DE2933721C2 - Dickwandige Rohrleitung zum Einspritzen von Treibstoff in Diesel-Brennkraftmaschinen und Verfahren zur Herstellung der Rohrleitung - Google Patents

Dickwandige Rohrleitung zum Einspritzen von Treibstoff in Diesel-Brennkraftmaschinen und Verfahren zur Herstellung der Rohrleitung

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Description

Die Erfindung betrifft eine dickwandige Rohrleitung aus Stahl zum Einspritzen von unter hohem Druck sehenden Treibstoff in Diesel-Brennkraftmaschinen sowie ein Verfahren zur Herstellung der Rohrleitung.
Aus dem DE-GM 19 54 706 ist eine Rohrleitung zum Einspritzen von unter hohem Druck stehenden Treibstoff in Diesel-Brennkraftmaschinen bekannt, die aus einem dickwandigen Außenrohr und einem dünnwandigen dicht an der Innenbohrung des Außenrohres anliegenden Innenrohr besteht. Die Rohrleitung wird hergestellt, indem das dünnwandige Innenrohr in das dickwandige Außenrohr eingeschoben und dann durch Einleiten eines hohen Druckes an die Wand des Außenrohres angepreßt wird. Bei dieser Verformung erfährt das Innenrohr eine Kaltverfestigung, wie seine Widerstandsfähigkeit gegen Anrisse infolge der pulsierenden Innendrücke wesentlich erhöht. Die Herstellung einer derartigen Rohrleitung ist technisch aufwendig, da zwei Rohre unterschiedlicher Stärke ineinanderzufügen sind und zudem bei ineinandergefügtem Zustand der Teile ein abschließender Fertigungsvorgang erforderlich ist.
Bei einem bekannten Verfahren zur Herstellung einer aus einem Rohr bestehenden Rohrleitung zum Einspritzen von Treibstoff unter hohem Druck (siehe »Fuel Injection Tubing« — SAE ;uif den Seiten 21.123 bis 21.124 der SAl-! Standards und »Testing Technique for Diesel Fuel Injection Systems« — SAF. empfohlene Praxis auf den Seiten 24.91 bis 24.96 des SAE lournals 969a) wird die gehärtete Kornstruktur, weiche über die gesamte Leitungswand durch Kaltziehen durch wiederholte Verwendung von Matrize und Dom hergestellt wird, gleichförmig durch Tempern entfernt, so daß der Kohlenstoffgehalt und die Härteverteilung (ungefähr 110 bis 120 HV) im wesentlichen gleichförmig über die gesamte Leitungswand verteilt ist; eine restliche Druckbelastung kann in dem endbearbeiteten Leitungsdurchmesser, der verwendet wird, nicht mehr beobachtet werden.
ίο Infolge des wiederholten Kaltziehens werden zwar zahlreiche Haarrisse auf der Innenwand erzeugt, aber es kann eine gleichförmige Struktur durch Tempern des gesamten Leitungsmaterials erzeugt werden, wobei die endgültige gleichförmige Verteilung des Kohlenstoffgehalts und keine restliche Druckbelastung vorhanden ist: durch die verstärkte Wirkung des sehr hohen inneren Strömungsdrucks und durch die Änderung des Strömungsdrucks und der Vibration durch ständig wiederholte Betätigung der Maschine wird die innere Oberfläehe durch Kavitation erodiert, die Glätte wird verringert und die Kreisform verändert; eine derartige Erosion führt zuletzt zu einem örtlichen Riß oder Bruch. Um derartiges zu verhindern und um die Sicherheit zu gewährleisten, muß mit steigender Wanddicke unausweichlich ein Leitungsmaterial mit großem Durchmesser verwendet werden.
Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung, eine Rohrleitung der genannten Art zu schaffen, bei der die Rohrleitung einteilig ausgebildet ist, aber dennoch gewährleistet ist,daß ein Reißen oder Brechen der Rohrleitung infolge von Kavitation der Innenwand durch den Strömungsdruck wirksam verhindert wird, ohne daß es erforderlich ist, den Leitungsdurchmesser zu vergrößern. Gelöst wird die Aufgabe dadurch, daß der Kohlenstoffgehalt und die Härte des Rohrleitungswerkstoffs von der Außenwand zur Innenwand zunehmen und daß von der Innenwand eine unter Druckeigenspanr.ungen stehende Werkstoffzone ausgeht, die aus den Phasen Martensit und Troostit besteht.
Durch die Erfindung wird eine Rohrleitung mit verschiedenen Metallstrukturen geschaffen. Der Kohlenstoffgehalt variiert von der äußeren zur inneren Leitungswand, und zwar mit ansteigender Härteverteilung von der Außenwand zur Innenwand.
Obwohl die Rohrleitung aus einem einzigen Stahlmaterial hergestellt ist, bildet sich im Bereich der Innenwand ein besonders ausgebildetes Gefüge hoher Härte, wodurch eine Kavitation durch den Strömungsdruck auf die Innenwand weitgehendst verhindert wird und somit ein Reißen oder Brechen der Rohrleitung vermieden wird. Infolge der geschilderten Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der Rohrleitung kann darauf verzichtet werden, den Leitungsdurchmesser zu vergrößern.
Die der Bohrung der Rohrleitung benachbarten Gefügebereiche sollten zweckmäßig eine Härteverteilung von 150 bis 230 HV aufweisen. Die Härte in diesen Gefügebereichen sollte dabei von der äußeren Oberfläche der Rohrleitung zur inneren Oberfläche hin ansteigen.
Es ist ferner Aufgabe vorliegender Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung der Rohrleitung zu schaffen. Gelöst wird die Aufgabe dadurch, daß ausschließlich die innere Wandfläche der Leitung zementiert wird, daß anschließend die gesamte Leitung erhitzt und dann eine
μ Tcmpcraturcliffcrcn/ /wischen der inneren und iiitUorcn Wandfliichc der Leitung er/cugl wird, wobei clic innere Wandflächc eine höhere Temperatur aufweist als die äußere.
Durch die gegenüber der Temperatur an der äußeren Wandfläche der Leitung erzeugte erhöhte Temperatur der inneren Wandfläche ist gewährleistet, daß sich im Bereich der inneren Fläche ein besonders hartes Geföge ausbilden kann. Die Bildung der Schicht aus Martensit und Troostii durch Erwärmen Ges gesamten MetaJIrohres und anschließendes Abcchrecken bzw. Abkühlen setzt dabei die Einhaltung einer kritischen hohen Abkühlungsgeschwiiidigkeit voraus. Die entsprechenden Abkühlungsbedingungen können entweder durch eine Abschreckung des erhitzten Rohres von außen her oder durch eine Erwärmung von der Bohrung her, die dann der normalen Abkühlung überlassen werden kann, realisiert werden.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmög-Henkelten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles, das in den F i g. 1 und 2 dargestellt ist. Es zeigt
F i g. 1 eine Seitenansicht eines Materials zur Herstellung einer Leitung zum Einspritzen von Treibstoff unter hohem Druck gemäß einer Ausführung der Erfindung,
Fig.2 eine Teilansicht entlang der Linie 1I-II in Fig. 1.
Wie den Zeichnungen zu entnehmen ist, wird nur der innere Oberflächenbereich 4 der dicken Wand 2, die aus dem Leitungsmaterial 1 besteht, zementiert; die dickwandige Metalleitung hat einen inneren Durchmesser von 6,0 bis 30 mm und eine Wandstärke von ungefähr 2,2 bis 12,0 mm und ist völlig aus Stahl hergestellt. Anschließend wird das gesamte Leitungsmaterial erwärmt und dann wird es sofort von der äußeren Oberfläche 3 aus abgeschreckt oder nach einer derartigen Zementierung wird nur der innere Oberflächenbereich 4 durch Hochfrequenzbeheizung oder dergl. rasch erhitzt und die Rohrleitung einer unbeeinflußten Abkühlung überlassen. Durch diese Behandlung kann eine kompakte Kristallstruktur mit hohem Kohlenstoffgehalt und ansteigender Härteverteilung erzielt werden, wobei die der Bohrung der Rohrleitung benachbarten Gefügebereiche eine Härteverteilung von 150 bis 230 HV aufweisen und von der Innenwand eine unter Druckeigenspannungen stehende Werkstoffzone 5 ausgeht, die aus den Phasen Martensit und Troostit besteht.
Das Leitungsmaterial als solches besteht aus zwei Phasen, nämlich Ferrit und Perlit, aber nur der innere Oberflächenbereich 4 mit dem hohen Kohlenstoffgehalt und dem Anstieg der Härteverteilung wird durch die oben erwähnte Behandlung aus zwei Phasen, nämlich Martensit und Troostit gebildet, so daß die Werkstoffzone 5 nur im Bereich der Rohrinnenwand gebildet wird, und zwar durch die verstärkte Wirkung der Ausdehnungsdifferenz dieser verschiedenen Metallstrukturen und der Temperaturdifferenz beim Abschrecken. Der Kohlenstoffgehali wird mit dem Anstieg der Härteverteilung von der äußeren Oberfläche 3 zum inneren Oberflächenbereich 4 hin allmählich höher. Sobald die erfindungsgemäße kompakte Kristallstruktur gebildet ist, wobei die Werkstoffzone 5 in peripherer Richtung liegt, kann die Kavitation, die durch den pulsierenden Treibstoffdruck auf den inneren Oberflächenbereich 4 hervorgerufen wird, wirksam verhindert werden, gleiches gilt für das Bersten und Brechen der Rohrleitung.
Hierzu ) Blatt Zeichnungen
'

Claims (6)

Patentansprüche:
1. Dickwandige Rohrleitung aus Stahl zum Einspritzen von unter hohem Druck stehenden Treibstoff in Diesel-Brennkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenstoffgehalt und die Härte des Rohrleitungswerkstoffs von der Außenwand zur Innenwand zunehmen und daß von der Innenwand eine unter Druckeigenspannungen stehende Werkstoffzone ausgeht, die aus den Phasen Martensit und Troostit besteht
2. Rohrleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Bohrung der Rohrleitung benachbarten Gefügebereiche eine Härteverteilung von 150 HV bis 230 HV aufweisen.
3. Verfahren zur Herstellung einer Rohrleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ausschließlich die innere Wandfläche der Leitung zementiert WHd, daß anschließend die gesamte Leitung erhitzt und dann eine Temperaturdifferenz zwischen der inneren und äußeren Wandfläche der Leitung erzeugt wird, wobei die innere Wandfläche eine höhere Temperatur aufweist als die äußere.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Temperaturdifferenz die äußere Oberfläche der Leitung sofort nach dem Erwärmen abgeschreckt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Temperaturdifferenz nur die :nnere Wandfläche rasch erhitzt und die Rohrleitung einer unbeeinflußten Abkühlung überlassen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Wandfläche durch Hochfrequenzbeheizung erwärmt wird.
DE2933721A 1978-09-26 1979-08-21 Dickwandige Rohrleitung zum Einspritzen von Treibstoff in Diesel-Brennkraftmaschinen und Verfahren zur Herstellung der Rohrleitung Expired DE2933721C2 (de)

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