EP0787257B1 - Düsenplatte, insbesondere für kraftstoffeinspritzventile, und verfahren zur herstellung einer düsenplatte - Google Patents

Düsenplatte, insbesondere für kraftstoffeinspritzventile, und verfahren zur herstellung einer düsenplatte Download PDF

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EP0787257B1
EP0787257B1 EP96915966A EP96915966A EP0787257B1 EP 0787257 B1 EP0787257 B1 EP 0787257B1 EP 96915966 A EP96915966 A EP 96915966A EP 96915966 A EP96915966 A EP 96915966A EP 0787257 B1 EP0787257 B1 EP 0787257B1
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EP
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process according
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feed
cavity mould
injector plate
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Hans Kubach
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/18—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for
    • F02M61/1853—Orifice plates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B1/00—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means
    • B05B1/02—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to produce a jet, spray, or other discharge of particular shape or nature, e.g. in single drops, or having an outlet of particular shape
    • B05B1/06—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to produce a jet, spray, or other discharge of particular shape or nature, e.g. in single drops, or having an outlet of particular shape in annular, tubular or hollow conical form
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    • Y10T29/49405—Valve or choke making
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    • Y10T29/49416—Valve or choke making with assembly, disassembly or composite article making with material shaping or cutting
    • Y10T29/49417—Valve or choke making with assembly, disassembly or composite article making with material shaping or cutting including molding or casting
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    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49428—Gas and water specific plumbing component making
    • Y10T29/49432—Nozzle making

Definitions

  • the invention relates to a nozzle plate, in particular for Fuel injection valves according to the preamble of the claim 1 and a method for producing such Nozzle plate according to the preamble of claim 8.
  • a known nozzle plate (DE 43 28 418 A1) has a holding plate with a stepped through hole, the Section with a smaller diameter on the feed side Feed opening forms.
  • a spray plate is used in its diameter a groove in the edge area assigned to the exit side has, together with a groove associated with it forms an annular channel on the holding plate, which over in the side of the spray plate facing the feed opening provided slots is connected to the feed opening.
  • the exit-side edges of the grooves on the holding and Splash plate limit an annular outlet opening known nozzle plate.
  • the German patent application P 44 04 021.0 describes one another, two-part nozzle plate, in which between the two parts an annular channel is provided which via feed bores provided in the first part with a Fuel supply area is connected and the one Annular gap connected to a fuel outlet area is.
  • the annular gap is formed by two truncated cones Limited lateral surfaces, of which the one on the first and the another is attached to the second part of the nozzle plate.
  • this nozzle plate The two parts of this nozzle plate are galvanically Impression of corresponding, made of conductive plastic Negative molds made, the galvanically molded Parts mechanically reworked if necessary and then by gluing, diffusion soldering or diffusion welding to one another be attached.
  • Such nozzle plates with annular gap nozzles are used in fuel injection valves used for gasoline engines to a to achieve better atomization of the fuel.
  • the fuel is said to be a coherent cone-shaped Exit beam lamella. Because of the radial expansion of the cone shell, the fuel film increases with increasing Diameter after thinning until it becomes aerodynamic Forces burst into very fine droplets. To this This way the distribution of the fuel can be relative reach large volume.
  • the nozzle plate according to the invention with the characteristic Features of claim 1 has the advantage that by the cylindrical design of the ring channel with a cross-section tapering in the area of the outlet opening a uniform, coherent cone-shaped Jet lamella can reach the fuel discharge without that a cone-shaped arrangement of the annular gap itself is required.
  • the training according to the invention brings about of the annular gap an improved flow behavior of the Fuel in the nozzle plate itself and an even one Formation of the jet lamella.
  • each a separate flow path is assigned to the outlet openings is because this creates two cone-shaped fuel fins let's achieve a smaller cone angle have and on a shorter path length in finer Fuel drops disintegrate.
  • outlet opening designed in the form of a lens in plan view can be hosed in an advantageous manner Form the fuel lamella so that the fuel flow in two sub-streams is divided.
  • This can be used, for example the two intake valves of a four-valve engine at the same time be supplied.
  • Another advantage of the present invention is that through the arranged between the feed openings Retaining bars of the inner section delimiting the flow path on the inside with the annular boundary of the flow path on the outside Section of the nozzle plate mechanically stable with each other can be connected without the fuel flow through the Nozzle plate is affected.
  • the process for producing a nozzle plate with the characteristic Features of claim 8 have the advantage that the nozzle plate can be made in one piece with it, so that no joining processes influencing the formation of the annular gap, such as gluing, soldering or welding, on the nozzle plate must be executed.
  • the width of the annular gap can be advantageously precisely by molding a single cavity shape and does not depend on the accuracy with which the joint is made of two parts. In particular there are no tolerances when assembling and welding two parts. Another advantage is that the nozzle plate with two as without any significant additional effort Annular gaps serving exit openings, each with its own Flow path can be established.
  • the tool for making the Cavity shape easily by mechanical turning e.g. B. with a diamond
  • the one for the formation of the jet lamella during fuel discharge required slope of the inner wall of the annular gap can be by machining a tool part from the outside with high Establish accuracy.
  • the nozzle plate according to the invention produced in FIGS. 1 to 3 10 consists of an electrodepositable material, in particular from a metal or a metal alloy, preferably made of nickel phosphorus, and has on the in Figure 2 above shown feed side a flat surface 11, in which, as shown in Figure 3, a variety of Feed openings 12 are provided through the intermediate Retaining webs 13 are separated from each other.
  • the ring-shaped and with the same circumferential division arranged feed openings 12 open into an annular channel 14 in the direction of flow passes into a cylindrical annular gap 15.
  • the annular gap 15 is on its outer circumference of a cylindrical surface 16 and on its inner circumferential side by one Limited cylinder surface 17, which is in the region of an annular Exit opening 19 into a conical outer surface 18 passes over, so that the annular gap 15 to the outlet opening 19 evenly narrowed.
  • the nozzle plate 10 thus has an outside of the annular gap 15 located annular portion 20 on the holding webs 13 with one located within the annular gap 15 Inner portion 21 is integrally connected.
  • the nozzle plate 10 On the exit side the nozzle plate 10 has a parallel to the surface 11 lying ring surface 22, which in a truncated cone surface 23 passes, which at least until Outlet opening 19 extends.
  • the truncated cone surface 23 on the annular portion 20 via the annular outlet opening 19 of the annular gap 15 extends to the inner portion 21.
  • the surface 24 can be as in the illustrated embodiment be an annular surface. But it is also possible that form flat surface 24 as a circular surface.
  • the injection molding is done with an appropriate mold 31 performed that a tool upper part 32 with a upper inner core 33 and an upper outer ring 34 and a Lower tool part 35 with a lower inner core 36, one includes lower outer ring 37 and a tool plate 38.
  • a tool upper part 32 with a upper inner core 33 and an upper outer ring 34 and a Lower tool part 35 with a lower inner core 36 one includes lower outer ring 37 and a tool plate 38.
  • Tool upper part 32 in a manner not shown Inner cores 33 with a corresponding outer ring arrangement exhibit.
  • the lower tool part 35 is then corresponding educated.
  • the holding webs 13 of the nozzle plate 10 are provided, which in an area between the lower outer ring 37 and the lower Intervene inside core, creating the areas for the feed openings 12 can be set.
  • the lower inner core 36 of the molding tool 31 are those which limit the annular gap 15 inwards Cylinder surface and cone surface as outer surfaces replicated, which is thus with great accuracy be trained.
  • the Adjust outlet opening 19 so that the flow path through the nozzle plate 10 the required flow resistance has is on the feed-side surface 11 of the forming nozzle plate 10 is a connector 48 not Liquid supply and flow measuring device shown in more detail placed so that the feed side of the nozzle plate 10 a liquid can be supplied at constant pressure can.
  • machining the truncated cone surface 23 is the outlet opening 19 exposed and constantly enlarged, so that the flow through the nozzle plate being processed 10 increases until it reaches the desired value Has. Now the outlet opening 19 has the required Size up.
  • the material or machining processing takes place preferably with a natural diamond, which makes the Edges of the annular gap 15 delimiting the outlet opening 19 get trained properly.
  • the method described can be used to produce a use individual nozzle plate 10, expediently but with this process several nozzle plates at the same time 10 produced in such a way that a plurality of cavity molds 30 are molded and injection molded at the same time be attached to a common subcarrier.
  • the layer, from which the individual nozzle plates 10 are then manufactured, is then deposited in a single electroplating step.
  • FIG. 9 shows a cavity shape 50 for a nozzle plate 10 ' according to another embodiment of the invention with a inner, a first flow path through the nozzle plate 10 'corresponding molded part 51 and an outer, a second Corresponding flow path through the nozzle plate 10 ' Molded part 52.
  • a cavity shape 50 for a nozzle plate 10 ' according to another embodiment of the invention with a inner, a first flow path through the nozzle plate 10 'corresponding molded part 51 and an outer, a second Corresponding flow path through the nozzle plate 10 ' Molded part 52.
  • Figure 10 illustrates the machining of the exit side a nozzle plate produced with the cavity mold 50 according to FIG. 9 10 ', in which a connecting element 48' of a liquid supply and flow measuring device is attached to when machining the exit side of the nozzle plate 10 ' determine the size of the outlet openings 19.
  • a connecting element 48' designed so that the flow through each of the two outlet openings is separated can be determined from each other, as is by the Arrows Q1 and Q2 are indicated.
  • the manufacturing process described cannot be used only nozzle plates with circular outlet openings manufacture, but also those that have lenticular outlet openings 19 ', as shown in Figure 11.
  • the lenticular outlet opening 19 ' consists of two arcuate sections 61 with a large radius of curvature and from two arcuate sections 62 with a small one Radius of curvature together, the two sections 61 with a large radius of curvature with their concave sides and at their ends over sections 62 with small radius of curvature are interconnected.
  • the arcuate sections 61 with a large radius of curvature lie symmetrically to an axis X, while the circular arc Sections 62 with a small radius of curvature symmetrical are arranged to an axis Y.
  • annular gap nozzle the lenticular outlet opening is arranged according to Figure 11, can by the Nozzle fuel flow flowing in two in the direction of the Y axis divide separate mass flows since the in Direction of the X axis over the corresponding sections of the The fuel lamella released tears open earlier than that delivered in the Y direction.
  • Such an annular gap nozzle is useful, for example, if there are two intake valves of a cylinder of a four-valve engine at the same time Fuel should be supplied.

Description

Die Erfindung betrifft eine Düsenplatte, insbesondere für Kraftstoffeinspritzventile nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Düsenplatte nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
STAND DER TECHNIK
Eine bekannte Düsenplatte (DE 43 28 418 A1) weist eine Halteplatte mit einer gestuften Durchgangsbohrung auf, deren zur Zuführseite liegender Abschnitt mit kleinerem Durchmesser eine Zuführöffnung bildet. In dem Bohrungsabschnitt mit größerem Durchmesser ist eine Spritzplatte eingesetzt, die in ihrem der Austrittsseite zugeordneten Randbereich eine Auskehlung aufweist, die zusammen mit einer ihr zugeordneten Auskehlung an der Halteplatte einen Ringkanal bildet, der über in der der Zuführöffnung zugewandten Seite der Spritzplatte vorgesehene Schlitze mit der Zuführöffnung verbunden ist. Die austrittsseitigen Kanten der Auskehlungen an der Halte- und Spritzplatte begrenzen eine ringförmige Austrittsöffnung der bekannten Düsenplatte.
Die deutsche Patentanmeldung P 44 04 021.0 beschreibt eine weitere, aus zwei Teilen aufgebaute Düsenplatte, bei der zwischen den beiden Teilen ein Ringkanal vorgesehen ist, der über im ersten Teil vorgesehene Zuführbohrungen mit einem Kraftstoffzuführbereich in Verbindung steht und der über einen Ringspalt mit einem Kraftstoffaustrittsbereich verbunden ist. Der Ringspalt wird dabei durch zwei kegelstumpfförmige Mantelflächen begrenzt, von denen die eine am ersten und die andere am zweiten Teil der Düsenplatte befestigt ist.
Die beiden Teile dieser Düsenplatte werden durch galvanisches Abformen entsprechender, aus leitfähigem Kunststoff bestehender Negativformen hergestellt, wobei die galvanisch abgeformten Teile ggf. mechanisch nachbearbeitet und anschließend durch Kleben, Diffusionslöten oder Diffusionsschweißen aneinander befestigt werden.
Derartige Düsenplatten mit Ringspaltdüsen werden bei Kraftstoffeinspritzventilen für Benzinmotoren benutzt, um eine bessere Zerstäubung des Kraftstoffs zu erreichen. Der Kraftstoff soll dabei als zusammenhängende kegelmantelförmige Strahllamelle austreten. Durch die radiale Ausdehnung entlang des Kegelmantels wird der Kraftstoffilm mit zunehmendem Durchmesser nach dem Austritt dünner, bis er durch aerodynamische Kräfte in sehr feine Tröpfchen zerplatzt. Auf diese Weise läßt sich eine Verteilung des Kraftstoffs auf ein relativ großes Volumen erreichen.
Um eine gleichförmige Strahllamelle zu erhalten, ist am Ringspalt eine gleichmäßige Druckverteilung sowie ein gleichmäßiger Kraftstoffzulauf erforderlich.
VORTEILE DER ERFINDUNG
Die erfindungsgemäße Düsenplatte mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß sich durch die zylindrische Ausbildung des Ringkanals mit einem sich im Bereich der Austrittsöffnung verjüngenden Querschnitt eine gleichmäßige, zusammenhängende kegelmantelförmige Strahllamelle beim Kraftstoffaustrag erreichen läßt, ohne daß eine kegelmantelförmige Anordnung des Ringspalts selbst erforderlich ist. Dabei bewirkt die erfindungsgemäße Ausbildung des Ringspalts ein verbessertes Strömungsverhalten des Kraftstoffs in der Düsenplatte selbst und eine gleichmäßige Ausbildung der Strahllamelle.
Durch die in den Unteransprüchen 2 bis 7 aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Düsenplatte möglich.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn zwei konzentrisch zueinander angeordnete Austrittsöffnungen vorgesehen sind, wobei jeder der Austrittsöffnungen ein eigener Strömungsweg zugeordnet ist, da sich hierdurch zwei kegelmantelförmige Kraftstofflamellen erzielen lassen, die einen kleineren Kegelwinkel aufweisen und auf einer kürzeren Weglänge in feinere Kraftstofftropfen zerfallen.
Mit der in der Draufsicht linsenförmig gestalteten Austrittsöffnung läßt sich in vorteilhafter Weise die abgespritzte Kraftstofflamelle so ausbilden, daß der Kraftstoffstrom in zwei Teilströme aufgeteilt wird. Hiermit können beispielsweise die beiden Einlaßventile eines Vierventilmotors gleichzeitig versorgt werden.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß durch die zwischen den Zuführöffnungen angeordneten Haltestege der den Strömungsweg innen begrenzende Innenabschnitt mit dem den Strömungsweg außen begrenzenden ringförmigen Abschnitt der Düsenplatte mechanisch stabil miteinander verbunden werden kann, ohne daß der Kraftstoffstrom durch die Düsenplatte beeinträchtigt wird.
Hierbei können die Zuführöffnungen und die dazwischen liegenden Haltestege auch außerhalb des Durchmessers der ringförmigen Austrittsöffnung und damit radial außerhalb des Ringspalts vorgesehen sein, wodurch sich der Strömungsquerschnitt des Strömungswegs durch die Düsenplatte zuführseitig vergrößern läßt, um die Strömung durch die Düsenplatte weiter zu vergleichmäßigen.
Das Verfahren zur Herstellung einer Düsenplatte mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 8 hat dabei den Vorteil, daß sich die Düsenplatte damit einstückig herstellen läßt, so daß keine die Ausbildung des Ringspalts beeinflussenden Fügeprozesse, wie Kleben, Löten oder Schweißen, an der Düsenplatte ausgeführt werden müssen.
Durch die in den Unteransprüchen 9 bis 22 aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen des im Anspruch 8 angegebenen Verfahrens möglich.
In vorteilhafter Weise läßt sich die Weite des Ringspaltes durch Abformen einer einzigen Hohlraumform genau herstellen und hängt nicht von der Genauigkeit ab, mit der die Verbindungsstelle von zwei Teilen hergestellt wird. Insbesondere entfallen Toleranzen beim Zusammenfügen und Verschweißen zweier Teile. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß sich die Düsenplatte ohne wesentlichen Mehraufwand mit zwei als Austrittsöffnungen dienenden Ringspalten mit jeweils eigenem Strömungsweg herstellen läßt.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß sich das Werkzeug für die Herstellung der Hohlraumform leicht durch mechanische Drehbearbeitung, z. B. mit einem Diamanten, mit hoher Genauigkeit herstellen läßt. Die für die Ausbildung der Strahllamelle beim Kraftstoffaustrag erforderliche Schräge der Ringspaltinnenwand läßt sich dabei durch Bearbeitung eines Werkzeugteils von außen mit hoher Genauigkeit herstellen.
ZEICHNUNG
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1
eine Draufsicht auf die Austrittsseite einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Düsenplatte,
Fig. 2
einen Schnitt im wesentlichen nach Linie II-II in Figur 3 durch die Düsenplatte nach Figur 1,
Fig. 3
eine Draufsicht auf die Zuführseite der Düsenplatte nach Figur 1,
Fig. 4
einen Schnitt durch eine Spritzgußform zur Herstellung einer Hohlraumform, die zur Herstellung der Düsenplatte nach Figur 1 bis 3 dient,
Fig. 5
einen Schnitt entsprechend Figur 4, wobei das obere Werkzeug der Spritzgußform abgenommen und die Hohlraumform an einem Hilfsträger angebracht ist,
Fig. 6
einen Schnitt durch eine in eine galvanisch abgeschiedene Schicht eingebettete Hohlraumform,
Fig. 7
einen Schnitt entsprechend Figur 6 durch die galvanisch abgeschiedene Schicht, wobei die Hohlraumform entfernt ist,
Fig. 8
einen Schnitt durch eine Düsenplatte entsprechend Figur 2 mit einem aufgesetzten Anschlußelement einer Flüssigkeitszuführ- und Durchflußmeßeinrichtung,
Fig. 9
einen Schnitt durch eine an einem Hilfsträger befestigte Hohlraumform für eine Düsenplatte mit zwei Ringspalten,
Fig. 10
einen Schnitt ähnlich Figur 8 durch eine mit der Hohlraumform nach Figur 9 hergestellte Düsenplatte, und
Fig. 11
eine schematische Draufsicht auf einen linsenförmigen Ringspalt.
In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind einander entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Die in den Figuren 1 bis 3 hergestellte erfindungsgemäße Düsenplatte 10 besteht aus einem galvanisch abscheidbaren Material, insbesondere aus einem Metall oder einer Metallegierung, vorzugsweise aus Nickel-Phosphor, und weist auf der in Figur 2 oben dargestellten Zuführseite eine ebene Oberfläche 11 auf, in der, wie in Figur 3 dargestellt, eine Vielzahl von Zuführöffnungen 12 vorgesehen sind, die durch dazwischen liegende Haltestege 13 voneinander getrennt sind. Die ringförmig und mit gleicher umfangsmäßigen Teilung angeordneten Zuführöffnungen 12 münden in einen Ringkanal 14, der in Strömungsrichtung in einen zylindrischen Ringspalt 15 übergeht.
Der Ringspalt 15 ist an seinem Außenumfang von einer Zylindermantelfläche 16 und an seiner Innenumfangsseite von einer Zylindermantelfläche 17 begrenzt, die im Bereich einer ringförmigen Austrittsöffnung 19 in eine Kegelmantelfläche 18 übergeht, so daß sich der Ringspalt 15 zur Austrittsöffnung 19 hin gleichmäßig verengt.
Die Düsenplatte 10 weist somit einen außerhalb des Ringspalts 15 gelegenen ringförmigen Abschnitt 20 auf, der über die Haltestege 13 mit einem innerhalb des Ringspalts 15 gelegenen Innenabschnitt 21 einstückig verbunden ist. Auf der Austrittsseite weist die Düsenplatte 10 eine parallel zur Oberfläche 11 liegende Ringfläche 22 auf, die in eine Kegelstumpfmantelfläche 23 übergeht, die sich zumindest bis zur Austrittsöffnung 19 erstreckt. Es ist aber auch möglich, daß sich die Kegelstumpfmantelfläche 23 am ringförmigen Abschnitt 20 über die ringförmige Austrittsöffnung 19 des Ringspalts 15 bis zum Innenabschnitt 21 erstreckt. Zur Mitte der Düsenplatte 10 hin schließt sich an die Kegelstumpfmantelfläche 23 eine weitere parallel zur zuführseitigen Oberfläche 11 liegende ebene Fläche 24 durch den Ringspalt getrennt bzw. unmittelbar an. Die Fläche 24 kann wie beim dargestellten Ausführungsbeispiel eine Ringfläche sein. Es ist aber auch möglich, die ebene Fläche 24 als Kreisfläche auszubilden.
Für die Herstellung der beschriebenen Düsenplatte 10 wird, wie in Figur 4 dargestellt, zunächst eine Hohlraumform 30 aus Kunststoff, zum Beispiel aus einem thermoplastisch verformbaren und lösbaren Kunststoff, insbesondere PMMA (Polymethylmethacrylat), vorzugsweise im Spritzgußverfahren hergestellt. Die Hohlraumform 30 entspricht dabei dem aus den Zuführöffnungen 12, dem Ringkanal 14 und dem Ringspalt 15 gebildeten Strömungsweg durch die herzustellende Düsenplatte 10.
Der Spritzguß wird dabei mit einem entsprechenden Formwerkzeug 31 durchgeführt, das ein Werkzeugoberteil 32 mit einem oberen Innenkern 33 und einem oberen Außenring 34 sowie ein Werkzeugunterteil 35 mit einem unteren Innenkern 36, einem unteren Außenring 37 und einer Werkzeugplatte 38 umfaßt. Zur gleichzeitigen Ausbildung mehrerer Hohlraumformen 30 kann das Werkzeugoberteil 32 in nicht näher dargestellter Weise mehrere Innenkerne 33 mit einer entsprechenden Außenringanordnung aufweisen. Das Werkzeugunterteil 35 ist dann entsprechend ausgebildet.
Zwischen dem unteren Innenkern 36 und dem unteren Außenring 37, die von der Werkzeugplatte 38 getragen werden, ist der für die Düsenplatte 10 vorgesehene Strömungsweg nachgebildet. Zwischen dem oberen Innenkern 33 und dem oberen Außenring 34 ist ein Spritzgußzulauf 39 ausgebildet, der über eine eine Sollbruchstelle erzeugende Engstelle 40 in einen Gußraum für einen Stützring 41 übergeht, der während der weiteren Herstellung der Düsenplatte 10 als Trägerelement für die Hohlraumform 30 dient.
Weiter sind am oberen Innenkern 33 den Haltestegen 13 der Düsenplatte 10 entsprechende Fortsätze 42 vorgesehen, die in einen Bereich zwischen dem unteren Außenring 37 und dem unteren Innenkern eingreifen, wodurch die Bereiche für die Zuführöffnungen 12 festgelegt werden. Am unteren Innenkern 36 des Formwerkzeugs 31 sind die den Ringspalt 15 nach innen begrenzende Zylindermantelfläche und Kegelmantelfläche als Außenflächen nachgebildet, die sich somit mit großer Genauigkeit ausbilden lassen.
Nach dem Einspritzen des Kunststoffs in den den Strömungsweg der Düsenplatte 10 nachbildenden Hohlraum des Formwerkzeugs 31 zum Herstellen der Hohlraumform 30 mit dem daran angebrachten Stützring 41 wird das Werkzeugoberteil 32 zusammen mit dem im Spritzgußzulauf 39 befindlichen überschüssigen Kunststoffmaterial entfernt.
Dann wird, wie in Figur 5 dargestellt, als Hilfsträger eine vorzugsweise mit einem Metallgitter verstärkte, leitende Kunststoffplatte aus PMMA befestigt, insbesondere aufgeschweißt, während sich die Hohlraumform 30 noch im Werkzeugunterteil 35 befindet. Hierdurch lassen sich Verformungen der Hohlraumform 30 beim Befestigen der Kunststoffplatte 43 vermeiden. Daraufhin wird das Werkzeugunterteil 35 ebenfalls entfernt, so daß die Hohlraumform 30 freiliegt.
Anschließend wird in einem galvanischen Bad auf der leitenden Kunststoffplatte 43 eine vorzugsweise aus Nickel-Phosphor bestehende Schicht 44 abgeschieden, die die Hohlraumform 30 vollständig einbettet. Fehler, die beim Aufwachsen im Bereich 45 der Stege 13, beim Kantenfüllen im Übergangsbereich 46 zwischen dem Ringkanal 14 und dem Ringspalt 15 sowie beim Zusammenwachsen der Schicht 44 im Außenbereich 47 der Stege 13 auftreten können, sind dabei unerheblich, da hierdurch die austrittsseitige Ausbildung des Ringspaltes 15 nicht beeinflußt wird.
Nach dem galvanischen Abscheiden der Schicht 44, aus der später die Düsenplatte 10 gebildet wird, wird die als Hilfsträger während des Galvanisierens dienende Kunststoffplatte 43 entfernt und die zuführseitige Oberfläche 11 der Düsenplatte 10 wird durch Abschleifen hergestellt.
Anschließend wird, wie in Figur 7 dargestellt, die Hohlraumform 30 durch Auflösen des Kunststoffs entfernt, so daß in der galvanisch abgeschiedenen Schicht 44 der aus den Zuführöffnungen 12 dem Ringkanal 14 und dem Ringspalt 15 gebildete Strömungsweg freiliegt.
Wie in Figur 8 dargestellt, wird abschließend die der Austrittsseite der zu bildenden Düsenplatte 10 entsprechende Oberfläche der galvanisch abgeschiedenen Schicht 44 materialabhebend bearbeitet, um die Ringfläche 22, die sich über die Austrittsöffnung erstreckende Kegelstumpfmantelfläche 23 und die am Innenabschnitt 21 der Düsenplatte 10 befindliche ebene Fläche 24 auszubilden.
Um bei der Bearbeitung der sich vorzugsweise über die Austrittsöffnung 19 erstreckenden Kegelstumpfmantelfläche 23 die Austrittsöffnung 19 so einzustellen, daß der Strömungsweg durch die Düsenplatte 10 den geforderten Strömungswiderstand aufweist, wird auf die zuführseitige Oberfläche 11 der zu bildenden Düsenplatte 10 ein Anschlußelement 48 einer nicht näher dargestellten Flüssigkeitszuführ- und Durchflußmeßeinrichtung aufgesetzt, so daß der Zuführseite der Düsenplatte 10 eine Flüssigkeit mit konstantem Druck zugeführt werden kann. Bei der Bearbeitung der Kegelstumpfmantelfläche 23 wird die Austrittsöffnung 19 freigelegt und ständig vergrößert, so daß der Durchfluß durch die in Bearbeitung befindliche Düsenplatte 10 solange ansteigt, bis er den gewünschten Wert erreicht hat. Jetzt weist die Austrittsöffnung 19 die erforderliche Größe auf.
Die material- oder spanabhebende Bearbeitung erfolgt dabei vorzugsweise mit einem Naturdiamanten, wodurch sich die die Austrittsöffnung 19 begrenzenden Kanten des Ringspalts 15 sauber ausbilden lassen.
Um besonders gratfreie Kanten des Ringspalts zu erhalten, kann die Bearbeitung der Austrittsseite der Düsenplatte 10 durchgeführt werden, während der Strömungsweg noch durch die Hohlraumform 30 gefüllt ist. In diesem Fall wird die erforderliche Größe der Austrittsöffnung 19 beispielsweise optisch gemessen.
Das beschriebene Verfahren läßt sich zur Herstellung einer einzelnen Düsenplatte 10 einsetzen, zweckmäßigerweise werden aber mit diesem Verfahren gleichzeitig mehrere Düsenplatten 10 in der Weise hergestellt, daß mehrere Hohlraumformen 30 gleichzeitig im Spritzgußverfahren ausgeformt werden und an einem gemeinsamen Hilfsträger angebracht werden. Die Schicht, aus denen dann die einzelnen Düsenplatten 10 gefertigt werden, wird dann in einem einzigen Galvanisierungsschritt abgeschieden. Zweckmäßigerweise können dabei zwischen den Hohlraumformen 30 für den Strömungsweg der Düsenplatten Trennformen vorgesehen sein, so daß sich bei der Bearbeitung der der Austrittsseite der Düsenplatten 10 zugeordneten Oberfläche der galvanisch abgeschiedenen Schicht 44 die daraus zu bildenden Düsenplatten 10 auf einfache Weise vereinzeln lassen.
Figur 9 zeigt eine Hohlraumform 50 für eine Düsenplatte 10' nach einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem inneren, einem ersten Strömungsweg durch die Düsenplatte 10' entsprechenden Formteil 51 und einem äußeren, einem zweitem Strömungsweg durch die Düsenplatte 10' entsprechenden Formteil 52. Die zweckmäßigerweise konzentrisch zueinander angeordneten Formteile 51, 52, bzw. die entsprechenden Strömungswege sind entsprechend dem anhand der Figuren 1 bis 8 beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgebildet.
Figur 10 veranschaulicht die Bearbeitung der Austrittsseite einer mit der Hohlraumform 50 nach Figur 9 hergestellten Düsenplatte 10', bei der ein Anschlußelement 48' einer Flüssigkeitszuführ- und Durchflußmeßeinrichtung aufgesetzt ist, um bei der Bearbeitung der Austrittsseite der Düsenplatte 10' die Größe der Austrittsöffnungen 19 festzulegen. Zweckmäßigerweise ist das Anschlußelement 48' dabei so ausgelegt, daß der Durchfluß durch jede der beiden Austrittsöffnungen getrennt voneinander bestimmt werden kann, wie dies durch die Pfeile Q1 und Q2 angedeutet ist.
Um für jeden der beiden Strömungswege durch die Düsenplatte 10' einen möglichst großen Zuführbereich zu schaffen und andererseits die Ringspalte 15 mit relativ kleinem Durchmesser dicht beieinander anordnen zu können, sind zwischen den Ringspalten 15 und den Ringkanälen 14 kegelmantelförmige Anschlußkanäle 49 ausgebildet.
Hierbei liegen also die jeweiligen Zuführöffnungen 12 mit den zugeordneten Haltestegen 13 radial außerhalb der entsprechenden Austrittsöffnung 19 und damit auch radial außerhalb des entsprechenden Ringkanals 15. Diese Anordnung von Zuführöffnungen 13 und Ringkanal 15, die bei der Düsenplatte 10' nach Fig. 10 notwendig erforderlich ist, kann auch bei der anhand von Fig. 1 bis 3 beschriebenen Düsenplatte 10 vorgesehen werden, um ein möglichst großen zuführseitigen Strömungsquerschnitt zu erzielen, der die gleichmäßige Verteilung der Strömungsenergie ohne große Schwankungen ermöglicht.
Mit dem beschriebenen Herstellungsverfahren lassen sich nicht nur Düsenplatten mit kreisringförmigen Austrittsöffnungen herstellen, sondern auch solche, die linsenförmige Austrittsöffnungen 19' aufweisen, wie in Figur 11 dargestellt. Die linsenförmige Austrittsöffnung 19' setzt sich dabei aus zwei kreisbogenförmigen Abschnitten 61 mit großem Krümmungsradius und aus zwei kreisbogenförmigen Abschnitten 62 mit kleinem Krümmungsradius zusammen, wobei sich die beiden Abschnitte 61 mit großen Krümmungsradius mit ihren konkaven Seiten gegenüberliegen und an ihren Enden über die Abschnitte 62 mit kleinen Krümmungsradius miteinander verbunden sind. Die kreisbogenförmigen Abschnitte 61 mit großem Krümmungsradius liegen dabei symmetrisch zu einer Achse X, während die kreisbogenförmigen Abschnitten 62 mit kleinem Krümmungsradius symmetrisch zu einer Achse Y angeordnet sind.
Mit einer Ringspaltdüse, deren linsenförmige Austrittsöffnung entsprechend Figur 11 angeordnet ist, läßt sich der durch die Düse strömende Kraftstoffstrom in zwei in Richtung der Y-Achse voneinander getrennte Massenströme aufteilen, da die in Richtung der X-Achse über die entsprechenden Abschnitte der Austrittsöffnung abgegebene Kraftstofflamelle früher aufreißt als die in Y-Richtung abgegebene. Eine derartige Ringspaltdüse ist zum Beispiel zweckmäßig, wenn jeweils zwei Einlaßventile eines Zylinders eines Vierventilmotors gleichzeitig mit Kraftstoff versorgt werden sollen.

Claims (22)

  1. Düsenplatte (10), insbesondere für Kraftstoffeinspritzventile, mit wenigstens einem wenigstens eine Zuführöffnung (12) aufweisenden Strömungsweg, der einen in einer ringförmigen Austrittsöffnung (19, 19') mündenden Ringspalt (15) umfasst, wobei der Strömungsweg einen der Zuführöffnung (12) zugeordneten Ringkanal (14) aufweist,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkanal (14) in einen zylinderförmigen Ringspalt (15) mit einem sich im Bereich der Austrittsöffnung (19, 19') kegelförmig verjüngenden Querschnitt übergeht.
  2. Düsenplatte nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Ringspalt (15) im Bereich der Austrittsöffnung (19, 19') von einer außenliegenden Zylindermantelfläche (16) und einer innenliegenden Kegelmantelfläche (18) begrenzt ist, deren jeweilige scharfe Kanten die Austrittsöffnung (19) festlegen.
  3. Düsenplatte nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß zwei konzentrisch zueinander angeordnete Austrittsöffnungen (19) vorgesehen sind, wobei jeder der Austrittsöffnungen ein eigene Zuführöffnungen (12), einen Ringkanal (14) und einen Ringspalt (15) aufweisender Strömungsweg zugeordnet ist.
  4. Düsenplatte nach Anspruch 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnung (19') in der Draufsicht linsenförmig ist.
  5. Düsenplatte nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß die linsenförmige Austrittsöffnung (19') zwei kreisbogenförmige Abschnitte (61) mit großem Krümmungsradius und zwei kreisbogenförmige Abschnitte (62) mit kleinem Krümmungsradius aufweist, wobei sich jeweils die einander größenmäßig entsprechenden Abschnitte (61, 62) mit ihren konkaven Seiten gegenüberliegen und an ihren Enden in die jeweils anderen Abschnitte (62, 61) übergehen.
  6. Düsenplatte nach einem der vorhergehende Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß dem zuführseitigen Ringkanal (14) eine Vielzahl umfangsmäßig gleichmäßig verteilter Zuführöffnungen (12) zugeordnet ist, zwischen denen Haltestege (13) angeordnet sind, die einen den Strömungsweg innen begrenzenden Innenabschnitt (21) mit einem den Strömungsweg außen begrenzenden ringförmigen Abschnitt (20) mechanisch verbinden.
  7. Düsenplatte nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführöffnungen (12) und die dazwischen liegenden Haltestege (13) radial außerhalb des Ringspalts (15) liegen.
  8. Verfahren zur Herstellung einer Düsenplatte (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass eine dem Strömungsweg durch die Düsenplatte (10) entsprechende Hohlraumform (30) hergestellt wird, dass eine die Hohlraumform (30) einbettende Schicht (44) galvanisch abgeschieden wird, und dass die Hohlraumform (30) aus der galvanisch abgeschiedenen Schicht (44) entfernt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlraumform (30) im Spritzgußverfahren aus einem thermoplastisch verformbaren Kunststoff hergestellt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlraumform (30) aus einem lösbaren Kunststoff, vorzugsweise aus Polymethylmethacrylat (PMMA) hergestellt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 8, 9 oder 10,
    dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausbildung der die Hohlraumform (30) einbettenden Schicht (44) Nickel-Phosphor abgeschieden wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 8 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlraumform (30) zusammen mit einem mit ihr verbundenen Trägerelement (41) aus einem elektrisch nicht leitenden Kunststoff hergestellt und mit dem Trägerelement (41) an einem elektrisch leitenden Hilfsträger (43) angebracht wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet, daß als Hilfsträger eine vorzugsweise mit einem Metallgitter verstärkte Kunststoffplatte (43) verwendet wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlraumform (30) mit ihrer der Zuführöffnung (12) entsprechenden Seite dem Hilfsträger (43) zugewandt an diesem angebracht wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 12 bis 14,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlraumform (30) am Hilfsträger (43) angebracht wird, bevor ihr dem zur Austrittsöffnung benachbart liegenden Strömungsweg entsprechender Abschnitt aus einem entsprechenden Spritzgußwerkzeug entnommen wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 12 bis 15,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsträger (43) nach dem Ausbilden der galvanisch abgeschiedenen Schicht (44) mechanisch, vorzugsweise durch Schleifen von dieser entfernt wird.
  17. Verfahren nach Anspruch 8 bis 16,
    dadurch gekennzeichnet, daß die der Zuführöffnung (12) zugeordnete Seite der galvanisch abgeschiedenen Schicht (44) abgeschliffen wird, bis die Zuführöffnung (12) freiliegt.
  18. Verfahren nach Anspruch 8 bis 17,
    dadurch gekennzeichnet, daß die der Austrittsöffnung (19) zugeordnete Seite der galvanisch abgeschiedenen Schicht (44) nach dem Entfernen der Hohlraumform (30) aus der galvanisch abgeschiedenen Schicht (44) materialabhebend bearbeitet wird.
  19. Verfahren nach Anspruch 18,
    dadurch gekennzeichnet, daß bei der materialabhebenden Bearbeitung dem Strömungsweg von der Zuführseite her eine unter konstantem Druck stehende Flüssigkeit zugeführt wird und die materialabhebende Bearbeitung zum Freilegen der Austrittsöffnung (19) solange durchgeführt wird, bis der Durchfluß durch den Strömungsweg einen vorgegebenen Wert annimmt.
  20. Verfahren nach Anspruch 18,
    dadurch gekennzeichnet, daß die materialabhebende Bearbeitung mit einem Naturdiamanten erfolgt, bevor die Hohlraumform (30) aus der galvanisch abgelagerten Schicht (44) entfernt wird.
  21. Verfahren nach Anspruch 8 bis 20,
    dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung einer Düsenplatte (10') mit zwei oder mehr strömungsmäßig parallelen Austrittsöffnungen (19) mit eigenem Strömungsweg eine Hohlraumform (50) mit zwei oder mehr vorzugsweise konzentrisch zueinander ausgebildeten Formteilen (51, 52) ausgebildet wird.
  22. Verfahren nach Anspruch 8 bis 21,
    dadurch gekennzeichnet, daß zur gleichzeitigen Herstellung einer Vielzahl von Düsenplatten (10, 10') eine entsprechende Anzahl von Hohlraumformen (30, 50) gleichzeitig hergestellt und an einem gemeinsamen Hilfsträger (43) angeordnet wird.
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