DE10305425A1

DE10305425A1 - Herstellungsverfahren für eine Lochscheibe zum Ausstoßen eines Fluids und Lochscheibe zum Ausstoßen eines Fluids

Info

Publication number: DE10305425A1
Application number: DE2003105425
Authority: DE
Inventors: Marc De Vogelaere; Christian Fricke; Ursus Dr. Krüger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2003-02-03
Filing date: 2003-02-03
Publication date: 2004-08-12
Anticipated expiration: 2023-02-04
Also published as: WO2004070188A2; WO2004070188A3; DE10305425B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für eine Lochscheibe zum Ausstoßen eines Fluids, wie sie insbesondere als Düsenscheibe bei der Einspritzung von Kraftstoff in die Zylinder einer Brennkraftmaschine verwendet wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass diese Lochscheibe aus einem Tragkörper (11) besteht, welcher bevorzugt beidseitig mit einer galvanischen Beschichtung (21a, 21b) versehen wird. Dabei wird ein Kanalsystem (24) gebildet, indem vor der galvanischen Beschichtung eine das Volumen des Kanalsystems ausfüllende Negativstruktur beispielsweise aus einem Fotolack gebildet wird. Das Herstellungsverfahren hat den Vorteil, dass durch die Herstellung der Tragscheibe (11) beispielsweise durch Stanzen der Zeitaufwand einer galvanischen Herstellung dieser Schicht der Lochscheibe (23) eingespart werden kann, wodurch sich die Fertigungszeit für die Lochscheibe vorteilhaft verringern lässt. Auf dem Tragkörper kann eine gleichzeitige Beschichtung unter Bildung der Galvanikschichten (21a, 21b) auf beiden Seiten der Tragscheibe (11) erfolgen.

Description

Herstellungsverfahren für eine Lochscheibe zum Ausstoßen eines Fluids und Lochscheibe zum Ausstoßen eines Fluids Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für eine mindestens zweilagige Lochscheibe zum Ausstoßen eines Fluids mit einem die Lochscheibe unter Bildung von Durchtrittsöffnungen durchsetzenden Kanalsystem, während dem ein Tragkörper unter Bildung der Lochscheibe galvanisch beschichtet wird.

Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 196 07 277 A1 bekannt. Danach wird eine Lochscheibe durch galvanische Herstellung mehrerer aufeinander folgender Lagen erzeugt. Die erste Lage wird auf einem zur galvanischen Abscheidung geeigneten Tragkörper abgeschieden. Die folgenden Lagen werden jeweils auf der vorhergehenden Lage abgeschieden.

Die jeweilige Herstellung der einzelnen Lagen erfolgt in sich entsprechenden Fertigungsschritten. Soweit ein für die galvanische Herstellung der Lage geeigneter Untergrund nicht vorhanden ist, wird zunächst eine Galvanikstartschicht erzeugt. Auf dieser Schicht wird ein Fotolack aufgebracht, der im Bereich eines unter Bildung von Durchtrittsöffnungen für das Fluid die Lage durchsetzenden, zu bildenden Kanalsystems verfestigt und in den Restbereichen wieder entfernt wird. Anschließend wird die zu erzeugende Lage der Lochscheibe galvanisch abgeschieden, wobei das Volumen des zu bildenden Kanalsystems durch den entwickelten Fotolack ausgefüllt bleibt.

Ist die letzte Lage der Lochscheibe abgeschieden, wird die Lochscheibe vom Tragkörper getrennt und das Kanalsystem in der Lochscheibe durch Entfernen des Fotolackes und eventueller Galvanikstartschichten im Bereich des Kanalsystems freigelegt.

Die so erzeugte Lochscheibe kommt bevorzugt als Düsenplatte in einem Einspritzventil für den Kraftstoff einer Brennkraftmaschine zum Einsatz. Mittels der Geometrie der in der Lochscheibe vorgesehenen Kanäle lässt sich der eingespritzte Kraftstoff in bestimmte, für die Verbrennung günstige Bewegungszustände versetzen, bei denen der Zylinder möglichst gleichmäßig mit dem Kraftstoff-Luft-Gemisch beaufschlagt wird. Aber auch andere Anwendungen für Lochscheiben sind denkbar, beispielsweise als Lackierdüse zum gleichmäßigen Auftrag einer Lackschicht auf eine Oberfläche.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem galvanischen Herstellungsverfahren für Lochscheiben zum Ausstoßen eines Fluids die Herstellungszeit zu verkürzen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass als Tragkörper eine gelochte Tragscheibe verwendet wird, die eine Lage der Lochscheibe bildet. Dies bedeutet, dass die Tragscheibe nach der galvanischen Herstellung mindestens einer, bevorzugt jedoch mehrere Lagen nicht von diesen abgelöst wird, sondern vielmehr eine der Lagen von Lochscheiben gemäß dem Stand der Technik ersetzt, so dass diese nicht galvanisch hergestellt werden muss. Hierdurch wird vorteilhafterweise bei der Herstellung der Lochscheibe nicht nur der Fertigungsschritt der Ablösung vom Tragkörper, sondern auch der zeitaufwendige, galvanische Schichtaufbau für die Lage der Lochscheibe, die durch die Tragscheibe gebildet wird, eingespart. Insbesondere, wenn die Tragscheibe einen Grundkörper der Lochscheibe mit im Vergleich zu den anderen Lagen großer Schichtdicke bildet, kann damit der besondere Zeitaufwand eingespart werden, der mit der galvanischen Abscheidung vergleichsweise dicker Schichten verbunden ist. Dadurch lassen sich die Fertigungszeiten für die Lochscheibe vorteilhaft verkürzen, wodurch eine wesentlich wirtschaftlichere Herstellung der Lochscheiben möglich wird.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die gelochte Tragscheibe aus einem Halbzeug mit einer der Scheibenhöhe der gelochten Tragscheibe entsprechenden Dicke ausgestanzt. Bei dem Stanzverfahren handelt es sich vorteilhaft um ein Verfahren, welches bei der Serienherstellung besonders wirtschaftlich ist. Es lassen sich vorteilhaft auch Materialien wie z. B. Edelstahl für die gelochte Tragscheibe verwenden, welche sich galvanisch nicht abscheiden lassen.

Eine weitere Ausbildung der Erfindung sieht vor, dass die gelochte Tragscheibe vor der galvanischen Beschichtung mit einer Verfüllmasse ausgefüllt wird. Die Verfüllmasse bildet im Bereich der Löcher damit einen Untergrund für nachfolgende Lagen der Lochscheibe. Daher lassen sich die folgenden Lagen vorteilhaft mit besonders hoher Präzision herstellen.

Vorteilhaft kann auf die gelochte Tragscheibe zumindest im Bereich der Verfüllmasse eine Galvanikstartschicht für das galvanische Beschichten aufgebracht werden. Das Aufbringen einer Galvanikstartschicht ist nur in den Bereichen notwendig, in denen der Untergrund nicht elektrisch leitend ist und eine galvanische Schicht aufgebaut werden soll. Ist die Verfüllmasse beispielsweise aus einem Kunststoff, so muss z. B. die galvanische Startschicht zumindest in den Bereichen aufgebracht werden, in denen die dem Tragkörper folgende Lage der Lochscheibe die Durchgänge der gelochten Tragscheibe überdecken soll.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird eine lichtempfindliche Schicht auf die gelochte Tragscheibe und/oder die Galvanikstartschicht aufgebracht und eine Negativstruktur für das Kanalsystem durch Belichten der lichtempfindlichen Schicht und anschließendes Entfernen der unbelichteten Teile der Schicht gebildet. Die Negativstruktur füllt das Kanalsystem während der galvanischen Bildung der zu bildenden Lage der Lochscheibe aus, so dass das Kanalsystem direkt bei der galvanischen Herstellung der Lage gebildet wird, ohne dass eine Nachbearbeitung der Lage notwendig wäre. Durch Verwendung einer lichtempfindlichen Schicht, insbesondere Fotolack, lässt sich die Negativstruktur mittels aus der Leiterplattenfertigung bekannter Techniken vorteilhaft einfach und sehr präzise herstellen.

Alternativ kann vorteilhaft auch eine Folie mit einer lichtempfindlichen Lage und einer metallischen Lage, insbesondere eine RC-Folie, mit der metallischen Lage auf die gelochte Tragscheibe aufgebracht werden und eine Negativstruktur für das Kanalsystem durch Belichten der lichtempfindlichen Lage und anschließendes Entfernen der unbelichteten Teile dieser Lage gebildet werden. Bei den genannten Folien wie RC-Folien handelt es sich um weit verbreitete und daher kostengünstige Halbzeuge, welche vorteilhaft in einem einfachen Fertigungsschritt auf die gelochte Tragscheibe aufgebracht werden können. Da die metallische Lage bereits fest mit der lichtempfindlichen Lager verbunden ist, kann vorteilhaft auch das Verfüllen der Tragscheibe entfallen, da die Folie eine genügende Eigenstabilität aufweist, um die Löcher in der gelochten Tragscheibe zu überbrücken. Selbstverständlich können auch weitere Lagen der Lochscheibe, die nicht direkt an die gelochte Tragscheibe grenzen, mittels lichtempfindlicher Schichten oder Folien mit lichtempfindlichen Lagen gebildet werden.

Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass auf beiden Seiten der gelochten Tragscheibe eine galvanische Beschichtung erfolgt. Bei dieser Ausgestaltung der Lochscheibe ist die gelochte Tragscheibe beidseitig mit galvanischen Schichten versehen, in denen die Kanalstruktur vorteilhaft mit besonderer Genauigkeit gefertigt werden kann. Diese Schichten bilden den Einlass sowie die bevorzugt düsenförmigen Auslässe für das auszustoßende Fluid, so dass mit der Lochscheibe das Fluid mit hoher Präzision ausgestoßen werden kann.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die galvanische Beschichtung auf beiden Seiten der gelochten Tragscheibe in parallel ablaufenden Fertigungsschritten gleichzeitig erfolgt. Hierdurch kann die Fertigungszeit für die Lochscheibe vorteilhaft weiter verringert werden, indem die Lochscheibe in einem galvanischen Bad gleichzeitig mit beiden Schichten versehen wird. Eine weitere Effizienzsteigung lässt sich erzielen, wenn auch die Fertigungsschritte der galvanischen Beschichtung, die dem eigentlichen Metallabscheiden vorgelagert sind, also das eventuelle Aufbringen einer Galvanikstartschicht und das Aufbringen und Entwickeln von lichtempfindlichen Schichten, in parallel ablaufenden Fertigungsschritten vorgenommen werden.

Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine mindestens zweilagige Lochscheibe. Eine solche Lochscheibe ist in der bereits eingangs genannten Offenlegungsschrift DE 196 07 277 A1 beschrieben.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine kostengünstig herstellbare, mehrlagige Lochscheibe zum Ausstoßen eines Fluides anzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine mindestens zweilagige Lochscheibe mit Durchtrittsöffnungen eines Kanalsystems zum Ausstoßen eines Fluids, die eine gelochte Tragscheibe und mindestens eine von dieser getragene Galvanikschicht aufweist, gelöst. Die Tragscheibe dient also dazu, eine Unterlage zum Aufbringen der Galvanikschicht zu bilden und ist dabei selbst Teil der Lochscheibe. Ein gesonderter Tragkörper für die erste die Lochscheibe gemäß dem Stand der Technik bildende Galvanikschicht, zu deren Bildung der Tragkörper die Unterlage bildet und vor Fertigstellung der Lochscheibe wieder entfernt wird, ist für die Herstellung der erfindungsgemäßen Lochscheibe nicht notwendig. Die mit dieser konstruktiven Gestaltung verbundenen Vorteile sind im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bereits beschrieben worden.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung beschrieben. Hierbei zeigen
1a bis 1g schematisch die Fertigungsschritte eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bildung einer Lochscheibe und
2 eine alternative Ausgestaltung der Verfahrensschritte 1b und 1c gemäß.
In 1a ist eine gelochte Tragscheibe 11 im Schnitt dargestellt, wobei diese Tragscheibe und das einzige Durchgangs loch 12 beispielsweise aus einem Edelstahlband gestanzt wurden.
Das Durchgangsloch 12 gemäß 1a kann gemäß 1b mit einer Verfüllmasse 13 aus Kunststoff ausgefüllt werden, wodurch auf beiden Seiten der gelochten Tragscheibe 11 je eine geschlossene Tragfläche 14a, 14b für den Aufbau weiterer Schichten gebildet wird.
Wie 1c zu entnehmen ist, wird die gelochte Tragscheibe anschließend beidseitig zunächst mit je einer Galvanikstartschicht 15a, 15b und einer lichtempfindlichen Schicht 16a, 16b für den Aufbau weiterer Schichten gebildet wird.
Wie 1c zu entnehmen ist, wird die gelochte Tragscheibe anschließend beidseitig zunächst mit je einer Galvanikstartschicht 15a, 15b und einer lichtempfindlichen Schicht 16a, 16b versehen.
Wie in 1d angedeutet, können die lichtempfindlichen Schichten 16a, 16b beispielsweise durch Auflegen einer Maske 17 und Belichten beispielsweise mittels Weißlicht 18 oder auch ohne Zwischenschaltung einer Maske direkt mit einem Laserstrahl 19 entwickelt werden.
Wie 1e zu entnehmen ist, können nicht belichtete Teile der lichtempfindlichen Schichen 16a, 16b entfernt werden, wodurch Negativstrukturen 20a, 20b aus den entwickelten Teilen der Schichten 16a, 16b gebildet werden. Diese Negativstrukturen sollen in den zu bildenden Galvanikschichten 21a, 21b (vgl. 1f) das Volumen für ein Kanalsystem einnehmen. Die zu bildenden Galvanikschichten 21a, 21b entsprechen in ihrer Dicke den jeweiligen lichtempfindlichen Schichten 16a, 16b.
Nach Beendigung der galvanischen Beschichtung werden die Negativstrukturen 20a, 20b die Verfüllmasse 13 sowie die Galvanikstartschichten 15a, 15b im Bereich der Verfüllmasse 13 bzw. der Negativstrukturen 20a, 20b beispielsweise durch eine Ätzbehandlung entfernt. Dieser Vorgang wird auch als Resist-Strip bezeichnet. Im Bereich der Verfüllmasse 13 sowie den Negativstrukturen 20a, 20b entsteht damit ein Hohlraum, der ein unter Bildung von Durchtrittsöffnungen 22 für ein Fluid ein die fertig gestellte Lochscheibe 23 durchsetzendes Kanalsystem 24 bildet. Ergänzend kann auf die Lochscheibe eine zusätzliche Schicht 25 mit einer Siebstruktur aufgebracht werden, die zur Filterung des durch die Lochscheibe 23 geführten Fluids dient, um ein eventuelles Verstopfen der Kanalstruktur 24 zu verhindern.
Die Tragscheibe 11 gemäß 2 ist genauso aufgebaut wie die Tragscheibe gemäß 1. Alternativ zu den Galvanikstartschichten 15a, 15b und lichtempfindlichen Schichten 16a, 16b gemäß 1 ist auf die Tragscheibe 11 gemäß 2 eine Folie 26, bestehend aus einer metallischen Lage 27 und einer lichtempfindlichen Lage 28, aufgebracht. Die metallische Lage 27 übernimmt dabei die Funktion der Galvanikstartschicht 15a und die lichtempfindliche Lage 28 die Funktion der lichtempfindlichen Schicht 16a gemäß der 1. Auf eine Verfüllmasse kann bei diesem Ausführungsbeispiel verzichtet werden, da die Folie 26 eine genügende Steifigkeit aufweist, um das Durchgangsloch 12 zu überbrücken.

Claims

Herstellungsverfahren für eine mindestens zweilagige Lochscheibe (23) zum Ausstoßen eines Fluids mit einem die Lochscheibe unter Bildung von Durchtrittsöffnungen (22) durchsetzenden Kanalsystem (24), wobei bei dem Herstellungsverfahren ein Tragkörper unter Bildung der Lochscheibe galvanisch beschichtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Tragkörper eine gelochte Tragscheibe (11) verwendet wird, die eine Lage der Lochscheibe bildet.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gelochte Tragscheibe (11) aus einem Halbzeug mit einer der Scheibenhöhe der gelochten Tragscheibe (11) entsprechenden Dicke ausgestanzt wird.
Herstellungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gelochte Tragscheibe (11) vor der galvanischen Beschichtung mit einer Verfüllmasse (13) ausgefüllt wird.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf die gelochte Tragscheibe (11) zumindest im Bereich der Verfüllmasse (13) eine Galvanikstartschicht (15a, 15b) für das galvanische Beschichten aufgebracht wird.
Herstellungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine lichtempfindliche Schicht (16a, 16b) auf die gelochte Tragscheibe (11) und/oder die Galvanikstartschicht (15a, 15b) aufgebracht wird und eine Negativstruktur (20a, 20b) für das Kanalsystem durch Belichten der lichtempfindlichen Schicht (16a, 16b) und anschließendes Entfernen der unbelichteten Teile dieser Schicht (16a, 16b) gebildet wird.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Folie mit einer lichtempfindlichen Lage (28) und einer metallischen Lage (27), insbesondere eine RC-Folie, mit der metallischen Lage (27) auf die gelochte Tragscheibe (11) aufgebracht wird und eine Negativstruktur für das Kanalsystem durch Belichten der lichtempfindlichen Lage (28) und anschließendes Entfernen der unbelichteten Teile dieser Lage (28) gebildet wird.
Herstellungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf beiden Seiten der gelochten Tragscheibe (11) eine galvanische Beschichtung erfolgt.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die galvanische Beschichtung auf beiden Seiten der gelochten Tragscheibe (11) in parallel ablaufenden Fertigungsschritten gleichzeitig erfolgt.
Herstellungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Lochscheibe eine zusätzliche Schicht (25) mit einer Siebstruktur aufgebracht wird.
Mindestens zweilagige Lochscheibe mit Durchtrittsöffnungen eines Kanalsystems (24) zum Ausstoßen eines Fluids, die eine gelochte Tragscheibe (11) und mindestens eine von dieser getragene Galvanikschicht (21a, 21b) aufweist.