DE112006001316T5

DE112006001316T5 - Ausblasfeste Schweissverfahren für Laserschweissungen für Presspassungsteile

Info

Publication number: DE112006001316T5
Application number: DE112006001316T
Authority: DE
Inventors: James Fochtman; Jack David Oliver
Original assignee: Siemens VDO Automotive Corp
Current assignee: Continental Automotive Systems Inc
Priority date: 2005-06-16
Filing date: 2006-06-16
Publication date: 2008-04-17
Anticipated expiration: 2026-06-17
Also published as: US7930825B2; US20070107699A1; DE112006001316B4; WO2006138712A1; JP2008544146A

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Kraftstoffeinspritzventils, das einen Kraftstoffeinlass, einen Kraftstoffauslass und einen sich vom Kraftstoffeinlass zum Kraftstoffauslass entlang einer Längsachse erstreckenden Kraftstoff-Durchflusskanal aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
Herstellen einer ersten Kraftstoffeinspritzventilkomponente, die eine radial nach außen gerichtete Ringfläche umfasst;
Herstellen einer zweiten Kraftstoffeinspritzventilkomponente, die eine radial nach innen gerichtete Ringfläche umfasst;
Zusammenbauen der ersten und zweiten Komponente durch Herstellung einer Presspassung der ersten Komponente in der zweiten Komponente, wobei die nach außen gerichtete Ringfläche an die nach innen gerichtete Ringfläche stößt;
Drehen der zusammengebauten ersten und zweiten Komponente um eine Längsachse;
erstes Zusammenschweißen der Ringflächen, so dass eine erste ringförmige Schweißraupe gebildet wird, entlang eines Bogens, der einer Drehung von weniger als 360° um die Längsachse entspricht, so dass eine radiale Lücke in der ersten ringförmigen Schweißraupe gelassen wird;
weiteres Drehen der zusammengebauten ersten und zweiten Komponente um die Längsachse; und...

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldungen
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Seriennr. 60/691,125 mit dem Titel "Blowout Resistant Weld Method for Laser Welds for Press-Fit Parts", die am 16. Juni 2005 eingereicht wurde und deren Inhalt hiermit in seiner Gesamtheit durch Querverweis einbezogen wird.
Die vorliegende Anmeldung ist ferner mit der US-Patentanmeldung Nr. 11/xxx,xxx mit dem Titel "Component Geometry and Method for Blowout Resistant Welds" verwandt, die an demselben Datum wie die vorliegende Anmeldung eingereicht wurde.
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet des Schweißens und spezieller Verfahren und Systeme zum Herstellen hermetischer, ausblasfester Schweißungen zwischen Komponenten mit Presspassung in einer Kraftstoffeinspritzventil-Baugruppe.
Hintergrund der Erfindung
Ein Kraftstoffeinspritzventil enthält einen Druckbehälter, ein Ventil, das den Druckbehälter entlüftet, und einen spulengesteuerten Magnetkreis zur Ansteuerung des Ventils. Der Druckbehälter darf während des Betriebs keine äußeren Kraftstofflecks aufweisen. Bei den meisten Konstruktionen von Kraftstoffeinspritzventilen werden mehrere Komponenten verwendet, welche zusammengeschweißt werden, um den Druckbehälter herzustellen.
Normalerweise werden Druckbehälterkomponenten eines Kraftstoffeinspritzventils unter Verwendung eines Lasers geschweißt. Ein Laser wurde erfolgreich verwendet, um Verbindungskonfigurationen wie etwa Überlappungsverbindungen, wo sich überlappende Flächen der Komponenten verbunden werden, Stumpfstoßverbindungen, wo zwei Komponenten durch Stoßverbindung ohne Überlappung zusammengefügt werden, und Kehlnahtverbindungen, bei welchen Material an stumpf aneinanderstoßenden Teilen entfernt wird, um Platz für eine Schweißraupe zu schaffen, zu schweißen. Laser sind dazu geeignet, kleine Präzisionskomponenten in einer Produktionsumgebung zuverlässig und schnell zusammenzuschweißen.
Bei vielen Anwendungen wird der Laserstrahl stationär gehalten, während das zu schweißende Teil bewegt oder gedreht wird, um die Schweißverbindung herzustellen. Um den hermetischen Druckbehälter zu schweißen, der in Kraftstoffeinspritzventilen verwendet wird, wird der Strahl gewöhnlich stationär gehalten, während das Teil gedreht wird. Für eine hermetische Schweißverbindung dieses Typs an rohrförmigen Komponenten wie etwa denjenigen des Druckbehälters des Kraftstoffeinspritzventils ist die "Einschaltzeit" für den Laserstrahl länger als die Zeit, die das Teil benötigt, um eine Umdrehung auszuführen. Die resultierende Überlappung der Schweißverbindung stellt sicher, dass die Schweißverbindung hermetisch ist.
Ein verbreitetes Problem, dass mit einer solchen Laserschweißung an rohrförmigen Komponenten zusammenhängt, tritt auf, wenn die Überlappung der Schweißverbindung ausgebildet wird. Gewisse Schweißbedingungen und Gestaltungen von Verbindungen führen tendenziell zu einem "Ausblasen" (Blow-Out) der Schweißraupe, gewöhnlich während der abschließenden Überlappung der Schweißverbindung. Dieses "Ausblasen" wird durch eine schnelle Erhöhung des Innendruckes auf einer Seite der Schweißverbindung verursacht, die auf einen plötzlichen Temperaturanstieg im Zusammenhang mit der Schweißung zurückzuführen ist. Das "Ausblasen" tritt in den meisten Fällen auf, wenn die Überlappung der Schweißverbindung erfolgt, obwohl bekannt ist, dass es unter gewissen Bedingungen auch anderswo auftritt. Wenn ein innerer Bereich auf irgendeiner Seite der Schweißverbindung eine ausreichende Druckerhöhung erfährt, tritt das "Ausblasen" der Schweißverbindung auf, wenn das geschmolzene Schweißbad nicht in der Lage ist, den Kräften zu widerstehen, die durch die Druckdifferenz ausgeübt werden. Die Schweißverbindung "bläst aus", wobei ein Loch oder eine Lücke in der Schweißraupe zurückbleibt. Dieses Loch führt gewöhnlich zu einer Zunahme der durch Leckage verursachten Ausschussanteile während des Montageprozesses.
Zum Beispiel können zwei Komponenten in einem Bereich eines durchgehenden "Festsitzes" oder einer Presspassung durch Überlappschweißung zusammengeschweißt werden. Es ist bekannt, dass solche Schweißverbindungen Bereiche des "Ausblasens" an zufälligen Stellen ebenso wie im Überlappungsbereich aufweisen. Diese "Blow-Outs" treten oft an mehreren radialen Stellen entlang der gesamten Schweißverbindung auf. Es wurde die Theorie aufgestellt, dass in einem Presspassungsbereich infolge einer unvollkommenen Oberflächenbearbeitung der zusammengepressten Teile kleine Hohlräume eingeschlossene Luft enthalten. Wenn eine Laserschweißung über diesen kleinen Hohlräumen versucht wird, erfährt die in ihnen befindliche Luft eine plötzliche Temperaturänderung und dehnt sich aus. Diese Ausdehnung "bläst" das geschmolzene Schweißbad aus, wobei eine Lücke in der Schweißverbindung zurückbleibt.
Stattdessen können die zwei Teile auch ohne eine Presspassung und mit einem Spielraum zwischen den einander zugewandten Flächen verbunden werden. Es wird keine Druckdifferenz erzeugt, und daher treten praktisch keine "Blow-Outs" auf. Diese Gestaltung einer Verbindung hat jedoch zwei wesentliche Nachteile, wenn sie für eine Anwendung bei einem Kraftstoffeinspritzventil verwendet wird. Erstens können Schweißschlacke oder Oxide, die möglicherweise durch den Schweißprozess erzeugt werden, aus der Schweißverbindung in den Ventilkörper entweichen und dabei eine innere Verunreinigung des Kraftstoffeinspritzventils erzeugen. Eine solche innere Verunreinigung in einer Präzisionsvorrichtung wie einem Kraftstoffeinspritzventil kann unerwünschte Auswirkungen haben. Zweitens erfordern viele Konstruktionen aus Gründen der Bearbeitung eine Presspassung zwischen den zwei Komponenten.
Daher besteht gegenwärtig ein Bedarf an der Bereitstellung eines Verfahrens und eines Systems zur zuverlässigen Erzeugung einer hermetischen Schweißverbindung, die rohrförmige Komponenten eines Kraftstoffeinspritzventils verbindet. Soweit dem Erfinder bekannt ist, ist gegenwärtig kein solches Verfahren verfügbar.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Kraftstoffeinspritzventils bereitgestellt, das einen Kraftstoffeinlass, einen Kraftstoffauslass und einen sich vom Kraftstoffeinlass zum Kraftstoffauslass entlang einer Längsachse erstreckenden Kraftstoff-Durchflusskanal aufweist. Das Verfahren beinhaltet die folgenden Schritte: Herstellen einer ersten Kraftstoffeinspritzventilkomponente, die eine radial nach außen gerichtete Ringfläche umfasst; Herstellen einer zweiten Kraftstoffeinspritzventilkomponente, die eine radial nach innen gerichtete Ringfläche umfasst; Zusammenbauen der ersten und zweiten Komponente durch Herstellung einer Presspassung der ersten Komponente in der zweiten Komponente, wobei die nach außen gerichtete Ringfläche an die nach innen gerichtete Ringfläche stößt; Drehen der zusammengebauten ersten und zweiten Komponente um eine Längsachse; erstes Zusammenschweißen der Ringflächen, so dass eine erste ringförmige Schweißraupe gebildet wird, entlang eines Bogens, der einer Drehung von weniger als 360° um die Längsachse entspricht, so dass eine radiale Lücke in der ersten ringförmigen Schweißraupe gelassen wird; weiteres Drehen der zusammengebauten ersten und zweiten Komponente um die Längsachse; und zweites Zusammenschweißen der Ringflächen, so dass eine zweite ringförmige Schweißraupe gebildet wird, entlang eines Bogens, welcher der radialen Lücke entspricht, wodurch eine hermetische Schweißverbindung zwischen der ersten und zweiten Komponente hergestellt wird.
Bei einer Ausführungsform umfasst der Schritt des ersten Zusammenschweißens: Zuführen eines Laserschweißstrahls, während die zusammengebauten Komponenten um ungefähr 160 Grad um die Längsachse rotieren; Unterbrechen des Laserschweißstrahls für ungefähr die nächsten 35 Grad der Drehung um die Längsachse, so dass eine radiale Lücke in der ersten ringförmigen Schweißraupe gelassen wird; erneutes Zuführen des Laserschweißstrahls für ungefähr die nächsten 165 Grad der Drehung um die Längsachse; und der Schritt des zweiten Zusammenschweißens umfasst das Zuführen des Laserschweißstrahls in dem Bereich der radialen Lücke, um die hermetische Schweißverbindung zwischen der ersten und zweiten Komponente zu vervollständigen.
Bei einer anderen Ausführungsform umfasst der Schritt des ersten Zusammenschweißens: Zuführen eines Laserschweißstrahls, während die zusammengebauten Komponenten um ungefähr 325 Grad um die Längsachse rotieren, und Unterbrechen des Laserschweißstrahls, so dass die radiale Lücke in der ersten ringförmige Schweißraupe gelassen wird; und der Schritt des zweiten Zusammenschweißens umfasst das Zuführen des Laserschweißstrahls in dem Bereich der radialen Lücke, um die hermetische Schweißverbindung zwischen der ersten und zweiten Komponente zu vervollständigen.
Bei einer alternativen Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner das Formen wenigstens einer der Ringflächen, um, wenn die Flächen aneinander stoßen, einen Nichtkontaktbereich, der einen Zwischenraum zwischen den Flächen aufweist, und einen Presspassungsbereich, wo sich die erste und zweite Fläche in Kontakt befinden, zu bilden, wobei der Nichtkontakt- und der Presspassungsbereich benachbart sind.
Der im Wesentlichen abgedichtete Abschnitt des Zwischenraums kann ein Volumen von wenigstens 0,037 mm³ aufweisen. Die Flächen in dem Nichtkontaktbereich können zwischen 0,005 und 0,025 mm voneinander entfernt sein. Ein Mittelpunkt der Schweißraupe kann wenigstens 1 mm von dem Kontaktbereich entfernt sein.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Kraftstoffeinspritzventil bereitgestellt, das einen Kraftstoffeinlass, einen Kraftstoffauslass und einen sich vom Kraftstoffeinlass zum Kraftstoffauslass entlang einer Längsachse erstreckenden Kraftstoff-Durchflusskanal aufweist und umfasst: eine erste Kraftstoffeinspritzventilkomponente, die einen Einlass, Auslass und Durchflusskanal der ersten Komponente umfasst, wobei sich der Durchflusskanal der ersten Komponente vom Einlass der ersten Komponente zum Auslass der ersten Komponente entlang der Längsachse erstreckt, wobei die erste Komponente ferner eine radial nach außen gerichtete Außenfläche umfasst; eine zweite Kraftstoffeinspritzventilkomponente, die einen Einlass, Auslass und Durchflusskanal der zweiten Komponente umfasst, wobei sich der Durchflusskanal der zweiten Komponente vom Einlass der zweiten Komponente zum Auslass der zweiten Komponente entlang der Längsachse erstreckt, wobei die zweite Komponente ferner eine radial nach innen gerichtete Innenfläche umfasst, wobei die Außenfläche der ersten Komponente der Innenfläche der zweiten Komponente zugewandt ist; eine erste und eine zweite ringförmige Schweißraupe, welche die Innen- und Außenfläche verbinden, wobei die erste ringförmige Schweißraupe entlang eines Bogens angeordnet ist, der einer Drehung von weniger als 360° um eine Längsachse der ersten und zweiten Kraftstoffeinspritzventilkomponente entspricht, wobei die zweite ringförmige Schweißraupe die erste ringförmige Schweißraupe an wenigstens zwei radialen Stellen entlang des Bogens überlappt.
Diese und andere Vorteile der Erfindung werden für Durchschnittsfachleute anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen offensichtlich.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Schnittansicht eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 ist eine Schnittansicht einer aus einem Polstück und einer nichtmagnetischen Hülse bestehenden Baugruppe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
3 ist eine Schnittansicht eines mehrere Schritte umfassenden Schweißprozesses gemäß einem Aspekt der Erfindung entlang der Linien 3--3 in 2;
4a ist eine graphische Darstellung eines ersten Verfahrens gemäß der Erfindung;
4b ist eine graphische Darstellung eines zweiten Verfahrens gemäß der Erfindung;
5 ist eine Vergrößerung des Bereiches V--V von 2 einer alternativen Ausführungsform gemäß einem Aspekt der Erfindung;
6a ist ein Flussdiagramm, das die in 3, 4a und 4b dargestellte Verfahrensweise beschreibt; und
6b ist ein Flussdiagramm, das ein alternatives Verfahren unter Verwendung der in 5 dargestellten Geometrie beschreibt.
Beschreibung der Erfindung
Es werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche Zahlen durchgehend gleiche Elemente bezeichnen. Bevor Ausführungsformen der Erfindung im Einzelnen erläutert werden, wird darauf hingewiesen, dass die Erfindung in ihrer Anwendung nicht auf die Einzelheiten der Beispiele beschränkt ist, die in der folgenden Beschreibung dargelegt oder in den Abbildungen dargestellt sind. Die Erfindung gestattet andere Ausführungsformen und kann in vielfältigen Anwendungen und auf verschiedene Weise praktisch realisiert oder ausgeführt werden. Außerdem versteht es sich, dass die hier verwendeten Formulierungen und Termini dem Zwecke der Beschreibung dienen und nicht als einschränkend betrachtet werden dürfen. Die Verwendung von "enthalten", "umfassen", "aufweisen" und von Varianten davon ist hier in dem Sinne zu verstehen, dass die danach aufgezählten Elemente und Äquivalente derselben sowie zusätzliche Elemente umfasst sein sollen.
Die Erfinder haben eine Technik und eine Konstruktion eines Kraftstoffeinspritzventils entwickelt, um die oben beschriebenen Probleme beim Schweißen von Druckbehältern von Kraftstoffeinspritzventilen anzugehen. Eine Schnittansicht eines Kraftstoffeinspritzventils 100 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist in 1 dargestellt. Obwohl die Erfindung in Verbindung mit diesem beispielhaften Kraftstoffeinspritzventil beschrieben wird, ist für einen Fachmann klar, dass das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung auch für andere Konstruktionen von Kraftstoffeinspritzventilen anwendbar sind. Ausführungsformen der Erfindung können ferner bei anderen Schweißanwendungen verwendet werden, bei denen ein "Ausblasen" der Schweißverbindung ein Problem darstellt.
Es wird auf 1 Bezug genommen; ein elektromagnetisch betätigtes Kraftstoffeinspritzventil 100 gibt eine Menge an Kraftstoff ab, welche in einer Verbrennungskraftmaschine (nicht dargestellt) verbrannt werden soll. Das Kraftstoffeinspritzventil 100 erstreckt sich entlang einer Längsachse A--A zwischen einem ersten Einspritzventilende 200A und einem zweiten Einspritzventilende 200B und enthält eine Ventilgruppen-Unterbaugruppe 200 und eine Energiegruppen-Unterbaugruppe 300. Die Ventilgruppen-Unterbaugruppe 200 führt Funktionen des Fluidtransports aus, z.B. das Definieren eines Kraftstoffdurchflussweges und das Verhindern des Kraftstoffdurchflusses durch das Einspritzventil 100. Die Energiegruppen-Unterbaugruppe 300 führt elektrische Funktionen aus, z.B. das Umwandeln elektrischer Signale in eine Antriebskraft, um den Kraftstoffdurchfluss durch das Einspritzventil 100 zu ermöglichen.
Die Ventilgruppen-Unterbaugruppe 200 enthält eine Rohrbaugruppe 202, die sich entlang der Längsachse A--A zwischen dem ersten Kraftstoffeinspritzventilende 200A und dem zweiten Kraftstoffeinspritzventilende 200B erstreckt. Die Rohrbaugruppe 202 kann wenigstens ein Einlassrohr 204, eine nichtmagnetische Hülse 210 und einen Ventilkörper 206 aufweisen. Das Einlassrohr 204 weist ein erstes Einlassrohrende 202A auf, das sich in der Nähe des ersten Kraftstoffeinspritzventilendes 200A befindet. Das Einlassrohr 204 kann am Einlassende 202A zu einem Flansch 202C aufgeweitet sein, um einen O-Ring 10 zu halten. Ein zweites Einlassrohrende 202B des Einlassrohres 204 ist mit einem ersten Hülsenende 210A der nichtmagnetischen Hülse 210 verbunden. Ein zweites Hülsenende 210B der nichtmagnetischen Hülse 210 kann mit einer im Allgemeinen quer verlaufenden ebenen Fläche eines ersten Ventilkörperendes 206A des Ventilkörpers 206 verbunden sein. Ein zweites Ventilkörperende 206B des Ventilkörpers 206 ist in der Nähe des zweiten Rohrbaugruppenendes 200B angeordnet. Das Einlassrohr 204 kann durch einen Tiefziehprozess oder durch einen Walzvorgang geformt sein. Ein separates Polstück 208 kann mit dem Einlassrohr 204 verbunden sein und mit dem ersten Hülsenende 210A der nichtmagnetischen Hülse 210 verbunden sein. Das Polstück kann ein nichtrostendes Stahlmaterial umfassen, wie etwa SS 430FR (ASTM A838-00). Die nichtmagnetische Hülse 210 kann nichtmagnetischen nichtrostenden Stahl umfassen, z.B. nichtrostende Stähle der Reihe 300 wie etwa SS 305 (EN 10088-2) oder andere Materialien, welche ähnliche strukturelle und magnetische Eigenschaften aufweisen.
Wie in 1 dargestellt, ist das Einlassrohr 204 an dem Polstück 208 mittels Schweißverbindungen 205 befestigt. In die Außenfläche des Polstückes 208 sind Polstückabsätze 208A eingeformt, welche in Verbindung mit dazu passenden Absätzen eines Spulenkörpers der Spulen-Unterbaugruppe als formschlüssige Montageanschläge wirken, wenn die beiden Unterbaugruppen zusammengebaut werden. Die Länge des Polstückes 208 ist fest, während die Länge des Einlassrohres 204 entsprechend den Erfordernissen des Betriebs der speziellen Konstruktion des Kraftstoffeinspritzventils variieren kann. Indem das Einlassrohr 204 getrennt von dem Polstück 208 gefertigt wird, können Einspritzventile unterschiedlicher Länge hergestellt werden, indem während des Prozesses des Zusammenbaus verschiedene Einlassrohrlängen verwendet werden. Das Einlassrohr 204 kann an dem Polstück 208 an einer Innenumfangsfläche des Polstückes 208 befestigt sein. Alternativ dazu kann ein integriertes Einlassrohr und Polstück an der Innenumfangsfläche einer nichtmagnetischen Hülse 210 befestigt sein.
Eine Ankerbaugruppe 212 ist in der Rohrbaugruppe 202 angeordnet. Die Ankerbaugruppe 212 weist ein erstes Ankerbaugruppenende mit einem ferromagnetischen oder Ankerabschnitt 214 und ein zweites Ankerbaugruppenende mit einem Dichtabschnitt auf. Die Ankerbaugruppe 212 ist in der Rohrbaugruppe 202 derart angeordnet, dass der Absatz 214A des Ankers 214 dem Absatz 208B des Polstückes 208 gegenüberliegt. Der Dichtabschnitt kann ein Schließelement 216 enthalten, z.B. ein kugelförmiges Ventilelement, welches bezüglich des Sitzes 218 und seiner Dichtfläche 218A beweglich ist. Das Schließelement 216 ist zwischen einer geschlossenen Konfiguration, wie in 1 dargestellt, und einer offenen Konfiguration (nicht dargestellt) beweglich. In der geschlossenen Konfiguration liegt das Schließelement 216 formschlüssig an der Dichtfläche 218A an, um den Durchfluss von Fluid durch die Öffnung zu verhindern. In der offenen Konfiguration befindet sich das Schließelement 216 in einem Abstand von dem Sitz 218, um den Durchfluss von Fluid durch die Öffnung zu ermöglichen. Die Ankerbaugruppe 212 kann auch einen separaten Zwischenabschnitt 220 aufweisen, der den ferromagnetischen oder Ankerabschnitt 214 mit dem Schließelement 216 verbindet. Der Zwischenabschnitt oder das Ankerrohr 220 kann an dem Anker 214 und dem Schließelement 216 mittels Schweißraupen 215 bzw. 217 befestigt sein.
Auf wenigstens einen der Endabschnitte 208B und 214A können Oberflächenbehandlungen angewendet werden, um das Ansprechverhalten des Ankers zu verbessern und den Verschleiß an den Aufprallflächen und Schwankungen im Arbeitsluftspalt zwischen den jeweiligen Endabschnitten 208A und 214A zu verringern. Die Oberflächenbehandlungen können Beschichtung, Plattierung oder Einsatzhärtung beinhalten. Beschichtungen oder Plattierungen können unter anderem Hartverchromung, Vernickelung oder Beschichtung mit Keronit beinhalten. Eine Einsatzhärtung kann andererseits unter anderem ein Nitrierhärten, ein Aufkohlen, ein Karbonitrieren, ein Cyanbadhärten, ein Wärme-, Flammen-, Funken- oder Induktionshärten beinhalten.
Der Kraftstofffluss durch die Ankerbaugruppe 212 hindurch kann durch wenigstens eine sich axial erstreckende Durchgangsbohrung 214B und wenigstens eine Öffnung 220A in einer Wand der Ankerbaugruppe 212 gewährleistet werden. Die Öffnungen 220A, welche von beliebiger Form sein können, sind vorzugsweise nicht kreisförmig, z.B. axial lang gestreckt, um das Hindurchbewegen von Gasblasen zu erleichtern. Die Öffnungen 220A gewährleisten eine Fluidkommunikation zwischen der wenigstens einen Durchgangsbohrung 214B und dem Inneren des Ventilkörpers 206. Daher kann in der offenen Konfiguration Kraftstoff von der Durchgangsbohrung 214B, durch die Öffnungen 220A und das Innere des Ventilkörpers 206 hindurch, um das Schließelement 216 herum und durch die Dosieröffnungen einer Lochscheibe 222 hindurch in den Motor (nicht dargestellt) strömen.
Als eine weitere Alternative kann ein zweiteiliger Anker mit einem Ankerabschnitt, der direkt mit einem Schließelement verbunden ist, verwendet werden. Obwohl die dreiteilige und die zweiteilige Ankerbaugruppe untereinander austauschbar sind, ist die dreiteilige Ankerbaugruppe aufgrund ihrer Fähigkeit vorzuziehen, die Streuung des Magnetflusses aus dem Magnetkreis des Kraftstoffeinspritzventils 100 gemäß der vorliegenden Erfindung zu reduzieren. Es ist anzumerken, dass das Ankerrohr 220 der dreiteiligen Ankerbaugruppe mittels verschiedener Verfahren hergestellt werden kann; zum Beispiel kann eine Platte gewalzt werden, und ihre Ränder können verschweißt werden, oder es kann eine Platine tiefgezogen werden, so dass ein nahtloses Rohr geformt wird.
Der Sitz 218 ist an dem zweiten Ende der Rohrbaugruppe 202 befestigt. Eine Lochscheibe 222 kann in Verbindung mit dem Sitz 218 verwendet werden, um wenigstens eine präzise bemessene und ausgerichtete Düsenöffnung zur Verfügung zu stellen, um ein bestimmtes Spritzbild und eine bestimmte Sprührichtung des Kraftstoffstrahls zu erhalten. Die präzise bemessene und ausgerichtete Düsenöffnung kann auf der Mittelachse der Lochscheibe 222 angeordnet sein, oder vorzugsweise bezüglich der Achse versetzt, und kann in einer beliebigen wünschenswerten Winkelkonfiguration bezüglich irgendeines oder mehrerer Bezugspunkte am Kraftstoffeinspritzventil 100 ausgerichtet sein. Hierbei ist anzumerken, dass sowohl der Ventilsitz 218 als auch die Lochscheibe 222 mittels bekannter herkömmlicher Befestigungsverfahren, darunter zum Beispiel Laserschweißen, Herstellen einer Crimpverbindung und Reibschweißen oder herkömmliches Schweißen, fest an dem Ventilkörper 206 angebracht sind. Die Lochscheibe 222 ist vorzugsweise durch Heftschweißen in einer festen räumlichen Ausrichtung an dem Sitz 218 befestigt, um das spezielle Kraftstoff-Spritzbild und die spezielle Sprührichtung des Kraftstoffstrahls zu gewährleisten.
In dem Falle, wenn das Schließelement 216 die Form eines kugelförmigen Ventilelements hat, kann das kugelförmige Ventilelement mit der Ankerbaugruppe 212 an einem Durchmesser verbunden sein, welcher kleiner als der Durchmesser des kugelförmigen Ventilelements ist. Diese Verbindung würde sich auf der Seite des kugelförmigen Ventilelements befinden, welche der an dem Sitz 218 formschlüssig anliegenden Seite gegenüberliegt. Eine untere Ankerbaugruppenführung 224 kann in der Rohrbaugruppe 202 in der Nähe des Sitzes 218 angeordnet sein und würde sich gleitend in Kontakt mit dem Durchmesser des kugelförmigen Ventilelements befinden. Die untere Ankerbaugruppenführung 224 kann das Ausrichten der Ankerbaugruppe 212 entlang der Längsachse A--A erleichtern.
Ein elastisches Element 226 ist in der Rohrbaugruppe 202 angeordnet und erzeugt eine Vorbelastung der Ankerbaugruppe 212 zum Sitz 218 hin. Eine Filterbaugruppe 228, die ein Filter 230 und ein Vorbelastungs-Einstellelement 232 umfasst, ist ebenfalls in der Rohrbaugruppe 202 angeordnet. Die Filterbaugruppe 228 weist ein erstes Filterbaugruppenende 228A und ein zweites Filterbaugruppenende 228B auf. Das Filter 230 ist an einem Ende der Filterbaugruppe 228 angeordnet und befindet sich außerdem in der Nähe des ersten Endes 200A der Rohrbaugruppe 202 und entfernt von dem elastischen Element 226, während das Vorbelastungs-Einstellelement 232 im Allgemeinen in der Nähe des zweiten Endes der Rohrbaugruppe 202 angeordnet ist. Das Vorbelastungs-Einstellelement 232 befindet sich in Kontakt mit dem elastischen Element 226 und stellt die Vorbelastungskraft des Elementes 226 bezüglich der Rohrbaugruppe 202 ein. Insbesondere stellt das Vorbelastungs-Einstellelement 232 ein Reaktionsglied zur Verfügung, auf welches das elastische Element 226 rückwirkt, um das Einspritzventil 100 zu schließen, wenn die Energiegruppen-Unterbaugruppe 300 entregt wird. Die Position des Vorbelastungs-Einstellelements 232 kann bezüglich des Einlassrohres 204 durch eine Presspassung zwischen einer Außenfläche des Vorbelastungs-Einstellelements 232 und einer Innenfläche der Rohrbaugruppe 202 beibehalten werden. Daher kann die Position des Vorbelastungs-Einstellelements 232 bezüglich des Einlassrohres 204 verwendet werden, um eine vorbestimmte dynamische Eigenschaft der Ankerbaugruppe 212 einzustellen.
Die Ventilgruppen-Unterbaugruppe 200 kann wie folgt zusammengebaut werden. Die nichtmagnetische Hülse 210 wird mit dem Einlassrohr 204 über das Polstück 208 sowie mit dem Ventilkörper 206 verbunden. Die nichtmagnetische Hülse 210 und das Polstück 208 werden durch die Schweißraupe 281 verbunden. Der Zusammenbau der nichtmagnetischen Hülse kann unter Anwendung von Laserschweißverfahren durchgeführt werden, wie weiter unten unter Bezugnahme auf 2 bis 4 ausführlicher beschrieben ist.
Die Filterbaugruppe 228 wird entlang der Achse A--A vom ersten Ende 200A der Rohrbaugruppe 202 aus eingeführt. Danach werden das elastische Elemente 226 und die Ankerbaugruppe 212 (welche vormontiert wurde) entlang der Achse A--A vom Einspritzventil-Auslassende 200B des Ventilkörpers 206 aus eingeführt. Das Einstellrohr 232 und die Filterbaugruppe 228 können in das Einlassrohr 204 bis zu einem vorbestimmten Abstand eingeführt werden, so dass ermöglicht wird, dass das Einstellrohr 232 das elastische Element 226 vorbelastet. Die Positionierung der Filterbaugruppe 228 und damit des Einstellrohrs 232 bezüglich des Einlassrohres 204 kann verwendet werden, um die dynamischen Eigenschaften des elastischen Elementes 226 einzustellen, z.B. so, dass sichergestellt wird, dass die Ankerbaugruppe 212 bei Einspritzimpulsen nicht gleitet oder zurückprallt. Danach werden der Sitz 218 und die Lochscheibe 222 entlang der Achse A--A vom zweiten Ventilkörperende 206B des Ventilkörpers 206 aus eingeführt. Der Sitz 218 und die Lochscheibe 222 können mittels bekannter Befestigungsverfahren wie etwa Laserschweißen, Herstellen einer Crimpverbindung, Reibschweißen, herkömmliches Schweißen usw. fest aneinander oder am Ventilkörper 206 angebracht werden. Andere bevorzugte Varianten der Ventilgruppen-Unterbaugruppe 200 sind in der US-Patentanmeldung Nr. 20020047054 beschrieben und dargestellt, die am 25. April 2002 veröffentlicht wurde und hiermit in ihrer Gesamtheit durch Querverweis einbezogen wird.
Die Energiegruppen-Unterbaugruppe 300 umfasst eine elektromagnetische Spule 302, wenigstens eine Anschlussklemme 304, ein Spulengehäuse 306 und eine Gusskapsel 308. Die elektromagnetische Spule 302 umfasst einen Draht, welcher auf einen Spulenkörper 314 gewickelt und mit elektrischen Kontakten 316 am Spulenkörper 314 elektrisch verbunden sein kann. Wenn sie erregt wird, erzeugt die Spule 302 einen Magnetfluss, welcher die Ankerbaugruppe 212 zu der offenen Konfiguration hin bewegt, wodurch ermöglicht wird, dass der Kraftstoff durch die Öffnung strömt. Ein Entregen der elektromagnetischen Spule 302 ermöglicht, dass das elastische Element 226 die Ankerbaugruppe 212 zurück in die geschlossene Konfiguration bewegt, wodurch der Kraftstofffluss unterbrochen wird. Das Gehäuse, welches einen Rückschluss für den Magnetfluss zur Verfügung stellt, weist im Allgemeinen einen ferromagnetischen Zylinder, der die elektromagnetische Spule 302 umgibt, und eine Magnetflussscheibe 318, die sich vom Zylinder aus zur Achse A--A hin erstreckt, auf. Die Magnetflussscheibe 318 kann an den Zylinder angeformt oder separat an ihm befestigt sein. Das Spulengehäuse 306 kann Löcher, Schlitze oder andere Merkmale aufweisen, um Wirbelströme aufzulösen, welche auftreten können, wenn die Spule 302 erregt ist.
Die Gusskapsel 308 erhält die relative Ausrichtung und Position der elektromagnetischen Spule 302, der wenigstens einen Anschlussklemme 304 und des Spulengehäuses 306 aufrecht. Die Gusskapsel 308 weist einen Abschnitt für einen elektrischen Mehrfachsteckanschluss 320 auf, in welchem ein Abschnitt der Anschlussklemme 304 freiliegt. Die Anschlussklemme 304 und der Abschnitt für einen elektrischen Mehrfachsteckanschluss 320 können mit einem dazu passenden Verbinder, z.B. einem Teil eines Kabelbaums eines Fahrzeugs (nicht dargestellt), zusammengesteckt werden, um das Anschließen des Einspritzventils 100 an eine elektrische Stromversorgung (nicht dargestellt) zum Erregen der elektromagnetischen Spule 302 zu ermöglichen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform fließt der von der elektromagnetischen Spule 302 erzeugte Magnetfluss in einem Kreis, welcher das Polstück 208, die Ankerbaugruppe 212, den Ventilkörper 206, das Spulengehäuse 306 und die Magnetflussscheibe 318 umfasst. Der Magnetfluss verläuft über einen parasitären Luftspalt zwischen dem homogenen Material des magnetischen Abschnitts oder Ankers 214 und dem Ventilkörper 206 hinweg in die Ankerbaugruppe 212 hinein und über einen Arbeitsluftspalt zwischen den Endabschnitten 208B und 214A hinweg zum Polstück 208 hin, wodurch das Schließelement 216 von dem Sitz 218 abgehoben wird.
Um den Hub einzustellen, d.h. den richtigen Hubweg des Einspritzventils sicherzustellen, können verschiedene Verfahren angewendet werden. Gemäß einem bevorzugten Verfahren wird eine Hubhülse 234 axial innerhalb des Ventilkörpers 206 verschoben. Die Position der Hubhülse 234 wird eingestellt, indem die Hubhülse 234 axial bewegt wird. Der Hubweg wird mit einer Prüfsonde (nicht dargestellt) gemessen. Sobald der gewünschte Hub erreicht ist, wird die Hülse an den Ventilkörper 206 angeschweißt, z.B. durch Laserschweißen. Der Ventilkörper 206 wird anschließend an der Baugruppe des Einlassrohrs 204 mittels einer Schweißverbindung, vorzugsweise einer Laserschweißverbindung, befestigt. Die zusammengebaute Kraftstoffgruppen-Unterbaugruppe 200 wird dann geprüft, z.B. auf Undichtigkeit.
Die Vorbereitung der Energiegruppen-Unterbaugruppe 300, welche (a) das Spulengehäuse 306, (b) die Spulenkörperbaugruppe einschließlich der Anschlussklemmen 304, (c) die Magnetflussscheibe 318 und (d) die Gusskapsel 308 aufweisen kann, kann getrennt von der Kraftstoffgruppen-Unterbaugruppe erfolgen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird Draht auf einen vorgeformten Spulenkörper 314 gewickelt, der elektrische Verbinderabschnitte 316 aufweist, um eine Spulenkörperbaugruppe herzustellen. Die Spulenkörperbaugruppe wird in ein vorgeformtes Spulengehäuse 306 eingesetzt. Um einen Rückschluss für den Magnetfluss zwischen dem Polstück 208 und dem Spulengehäuse 306 zur Verfügung zu stellen, wird eine Magnetflussscheibe 318 an der Spulenkörperbaugruppe angebracht. Eine vorgebogene Anschlussklemme 304, die sich axial erstreckende Verbinderabschnitte aufweist, wird mit den elektrischen Kontaktabschnitten 316 der Spule verbunden und hartgelötet, gelötet, geschweißt oder vorzugsweise widerstandsgeschweißt. Die teilweise zusammengebaute Energiegruppen-Unterbaugruppe wird nun in einer Gießform (nicht dargestellt) angebracht. Aufgrund ihrer vorgebogenen Form werden die Anschlussklemmen 304 dann in der richtigen Ausrichtung mit dem Kabelbaumverbinder 320 positioniert, wenn ein Polymer in die Gießform gegossen oder gespritzt wird. Stattdessen können auch zwei separate Gießformen (nicht dargestellt) verwendet werden, um eine zweiteilige Gusskapsel zu formen, wie weiter oben beschrieben. Außerdem kann sich ein Abschnitt des Spulengehäuses 306 axial über ein Ende der Gusskapsel 308 hinaus erstrecken, um zu ermöglichen, das Einspritzventil mit Einspritzventil-Spitzen unterschiedlicher Länge zu versehen. Der verlängerte Abschnitt kann mit einem Flansch 306A geformt sein, um ein Dichtelement wie etwa den O-Ring 10 zu halten.
Die zusammengebaute Energiegruppen-Unterbaugruppe 300 kann auf einem Prüfstand angebracht werden, um die Zugkraft der Magnetspule, den Spulenwiderstand und den Spannungsabfall zu bestimmen, die bei Sättigung der Magnetspule während der Erregung derselben auftreten.
Der Arbeitsgang des Einsetzens der Kraftstoffgruppen-Unterbaugruppe 200 in die Energiegruppen-Unterbaugruppe 300 kann das Einstellen der relativen Rotationsausrichtung der Kraftstoffgruppen-Unterbaugruppe 200 bezüglich der Energiegruppen-Unterbaugruppe 300 erfordern. Gemäß den bevorzugten Ausführungsformen können die Kraftstoffgruppen- und die Energiegruppen-Unterbaugruppe so gedreht werden, dass der eingeschlossene Winkel zwischen dem (den) Referenzpunkt(en) auf der Lochscheibe 222 (einschließlich von Öffnung(en) an dieser) und einem Referenzpunkt am Kabelbaumverbinder 320 des Einspritzventils innerhalb eines vorgegebenen Winkelbereiches liegt. Die relative Ausrichtung kann eingestellt werden, indem Roboterkameras oder rechnergesteuerte Bildverarbeitungsgeräte verwendet werden, um jeweilige vorgegebene Referenzpunkte an den Unterbaugruppen anzuvisieren, die für die Ausrichtung erforderliche Winkeldrehung zu berechnen, die Unterbaugruppen auszurichten und danach die Ausrichtung durch nochmaliges Anvisieren zu überprüfen usw., bis die Unterbaugruppen richtig ausgerichtet sind. Wenn die gewünschte Ausrichtung erreicht ist, werden die Unterbaugruppen zusammengefügt. Der Vorgang des Zusammenfügens kann mit einem von zwei Verfahren durchgeführt werden: "von oben nach unten" oder "von unten nach oben". Gemäß dem ersteren wird die Energiegruppen-Unterbaugruppe 300 von der Oberseite der Kraftstoffgruppen-Unterbaugruppe 200 aus nach unten geschoben, und gemäß dem letzteren wird die Energiegruppen-Unterbaugruppe 300 von der Unterseite der Kraftstoffgruppen-Unterbaugruppe 200 aus nach oben geschoben. In Situationen, in denen das Einlassrohr 204 ein aufgeweitetes erstes Ende aufweist, ist das Verfahren "von unten nach oben" erforderlich. In diesen Situationen kann außerdem der O-Ring 10, welcher von dem aufgeweiteten ersten Ende gehalten wird, um die Energiegruppen-Unterbaugruppe 300 herum angebracht werden, bevor die Kraftstoffgruppen-Unterbaugruppe 200 in die Energiegruppen-Unterbaugruppe 300 eingeschoben wird. Nach dem Einführen der Kraftstoffgruppen-Unterbaugruppe 200 in die Energiegruppen-Unterbaugruppe 300 werden diese beiden Unterbaugruppen aneinander befestigt, z.B. durch Schweißen, wie etwa Laserschweißen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Gusskapsel 308 eine Öffnung 308A auf, durch welche ein Abschnitt des Spulengehäuses 306 freigelegt wird. Diese Öffnung 308A ermöglicht den Zugang für ein Schweißwerkzeug, um das Spulengehäuse 306 an den Ventilkörper 206 anzuschweißen. Natürlich können auch andere Verfahren zur Befestigung der Unterbaugruppen aneinander angewendet werden. Zum Schluss kann der O-Ring 10 an beiden Enden des Kraftstoffeinspritzventils angebracht werden.
Während des Betriebs wird die elektromagnetische Spule 302 erregt, wodurch ein Magnetfluss in dem Magnetkreis erzeugt wird. Der Magnetfluss bewegt die Ankerbaugruppe 212 (gemäß einer bevorzugten Ausführungsform entlang der Achse A--A) zu dem integrierten Polstück 208 hin, wodurch der Arbeitsluftspalt geschlossen wird. Diese Bewegung der Ankerbaugruppe 212 trennt das Schließelement 216 von dem Sitz 218 und ermöglicht, dass Kraftstoff aus der Kraftstoff-Verteilerleitung (nicht dargestellt) durch das Einlassrohr 204, die Durchgangsbohrung 214B, die Öffnungen 220A und den Ventilkörper 206, zwischen dem Sitz 218 und dem Schließelement 216, durch die Düsenöffnung und schließlich durch die Lochscheibe 222 hindurch in die Verbrennungskraftmaschine (nicht dargestellt) fließt. Wenn die elektromagnetische Spule 302 entregt wird, wird die Ankerbaugruppe 212 durch die Vorspannung des elastischen Elements 226 so bewegt, dass das Schließelement 216 an dem Sitz 218 zur Anlage kommt und dadurch ein Kraftstofffluss durch das Einspritzventil 100 hindurch verhindert wird.
Es wird nun auf 2 Bezug genommen; eine Polstückbaugruppe 280 enthält das Polstück 208 und die nichtmagnetische Hülse 210. Das Polstück 208 weist eine äußere, nach außen gerichtete Ringfläche 286 auf. Die nichtmagnetische Hülse 210 weist eine innere, nach innen gerichtete Ringfläche 285 auf. Das Polstück 208 und die nichtmagnetische Hülse 210 werden zunächst zusammengebaut, indem die beiden Komponenten entlang der Längsachse A--A zusammengepresst werden. Die äußere Ringfläche 286 hat einen Durchmesser, der geringfügig größer ist als der der inneren Ringfläche 285, was eine Presspassung oder einen Festsitz zur Folge hat. Die relativen Durchmesser werden präzise gesteuert, um die zum Zusammenfügen der Teile erforderliche Presskraft zu steuern und so Kaltverschweißen (Galling) und andere Beschädigungen der Teile zu verhindern. Außerdem kann ein Schmiermittel wie etwa Öl verwendet werden, um diese Probleme zu vermindern.
Eine Schweißraupe 281 verbindet das Polstück 208 und die nichtmagnetische Hülse, um die Baugruppe herzustellen. Die Schweißraupe 281 ist ringförmig, d.h. sie erstreckt sich in einer ringförmigen Weise um die verbundenen Komponenten herum. Der Begriff Schweißraupe wird hier in dem Sinne verwendet, dass er eine Masse aus Material bezeichnet, das von den beiden Komponenten stammt, welche durch die Schweißverbindung verbunden werden. Das Material wurde durch Energie von einer Schweißenergiequelle wie etwa einem Laserstrahl (in 299 schematisch dargestellt) verflüssigt. Die Materialien von den verbundenen Komponenten werden bis zu einem gewissen Grade vermischt, in den meisten Fällen jedoch nicht vollständig. Das verflüssigte Material wird abkühlen gelassen, so dass es sich wieder verfestigt. Bei einer fertig gestellten Baugruppe ist die Schweißraupe 281 von den ursprünglichen Teilen aufgrund ihres Aussehens, ihrer kristallinen Struktur und anderer metallurgischer Eigenschaften unterscheidbar.
Die vorliegende Erfindung ist dem Problem des "Ausblasens" (Blow-Out) der Schweißraupe 281 gewidmet. Es wird angenommen, dass das "Ausblasen" durch Gase verursacht wird, die in kleinen Hohlräumen oder Taschen zwischen den Ringflächen 285, 286 eingeschlossen sind. Zum Beispiel kann erhitzte Luft oder verdampftes Schmiermittel, das an Fehlerstellen an den Flächen eingeschlossen ist, eine Druckdifferenz über der geschmolzenen Schweißraupe 281 verursachen.
Es wird nun auf 3 Bezug genommen; es ist eine Schnittansicht entlang der Linien 3--3 in 2 dargestellt, die eine der Veranschaulichung dienende Ausführungsform eines mehrere Schritte umfassenden Schweißverfahrens gemäß einem Aspekt der Erfindung zur Minimierung des "Ausblasens" zeigt. Insbesondere wird, während die die Komponenten 208, 210 umfassende Baugruppe um die Längsachse A--A gedreht wird, eine erste ringförmige Schweißraupe 281a gebildet, die einem Bogen von weniger als 360° Drehung der Baugruppe entspricht. Bei einer ersten Lösung bezeichnet Bezugspunkt "A" die Position 0°, und die erste ringförmige Schweißraupe 281a wird für ungefähr die ersten 160° der Drehung aufgebracht, für die nächsten ungefähr 35° der Drehung unterbrochen und für die nächsten ungefähr 165° der Drehung wieder aufgebracht, wodurch eine radiale Lücke gelassen wird, die einem Bogen von ungefähr 35° entspricht. Dies ermöglicht, dass eingeschlossene Gase durch die Lücke hindurch entweichen können. Anschließend wird eine zweite ringförmige Schweißraupe 281b über der radialen Lücke aufgebracht, um für eine hermetische Abdichtung zwischen den Komponenten 208, 210 zu sorgen. Die zweite Schweißraupe 281b überlappt die erste Schweißraupe 281a an zwei radialen Stellen, wie in der Zeichnung dargestellt, um eine hermetische Abdichtung zu gewährleisten. Dies ist auch in 4a graphisch dargestellt. Bei einer zweiten Lösung bezeichnet Bezugspunkt "B" die Position 0°, und die erste Schweißraupe 281a wird für ungefähr 325° der Drehung aufgebracht und dann abgebrochen, und die zweite Schweißraupe 281b wird danach auf dieselbe Weise über der radialen Lücke aufgebracht, wenn die radiale Lücke beim nächsten Durchgang ungefähr die Position 0° passiert. Die zweite Lösung ist in 4b graphisch dargestellt. Bei beiden Implementierungen besteht das Ziel darin, eine radiale Lücke zu lassen, damit eingeschlossenes Gas entweichen kann, und anschließend dann die Lücke mit einer zweiten Schweißung abzudichten, welche die Lücke schließt. Für Fachleute ist klar, dass die schrägen Linien, die in 4a und 4b dargestellt sind, dem Einschalten des Lasers entsprechen, wenn die Leistung im Schweißbetrieb auf 800 W erhöht wird und wieder auf 0 verringert wird, wodurch ein konisch zulaufender Schweißabschnitt in dem Bereich der sich überlappenden ersten und zweiten Schweißraupe zurückbleibt.
Es wird nun auf 5 Bezug genommen; bei einer alternativen Ausführungsform wird eine kleine Stufe 290 in einer der Komponenten 208, 210 geformt. Die Stufe 290 kann in einem Arbeitsgang der spanenden Bearbeitung wie etwa einem Arbeitsgang des Schleifens oder Drehens hergestellt werden, oder sie kann mittels eines Presswerkzeuges in einem Arbeitsgang des Pressens hergestellt werden.
Wenn die Komponenten 208, 210 zusammengebaut werden und die Flächen 285, 286 überlappt werden, wird ein ringförmiger Presspassungsbereich 292 erzeugt, in welchem die zwei Flächen 285, 286 einen Festsitz aufweisen, wobei sie die Teile miteinander verriegeln und eine im Wesentlichen luftdichte Abdichtung erzeugen. Eine Gesamtlänge (nicht dargestellt) des Presspassungsbereiches beträgt vorzugsweise ungefähr 1,3 mm.
Die Stufe 290 hat einen Nichtkontaktbereich 291 der Flächen 285, 286 zur Folge. Ein Zwischenraum 289 zwischen den Flächen 285, 286 in dem Nichtkontaktbereich hat eine bevorzugte Breite 288 zwischen 0,005 und 0,025 mm.
Die ringförmigen Schweißraupen 281a, 281b, die durch den Laserstrahl 299 hergestellt werden, verbinden die äußere Fläche 286 mit der inneren Fläche 285 in dem Nichtkontaktbereich 291. Die Schweißraupen 281a, 281b bilden eine hermetische Dichtung, die verhindert, dass Flüssigkeiten und Gase zwischen den Komponenten 208, 210 durchströmen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform beträgt ein Nenn-Längsabstand 287 von einer Mittellinie 293 der Schweißraupen 281a, 281b zu dem Presspassungsbereich 292 1 mm. Bei anderen Ausführungsformen kann der Abstand 287 0,5 mm bis 5,0 mm betragen.
Die Schweißraupen 281a, 281b und der Presspassungsbereich 292 begrenzen einen im Wesentlichen abgedichteten Abschnitt 295 des Zwischenraums 289. Der abgedichtete Abschnitt 295 ist ausreichend groß, so dass die Dämpfe innerhalb des abgedichteten Abschnitts ausreichend Zeit und Volumen zur Verfügung haben, um die Druckdifferenz über die Schweißraupen 281a, 281b während des Schweißprozesses auf ein Minimum zu begrenzen. Zum Beispiel kann der abgedichtete Bereich eine Länge von ungefähr 0,75 mm in einer Längsrichtung aufweisen.
Die Erfinder haben festgestellt, dass ein schmalerer Zwischenraum (ohne dass er zu einer Presspassung wird) günstiger ist, um das "Ausblasen" an der Überlappung der Schweißverbindung zu reduzieren. Zum Beispiel kann der abgedichtete Bereich ein Verhältnis von Länge zu Breite aufweisen, das größer als 10 ist. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis ungefähr 50. Es wurde die Theorie aufgestellt, dass, wenn die Breite des Zwischenraums zunimmt, der Dampf innerhalb des abgedichteten Bereichs eine größere Fläche aufweist, die dem geschmolzenen Schweißbad ausgesetzt ist. Die größere dem Schweißbad ausgesetzte Fläche führt zu einem stärkeren Temperaturanstieg und demzufolge zu einer stärkeren Ausdehnung des Dampfes und einem höheren Druck. Umgekehrt begrenzt ein kleiner Zwischenraum die Geschwindigkeit, mit der sich der Druck erhöht, infolge der kleinen Fläche, die dem geschmolzenen Schweißbad ausgesetzt ist, auf ein Minimum.
Im Allgemeinen gilt: Je länger die Länge des abgedichteten Abschnitts 295 in Längsrichtung ist, desto widerstandsfähiger ist die Konstruktion gegenüber einem "Ausblasen" an der Überlappung der Schweißverbindungen. Es wurde die Theorie aufgestellt, dass die relativ kühlen, einander gegenüberliegenden Wände der zwei Komponenten 208, 210 das sich ausdehnende Gas kühlen, wodurch sich die Geschwindigkeit verlangsamt, mit welcher der Innendruck ansteigt.
Der Presspassungsbereich 292 gewährleistet eine wirksame Abdichtung, um zu verhindern, das Schweißschlacke und Oxide, die während des Schweißvorgangs erzeugt werden, in den Ventilkörper 206 (1) eindringen und potentiell die darin enthaltenen Präzisionskomponenten verunreinigen. Die Presspassung ist ferner bei verschiedenen Bearbeitungsschritten des Kraftstoffeinspritzventils hilfreich, wie etwa bei der Handhabung der Baugruppe 280 vor dem Schweißen.
6a ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren 600 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht. Das Verfahren ist zur Herstellung eines Kraftstoffeinspritzventils bestimmt, das einen Kraftstoffeinlass, einen Kraftstoffauslass und einen sich vom Kraftstoffeinlass zum Kraftstoffauslass entlang einer Längsachse erstreckenden Kraftstoff-Durchflusskanal aufweist. Das Verfahren beinhaltet den Schritt des Herstellens (Schritt 610) einer ersten Kraftstoffeinspritzventilkomponente, die eine radial nach außen gerichtete Ringfläche umfasst. Die erste Kraftstoffeinspritzventilkomponente kann zum Beispiel ein Polstück sein. Ebenso wird eine zweite Kraftstoffeinspritzventilkomponente hergestellt (Schritt 620), die eine radial nach innen gerichtete Ringfläche umfasst. Die zweite Komponente kann eine nichtmagnetische Hülse sein.
Die erste und die zweite Komponente werden zusammengebaut (Schritt 630), so dass die Ringflächen einander überlappen. Der Zusammenbau wird durchgeführt, indem die Teile entlang ihrer Längsachsen zueinander ausgerichtet werden und indem die Teile bis zu einer vorbestimmten Länge zusammengepresst werden. Die Teile befinden sich im Presspassungsbereich in Kontakt.
Die erste und zweite Komponente werden im zusammengebauten Zustand um eine Längsachse gedreht (Schritt 640), und die Ringflächen werden in dem Nichtkontaktbereich zusammengeschweißt (Schritt 650), so dass eine ringförmige Schweißraupe entlang eines Bogens gebildet wird, der einer Drehung von weniger als 360° um die Längsachse entspricht, so dass eine radiale Lücke in der ersten ringförmigen Schweißraupe gelassen wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird der Schweißvorgang durchgeführt, indem die zusammengebauten Komponenten um eine Längsachse gedreht werden und ein stationärer Laserstrahl mit 800 W auf die sich überlappenden Flächen gerichtet wird. Bei einer beispielhaften Lösung wird der Laser für ungefähr 325° der Umdrehung der Baugruppe (wie in 3 dargestellt) "eingeschaltet" gehalten, bei einer Drehzahl von 200 U/min.
Die teilweise geschweißte Baugruppe wird weiter gedreht (Schritt 660), und danach wird eine zweite Schweißraupe über die radiale Lücke hinweg angebracht, um die Baugruppe hermetisch abzudichten.
Bei einer alternativen Ausführungsform, die in dem Flussdiagramm von 6b dargestellt ist, sind alle oben im Zusammenhang mit 6a beschriebenen Schritte identisch, wobei Schritt 625 hinzukommt. Hierbei wird wenigstens eine der Ringflächen so geformt (Schritt 625), dass, wenn die Flächen sich überlappen, ein Nichtkontaktbereich, der einen Zwischenraum zwischen den Flächen aufweist, und ein Presspassungsbereich, wo sich die erste und zweite Fläche in Kontakt befinden, gebildet werden. Der Nichtkontakt- und der Presspassungsbereich sind benachbart. Der Schritt des Formens 625 kann in Kombination mit den Schritten des Herstellens 610, 620 durchgeführt werden, oder er kann als ein anschließender Arbeitsgang durchgeführt werden.
Die obige ausführliche Beschreibung ist in dem Sinne zu verstehen, dass sie in jeder Hinsicht der Veranschaulichung dienend und beispielhaft, jedoch nicht einschränkend ist, und der Schutzbereich der hier beschriebenen Erfindung wird nicht durch die Beschreibung der Erfindung bestimmt, sondern vielmehr durch die Patentansprüche in ihrer Auslegung entsprechend der vollen Weite, die durch die Patentgesetze gestattet ist. Zum Beispiel können, obwohl das Verfahren hier in Bezug auf rohrförmige Komponenten eines Kraftstoffeinspritzventils beschrieben ist, die Techniken und Konfigurationen der Erfindung auf andere rohrförmige Komponenten angewendet werden, bei denen eine hermetische Schweißverbindung erforderlich ist. Selbstverständlich dienen die hier dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen nur der Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung, und von Fachleuten können verschiedenartige Modifikationen implementiert werden, ohne den Rahmen und Schutzbereich der Erfindung zu verlassen.
Zusammenfassung
Es wird ein Verfahren zum Reduzieren von Undichtigkeiten in ringförmigen Schweissnähten zum Verbinden von Presspassungsteile in einem Kraftstoffeinspritzventil (100) offenbart. Das Verfahren verwendet ein mehrstufiges Schweissverfahren, wobei eine erste ringförmige Schweissraupe (281a) erzeugt wird, die zu weniger als einer 360°-Drehung der Anordnung um deren Längsachse korrespondiert. Die hierbei verbleibende Lücke wird anschliessend mit einer zweiten ringförmigen Schweissraupe (281b) geschlossen. In einer alternativen Ausführungsform wird eine relief-artige Region an den beiden sich radial gegenüberstehenden Oberflächen angeformt. Die relief-artige Region (291) ist dabei direkt benachbart zu dem Presspassungs-Bereich (292) angeordnet. Auf diese Weise wird ein abgedichteter Spalt (295) in der relief-artigen Region (291) zwischen den Schweissraupen (281) und dem Presspassungs-Bereich (292) geformt. Der abgedichtete Spalt (295) liefert so weitere Mittel, um die Expansion eingeschlossenen Gases zuzulassen, das ansonsten möglicherweise aus einer der Schweissraupen austreten könnte.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Kraftstoffeinspritzventils, das einen Kraftstoffeinlass, einen Kraftstoffauslass und einen sich vom Kraftstoffeinlass zum Kraftstoffauslass entlang einer Längsachse erstreckenden Kraftstoff-Durchflusskanal aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Herstellen einer ersten Kraftstoffeinspritzventilkomponente, die eine radial nach außen gerichtete Ringfläche umfasst; Herstellen einer zweiten Kraftstoffeinspritzventilkomponente, die eine radial nach innen gerichtete Ringfläche umfasst; Zusammenbauen der ersten und zweiten Komponente durch Herstellung einer Presspassung der ersten Komponente in der zweiten Komponente, wobei die nach außen gerichtete Ringfläche an die nach innen gerichtete Ringfläche stößt; Drehen der zusammengebauten ersten und zweiten Komponente um eine Längsachse; erstes Zusammenschweißen der Ringflächen, so dass eine erste ringförmige Schweißraupe gebildet wird, entlang eines Bogens, der einer Drehung von weniger als 360° um die Längsachse entspricht, so dass eine radiale Lücke in der ersten ringförmigen Schweißraupe gelassen wird; weiteres Drehen der zusammengebauten ersten und zweiten Komponente um die Längsachse; und zweites Zusammenschweißen der Ringflächen, so dass eine zweite ringförmige Schweißraupe gebildet wird, entlang eines Bogens, welcher der radialen Lücke entspricht, wodurch eine hermetische Schweißverbindung zwischen der ersten und zweiten Komponente hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Kraftstoffeinspritzventilkomponente ein Polstück ist und die zweite Kraftstoffeinspritzventilkomponente eine nichtmagnetische Hülse ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schritte des Zusammenschweißens der Ringflächen Laserschweißen umfassen.
Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner umfasst, dass durch das erste Zusammenschweißen eine ringförmige Schweißraupe entlang eines Bogens gebildet wird, der einer Drehung von ungefähr 325 Grad um die Längsachse entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des ersten Zusammenschweißens umfasst: Zuführen eines Laserschweißstrahls, während die zusammengebauten Komponenten um ungefähr 160 Grad um die Längsachse rotieren; Unterbrechen des Laserschweißstrahls für ungefähr die nächsten 35 Grad der Drehung um die Längsachse, so dass eine radiale Lücke in der ersten ringförmigen Schweißraupe gelassen wird; erneutes Zuführen des Laserschweißstrahls für ungefähr die nächsten 165 Grad der Drehung um die Längsachse; und wobei der Schritt des zweiten Zusammenschweißens das Zuführen des Laserschweißstrahls in dem Bereich der radialen Lücke umfasst, um die hermetische Schweißverbindung zwischen der ersten und zweiten Komponente zu vervollständigen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des ersten Zusammenschweißens umfasst: Zuführen eines Laserschweißstrahls, während die zusammengebauten Komponenten um ungefähr 325 Grad um die Längsachse rotieren, und Unterbrechen des Laserschweißstrahls, so dass die radiale Lücke in der ersten ringförmige Schweißraupe gelassen wird; und wobei der Schritt des zweiten Zusammenschweißens das Zuführen des Laserschweißstrahls in dem Bereich der radialen Lücke umfasst, um die hermetische Schweißverbindung zwischen der ersten und zweiten Komponente zu vervollständigen.
Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner das Formen wenigstens einer der Ringflächen umfasst, um, wenn die Flächen aneinander stoßen, einen Nichtkontaktbereich, der einen Zwischenraum zwischen den Flächen aufweist, und einen Presspassungsbereich, wo sich die erste und zweite Fläche in Kontakt befinden, zu bilden, wobei der Nichtkontakt- und der Presspassungsbereich benachbart sind.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei ein im Wesentlichen abgedichteter Abschnitt des Zwischenraums ein Volumen von wenigstens 0,037 mm³ aufweist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Flächen in dem Nichtkontaktbereich zwischen 0,005 und 0,025 mm voneinander entfernt sind.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei ein Mittelpunkt der Schweißraupe wenigstens 1 mm von dem Kontaktbereich entfernt ist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei durch den Schritt des Formens der Nichtkontaktbereich an einer Längsseite des Presspassungsbereiches gebildet wird, die sich gegenüber einem Ventilkörper des Kraftstoffeinspritzventils befindet.
Verfahren zum Befestigen einer ersten und einer zweiten Komponente aneinander, wobei die erste Komponente eine radial nach außen gerichtete Ringfläche umfasst und die zweite Komponente eine radial nach innen gerichtete Ringfläche umfasst, welches die folgenden Schritte umfasst: Zusammenbauen der ersten und zweiten Komponente durch Herstellung einer Presspassung der ersten Komponente in der zweiten Komponente, wobei die nach außen gerichtete Ringfläche an die nach innen gerichtete Ringfläche stößt; Drehen der zusammengebauten ersten und zweiten Komponente um eine Längsachse; erstes Zusammenschweißen der Ringflächen, so dass eine erste ringförmige Schweißraupe gebildet wird, entlang eines Bogens, der einer Drehung von weniger als 360° um die Längsachse entspricht, so dass eine radiale Lücke in der ersten ringförmigen Schweißraupe gelassen wird; weiteres Drehen der zusammengebauten ersten und zweiten Komponente um die Längsachse; und zweites Zusammenschweißen der Ringflächen, so dass eine zweite ringförmige Schweißraupe gebildet wird, entlang eines Bogens, welcher der radialen Lücke entspricht, wodurch eine hermetische Schweißverbindung zwischen der ersten und zweiten Komponente hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, welches ferner umfasst, dass durch das erste Zusammenschweißen eine ringförmige Schweißraupe entlang eines Bogens gebildet wird, der einer Drehung von ungefähr 325 Grad um die Längsachse entspricht.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Schritt des ersten Zusammenschweißens umfasst: Zuführen eines Laserschweißstrahls, während die zusammengebauten Komponenten um ungefähr 160 Grad um die Längsachse rotieren; Unterbrechen des Laserschweißstrahls für ungefähr die nächsten 35 Grad der Drehung um die Längsachse, so dass eine radiale Lücke in der ersten ringförmigen Schweißraupe gelassen wird; erneutes Zuführen des Laserschweißstrahls für ungefähr die nächsten 165 Grad der Drehung um die Längsachse; und wobei der Schritt des zweiten Zusammenschweißens das Zuführen des Laserschweißstrahls in dem Bereich der radialen Lücke umfasst, um die hermetische Schweißverbindung zwischen der ersten und zweiten Komponente zu vervollständigen.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Schritt des ersten Zusammenschweißens umfasst: Zuführen eines Laserschweißstrahls, während die zusammengebauten Komponenten um ungefähr 325 Grad um die Längsachse rotieren, und Unterbrechen des Laserschweißstrahls, so dass die radiale Lücke in der ersten ringförmige Schweißraupe gelassen wird; und wobei der Schritt des zweiten Zusammenschweißens das Zuführen des Laserschweißstrahls in dem Bereich der radialen Lücke umfasst, um die hermetische Schweißverbindung zwischen der ersten und zweiten Komponente zu vervollständigen.
Verfahren nach Anspruch 12, welches ferner das Formen wenigstens einer der Ringflächen umfasst, um, wenn die Flächen aneinander stoßen, einen Nichtkontaktbereich, der einen Zwischenraum zwischen den Flächen aufweist, und einen Presspassungsbereich, wo sich die erste und zweite Fläche in Kontakt befinden, zu bilden, wobei der Nichtkontakt- und der Presspassungsbereich benachbart sind.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei ein im Wesentlichen abgedichteter Abschnitt des Zwischenraums ein Volumen von wenigstens 0,037 mm³ aufweist.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Flächen in dem Nichtkontaktbereich zwischen 0,005 und 0,025 mm voneinander entfernt sind.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei ein Mittelpunkt der Schweißraupe wenigstens 1 mm von dem Kontaktbereich entfernt ist.
Kraftstoffeinspritzventil, das einen Kraftstoffeinlass, einen Kraftstoffauslass und einen sich vom Kraftstoffeinlass zum Kraftstoffauslass entlang einer Längsachse erstreckenden Kraftstoff-Durchflusskanal aufweist und umfasst: eine erste Kraftstoffeinspritzventilkomponente, die einen Einlass, Auslass und Durchflusskanal der ersten Komponente umfasst, wobei sich der Durchflusskanal der ersten Komponente vom Einlass der ersten Komponente zum Auslass der ersten Komponente entlang der Längsachse erstreckt, wobei die erste Komponente ferner eine radial nach außen gerichtete Außenfläche umfasst; eine zweite Kraftstoffeinspritzventilkomponente, die einen Einlass, Auslass und Durchflusskanal der zweiten Komponente umfasst, wobei sich der Durchflusskanal der zweiten Komponente vom Einlass der zweiten Komponente zum Auslass der zweiten Komponente entlang der Längsachse erstreckt, wobei die zweite Komponente ferner eine radial nach innen gerichtete Innenfläche umfasst, wobei die Außenfläche der ersten Komponente der Innenfläche der zweiten Komponente zugewandt ist; eine erste und eine zweite ringförmige Schweißraupe, welche die Innen- und Außenfläche verbinden, wobei die erste ringförmige Schweißraupe entlang eines Bogens angeordnet ist, der einer Drehung von weniger als 360° um eine Längsachse der ersten und zweiten Kraftstoffeinspritzventilkomponente entspricht, wobei die zweite ringförmige Schweißraupe die erste ringförmige Schweißraupe an wenigstens zwei radialen Stellen entlang des Bogens überlappt.