DE4404021A1 - Düsenplatte, insbesondere für Einspritzventile und Verfahren zur Herstellung einer Düsenplatte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Düsenplatte, insbesondere für Einspritzventile, nach dem Oberbegriff des An­ spruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung einer Düsenplatte nach dem Oberbegriff des Anspruchs 15.

Stand der Technik

Es ist ist bekannt, bei Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen Einspritzventile einzusetzen, über die der Kraftstoff in die Zylinderkammern der Brenn­ kraftmaschine gespritzt wird. Zur besseren Zer­ stäubung des Kraftstoffes ist bekannt, den Einspritz­ ventilen Düsenplatten zuzuordnen, die zwischen den Einspritzventilen und den Zylinderkammern angeordnet sind. Diese Düsenplatten besitzen auf Seiten der Ein­ spritzventile Zuführungsöffnungen und auf Seiten der Zylinderkammern Austrittsöffnungen. Zur besseren Zer­ stäubung des Kraftstoffes besitzen die Düsenplatten in der Regel eine Vielzahl von Zuführungs- und Aus­ trittsöffnungen. Es ist auch bekannt, die Austritts­ öffnung als Ringspalt auszubilden, um so eine bessere Zerstäubung des Kraftstoffes zu erreichen. Bei den bekannten Ringspaltdüsen ist jedoch nachteilig, daß die Ringspalte Stege enthalten, die störend auf eine gleichmäßige Zerstäubung des austretenden Kraft­ stoffes wirken.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Düsenplatte mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen hat demgegenüber den Vorteil, daß der Kraftstoff gleichmäßig mit guten Zerstäu­ bungseigenschaften aus der Düsenplatte austreten kann. Dadurch, daß die Austrittsöffnung von einem un­ unterbrochenen Ringspalt gebildet wird, der wenig­ stens mit einer Zuführungsöffnung in Verbindung steht, kann der Kraftstoffstrahl als zusammen­ hängende, ringförmige Strahllamelle austreten. In dem Ringspalt angeordnete konstruktiv bedingte Stege sind durch die Ausführung als ununterbrochener Ringspalt nicht mehr vorhanden, so daß hierdurch das Austritts­ verhalten des Kraftstoffstrahls nicht mehr beeinflußt werden kann.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorge­ sehen, daß der Ringspalt von einer Mantelfläche eines ersten Teils und einer Mantelfläche eines zweiten Teils der Düsenplatte gebildet wird und die Mantel­ flächen vorzugsweise kegelstumpfförmig verlaufen.

Hierdurch wird erreicht, daß der austretende zusam­ menhängende ringförmige Kraftstoffstrahl sich auf einem Kegelmantel ausbreitet. Durch die Oberflächen­ spannung wird hierbei der Kraftstoffilm mit zunehmen­ dem Durchmesser des sich ergebenden Kegels dünner, bis er in sehr feine Tröpfchen zerplatzt. Hierdurch wird eine Verteilung des Kraftstoffes auf ein relativ großes Volumen erreicht.

Das erfindungsgemäße Verfahren gemäß mit den im An­ spruch 15 genannten Merkmalen hat den Vorteil, daß eine einen ununterbrochenen Ringspalt aufweisende Düsenplatte kostengünstig und mit hoher Präzision des Ringspaltes hergestellt werden kann. Dadurch, daß die Düsenplatte aus zwei mikromechanisch hergestellten Teilen, die durch Prägen oder Spritzgießen einer Kunststofform mit nachfolgender galvanischer Abfor­ mung hergestellt werden und die beiden Teile an­ schließend gefügt werden, kann mit einem einfachen Fertigungsablauf eine hochpräzise Düsenplatte herge­ stellt werden. Insbesondere lassen sich durch die mikromechanische Präzision Toleranzen einhalten, die trotz einer massenhaften Fertigung keine Qualitäts­ einbußen aufkommen lassen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.

Zeichnungen

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispie­ len anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläu­ tert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Düsenplatte;

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Düsenplatte gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine Unteransicht einer Düsenplatte gemäß Fig. 1;

Fig. 4 bis 6 Verfahrensschritte zur Herstellung eines ersten Teils der Düsenplatte gemäß Fig. 1;

Fig. 7 bis 11 Verfahrensschritte zur Herstellung eines zweiten Teils der Düsenplatte gemäß Fig. 1;

Fig. 12 und 13 Verfahrensschritte zur Herstellung der Düsenplatte gemäß Fig. 1;

Fig. 14 ein Herstellungsverfahren einer Düsenplatte in einer weiteren Ausführung;

Fig. 15 ein Herstellungsverfahren einer Düsenplatte in einer weiteren Ausführung;

Fig. 16 bis 23 Verfahrensschritte zur Herstellung eines Stempels für die Herstellung eines ersten Teils der Düsenplatte gemäß Fig. 1 und

Fig. 24 bis 26 Verfahrenschritte zur Herstellung eines Stempels zum Herstellen eines zweiten Teils der Düsenplatte gemäß Fig. 1.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt eine allgemein mit 10 bezeichnete Düsenplatte. Die Düsenplatte 10 besteht aus einem ersten Teil 12 und einem zweiten Teil 14. Das Teil 12 ist im gezeigten Beispiel rotationssymmetrisch, kann jedoch auch eine davon abweichende Form aufweisen. Das Teil 12 ist plattenförmig ausgebildet und besitzt Zuführungsöffnungen 16, die in einer an der Unter­ seite des Teils 12 angeordneten ringförmigen Aus­ nehmung 18 münden. Die Ausnehmung 18 besitzt eine äußere kegelstumpfförmig verlaufende Mantelfläche 20 und eine innere kegelstumpfförmig verlaufende Mantel­ fläche 22. Die Mantelfläche 22 besitzt einen Ein­ schnitt 24, dessen Mantelfläche 26 ebenfalls ke­ gelstumpfförmig verläuft. Das zweite Teil 14 ist scheibenförmig ausgebildet und besitzt eine zentrale Durchgangsöffnung 28. Eine Mantelfläche 30 der Durch­ gangsöffnung 28 und eine äußere Mantelfläche 32 des Teiles 14 verlaufen ebenfalls kegelstumpfförmig. Die Mantelfläche 26 des ersten Teiles 12 und die Mantel­ fläche 30 des zweiten Teiles 14 bilden einen Kegel­ sitz 34. Durch den Kegelsitz 34 findet eine selbst­ zentrierende Positionierung des ersten Teiles 12 in dem zweiten Teil 14 statt. Durch das Teil 14 wird in der Ausnehmung 18 ein Ringraum 36 gebildet, der über einen Ringspalt 38 zur Unterseite der Düsenplatte 10 mündet. Der Ringspalt 38 wird durch die jeweils kegelstumpfförmig verlaufenden Mantelflächen 20 des ersten Teiles 12 und 32 des zweiten Teiles 14 ge­ bildet. Der Ringspalt 38 verläuft somit ebenfalls kegelstumpfförmig.

In der in Fig. 2 gezeigten Draufsicht wird deutlich, daß die in dem ersten Teil 12 angeordneten Zu­ führungsöffnungen 16 im wesentlichen auf einer um einen Mittelpunkt 40 verlaufenden Kreisbahn angeord­ net sind. Im gezeigten Beispiel sind vier Zuführungs­ öffnungen 16 vorgesehen, es können jedoch auch sechs, acht oder mehr Zuführungsöffnungen angeordnet sein. In der in Fig. 3 gezeigten Unteransicht wird deut­ lich, daß der von den Teilen 12 und 14 gebildete Ringspalt 38 ununterbrochen um den Mittelpunkt 40 verläuft. Zur Anpassung an vorhandene Saugrohrgeo­ metrien von Ottomotoren kann der Ringspalt auch zum Beispiel elliptisch geformt sein. Die entsprechenden Flächen wären dann elliptisch verzerrte Kegelmantel­ flächen. Alle beschriebenen Herstellschritte erlauben auch diese Geometrie. Das erste Teil 12 besitzt an seinem äußeren Rand noch einen ebenfalls kegel­ stumpfförmig verlaufenden Einschnitt 42, der jedoch lediglich zu Montagezwecken der Düsenplatte 10 dient und hier nicht weiter zu betrachten ist.

Die in den Fig. 1 bis 3 gezeigte Düsenplatte übt folgende Funktion aus.

Die Düsenplatte 10 wird derart vor ein nicht darge­ stelltes Einspritzventil gesetzt, daß das Teil 12 dem Einspritzventil zugewandt ist. An der Seite, an der das Teil 14 angeordnet ist, ist das Saugrohr einer ebenfalls nicht dargestellten Brennkraftmaschine angeordnet. In dem Moment, wo das Einspritzventil öffnet, strömt der Kraftstoff durch die Zuführungs­ öffnungen 16 in den druckverteilenden Ringraum 36 und von dort über den Ringspalt 38 in das Saugrohr der Brennkraftmaschine. Durch die kegelstumpfförmige Aus­ bildung des Ringspaltes 38 bildet der Kraftstoff­ strahl eine zusammenhängende, ringförmige Strahl­ lamelle, die sich auf dem von dem Ringspalt 38 vorgegebenen Kegelmantel (gegebenenfalls elliptisch verzerrt) ausbreitet. Mit zunehmendem Durchmesser der Strahllamelle in den Zylinderkammern der Brennkraft­ maschine wird der Kraftstoffilm dünner, so daß er in sehr feine Tröpfchen zerfällt. Hierdurch wird eine sehr gleichmäßige Verteilung des Kraftstoffs auf ein relativ großes Volumen innerhalb der Zylinderkammern erreicht.

Anhand der Fig. 4 bis 6 wird das Herstellungs­ verfahren des in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Teiles 12 verdeutlicht. In einem ersten Verfahrensschritt wird ein Prägestempel 44, der die Topographie des späteren Teiles 12 aufweist, in eine thermoplastisch verformbare Kunststoffmasse 46 gedrückt. Als Kunst­ stoffmasse 46 kann beispielsweise Polymethyl­ methacrylat verwendet werden. Der Prägestempel 44 wird unter Wärmeeinwirkung in die Kunststoffmasse 46 gedrückt und erzeugt somit eine Negativform 48. Der Prägestempel 44 ist dabei identisch zu dem späteren Teil 12 aufgebaut und besitzt die eingearbeiteten Zuführungsöffnungen 16, die Ausnehmung 18, die Man­ telfläche 20, den Einschnitt 24 sowie die Mantel­ fläche 26. In dem Beispiel ist der Prägestempel 44 anhand eines Teiles 12 gezeigt. Der Prägestempel 44 kann jedoch auch so ausgebildet sein, daß gleich­ zeitig eine Vielzahl von Negativformen 48 des Teiles 12 hergestellt werden, indem diese beispielsweise rastermäßig auf einer entsprechend groß ausgebildeten Kunststoffmasse 46 ausgeformt werden. Hierdurch wird durch einen einzigen Arbeitsgang, nämlich das Prägen mit dem Prägestempel 44, gleichzeitig eine Vielzahl von Negativformen 48 hergestellt. Anstelle der Her­ stellung der Negativform 48 durch Prägen kann diese alternativ auch durch Spritzgießen, Reaktionsguß oder ein anderes geeignetes Herstellungsverfahren herge­ stellt werden. Die die Negativform 48 ergebende Kunststoffmasse 46 ist dabei elektrisch leitfähig. Dies wird erreicht, indem der Kunststoffmasse 46 bei­ spielsweise ein leitfähiger Füllstoff, zum Beispiel Metall oder Kohlenstoff, zugegeben wird oder die Negativform 48 an ihrer Oberfläche metallisiert wird. Die Metallisierung kann beispielsweise durch Sputtern oder Aufdampfen einer dünnen Metallschicht erfolgen. In einem nächsten, in Fig. 5 verdeutlichten Ver­ fahrensschritt wird auf die Negativform 48 in einem galvanischen Bad eine Schicht 50 aufgebracht. Die Schicht 50 besteht dabei beispielsweise aus Kupfer, Nickel oder Nickellegierungen. Durch die galvanische Abscheidung der Schicht 50, hierzu ist die Leit­ fähigkeit der Kunststoffmasse 46 notwendig, wird durch das Dickenwachstum der Schicht 50 ein Ober­ flächenrelief erzeugt, das die Konturen der Negativ­ form 48 nachzeichnet. Die Schichtdicke der Schicht 50 beträgt dabei beispielsweise mehr als 200 µm. Die Schicht 50 legt sich durch das Galvanisieren eng an die Negativform 48 an, so daß die vorgegebenen Konturen, insbesondere die Mantelflächen 20 und 26, formtreu reproduziert werden. In einem nächsten Verfahrensschritt kann die Schicht 50 planarisiert werden, das heißt durch eine entsprechende Bearbei­ tung, beispielsweise Fräsen oder Schleifen, soweit abgetragen werden, daß die die Zuführungsöffnungen 16 ergebenden Bereiche der Negativform 48 freiliegen. Durch anschließendes Entformen der Schicht 50 von der Negativform 48 erhält man das in Fig. 6 dargestellte Teil 12. Das Entformen kann beispielsweise durch Auflösen der Kunststoffmasse 46 erfolgen. Da die Kunststoffmasse 46 beispielsweise thermoplastisch ist, kann dies durch einfache Wärmezuführung, oder alternativ durch Lösungsmittel, erfolgen. Bei dem in Fig. 6 gezeigten Teil 12 sind gleiche Abschnitte wie in Fig. 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen und hier nicht nochmals erläutert. Da - wie bereits er­ wähnt - gleichzeitig eine Vielzahl von Negativformen 48 geprägt werden, kann durch die Galvanisierung der Schicht 50 und der anschließenden Entformung eben­ falls gleichzeitig eine Vielzahl von Teilen 12 herge­ stellt werden. Die Vereinzelung der einzelnen Teile 12 aus dem Gesamtverbund wird anhand später nach­ folgender Figuren verdeutlicht.

In den Fig. 7 bis 11 wird die Herstellung des in Fig. 1 gezeigten Teiles 14 verdeutlicht. Fig. 7 zeigt im Ausgangszustand einen Träger 52, der aus ei­ nem Metall oder einem leitfähigen Kunststoff besteht. Der Träger 52 ist mit einer Schicht 54 aus einer thermoplastisch verformbaren Kunststoffmasse, bei­ spielsweise Polymethylmethacrylat, versehen. Wie in Fig. 8 verdeutlicht, wird mittels eines Präge­ stempels 56, der an seiner Oberfläche die Kontur des späteren Teiles 14 aufweist, die Schicht 54 geprägt. Durch den Prägestempel 56 wird die Schicht 54 im Kontaktbereich mit dem Prägestempel 56 erwärmt, so daß die thermoplastische Kunststoffmasse dort schmilzt und somit eine Negativform 58 für das Teil 14 entsteht. Die Negativform 58 kann anstelle durch Heißprägen ebenfalls alternativ, beispielsweise durch Spritzguß, Reaktionsguß oder ein anderes geeignetes Verfahren hergestellt werden. In einem nächsten Ver­ fahrensschritt wird, wie Fig. 9 zeigt, die Negativ­ form 58 in einem Galvanikbad mit beispielsweise Kupfer, Nickel oder einer Nickellegierung gefüllt. Hierbei wird ebenfalls, wie bereits bei der Herstel­ lung des Teiles 12 erwähnt, durch isotropes Wachstum der galvanischen Schicht in der Negativform 58 eine später das Teil 14 ergebende Schicht 60 erzeugt. Die so erzeugte Schicht 60 weist eine formgetreue Nach­ bildung der für die spätere Düsenplatte 10 wichtigen Mantelflächen 32 bzw. 30 auf. Die Schicht 60 kann nunmehr durch ein nachfolgendes Fräsen oder Schleifen planarisiert werden, so daß eventuell während des Galvanisierens auftretende Unebenheiten beseitigt werden können. Dieses Planarisieren findet jedoch nur optional statt. In einem weiteren Verfahrensschritt wird, wie Fig. 10 verdeutlicht, eine Trägerschicht 62 aufgebracht, so daß sich die Schicht 54 und 60 nunmehr zwischen dem Träger 52 und der Trägerschicht 62 befindet. Die Trägerschicht 62 wird so ausgewählt, daß sie den nachfolgenden noch zu beschreibenden Be­ arbeitungsschritten standhält. Die Trägerschicht 62 kann beispielsweise aus einer auflaminierten Kunst­ stoffolie oder Klebefolie bestehen. Weiterhin ist der Einsatz eines mit Klebstoff versehenen metallischen Stempels möglich. Darüber hinaus kann die Träger­ schicht 62 ebenfalls wie bereits die Schicht 60 aufgalvanisiert werden. So können vorzugsweise für den Fall, daß die Schicht 60 aus Nickel oder einer Nickellegierung besteht, die Prägestempel 62 aus einer galvanisch aufgetragenen Kupferschicht mit einer Stärke von beispielsweise 100 bis 200 µm be­ stehen. Nunmehr wird gemäß Fig. 11 die Schicht 60 entformt, das heißt, der Träger 52 wird mit der daran befestigten Schicht 54 entfernt. Da die Schicht 54 aus einer thermoplastischen Kunststoffmasse besteht, kann diese durch Erwärmung, oder alternativ durch Lö­ sungsmittel, beispielsweise aufgelöst werden. Gemäß der Fig. 11 entsteht nunmehr eine Trägerschicht 62 mit einer Vielzahl, entsprechend der vorhandenen An­ zahl der Negativformen 58 darauf befestigten Teilen 14.

Anhand der Fig. 12 und 13 wird die Montage der Teile 12 und 14 näher erläutert. In der Fig. 12 ist ein Ausschnitt aus einem Verbund von mehreren mitein­ ander verbundenen Teilen 12 gezeigt. Diesem Verbund ist ein Ausschnitt aus einer Trägerschicht 62 mit mehreren darauf befestigten Teilen 14 zugeordnet. Die Zuordnung erfolgt dabei so, daß die Durchgangs­ öffnungen 28 der Teile 14 und damit die Mantelfläche 30 der Mantelfläche 26 der Teile 12 gegenüberliegt. Durch eine geeignete Fügevorrichtung werden die Ver­ bunde nun zusammengeführt. Durch die kegelstumpf­ förmige Ausbildung der Mantelflächen 26 bzw. 30 ergibt sich eine Selbstjustierung des Kegelsitzes 34. Da die Trägerschicht 62 beispielsweise aus einer flexiblen Kunststoffolie besteht, können etwa be­ stehende Abweichungen bei der Zuordnung eines Teiles 14 zu einem Teil 12 problemlos ausgeglichen werden. Das Fügen der Teile 12 und 14 selbst kann beispiels­ weise durch Kleben, Diffusionslöten oder Diffusions­ schweißen erfolgen. Hier kann beispielsweise eine dünne Klebstoffschicht, insbesondere im Bereich des Einschnitts 24 und der Mantelfläche 26 bzw. 30, durch Sprühen aufgebracht werden. Soll das Fügen durch Diffusionslöten erfolgen, kann ein metallisches Lot, zum Beispiel eine ca. 1 µm dicke Sn-Schicht durch Sputtern oder Aufdampfen aufgebracht werden. Damit lassen sich insbesondere durch eine sogenannte isotherme Erstarrung Nickel- oder Kupferbauteile sehr gut miteinander diffusionslöten. Selbst wenn zur Vereinfachung des Verfahrens die Kleberschicht oder der Lotauftrag nicht nur an den verbundenen Abschnit­ ten in dem Bereich des Einschnitts 24 aufgetragen wird, ist durch die gewählte Formgebung der Teile 12 und 14 eine Verbindung an anderen Bereichen unmöglich.

In der Fig. 13 ist ein gefügter Gesamtverbund aus einer Vielzahl von Teilen 12 mit einer Vielzahl von Teilen 14 gezeigt. Aus einem mit einem Teil 14 zu­ sammengefügten Teil 12 ergibt sich die in Fig. 1 ge­ zeigte Düsenplatte 10. Nach dem Fügevorgang wird die Trägerschicht 62 entfernt. Ist die Trägerschicht 62 beispielsweise eine galvanisch aufgetragene Kupfer­ schicht, kann diese naßchemisch selektiv gegenüber den beispielsweise auf Nickelbasis bestehenden Teilen 12 und 14 weggelöst werden. In einem weiteren Verfahrensschritt erfolgt das Vereinzeln des Fügeverbundes, so daß einzelne Düsenplatten 10 ent­ stehen. Das Vereinzeln der Teile kann durch Trenn­ schneiden, beispielsweise mit einem Laser, erfolgen. Als Laser kann hierbei ein Nd/YAG-Laser eingesetzt werden. Möglich ist jedoch auch Naßätzen durch eine Fotolackmaske. In dem Fall erfolgt ein Durchtrennen des Verbundes der Teile 12 in dem Bereich, der später den in Fig. 1 erwähnten Einschnitt 42 ergibt. Da der Verbund gegenüber der Gesamtstärke hier besonders schmal ausgebildet ist, ist ein Vereinzeln problemlos möglich.

In den Fig. 14 und 15 sind Düsenplatten 10 ge­ zeigt, die vom Prinzip her den gleichen Aufbau besit­ zen wie die in Fig. 1 gezeigte Düsenplatte 10, bei denen jedoch zumindest teilweise andere Verfahrens­ schritte bei der Herstellung angewendet werden. Gleiche Teile wie in den bisherigen Figuren sind wiederum mit gleichen Bezugszeichen versehen. Bei der in Fig. 14 gezeigten Düsenplatte 10 erfolgte das Fügen des Teils 14 mit dem Teil 12 durch Laser­ schweißen. Die Teile 12 und 14 werden dabei durch nicht dargestellte Hilfsplatten zusammengepreßt, die entsprechende Aussparungen besitzen, so daß der Laserstrahl Zutritt zu dem Fügebereich im Bereich des Einschnitts 24 hat. Miteinander verschweißt werden Teile der Kegelflächen 30 und 26 im Bereich des Kegelsitzes 34. Als Laser kann wiederum beispiels­ weise ein Nd/YAG-Laser eingesetzt werden.

In der Fig. 15 ist die beispielsweise Anordnung ei­ ner Düsenplatte 10 vor einem Einspritzventil gezeigt. Ein Randbereich 64 des Teils 12 liegt dabei in einer entsprechenden Ausnehmung 66 eines Ventilsitzes 68. Gegen den Randbereich 64 ist dabei eine Scheibe 70 geführt, die diese Platte 10 in dem Ventilsitz 68 festklemmt. Die Scheibe 70 besitzt dabei eine Bohrung 72, so daß ein ungehinderter Kraftstoffdurchtritt durch die Düsenplatte 10 gewährleistet ist. Bei dem in Fig. 15 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Zuführungsöffnungen 16 in dem Teil 12 durch eine ent­ sprechende Fotolackmaske naßgeätzt. Hierbei bietet sich an, das Naßätzen der Zuführungsöffnungen 16 gleichzeitig mit dem Vereinzeln der Düsenplatten 10 aus dem in der Fig. 13 gezeigten Verbund durchzufüh­ ren. Durch dieses gleichzeitige Einbringen der Zu­ führungsöffnungen 16 läßt sich die Form des Präge­ stempels 44 vereinfachen, da dieser den die Zu­ führungsöffnungen 16 ergebenden Bereich nicht mehr aufweisen muß. Hierdurch wird weiterhin erreicht, daß die in Fig. 5 gezeigte Schicht 50 insgesamt flacher gehalten werden kann. Eine nachfolgende Planari­ sierung, beispielsweise durch Fräsen oder Schleifen, kann in diesem Fall entfallen, so daß der gesamte Herstellungsablauf vereinfacht wird.

Die fertigmontierten Düsenplatten 10 weisen ty­ pischerweise eine Spaltbreite der Düsenplatte 38 von 25 µm auf. Aufgrund der Selbstjustierung der Teile 12 und 14 zueinander innerhalb enger Toleranzbereiche kann durch die gewählte Abformtechnik mittels der Prägestempel 44 bzw. 56 und den anschließenden galvanischen Aufbau der Teile 12 und 14 eine derar­ tige Genauigkeit erreicht werden, daß die Spaltweite des Ringspaltes 38 selbst für Werte von ca. 20 µm zuverlässig eingehalten werden kann. Zum Einhalten derartiger genauer Maßtoleranzen, beispielsweise in Bereichen von 1 µm kommt den Prägestempeln 44 bzw. 56 eine besondere Bedeutung zu. Nachfolgend sollen die Verfahren zur Herstellung der Prägestempel 44 bzw. 56 näher erläutert werden.

Nach einem ersten Herstellungsverfahren können die Prägestempel 44 und 56 durch eine mechanische Mikrobearbeitung hergestellt werden. Da diese Präge­ stempel im wesentlichen rotationssymmetrisch ausge­ bildet sind, kann durch Mikrodrehen mit Präzisions­ diamanten als Werkzeug gearbeitet werden. Die spezielle Form der Prägestempel 44 und 56 ermöglicht einen ungehinderten Zugang des abtragenden Diamanten zu den Konturen der Prägestempel, ohne daß Hinter­ schneidungen angefertigt werden müssen. Diese mecha­ nische Präzisionsbearbeitung ist insbesondere für die später die kegelstumpfförmigen Mantelflächen erge­ benden Bereiche der Prägestempel notwendig, da es hier auf eine sehr hohe Genauigkeit ankommt. Da die Zuführungsöffnungen 16 - wie bereits erwähnt - nicht unbedingt mitabgeformt werden müssen, kann auf eine entsprechende Ausgestaltung des Prägestempels 44 ver­ zichtet werden. Die Zuführungsöffnungen 16 können entweder naßchemisch geätzt oder in bekannter feinme­ chanischer Art gebohrt werden.

Anhand der Fig. 16 bis 23 wird ein zweites Her­ stellungsverfahren zur Herstellung des Prägestempels 44 erläutert. Als Ausgangsbasis für die Bearbeitung dient eine Trägerplatte 74, die mit einer Schicht 76 aus einem thermoplastisch verformbaren Kunststoff, beispielsweise Polymethylmethacrylat (PMMA) versehen ist. Über dem Schichtverbund aus der Trägerplatte 74 und der Schicht 76 wird eine Maske 78 angeordnet, die durchlässige Bereiche 80 und undurchlässige Bereiche 82 aufweist. Die Maske 78 und der Schichtverbund aus der Trägerplatte 74 und der Schicht 76 wird nun gemeinsam in Rotation versetzt und mit einer Syn­ chrotronstrahlung 84 behandelt. Die Synchrotron­ strahlung wird nach der allgemein bekannten LIGA- Technik erzeugt und verwendet, nach der ein Kunst­ stoff mit der Synchrotronstrahlung behandelt werden kann, anschließend belichtet und entwickelt wird, so daß die nicht mit Synchrotronstrahlen behandelten Bereiche des Kunststoffs als Oberflächenstrukturen zur Verfügung stehen. Im gezeigten Beispiel (Fig. 16) wird die Synchrotronstrahlung 84 jeweils unter einem bestimmten Winkel, der der späteren Neigung der kegelstumpfförmigen Mantelflächen 20 bzw. 26 des Teiles 12 entspricht, auf das rotierende System abge­ strahlt. Hierdurch findet eine Hinterleuchtung der Maske 78 an den undurchlässigen Bereichen 82 statt, so daß in der Schicht 76 ein erstes Teil der späteren Ausnehmung 18 strukturiert werden kann. Die Schicht­ dicke der Schicht 76 entspricht dabei der späteren Dicke des Teiles 14. In einem nächsten Verfahrens­ schritt wird die metallische Trägerplatte 74 mit der strukturierten Schicht 76 galvanisiert, so daß in den geschaffenen Strukturen der Schicht 76 eine Galvanik­ schicht 86 isotrop aufwachsen kann. Im Anschluß erfolgt ein eventuelles Überschleifen der Galvanik­ schicht 86, so daß eine planarisierte Oberfläche entsteht. In einem nächsten Verfahrensschritt (Fig. 18) wird auf die jetzt vorhandene Struktur eine neue Kunststoffschicht 88 mit wiederum gleichen Eigen­ schaften wie die Schicht 76 aufgebracht. Darüber wird eine zweite Maske 90 mit ebenfalls wieder durch­ lässigen Bereichen 80 und undurchlässigen Bereichen 82 angeordnet. Die Wahl der undurchlässigen Bereiche 82 richtet sich nach der zu schaffenden Struktur in der Schicht 88. Durch neuerliche Bestrahlung mit einer Synchrotronstrahlung 84 unter den entsprechen­ den Winkeln, wobei das darunter angeordnete System aus der Maske und dem Schichtenaufbau rotiert, wird in der Schicht 88 der später den Ringraum 36 ergebende Bereich der Ausnehmung 18 strukturiert. In den nunmehr geschaffenen Strukturen in der Schicht 88 wird ebenfalls wieder eine Galvanikschicht 90 auf­ gebaut. In einem nächsten Verfahrensschritt (Fig. 20) wird eine dritte Schicht 92 aus Kunststoff auf­ gebracht, die mit einer dritten Maske 94 mit der Synchrotronstrahlung 84 in entsprechender Weise be­ handelt wird. In diesem Fall trifft die Synchrotron­ strahlung 84 senkrecht auf die Maske 94, so daß die undurchlässigen Bereiche 82 nicht hinterleuchtet werden und somit in der Schicht 92 Bereiche mit senkrecht verlaufenden Wänden strukturiert werden. Die in der Schicht 92 strukturierten Bereiche ergeben die späteren Zuführungsöffnungen 16. In die aus der Schicht 92 herausbelichteten Bereiche wird in einem nächsten Verfahrensschritt ebenfalls eine Galvanik­ schicht 96 aufgebaut. Die einzelnen in den Kunst­ stoffschichten 76, 88 und 92 eingebrachten Galvanik­ schichten 86, 90 und 96 bilden einen Verbund und sind unlösbar miteinander verbunden. Nunmehr wird der verbliebene Rest der Kunststoffschichten 76, 88 und 92 weggelöst, beispielsweise durch eine Wärmebehand­ lung oder durch Lösungsmittel, so daß sich eine Trägerplatte 74 mit den aufgebauten Galvanikschichten ergibt (Fig. 22). Diese mit den Galvanikstrukturen versehene Trägerplatte 74 bildet ein Bauteil 98, das eine Negativform für den Prägestempel 44 darstellt. Die Negativform 98 wird nunmehr verwendet, um den Prägestempel 44 galvanisch abzuformen (Fig. 23). Durch Einhaltung entsprechender Verfahrensparameter kann auch eine metallische Form, hier die Negativform 98, in Metall, hier der spätere Prägestempel 44, abgeformt werden. Hierzu ist die galvanische Badführung so einzustellen, daß eine geringe Haftung der aufgalvanisierten Metallschichten auf der metal­ lischen Form erhalten wird. Gegebenenfalls ist zwi­ schen der Negativform 98 und dem aufgalvanisierten Prägestempel 44 vorher eine Trennschicht einzubrin­ gen. Nach Beendigung der Aufgalvanisierung des Prägestempels 44 weist dieser die in Fig. 4 gezeigte Form auf und ist für die Abformung der Teile 12 der Düsenplatte 10 geeignet.

In den Fig. 24 bis 26 ist die Herstellung eines Prägestempels 56 zur Abformung der Teile 14 näher ge­ zeigt. Das Herstellungsverfahren läuft analog den in den Fig. 16 bis 23 gezeigten Verfahren zur Her­ stellung des Prägestempels 44 ab. Eine metallische Trägerplatte 100 wird mit einer Schicht 102 aus ther­ moplastisch verformbarem Kunststoff, beispielsweise PMMA, versehen. Diese Schicht 102 wird über eine Maske 104 mit der Synchrotronstrahlung 84 belichtet. Die Synchrotronstrahlung 84 ist dabei wieder unter einem bestimmten wählbaren Winkel auf die Maske 104 gerichtet, und wiederum rotieren Maske und Träger­ platte gemeinsam, so daß die undurchlässigen Bereiche 82 hinterleuchtet werden können. Hierdurch ergibt sich in der Schicht 102 eine Strukturierung, die dem späteren Teil 14 entspricht. Der Winkel der Synchro­ tronstrahlung 84 wird wiederum so gewählt, daß sich die Winkel der kegelstumpfförmigen Mantelflächen 30 bzw. 32 des Teils 14 einstellen. In einem nächsten Verfahrensschritt wird in den in der Schicht 102 ge­ schaffenen Strukturen eine Galvanikschicht 106 aufge­ baut, die sich mit der Trägerplatte 100 verbindet. Nachdem die verbleibende Schicht 102 beispielsweise durch Wärmeeinwirkung oder Lösungsmitteleinsatz weg­ gelöst wurde, verbleibt ein aus der Trägerplatte 100 und der Galvanikschicht 106 verbleibendes Teil, das den Prägestempel 56 bildet (Fig. 26).

In den Fig. 16 bis 26 ist beispielhaft die Her­ stellung der Prägestempel 44 und 56 für die Aus­ prägung eines Teiles 12 bzw. 14 gezeigt. Mit dem dargestellten Verfahren gemäß der LIGA-Technik können jedoch gleichzeitig eine Vielzahl von Prägestempeln 44 bzw. 56 auf einer Trägerplatte 74 bzw. 100 erzeugt werden. Dies ist insbesondere dadurch möglich, da die Synchrotron-Strahlenquelle einen relativ großen Strahlenquerschnitt der Synchrotronstrahlung 84 auf­ weist, so daß gleichzeitig eine verhältnismäßig große Fläche bestrahlt werden kann.

Die Herstellung der Prägestempel 44 bzw. 56 be­ schränkt sich nicht auf das in den Fig. 16 bis 26 gezeigte Beispiel. So ist beispielsweise möglich, den Ringraum 36 der Düsenplatte 10 mit senkrecht verlau­ fenden Wänden so zu versehen, daß die diesen Bereich des Prägestempels 44 strukturierende Synchrotron­ strahlung 84 ebenfalls senkrecht ausgerichtet sein kann. Hierdurch ergibt sich eine Vereinfachung des Prägestempels 44 und damit auch seines Herstellungs­ verfahrens. Weiterhin bietet sich die Möglichkeit, bei der Strukturierung der Zuführungsöffnungen 16 mittels der LIGA-Technik die Möglichkeit, diese als feine Kanäle oder siebartige Strukturen auszubilden. Diese feinen Kanäle oder siebartigen Strukturen können gleichzeitig einen Filter gegen Ver­ schmutzungen im Kraftstoff bilden, so daß eine Verun­ reinigung bzw. Verstopfung des Ringspaltes 38 durch diese Verschmutzungen ausgeschlossen werden kann. Die Maschenweite der feinen Kanäle oder siebartigen Strukturen wird dann kleiner als die Spaltweite des Ringspaltes 38 gewählt. Gegebenenfalls kann bei der Herstellung der Prägestempel 44 bzw. 56 die LIGA- Technik mit der feinmechanischen Präzisionsbearbei­ tung kombiniert werden. Dabei werden dann nur die für die Ausbildung des Ringspaltes 38 wichtigen, die später die Mantelflächen 20, 26, 30 und 32 ergebenden Bereiche der Prägestempel 44 bzw. 56 mit Hilfe der LIGA-Technik strukturiert. Die weniger kritischen Strukturen, beispielsweise für den Ringraum 36 und/oder die Zuführungsöffnungen 16, können durch die feinmechanische Präzisionsbearbeitung erzeugt werden.

Durch die in den Ausführungsbeispielen beschriebenen Herstellungsverfahren ist es möglich, Düsenplatten 10 aus den zwei Teilen 12 und 14 mit einer geeigneten Fügetechnik herzustellen, die gegenüber einer aus einem Teil gefertigten Düsenplatte einen wesentlich einfacheren Fertigungsablauf beinhalten, der kosten­ günstiger und sicherer zu beherrschen ist. Durch den konsequenten Einsatz der Abformtechnik wird eine ko­ stengünstige Massenfertigung selbst dann möglich, wenn die Prägestempel 44 und 56 durch die hochpräzise und damit relativ aufwendige LIGA-Technik hergestellt werden. Insbesondere kann die Formgebung der Teile 12 und 14 so gewählt werden, daß die für die Funktion wichtigen Innenflächen, das heißt die Mantelflächen 20, 26, 30 und 32, der Ringspalt 38, der Kegelsitz 34 mit mikromechanischer Präzision bei Toleranzen von ca. 1 µm abgeformt werden können. Die nur für die Montage wichtigen Außenflächen bzw. Zuführungsöff­ nungen 16 können mit einfacheren Bearbeitungs­ verfahren, wie beispielsweise Planfräsen oder Naß­ ätzen, gefertigt werden. Durch eine spezielle Form­ gestaltung für die Teile 12 und 14 wird erreicht, daß jeweils die für die Zentrierung notwendigen kegel­ stumpfförmigen Mantelflächen 26 und 30 und die den Ringspalt 38 ergebenden kegelstumpfförmigen Mantel­ flächen 20 und 32 durch ein und dieselbe Maske 78 bzw. 104 festgelegt werden können. Durch diese hoch­ präzise Maskierung sind Toleranzen im Sub-µm-Bereich möglich und ein zusätzlicher Fehler durch ungenaue Justage zweier Masken zueinander wird vermieden. Hierdurch wird eine sehr hohe Reproduzierbarkeit für die Spaltweite der Ringspalte 38 ermöglicht. Durch die gefundenen Herstellungsverfahren sind Ringspalte 38 mit Spaltweiten herunter bis zu ca. 20 µm mit hoher Genauigkeit herstellbar. Durch die gleich­ zeitige Herstellung einer Vielzahl von Prägestempel 44 und 56 und der daraus resultierenden gleich­ zeitigen Abformung einer Vielzahl von Teilen 12 und 14 ist das Herstellungsverfahren mit hoher Effek­ tivität durchführbar.

Claims (28)

1. Düsenplatte, insbesondere für Einspritzventile, mit wenigstens einer Zuführungsöffnung und wenigstens einer Austrittsöffnung, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnung von einem ununterbrochenen Ring­ spalt (38) gebildet wird, der mit wenigstens einer Zuführungsöffnung (16) in Verbindung steht.

2. Düsenplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Ringspalt (38) von einer Mantelfläche (20) eines ersten Teils (12) und einer Mantelfläche (32) eines zweiten Teils (14) der Düsenplatte (10) gebildet wird.

3. Düsenplatte nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelflächen (20, 32) kegelstumpfförmig verlaufen.

4. Düsenplatte nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungs­ öffnungen (16) über einen Ringraum (36) in den Ring­ spalt (38) münden.

5. Düsenplatte nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere, vorzugs­ weise auf einer Kreislinie angeordnete Zuführungs­ öffnungen (16) in den Ringraum (36) münden.

6. Düsenplatte nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelfläche (20) des ersten Teils (12) gleichzeitig eine äußere Mantelfläche des Ringraums (36) bildet.

7. Düsenplatte nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum (36) durch das erste und zweite Teil (12, 14) gebildet wird.

8. Düsenplatte nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringspalt (38) eine ellipsenförmige Gestalt aufweist und die strahl­ führenden Flächen der Mantelfläche eines elliptisch verzerrten Kegelstumpfes entsprechen.

9. Düsenplatte nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Teil (14) über einen selbstzentrierenden Sitz in das erste Teil (12) eingreift.

10. Düsenplatte nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß der Sitz ein Kegelsitz (34) ist.

11. Düsenplatte nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungs­ öffnungen (16) eine siebartige Struktur besitzen.

12. Düsenplatte nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungs­ öffnungen (16) durch eine Vielzahl feiner Kanäle gebildet sind.

13. Düsenplatte nach Anspruch 11 und 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine Maschenweite der Zuführungs­ öffnungen (16) kleiner als eine Spaltweite des Ring­ spalts (38) ist.

14. Düsenplatte nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltweite des Ringspalts (38) 15 µm bis 30 µm beträgt.

15. Düsenplatte nach Anspruch 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Spaltweite 25 µm beträgt.

16. Verfahren zur Herstellung einer Düsenplatte, ins­ besondere nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile (12, 14) der Düsen­ platte (10) durch Prägen oder Spritzgießen einer Form, insbesondere einer Kunststofform, mit nachfol­ gender galvanischer Abformung hergestellt werden.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeich­ net, daß gleichzeitig eine Vielzahl von Formen ge­ prägt werden.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Prägung der Formen in eine elektrisch leitfähige Kunststoffmasse erfolgt.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeich­ net, daß die Kunststoffmasse mit einem leitfähigen Füllstoff und/oder einer Oberflächenmetallisierung versehen wird.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile (14) in einem, dem Rastermaß einer Vielzahl von zusammenhängenden Teilen (12) entsprechenden Rastermaß auf eine vor­ zugsweise flexible Trägerschicht aufgebracht werden.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile (12, 14) mit­ einander verklebt werden.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile (12, 14) mittels Diffusionslöten oder Diffusionsschweißen mit­ einander verbunden werden.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vereinzelung des Fügeverbundes aus einer Vielzahl von Teilen (12, 14) durch Laserschneiden oder Naßätzen erfolgt.

24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeich­ net, daß gleichzeitig mit dem Vereinzeln des Fügever­ bundes die Zuführungsöffnungen (16) in die Teile (12) eingeätzt werden.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, da­ durch gekennzeichnet, daß die zum Prägen benötigten Prägestempel (44, 56) durch eine mechanische Mikro­ bearbeitung hergestellt werden.

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Prägen benötigten Prägestempel (44, 56) durch galvanische Abformung einer Negativform, die mittels Synchrotronstrahlung in einem thermoplastisch verformbaren Kunststoff strukturiert und die anschließend galvanisch abge­ formt wird, hergestellt werden.

27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeich­ net, daß einzelne Schichten der Prägestempel (44, 56) durch abwechselnde Synchrotronbestrahlung und gal­ vanische Abformung erzeugt werden.

28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeich­ net, daß die Synchrotronstrahlung unter einem die Neigung der kegelstumpfförmigen Mantelflächen der Teile (12, 14) ergebenden Winkel beaufschlagt wird und die formgebende Maske gemeinsam mit dem zu struk­ turierenden Teil um die Oberflächennormale rotieren.