WO2004070188A2 - Herstellungsverfahren für eine lochscheibe zum ausstossen eines fluids - Google Patents

Herstellungsverfahren für eine lochscheibe zum ausstossen eines fluids Download PDF

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    • C25D1/08—Perforated or foraminous objects, e.g. sieves
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    • F02M61/1853—Orifice plates

Definitions

  • the invention relates to a production method for an at least two-layer perforated disk for ejecting a fluid with a channel system penetrating the perforated disk to form through-openings, during which a support body is galvanically coated to form the perforated disk.
  • the respective production of the individual layers takes place in corresponding manufacturing steps. If a substrate suitable for the galvanic production of the layer is not available, an electroplating start layer is first produced. A photoresist is applied to this layer, which is in the area of one with the formation of passage openings for the
  • Fluid the layer penetrating channel system to be formed is solidified and removed again in the remaining areas.
  • the position of the perforated disk to be produced is then galvanically deposited, the volume of the duct system to be formed remaining filled by the developed photoresist.
  • the perforated disc is separated from the supporting body and the duct system in exposed the perforated disc by removing the photoresist and any galvanic start layers in the area of the duct system.
  • the perforated disk produced in this way is preferably used as a nozzle plate in an injection valve for the fuel of an internal combustion engine.
  • the injected fuel can be set into certain movement states which are favorable for combustion and in which the fuel-air mixture is applied to the cylinder as evenly as possible.
  • other applications for perforated disks are also conceivable, for example as a painting nozzle for evenly applying a layer of paint on a surface.
  • a perforated support disk is used as the support body, which forms a layer of the perforated disk. This means that after the galvanic production of the further layer, the support disk is not detached from it, but rather replaces one of the layers of the perforated disk, so that it does not have to be produced galvanically. Due to the manufacturing process, the cross-section of the passage opening located in the perforated disk is flush, i. H. without cross-sectional jumps, into the passage opening formed by the further layer.
  • the object of the invention is to increase the manufacturing-related design freedom for the passage openings in a galvanic manufacturing method for perforated disks for ejecting a fluid, in which a perforated supporting disk serves as a supporting body.
  • an electroplating starting layer for the galvanic coating applied.
  • the application of an electroplating start layer is only necessary in areas where the substrate is not electrically conductive and a galvanic layer is to be built up.
  • the filling compound is made of plastic, for example, B.
  • the galvanic starting layer can be applied at least in the areas in which the position of the perforated disk following the support body should cover the passages of the perforated support disk.
  • the perforated support disk is filled with a filling compound before the galvanic coating.
  • the backfill mass forms a base for subsequent layers of the perforated disc.
  • the following layers can therefore advantageously be produced with particularly high precision.
  • the perforated support disk is punched out of a semifinished product with a thickness corresponding to the disk height of the perforated support disk.
  • the stamping process is advantageously a process which is particularly economical in series production. It can also advantageously materials such. B. use stainless steel for the perforated support plate, which cannot be galvanically separated.
  • a light-sensitive layer is applied to the perforated support disk and / or the electroplating start layer, and a negative structure for the channel system is formed by exposing the light-sensitive layer and then removing the unexposed parts of the layer.
  • the negative structure fills the channel system during the galvanic formation of the end position of the perforated disc, so that the channel system is formed directly during the galvanic production of the layer, without the need to rework the layer.
  • a film with a light-sensitive layer and a metallic layer, in particular an RC film, with the metallic layer can advantageously be applied to the perforated support disk and a negative structure for the channel system by exposing the light-sensitive layer and then removing the unexposed parts this location.
  • the films mentioned, such as RC films, are widespread and therefore cost-effective semi-finished products, which can advantageously be applied to the perforated support disk in a simple manufacturing step. Since the metallic layer is already firmly connected to the light-sensitive bearing, this can also be advantageous
  • a galvanic coating is carried out on both sides of the perforated support disk.
  • the perforated support disk is provided on both sides with galvanic layers in which the channel structure can be advantageously manufactured with particular accuracy. These layers form the inlet and the preferably nozzle-shaped outlets for the fluid to be ejected, so that the fluid can be ejected with high precision with the perforated disk.
  • the galvanic coating is carried out simultaneously on both sides of the perforated support disk in parallel manufacturing steps.
  • the production time for the perforated disk can advantageously be reduced further by simultaneously providing the perforated disk with both layers in a galvanic bath.
  • a further increase in efficiency can be achieved if the production steps of the galvanic coating that precede the actual metal deposition, that is to say the possible application of an electroplating start layer and the application and development of light-sensitive layers, are carried out in parallel production steps.
  • FIG. 2 shows an alternative embodiment of method steps b and c according to FIG. 1.
  • a perforated support disk 11 is shown in section in FIG. 1a, this support disk and the only passage Hole 12 were punched out of a stainless steel band, for example.
  • the through hole 12 according to FIG. 1 a can be filled according to FIG. 1 b with a filling compound 13 made of plastic, as a result of which a closed support surface 14 a, 14 b is formed on both sides of the perforated support disk 11 for the construction of further layers.
  • the perforated support disk is then first formed on both sides with an electroplating start layer 15a, 15b and a light-sensitive layer 16a, 16b for the construction of further layers.
  • the perforated support disk is then initially provided on both sides with an electroplating start layer 15a, 15b and a light-sensitive layer 16a, 16b.
  • Layers 16a, 16b can be developed, for example, by putting on a mask 17 and exposing them, for example by means of white light 18 or even without the interposition of a mask, using a laser beam 19.
  • unexposed parts of the light-sensitive layers 16a, 16b can be removed, as a result of which negative structures 20a, 20b are formed from the developed parts of the layers 16a, 16b.
  • These negative structures are to take up the volume for a channel system in the electroplating layers 21a, 21b to be formed (cf. FIG. 1f).
  • the electroplating layers 21a, 21b to be formed correspond in FIG the thickness of the respective light-sensitive layers 16a, 16b.
  • the negative structures 20a, 20b, the filling compound 13 and the electroplating starting layers 15a, 15b in the region of the filling compound 13 or the negative structures 20a, 20b are removed, for example, by an etching treatment.
  • This process is also known as a resist strip.
  • a cavity is thus created, which forms a channel system 24 penetrating the finished perforated disk 23 to form through-openings 22 for a fluid.
  • an additional layer 25 with a sieve structure can be applied to the perforated disk, which is used to filter the fluid passed through the perforated disk 23 in order to prevent the channel structure 24 from becoming blocked.
  • the support disk 11 according to FIG. 2 is constructed in exactly the same way as the support disk according to FIG. 1.
  • a film 26 on the support disk 11 according to FIG. 2 consisting of a metallic layer 27 and a photosensitive layer 28, applied.
  • the metallic layer 27 takes over the function of the electroplating start layer 15a and the light-sensitive layer 28 takes over the function of the light-sensitive layer 16a according to FIG. 1.
  • a filler compound can be dispensed with in this exemplary embodiment, since the film 26 has sufficient rigidity. points to bridge the through hole 12.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für eine Lochscheibe zum Ausstoßen eines Fluides, wie sie insbesondere als Düsenscheibe bei der Einspritzung von Kraftstoff in die Zylinder einer Brennkraftmaschine verwendet wird. Erfindungsgemäss ist vorgesehen, dass diese Lochscheibe aus einem Tragkörper (11) besteht, welcher bevorzugt beidseitig mit einer galvanischen Beschichtung (21a, 21b) versehen wird. Dabei wird ein Kanalsystem (24) gebildet, indem vor der galvanischen Beschichtung eine das Volumen des Kanalsystem ausfüllende Negativstruktur beispielsweise aus einem Fotolack gebildet wird. Das Herstellungsverfahren hat den Vorteil, dass durch die Herstellung der Tragscheibe (11) beispielsweise durch Stanzen der Zeitaufwand einer galvanischen Herstellung dieser Schicht der Lochscheibe (23) eingespart werden kann, wodurch sich die Fertigungszeit für die Lochscheibe vorteilhaft verringern lässt. Auf dem Tragkörper kann eine gleichzeitige Beschichtung unter Bildung der Galvanikschichten (21a, 21b) auf beiden Seiten der Tragscheibe (11) erfolgen.

Description

Beschreibung
Herstellungsverfahren für eine Lochscheibe zum Ausstoßen eines Fluids
Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für eine mindestens zweilagige Lochscheibe zum Ausstoßen eines Fluids mit einem die Lochscheibe unter Bildung von Durchtrittsöffnungen durchsetzenden Kanalsystem, während dem ein Tragkörper unter Bildung der Lochscheibe galvanisch beschichtet wird.
Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 196 07 277 AI bekannt. Danach wird eine Lochscheibe durch galvanische' Herstellung mehrerer aufein- ander folgender Lagen erzeugt. Die erste Lage wird auf einem zur galvanischen Abscheidung geeigneten Tragkorper abgeschieden. Die folgenden Lagen werden jeweils auf der vorhergehenden Lage abgeschieden.
Die jeweilige Herstellung der einzelnen Lagen erfolgt in sich entsprechenden Fertigungsschritten. Soweit ein für die galvanische Herstellung der Lage geeigneter Untergrund nicht vorhanden ist, wird zunächst eine Galvanikstartschicht erzeugt. Auf dieser Schicht wird ein Fotolack aufgebracht, der im Be- reich eines unter Bildung von Durchtrittsöffnungen für das
Fluid die Lage durchsetzenden, zu bildenden Kanalsystems verfestigt und in den Restbereichen wieder entfernt wird. Anschließend wird die zu erzeugende Lage der Lochscheibe galvanisch abgeschieden, wobei das Volumen des zu bildenden Kanal- Systems durch den entwickelten Fotolack ausgefüllt bleibt.
Ist die letzte Lage der Lochscheibe abgeschieden, wird die Lochscheibe vom Tragkörper getrennt und das Kanalsystem in der Lochscheibe durch Entfernen des Fotolackes und eventueller Galvanikstartschichten im Bereich des Kanalsystems freigelegt.
Die so erzeugte Lochscheibe kommt bevorzugt als Düsenplatte in einem Einspritzventil für den Kraftstoff einer Brennkraftmaschine zum Einsatz. Mittels der Geometrie der in der Lochscheibe vorgesehenen Kanäle lässt sich der eingespritzte Kraftstoff in bestimmte, für die Verbrennung günstige Bewe- gungszustände versetzen, bei denen der Zylinder möglichst gleichmäßig mit dem Kraftstoff-Luft-Gemisch beaufschlagt wird. Aber auch andere Anwendungen für Lochscheiben sind denkbar, beispielsweise als Lackierdüse zum gleichmäßigen Auftrag einer Lackschicht auf eine Oberfläche.
Gemäß dem deutschen Patent DE 35 24 411 C2 wird als Tragkörper eine gelochte Tragscheibe verwendet, die eine Lage der Lochscheibe bildet. Dies bedeutet, dass die Tragscheibe nach der galvanischen Herstellung der weiteren Lage nicht von die- ser abgelöst wird, sondern vielmehr eine der Lagen der Lochscheibe ersetzt, so dass diese nicht galvanisch hergestellt werden muss. Herstellungsbedingt geht der Querschnitt der in der Lochscheibe befindlichen Durchtrittsöffnung fluchtend, d. h. ohne Querschnittssprünge, in die durch die weitere Lage gebildete Durchtrittsöffnung über.
Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem galvanischen Herstellungsverfahren für Lochscheiben zum Ausstoßen eines Fluids, bei dem eine gelochte Tragscheibe als Tragkörper dient, den herstellungsbedingten Gestaltungsspielraum für die Durchtrittsöffnungen zu vergrößern.
Erfindungsgemäß wird auf die gelochte Tragscheibe zumindest im Bereich der Verfüllmasse eine Galvanikstartschicht für das galvanische Beschichten aufgebracht . Das Aufbringen einer Galvanikstartschicht ist nur in den Bereichen notwendig, in denen der Untergrund nicht elektrisch leitend ist und eine galvanische Schicht aufgebaut werden soll. Ist die Verfüll- masse beispielsweise aus einem Kunststoff, so muss z. B. die galvanische Startschicht zumindest in den Bereichen aufgebracht werden, in denen die dem Tragkörper folgende Lage der Lochscheibe die Durchgänge der gelochten Tragscheibe überdecken soll .
Es ist vorgesehen, dass die gelochte Tragscheibe vor der galvanischen Beschichtung mit einer Verfüllmasse ausgefüllt wird. Die Verfüllmasse bildet im Bereich der Löcher damit einen Untergrund für nachfolgende Lagen der Lochscheibe . Daher lassen sich die folgenden Lagen vorteilhaft mit besonders hoher Präzision herstellen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die gelochte Tragscheibe aus einem Halbzeug mit einer der Scheibenhöhe der gelochten Tragscheibe entsprechenden Dicke ausgestanzt. Bei dem Stanzverfahren handelt es sich vorteilhaft um ein Verfahren, welches bei der Serienherstellung besonders wirtschaftlich ist. Es lassen sich vorteilhaft auch Materialien wie z. B. Edelstahl für die gelochte Tragscheibe verwenden, welche sich galvanisch nicht abscheiden lassen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird eine lichtempfindliche Schicht auf die gelochte Tragscheibe und/oder die Galvanikstartschicht aufgebracht und eine Nega- tivstruktur für das Kanalsystem durch Belichten der lichtempfindlichen Schicht und anschließendes Entfernen der unbelich- teten Teile der Schicht gebildet . Die Negativstruktur füllt das Kanalsystem während der galvanischen Bildung der zu bil- denden Lage der Lochscheibe aus, so dass das Kanalsystem direkt bei der galvanischen Herstellung der Lage gebildet wird, ohne dass eine Nachbearbeitung der Lage notwendig wäre. Durch Verwendung einer lichtempfindlichen Schicht, insbesondere Fo- tolack, l sst sich die Negativstruktur mittels aus der Leiterplattenfertigung bekannter Techniken vorteilhaft einfach und sehr präzise herstellen.
Alternativ kann vorteilhaft auch eine Folie mit einer licht- empfindlichen Lage und einer metallischen Lage, insbesondere eine RC-Folie, mit der metallischen Lage auf die gelochte Tragscheibe aufgebracht werden und eine Negativstruktur für das Kanalsystem durch Belichten der lichtempfindlichen Lage und anschließendes Entfernen der unbelichteten Teile dieser Lage gebildet werden. Bei den genannten Folien wie RC-Folien handelt es sich um weit verbreitete und daher kostengünstige Halbzeuge, welche vorteilhaft in einem einfachen Fertigungs- schritt auf die gelochte Tragscheibe aufgebracht werden können. Da die metallische Lage bereits fest mit der lichtemp- findlichen Lager verbunden ist, kann vorteilhaft auch das
Verfüllen der Tragscheibe entfallen, da die Folie eine genügende Eigenstabilität aufweist, um die Löcher in der gelochten Tragscheibe zu überbrücken. Selbstverständlich können auch weitere Lagen der Loσhscheibe, die nicht direkt an die gelochte Tragscheibe grenzen, mittels lichtempfindlicher
Schichten oder Folien mit lichtempfindlichen Lagen gebildet werden.
Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorge- sehen, dass auf beiden Seiten der gelochten Tragscheibe eine galvanische Beschichtung erfolgt . Bei dieser Ausgestaltung der Lochscheibe ist die gelochte Tragscheibe beidseitig mit galvanischen Schichten versehen, in denen die Kanalstruktur vorteilhaft mit besonderer Genauigkeit gefertigt werden kann. Diese Schichten bilden den Einlass sowie die bevorzugt düsen- för igen Auslässe für das auszustoßende Fluid, so dass mit der Lochscheibe das Fluid mit hoher Präzision ausgestoßen werden kann.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die galvanische Beschichtung auf beiden Seiten der gelochten Tragscheibe in parallel ablaufenden Fertigungsschritten gleichzeitig erfolgt. Hier- durch kann die Fertigungszeit für die Lochscheibe vorteilhaft weiter verringert werden, indem die Lochscheibe in einem galvanischen Bad gleichzeitig mit beiden Schichten versehen wird. Eine weitere Effizienzsteigung lässt sich erzielen, wenn auch die Fertigungsschritte der galvanischen Beschich- tung, die dem eigentlichen Metallabscheiden vorgelagert sind, also das eventuelle Aufbringen einer GalvanikstartSchicht und das Aufbringen und Entwickeln von lichtempfindlichen Schichten, in parallel ablaufenden Fertigungsschritten vorgenommen werden.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung beschrieben. Hierbei zeigen
Figur la bis g schematisch die Fertigungsschritte eines Aus- führungsbeispiels des erfindungsgemäßen Ver- fahrens zur Bildung einer Lochscheibe und
Figur 2 eine alternative Ausgestaltung der Verfahrensschritte b und c gemäß Figur 1.
In Figur la ist eine gelochte Tragscheibe 11 im Schnitt dar- gestellt, wobei diese Tragscheibe und das einzige Durchgangs- loch 12 beispielsweise aus einem Edelstahlband gestanzt wurden.
Das Durchgangsloch 12 gemäß Figur la kann gemäß Figur lb mit einer Verfüllmasse 13 aus Kunststoff ausgefüllt werden, wodurch auf beiden Seiten der gelochten Tragscheibe 11 je eine geschlossene Tragfläche 14a, 14b für den Aufbau weiterer Schichten gebildet wird.
Wie Figur lc zu entnehmen ist, wird die gelochte Tragscheibe anschließend beidseitig zunächst mit je einer Galvanikstart- Schicht 15a, 15b und einer lichtempfindlichen Schicht 16a, 16b für den Aufbau weiterer Schichten gebildet wird.
Wie Figur lc zu entnehmen ist, wird die gelochte Tragscheibe anschließend beidseitig zunächst mit je einer Galvanikstart- Schicht 15a, 15b und einer lichtempfindlichen Schicht 16a, 16b versehen.
• Wie in Figur ld angedeutet, können die lichtempfindlichen
Schichten 16a, 16b beispielsweise durch Auflegen einer Maske 17 und Belichten beispielsweise mittels Weißlicht 18 oder auch ohne Zwischenschaltung einer Maske direkt mit einem Laserstrahl 19 entwickelt werden.
Wie Figur le zu entnehmen ist, können nicht belichtete Teile der lichtempfindlichen Schichen 16a, 16b entfernt werden, wodurch Negativstrukturen 20a, 20b aus den entwickelten Teilen der Schichten 16a, 16b gebildet werden. Diese Negativstruktu- ren sollen in den zu bildenden Galvanikschichten 21a, 21b (vgl. Figur lf) das Volumen für ein Kanalsystem einnehmen. Die zu bildenden Galvanikschichten 21a, 21b entsprechen in ihrer Dicke den jeweiligen lichtempfindlichen Schichten 16a, 16b.
Nach Beendigung der galvanischen Beschichtung werden die Ne- gativstrukturen 20a, 20b die Verfüllmasse 13 sowie die Galvanikstartschichten 15a, 15b im Bereich der Verfüllmasse 13 bzw. der Negativstrukturen 20a, 20b beispielsweise durch eine Ätzbehandlung entfernt. Dieser Vorgang wird auch als Resist- Strip bezeichnet. Im Bereich der Verfüllmasse 13 sowie den Negativstrukturen 20a, 20b entsteht damit ein Hohlraum, der ein unter Bildung von Durchtrittsöffnungen 22 für ein Fluid ein die fertig gestellte Lochscheibe 23 durchsetzendes Kanalsystem 24 bildet . Ergänzend kann auf die Lochscheibe eine zusätzliche Schicht 25 mit einer Siebstruktur aufgebracht wer- den, die zur Filterung des durch die Lochscheibe 23 geführten Fluids dient, um ein eventuelles Verstopfen der Kanalstruktur 24 zu verhindern.
Die Tragscheibe 11 gemäß Figur 2 ist genauso aufgebaut wie die Tragscheibe gemäß Figur 1. Alternativ zu den Galvanikstartschichten 15a, 15b und lichtemp indlichen Schichten 16a, 16b gemäß Figur 1 ist auf die Tragscheibe 11 gemäß Figur 2 eine Folie 26, bestehend aus einer metallischen Lage 27 und einer lichtempfindlichen Lage 28, aufgebracht. Die metalli- sehe Lage 27 übernimmt dabei die Funktion der Galvanikstart- Schicht 15a und die lichtempfindliche Lage 28 die Funktion der lichtempfindlichen Schicht 16a gemäß der Figur 1. Auf eine Verfüllmasse kann bei diesem Ausführungsbeispiel verzichtet werden, da die Folie 26 eine genügende Steifigkeit auf- weist, um das Durchgangsloch 12 zu überbrücken.

Claims

Patentansprüche
1. Herstellungsverfahren für eine mindestens zweilagige Lochscheibe (23) zum Ausstoßen eines Fluids mit einem die Loch- scheibe unter Bildung von Durchtrittsöffnungen (22) durchsetzenden Kanalsystem (24) , wobei bei dem Herstellungsverfahren als Tragkörper für eine galvanische Beschichtung eine gelochte Tragscheibe (11) bereitgestellt wird, die gelochte Tragscheibe (11) vor der galvanischen Be- Schichtung mit einer Verfüllmasse (13) ausgefüllt wird und die Tragscheibe unter Bildung der Lochscheibe galvanisch beschichtet wird, so dass die Tragscheibe eine Lage der Lochscheibe bildet, dadurch gekennzeichnet, dass auf die gelochte Tragscheibe (11) zumindest im Bereich der Verfüllmasse (13) eine Galvanikstartschicht (15a, 15b) für das galvanische Beschichten aufgebracht wird.
2. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die gelochte Tragscheibe (11) aus einem Halbzeug mit einer der Scheibenhδhe der gelochten Tragscheibe (11) entsprechenden Dicke ausgestanzt wird.
3. Herstellungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine lichtempfindliche Schicht (16a, 16b) auf die gelochte Tragscheibe (11) und/oder die Galvanikstartschicht (15a, 15b) aufgebracht wird und eine Negativstruktur (20a,
20b) für das Kanalsystem durch Belichten der lichtempfindlichen Schicht (16a, 16b) und anschließendes Entfernen der un- belichteten Teile dieser Schicht (16a, 16b) gebildet wird.
4. Herstellungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Folie mit einer lichtempfindlichen Lage (28) und einer metallischen Lage (27) , insbesondere eine RC-Folie, mit der metallischen Lage (27) auf die gelochte Tragscheibe (11) aufgebracht wird und eine Negativstruktur für das Kanalsystem durch Belichten der lichtempfindlichen Lage (28) und an- schließendes Entfernen der unbelichteten Teile dieser Lage (28) gebildet wird.
5. Herstellungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf beiden Seiten der gelochten Tragscheibe (11) eine galvanische Beschichtung erfolgt .
6. Herstellungsverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die galvanische Beschichtung auf beiden Seiten der gelochten Tragscheibe (11) in parallel ablaufenden Fertigungsschritten gleichzeitig erfolgt.
7. Herstellungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass auf der Lochscheibe eine zusätzliche Schicht (25) mit einer Siebstruktur aufgebracht wird.
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