WO2012135884A1 - Verfahren zum gasnitrieren von hochdruckkomponenten - Google Patents

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    • F02M2200/9061—Special treatments for modifying the properties of metals used for fuel injection apparatus, e.g. modifying mechanical or electromagnetic properties

Definitions

  • the invention relates to a method for gas nitriding high-pressure components, in particular a high-pressure accumulator (rail) for common rail injection systems of internal combustion engines, in which an internal thread of the wall of the high pressure component passing through inlet or outlet opening is covered during fumigation.
  • High pressure components such as e.g. High-pressure accumulators are used in common-rail injection systems for internal combustion engines.
  • fuel is fed by means of a pre-feed pump if necessary via a fuel filter and fuel lines at least one high-pressure pump, where the fuel is compressed to system pressures of higher than 1400 bar, in particular up to 2200 bar.
  • the compressed fuel passes through high pressure lines in at least one high-pressure accumulator (rail). Starting from the high-pressure accumulator, the fuel passes through a flow restrictor and via further high-pressure lines into the individual injection injectors.
  • gas nitriding is a thermochemical treatment in which the workpiece to be treated is heated and exposed to a nitrogen-containing gas such as ammonia during the heating time and during the treatment time.
  • a nitrogen-containing gas such as ammonia
  • the diffusion of nitrogen causes nitrides to form in the surface layer of the workpiece. Due to the nitrogen enrichment in the surface layer, the performance properties, in particular the strength behavior at static shear and dynamic stress, which improves wear behavior and corrosion behavior.
  • the advantage here is that it is possible to work at treatment temperatures below 600 ° C., so that structural transformation of the material is avoided.
  • nitriding also leads to an increase in the brittleness of the treated high-pressure component. This leads, in particular in the area of the threads, to a reduction in the fatigue strength of the thread and, as a consequence, to a deterioration of the strength of the corresponding threaded connection and to leaks in the respective high-pressure connection.
  • cover threads before nitriding in order to maintain the toughness of the material on the thread.
  • a masking paste is usually used.
  • the use of a masking paste is cumbersome, especially because the masking paste must be removed again consuming after performing the nitriding.
  • the high-pressure component is nitrided before the thread is cut into the inlet or outlet opening. However, this requires an additional processing step, so basically the previously described methods with covering the thread before nitriding are to be preferred.
  • the present invention therefore aims to provide an alternative method of covering the thread, which is simple and inexpensive to perform.
  • the method of the type mentioned in the present invention is carried out such that for covering the thread a cover screw inserted into the thread. is screwed. This eliminates the costly loading and removal of a masking paste.
  • the cover screw is unscrewed after nitriding and can be easily reused for nitriding other high-pressure components.
  • the procedure is preferably such that the cover screw has a projecting sealing edge which is screwed against a stop surface arranged radially outside a sealing cone of the inlet or outlet opening.
  • a further cover screw is used which is screwed with its projecting sealing edge against a plane surface of the high-pressure accumulator surrounding the thread.
  • cover screw hereby serves to avoid a double fit, wherein it is provided in particular that the cover screw and the further cover screw in the screwed state have an axial distance from each other.
  • cover screw a suitable choice of material is important.
  • cover screw and possibly the further cover screw made of a temperature-resistant and elastic Material, such as a copper-beryllium alloy
  • the invention will be explained in more detail with reference to an embodiment schematically illustrated in the drawing.
  • the high-pressure accumulator 1 has an inlet or outlet opening 2, which opens into the interior 4 of the high-pressure accumulator 1 via a sealing cone 3.
  • the sealing cone 3 serves here for the installation of a conical seat of a screwed into the inlet and outlet opening 2 high-pressure line.
  • the corresponding thread is designated 5.
  • a cover screw 6 is screwed into the thread 5 before the beginning of the nitriding treatment.
  • the cover screw 6 has on its end face on an annular or circular sealing edge 7, which is pressed against the radial abutment surface 8 when screwed.
  • the cover screw 6 is in this case screwed with such a torque that results in a sufficient for the sealing of the thread 5 contact pressure of the sealing edge 7 against the stop surface 8.
  • the radial abutment surface 8 closes outwardly against the sealing cone 3, so that the nitriding gas led into the interior 4 of the high-pressure accumulator 1 as a result can also reach the sealing cone.
  • the further cover screw 9 is screwed into the thread 5 so that it forms with its edge formed on the edge of the inlet or outlet opening 2 cross-section sealing edge 10 against the edge of the inlet and outlet opening 2 surrounding Plane surface 11 is pressed.
  • the thread 5 is sealed on the outside against the penetration of nitriding gas.
  • the length of the cover screws 6 and 9 is dimensioned so that the externally threaded portions of the respective screws together shorter are formed in the screwed-in state of the cover screws 6 and 9 thus a distance a between the facing end faces of the cover screws.
  • the cover screws 6 and 9 can be removed.

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Gasnitrieren eines Hochdruckspeichers (Rail) (1) für Common-Rail-Einspritzsysteme von Brennkraftmaschinen, bei welchem ein Innengewinde einer die Wand des Hochdruckspeichers (1) durchsetzenden Zu- oder Ablauföffnung (2) während der Begasung abgedeckt wird, wird zum Abdecken des Gewindes (5) eine Abdeckschraube (6) in das Gewinde (5) eingeschraubt.

Description

Verfahren zum Gasnitrieren von Hochdruckkomponenten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gasnitrieren von Hochdruckkomponenten, insbesondere eines Hochdruckspeichers (Rail) für Common-Rail-Einspritzsysteme von Brennkraftmaschinen, bei welchem ein Innengewinde einer die Wand der Hochdruckkomponente durchsetzenden Zu- oder AblaufÖffnung während der Begasung abgedeckt wird. Hochdruckkomponenten wie z.B. Hochdruckspeicher werden in Com- mon-Rail-Einspritzsystemen für Brennkraftmaschinen eingesetzt. Bei derartigen Einspritzsystemen wird Kraftstoff mittels einer Vorförderpumpe ggf. über einen Kraftstofffilter und über Kraftstoffleitungen zumindest einer Hochdruckpumpe zugeführt, wo der Kraftstoff auf Systemdrücke von höher als 1400 bar, insbesondere auf bis zu 2200 bar verdichtet wird. Der verdichtete Kraftstoff gelangt über Hochdruckleitungen in zumindest einen Hochdruckspeicher (Rail). Vom Hochdruckspeicher ausgehend gelangt der Kraftstoff über einen Durchflussbegrenzer und über weitere Hochdruckleitungen in die einzelnen Einspritzinjektoren.
Mit Rücksicht auf den hohen Systemdruck von bis zu 2200 bar unterliegen die Hochdruckkomponenten und insbesondere der Hochdruckspeicher überaus hohen mechanischen Belastungen. Es ist daher erforderlich bestimmte Hochdruckkomponenten einer Härtungsbehandlung zu unterziehen, wobei in der Regel eine Gasnit- rierung vorgenommen wird. Beim Gasnitrieren handelt es sich um eine thermochemische Behandlung, bei der das zu behandelnde Werkstück erwärmt und während der Aufheizzeit sowie während der Behandlungszeit einem stickstoffhaltigen Gas, wie z.B. Ammoniak ausgesetzt wird. Durch das Eindiffundieren von Stickstoff entstehen in der Randschicht des Werkstückes Nitride. Durch die Stickstoffanreicherung in der Randschicht werden die Gebrauchseigenschaften, insbesondere das Festigkeitsverhalten bei stati- scher und dynamischer Beanspruchung, das Verschleißverhalten und das Korrosionsverhalten verbessert. Vorteilhaft dabei ist, dass bei Behandlungstemperaturen von unterhalb 600°C gearbeitet werden kann, sodass eine Gefügeumwandlung des Werkstoffes ver- mieden wird.
Das Nitrieren führt aber auch zu einer Erhöhung der Sprödigkeit der behandelten Hochdruckkomponente. Dies führt insbesondere im Bereich der Gewinde zu einer Verringerung der Dauerfestigkeit des Gewindes und in der Folge zu einer Verschlechterung der Festigkeit der entsprechenden Gewindeverbindung und zu Undicht- heiten der jeweiligen Hochdruckverbindung. Um diesem Umstand abzuhelfen ist es bereits bekannt geworden, Gewinde vor der Nitrierung abzudecken, um die Zähigkeit des Materials am Gewin- de zu erhalten. Zum Abdecken wird in der Regel eine Abdeckpaste verwendet. Das Verwenden einer Abdeckpaste ist jedoch umständlich, insbesondere weil die Abdeckpaste nach Durchführung der Nitrierung wieder aufwändig abgetragen werden muss. Es sind auch Verfahren bekannt geworden, die ohne ein Abdecken des Gewindes auskommen. Hier wird die Hochdruckkomponente nitriert, bevor das Gewinde in die zu- bzw. AblaufÖffnung eingeschnitten wird. Dies erfordert jedoch einen zusätzlichen Bearbeitungsschritt, sodass grundsätzlich die zuvor beschriebenen Verfahren mit Abdeckung des Gewindes vor der Nitrierung zu bevorzugen sind.
Die vorliegende Erfindung zielt daher darauf ab, ein alternatives Verfahren zum Abdecken des Gewindes zu schaffen, welches einfach und kostengünstig durchzuführen ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird das Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß derart durchgeführt, dass zum Abdecken des Gewindes eine Abdeckschraube in das Gewinde einge- schraubt wird. Dadurch entfällt das aufwändige Auf- und Abtragen einer Abdeckpaste. Die Abdeckschraube wird dabei nach dem Nitrieren wieder ausgeschraubt und kann ohne weiteres für das Nitrieren weiterer Hochdruckkomponenten wiederverwendet werden.
Um das Gewinde an der Innenseite gegen das Nitriergas abzudichten, wird bevorzugt so vorgegangen, dass die Abdeckschraube eine vorspringende Dichtkante aufweist, die gegen eine radial außerhalb eines Dichtkegels der Zu- bzw. AblaufÖffnung angeord- nete Anschlagfläche geschraubt wird. Dadurch, dass der Dichtkegel der Abdeckschraube radial außerhalb des Dichtkegels an der Anschlagfläche anliegt, wird erreicht, dass der weiter innen als die Anschlagfläche liegende Dichtkegel selbst nicht gegen das Nitriergas abgedichtet wird und somit der Nitrierbehandlung unterworfen wird.
Um das Gewinde gleichzeitig auch außen gegen das Nitriergas abzudichten, ist bevorzugt vorgesehen, dass nach dem Einschrauben der Abdeckschraube eine weitere Abdeckschraube verwendet wird, die mit ihrer vorspringenden Dichtkante gegen eine das Gewinde umgebende Planfläche des Hochdruckspeichers geschraubt wird.
Die Verwendung von zwei gesonderten Abdeckschrauben dient hier- bei der Vermeidung einer Doppelpassung, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass die Abdeckschraube und die weitere Abdeckschraube im eingeschraubten Zustand einen axialen Abstand voneinander aufweisen. Um die Abdeckschraube (n) mehrmals verwenden zu können, ist eine geeignete Materialwahl von Bedeutung. Eine bevorzugte Ausführung sieht hierbei vor, dass die Abdeckschraube und ggf. die weitere Abdeckschraube aus einem temperaturfesten und elasti- Material, wie z.B. einer Kupfer-Beryllium Legierung
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In dieser ist schematisch ein Endbereich eines Hochdruckspeichers 1 gezeigt. Der Hochdruckspeicher 1 weist eine Zu- bzw. AblaufÖffnung 2 auf, die über einen Dichtkegel 3 in das Innere 4 des Hochdruckspeichers 1 mündet. Der Dichtkegel 3 dient hier- bei der Anlage einer kegeligen Sitzfläche einer in die Zu- bzw. AblaufÖffnung 2 eingeschraubten Hochdruckleitung. Das entsprechende Gewinde ist mit 5 bezeichnet. Um zu verhindern, dass das Gewinde 5 beim Gasnitrieren dem Nitriergas ausgesetzt wird, wird vor dem Beginn der Nitrierbehandlung eine Abdeckschraube 6 in das Gewinde 5 eingeschraubt. Die Abdeckschraube 6 weist an ihrer Stirnfläche eine ringförmige bzw. kreisförmige Dichtkante 7 auf, die beim Einschrauben gegen die radiale Anschlagfläche 8 gedrückt wird. Die Abdeckschraube 6 wird hierbei mit einem solchen Drehmoment eingeschraubt, dass sich ein für die Abdichtung des Gewindes 5 ausreichender Anpressdruck der Dichtkante 7 gegen die Anschlagfläche 8 ergibt. Die radiale Anschlagfläche 8 schließt nach außen hin an den Dichtkegel 3 an, sodass das in der Folge in das Innere 4 des Hochdruckspeichers 1 geleitete Nitriergas auch den Dichtkegel erreichen kann.
Nach dem Eindrehen der Abdeckschraube 6 wird die weitere Abdeckschraube .9 in das Gewinde 5 eingedreht, sodass diese mit ihrer an einem den Rand der Zu- bzw. AblaufÖffnung 2 übergreifenden Abschnitt ausgebildeten Dichtkante 10 gegen die den Rand der Zu- bzw. AblaufÖffnung 2 umgebende Planfläche 11 gedrückt wird. Dadurch wird das Gewinde 5 auch außen gegen das Eindringen von Nitriergas abgedichtet. Die Länge der Abdeckschrauben 6 und 9 ist so bemessen, dass die mit dem Außengewinde versehenen Abschnitte der jeweiligen Schrauben zusammen kürzer ausgebildet sind als die Länge des Innengewindes 5. Es entsteht im eingeschraubten Zustand der Abdeckschrauben 6 und 9 somit ein Abstand a zwischen den einander zugewandten Stirnflächen der Abdeckschrauben.
Nach der Nitrierbehandlung können die Abdeckschrauben 6 und 9 entfernt werden.

Claims

Patentansprüche :
1. Verfahren zum Gasnitrieren von Hochdruckkomponenten, insbesondere eines Hochdruckspeichers (Rail) (1) für Common-Rail- Einspritzsysteme von Brennkraftmaschinen, bei welchem ein Innengewinde einer die Wand des Hochdruckspeichers ( 1 ) durchsetzenden Zu- oder AblaufÖffnung (2) während der Begasung abgedeckt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abdecken des Gewindes (5) eine Abdeckschraube (6) in das Gewinde (5) einge- schraubt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckschraube (6) eine vorspringende Dichtkante (7) aufweist, die gegen eine radial außerhalb eines Dichtkegels (3) der Zu- bzw. AblaufÖffnung (2) angeordnete Anschlagfläche (8) geschraubt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Einschrauben der Abdeckschraube (6) eine weitere Abdeckschraube (9) verwendet wird, die mit ihrer vorspringenden Dichtkante (10) gegen eine das Gewinde umgebende Planfläche (11) des Hochdruckspeichers (1) geschraubt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeich- net, dass die Abdeckschraube (6) und die weitere Abdeckschraube
(9) im eingeschraubten Zustand einen axialen Abstand (a) voneinander aufweisen.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Abdeckschraube (6) und ggf. die weitere
Abdeckschraube (9) aus einem temperaturfesten und elastischen Material, wie z.B. einer Kupfer-Beryllium Legierung besteht.
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