Beschreibung
Verfahren zur1 Herstellung eines Kraftstoffhochdruckspeichers
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kraftstoffhochdruckspeicher gemäß dem unabhängigen Patentanspruch.
Kraftstofrfhochdruckspeicher kommen insbesondere bei Dieselmo- toren mit sogenannten Common-Rail-Systemen zum Einsatz. Der Kraftstoff wird dabei mittels einer Hochdruckpumpe auf einen Druck von mehr als 1000 bis über 2000 bar verdichtet und dem Kraftstoffhochdruckspeicher zugeführt. Von diesem führen Druckleitungen zu den Injektoren der einzelnen Brennräume der Brennkraftmaschine. Der Kraftstoffhochdruckspeicher unterliegt bei den herrschenden Drücken einer erheblichen mechanischen Belastung, die zudem im Betrieb stark schwankt.
Um eine ausreichende Dauerdruckfestigkeit und Dauerpulsfes- tigkeit zu erreichen, insbesondere bei den zukünftigen höheren Einspritzdrücken, ist es sinnvoll, in die Oberfläche der inneren Bohrung des. Kraftstoffhochdruckspeichers Druckeigenspannungen einzubringen. Dies kann bspw. mittels Innenkugel- strahlen erfolgen. Nachteilig hierbei ist jedoch die dabei auftretende unterschiedliche Strahlwirkung an den der inneren Verschneidungskanten zu den Leitungsabzweigungen, die in ungleichförmiger Verrundung sichtbar werden. Andererseits ist auch eine zu starke Verrundung der inneren Verschneidungskanten nachteilig.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Erhöhung der Druckfestigkeit eines Kraftstoffhochdruckspeichers zur Verfügung zu stellen, das die Nachteile im Stand der Technik vermeidet und das eine optimierte Strahlwirkung der inneren Ver- schneidungskanten ermöglicht.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 gelöst. Merkmale vorteilhafter Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Kraftstoffhochdruckspeichers einer Brennkraftmaschine mit Speichereinspritzsystem, insbesondere einer Dieselbrennkraftmaschine mit Common-Rail-Einspritzsystem, bei dem nach der Herstellung eines hohlen Druckspeichers aus Metall Verzwei- gungen zum Anschluss von Druckleitungen in diesen eingebracht werden, ist vorgesehen, dass die Innenbohrung und insbesondere die gefährdeten Verzweigungen an ihren zu einem Hohlraum des Druckspeichers führenden Innenkanten mittels eines Kugelstrahlverfahrens behandelt werden. Hierdurch werden Druckei- genspannungen in das Material eingebracht. Die Ausprägung von Radien ist Folge einer solchen Behandlung.
Bei dem Verfahren wird eine zylindrische Lanze mit kegelförmiger Spitze mit kleinerem Durchmesser als der Hohlraum des Druckspeichers gegen oder in eine Strahlrichtung der beim Kugelstrahlverfahren verwendeten Kugeln geführt. Erfindungsgemäß wird jede Innenkante jeder Verzweigung nacheinander in beiden Richtungen des Verlaufs des Hohlraums des Druckspeichers gestrahlt, wobei jeweils die Lanze gegen und/oder in Strahlrichtung geführt wird.
Dieses erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass die Verrundungen der Innenkanten der Verzweigungen im Hochdruckspeicher wesentlich gleichmäßiger und mit konstantem Radius gefertigt werden können. Die Bestrahlung in beiden Längsrichtungen des Hohlraums des Druckspeichers führt zu einer konstanten Behandlung entlang der gesamten Innenkante jeder Verzweigung. Die entgegen der Strahlrichtung der Kugeln längs geführte Lanze dient zur Umlenkung der Kugeln in Richtung der Wände der Innenbohrung des Druckspeichers. Eine Bestrahlung in zwei Richtungen führt de gemäss zu einer konstanten Verrundung je nach Dauer der Bestrahlung. Das Strahlen von bei-
den Seiten gewährleistet, dass die Innenkanten an allen Seiten gleichmäßig behandelt werden.
Bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird arrondiertes Strahlkorn verwendet, d.h. ein Strahlgut definierter Kugelgröße und definierter Kugelhärte. Das Kugelstrahlen mit einem solchen Strahlgut sorgt für exakt reproduzierbare Abmessungen und Eigenschaften des Hochdruckspeichers auch bei der Bearbeitung von umfangreichen Chargen.
Je nach gewünschten Bauteilfestigkeiten und nach gewünschtem Einsatzzweck kann der Hochdruckspeicher aus einem Baustahl, einem Einsatzstahl, einem Vergütungsstahl oder auch aus einem rostfreiem Stahl hergestellt werden. Eine bevorzugte Ausfüh- rungsform der Erfindung sieht vor, dass der Hochdruckspeicher aus geschmiedeten Stahl hergestellt wird, der eine besonders hohe Festigkeit und Zähigkeit bei den auftretenden wechselnden Druckbelastungen aufweist. Die genannten Stähle lassen sich alle durch Kugelstrahlen soweit verfestigen, dass die innere Oberfläche verdichtet wird und somit eine Kerbwirkung deutlich reduziert ist.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Lanze im Druckspeicher zentrisch geführt wird. Die zent- rische Führung der im wesentlichen zylindrischen Lanze im e- benfalls zylindrischen inneren Hohlraum des Druckspeichers führt aufgrund der Kegelspitze der Lanze zu einer weitgehend gleichmäßigen Verfestigung der inneren Oberfläche des Druckspeichers. Die zentrische Führung kann vorzugsweise dadurch gewährleistet werden, dass die Lanze über wenigstens drei gleichmäßig am zylindrischen Umfang verteilte Abstützelemente verfügt, die im Hohlraum des Druckspeichers längs seiner Längserstreckungsrichtung entlang gleiten können.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsformen mit Bezug auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine teilweise Seitenansicht eines Kraftstoffhochdruckspeichers,
Figur 2 einen Detailschnitt einer Verzweigung des Druck- Speichers gemäß Figur 1 und
Figur 3 eine Lanze zur Beeinflussung der Verrundung beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung des Druckspeichers .
Figur 1 zeigt einen Druckspeicher 2, der aus einem im wesentlichen zylindrischen Rohr 4 aus Stahl besteht. Am äußeren Umfang des Rohres 4 sind mehrere Druckleitungsanschlüsse 6 erkennbar, an die jeweils Druckleitungen angeschlossen werden können, die zu Injektoren der Brennkraftmaschine führen. Das Rohr 4 besteht vorzugsweise aus einem Stahl, der aus Festigkeitsgründen geschmiedet sein kann. Als Material für den Druckspeicher 2 kommt beispielsweise Baustahl, Einsatzstahl, Vergütungsstahl oder rostfreier Stahl in Frage, der vorzugs- weise geschmiedet ist.
Figur 2 zeigt einen Detailausschnitt einer Verzweigung 8 des Druckspeichers 2 gemäß Fig. 1. In dieser Darstellung ist eine Innenbohrung 11 erkennbar, die im wesentlichen zylindrisch im Inneren des hohlen Druckspeichers 2 verläuft. Senkrecht zur Längserstreckungsrichtung der Innenbohrung 11 des Rohres 4 sind mehrere Verzweigungen 8 vorgesehen, von denen in Fig. 2 nur eine erkennbar ist. Die runde Verzweigung kann beispielsweise als Bohrung ausgeführt sein, die mittig in die Innen- bohrung 11 des Rohres 4 mündet. Eine Innenkante 9 der Verzweigung 8 ist zur Erhöhung der Betriebsfestigkeit des Druckspeichers 2 mit einem Radius 10 versehen, der durch Kugel- strahlen entsteht. Das Kugelstrahlen dient gleichzeitig zur Verfestigung der inneren Oberfläche der Rohres 4, wodurch dessen Kerbwirkung signifikant herabgesetzt wird. Der Druckspeicher 2 kann auf diese Weise erheblichen Schwellbelastungen im Betrieb widerstehen.
Erfindungsgemäß wird beim Kugelstrahlen entlang einer Längserstreckungsrichtung der Innenbohrung 11 in entgegengesetzter oder in gleicher Richtung zur Strahlrichtung 16 eine im we- sentlichen zylindrische Lanze 12 geführt, die eine Kegelspitze 14 an ihrem der Strahlrichtung 16 zugewandten Ende aufweist. Die Kegelspitze 14 der Lanze 12 bewirkt eine Ablenkung des Strahlgutes in Richtung der Wände der Innenbohrung 11 sowie in Richtung der Innenkante 9 jeder Verzweigung 8, wodurch die Innenkanten 9 jeweils einen Radius 10 erhalten. Bei einer Bestrahlung in nur einer Längserstreckungsrichtung der Innenbohrung 11 besteht jedoch die Gefahr eines ungleichmäßigen Radius 10 über den Umfang einer jeden Innenkante 9. Erfindungsgemäß ist deshalb vorgesehen, die Bestrahlung in beiden Richtungen der Längserstreckungsrichtung des Rohres 4 vorzunehmen, wobei jeweils die Lanze 12 mit ihrer Kegelspitze 14 in entgegengesetzte Richtung weist. Nach einer Bestrahlung von gewisser Dauer, wie sie in Figur 2 gezeigt ist, erfolgt demzufolge eine ebenso lange Bestrahlung in entgegengesetzter Richtung. Die Strahlrichtung 16 wäre in diesem Fall von rechts nach links, die Kegelspitze 14 würde in diesem Fall nach rechts weisen.
In Figur 3 ist eine Lanze verdeutlicht, die zur Beeinflussung der Verrundung beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung des Druckspeichers dient. Das linke Bild der Figur 3 zeigt eine Aufsicht auf die Kegelspitze 14 der Lanze 12. Am äußeren zylindrischen Umfang der Lanze 12 sind insgesamt drei Abstützelemente 18 erkennbar, die sternförmig gleichmäßig am Umfang der Lanze 12 verteilt sind und die von ihrer Länge so bemessen sind, dass eine weitgehend spielfreie Gleitbewegung der Lanze 12 in der Innenbohrung 11 des Rohres 4 ermöglicht ist. Das rechte Bild der Figur 3 zeigt eine Seitenansicht auf eine Lanze 12, wobei zwei der drei Abstützelemente 18 erkenn- bar sind.
Zum Kugelstrahlen eignet sich insbesondere sogenanntes Kugelstrahlkorn, welches aus Metallkugeln bestimmter Härte besteht. Die Kugeln weisen jeweils einen Durchmesser zwischen 0 , 2 und 0, 6 mm auf, wobei die verschiedenen Durchmesser im Strahlgut einer statistischen Verteilung folgen.
Als Strahlgut eignet sich insbesondere auch arrondiertes Strahlkorn, d.h. ein Strahlgut mit definierter Größe und definierter Härte.
Bezugs zeichenliste
2 Druckspeicher
4 Rohr
6 Druckleitungsanschluss
8 Verzweigung
9 Innenkante
10 Radius
11 Innenbohrung
12 Lanze
14 Kegelspitze
16 Strahlrichtung
18 Abstützelement