DE10305425B4

DE10305425B4 - Herstellungsverfahren für eine Lochscheibe zum Ausstoßen eines Fluids

Info

Publication number: DE10305425B4
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: 2006-04-27
Anticipated expiration: 2023-02-04
Also published as: DE10305425A1; WO2004070188A3; WO2004070188A2

Abstract

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
– als Tragkörper für eine galvanische Beschichtung eine gelochte Tragscheibe (11) bereitgestellt wird,
– die gelochte Tragscheibe (11) vor der galvanischen Beschichtung mit einer Verfüllmasse (13) ausgefüllt wird und
– die Tragscheibe unter Bildung der Lochscheibe galvanisch beschichtet wird, so dass die Tragscheibe eine Lage der Lochscheibe bildet,
dadurch gekennzeichnet,
dass auf die gelochte Tragscheibe (11) zumindest im Bereich der Verfüllmasse (13) eine Galvanikstartschicht (15a, 15b) für das galvanische Beschichten aufgebracht wird.

Description

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.

Gemäß dem deutschen Patent DE 35 24 411 C2 wird als Tragkörper eine gelochte Tragscheibe verwendet, die eine Lage der Lochscheibe bildet. Dies bedeutet, dass die Tragscheibe nach der galvanischen Herstellung der weiteren Lage nicht von dieser abgelöst wird, sondern vielmehr eine der Lagen der Lochscheibe ersetzt, so dass diese nicht galvanisch hergestellt werden muss. Herstellungsbedingt geht der Querschnitt der in der Lochscheibe befindlichen Durchtrittsöffnung fluchtend, d. h. ohne Querschnittssprünge, in die durch die weitere Lage gebildete Durchtrittsöffnung über.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem galvanischen Herstellungsverfahren für Lochscheiben zum Ausstoßen eines Fluids, bei dem eine gelochte Tragscheibe als Tragkörper dient, den herstellungsbedingten Gestaltungsspielraum für die Durchtrittsöffnungen zu vergrößern.

Erfindungsgemäß wird auf die gelochte Tragscheibe zumindest im Bereich der Verfüllmasse eine Galvanikstartschicht für das galvanische Beschichten aufgebracht. 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.

Es ist vorgesehen, 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.

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.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird einelichtempfindliche 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.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung beschrieben. Hierbei zeigen
1a bis g schematisch die Fertigungsschritte eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bildung einer Lochscheibe und
2 eine alternative Ausgestaltung der Verfahrensschritte b und c gemäß 1.
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 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 – als Tragkörper für eine galvanische Beschichtung eine gelochte Tragscheibe (11) bereitgestellt wird, – die gelochte Tragscheibe (11) vor der galvanischen Beschichtung mit einer Verfüllmasse (13) ausgefüllt wird und – die Tragscheibe unter Bildung der Lochscheibe galvanisch beschichtet wird, so dass die Tragscheibe eine Lage der Lochscheibe bildet, 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 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 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 vorangehenden Ansprüche, 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 5, 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.