Stand der TechnikState of the art
Die
Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Umformen einer Lochscheibe,
insbesondere für ein Brennstoffeinspritzventil nach der
Gattung des Hauptanspruchs.The
Invention is based on a method for forming a perforated disk,
in particular for a fuel injection valve according to
Genus of the main claim.
Aus
der DE 196 36 396
A1 ist bereits ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, bei
dem stromabwärts der Ventilsitzfläche eine Lochscheibe
vorgesehen ist, die eine Vielzahl von Abspritzöffnungen
aufweist. Die günstigerweise zehn bis zwanzig Abspritzöffnungen
befinden sich in einer Ebene der Lochscheibe, die senkrecht zur
Ventillängsachse verläuft. Der größte
Teil der Abspritzöffnungen ist schräg bzw. geneigt
in der Lochscheibe eingebracht, so dass die Öffnungsachsen
der Abspritzöffnungen keine Parallelität zur Ventillängsachse
besitzen. Da die Neigungen der Abspritzöffnungen unterschiedlich
gewählt werden können, ist eine Divergenz der
abzuspritzenden Einzelstrahlen leicht erreichbar. Die Abspritzöffnungen
sind beispielsweise durch Laserstrahlbohren in der Lochscheibe in
einer weitgehend einheitlichen Größe eingebracht.
Das Brennstoffeinspritzventil eignet sich besonders für
Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden fremdgezündeten
Brennkraftmaschinen.From the DE 196 36 396 A1 A fuel injection valve is already known, in which a perforated disc is provided downstream of the valve seat surface, which has a plurality of injection openings. The zweckigerweise ten to twenty spray orifices are located in a plane of the perforated disc, which is perpendicular to the valve longitudinal axis. The largest part of the ejection openings is obliquely or inclined introduced into the perforated disc, so that the opening axes of the ejection openings have no parallelism to the valve longitudinal axis. Since the inclinations of the ejection openings can be chosen differently, a divergence of the individual jets to be sprayed is easily achievable. The ejection openings are introduced, for example, by laser drilling in the perforated disk in a largely uniform size. The fuel injector is particularly suitable for fuel injection systems of mixture-compression spark-ignition internal combustion engines.
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.From the DE 198 47 625 A1 A fuel injection valve is already known in which a slot-shaped outlet opening is provided at the downstream end. The outlet opening is formed either in a perforated disc or directly in the nozzle body itself. The slot-shaped outlet openings are always introduced centrally on the valve longitudinal axis, so that the injection of the fuel takes place axially parallel from the fuel injection valve out. Upstream of the valve seat, a swirl groove is provided, which sets the fuel flowing to the valve seat in a circular rotational movement. The flat outlet opening ensures that the fuel is hosed fan-like.
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.Also known is still a fuel injector for direct injection of fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine from the US 6,019,296 A in that at the downstream end, a slot-shaped outlet opening is provided, can emerge from the fuel at an angle to the valve longitudinal axis.
Aus
der DE 10 2005
000 620 A1 ist bereits eine Multi-Fächerstrahl-Düse
für ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, die in einem
zentralen Bereich eine kalottenförmige Auswölbung
besitzt, in der z. B. eine Vielzahl von richtungsparallelen schlitzförmigen Abspritzöffnungen
eingebracht sind. Anhand der 1 bis 5 wird
diese bekannte Düse nachfolgend erläutert.From the DE 10 2005 000 620 A1 already a multi-fan jet nozzle for a fuel injection valve is known, which has a dome-shaped bulge in a central region, in the z. B. a plurality of directionally parallel slot-shaped spray openings are introduced. Based on 1 to 5 This known nozzle will be explained below.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Das
erfindungsgemäße Verfahren zum Umformen einer
Lochscheibe, insbesondere für ein Brennstoffeinspritzventil
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, dass
mit ihm eine äußerst genaue und trotzdem kostengünstige
Auswölbung der Lochscheibe erzielbar ist. Bekannte mechanische
Umformverfahren erfordern eine sehr aufwändige exakte Positionierung
des Werkzeugs. Eine solche exakte Positionierung eines Umformwerkzeugs
zur Lochscheibe kann erfindungsgemäß entfallen.
Die Zentrizität und Drehlagengenauigkeit des Wölbungsgrundrisses
zum Lochbild der Lochscheibe ist durch die Erfindung hochpräzise
ohne einen Positioniervorgang darstellbar. Dadurch reduziert sich
die Taktzeit beim Umformen, und es werden die Kosten für
eine Umformvorrichtung wegen des Entfalls der hochpräzisen
Positionierung deutlich reduziert. Verschiedenste Wölbungsformen und
-größen werden bei Produktion verschiedener Scheibenvarianten
ohne Umformwerkzeuge individuell produziert, es sind also keine
Umformwerkzeugvarianten und Umrüstzeiten erforderlich.The
inventive method for forming a
Perforated disk, in particular for a fuel injection valve
with the characterizing features of the main claim has the advantage that
with him a very accurate, yet cost-effective
Buckling of the perforated disc is achievable. Known mechanical
Forming processes require a very complex exact positioning
of the tool. Such an exact positioning of a forming tool
to the perforated disc can be omitted according to the invention.
The centricity and rotational position accuracy of the arching ground plan
to the hole pattern of the perforated disc is highly accurate by the invention
can be displayed without a positioning process. This reduces
the cycle time when forming, and it will be the cost of
a forming device because of the elimination of high-precision
Positioning significantly reduced. Various vault forms and
sizes are used in production of different disc variants
produced individually without forming tools, so they are not
Forming tool variants and changeover times required.
Durch
die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch
1 angegebenen Verfahrens möglich.By
the measures listed in the dependent claims
are advantageous developments and improvements of the claim
1 specified method possible.
Besonders
vorteilhaft ist es, die Lochscheibe mikrogalvanisch zwei- oder mehrlagig
mit mehreren Strukturebenen herzustellen. In idealer Weise wird die
Lochscheibe dann derart umgeformt, dass eine erste Strukturebene
in die Vertiefung einer zweiten Strukturebene durch die zweite Strukturebene
hindurch umgeformt wird. Mikrogalvanische Lochscheiben sind einfach
und in großen Stückzahlen exakt reproduzierbar
herstellbar. Dies gilt auch für Abspritzöffnungen,
insbesondere Abspritzschlitze mit filigranen Öffnungsstrukturen,
wie z. B. mit Schlitzbreiten von ca. 20 bis 50 μm und Schlitzlängen
von bis zu 150 μm.Especially
It is advantageous, the perforated disc micro-galvanic two or more layers
to produce with several structural levels. Ideally, the
Perforated disk then transformed so that a first structural plane
in the recess of a second structural plane through the second structural plane
is formed through. Microgalvanic perforated discs are simple
and exactly reproducible in large quantities
produced. This also applies to injection openings,
in particular spray-discharge slots with filigree opening structures,
such as B. with slot widths of about 20 to 50 microns and slot lengths
of up to 150 μm.
Zeichnungdrawing
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und
in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen 1 ein teilweise dargestelltes
Ventil in der Form eines Brennstoffeinspritzventils mit einem Ausführungsbeispiel
einer bekannten Multi-Fächerstrahl-Düse in einer
Seitenansicht, 2 das Ventilende mit der Multi-Fächerstrahl-Düse
gemäß 1 in einer um 90° gedrehten
Seitenansicht, 3 die Multi-Fächerstrahl-Düse
in einer Seitenansicht gemäß 2, 4 die
Multi-Fächerstrahl-Düse in einer Seitenansicht
gemäß 1, 5 die Multi-Fächerstrahl-Düse
in einer Unteransicht, 6 eine Ansicht analog zur 5 mit
einem Fehler Δφ, der beim herkömmlichen
mechanischen Umformen entstehen kann, 7 eine Ansicht
analog zur 5 mit einem Fehler Δr,
der beim herkömmlichen mechanischen Umformen entstehen
kann, 8 einen Detailausschnitt der Lochscheibe während
des erfindungsgemäßen Umformens, 9 die
Lochscheibe in einer Seitenansicht analog der 3, 10 die Lochscheibe
in einer Seitenansicht analog der 4 und 11 die
Lochscheibe in einer Unteransicht analog der 5.Embodiments of the invention are shown in simplified form in the drawing and explained in more detail in the following description. Show it 1 a partially illustrated valve in the form of a fuel injection valve with an embodiment of a known multi-fan jet nozzle in a side view, 2 the valve end with the multi-fan jet nozzle according to 1 in a 90 ° rotated side view, 3 the multi-fan jet nozzle in a side view according to 2 . 4 the multi-fan jet nozzle in egg ner side view according 1 . 5 the multi-fan jet nozzle in a bottom view, 6 a view analogous to 5 with an error Δφ, which can arise during conventional mechanical forming, 7 a view analogous to 5 with an error Δr, which can arise during conventional mechanical forming, 8th a detail of the perforated disc during the forming according to the invention, 9 the perforated disc in a side view analogous to 3 . 10 the perforated disc in a side view analogous to 4 and 11 the perforated disc in a bottom view analogous to 5 ,
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments
In
der 1 ist als ein Ausführungsbeispiel ein
Ventil in der Form eines Einspritzventils für Brennstoffeinspritzanlagen
von gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschinen
teilweise dargestellt. Das Brennstoffeinspritzventil 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.In the 1 For example, as an embodiment, a valve in the form of an injector for fuel injection systems of mixture-compression spark-ignition internal combustion engines is partially shown. The fuel injection valve has an only schematically indicated, forming part of a valve housing, tubular valve seat carrier 1 in which concentric to a valve longitudinal axis 2 a longitudinal opening 3 is trained. In the longitudinal opening 3 is a z. B. tubular valve needle 5 arranged at its downstream end 6 with a z. B. spherical valve closing body 7 , on the circumference, for example, five flats 8th are provided for flowing past the fuel, is firmly connected.
Die
Betätigung des Brennstoffeinspritzventils 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 Brennstoffeinspritzventils 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.The actuation of the fuel injection valve takes place in a known manner, for example electromagnetically. An actuation of the fuel injection valve with a piezoelectric or magnetostrictive actuator is also conceivable. For the axial movement of the valve needle 5 and thus to open against the spring force of a return spring, not shown, or closing the fuel injection valve is a schematically indicated electromagnetic circuit with a magnetic coil 10 , an anchor 11 and a core 12 , The anchor 11 is with the valve closing body 7 opposite end of the valve needle 5 by z. B. connected by means of a laser weld and connected to the core 12 aligned.
In
dem stromabwärts liegenden Ende des Ventilsitzträgers 1 ist
ein Ventilsitzkörper 16 z. B. durch Schweißen
dicht montiert. An der dem Ventilschließkörper 7 abgewandten,
unteren Stirnseite 17 des Ventilsitzkörpers 16 ist
eine Lochscheibe 23 in der Form einer Multi-Fächerstrahl-Düse
als Zerstäubereinrichtung befestigt. Die Verbindung von
Ventilsitzkörper 16 und Lochscheibe 23 erfolgt
beispielsweise durch eine umlaufende und dichte, mittels eines Lasers
ausgebildete Schweißnaht 26, die z. B. an der
Stirnseite 17 oder am äußeren Umfang
von Ventilsitzkörper 16 und Lochscheibe 23 vorgesehen ist.
Zur sicheren Befestigung der sehr dünnen Lochscheibe 23 am
Ventilsitzkörper 16 wird die Lochscheibe 23 von
einer Stützscheibe 25 untergriffen. Die Stützscheibe 25 ist
dabei ringförmig ausgeführt, um einen mittleren
kalottierten bzw. ausgewölbten kuppenartigen Düsenbereich 28 der
Lochscheibe 23 in einer inneren Öffnung aufzunehmen.In the downstream end of the valve seat carrier 1 is a valve seat body 16 z. B. tightly mounted by welding. At the valve closing body 7 facing away, lower end face 17 of the valve seat body 16 is a perforated disc 23 attached in the form of a multi-fan jet nozzle as atomizer. The connection of valve seat body 16 and perforated disc 23 For example, by a circumferential and dense, formed by a laser weld 26 that z. B. at the front 17 or on the outer periphery of valve seat body 16 and perforated disc 23 is provided. For secure attachment of the very thin perforated disc 23 on the valve seat body 16 becomes the perforated disc 23 from a support disk 25 under attack. The support disk 25 is designed annular, around a central kalottierten or bulged dome-shaped nozzle area 28 the perforated disc 23 to be received in an inner opening.
In
dem Ventilsitzkörper 16 ist stromabwärts einer
Ventilsitzfläche 29 eine Austrittsöffnung 27 vorgesehen,
von der aus der abzuspritzende Brennstoff in einen Strömungshohlraum 24 eintritt,
der durch die gewölbte oder kalottierte Ausbildung des
Düsenbereichs 28 der Lochscheibe 23 gebildet
ist. Dabei weist die Lochscheibe 23 z. B. im Bereich der
Ventillängsachse 2 ihren größten
Abstand zur Stirnseite 17 auf, während im Bereich
der Schweißnaht 26 die Lochscheibe 23 als
Scheibe ohne Wölbung unmittelbar am Ventilsitzkörper 16 anliegt
und durch die Stützscheibe 25 stabilisiert ist.
Bei einer ausreichend druckstabilen und dicken Auslegung der mikrogalvanisch
hergestellten Lochscheibe 23 kann auch auf eine Stützscheibe 25 ganz
verzichtet werden. Die Ausbildung des Düsenbereichs 28 wird
vor allen Dingen in den 3 bis 5 deutlich.In the valve seat body 16 is downstream of a valve seat surface 29 an outlet opening 27 provided, from which the fuel to be sprayed into a flow cavity 24 occurs due to the curved or dotted formation of the nozzle area 28 the perforated disc 23 is formed. In this case, the perforated disc 23 z. B. in the region of the valve longitudinal axis 2 their greatest distance to the front side 17 on while in the area of the weld 26 the perforated disc 23 as a disc without curvature directly on the valve seat body 16 abuts and through the support disk 25 is stabilized. With a sufficiently pressure-stable and thick design of the microgalvanically produced perforated disc 23 can also be on a support disk 25 completely dispensed with. The formation of the nozzle area 28 will be in the first place 3 to 5 clear.
In
idealer Weise sind in der Lochscheibe 23 und insbesondere
in deren Düsenbereich 28 eine Vielzahl von sehr
kleinen Abspritzöffnungen 30 vorgesehen, die schlitzförmig
ausgebildet sind und richtungsparallel verlaufen. Die Abspritzöffnungen 30 weisen
eine Schlitzbreite von jeweils ca. 20 bis 50 μm und eine
Schlitzlänge von bis zu 150 μm auf, so dass Brennstoffsprays
mit extrem kleinen Brennstofftröpfchen mit einem Sauter
Mean Diameter (SMD) von ca. 20 μm abspritzbar sind. Auf
diese Weise kann sehr wirkungsvoll die HC-Emission der Brennkraftmaschine
deutlich gegenüber bekannter Einspritzanordnungen reduziert
werden. Pro Lochscheibe 23 sind zwischen zwei und sechzig
Abspritzöffnungen 30 vorgesehen, wobei eine Anzahl
von acht bis vierzig Abspritzöffnungen 30 optimale
Zerstäubungsergebnisse bringt.Ideally are in the perforated disc 23 and in particular in the nozzle area 28 a variety of very small spray openings 30 provided, which are slit-shaped and parallel to the direction. The injection openings 30 have a slot width of about 20 to 50 microns and a slot length of up to 150 microns, so that fuel sprays with extremely small fuel droplets with a Sauter Mean Diameter (SMD) of about 20 microns can be sprayed off. In this way, the HC emission of the internal combustion engine can be reduced significantly over known injection arrangements very effectively. Per perforated disc 23 are between two and sixty spray holes 30 provided, with a number of eight to forty injection orifices 30 brings optimal atomization results.
2 zeigt
das stromabwärtige Ventilende des Brennstoffeinspritzventils
mit der Lochscheibe 23 gemäß 1 in
einer um 90° gedrehten Seitenansicht. Dabei wird besonders
deutlich, dass der mittlere Düsenbereich 28 eine
langgestreckte elliptische Form hat. Während das abgespritzte
Brennstoffspray in seiner Längsausrichtung gemäß 1 z.
B. einen Außenwinkel β mit ca. 15° besitzt,
ist ein Außenwinkel α des Brennstoffsprays in
seiner Querausrichtung gemäß 2 ca.
30° groß. Über den Düsenbereich 28 mit
den vielen Abspritzöffnungen 30 wird also ein elliptisches
Brennstoffspray abgegeben, das in feinste Tröpfchen zerfällt. 2 shows the downstream end of the valve of the fuel injection valve with the perforated disc 23 according to 1 in a 90 ° rotated side view. It is particularly clear that the central nozzle area 28 has an elongated elliptical shape. While the sprayed fuel spray in its longitudinal direction according to 1 z. B. has an outer angle β with about 15 °, is an outer angle α of the fuel spray in its transverse orientation according to 2 about 30 °. About the nozzle area 28 with the many spray openings 30 So an elliptical fuel spray is released, which breaks down into very fine droplets.
In
den 3, 4 und 5 ist die
Lochscheibe 23 in Seitenansichten gemäß 1 und 2 sowie
in einer Unteransicht nochmals als Einzelbauteil dargestellt. Die
Abspritzöffnungen 30 sind bei diesem ersten Ausführungsbeispiel
mittig im Düsenbereich 28 angeordnet und mit jeweils
identischer Größe und Form ausgebildet. Die Abspritzöffnungen 30 können
die Querschnittsform eines Rechtecks, einer Ellipse bzw. einer Linse
o. ä. haben. Zwei benachbarte Abspritzöffnungen 30 weisen
z. B. einen Abstand von ca. 40 bis 60 μm auf. Die Lochscheibe 23 wird
in vorteilhafter Weise mikrogalvanisch hergestellt. Die Abspritzöffnungen 30 haben
durch diese Herstelltechnologie senkrecht zur Scheibenoberfläche
verlaufende Wandungen.In the 3 . 4 and 5 is the perforated disc 23 in side views according to 1 and 2 and again shown as a single component in a bottom view. The injection openings 30 are centered in the nozzle area in this first embodiment 28 arranged and formed each with identical size and shape. The injection openings 30 can have the cross-sectional shape of a rectangle, an ellipse or a lens o. Ä. Have. Two adjacent spray openings 30 have z. B. at a distance of about 40 to 60 microns. The perforated disc 23 is produced in an advantageous manner mikrogalvanisch. The injection openings 30 have by this manufacturing technology perpendicular to the disk surface extending walls.
Die 1 bis 5 sind
der DE 10 2005
000 620 A1 entnommen und zeigen insofern eine bekannte
Multi-Fächerstrahl-Düse 23. Zum Verständnis des
erfindungsgemäßen Umformverfahrens wird im Folgenden
kurz das Ausformen dieser bekannten Multi-Fächerstrahl-Düse 23 als
Beispiel für eine an einem Brennstoffeinspritzventil verwendbare
Lochscheibe erläutert. Der mittlere Düsenbereich 28 mit den
Abspritzöffnungen 30 wird nach der galvanischen
Herstellung der Scheibe prägetechnisch ausgeformt. Dabei
können Prägewerkzeuge zur Herstellung des Düsenbereichs 28 der
Lochscheibe 23 zum Einsatz kommen, die entweder kreisringförmig
bzw. teilkreisringförmig oder elliptisch bzw. teilelliptisch ausgeführt
sind (10 und 11 der DE 10 2005 000 620
A1 ). Dabei wird die Wölbung des Düsenbereichs 28 konvex
in Abspritzrichtung zeigend ausgeformt.The 1 to 5 are the DE 10 2005 000 620 A1 taken and show so far a known multi-fan jet nozzle 23 , To understand the forming process according to the invention, the shaping of this known multi-fan jet nozzle will be briefly described below 23 as an example of a usable on a fuel injector perforated disk explained. The middle nozzle area 28 with the injection openings 30 is formed embossing technically after the galvanic production of the disc. This embossing tools for the production of the nozzle area 28 the perforated disc 23 are used, which are designed either annular or semi-circular ring or elliptical or teilelliptisch ( 10 and 11 of the DE 10 2005 000 620 A1 ). Thereby the curvature of the nozzle area becomes 28 convex shaped in the direction of injection molding.
Die
Wölbung des Düsenbereichs 28 hat in der
Unteransicht einen elliptischen Querschnitt. Auf der Längsachse
der Ellipse sind die Abspritzöffnungen 30 äquidistant
und parallel zueinander aufgereiht. Die Längsachsen der
Abspritzöffnungen 30 stehen senkrecht zur Längsachse
der Ellipse. Die Wölbung des Düsenbereichs 28 hat
entlang ihrer Breite einen kleineren Krümmungsradius (z.
B. 0,25 mm) als den Krümmungsradius entlang ihrer Länge
(z. B. 10 mm), wie die 3 und 4 verdeutlichen.
Die Abspritzöffnungen 30 verlaufen mit ihren Längsachsen
entlang der stärkeren Krümmung und sind somit in
Abspritzrichtung stark konvex gekrümmt. Die pro Abspritzöffnung 30 austretende
Strömung tritt infolge dieser Krümmung als ebener
Strahlfächer aus (2). Der
Auffächerungswinkel α resultiert aus der Krümmung
und der Lauflänge der Abspritzöffnungen 30.
Jeder Strahlfächer tritt senkrecht zur Oberfläche der
Wölbung aus. Folglich wird zwischen den einzelnen Strahlfächern
eine gleichmäßige Richtungsspreizung erreicht.
Der gesamte Spreizwinkel entspricht dem Strahlwinkel β (1).
Die Strahlwinkel α und β bestimmen den Querschnitt
des Gesamtstrahls und sind beliebig variierbar. Somit kann das Seitenverhältnis
des Gesamtstrahls individuell z. B. an die Geometrie eines Saugrohres
angepasst werden.The curvature of the nozzle area 28 has an elliptical cross-section in the bottom view. On the longitudinal axis of the ellipse are the spray openings 30 equidistant and parallel to each other. The longitudinal axes of the spray openings 30 are perpendicular to the longitudinal axis of the ellipse. The curvature of the nozzle area 28 has a smaller radius of curvature along its width (e.g., 0.25 mm) than the radius of curvature along its length (eg, 10 mm), such as 3 and 4 clarify. The injection openings 30 run with their longitudinal axes along the greater curvature and are thus strongly convexly curved in Abspritzrichtung. The per injection opening 30 emergent flow emerges as a result of this curvature as a plane jet fan ( 2 ). The fan angle α results from the curvature and the run length of the spray openings 30 , Each beam fan emerges perpendicular to the surface of the curvature. Consequently, a uniform directional spread is achieved between the individual fan sheds. The total spread angle corresponds to the beam angle β ( 1 ). The beam angles α and β determine the cross section of the total beam and can be varied as desired. Thus, the aspect ratio of the total beam individually z. B. adapted to the geometry of a suction tube.
Die
Wölbung des Düsenbereichs 28 besitzt also
eine elliptische Grundfläche. Diese Grundfläche muss
bzgl. Zentrizität und Drehlage in Bezug zum Lochbild hochgenau
positioniert werden. Das mechanische Umformen mit zu positionierenden
Umformwerkzeugen ist wegen der erforderlichen hohen Präzision
sehr aufwändig. Ohne diese Präzision würden die
Abspritzöffnungen 30 von ihrer geplanten Position
auf der Wölbung möglicherweise so stark abweichen,
dass deren Neigungswinkel zur Scheibenhochachse zu stark verändert
wäre und der durch alle Abspritzöffnungen 30 gebildete
Gesamtstrahl in seiner Raumrichtung eine unerlaubt hohe Abweichung
erfahren würde. Während 6 eine Ansicht
analog zur 5 mit einem Fehler Δφ,
der beim herkömmlichen nicht hochpräzisen, mechanischen
Umformen entstehen kann, zeigt, ist in der 7 eine Ansicht analog
zur 5 mit einem Fehler Δr, der beim herkömmlichen
nicht hochpräzisen, mechanischen Umformen entstehen kann,
schematisch dargestellt.The curvature of the nozzle area 28 So has an elliptical base. This base area must be positioned with high precision in terms of centricity and rotational position in relation to the hole pattern. The mechanical forming with forming tools to be positioned is very complex because of the required high precision. Without this precision would the spray openings 30 possibly deviate so much from their planned position on the vault that their inclination angle to the disc vertical axis would be changed too much and that through all spray openings 30 formed overall beam in its spatial direction would experience an unacceptably high deviation. While 6 a view analogous to 5 with an error Δφ, which can not arise in the conventional high-precision mechanical forming, is shown in the 7 a view analogous to 5 with a defect Δr, which can not occur in the conventional high-precision, mechanical forming schematically.
8 zeigt
einen Detailausschnitt der Lochscheibe 23 während
des erfindungsgemäßen Umformens. Die mikrogalvanische
Herstellung der Lochscheibe 23 erfolgt in der Weise, dass
eine zweilagige Struktur geschaffen wird, die aus zwei Strukturebenen 35, 36 gebildet
ist. Die Galvanik wird auf einer ebenen, elektrisch leitfähigen
Grundfläche (Substrat) gestartet. Auf dem Substrat wird
ein erste Fotolackschicht aufgebracht. Danach erfolgt ein selektives Belichten
der ersten Fotolackschicht mittels UV-Licht und eine partielle,
strukturierte Abdeckung durch eine Fotomaske. Es wird die Struktur
der späteren Strukturebene 35 abgebildet, die
die Abspritzöffnungen 30 trägt. Auf die
erste Fotolackschicht wird dann eine Sputterschicht flächig
aufgebracht. Anschließend kommt es zu einem Aufbringen
einer zweiten Fotolackschicht. Danach erfolgt ein selektives Belichten
der zweiten Fotolackschicht mittels UV-Licht und eine partielle,
strukturierte Abdeckung durch eine Fotomaske. Es wird die Struktur
der späteren Strukturebene 36 abgebildet. Beide
Lackschichten werden nachfolgend in einem Schritt entwickelt, d.
h. unbelichtete Stellen werden nasschemisch entfernt. Es bleiben
auf dem Substrat an den Stellen gestufte Lackstrukturen stehen,
wo später Öffnungsstrukturen innerhalb der Lochscheibe 23 vorhanden
sein sollen. Danach erfolgt das Aufgalvanisieren. Sobald die Galvanik
in der Strukturebene 35 die Dicke der Fotolackschicht übersteigt,
gerät sie in elektrischen Kontakt mit der auf dieser Fotolackschicht
liegenden Sputterschicht. Auf der Sputterschicht wird ab diesem
Zeitpunkt das Galvanikwachstum gestartet. Die Galvanik wird gestoppt,
bevor sie die Oberseite der zur Strukturebene 36 gehörenden
Fotolackschicht erreicht hat. Abschließend wird die Galvanikschicht
vom Substrat abgelöst und der Fotolack herausgelöst. 8th shows a detail of the perforated disc 23 during the forming according to the invention. The microgalvanic production of the perforated disc 23 is done in such a way that a two-layered structure is created, which consists of two structural levels 35 . 36 is formed. The electroplating is started on a flat, electrically conductive base (substrate). On the substrate, a first photoresist layer is applied. This is followed by a selective exposure of the first photoresist layer by means of UV light and a partial, structured cover by a photomask. It becomes the structure of the later structural level 35 Pictured, the spray-orifices 30 wearing. On the first photoresist layer, a sputter layer is then applied flat. Subsequently, a second photoresist layer is applied. This is followed by a selective exposure of the second photoresist layer by means of UV light and a partial, structured covering by a photomask. It becomes the structure of the later structural level 36 displayed. Both layers of paint are subsequently developed in one step, ie unexposed areas are removed by wet-chemical means. There remain on the substrate in the places stepped lacquer structures, where later opening structures within the perforated disc 23 should be present. This is followed by galvanizing. Once the electroplating in the structural plane 35 exceeds the thickness of the photoresist layer, it comes in electrical contact with the lying on this photoresist layer sputtering layer. From this point on, the electroplating growth is started on the sputtering layer. The electroplating is stopped before moving the top to the structural level 36 has reached the corresponding photoresist layer. Finally, the electroplated layer is detached from the substrate and the photoresist is dissolved out.
Die
Strukturebenen 35, 36 werden dabei so gestaltet,
dass die Lochscheibe 23 eine definierte Vertiefung 39 aufweist,
die durch eine gezielte. Gestaltung der zweiten Strukturebene 36 ermöglicht
ist. Die Vertiefung 39 stellt ein Leergebiet, entstanden durch
das selektive Weglassen der zweiten Galvanikschicht im Bereich der
Abspritzöffnungen 30 der ersten Strukturebene 35,
dar. Diese Zone wird im Herstellungsprozess entsprechend durch strukturierten Fotolack
in der zweiten Lackschicht erzeugt. Der Umriss der Vertiefung 39 kann
im Herstellungsprozess der Lochscheibe 23 äußerst
genau zum Lochbild der Abspritzöffnungen 30 positioniert
werden. Dies geschieht durch positions- und drehlagengenaues Belichten
der zweiten Lackschicht gegenüber der ersten Lackschicht.
Zur Herstellung einer elliptischen Wölbung des Düsenbereichs 28 der
Lochscheibe 23 ist die Vertiefung 39 als elliptische
Ausnehmung in der zweiten Strukturebene 36 ausgeführt.The structural levels 35 . 36 are designed so that the perforated disc 23 a defined one deepening 39 characterized by a targeted. Design of the second structural level 36 is possible. The depression 39 represents a vacant area, created by the selective omission of the second galvanic layer in the region of the injection orifices 30 the first structural level 35 In the manufacturing process, this zone is produced correspondingly by structured photoresist in the second lacquer layer. The outline of the depression 39 can in the manufacturing process of the perforated disc 23 extremely accurate to the hole pattern of the spray openings 30 be positioned. This is done by exposing the second lacquer layer to the first lacquer layer in precise position and rotational position. For producing an elliptical curvature of the nozzle area 28 the perforated disc 23 is the depression 39 as an elliptical recess in the second structural plane 36 executed.
Die
derart hergestellte Lochscheibe 23 wird nachfolgend umgeformt,
indem die erste Strukturebene 35 in die Vertiefung 39 durch
die zweite Strukturebene 36 hindurch umgeformt wird. Die
Pfeile 40 in 8 deuten die Umformrichtung
an. Das Umformen geschieht durch einseitiges Anlegen eines Druckes
in Form von Pressluft oder eines anderen druckbehafteten Gases,
z. B. mit einem Druck von maximal 300 bar. Alternativ kann das Umformen
auch mittels einer unter Druck stehenden Flüssigkeit erfolgen. Die
umzuformende erste Strukturebene 35 besitzt z. B. eine
Dicke von 25 bis 50 μm. Während des Umformvorgangs
wird die Lochscheibe 23 im Außenbereich, also
im Bereich außerhalb der Vertiefung 39, in einem
entsprechenden Halterahmen 41 beidseitig eingespannt.The perforated disc produced in this way 23 is subsequently transformed by the first structural level 35 into the depression 39 through the second structural level 36 is formed through. The arrows 40 in 8th indicate the forming direction. The forming is done by one-sided application of a pressure in the form of compressed air or another pressurized gas, eg. B. with a pressure of a maximum of 300 bar. Alternatively, the forming can also take place by means of a pressurized fluid. The first structural level to be reshaped 35 has z. B. a thickness of 25 to 50 microns. During the forming process, the perforated disc 23 in the outdoor area, ie in the area outside the depression 39 , in a corresponding holding frame 41 clamped on both sides.
Alternativ
kann zum Umformen anstelle des direkt auf die Lochscheibe 23 einwirkenden
Fluids ein kompressibler, elastischer Druckkörper eingesetzt werden,
der z. B. ein kissenförmiger Tampon ist, der flüssigkeitsgefüllt
ist und/oder aus einem Elastomer besteht. Außerdem ist
es denkbar, die Umformung genau entgegengesetzt der in 8 angedeuteten Umformrichtung
vorzunehmen.Alternatively, for forming instead of directly on the perforated disc 23 acting fluid is used a compressible, elastic pressure body, the z. B. is a pillow-shaped tampon, which is filled with liquid and / or consists of an elastomer. Moreover, it is conceivable, the deformation exactly opposite to in 8th indicated Umformrichtung make.
9 zeigt
die Lochscheibe 23 in einer Seitenansicht analog der 3, 10 zeigt
die Lochscheibe 23 in einer Seitenansicht analog der 4 und 11 zeigt
die Lochscheibe 23 in einer Unteransicht analog der 5.
Diesen Figuren ist zu entnehmen, dass die erste dünne Strukturebene 35 der Lochscheibe 23 durch
die zweite Strukturebene 36 hindurchwölbt. Die
Form der Wölbung wird durch die Form des Umrisses der Vertiefung 39 und
durch den Umformdruck bestimmt. Der Umriss der Vertiefung 39 kann
je nach Gestaltungswunsch der Lochscheibe 23 jede beliebige
Form, insbesondere eine Kreisform aufweisen. Außerdem muss
die Wölbung nicht zentrisch und drehlagengenau zum Lochbild
orientiert sein, wenn z. B. aus funktionalen Gründen eine gekippte
Spraymittelachse gewünscht ist. Die schlitzförmigen
Abspritzöffnungen 30 sind ebenso nur beispielhaft
beschrieben; andere Lochformen sind genauso denkbar. 9 shows the perforated disc 23 in a side view analogous to 3 . 10 shows the perforated disc 23 in a side view analogous to 4 and 11 shows the perforated disc 23 in a bottom view analogous to 5 , These figures show that the first thin structural plane 35 the perforated disc 23 through the second structural level 36 round arches. The shape of the curvature is determined by the shape of the outline of the depression 39 and determined by the forming pressure. The outline of the depression 39 can depending on the design of the perforated disc 23 have any shape, in particular a circular shape. In addition, the curvature does not have to be centric and rotationally accurate to the hole pattern oriented when z. B. for functional reasons, a tilted spray agent axis is desired. The slit-shaped injection openings 30 are also described as examples only; other hole shapes are just as conceivable.
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