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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kraftstoffverteilers sowie einen Kraftstoffverteiler.
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Bei der sogenannten Common-Rail-Einspritzung, die auch Speichereinspritzung genannte wird, handelt es sich um ein Einspritzsystem für Verbrennungsmotoren, bei denen eine Hochdruckpumpe Kraftstoff auf ein hohes Druckniveau bringt. Dieser unter hohem Druck stehende Kraftstoff füllt ein Rohrleitungssystem, das bei Motorbetrieb ständig unter Druck steht. Der Begriff Common-Rail steht hierbei für gemeinsames Verteilerrohr. Das Verteilerrohr bildet einen Kraftstoff-Hochdruckspeicher, an dem die Einspritzdüsen bzw. Injektoren zur Versorgung der Zylinder mit Kraftstoff angeschlossen sind. Das Verteilerrohr wird daher auch als Druckspeicherrohr bezeichnet.
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Die
DE 295 21 402 U1 beschreibt einen Kraftstoffverteiler, bei dem das Druckspeicherrohr durch Schmieden geformt ist mit schmiedetechnisch angeformten Anschlussstutzen und Befestigungselementen. Die Befestigungselemente bilden Verbindungsstücke in Form von Befestigungsösen mit durch Bohrungen hergestellten Durchgangslöchern.
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Durch die
DE 20 2014 104 466 U1 zählt ein Kraftstoffverteiler zum Stand der Technik, bei dem das Druckspeicherrohr einen geschmiedeten Grundkörper mit einem Längshohlraum besitzt und am Druckspeicherrohr zumindest ein Verbindungsstück vorgesehen ist zur Montage des Druckspeicherrohrs. Das Verbindungsstück umfasst einen am Grundkörper materialeinheitlich einstückig ausgebildeten Flanschabschnitt sowie eine Hülse, wobei die Hülse mit ihrem grundkörperseitigen Ende in eine Bohrung im Flanschabschnitt eingepresst ist.
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Aus der
DE 10 2016 204 025 A1 geht ein innendruckbelastetes Bauteil in Form eines Druckspeicherrohrs hervor sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung. Das Druckspeicherrohr weist einen Grundkörper mit einem Längshohlraum und einem Befestigungsflansch zur Befestigung des Druckspeicherrohrs auf. Durch den Befestigungsflansch erstreckt sich eine Durchgangsbohrung. In die Durchgangsbohrung wird ein massiver Bolzen eingesetzt und mit dem Befestigungsflansch stoffschlüssig gefügt. Anschließend wird eine Längsbohrung in den Bolzen eingebracht, so dass dieser eine Befestigungshülse bildet.
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Das Druckspeicherrohr geschmiedeter Kraftstoffverteiler wird in der Regel durch Bohren, Drehen oder Fräsen mechanisch bearbeitet. Der Längshohlraum wird durch ein Tieflochbohren, auch Sacklochbohren genannt, hergestellt. Montagepunkte bzw. Anbindungsstellen für Funktionselemente werden vom Automobilhersteller vorgegeben und sind bauraumabhängig.
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Problematisch bei geschmiedeten Druckspeicherrohren mit angefügten Befestigungshülsen ist, dass eine Spaltkorrosion zwischen der Hülse und dem Grundkörper entstehen kann. Außerdem müssen der Grundkörper ebenso wie die Hülsen sehr genau gefertigt werden, um die geforderten Toleranzen zu erreichen und somit die Genauigkeit des Durchgangs zu gewährleisten.
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Grundsätzlich ist anzumerken, dass der Formgebung beim Schmieden, insbesondere von Chrom-Nickel-Stählen, Grenzen gesetzt sind. Aufgrund der eingeschränkten Formgebung ist es oft schwierig die vorgegebenen Anschraubpunkte und Injektorpositionen am Motor durch Anschmiedungen von Auskragungen zu erreichen.
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Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, einen fertigungstechnisch vorteilhaften und bauteilverbesserten Kraftstoffverteiler sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung aufzuzeigen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines Kraftstoffverteilers sowie einen Kraftstoffverteiler gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie des Kraftstoffverteilers sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Ein Kraftstoffverteiler weist ein Druckspeicherrohr zur Aufnahme von unter Druck stehendem Kraftstoff auf, wobei das Druckspeicherrohr einen geschmiedeten Grundkörper mit einem Längshohlraum besitzt. Das Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Kraftstoffverteilers weist folgende Schritte auf:
- - Bereitstellen eines länglichen Schmiederohlings,
- - Fixieren von zumindest einem metallischen Anbaustück am Schmiederohling,
- - Stoffschlüssige Fügung von Schmiederohling und Anbaustück,
- - Mechanische Bearbeitung des Schmiederohlings und des Anbaustücks, bei welcher im Schmiederohling der Längshohlraum mittels Tieflochbohren sowie im Anbaustück eine Bohrung hergestellt wird.
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Ein länglicher Schmiederohling im Sinne der Erfindung bedeutet, dass dieser länger als breit ist und die schmiedetechnisch hergestellte äußere Konfiguration des Grundkörpers des Druckspeicherrohrs besitzt.
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Die Erfindung schafft eine Lösung, die es ermöglicht einen kompakten, geschmiedeten Grundkörper mit geometrischen Funktionselementen zu kombinieren.
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Die im Stand der Technik festgestellten Probleme werden beseitigt, indem an einem Schmiederohling metallische Anbaustücke aus Vollmaterial anstelle von Hülsen fixiert werden. Dies erfolgt insbesondere mittels Heftschweißen. Metallische Anbaustücke können Halbzeuge ohne besondere maßliche und geometrische Genauigkeit sein. Ein metallisches Anbaustück kann ein Vollzylinder sein. Der Schmiederohling und das Anbaustück werden anschließend stoffschlüssig gefügt. Dies erfolgt löttechnisch, vorzugsweise in einem Ofenlötprozess. Der Lötprozess erfolgt unter Verwendung eines Löthilfsmittels, insbesondere eines Lotrings oder einer Lotpaste. Das Lot verhindert spätere Korrosion zwischen dem Schmiederohling bzw. dem Grundkörper des Druckspeicherrohrs und dem Anbaustück.
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Durch die Wärmebehandlung im Lötprozess wird das Bauteil normalisiert, wodurch der Verzug des gesamten Bauteils in der weiteren mechanischen Bearbeitung minimiert wird.
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Nach dem Löten im Lötofen erfolgt die mechanische Bearbeitung des Schmiederohlings und des zumindest einen Anbaustücks. Bei dieser mechanischen Bearbeitung wird im Schmiederohling der Längshohlraum mittels Tieflochbohren hergestellt. Im Anbaustück wird eine Bohrung hergestellt. Die mechanische Bearbeitung kann weitere Bearbeitungsvorgänge und Verarbeitungsschritte beinhalten, beispielsweise eine spanabhebende Bearbeitung am Außenumfang des Schmiederohlings oder am bzw. im Längshohlraum.
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Das Anbaustück wird insbesondere als Montagesockel ausgebildet, über welchen der Kraftstoffverteiler im Motorraum festgelegt werden kann. Grundsätzlich kann ein Anbaustück auch andere Funktionselemente bilden, beispielsweise einen Drucksensoranschluss oder eine Injektoraufnahme bzw. einen Injektoranschluss.
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Die Bohrung durch das Anbaustück kann sich bis in den Schmiederohling, insbesondere bis in den Flanschabschnitt erstrecken.
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Die Bohrung im Anbaustück erstreckt sich insbesondere bis in den Schmiederohling bzw. den geschmiedeten Grundkörper des Druckspeicherrohrs und durchsetzt hierbei die Fügefläche zwischen Anbaustück und Schmiederohling.
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Ein Aspekt der Erfindung sieht vor, dass am Schmiederohling materialeinheitlich einstückig ein Flanschabschnitt ausgebildet ist. Das Anbaustück ist vorzugsweise am Flanschabschnitt des Schmiederohlings gefügt. Hierzu ist das Anbaustück mit einer Stirnseite vollflächig an einer Fügefläche des Flanschabschnitts angesetzt und löttechnisch mit dem Flanschabschnitt verbunden. In das Anbaustück und in den Flanschabschnitt wird eine fluchtende Durchgangsbohrung in einem Bohrvorgang eingebracht.
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Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Fügefläche an einem Stutzenfortsatz des Flanschabschnitts ausgebildet ist. An die stirnseitig des Stutzenfortsatzes ausgebildete Fügefläche wird das Anbaustück stumpf angesetzt und zunächst fixiert und anschließend stoffschlüssig verlötet.
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Vorzugsweise durchsetzt die Bohrung sowohl das Anbaustück als auch den Flanschabschnitt vollständig. Das vorher mit dem Schmiederohling verlötete metallische Anbaustück wird gemeinsam mit dem Flanschabschnitt in einem Arbeitsgang gebohrt, so dass eine Durchgangsbohrung für eine Verschraubung entsteht. Auf diese Weise ist ein exaktes Fluchten der Bohrungen im Anbaustück und im Flanschabschnitt zueinander gewährleistet. Dies bringt Toleranzvorteile mit sich, da kein Montagespalt zwischen dem Grundkörper und den Anbaustücken entsteht. Somit ist auch eine Spaltkorrosion zwischen den Komponenten ausgeschlossen. Die angelöteten Anbaustücke können Halbzeuge, wie z. B. Zylinder aus Vollmaterial ohne besondere maßliche oder geometrische Genauigkeit sein. Es ist auch möglich, dass Anbaustücke schräg angefügt werden und anschließend gemeinsam mit dem Schmiederohling, insbesondere mit dem am Schmiederohling ausgebildeten Flanschabschnitts gebohrt werden.
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Die Formgebung des geschmiedeten Kraftstoffverteilers bzw. des geschmiedeten Druckspeicherrohrs wird deutlich verbessert. Es können bauraumbedingt zugeschnittene geometrische Querschnitte der Anbaustücke gewählt werden. Die erreichbaren Genauigkeiten des fertig bearbeiteten Druckspeicherrohrs sind durch die gleichzeitige bzw. gemeinsame Bohrung der Lötbaugruppe aus Schmiederohling bzw. Grundkörper und Anbaustücken sehr gut, da keine Toleranzkette durch eine Vielzahl von Bearbeitungsschritten entsteht.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass im Flanschabschnitt ein Injektoranschluss ausgebildet wird. Der Flanschabschnitt weist hierzu einen Injektoranschlussstutzen mit einem darin ausgebildeten Injektoranschluss auf. Der Injektoranschluss steht kraftstoffleitend mit dem Längshohlraum im Grundkörper des Druckspeicherrohrs in Verbindung.
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Bei einem fertigungstechnisch besonders vorteilhaften und bauteilverbesserten Kraftstoffverteiler sind am Flanschabschnitt des Grundkörpers sowohl ein Injektoranschlussstutzen mit einem Injektoranschluss ausgebildet, als auch ein Anbaustück am Flanschabschnitt festgelegt. Das Anbaustück ist hierbei als Montagesockel mit einer Durchgangsbohrung zur Montage des Verteilerrohrs ausgebildet. Bei dieser Ausgestaltung ist es des Weiteren vorteilhaft, wenn am Flanschabschnitt ein Stutzenfortsatz mit einer Fügefläche für das Anbaustück ausgebildet ist.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen:
- 1 einen Schmiederohling eines Druckspeicherrohrs in einer perspektivischen Darstellung;
- 2 die Darstellung der 1 in einer Seitenansicht;
- 3 den Schmiederohling mit angefügten Anbaustücken;
- 4 einen erfindungsgemäßen Kraftstoffverteiler in einer perspektivischen Ansicht;
- 5 den Kraftstoffverteiler entsprechend der 4 in einer Seitenansicht;
- 6 den Kraftstoffverteiler in einer Perspektive;
- 7 den Kraftstoffverteiler in einer Draufsicht und
- 8 einen Schnitt durch die Darstellung der 7 entlang der Linie A-A.
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Die 4 bis 8 zeigen einen erfindungsgemäßen Kraftstoffverteiler 1.
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Der Kraftstoffverteiler 1 gehört zum Speichereinspritzsystem eines Verbrennungsmotors. Die Druckerzeugung und die Kraftstoffeinspritzung sind bei solchen Speichereinspritzsystemen voneinander entkoppelt. Eine separate Hochdruckpumpe erzeugt kontinuierlich Druck. Dieser unabhängig von der Einspritzfolge aufgebaute Druck steht im Kraftstoffverteiler 1 permanent zur Verfügung.
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Der Kraftstoffverteiler 1 umfasst ein Druckspeicherrohr 2 mit einem pumpenseitigen Hochdruck-Kraftstoffanschluss 3 und mehreren Injektoranschlüssen 4. Der statisch komprimierte Kraftstoff wird im Druckspeicherrohr 2 gespeichert und über die Injektoranschlüsse 4 verteilt, den hier nicht dargestellten Injektoren einer Zylinderbank zur Verfügung gestellt. Für den Anschluss eines Drucksensors ist ein Drucksensoranschluss 5 vorgesehen.
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Das Druckspeicherrohr 2 weist einen geschmiedeten Grundkörper 6 auf.
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Im Grundkörper 6 ist mittels Tieflochbohren ein Längshohlraum 7 eingebracht. Der Längshohlraum 7 ist als Sacklochbohrung ausgeführt, so dass ein Ende 8 des Druckspeicherrohrs 2 geschlossen ist. Das andere Ende 9 ist durch ein Schließstück 10 in Form eines Stopfens verschlossen. Das Schließstück 10 ist in das Ende 9 eingesetzt und dort stoffschlüssig dicht gefügt.
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Am Grundkörper 6 sind Flanschabschnitte 11, materialeinheitlich einstückig ausgebildet (siehe hierzu auch 1 bis 3).
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Ein Flanschabschnitt 11 weist jeweils einen Injektoranschlussstutzen 12 mit einem darin ausgebildeten Injektoranschluss 4 auf.
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An jedem Flanschabschnitt 11 ist des Weiteren ein Montagesockel 13 vorgesehen. Der Montagesockel 13 weist ein metallisches Anbaustück 14 auf. Das Anbaustück 14 ist mit einer Stirnseite 15 an einer Fügefläche 16 des Flanschabschnitts 11 angesetzt und löttechnisch unter Verwendung eines Lötringes oder einer Lötpaste mit dem Flanschabschnitt 11 stoffschlüssig gefügt. Die Fügefläche 16 ist stirnseitig an einem Stutzenfortsatz 17 des Flanschabschnitts 11 ausgebildet.
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Der Injektoranschlussstutzen 12 und der Stutzenfortsatz 17 sind werkstoffeinheitlicher Bestandteil des Flanschabschnitts 11.
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Das Anbaustück 14 ist an den Flanschabschnitt 11 bzw. den Stutzenfortsatz 17 des Flanschabschnitts 11 angesetzt und dort stoffschlüssig gefügt. Durch das Anbaustück 14 und den Stutzenfortsatz 17 des Flanschabschnitts 11 erstreckt sich eine fluchtende Bohrung 18. Hierbei handelt es sich um eine Durchgangsbohrung 18, die das Anbaustück 14 und den Flanschabschnitt 11 bzw. den Montagesockel 13 vollständig durchsetzt. An der dem Anbaustück 14 gegenüberliegenden Seite 19 des Flanschabschnitts 11 ist eine Spannfläche 20 für ein Montageelement, insbesondere einen Schraubenkopf ausgebildet.
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Durch Montageelemente, welche jeweils durch die Durchgangsbohrung 18 im Montagesockel 13 geführt werden, kann der Kraftstoffverteiler 1 am Motorblock festgelegt werden. Die Montagesockel 13 überbrücken die Distanz zwischen dem Druckspeicherrohr 2 und einem Motorblock.
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Zur Herstellung eines Kraftstoffverteilers 1 wird ein länglicher Schmiederohling 21 bereitgestellt. Dieser besteht vorzugsweise aus einer Chrom-Nickel-Stahllegierung. Der Schmiederohling 21 weist die äußere geometrische Konfiguration des Grundkörpers 6 des Druckspeicherrohrs 2 auf.
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Am Schmiederohling 21 werden metallische Anbaustücke 14 vorfixiert. Dies erfolgt mittels Heftschweißen. Die Anbaustücke 14 sind Vollzylinder aus dem gleichen Werkstoff wie der Grundkörper 6, vorliegend insbesondere aus einer Chrom-Nickel-Stahllegierung.
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Die Anbaustücke 14 werden jeweils mit ihrer Stirnseite 15 an der Fügefläche 16 des Flanschabschnitts 11 am Stutzenfortsatz 17 fixiert. Anschließend werden die Anbaustücke 14 stoffschlüssig mit dem Schmiederohling 20 gefügt. Dies erfolgt insbesondere in einem Ofenlötprozess. Diese so gebildete Lötbaugruppe aus Schmiederohling 21 mit gefügten Anbaustücken 14 wird mechanisch bearbeitet. Hierbei wird im Schmiederohling 21 bzw. dem Grundkörper 6 der Längshohlraum 7 mittels Tieflochbohren hergestellt. Weiterhin werden die Anbaustücke 14 einschließlich der Stutzenfortsätze 17 der Flanschabschnitte 11 durchbohrt. Hierdurch werden die Durchgangsbohrungen 18 zur Durchführung von Montageelementen hergestellt und die Montagesockel 13 ausgebildet.
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Bezugszeichenliste
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- 1 -
- Kraftstoffverteiler
- 2 -
- Druckspeicherrohr
- 3 -
- Hochdruck-Kraftstoffanschluss
- 4 -
- Injektoranschluss
- 5 -
- Drucksensoranschluss
- 6 -
- Grundkörper
- 7 -
- Längshohlraum
- 8 -
- Ende von 2
- 9 -
- Ende von 2
- 10 -
- Schließstück
- 11 -
- Flanschabschnitt
- 12 -
- Injektoranschlussstutzen
- 13 -
- Montagesockel
- 14 -
- Anbaustück
- 15 -
- Stirnseite
- 16 -
- Fügefläche
- 17 -
- Stutzenfortsatz
- 18 -
- Durchgangsbohrung
- 19 -
- Seite von 11
- 20 -
- Spannfläche
- 21 -
- Schmiederohling
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 29521402 U1 [0003]
- DE 202014104466 U1 [0004]
- DE 102016204025 A1 [0005]
