DE102005000617A1

DE102005000617A1 - Verfahren zur Herstellung eines Schlitzkörpers und Brennstoffeinspritzventil mit einem Schlitzkörper

Info

Publication number: DE102005000617A1
Application number: DE200510000617
Authority: DE
Inventors: Joerg Heyse; Dieter Holz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-01-03
Filing date: 2005-01-03
Publication date: 2006-07-13

Abstract

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Schlitzkörpers (23) zeichnet sich dadurch aus, dass auf einfache Art und Weise eine Vielzahl von schmalen Schlitzen (24) in einen metallischen Grundkörper (33) einbringbar ist. Zuerst wird der metallische Grundkörper (33) bereitgestellt. Danach erfolgt ein Einschneiden des Grundkörpers (33) und Auswölben von definiert beabstandeten Materialbereichen (34) mittels eines Werkzeugstempels. Durch ein Durchwölben von zwischen den Materialbereichen (34) verbleibenden Stegen (37) wird ein geschlossener Bereich (38) mit Schnittkanten (35) als linienförmige Werkstofftrennungen gebildet. Abschließend werden durch Materialdehnung am Grundkörper (33) die Werkstofftrennungen zur Bildung von definierten Schlitzen (24) geöffnet. DOLLAR A Ein derart hergestellter Schlitzkörper kann an jeglicher Form von Düsen angebracht werden, bei denen ein Abspritzen von Flüssigkeiten in Lamellenform gefordert oder gewünscht ist, wobei die Fluide dann in feinstzerstäubte Tröpfchen zerfallen.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung eines Schlitzkörpers nach der Gattung des Anspruchs 1 sowie einem Brennstoffeinspritzventil mit einem Schlitzkörper nach der Gattung des Anspruchs 13.

Aus der DE 198 47 625 A1 ist bereits ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, bei dem am stromabwärtigen Ende eine schlitzförmige Austrittsöffnung vorgesehen ist. Die Austrittsöffnung ist entweder in einer Lochscheibe oder unmittelbar im Düsenkörper selbst ausgebildet. Die schlitzförmigen Austrittsöffnungen sind stets zentral an der Ventillängsachse eingebracht, so dass die Abspritzung des Brennstoffs achsparallel aus dem Brennstoffeinspritzventil heraus erfolgt. Stromaufwärts des Ventilsitzes ist eine Drallnut vorgesehen, die den zum Ventilsitz strömenden Brennstoff in eine kreisförmige Drehbewegung versetzt. Die flache Austrittsöffnung sorgt dafür, dass der Brennstoff fächerartig abgespritzt wird. Die schlitzförmigen Austrittsöffnungen werden mit konventioneller Technik eingebracht.

Bekannt ist zudem noch ein Brennstoffeinspritzventil zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine aus der US 6,019,296 A , bei dem am stromabwärtigen Ende eine schlitzförmige Austrittsöffnung vorgesehen ist, aus der Brennstoff unter einem Winkel zur Ventillängsachse austreten kann. Die schlitzartige Vertiefung ist dabei an einem scheiben- bzw. plattenförmigen Element vorgesehen, das am stromabwärtigen Ende des Ventilsitzkörpers schräg geneigt befestigt ist.

Mit konventionellen Stanzverfahren sind heutzutage exakte Schlitze mit Schlitzbreiten in der Größenordnung von 0,1 mm bis 0,15 mm herstellbar.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Schlitzkörpers mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass auf einfache und kostengünstige Weise ein Schlitzkörper fertigbar ist, der eine Vielzahl von schmalen Schlitzen aufweist, durch die ein Fluid fächerförmig und feinstzerstäubend abspritzbar ist. Die Schlitze weisen in idealer Weise nur Schlitzbreiten von ca. 10 μm bis 50 μm auf, die sehr exakt und in großer Anzahl reproduzierbar einbringbar sind.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Herstellverfahrens möglich.

Von Vorteil ist es, den Schlitzkörper aus einem metallischen Grundkörper herzustellen, der in einfachster Weise ein langgestreckter dünner Blechstreifen ist, in dem gleichzeitig eine Vielzahl von Schlitzkörpern herstellbar ist.

Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit einem Schlitzkörper mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 13 hat den Vorteil, dass auf einfache Art und Weise eine gleichmäßige Feinstzerstäubung des Brennstoffs erreicht wird, wobei eine besonders hohe Aufbereitungsqualität und Zerstäubungsgüte mit sehr kleinen Brennstofftröpfchen erzielt wird. In vorteilhafter Weise kann eine Brennstofflamelle in Fächerstrahlform abgespritzt werden. Dies wird in vorteilhafter Weise dadurch erreicht, dass eine große Anzahl von sehr schmalen, parallel verlaufenden Schlitzen im Schlitzkörper am stromabwärtigen Ende des Brennstoffeinspritzventils ausgebildet sind.

Die durch die Schlitze abgespritzte Brennstofflamelle beschreibt ein räumliches Strahlgebilde. Die räumliche Anordnung der Brennstofflamelle kann z.B. die Geometrie eines Ansaugrohres optimal ausfüllen, d.h. es erfolgt eine Ausnutzung des maximal verfügbaren Ansaugrohrvolumens zur Verteilung des Brennstoffsprays, ohne die Wandungen des Ansaugrohres nennenswert zu benetzen.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 13 angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen 1 ein teilweise dargestelltes Brennstoffeinspritzventil mit einem Schlitzkörper, 2 einen Blechstreifen ausschnittsweise nach einem ersten Verfahrensschritt zur Herstellung eines Schlitzkörpers, 3 eine Schnittdarstellung eines Schnittes entlang der Linie III-III in 2 durch den Blechstreifen, 4 einen Blechstreifen ausschnittsweise nach einem zweiten Verfahrensschritt zur Herstellung eines Schlitzkörpers, 5 ein Detail als Ausschnitt aus 4 in einer vergrößerten Darstellung und 6 einen Blechstreifen ausschnittsweise nach einem dritten Verfahrensschritt zur Herstellung eines Schlitzkörpers.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In der 1 ist als ein Ausführungsbeispiel ein Ventil in der Form eines Einspritzventils für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschinen teilweise dargestellt. Das Einspritzventil hat einen nur schematisch angedeuteten, einen Teil eines Ventilgehäuses bildenden, rohrförmigen Ventilsitzträger 1, in dem konzentrisch zu einer Ventillängsachse 2 eine Längsöffnung 3 ausgebildet ist. In der Längsöffnung 3 ist eine z. B. rohrförmige Ventilnadel 5 angeordnet, die an ihrem stromabwärtigen Ende 6 mit einem z. B. kugelförmigen Ventilschließkörper 7, an dessen Umfang beispielsweise fünf Abflachungen 8 zum Vorbeiströmen des Brennstoffs vorgesehen sind, fest verbunden ist.
Die Betätigung des Einspritzventils erfolgt in bekannter Weise, beispielsweise elektromagnetisch. Eine Betätigung des Brennstoffeinspritzventils mit einem piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor ist jedoch ebenso denkbar. Zur axialen Bewegung der Ventilnadel 5 und damit zum Öffnen entgegen der Federkraft einer nicht dargestellten Rückstellfeder bzw. Schließen des Einspritzventils dient ein schematisch angedeuteter elektromagnetischer Kreis mit einer Magnetspule 10, einem Anker 11 und einem Kern 12. Der Anker 11 ist mit dem dem Ventilschließkörper 7 abgewandten Ende der Ventilnadel 5 durch z.B. eine mittels eines Lasers ausgebildete Schweißnaht verbunden und auf den Kern 12 ausgerichtet.
In dem stromabwärts liegenden Ende des Ventilsitzträgers 1 ist ein Ventilsitzkörper 16 z.B. durch Schweißen dicht montiert. An seiner dem Ventilschließkörper 7 abgewandten, unteren Stirnseite 17 ist der Ventilsitzkörper 16 mit einem Schlitzkörper 23, der als schlitzbildender, scheibenförmiger Zerstäubervorsatz ausgebildet ist, fest verbunden. Der Schlitzkörper 23 weist eine Vielzahl von schmalen Schlitzen 24 auf, durch die Brennstoff fächerförmig und feinstzerstäubend abspritzbar ist. Die Schlitze 24 weisen in idealer Weise nur Schlitzbreiten von ca. 10 μm bis 50 μm auf, die mittels eines erfindungsgemäßen Herstellverfahrens herstellbar sind. Der aus einer Austrittsöffnung 27 im Ventilsitzkörper 16 kommende Brennstoff kann ungehindert in den mit Schlitzen 24 versehenen zentralen Bereich des scheibenförmigen Schlitzkörpers 23 eintreten. Die Verbindung von Ventilsitzkörper 16 und Schlitzkörper 23 erfolgt beispielsweise durch eine dichte, mittels eines Lasers ausgebildete Schweißnaht 26, die z.B. am äußeren Umfang des Ventilsitzkörpers 16 vorgesehen ist und zugleich der Befestigung des Ventilsitzkörpers 16 in der Längsöffnung 3 des Ventilsitzträgers l dient.
Die Einschubtiefe des Ventilsitzkörpers 16 in der Längsöffnung 3 bestimmt die Größe des Hubs der Ventilnadel 5, da die eine Endstellung der Ventilnadel 5 bei nicht erregter Magnetspule 10 durch die Anlage des Ventilschließkörpers 7 an einer sich stromabwärts konisch verjüngenden Ventilsitzfläche 29 des Ventilsitzkörpers 16 festgelegt ist. Die andere Endstellung der Ventilnadel 5 wird bei erregter Magnetspule 10 beispielsweise durch die Anlage des Ankers 11 an dem Kern 12 festgelegt. Der Weg zwischen diesen beiden Endstellungen der Ventilnadel 5 stellt somit den Hub dar.
Die durch die Schlitze 24 abgespritzte Brennstofflamelle beschreibt ein räumliches Strahlgebilde. Die räumliche Anordnung der Brennstofflamelle kann z.B. die Geometrie eines nicht gezeigten Ansaugrohres optimal ausfüllen, d.h. es erfolgt eine Ausnutzung des maximal verfügbaren Ansaugrohrvolumens zur Verteilung des Brennstoffsprays, ohne die Wandungen des Ansaugrohres nennenswert zu benetzen.
In den 2 bis 6 sind einzelne Verfahrensschritte zur Herstellung des Schlitzkörpers 23 vereinfacht dargestellt. Der Schlitzkörper 23 wird aus einem metallischen Grundkörper, z.B. einem Blechstreifen 33 ausgeformt, wobei über eine große Länge des Blechstreifens 33 eine Vielzahl von Schlitzkörpern 23 gleichzeitig fertigbar ist. In den bereitgestellten Blechstreifen 33 werden in einem ersten Verfahrensschritt mit einem an der Stirnseite gerundeten Werkzeugstempel mehrere geringfügig beabstandete Materialbereiche 34 ausgewölbt, wobei der nicht dargestellte Werkzeugstempel gegen eine spaltförmige Matrize den Blechstreifen 33 einschneidet. Dabei wird der Blechstreifen 33 an jeweils zwei parallelen Seiten eingeschnitten, wobei Schnittkanten 35 gebildet werden. Das an der Stirnseite des Werkzeugstempels unmittelbar anliegende Blech, also die Materialbereiche 34, wird gerundet gestreckt. Zwei benachbarte Schnittkanten 35 geben die Breite eines Materialbereichs 34 vor, wobei ein benachbarter Materialbereich 34 mit einem Abstand dem nächsten Materialbereich 34 folgt, der ungefähr der Breite eines Materialbereichs 34 entspricht. Insofern liegen alle Schnittkanten 35 ungefähr mit gleichem Abstand auseinander. Dadurch, dass der Werkzeugstempel nicht vollständig in den Blechstreifen 33 einstaucht, bleibt der Blechstreifen 33 an seinen längs gerichteten Randseiten 36 mit dem Grundmaterial (Stege 37) zwischen den eingestauchten und ausgewölbten Materialbereichen 34 verbunden. Durch eine Wiederholung des Schneidvorgangs in einem regelmäßigen Abstand am Blechstreifen 33 bzw. ein gleichzeitiges Schneiden von vielen Materialbereichen 34 über eine große Länge des Blechstreifens 33 kann eine beliebige Anzahl von durchgewölbten Materialbereichen 34 mit dazwischen liegenden ebenen Stegen 37 hergestellt werden (2).
3 verdeutlicht als eine Schnittdarstellung eines Schnittes entlang der Linie III-III in 2 durch den Blechstreifen 33 einen durchgewölbten Materialbereich 34, der durch Stege 37 rechts und links von ihm von den jeweils benachbarten Materialbereichen 34 geringfügig entfernt liegt.
In der 4 ist der Blechstreifen 33 ausschnittsweise nach einem zweiten Verfahrensschritt dargestellt. Nach der in 2 gezeigten Durchwölbung der Materialbereiche 34 werden nachfolgend auch die zwischen den Materialbereichen 34 vorerst eben verbleibenden Stege 37 durchgewölbt, so dass ein teilzylindrischer Bereich 38 im Blechstreifen 33 entsteht, der nach dieser Durchwölbung der Stege 37 wieder geschlossen ist, aber in definierten Abständen im Bereich der Schnittkanten 35 linienförmige Werkstofftrennungen aufweist. 5 zeigt ein Detail des durchgewölbten Bereichs 38 als Ausschnitt aus 4 in einer vergrößerten Darstellung. Um auch an den beiden Enden 39 des jeweiligen teilzylindrischen Bereichs 38 eine geschlossene Werkstofftrennung zu erreichen, ist in vorteilhafter Weise der Werkzeugstempel beim Prägen und Durchwölben des Bereichs 38 an seinen Enden verrundet, so dass jeder Bereich 38 auch mit zwei abgerundeten Enden 39 im Blechstreifen 33 versehen ist.
Um nun die Schlitze 24 im Blechstreifen 33 für den späteren Schlitzkörper 23 zu erzeugen, ist ein weiterer Verfahrensschritt nötig. Dafür bieten sich verschiedene Verfahren an, die schematisch in der 6 angedeutet sind. Der dritte Verfahrensschritt zur Herstellung des Schlitzkörpers 23 muss für eine Materialdehnung in irgendeiner Form im Bereich der Schnittkanten 35 sorgen. Um die geschlossenen Werkstofftrennungen an den Schnittkanten 35 wieder zu öffnen, wird das außen an den Randseiten 36 des Blechstreifens 33 verbleibende Bandmaterial gelängt, wodurch feinste Materialverschiebungen bzw. -dehnungen im Bereich der Schnittkanten 35 erzeugt werden. Eine Verformung (Streckung, Längung, Prägung, Kürzung) der Randseiten 36 des Blechstreifens 33 führt zuerst im Bereich der Werkstofftrennungen im Bereich 38 zu geringfügigen Verschiebungen der Materialbereiche 34 gegenüber den Stegen 37. Denkbar ist es, die Randseiten 36 z.B. im Bereich der Stege 37 anzuprägen, so dass an den Randseiten 36 rinnenartige Vertiefungen 43 bzw. von der anderen Blechseite betrachtet wulstartige Erhöhungen 43 entstehen, die für eine minimale Streckung des Materials der Stege 37 sorgen, so dass feinste Schlitze 24 an den Schnittkanten 35 zwischen den Materialbereichen 34 und den Stegen 37 gebildet werden. Das Anprägen der Randseiten 36 erfolgt also jeweils im Bereich zweier benachbarter Schnittkanten 35 und dann mit Abstand zur nächsten Schnittkante 35. Mit Pfeilen 40 sind symbolhaft Wirkrichtungen eines Prägewerkzeugs, das an den Randseiten 36 des Blechstreifens 33 angreift, angedeutet. Alternativ kann anstelle eines Anprägens der Randseiten 36 ein Streckziehen des Blechstreifens 33 bzw. des Bereichs 38 erfolgen, das mit einem Doppelpfeil 41 in Längsrichtung des Blechstreifens 33 gekennzeichnet ist, um geringfügige Materialdehnungen im Bereich der Schnittkanten 35 zur Erzielung feinster Schlitze 24 zu verursachen. Ebenso ist es denkbar, mittels eines geeigneten Tiefzieharbeitsgangs die zur Schlitzbildung erforderlichen Längsspannungen im Blechstreifen 33 einzubringen.
Der so mit Schlitzen 24 versehene Blechstreifen 33 wird abschließend in die je nach Anwendung gewünschte Kontur eines Schlitzkörpers 23 durch Nachbearbeitungsschritte überführt.
Ein erfindungsgemäß hergestellter Schlitzkörper 23 ist jedoch keineswegs auf eine Anwendung an einem Brennstoffeinspritzventil beschränkt. Vielmehr kann ein solcher Schlitzkörper 23 an jeglicher Form von Düsen angebracht werden, bei denen einen Abspritzen von Flüssigkeiten in Lamellenform gefordert oder gewünscht ist, wobei die Fluide dann in feinstzerstäubte Tröpfchen zerfallen. Anwendungsgebiete sind z.B. Chemie, Landwirtschaft, Lackiertechnik oder Heiztechnik. Zusätzlich zu der Möglichkeit der Verwendung des erfindungsgemäß hergestellten Schlitzkörpers 23 als Zerstäubervorsatz kann ein solcher Schlitzkörper 23 auch in anderen Funktionen eingesetzt werden, z.B. als Spaltfilter in Brennstoffeinspritzventilen oder anderen Aggregaten, bei denen enge schlitzförmige Filteröffnungen vorteilhaft sind.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Schlitzkörpers (23) mit einer Vielzahl von schmalen Schlitzen (24) aus einem metallischen Grundkörper (33), gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte, – Bereitstellen eines metallischen Grundkörpers (33) – Einschneiden des Grundkörpers (33) und Auswölben von beabstandeten Materialbereichen (34) mittels eines Werkzeugstempels, – Durchwölben von zwischen den Materialbereichen (34) verbleibenden Stegen (37) zur Bildung eines geschlossenen Bereichs (38) aus Materialbereichen (34) und Stegen (37) mit Schnittkanten (35) als linienförmige Werkstofftrennungen und – Öffnen der Werkstofftrennungen durch Materialdehnung am Grundkörper (33) zur Bildung von definierten Schlitzen (24).
Verfahren zur Herstellung eines Schlitzkörpers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der metallische Grundkörper ein Blechstreifen (33) ist.
Verfahren zur Herstellung eines Schlitzkörpers nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Einschneiden des Grundkörpers (33) und Auswölben der Materialbereiche (34) mit dem Werkzeugstempel gegen eine spaltförmige Matrize erfolgt.
Verfahren zur Herstellung eines Schlitzkörpers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den Schnittkanten (35) zur Bildung von Materialbereichen (34) und Stegen (37) weitgehend konstant ist.
Verfahren zur Herstellung eines Schlitzkörpers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialbereiche (34) und die dazwischen liegenden Stege (37) derart durchgewölbt werden, dass ein teilzylindrischer Bereich (38) im Grundkörper (33) entsteht.
Verfahren zur Herstellung eines Schlitzkörpers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der die Werkstofftrennungen aufweisende Bereich (38) an seinen Enden (39) verrundet wird.
Verfahren zur Herstellung eines Schlitzkörpers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialdehnung am Grundkörper (33) zum Öffnen der Werkstofftrennungen mittels Anprägen (40), Streckziehen (41) oder Tiefziehen erfolgt.
Verfahren zur Herstellung eines Schlitzkörpers nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Öffnen der Werkstofftrennungen zur Bildung von Schlitzen (24) durch Anprägen (40) der den Bereich (38) umgebenden Randseiten (36) des Grundkörpers (33) erfolgt.
Verfahren zur Herstellung eines Schlitzkörpers nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Anprägen (40) der Randseiten (36) jeweils im Bereich zweier benachbarter Schnittkanten (35) und dann mit Abstand zur nächsten Schnittkante (35) vorgenommen wird.
Verfahren zur Herstellung eines Schlitzkörpers nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Öffnen der Werkstofftrennungen zur Bildung von Schlitzen (24) durch Streckziehen (41) der den Bereich (38) umgebenden Randseiten (36) des Grundkörpers (33) erfolgt.
Verfahren zur Herstellung eines Schlitzkörpers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Öffnen der Werkstofftrennungen zur Bildung der Schlitze (24) der Grundkörper (33) so nachbearbeitet wird, dass die gewünschte Kontur des Schlitzkörpers (23) vorliegt.
Verfahren zur Herstellung eines Schlitzkörpers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitzkörper (23) mit Schlitzen (24) ausgebildet wird, die Schlitzbreiten von ca. 10 μm bis 50 μm aufweisen.
Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, mit einer Ventillängsachse (2), mit einem einen festen Ventilsitz (29) aufweisenden Ventilsitzkörper (16), mit einem mit dem Ventilsitz (29) zusammenwirkenden Ventilschließkörper (7), der entlang der Ventillängsachse (2) axial bewegbar ist, und mit einem stromabwärts des Ventilsitzes (29) angeordneten Zerstäubervorsatz, dadurch gekennzeichnet, dass der Zerstäubervorsatz als Schlitzkörper (23) ausgebildet ist, der eine Vielzahl von schmalen Schlitzen (24) aufweist, die Schlitzbreiten von ca. 10 μm bis 50 μm besitzen.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitzkörper (23) fest mit dem Ventilsitzkörper (16) verbunden ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die feste Verbindung des Schlitzkörpers (23) mit dem Ventilsitzkörper (16) mittels einer Schweißnaht (26) gewährleistet ist.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitzkörper (23) scheibenförmig aus einem metallischen Blechstreifen (33) ausgeführt ist.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitzkörper (23) seine Schlitze (24) in einem durchgewölbten Bereich (38) aufweist.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze (24) des Schlitzkörpers (23) im Bereich von Schnittkanten (35) ausgebildet sind.