Pumpengehäuse (52) zu einer Aufschmelzung und nachfolgend zu einer stoffschlüssigen Verbindung des Deckelelements (54) mit dem Pumpengehäuse (52) kommt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Kraftstoffhochdruckpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Vom Markt her bekannt sind Kraftstoffsysteme für Brennkraftmaschinen, bei denen Kraftstoff aus einem Kraftstofftank mittels einer Vorförderpumpe und einer mechanisch angetriebenen Kraftstoffhochdruckpumpe unter hohem Druck in einen Hochdruckspeicher ("Rail") gefördert wird. An oder in einem Pumpengehäuse einer solchen Kraftstoffhochdruckpumpe ist üblicherweise eine Druckdämpfervorrichtung angeordnet. Eine derartige Druckdämpfervorrichtung umfasst meist ein Deckelelement und einen zwischen Deckelelement und Pumpengehäuse angeordneten Membrandämpfer, der üblicherweise als gasgefüllte Membrandose ausgeführt ist und über ein Abstützelement am Pumpengehäuse abgestützt ist. Die Druckdämpfervorrichtung ist dabei fluidisch mit einem Niederdruckbereich verbunden. Sie dient dabei zum Dämpfen von Druckpulsationen in dem Niederdruckbereich des Kraftstoffsystems, die beispielsweise durch Öffnungs- und Schließvorgänge von Ventilen, bspw. eines Einlassventils, in der Kraftstoffhochdruckpumpe hervorgerufen werden. Eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Pumpengehäuse und dem Deckelelement wird gemäß dem Stand der Technik mittels eines Laserschweißprozesses hergestellt.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung hat den Vorteil, dass die Herstellung der Kraftstoffhochdruckpumpe einfacher und sicherer wird, und ermöglicht es, die Pumpe vorteilhafter zu konstruieren.
Bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Laserschweißprozess ist es erforderlich, Vorkehrungen zu treffen, um Schweißspritzer innerhalb der Pumpe zu vermeiden. Bei dem vorgeschlagenen Kondensatorentladungs-Einpress-Schweißprozess (KEEP-Schweißprozess) entsteht hingegen lediglich ein Schweißaustrieb in Form eines festen Grates an der Verbindungsstelle. Somit kommt es durch den KEEP-Schweißprozess zu keinem zusätzlichen Schmutzeintrag in die Pumpe. Weitere Vorkehrungen können insofern entfallen. Der KEEP-Schweißprozess hat gegenüber dem vorbekannten Laserschweißprozess überdies eine kürzere Taktzeit.
Erfindungsgemäß ist zur Herstellung einer Kraftstoffhochdruckpumpe mit einem Pumpengehäuse und einem topfförmigen Deckelelement, wobei das Pumpengehäuse das Deckelelement durch eine umlaufende Schweißnaht (360°) miteinander verbunden sind, vorgesehen, dass die in Anspruch 1 angegebenen Prozessschritte durchgeführt werden.
Eine weitere Vereinfachung des Verfahrens kann dadurch erfolgen, dass die Spannzange und die Elektrode insgesamt durch ein einziges Werkzeug realisiert sind.
Es kann ferner vorgesehen sein, dass der Innendurchmesser des Deckelelements ein Übermaß zum Außendurchmesser des Pumpengehäuses aufweist. Hiermit verbunden kann vorgesehen sein, dass das Deckelelement über das Pumpengehäuse geschoben wird. Auf diese Weise reduziert sich die Höhe der Kraftstoffhochdruckpumpe um den Betrag der Überpressung. Die Kraftstoffhochdruckpumpe wird auf diese Weise insgesamt kompakter, was eine wichtige Anforderung bei der Integration der Kraftstoffhochdruckpumpe in eine Brennkraftmaschine ist. Gleichzeitig vergrößert sich durch diese Maßnahme auch der wirksame Durchmesser des Deckelelements. Auf diese Weise wird es möglich, zwischen dem Deckelelement und dem Pumpengehäuse einen vergrößerten Druckdämpfer vorzusehen, was sich positiv auf dessen Funktionalität auswirkt.
Eine Weiterbildung des Prozesses sieht vor, dass während des Prozesses eine Relativbewegung zwischen dem Deckelelement und dem Pumpengehäuse erfasst und ausgewertet wird. Zusätzlich oder alternativ kann auch ein Stromverlauf erfasst und ausgewertet werden. Hierbei ist insbesondere vorgesehen, dass die erfassten Prozessmerkmale mit vorgegebenen Referenzdaten verglichen werden und dann auf Basis des Vergleiches festgestellt wird, ob der Prozess fehlerhaft oder fehlerfrei erfolgt ist.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung. Es zeigen:
1 eine vereinfachte schematisierte Darstellung eines Kraftstoffsystems für eine Brennkraftmaschine;
2 eine Schnittdarstellung einer Kraftstoffhochdruckpumpe;
3 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens
4 eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens
5 eine alternative Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens
1 zeigt ein Kraftstoffsystem 10 für eine weiter nicht dargestellte Brennkraftmaschine in einer vereinfachten schematischen Darstellung. Aus einem Kraftstofftank 12 wird im Betreib des Kraftstoffsystems 10 Kraftstoff über eine Saugleitung 14, mittels einer Vorförderpumpe 16 und einer Niederdruckleitung 18 über einen Einlass 20 einer als Kolbenpumpe ausgeführten Kraftstoffhochdruckpumpe 22 zugeführt. Im Einlass 20 ist ein Einlassventil 24 angeordnet, über welches ein Kolbenraum 26 mit einem Niederdruckbereich 28, der die Vorförderpumpe 16, die Saugleitung 14, und den Kraftstofftank 12 umfasst, fluidisch verbindbar ist. Druckpulsationen in dem Niederdruckbereich 28 können mittels einer Druckdämpfervorrichtung 29 gedämpft werden. Das Einlassventil 24 kann über eine Betätigungseinrichtung 30 zwangsweise geöffnet werden. Die Betätigungseinrichtung 30 und damit das Einlassventil 24 sind über eine Steuereinheit 32 ansteuerbar.
Ein Kolben 34 der Kraftstoffhochdruckpumpe 22 kann mittels eines vorliegend als Nockenscheibe ausgeführten Antriebs 36 entlang einer Kolbenlängsachse 38 auf- und abbewegt werden, was durch einen Pfeil mit dem Bezugszeichen 40 schematisch dargestellt ist. Hydraulisch zwischen dem Kolbenraum 26 und einem Auslassstutzen 42 der Kraftstoffhochdruckpumpe 22 ist ein Auslassventil 44 angeordnet, welches zu einem Hochdruckspeicher 46 ("Rail") hin öffnen kann. Über ein Druckbegrenzungsventil 50, das bei Überschreiten eines Grenzdrucks im Hochdruckspeicher 46 öffnet, sind der Hochdruckspeicher 46 und der Kolbenraum 26 fluidisch verbindbar.
Die Kraftstoffhochdruckpumpe 22 ist in 2 in einer Schnittdarstellung gezeigt. In der Darstellung von 2 im oberen Bereich der Kraftstoffhochdruckpumpe 22 ist die Druckdämpfervorrichtung 29 angeordnet. Die Druckdämpfervorrichtung 29 umfasst ein topfförmiges Deckelelement 54, das mit dem Pumpengehäuse 52 in einem Verbindungsbereich 56 verbunden ist und zwar vorliegend über eine KEEP-Schweißnaht (Kondensator-Entladungs-Einpress-Schweißnaht). Der Verbindungsbereich 56 läuft in einer Umfangsrichtung um das Pumpengehäuse 52 herum. Zwischen dem Deckelelement 54 und dem Pumpengehäuse 52 ist eine Membrandämpfer Dose 60 mittels zweier Halteelemente gehalten.
Die KEEP-Schweißnaht zwischen dem metallischen Deckelelement 54 und dem metallischen Pumpengehäuse 52 wird, wie in 3 und 4 schematisch dargestellt, beispielsweise folgendermaßen hergestellt: In einem ersten Prozessschritt 101 wird das metallische Pumpengehäuse 52 auf einer Unterelektrode 71 aufgesetzt und damit elektrisch in Kontakt gebracht. In einem zweiten Prozessschritt 102 wird das metallische Deckelelement 54 in einer Spannzange 80 mit seiner offenen Seite nach unten aufgenommen und damit gegriffen und in elektrischen Kontakt gebracht. In einem dritten Prozessschritt 103 wird die offene Seite des Deckelelements 54 mit der oberen Seite des Pumpengehäuses 52 in Kontakt gebracht. Der Innendurchmesser des Deckelelements 54 weist ein geringfügiges Übermaß von im Beispiel 0,5 mm zum Außendurchmesser des Pumpengehäuses 52 auf. Daher zentriert sich das Deckelelement 54 auf dem Pumpengehäuse von selbst. Danach startet der eigentliche Schweißprozess: In einem vierten Prozessschritt 104 wird hierbei das Deckelelement 54 mit großer Kraft auf das Pumpengehäuse 52 gepresst. Nach Kraftaufbau wird über die Spannzange 80 ein hoher Strom in das Deckelelement 54 geleitet, der über die Kontaktstelle ins Pumpengehäuse 52 fließt und an der Unterelektrode 71 wieder austritt. Die Spannzange 80 stellt insofern zugleich auch eine Elektrode 70 des KEEP-Schweißprozesses dar. Durch den hohen Übergangswiderstand an der Kontaktstelle von Deckelelement 54 und Pumpengehäuse 52 schmelzen beide Bauteile auf und verbinden sich beim Erstarren stoffschlüssig. Hierbei kommt es zu einem Absinken des Deckelelements 54 relativ zu dem Pumpengehäuse 52. Das Absinken wird durch einen separaten mechanischen Anschlag 90 limitiert, an dem die Spannzange 80 nach einem definierten Absinkweg zur Anlage kommt. In einem abschließenden Prozessschritt 105 wird die Pumpe aus der Schweiß-Vorrichtung genommen. Es kann optional vorgesehen sein, dass während des Prozesses ein Absinkweg und/oder ein Stromverlauf aufgezeichnet werden und dass der Absinkweg und/oder der Stromverlauf mit vorgegebenen, beispielsweise in Vorversuchen gewonnenen, Referenzdaten verglichen werden und dass auf Basis des Vergleiches festgestellt wird, ob der Prozess fehlerhaft oder fehlerfrei erfolgt ist.
Alternativ zur Verwendung des mechanischen Anschlags 90 kann das Absinken der Spannzange bzw. der Elektrode mittels anderer geeigneter Sensorik, beispielsweise Wegsensoren, erfasst und das Pressen nach einem vorgegebenen Absinkweg beendet wird. Es kommt dann ebenfalls zu keinem weiteren Absinken mehr.
In einer alternativen Ausführungsform, siehe 5, weist das Deckelelement 54 an seiner radialen Außenwand 541 einen Fluidanschluss 542 in Form eines Anschlussstutzens auf. Diese Variante erfordert ein angepasstes Werkzeugkonzept. Dabei erfolgt die Einleitung der Presskraft und des Stromes wiederum über eine Elektrode 70 die an der Deckeloberseite aufsetzt, aber den Deckel nicht wie im vorangehenden Beispiel vollständig umgreift. Stattdessen wird das Deckelelement 54 über eine separate Spannzange 80 unterhalb des Stutzens an der radialen Außenwand 541 des Deckelelements 54 gehalten, um ein Ausweichen des Deckels während des Schweißprozesses nach außen zu verhindern.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Kraftstoffhochdruckpumpe (22) mit einem Pumpengehäuse (52) und einem topfförmigen Deckelelement (54), wobei das Pumpengehäuse (52) und das Deckelelement (54) durch eine umlaufende Schweißnaht miteinander verbunden sind, gekennzeichnet durch folgende Schritte: – In Kontakt bringen des Pumpengehäuses (52) mit einer Unterelektrode (71) – Greifen des Deckelelements (54) mit einer Spannzange (80) und kontaktieren des Deckelelements (54) mit einer Elektrode (72), – In Kontakt bringen der offenen Seite des Deckelelements (54) mit dem der Unterelektrode (71) gegenüberliegenden Seite des Pumpengehäuses (52), wobei sich das Deckelelement (54) auf der der Unterelektrode (71) gegenüberliegenden Seite des Pumpengehäuses (52) zentriert, – Pressen des Deckelelements (54) auf das Pumpengehäuse (52) in Richtung der Unterelektrode (71) und Einleiten eines elektrischen Stroms von der Elektrode (72) über das Deckelelement (54) und das Pumpengehäuse (52) in die Unterelektrode (71), sodass es an der Kontaktstelle zwischen Deckelelement (54) und Pumpengehäuse (52) zu einer Aufschmelzung und nachfolgend zu einer stoffschlüssigen Verbindung des Deckelelements (54) mit dem Pumpengehäuse (52) kommt.
Verfahren zur Herstellung einer Kraftstoffhochdruckpumpe (22) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Pressen des Deckelelements (54) auf das Pumpengehäuse (52) durch eine durch die Elektrode in das Deckelelement (54) eingeleitete Kraft erfolgt.
Verfahren zur Herstellung einer Kraftstoffhochdruckpumpe (22) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannzange (80) und die Elektrode (72) insgesamt durch ein einziges Werkzeug (81, 80, 72) realisiert sind.
Verfahren zum Herstellen einer Kraftstoffhochdruckpumpe (22) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Deckelelement (54) in dem einzigen Werkzeug (81, 80, 72), das zugleich Spannzange (80) und Elektrode (72) realisiert, beim Greifen und Kontaktieren aufgenommen wird.
Verfahren zur Herstellung einer Kraftstoffhochdruckpumpe (22) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Deckelelement (54) auf einer radialen Außenwand (541) einen Fluidanschluss (542) aufweist und dass die Spannzange (80) das Deckelelement (54) auf der dem Pumpengehäuse (52) zugewandten Seite des Fluidanschlusses (542) greift, während die Elektrode das Deckelelement (54) auf der dem Pumpengehäuse (52) abgewandten Seite des Fluidanschlusses (542) kontaktiert.
Verfahren zur Herstellung einer Kraftstoffhochdruckpumpe (22) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser des Deckelelements (54) ein Übermaß zum Außendurchmesser des Pumpengehäuses (52) aufweist.
Verfahren zur Herstellung einer Kraftstoffhochdruckpumpe (22) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es während des Pressens des Deckelelements (54) auf das Pumpengehäuse (52) in Richtung der Unterelektrode (71) und/oder während des Einleitens des elektrischen Stroms von der Elektrode (72) über das Deckelelement (54) und das Pumpengehäuse (52) in die Unterelektrode zu einer Relativbewegung zwischen Deckelelements (54) und Pumpengehäuse (52) aufeinander zu kommt.
Verfahren zur Herstellung einer Kraftstoffhochdruckpumpe (22) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativbewegung durch einen separaten mechanischen Anschlag (90) limitiert wird, an dem die Spannzange (80) und/oder die Elektrode (72) beim Absinken zur Anlage kommen.
Verfahren zur Herstellung einer Kraftstoffhochdruckpumpe (22) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Prozesses mindestens ein Prozessmerkmal erfasst wird und dass das Prozessmerkmal mit vorgegebenen Referenzdaten verglichen wird und dass auf Basis des Vergleiches festgestellt wird, ob der Prozess fehlerhaft oder fehlerfrei erfolgt werden.
Verfahren zur Herstellung einer Kraftstoffhochdruckpumpe (22) nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Prozessmerkmal eine Relativbewegung zwischen Deckelelements (54) und Pumpengehäuse (52) und/oder die Stärke des von der Elektrode (72) zur Unterelektrode (71) fließenden Stroms ist.